A tirosinase é unha oxidase que é o encima limitante da velocidade para controlar a produción de melanina. Intervén principalmente en dúas reaccións da síntese de melanina tamén coñecidas como a vía Raper–Mason. Primeiro, a hidroxilación dun monofenol e despois, a conversión dun o-difenol á correspondente o-quinona. A o-quinona sofre varias reaccións para finalmente formar melanina. A tirosinase é un encima que contén cobre presente en tecidos vexetais e animais que cataliza a produción de melanina e outros pigmentos a partir do aminoácido tirosina por oxidación. Atópase dentro dos melanosomas que se forman nos melanocitos da pel. Nos humanos, o encima tirosinase está codificado no xene TYR do cromosoma 11, que tamén foi simbolizado como OCA1.
Reacción catalizada A tirosinase leva a cabo a oxidación de fenois como a tirosina e a dopamina usando dioxíxeno (O2). En presenza de catecol, fórmase benzoquinona (ver a reacción máis abaixo). Os hidróxenos que se quitan do catecol combínanse co oxíxeno para formar auga.
A especificidade de substrato está fortemente restrinxida na tirosinase de mamíferos, a cal usa como substratos soamente as formas L da tirosina ou da DOPA, e necesita como cofactor a L-DOPA.
Sitio activo miniatura|esquerda|400px|Estrutura cristalográfica dunha tirosinase derivada de Streptomyces en complexo coa chamada "proteína caddie".; En todos os modelos soamente se mostra a molécula de tirosinase, os átomos de cobre móstranse en verde e a superficie molecular en vermello. Nos modelos D e E, os aminoácidos histidina están representados en liña azul. No modelo E, cada átomo de cobre do sitio activo está acomplexado con tres residuos de histidina, formando un centro de cobre tipo 3. Nos modelos C e D, o sitio activo desta proteína pode considerarse que está nun pillus formado na superficie da molécula.
Os dous átomos de cobre dentro do sitio activo dos encimas tirosinase interaccionan co dioxíxeno para formar un intermediario químico fortemente reactivo que despois oxida o substrato. A actividade da tirosinase é similar á catecol oxidase, unha clase relacionada de oxidase de cobre. As tirosinases e as catecol oxidases denomínanse colectivamente polifenol oxidases.
Estrutura As tirosinases illáronse e estudáronse nunha ampla variedade de especies de plantas, animais e fungos. As tirosinases de diferentes especies son diversas en termos das súas propiedades estruturais, a distribución nos tecidos e a localiación celular. Non hai unha estrutura común da tirosinase que se ancontre en todas as especies. Os encimas atopados en tecidos de plantas, animais e fungos difiren frecuentemente con respecto á súa estrutura primaria, tamaño, padrón de glicosilación e características de activación. Porén, todas as tirosinases teñen en común un centro de cobre tipo 3 binuclear dentro do seu sitio activo. Alí, dous átomos de cobre coordínanse con tres residuos de histidina. miniatura|400x400px|Esta é unha estrutura de aliñamento que mostra só a rexión conservada da secuencia de nucleótidos da proteína atopada en ras (Números de acceso en NCBI GenBank CAR95491, CAJ82935, BAA02077, BAV78831 e AAC17168), serpes (números de acceso de NCBI GenBank BBC55580, XP032076040 e BBC55647) e humanos (número de acceso de GenBank AAA61242) usando Clustal Omega. (Nota: (*) mostra a rexión conservada, (.) mostra a máis conservada e (:) a menos conservada.)
En plantas In vivo, as PPOs de plantas exprésanse como proteínas duns 64–68 kDa que constan de tres dominios: un péptido de transito cloroplástico (que contén un péptido sinal de tilacoide de ~4-9 kDa), un dominio activo cataliticamente (~ 37–42 kDa) que contén o centro de cobre binuclear, e o dominio C-terminal (~15–19 kDa) que protexe o sitio activo.
En mamíferos A tirosinase de mamíferos é unha proteína transmembrana que se estende polo grosor da membrana unha soa vez. Nos humanos a tirosinase está localizada dentro dos melanosoma dos melanocitos e o seu dominio catalítico activo encóntrase dentro dos melanosomas, de modo que só unha pequena parte, non esencial encimaticamente, se estende polo citoplasma do melanocito.
A diferenza da tirosinase fúnxica, a humana é unha glicoproteína unida a membrana e ten un contido en carbohidratos do 13 %.
O alelo de TYR derivado rs2733832 está asociado cunha pigmentación máis clara da pel en poboacións humanas. O alelo é máis común en Europa, mais tamén se encontra con frecuencias baixas ou moderadas en Asia central, Oriente Próximo, norte de África e entre o os san e pigmeos mbuti.
En bacterias Propúxose que as tirosinases das bacterias que viven nas turbeiras actúan como reguladoras clave do almacenamento de carbono ao retiraren os composto fenólicos que inhiben a degradación de carbono orgánico.
En fungos No fungo Neurospora crassa, existen catro formas de tirosinase nas diferentes cepas. En cada cepa só se atopou unha rexión xenética determinante da estrutura neste encima.
Regulación xénica O xene da tirosinase é regulado polo factor de transcrición asociado á microftalmia (MITF). esquerda|miniatura|A vía Raper–Mason da melanoxénese, mostrando os pasos da síntese da melanina. DHI = 5,6 dihidroxiindol; DHICA = 5,6-dihidroxifenilalanina; GGT = Gamma-glutamil transpeptidase; GST = Glutatión-S-transferase; L-Dopa = Levo-Dopa; TRP-2 = Proteína relacionada coa tirosinase 2. miniatura|400x400px|Cladograma de árbore filoxenética representativa das proteínas tirosinases. Analizáronse as secuencias de tirosinases de especies de vertebrados (xéneros: Ambystoma, Xenopus, Homo, Elaphe, Thamnophis, Bufo, Rugosa e Rana). Os aliñamentos múltiples xeráronse polo programa CLUSTAL W (versión 1.7) e as árbores filoxenéticas constuíronse polo método de unión de veciños sen corrección de distancia. Deste xeito, Ambystoma e Xenopus non se agrupan con outros anfibios. As ramas e nodos debuxáronse de acordo con padróns idénticos.
Importancia clínica Unha mutación no xene da tirosinase que distorsiona a produción de tirosinase orixina o albinismo oculocutáneo tipo I, un trastorno hereditario que afecta unha de cada 20.000 persoas.
A actividade da tirosinase é moi importante. Se non está controlada durante a síntese de melanina, priduce un incremento da síntese de melanina. A diminución da actividade da tirosinase foi tratada para mellorar ou previr condicións relacionadas coa hiperpigmentación da pel, como o melasma e as manchas da idade.
Varios polifenois, incluíndo os flavonoides ou estilbenoides, análogos do substrato, neutralizadores de radicais libres, e queladores de cobre, sábese que inbiben a tirosinase. Desde entón, as industrias médicas e cosméticas están enfocadas en investigar os inhibidores da tiosinase para tratar os trastornos da pel.
Inhibidores Os inhibidores coñecidos da tirosinase son os seguintes: Ácido azelaico 4-Butilresorcinol Hidroquinona Ácido L-ascórbico (vitamina C) Ácido tranexámico
Xenética
Aínda que o albinismo é común, só se fixeron uns poucos estudos sobre mutacións xenéticas nos xenes da tirosinase de animais. Un deles foi o do Bubalus bubalis (búfalo acuático). A secuencia do ARNm da tirosinase do tipo salvaxe de B. bubalis é de 1.958 pares de bases (bp) cun marco de lectura aberto (ORF) de 1.593 bp, que traducen 530 aminoácidos. Por outra parte, o xene da tirosinase dos B. bubalis albinos (GenBank JN_887463) está truncado na posición 477, por causa dunha mutación puntual no nucleótido 1431 que converte o codón do triptófano (TGG) nun codón de parada (TGA), o que ten como resultado unha tirosinase máis curta e inactiva. Outros albinos teñen mutacións puntuais que parecen inactivar a tirosinase sen truncamento (ver exemplos na táboa e figura). +EspecieNome comúnMutación no aminoácidoGenBankUniprot IDBubalus bubalisBúfalo acuáticoW477 -> codón de paradaJN_887462J7FBF2Pelophylax nigromaculatusRa de estanqueDeleción de K228Q04604Glandirana rugosaRa enrugadaG376 -> D376A0A1I9FZH0Fejervarya kawamuraiRa do arrozG57 -> R57A0A1E1G7U0 esquerda|miniatura|407x407px|Mutacións no xene da tirosinase que causan albinismo en animais. As caixas coloreadas indican rexións na proteína codificadas por un dos cinco exóns (ver figura da estrutura do xene). As posicións refírense ás posición dos aminoácidos na proteína de cada especie. Modificada de Miura et al.
Hai poucos estudos sobre datos xenómicos do xene da tiosinase, e hai só uns poucos estudos sobre as mutacións albinas en anfibios. Miura et al. (2018) investigaron as mutacións en aminoácidos no xene da tirosinase en tres ras albinas: Pelophylax nigromaculatus, Glandirana rugosa e Fejervarya kawamurai. En total, estudáronse cinco poboacións das cales tres eran de P. nigromaculatus, unha de G. rugosa e outra de F. kawamurai. En dúas das tres de P. nigromaculatus, había unha mutación por desprazamento do marco de lectura debido á inserción dunha timina nos exóns 1 e 3, e a terceira poboación carecía e tres nucleótidos que codificaban unha lisina no exón 1. A poboación de G. rugosa tiña unha mutación con cambio de sentido na cal había unha substitución de aminoácido de glicina a ácido aspártico, e a mutación de F. kawamurai era tamén unha substitución do aminoácido glicina por arxinina. A mutación en G. rugosa e F. kawamurai localizábase nos exóns 1 e 3. As mutacións da terceira poboación de P. nigromaculatus, e as mutacións de G. rugosa e F. kawamurai ocorreran en áreas que están altamente conservadas entre os vertebrados que podían orixinar un xene da tirosina disfuncional. miniatura|Aminoácidos substituídos na tirosinase en ras albinas e os correspondentes aminoácidos noutras especies de vertebrados (Miura et al., 2018). kW refírese á F. kawamurai de tipo salvaxe, kA á kawamurai de tipo albino, rW á G. rugosa de tipo salvaxe, rA á G. rugosa albina, nW á P. nigromaculatus de tipo salvaxe, nAH á P. nigromaculatus albina recollida en Hiroshima. Os números fóra das parénteses indican a posición do aminoácido da especie mutada, e os números entre parénteses refírense á posición do aminoácido asociado na secuencia humana. (Miura et al. 2018) esquerda|miniatura|400x400px|Representación esquemática da organización intrón-exón do xene da tirosinase (TYP) en humanos (ClinVar: NM_ 000372). As caixas abertas e pechadas representan a codificación da proteína e as rexións non traducidas dos exóns, respectivamente, estando os exóns etiquetados con números. Os tamaños dos intrón indícanse con números pequenos (en pares de bases, bp).
Evolución miniatura|400x400px|ConSurf usa unha serie de nove cores desde a turquesa á branca e á bordeos para representar os graos de conservación desde o variable ao conservado, respectivamente. Á dereita, un esquema de cores alternativa inspirada no MSA3D de ProteinExplorer inicial (agora obsoleto) no cal os graos 4, 5 e 6 usan a mesma cor.