miniatura|Localització de l'UOX dins d'una cèl·lula hepàtica|esquerra|253x253px Luricasa, o també coneguda com a uricata oxidasa, és un enzim oxidorreductasa que participa en la ruta metabòlica de l'àcid úric, substància produïda en l'organisme durant la degradació de les purines, components essencials de l'ADN i l'ARN. Addicionalment, l'àcid úric es considera un potent antioxidant que ajuda a eliminar radicals lliures. Es troba en major freqüència al fetge, encara que també s'ha trobat als ronyons i a l'intestí prim. A nivell cel·lular, es troba a la matriu peroxisomal dels hepatòcits a causa de la necessitat d'H2O2 i de catalasa per la reacció, forma cossos paracristal·lins electrodensos de grans dimensions.
L'uricasa catalitza l'oxidació de l'àcid úric cap a al·lantoïna, on aquesta reacció és la penúltima etapa del catabolisme de les purines en la majoria dels mamífers. Aquest enzim està present en organismes pluricel·lulars, específicament en la majoria dels organismes del regne Animalia, a excepció d'algunes aus i més notablement, absent en els éssers humans i altres primats superiors a causa de mutacions en el gen codificant.
El fet que els éssers humans tinguin una manca d'uricasa funcional té com a conseqüència que l'àcid úric s'acumuli a l'organisme. Si el nivell d'àcid úric és molt elevat, poden formar-se cristalls d'urat dins l'organisme que es dipositen en les articulacions i altres teixits, ocasionant gota (una forma dolorosa d'artritis). A més, els nivells elevats d'àcid úric a la sang (hiperuricèmia) poden contribuir a malalties renals i cardiovasculars.
Estructura miniatura|Representació estructural d'UOX L'urat oxidasa (UOX) és un holoenzim homotetramèric, format per quatre monòmers idèntics amb quatre centres catalítics situats a les interfícies entre les subunitats. Presenta una estructura quaternària simètrica no conjugada. Tot i que hi ha estudis antics que suggerien la presència d'un cofactor de coure(II) al centre actiu, treballs estructurals posteriors han demostrat que l'enzim és funcional sense necessitat de metalls o cofactors orgànics, fet que la converteix en una oxidasa única dins el seu grup.
Cada subunitat té aproximadament 300 residus, amb un pes molecular d'uns 34 kDa. La seva estructura primària pot variar lleugerament segons l'espècie, però inclou una seqüència de 24 aminoàcids altament conservats com Arg176, Gln228, Thr57 i His256 (en el cas dAspergillus flavus), on 15 residus intervenen directament en la formació i estabilització del centre catalític mitjançant ponts d'hidrogen i interaccions electroestàtiques.
A nivell de plegament (estructura secundària i terciària), els monòmers adopten el domini conegut com a “T-fold”, caracteritzat per un motiu ββααββ, és a dir, làmines β antiparal·leles alternades amb hèlixs α curtes. Aquest plegament forma una cavitat hidrofòbica on s’uneix el substrat, l'àcid úric, i per on pot difondre l'oxigen molecular necessari per a l'oxidació. Concretament, els residus Arg176 i Gln228 formen el qual es coneix com a "ligand tweezers" que subjecten a l'urat via ponts d'hidrogen. Així apropen el substrat a altres centres com la triada "water holder" o el lloc d'unió del dioxigen, també anomenat "peroxo hole" on hi participa Thr57.
L'efecte combinat de la cavitat hidrofòbica i els residus polars genera un microambient específic que dirigeix la reacció cap a la formació de 5‑hidroxiisourato de manera controlada i evita reaccions laterals no desitjades.
A més, el fet que els canals interns dels monòmers connectin els centres catalítics mantenint una geometria precisa de l'estructura quaternària permet un flux eficient de substrat, O₂ i productes.
Classificació UOX està classificada com EC 1.7.3.3 (urata: oxigen oxidoreductasa), és a dir, es una oxidoreductasa que actua sobre el nitrogen u oxigen dels substrats (urats) utilitzant O2 com acceptor. A diferència d'altres oxidases, és independent de cofactors metàl·lics o orgànics, això la fa única en la seva família.
Mecanisme d'acció El mecanisme d'acció de la uricasa es basa a catalitzar el catabolisme de l'àcid úric cap a al·lantoïna. L'al·lantoïna és una molècula no tòxica i molt més soluble que l'àcid úric, cosa que fa que sigui fàcilment metabolitzada i eliminada, fins i tot en presència de dany renal. miniatura|Ruta del catabolisme de les purines, on participa UOX.|esquerra En els éssers humans, que manquen d'aquest enzim, la transformació de l'àcid úric en al·lantoïna només és possible mitjançant l'administració d'uricasa.
Aquest enzim presenta una elevada especificitat en la transformació de l'àcid úric en al·lantoïna. Durant aquesta reacció, el carboni C2 de l'àcid úric es manté en la mateixa posició a la molècula d'al·lantoïna, fet que indica un mecanisme de reacció altament controlat. La conversió té lloc mitjançant la formació inicial de 5-hidroxiisourat (HIU), que posteriorment és transformat en un intermedi òpticament actiu anomenat 2-oxo-4-hidroxi-4-carboxi-5-ureidoimidazolina (OHCU). Aquest intermedi es pot transformar en aloxanat en presència de borat, o bé continuar el seu procés de degradació fins a donar lloc a al·lantoïna mitjançant una descarboxilació que pot ser de naturalesa química o enzimàtica.
En aquells organismes que presenten l'enzim alantoïnasa, com alguns bacteris o fongs, l'al·lantoïna pot experimentar una transformació cap a alantoat.
Inhibició miniatura|Mecanisme d'inhibició de l'uricasa per part d'anions (clor/cianur). Un estudi clau "Relevant Anion–π Interactions"(Estarellas et al., 2011), demostra que UOX és inhibida per anions petits com el cianur (CN⁻) i el clorur (Cl⁻), mitjançant interaccions entre l'inhibidor i el sistema π del substrat urat dins del centre actiu, fenomen conegut com a interaccions anió-π.
Normalment, els anions (ions negatius) i els sistemes aromàtics (com els anells de benzè) s’atreuen en lloc de repel·lir-se, encara que tots dos grups d'electrons són negatius. El que passa és que l'aproximació de l'anió a l'anell altera l'orientació del sistema i desequilibra les càrregues, fent que hi hagi una càrrega més positiva en alguns punts de l'anell, cosa que permet que l'anió s’hi pugui apilar.
En aquest cas, CN⁻ o Cl⁻ es col·loca sobre l'anell de l'urat dins del centre actiu, canviant la distribució electrònica del substrat i fent que la reacció amb O₂ sigui menys eficient, i conseqüentment reduint l'eficiència de l'oxidació a 5‑hidroxiisourato. De manera que no hi ha cap destrucció de l'enzim, ni tampoc una obstrucció per un grup voluminós que impedeixi l'entrada del substrat; només altera l'electronegativitat de l'anell. És un mecanisme d'inhibició no competitiu poc habitual en els enzims, ja que interfereix directament amb la química del substrat.
Ús terapèutic esquerra|miniatura|Representació de l'ús terapèutic de la uricasa en hiperuricèmia. La manca d'uricasa en els éssers humans pot provocar un excés d'àcid úric en sang (hiperuricèmia), cosa que en alguns casos deriva en el desenvolupament de diverses patologies, com ara artritis úrica, gota o malalties renals i cardiovasculars. En determinades situacions, l'ús terapèutic de la uricasa consisteix en un tractament farmacològic amb pegloticasa, una versió modificada d'aquest enzim, aprovada per al tractament de la gota crònica refractària a altres fàrmacs.
A més, en alguns pacients sotmesos a tractaments quimioterapèutics pot aparèixer la síndrome de lisi tumoral. A causa d'aquest, es produeix una alliberació excessiva d'àcid úric a la sang, pot afavorir l'aparició d'hiperuricèmia i de complicacions renals.
Les primeres formes d'uricasa d'origen animal o fúngic es van utilitzar a partir de l'any 1975, però se'n va limitar l'ús a causa de les reaccions d'hipersensibilitat que provocaven. Anys més tard, gràcies a processos d'enginyeria i recombinació genètica entre Saccharomyces cerevisiae i Aspergillus, es va desenvolupar la rasburicasa amb millor tolerància i eficàcia clínica, per la qual cosa s'ha convertit en un pilar fonamental en el tractament de síndrome de lisi tumoral. Aquest fàrmac té una vida mitjana aproximada de 19 hores, per tant, s'administra un cop al dia.
Per evitar el rebuig de la rasburicasa per part de l'organisme, es recobreix l'enzim amb un polímer anomenat polietilengliicol (PEG). També s'utilitza per prolongar la seva vida útil reduint considerablement la immunogenicitat sense comprometre la seva activitat enzimàtica.
Història La història de l'enzim ve lligada a la comprensió de l'àcid úric i les seves malalties associades, com la gota, i es remunta al segle XVII amb l'aïllament de l'àcid úric i la seva posterior vinculació amb la malaltia per William Hyde Wollaston. L'uricasa actualment s’utilitza en l'anàlisi del laboratori i el desenvolupament de medicaments per a pacients amb gota refractaris al tractament. Aquest procés de ressuscitació enzimàtica s’ha dut a terme a través de la filogenètica.
En els primats, la urat oxidasa va perdre progressivament la seva funció fa uns 15 milions d'anys, fins a quedar inactiva en els humans a causa d'una acumulació de mutacions afavorides en el gen fins a convertir-lo en un pseudogèn. Tot i això, en altres mamífers aquest fenomen no va ocórrer, per aquest motiu tenen fins a deu vegades menys àcid úric en sang.
En l'època del Miocè, un descens generalitzat de les temperatures va causar una crisi alimentària, una reducció dràstica de la disponibilitat d'aliments, en particular de fruita. Fortuïtament, l'uricasa perjudicava de forma indirecta la formació de lípids a partir de la fructosa, component essencial per subsistir en aquella crisi. Per tant, aquells individus amb menor activitat d'uricasa tenien més opcions de sobreviure, cosa que va derivar que els seus gens es transmetessin a les següents generacions. Va ocórrer un procés de pseudogenització que va concloure amb la silenciació del gen. Aquest fenomen va resultar molt important per a l'evolució dels humans, proporcionant uns avantatges essencials per a la seva supervivència.
Amb el temps les condicions climàtiques van millorar, recuperant la normalitat alimentària. Però en els simis, i més tard en els humans, la manca de l'enzim va donar lloc a conseqüències fisiològiques negatives. L'acumulació d'urat monosòdic (àcid úric cristal·litzat), causant de dany hepàtic i renal o d'episodis de gota, es van anar fent més freqüents. Per aquesta raó es va "ressuscitar" l'enzim amb mecanismes filogenètics en laboratoris. Actualment, utilitzem un recombinant de l'uricasa, la rasburicasa com a fàrmac per tractar malalties com la hipeuricèmia o la síndrome de la lisi tumoral, entre altres.
Reintroducció genètica de la uricasa Segons un estudi publicat el 2025, s'ha aconseguit a través de la tecnologia CRISPR inserir uricasa ancestral funcional''''' al genoma de cèl·lules hepàtiques humanes. Gràcies a això, s'ha confirmat l'expressió de l'enzim tant en monocapes d'hepatòcits com en cultius d'esferoide. L'estudi va confirmar que aquesta expressió va reduir els nivells intracel·lulars d'urat i va evitar l'augment de la producció de triglicèrids després de la captació cel·lular de fructosa en ambdós tipus de cultius.
Referències
Categoria:Gens en el cromosoma 1 humà Categoria:Oxidoreductases