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A ureia foi o primeiro composto orgânico sintetizado a partir de componentes inorgânicos, pelo pesquisador Friedrich Wohler, em 1828. Antes disso acreditava-se que não era possível sintetizar compostos orgânicos. Trata-se de um produto do catabolismo de proteínas e de aminoácidos, sendo encontrada na urina de animais e a na decomposição de compostos nitrogenados de organismos mortos. Esse composto pode ser hidrolisado por enzimas denominadas ureases, formando amônia e gás carbônico.
Ureases são enzimas amplamente distribuídas na natureza, sendo produzidas por plantas e micro-organismos. A urease da planta feijão-de-porco (Canavalia ensiformis) tem grande importância em Bioquímica, pois foi a primeira enzima a ser cristalizada, pelo pesquisador James Sumner, em 1926. O trabalho de Sumner foi pioneiro na área, sendo fundamental na identificação da natureza proteica de enzimas. Este trabalho lhe rendeu o prêmio Nobel de Química de 1946.
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Feijão-de-porco (Canavalia ensiformis). Fonte: Lígia Prado/Wikimedia Commons.
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UREASES VEGETAIS
Falando em plantas, a produção da urease possibilita a hidrólise da ureia, que pode ser utilizada, assim, na forma de amônia (NH3) (sendo posteriormente convertida ao íon amônio (NH4+) em contato com a água do solo), como fonte de nitrogênio para a nutrição dos vegetais. O nitrogênio somente é assimilável após a hidrólise da ureia e este é o principal papel fisiológico atribuído às ureases de plantas. Inclusive, é por isso que a ureia vem sendo utilizada como fertilizante de solos. A soja (Glycine max), assim como o feijão-de-porco, apresenta grandes quantidades de urease em seus tecidos, sendo que as sementes possuem maior abundância dessa proteína.
UREASES MICROBIANAS
Em relação a ureases microbianas, algumas são consideradas fatores de virulência para micro-organismos, ou seja, auxiliam na patogênese dos mesmos. Um exemplo é a urease de Helicobacter pylori. Esta bactéria é capaz de colonizar nosso estômago, sendo que uma das principais razões pelo seu sucesso de infectar um local tão inóspito, é a produção de urease, que alcaliniza o pH estomacal, pela formação de amônia. Dessa forma, gera um microambiente favorável para a multiplicação bacteriana.
Uma vez que humanos não produzem essas enzimas, as ureases têm sido propostas como alvos terapêuticos para doenças causadas por micro-organismos que a produzem, sendo que diversos inibidores da atividade ureásica (moléculas que se ligam ao sítio ativo, impedindo a reação enzimática) vêm sendo investigados.
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Infecção causada por Helicobacter pylori na mucosa gástrica. (1) H. pylori penetra na mucosa gástrica do hospedeiro e adere na superfície, (2) produz amônia (NH3) a partir da ureia através da urease e neutraliza o ácido estomacal. (3) prolifera, migra e finalmente forma um foco infeccioso. (4) a ulceração gástrica é desenvolvida pela destruição da mucosa, inflamação e morte das células gástricas, por não estarem protegidas da acidez pela mucosa. Fonte: Usuário Y_tambe/Wikimedia Commons.
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UTILIZAÇÃO DAS UREASES
* TERAPÊUTICA
Contudo, há também características benéficas das ureases microbianas. Já foi reportado que ureases produzidas pela microbiota bacteriana oral atuariam na contenção de cáries, sendo que indivíduos sem cáries apresentam alta atividade ureásica em suas amostras de placas bacterianas. Além disso, bactérias láticas (produtoras de ácido lático), as quais são importantes na indústria de laticínios, muitas vezes são produtoras de ureases, utilizando a atividade enzimática para conter o estresse ácido do meio em que estão sendo cultivadas, bem como fornecer dióxido de carbono e amônia para diversas rotas biossintéticas.
* TAXONÔMICA
É importante destacar, também, que as ureases são importantes ferramentas taxonômicas na identificação de micro-organismos, uma vez que a produção desta enzima é utilizada em testes bioquímicos para caracterizar fenotipicamente isolados microbianos. O teste da detecção da urease utiliza um indicador de pH (substância sensível à mudança de pH, mudando de coloração), sendo que se o micro-organismo for produtor desta enzima, há mudança de coloração do indicador, em função da alcalinização do meio. Este também é um teste realizado durante biópsias gástricas para verificar a presença de H. pylori.
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À esquerda, produção de urease, mudança de coloração para rosa pela alcalinização do meio. À direita, não há produção de urease, portanto sem alteração de cor. Fonte: Usuário cjpayawal/Flickr.
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* BIOSSENSORES
Biossensores contendo urease imobilizada vêm sendo estudados e desenvolvidos para o uso no diagnóstico humano e no controle de qualidade da indústria de laticínios. A ureia em excesso no sangue é um biomarcador de problemas na nossa função renal e o teste para detectá-la é amplamente realizado. Já na indústria de laticínios, analisa-se ureia no leite: sua presença pode significar adulteração, uma vez que a ureia não é um constituinte natural do leite.
ATIVIDADES INDEPENDENTES DA CATÁLISE
Por fim, há diversos estudos do grupo da pesquisadora brasileira Célia Carlini, demonstrando que as ureases são proteínas multifuncionais, ou seja, além de apresentarem atividade enzimática sobre a ureia, possuem outras atividades biológicas, como atividades tóxicas contra fungos filamentosos, leveduras e insetos, dentre outras. É importante ressaltar que essas atividades são mantidas, mesmo com a utilização de inibidores da atividade ureolítica, ou seja, são independentes da catálise. Se ficou interessado nessas atividades, deixamos um artigo de revisão deste grupo de pesquisa nas referências abaixo.
Já conhecemos bastante a respeito dessa enzima tão importante, mas há muito ainda a ser descoberto. Os estudos dos efeitos danosos, benéficos ou aplicações dessa enzima são campos muito férteis e a Biotecnologia pode ajudar (e muito!) em novas descobertas. Partiu ganhar um Nobel?
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Referências
Carlini, C.R., Ligabue-Braun, R. Ureases as multifunctional toxic proteins: A review, Toxicon. 110 (2016) 90–109. doi:10.1016/j.toxicon.2015.11.020.
Gupta, B., Singh, S., Mohan, S., Prakash, R. Urea biosensor based on conducting polymer transducers, in: Biosensors, InTech, 2010.
Kafarski, P., Talma, M. Recent Advances in Design of New Urease Inhibitors: A Review, J. Adv. Res. (2018).
Sumner, J.B. Enzyme Urease, J. Biol. Chem. 69 (1926) 435–441. http://www.jbc.org/content/69/2/435.full.pdf+html.
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Revisado por Thais Semprebom e Mariana Pereira
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