Mecanismo de fosforilación y desfosforilación
La modificación covalente de las enzimas se realiza con mayor frecuencia mediante fosforilación reversible. Este proceso está estrictamente controlado por dos grupos de enzimas reguladoras con acciones opuestas:
- Proteincinasas: son responsables de la fosforilación. Transfieren un residuo de ácido fosfórico desde una molécula de ATP hacia grupos OH específicos de los residuos de aminoácidos dentro de las proteínas blanco.
- Fosfoprotéinfosfatasas: llevan a cabo la desfosforilación, es decir, la eliminación del grupo fosfato previamente unido.
Precisamente el equilibrio entre la actividad de estos dos grupos de enzimas garantiza el ajuste fino y reversible de las rutas metabólicas en la célula. Para una comprensión profunda del proceso, es necesario estudiar por separado las clases de estas enzimas según la nomenclatura de la EC y su estricta especificidad de sustrato.
Estructura de la proteincinasa A (PKA)
Un ejemplo clásico de una enzima regulada y que participa en la modificación covalente es la proteincinasa A (PKA). Por su tipo, es una enzima dependiente de AMPc (dependiente de 3',5'-AMP cíclico).
En su estado inactivo, la PKA presenta una estructura compleja: un tetrámero que consta de cuatro subunidades:
- 2 subunidades reguladoras (R).
- 2 subunidades catalíticas (C).
Este complejo inactivo suele denotarse con la fórmula $R_2C_2$. Es importante destacar que, mientras la enzima se encuentra en forma de este tetrámero intacto, carece por completo de actividad catalítica.
Mecanismo de activación de la PKA
El proceso de transición de la proteincinasa A desde el estado inactivo al activo comprende varias etapas sucesivas:
- Unión del ligando. Las subunidades reguladoras (R) poseen sitios especiales para unir moléculas de AMPc.
- Estequiometría. A cada una de las dos subunidades R se unen exactamente 2 moléculas de AMPc. Por lo tanto, todo el tetrámero requiere 4 moléculas de AMPc.
- Cambios conformacionales. Tan pronto como se une el AMPc, la estructura de los protómeros reguladores cambia espacialmente.
- Disociación. El complejo tetramérico $R_2C_2$ pierde estabilidad y se disocia.
- Resultado. Se liberan al medio dos subunidades catalíticas (C) independientes y totalmente activas.
Ahora la PKA activa puede cumplir su función: la fosforilación de proteínas. El esquema de la reacción catalizada es el siguiente: $E-OH + ATP \xrightarrow{PKA} E-O-PO_3H_2 + ADP$ (donde E representa la proteína sustrato).
Reversibilidad del proceso de activación
El sistema de regulación no podría ser eficaz sin un mecanismo para retornar al estado inicial. El proceso de activación de la PKA es totalmente reversible.
Cuando la concentración de la señal intracelular disminuye, se produce la separación de las moléculas de AMPc de las subunidades reguladoras. Esto desencadena de inmediato la asociación inversa de las subunidades libres R y C. Se vuelven a ensamblar formando el complejo tetramérico inactivo original, y el proceso de fosforilación de los blancos se detiene.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Qué residuos de aminoácidos específicos se someten a fosforilación por las proteincinasas?
Las proteincinasas fosforilan grupos OH específicos de los residuos de aminoácidos en las proteínas blanco. Estos aminoácidos incluyen:
- Serina: es fosforilada por la proteincinasa A y experimenta transautofosforilación en los receptores de factores de crecimiento.
- Treonina: es el blanco para la fosforilación por la proteincinasa A y la MEK cinasa.
- Tirosina: se autofosforila en los receptores de factores de crecimiento y de insulina, y también es fosforilada por la MEK cinasa.
¿A qué clases de la nomenclatura EC pertenecen las proteincinasas y las fosfoprotéinfosfatasas?
Según la nomenclatura EC, estas enzimas pertenecen a dos clases diferentes.
- Proteincinasas: pertenecen a la clase de las transferasas (subclase de las fosfotransferasas). Catalizan la transferencia de un residuo de ácido fosfórico desde una molécula de ATP hacia la proteína sustrato.
- Fosfoprotéinfosfatasas: pertenecen a la clase de las hidrolasas (subclase de las fosfatasas). Llevan a cabo una reacción de hidrólisis, separando el grupo fosfato de la enzima con la formación de fosfato inorgánico.
Para recordar la composición de la PKA inactiva, utilice la fórmula del tetrámero R₂C₂: dos subunidades Reguladoras y dos Catalíticas. Son activas únicamente cuando se disocian bajo la acción de 4 moléculas de AMPc.
Preguntas de clases y exámenes
¿En qué consiste la esencia de la modificación covalente de enzimas?
La esencia radica en la adición o eliminación rápida y reversible de un grupo químico (con mayor frecuencia un grupo fosfato) a la molécula de enzima, lo cual altera su actividad.
¿Cuántas moléculas de AMPc se necesitan para activar una molécula de proteincinasa A?
Para la activación completa de la enzima se requieren 4 moléculas de AMPc: 2 moléculas por cada una de las dos subunidades reguladoras.
¿Posee actividad catalítica el tetrámero R₂C₂ de la proteincinasa A?
No, en forma de complejo tetramérico ensamblado, la enzima es inactiva. La actividad catalítica aparece únicamente tras la disociación del complejo y la liberación de las subunidades C.
Qué más repasar sobre el tema
- Clasificación de cinasas y fosfatasas según la Comisión de Enzimología (EC)
- Especificidad de sustrato de las proteincinasas y fosfoprotéinfosfatasas
- Ecuaciones detalladas de las reacciones de fosforilación y desfosforilación
- Aspectos médicos de la enzimología y patología de la regulación enzimática
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