Desfosforilación

Na Galipedia, a Wikipedia en galego.
Saltar ata a navegación Saltar á busca

A desfosforilación é a retirada dun grupo fosfato dun composto orgánico por hidrólise. É unha modificación postraducional cuxo oposto é a adición de grupos fosfato ou fosforilación. A desfosforilación é un proceso moi regulado, que activa e dasactiva encimas ao clivar os ésteres fosfóricos e anhídridos. Un exemplo importante de desfosforilación é a conversión da ATP en ADP e fosfoato inorgánico.

A desfosforilación utiliza un tipo de encimas hidrolíticos ou hidrolases, que clivan os enlaces éster. Unha importante subclase de hirolases usada nas desfoforilacións é a das fosfatases. As fosfatases retiran grupos fosfato ao hidrolizaren monoésteres de ácido fosfórico dando un ión fosfato libre e unha molécula cun grupo hidroxilo (OH) libre.

A reacción de fosforilación-desfosforilación reversible ocorre practicamente en todos os procesos fisiolóxicos, facendo que funcionen debidamente as proteínas fosfatadas necesarias para a viabilidade do organismo. Como a desfosforilación das proteínas é un proceso clave implicado na sinalización celular, as proteína fosfatases están implicados en condicións médicas como as doenzas cardíacas, diabetes, e enfermidade de Alzheimer.

Historia[editar | editar a fonte]

O descubrimento da desfosforilación foi o resultado dunha serie de experimentos que estudaron o encima fosforilase illado do músculo esquelético de coello. En 1955, Edwin Krebs e Edmond Fischer utilizaron ATP marcado radioactivamente para determinar que cando se engadía fosfato por fosforilación ao residuo de serina da fosforilase esta convertíase da súa forma b á forma a.[1] Despois, Krebs e Fischer demostraron qie esta fosforilación forma parte dunha fervenza de quinases. Finalmente, despois de purificaren a forma fosforilada do encima, que é a fosforilase a, do fígado de coello, utiizando cromatografía de intercambio iónico identificaron as fosfoproteína fosfatases I e II.[2]

Desde o descubrimento destas proteínas desfosforilantes, a natureza reversible da fosforilación e desfsforilación foi asociada cunha ampla gama de prteínas funcionais, principalmente encimáticas, pero tamén algunhas non encimáticas.[3] Edwin Krebs e Edmond Fischer gañaron o Premio Nobel de Medicina de 1992 polo descubrimento da fosforilación reversible de proteínas.[4]

Función[editar | editar a fonte]

Estrutura cristalográfica da PTEN (fosfatse humana e homólogo da tensina). O centro activo móstrase en amarelo, o dominio N-terminal fosfatase en azul, e o dominio C2 C-terminal en vermello.[5]

A fosforilación e desfosforilación de grupos hidroxilo pertencentes a aminoácidos neutros pero polares como a serina, treonina, e tirosina de proteínas diana especificas é unha parte fundamental da regulación dos procesos fisiolóxicos. A fosforilación implica a modificación covalente do hidroxilo cun grupo fosfato por medio do ataque nucleofílico do fosfato alfa do ATP polo oxíxeno do hidroxilo. A desfosforilacón implica quitar grupos fosfato por medio dnha reacción de hidratación por adición dunha molécula de auga e a liberación dun grupo fosfato orixinal, redxenerando o hidroxilo. Ambos os procesos son reversibles e ambos os mecanismos poden usarse para activar ou desactivar unha proteína. A fosforilación dunha proteína produce moitos efectos bioquímicas, como cambiar a súa conformación para alterar a súa unión a un ligando específico e incrementar ou reducir a súa actividade. A fosforilación e desfosforilación poden utilizarse en todos os tipos de substratos, como proteínas estruturais, encimas, canais de membrana, moléculas de sinaización, e outras quinases e fosfatases. A suma destes procesos denomínase fosforregulación.[6] A desregulación da fosforilación pode orixinar doenzas.[7]

Modificación postraducional[editar | editar a fonte]

Durante a síntese de proteinas, as cadeas polipeptídicas, que se forman pola tradución nos ribosomas de ARNm, deben ser procesadas antes de asumir unha conformación madura. A desfosforilación de proteínas é un mecanismo para a modificación do comportamento dunha proteína, xeralmente ao activar ou inactivar un encima. Compoñentes do aparato sintético de proteínas tamén sofren fosforilación e desfosforilación e isto regula a velocidade de síntese proteica.[8]

Como parte das modificacións postraducionais, poden quitarse grupos fosfato da serina, treonina, ou tirosina. As vías da transdución de sinais intracelular dependen da fosforilación e desfosforilación secuencial dunha ampla variedade de proteínas.

ATP[editar | editar a fonte]

ATP4− + H2O  ADP3− + HPO42− + H+

A adenosina trifosfato, ou ATP, actúa como unha "moeda" de enerxía libre en todos os organismos vivos. Esta molecula, nunha reacción de desfosforilación espontánea, libera 30,5 kJ/mol, que se empregan para impulsar reaccións celulares. En conxunto, as reaccións en principio non espontáneas acopladas á desfosforilación do ATP fanse espontáneas, debido ao cambio de enerxía libre relativo da reacción acoplada. O ATP é desfosforilado a ADP e fosfato inorgánico.[9]

A nivel celular, a desfosforilación de ATPases determina o fluxo de ións dentro e fóra da celula. Os inhibidores da bomba de protóns son un tipo de fármacos que actúan directamente sobre as ATPases do tracto gastrointestinal.

A desfosforilación noutras reaccións[editar | editar a fonte]

Ademais do ATP, outras moléculas sofren desfosforilacións como parte doutros sistemas biolóxicos. Diferentes compostos producen diferentes cambios de enerxía libre como resultado da desfosforilación.[10]

Molécula Cambio de enerxía libre
Acetil fosfato 47,3 kJ/mol
Glicosa 6-fosfato 13,8 kJ/mol
Fosfoenolpiruvato (PEP) -61,9 kJ/mo
Fosfocreatina 43,1 kJ/mo

A psilocibina tamén depende da desfosforilación para ser metabolizada en psilocina e despois eliminada.

Importancia da desfosforilación no fotosistema II[editar | editar a fonte]

O primeiro complexo formado por proteínas e pigmentos da fase luminosa da fotosíntese denomínase fotosistema II. O complexo captura fotóns de luz, proporcionando electróns necesarios para que na fortosíntese se produza máis tarde ATP (fotofosforilación). O fotosistema II é especialmente sensible á temperatura,[11] e a desfosforilación impulsa a plasticidade na resposta a variacións de temperatura. A desfosforilación de proteínas acelérase a elevadas temperaturas nas proteínas do centro de reacción do complexo do fotosistema II, o que protexe á planta.[12]

Papel da desfosforilación en doenzas[editar | editar a fonte]

Patoloxía[editar | editar a fonte]

Unha desfosforilación excesiva das ATPases de membrana e das bombas de protóns do tracto gastrointestinal orixina unha secreción elevada de ácidos pépticos. Isto orixina ardores de estómago e esofaxite. As úlceras pépticas orixínanse polo pH extremo que orixina a desfosforilación en combinación cunha infección por Helicobacter pylori.[13]

A proteína asociada a microtúbulos tau está anormalmente hiperfosforilada cando se illa do cerebro de pacientes da enfermidade de Alzheimer. Isto débese á disfunción dos mecanismos da desfosforilación en aminoácidos específicos da proteína tau. A desfosforilación de tau está catalizada pola proteína fosfatase-2A e proteína fosfatase-2B. A deficiencia ou modificación dunha ou varias proteínas pode estar implicada na fosforilación anormal das proteínas tau no alzéimer.[14]

A desfosforilación tamén está ligada con doenzas cardíacas, especialmente a alteración de interaccións actina-miosina, que son claves para proporcionar a forza necesaria para o latexo cardíaco. A desfosforilación é unha parte fundamental da cinética do ciclo da miosina que controla directamente as interaccións actina-miosina. Cando se interrompe o proceso de desfosforilación, a contracción cardíaca dependente de calcio está alterada ou completamente inactivada.[15]

Algunhas investigacións tamén indican que as modificacións da desfosforilación inflúen en procesos fisiolóxicos envolvidos na diabetes mellitus. A cinética da desfosforilación das fosfoproteínas substrato-1/2 do receptor da insulina, Akt, e ERK1/2 está implicada na sinalización do receptor da insulina, e os modelos in vitro demostran que os cambios na cinética da desfosforilación inflúen na estimulación da insulina augas arriba e augas abaixo da fervenza de reaccións.[16]

Tratamentos[editar | editar a fonte]

A inhibición da bomba de protóns[13] fai diminuír significativamente a acidez do tracto gastrointestinal, reducindo os síntomas de enfermidades relacionadas coa acidez. O cambio resultante no pH fai diminuír a supervivencia da bacteria H. pylori, unha causa principal das úlceras a pépticas. Unha vez que o inhibidor da bomba de protóns erradica esta bacteria do estómago (para o cal poden ser necesarios tamén tratamentos con antibióticos), revértese o refluxo erosivo. O tratamento das enfermidades cardíacas mellorou co uso de fármacos que inhiben a AMPK por medio de desfosforilación.[17] No tratamento do diabetes, o fármaco sulfonilurea pode estimular a desfosforilación do transportador de glicosa GLUT4, diminuíndo así a resistencia á insulina e aumentando a utilización de glicosa.[18]

Aplicacións en investigación[editar | editar a fonte]

A desfosforilación xoga un papel clave en bioloxía molecular, especialmente na clonación usando encimas de restrición. Os extremos cortados dun vector de clonación poden volverse a unir durante o paso de ligación debido á fosforilación. Pode evitarse que estes extremos se volvan a unir usando unha fosfatase desfosforilante.[19] Estas fosfatases alcalinas utilizadas proceden xeralmente do intestino de tenreira, e denominanse abreviadamente CIP (Calf-intestinal alkaline phosphatase, fosfatase alcalina de intestino de tenreira).[20]

Notas[editar | editar a fonte]

  1. FISCHER, EH; KREBS, EG (Sep 1955). "Conversion of phosphorylase b to phosphorylase a in muscle extracts.". The Journal of Biological Chemistry 216 (1): 121–32. PMID 13252012. 
  2. Khandelwal, RL; Vandenheede, JR; Krebs, EG (Aug 25, 1976). "Purification, properties, and substrate specificities of phosphoprotein phosphatase(s) from rabbit liver.". The Journal of Biological Chemistry 251 (16): 4850–8. PMID 8449. 
  3. Krebs EG, Beavo JA (1979). "Phosphorylation-dephosphorylation of enzymes". Annu. Rev. Biochem. 48: 923–59. PMID 38740. doi:10.1146/annurev.bi.48.070179.004423. 
  4. Raju TN (June 2000). "The Nobel chronicles. 1992: Edmond H Fischer (b 1920) and Edwin G Krebs (b 1918)". Lancet 355 (9219): 2004. PMID 10859071. doi:10.1016/S0140-6736(05)72951-2. 
  5. PDB 1d5r; Lee JO, Yang H, Georgescu MM, Di Cristofano A, Maehama T, Shi Y, Dixon JE, Pandolfi P, Pavletich NP (October 1999). "Crystal structure of the PTEN tumor suppressor: implications for its phosphoinositide phosphatase activity and membrane association". Cell 99 (3): 323–34. PMID 10555148. doi:10.1016/S0092-8674(00)81663-3. 
  6. Beltrao P, Trinidad JC, Fiedler D; et al. (June 2009). "Evolution of phosphoregulation: comparison of phosphorylation patterns across yeast species". PLoS Biol. 7 (6): e1000134. PMC 2691599. PMID 19547744. doi:10.1371/journal.pbio.1000134. 
  7. Bononi A, Agnoletto C, De Marchi E; et al. (2011). "Protein kinases and phosphatases in the control of cell fate". Enzyme Res 2011: 329098. PMC 3166778. PMID 21904669. doi:10.4061/2011/329098. 
  8. Celis JE, Madsen P, Ryazanov AG (June 1990). "Increased phosphorylation of elongation factor 2 during mitosis in transformed human amnion cells correlates with a decreased rate of protein synthesis". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 87 (11): 4231–5. PMC 54082. PMID 2349232. doi:10.1073/pnas.87.11.4231. 
  9. Casiday, Rachel. "Energy for the Body: Oxidative Phosphorylation". Consultado o 5 April 2013. 
  10. Casiday, Rachel. "Oxidation-Reduction Reactions Experiment". Energy for the Body: Oxidative Phosphorylation. Department of Chemistry, Washington University. Consultado o 24 April 2013. 
  11. Yamauchi, Yasuo (29 July 2011). "Plants switch photosystem at high temperature to protect photosystem II". Plant Biology. 
  12. Rokka, A; Aro, EM; Herrmann, RG; Andersson, B; Vener, AV (Aug 2000). "Dephosphorylation of photosystem II reaction center proteins in plant photosynthetic membranes as an immediate response to abrupt elevation of temperature.". Plant physiology 123 (4): 1525–36. PMID 10938368. doi:10.1104/pp.123.4.1525. 
  13. 13,0 13,1 Robinson, M (Jun 2005). "Proton pump inhibitors: update on their role in acid-related gastrointestinal diseases.". International journal of clinical practice 59 (6): 709–15. PMID 15924600. doi:10.1111/j.1368-5031.2005.00517.x. 
  14. Gong CX, Grundke-Iqbal I, Iqbal K (August 1994). "Dephosphorylation of Alzheimer's disease abnormally phosphorylated tau by protein phosphatase-2A". Neuroscience 61 (4): 765–72. PMID 7838376. doi:10.1016/0306-4522(94)90400-6. 
  15. Sheikh F, Ouyang K, Campbell SG; et al. (April 2012). "Mouse and computational models link Mlc2v dephosphorylation to altered myosin kinetics in early cardiac disease". J. Clin. Invest. 122 (4): 1209–21. PMC 3314469. PMID 22426213. doi:10.1172/JCI61134. 
  16. Zhande R, Zhang W, Zheng Y; et al. (December 2006). "Dephosphorylation by default, a potential mechanism for regulation of insulin receptor substrate-1/2, Akt, and ERK1/2". J. Biol. Chem. 281 (51): 39071–80. PMID 17068339. doi:10.1074/jbc.M605251200. 
  17. Hutchinson, DS; Summers, RJ; Bengtsson, T (Sep 2008). "Regulation of AMP-activated protein kinase activity by G-protein coupled receptors: potential utility in treatment of diabetes and heart disease.". Pharmacology & therapeutics 119 (3): 291–310. PMID 18606183. doi:10.1016/j.pharmthera.2008.05.008. 
  18. Müller, G; Wied, S (Dec 1993). "The sulfonylurea drug, glimepiride, stimulates glucose transport, glucose transporter translocation, and dephosphorylation in insulin-resistant rat adipocytes in vitro.". Diabetes 42 (12): 1852–67. PMID 8243832. doi:10.2337/diabetes.42.12.1852. 
  19. Sambrook, J; Fritsch, E.F.; Maniatis, T. (1989). Molecular Cloning: A Laboratory Manual (2nd ed.). Cold Spring Harbor Laboratory Press. 
  20. Makovets S, Blackburn EH (November 2009). "DNA damage signalling prevents deleterious telomere addition at DNA breaks". Nat. Cell Biol. 11 (11): 1383–6. PMC 2806817. PMID 19838171. doi:10.1038/ncb1985. 

Véxase tamén[editar | editar a fonte]

Outros artigos[editar | editar a fonte]