Hispanopedia Wiki
Articulo de referencia

Desfosforilación

En bioquímica , la desfosforilación es la eliminación de un grupo fosfato ( PO₃⁻⁴ ) de un compuesto orgánico mediante hidrólisis . Se trata de una modificación postraduccional r...

Hispanopedia WikiContenido en espanolLectura gratuita

En bioquímica , la desfosforilación es la eliminación de un grupo fosfato ( PO₃⁻⁴ ) de un compuesto orgánico mediante hidrólisis . Se trata de una modificación postraduccional reversible . La desfosforilación y su contraparte, la fosforilación , activan y desactivan enzimas mediante la separación o unión de ésteres y anhídridos fosfóricos . Un ejemplo notable de desfosforilación es la conversión de ATP en ADP y fosfato inorgánico.

La desfosforilación emplea un tipo de enzima hidrolítica, o hidrolasa , que rompe los enlaces éster. La subclase de hidrolasa más utilizada en la desfosforilación es la fosfatasa , que elimina los grupos fosfato hidrolizando los monoésteres del ácido fosfórico en un ion fosfato y una molécula con un grupo hidroxilo (–OH) libre.

La reacción reversible de fosforilación-desfosforilación ocurre en todos los procesos fisiológicos, por lo que el correcto funcionamiento de las fosfatasas de proteínas es necesario para la viabilidad del organismo. Dado que la desfosforilación de proteínas es un proceso clave en la señalización celular , [ 1 ] las fosfatasas de proteínas están implicadas en afecciones como enfermedades cardíacas, diabetes y enfermedad de Alzheimer. [ 2 ]

Historia

El descubrimiento de la desfosforilación surgió de una serie de experimentos que examinaron la enzima fosforilasa aislada del músculo esquelético de conejo. En 1955, Edwin Krebs y Edmond Fischer utilizaron ATP radiomarcado para determinar que se añade fosfato al residuo de serina de la fosforilasa para convertirla de su forma b a la forma a mediante fosforilación. [ 3 ] Posteriormente, Krebs y Fischer demostraron que esta fosforilación forma parte de una cascada de quinasas. Finalmente, tras purificar la forma fosforilada de la enzima, la fosforilasa a , del hígado de conejo, se utilizó cromatografía de intercambio iónico para identificar las fosfoproteína fosfatasas I y II. [ 4 ]

Desde el descubrimiento de estas proteínas desfosforilantes, la naturaleza reversible de la fosforilación y la desfosforilación se ha asociado con una amplia gama de proteínas funcionales, principalmente enzimáticas, pero también incluyendo proteínas no enzimáticas. [ 5 ] Edwin Krebs y Edmond Fischer ganaron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1992 por el descubrimiento de la fosforilación reversible de proteínas. [ 6 ]

Función

PTEN, una fosfatasa.
Estructura cristalográfica de la fosfatasa y homólogo de tensina humana (PTEN). El sitio activo del dominio fosfatasa N-terminal azul se muestra en amarillo. El dominio C2 C-terminal se muestra en rojo. [ 7 ]

La fosforilación y desfosforilación de los grupos hidroxilo pertenecientes a aminoácidos neutros pero polares , como la serina, la treonina y la tirosina, en proteínas diana específicas, es fundamental para la regulación de todo proceso fisiológico. La fosforilación implica la modificación covalente del grupo hidroxilo con un grupo fosfato mediante el ataque nucleofílico del oxígeno del grupo hidroxilo al fosfato alfa del ATP. La desfosforilación implica la eliminación del grupo fosfato mediante una reacción de hidratación, añadiendo una molécula de agua y liberando el grupo fosfato original, lo que regenera el grupo hidroxilo. Ambos procesos son reversibles y cualquiera de los dos mecanismos puede utilizarse para activar o desactivar una proteína. La fosforilación de una proteína produce numerosos efectos bioquímicos, como el cambio de su conformación para alterar su unión a un ligando específico y, por consiguiente, aumentar o disminuir su actividad. La fosforilación y desfosforilación pueden aplicarse a todo tipo de sustratos, como proteínas estructurales, enzimas, canales de membrana, moléculas de señalización y otras quinasas y fosfatasas. La suma de estos procesos se denomina fosforregulación. [ 8 ] La desregulación de la fosforilación puede provocar enfermedades. [ 9 ]

Modificación postraduccional

Durante la síntesis de proteínas, las cadenas polipeptídicas, creadas por los ribosomas que traducen el ARNm, deben procesarse antes de adoptar una conformación madura. La desfosforilación de proteínas es un mecanismo para modificar su comportamiento, a menudo mediante la activación o inactivación de una enzima . Los componentes del aparato de síntesis de proteínas también experimentan fosforilación y desfosforilación, regulando así las tasas de síntesis proteica. [ 10 ]

Como parte de las modificaciones postraduccionales, se pueden eliminar grupos fosfato de la serina, la treonina o la tirosina. Por lo tanto, las vías de transducción de señales intracelulares dependen de la fosforilación y desfosforilación secuenciales de una amplia variedad de proteínas.

ATP

ATP 4− + H 2 O ⟶ ADP 3− + HPO 2− 4 + H +

El trifosfato de adenosina , o ATP, actúa como una "moneda" de energía libre en todos los organismos vivos. En una reacción de desfosforilación espontánea,  se liberan 30,5 kJ/mol, que se utilizan para impulsar las reacciones celulares. En general, las reacciones no espontáneas acopladas a la desfosforilación del ATP son espontáneas debido al cambio negativo de energía libre de la reacción acoplada. Esto es importante para impulsar la fosforilación oxidativa. El ATP se desfosforila a ADP y fosfato inorgánico. [ 11 ]

A nivel celular, la desfosforilación de las ATPasas determina el flujo de iones hacia dentro y hacia fuera de la célula. Los inhibidores de la bomba de protones son un tipo de fármaco que actúa directamente sobre las ATPasas del tracto gastrointestinal.

Otras reacciones

Otras moléculas, además del ATP, sufren desfosforilación como parte de otros sistemas biológicos. Diferentes compuestos producen diferentes cambios de energía libre como resultado de la desfosforilación. [ 11 ]

La psilocibina también depende de la desfosforilación para metabolizarse en psilocina y posteriormente ser eliminada. Actualmente no se dispone de información sobre el efecto de la psilocibina en el cambio de energía libre.

Fotosistema II

El primer complejo proteico de las reacciones dependientes de la luz de la fotosíntesis se denomina fotosistema II . Este complejo utiliza una enzima para capturar fotones de luz, proporcionando al proceso fotosintético todos los electrones necesarios para producir ATP. El fotosistema II es particularmente sensible a la temperatura, [ 12 ] y se ha implicado a la desfosforilación como un factor determinante de la plasticidad en respuesta a las variaciones de temperatura. La desfosforilación acelerada de proteínas en las membranas tilacoides fotosintéticas ocurre a temperaturas elevadas, impactando directamente la desfosforilación de proteínas clave dentro del complejo del fotosistema II. [ 13 ]

Patología

La desfosforilación excesiva de las ATPasas de membrana y las bombas de protones en el tracto gastrointestinal conduce a mayores tasas de secreción de ácidos pépticos cáusticos. Esto provoca acidez estomacal y esofagitis. En combinación con la infección por Helicobacter pylori , la desfosforilación del pH elevado desencadena la enfermedad de úlcera péptica. [ 14 ]

La proteína tau, asociada a los microtúbulos, se encuentra hiperfosforilada de forma anómala cuando se aísla del cerebro de pacientes con enfermedad de Alzheimer . Esto se debe a la disfunción de los mecanismos de desfosforilación en aminoácidos específicos de la proteína tau. La desfosforilación de tau está catalizada por las proteínas fosfatasa-2A y fosfatasa-2B. La deficiencia o modificación de una o ambas proteínas podría estar implicada en la fosforilación anómala de tau en la enfermedad de Alzheimer [ 15 ].

La desfosforilación también se ha relacionado con enfermedades cardíacas , en particular con la alteración de las interacciones actina-miosina, fundamentales para la fuerza subyacente del latido cardíaco. La desfosforilación es una parte esencial de la cinética del ciclo de la miosina, que controla directamente las interacciones actina-miosina. Cuando se interrumpe el proceso de desfosforilación, la contracción cardíaca dependiente del calcio se ve afectada o se inhabilita por completo. [ 16 ]

Las investigaciones también han sugerido que las modificaciones en la desfosforilación afectan los procesos fisiológicos implicados en la diabetes mellitus . Se ha demostrado que la cinética de desfosforilación del sustrato 1/2 del receptor de insulina, Akt y ERK1/2, fosfoproteínas, participa en la señalización del receptor de insulina, y los modelos in vitro demuestran que los cambios en la cinética de desfosforilación afectan la estimulación de la insulina tanto aguas arriba como aguas abajo. [ 17 ]

Tratamiento

La inhibición de las bombas de protones [ 14 ] disminuye significativamente la acidez del tracto gastrointestinal, reduciendo los síntomas de las enfermedades relacionadas con el ácido. El cambio resultante en el pH disminuye la supervivencia de la bacteria H. pylori , una de las principales causas de la enfermedad de úlcera péptica. Una vez que el inhibidor de la bomba de protones erradica esta bacteria en el intestino, se revierte el reflujo erosivo. El tratamiento de las enfermedades cardíacas ha mejorado con el uso de fármacos que inhiben la AMPK mediante la desfosforilación. [ 18 ] En el tratamiento de la diabetes, las sulfonilureas pueden estimular la desfosforilación del transportador de glucosa GLUT4 , disminuyendo la resistencia a la insulina y aumentando la utilización de glucosa. [ 19 ]

Aplicaciones de investigación

La desfosforilación puede desempeñar un papel clave en la biología molecular, particularmente en la clonación mediante enzimas de restricción . Los extremos cortados de un vector pueden volver a ligarse durante un paso de ligación debido a la fosforilación. Mediante el uso de una fosfatasa desfosforilante, se puede evitar la religación. [ 20 ] Las fosfatasas alcalinas , que eliminan el grupo fosfato presente en el extremo 5′ de una molécula de ADN, a menudo se obtienen de forma natural, más comúnmente del intestino de ternero, y se abrevian como CIP . [ 21 ]

Fuerzas evolutivas subyacentes

Reconstrucción del estado ancestral y alineación ortóloga entre especies. a Reconstrucción del estado ancestral para Val129 humano (flecha roja) basada en el método de máxima parsimonia (MP) en MEGA11. b Alineación regional que comprende el sitio Val129 humano (flecha negra sobre la alineación).

El poder de selección natural para la desfosforilación es menos conocido. Un estudio reciente ha descubierto que IRF9, perteneciente a la familia de factores reguladores del interferón (IRF), una familia crucial para la respuesta inmune antiviral, podría estar influenciado por la selección natural durante la evolución de la especie humana. [ 22 ] Se ha encontrado selección positiva en el sitio del aminoácido Val129 (NP_006075.3:p.Ser129Val) de IRF9 humano. El estado ancestral (Ser129) se conserva entre los mamíferos, mientras que el estado novedoso (Val129) se fijó antes del evento de "salida de África" ​​hace aproximadamente 500 000 años. Este aminoácido joven (Val129) podría funcionar como un sitio de desfosforilación de IRF9. La desfosforilación podría afectar la actividad inmune de IRF9. [ 22 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ Ardito F, Giuliani M, Perrone D, Troiano G, Lo Muzio L (agosto de 2017). "El papel crucial de la fosforilación de proteínas en la señalización celular y su uso como terapia dirigida (Revisión)" . International Journal of Molecular Medicine . 40 (2): 271– 280. doi : 10.3892/ijmm.2017.3036 . PMC 5500920. PMID 28656226 .  
  2. ↑ den Hertog J (noviembre de 2003). "Regulación de las fosfatasas de proteínas en la enfermedad y el comportamiento" . EMBO Reports . 4 (11): 1027– 1032. doi : 10.1038/sj.embor.7400009 . PMC 1326379. PMID 14578923 .  
  3. ↑ Fischer EH, Krebs EG (septiembre de 1955). "Conversión de fosforilasa b a fosforilasa a en extractos musculares" . The Journal of Biological Chemistry . 216 (1): 121– 132. doi : 10.1016/S0021-9258(19)52289-X . PMID 13252012 . 
  4. ↑ Khandelwal RL, Vandenheede JR, Krebs EG (agosto de 1976). "Purificación, propiedades y especificidades de sustrato de la(s) fosfatasa(s) de fosfoproteína del hígado de conejo" . The Journal of Biological Chemistry . 251 (16): 4850– 4858. doi : 10.1016/S0021-9258(17)33194-0 . PMID 8449 . 
  5. ↑ Krebs EG, Beavo JA (1979). "Fosforilación-desfosforilación de enzimas". Annual Review of Biochemistry . 48 : 923–959 . doi : 10.1146/annurev.bi.48.070179.004423 . PMID 38740 . 
  6. ↑ Raju TN (junio de 2000). "Las crónicas del Nobel. 1992: Edmond H Fischer (n. 1920) y Edwin G Krebs (n. 1918)". Lancet . 355 ( 9219): 2004. doi : 10.1016/S0140-6736(05)72951-2 . PMID 10859071. S2CID 54322974 .  
  7. ↑ PDB : 1d5r ​;Lee JO, Yang H, Georgescu MM, Di Cristofano A, Maehama T, Shi Y, et al. (octubre de 1999). "Estructura cristalina del supresor tumoral PTEN: implicaciones para su actividad de fosfatasa de fosfoinosítidos y asociación a la membrana" . Cell . 99 (3): 323–334 . doi : 10.1016/S0092-8674(00)81663-3 . PMID 10555148 .  
  8. ↑ Beltrao P, Trinidad JC, Fiedler D, Roguev A, Lim WA, Shokat KM, et al. (junio de 2009). " Evolución de la fosforregulación: comparación de patrones de fosforilación en diferentes especies de levadura" . PLOS Biology . 7 (6) e1000134. doi : 10.1371/journal.pbio.1000134 . PMC 2691599. PMID 19547744 .   
  9. ↑ Bononi A, Agnoletto C, De Marchi E, Marchi S, Patergnani S, Bonora M, et al. (2011). " Proteína quinasas y fosfatasas en el control del destino celular" . Enzyme Research . 2011 329098. doi : 10.4061/2011/329098 . PMC 3166778. PMID 21904669 .   
  10. ↑ Celis JE, Madsen P, Ryazanov AG (junio de 1990). "El aumento de la fosforilación del factor de elongación 2 durante la mitosis en células de amnios humanas transformadas se correlaciona con una disminución de la tasa de síntesis de proteínas" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 87 (11): 4231– 4235. Bibcode : 1990PNAS...87.4231C . doi : 10.1073/pnas.87.11.4231 . PMC 54082. PMID 2349232 .  
  11. 1 2 Casiday R, Herman C, Frey R (5 de septiembre de 2008). "Energía para el cuerpo: fosforilación oxidativa" . Departamento de Química, Universidad de Washington . Recuperado el 5 de abril de 2013 .
  12. ↑ Yamauchi, Yasuo (29 de julio de 2011). "Las plantas cambian de fotosistema a altas temperaturas para proteger el fotosistema II" . Nature Precedings . doi : 10.1038/npre.2011.6168.1 .
  13. ↑ Rokka A, Aro EM, Herrmann RG, Andersson B, Vener AV (agosto de 2000). "Desfosforilación de las proteínas del centro de reacción del fotosistema II en las membranas fotosintéticas de las plantas como respuesta inmediata a la elevación abrupta de la temperatura" . Plant Physiology . 123 (4): 1525– 1536. doi : 10.1104/pp.123.4.1525 . PMC 59108. PMID 10938368 .  
  14. 1 2 Robinson M (junio de 2005). "Inhibidores de la bomba de protones: actualización sobre su papel en las enfermedades gastrointestinales relacionadas con el ácido" . International Journal of Clinical Practice . 59 (6): 709– 715. doi : 10.1111/j.1368-5031.2005.00517.x . PMID 15924600. S2CID 41914054 .  
  15. ↑ Gong CX, Grundke-Iqbal I, Iqbal K (agosto de 1994). "Desfosforilación de la proteína tau anormalmente fosforilada en la enfermedad de Alzheimer por la proteína fosfatasa-2A". Neuroscience . 61 (4): 765– 772. doi : 10.1016 / 0306-4522(94)90400-6 . PMID 7838376. S2CID 39662308 .  
  16. ↑ Sheikh F, Ouyang K, Campbell SG, Lyon RC, Chuang J, Fitzsimons D, et al. (abril de 2012). " Modelos de ratón y computacionales vinculan la desfosforilación de Mlc2v con la alteración de la cinética de la miosina en la enfermedad cardíaca temprana" . The Journal of Clinical Investigation . 122 (4): 1209– 1221. doi : 10.1172/JCI61134 . PMC 3314469. PMID 22426213 .   
  17. ↑ Zhande R, Zhang W, Zheng Y, Pendleton E, Li Y, Polakiewicz RD, Sun XJ (diciembre de 2006). "Desfosforilación por defecto, un mecanismo potencial para la regulación del sustrato del receptor de insulina-1/2, Akt y ERK1/2" . The Journal of Biological Chemistry . 281 (51): 39071–39080 . doi : 10.1074/jbc.M605251200 . PMID 17068339 . 
  18. ↑ Hutchinson DS, Summers RJ, Bengtsson T (septiembre de 2008). "Regulación de la actividad de la proteína quinasa activada por AMP mediante receptores acoplados a proteínas G: utilidad potencial en el tratamiento de la diabetes y las enfermedades cardíacas". Pharmacology & Therapeutics . 119 (3): 291– 310. doi : 10.1016/j.pharmthera.2008.05.008 . PMID 18606183 . 
  19. ↑ Müller G, Wied S (diciembre de 1993). "El fármaco sulfonilurea, glimepirida, estimula el transporte de glucosa, la translocación del transportador de glucosa y la desfosforilación en adipocitos de rata resistentes a la insulina in vitro" (PDF) . Diabetes . 42 (12): 1852–1867 . doi : 10.2337/diabetes.42.12.1852 . PMID 8243832 . 
  20. ↑ Sambrook J, Fritsch EF, Maniatis T (1989). Clonación molecular: un manual de laboratorio (2.ª ed.). Cold Spring Harbor Laboratory Press. 
  21. ↑ Makovets S, Blackburn EH (noviembre de 2009). "La señalización del daño al ADN previene la adición deletérea de telómeros en las roturas del ADN" . Nature Cell Biology . 11 (11): 1383– 1386. doi : 10.1038/ncb1985 . PMC 2806817. PMID 19838171 .  
  22. 1 2 Chen J, He X, Jakovlić I (noviembre de 2022). "Fijación impulsada por selección positiva de una mutación de aminoácidos específica de hominino relacionada con la desfosforilación en IRF9" . BMC Ecology and Evolution . 22 (1) 132. doi : 10.1186/s12862-022-02088-5 . PMC 9650800. PMID 36357830 .   El texto se copió de esta fuente, que está disponible bajo una licencia Creative Commons Attribution 4.0 International .