El pliegue de Rossmann es un pliegue terciario que se encuentra en las proteínas que se unen a los nucleótidos , como los cofactores enzimáticos FAD , NAD + y NADP + . Este pliegue está compuesto por cadenas beta alternas y segmentos helicoidales alfa donde las cadenas beta están unidas por enlaces de hidrógeno entre sí formando una lámina beta extendida y las hélices alfa rodean ambas caras de la lámina para producir un sándwich de tres capas. El pliegue de Rossmann clásico contiene seis cadenas beta, mientras que los pliegues similares a Rossmann, a veces denominados pliegues rossmanoides , contienen solo cinco cadenas. El pliegue beta-alfa-beta (bab) inicial es el segmento más conservado del pliegue de Rossmann. [1] El motivo recibe su nombre de Michael Rossmann, quien notó por primera vez este motivo estructural en la enzima lactato deshidrogenasa en 1970 y quien más tarde observó que este era un motivo que ocurría con frecuencia en las proteínas de unión a nucleótidos. [2]
Las proteínas de pliegue de Rossmann y Rossmanoid son extremadamente comunes. Constituyen el 20% de las proteínas con estructuras conocidas en el Protein Data Bank y se encuentran en más del 38% de las vías metabólicas de KEGG . [3] El pliegue es extremadamente versátil, ya que puede acomodar una amplia gama de ligandos. Pueden funcionar como enzimas metabólicas, unión de ADN/ARN y proteínas reguladoras, además de la función tradicional. [4]
El plegamiento de Rossmann fue descrito por primera vez por el Dr. Michael Rossmann y sus colaboradores en 1974. [5] Fue el primero en deducir la estructura de la lactato deshidrogenasa y caracterizó el motivo estructural dentro de esta enzima que más tarde se llamaría plegamiento de Rossmann. Posteriormente se descubrió que la mayoría de las deshidrogenasas que utilizan NAD o NADP contienen este mismo motivo de plegamiento de Rossmann estructuralmente conservado. [5] [6]
En 1989, Israel Hanukoglu del Instituto de Ciencias Weizmann descubrió que la secuencia de consenso para el sitio de unión de NADP + en algunas enzimas que utilizan NADP + difiere del motivo de unión de NAD + . [7] Este descubrimiento se utilizó para rediseñar las especificidades de las coenzimas de las enzimas. [8]
El pliegue de Rossmann está compuesto por seis hebras beta paralelas que forman una lámina beta extendida . Las tres primeras hebras están conectadas por hélices α, lo que da como resultado una estructura beta-alfa-beta-alfa-beta. Este patrón se duplica una vez para producir una repetición en tándem invertida que contiene seis hebras. En general, las hebras están dispuestas en el orden de 321456 (1 = N-terminal, 6 = C-terminal). [9] Cinco pliegues similares a Rossmann de hebras están dispuestos en el orden 32145. [10] La estructura terciaria general del pliegue se asemeja a un sándwich de tres capas en el que el relleno está compuesto por una lámina beta extendida y las dos rebanadas de pan están formadas por las hélices alfa paralelas que las conectan. [1]
Una de las características del pliegue de Rossmann es su especificidad de unión al cofactor . Mediante el análisis de cuatro enzimas que se unen al NADH, se encontró que en las cuatro enzimas el cofactor nucleótido presentaba la misma conformación y orientación con respecto a la cadena polipeptídica. [1]
El pliegue puede contener hebras adicionales unidas por hélices cortas o bobinas. [1] El segmento más conservado de los pliegues de Rossmann es el primer segmento beta-alfa-beta. El bucle de unión al fosfato se encuentra entre la primera hebra beta y la hélice alfa. En la punta de la segunda hebra beta, hay un residuo de aspartato conservado que participa en la unión de la ribosa. [11] Dado que este segmento está en contacto con la porción ADP de dinucleótidos como FAD , NAD y NADP, también se lo denomina "pliegue beta-beta de unión a ADP".
La función del pliegue de Rossmann en las enzimas es unir cofactores de nucleótidos. También suele contribuir a la unión del sustrato.
Las enzimas metabólicas normalmente tienen una función específica, y en el caso de la UDP-glucosa 6-deshidrogenasa , la función principal es catalizar la oxidación dependiente de NAD(+) en dos pasos de la UDP-glucosa en ácido UDP-glucurónico . [12] Los dominios N- y C-terminales de UgdG comparten características estructurales con las antiguas ribonucleasas mitocondriales llamadas MAR. Las MAR están presentes en microorganismos eucariotas inferiores, tienen un pliegue Rossmanoideo y pertenecen a la superfamilia de las isocorismatasas. Esta observación refuerza que los motivos estructurales de Rossmann encontrados en las deshidrogenasas dependientes de NAD(+) pueden tener una doble función funcionando como un dominio de unión de cofactor de nucleótido y como una ribonucleasa.
La relación evolutiva entre el pliegue de Rossmann y los pliegues similares a Rossmann no está clara. Estos pliegues se denominan Rossmannoides. Se ha planteado la hipótesis de que todos estos pliegues, incluido un pliegue de Rossmann, se originaron a partir de un único pliegue ancestral común, que tenía capacidades de unión de nucleótidos, además de una actividad catalítica no específica. [5]
Sin embargo, un análisis del PDB encuentra evidencia de evolución convergente [3] con 156 grupos H separados de homología demostrable, de los cuales se pueden encontrar 123 grupos X de homología probable. Los grupos se han integrado en ECOD . [4]
El análisis filogenético de la enzima de unión de NADP, la adrenodoxina reductasa, reveló que desde los procariotas, pasando por los metazoos y hasta los primates, la diferencia del motivo de secuencia con respecto a la de la mayoría de los sitios de unión de FAD y NAD está estrictamente conservada. [13]
En muchos artículos y libros de texto, un pliegue de Rossmann se define como una serie estricta repetida de la estructura βαβ. Sin embargo, un examen exhaustivo de los pliegues de Rossmann en muchos sitios de unión de NAD(P) y FAD reveló que solo la primera estructura βα está estrictamente conservada. En algunas enzimas, puede haber muchos bucles y varias hélices (es decir, no una sola hélice) entre las cadenas beta que forman la lámina beta. [1] Estas enzimas tienen un origen común indicado por la secuencia conservada y las características estructurales, según Hanukoglu. [13]
El resultado de Hanukoglu (2017) es corroborado por Medvedev et al. (2020), en forma de un "grupo H" de ECOD llamado "relacionado con Rossmann". Incluso dentro de este grupo, ECOD describe una amplia gama de actividades no nucleotídicas. [4]