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Motivos de Walker

Los motivos Walker A y Walker B son motivos de secuencias proteicas que se sabe que tienen estructuras tridimensionales muy conservadas. Walker y sus colaboradores los informaron por primera vez en proteínas que se unen a ATP en 1982. [1]

De los dos motivos, el motivo A es el principal "bucle P" responsable de la unión del fosfato , mientras que el motivo B es una región corriente abajo mucho menos conservada. El bucle P es más conocido por su presencia en proteínas que se unen a ATP y GTP, y también se encuentra en una variedad de proteínas con sustratos fosforilados. Los linajes principales incluyen: [2] [3] [4] [5]

Caminante Un motivo

Alineación de los mutantes A59G de H-Ras en complejo con GppNHp (dibujo verde) y GDP (dibujo cian). La cadena principal del bucle P se muestra en rojo, el ion Mg 2+ como esfera verde y las cadenas laterales de los aminoácidos K16 y S17 se muestran como barras.

El motivo Walker A , también conocido como bucle de Walker , bucle P o bucle de unión a fosfato , es un motivo en proteínas que está asociado con la unión a fosfato . El motivo tiene el patrón Gx(4)-GK-[TS], donde G, K, T y S denotan residuos de glicina , lisina , treonina y serina respectivamente, y x denota cualquier aminoácido . Está presente en muchas proteínas que utilizan ATP o GTP ; es el fosfato β del nucleótido el que está unido. El residuo de lisina (K) en el motivo Walker A, junto con los átomos de NH de la cadena principal, son cruciales para la unión de nucleótidos . [6] Es un bucle rico en glicina precedido por una cadena beta y seguido por una hélice alfa ; estas características son típicamente parte de un dominio α/β con cuatro cadenas intercaladas entre dos hélices en cada lado. Los grupos fosfato del nucleótido también están coordinados a un catión divalente como un ion magnesio , calcio o manganeso (II). [7]

Aparte de la lisina conservada, una característica del bucle P utilizado en la unión del fosfato es un nido LRLR compuesto [8] que comprende los cuatro residuos xxGK, como se indicó anteriormente, cuyos átomos de la cadena principal forman una concavidad del tamaño de un fosfato con los grupos NH apuntando hacia adentro. Se ha demostrado [9] que el hexapéptido sintético SGAGKT se une fuertemente al fosfato inorgánico; dado que un péptido tan corto no forma una hélice alfa , esto sugiere que es el nido, en lugar de estar en el extremo N de una hélice, lo que constituye la principal característica de unión del fosfato.

Tras la hidrólisis del nucleótido, el bucle no cambia significativamente la conformación de la proteína , pero permanece unido a los grupos fosfato restantes. Se ha demostrado que la unión del motivo Walker A provoca cambios estructurales en el nucleótido unido, a lo largo de la línea del modelo de ajuste inducido de la unión enzimática . [ cita requerida ]

Pliegues similares

Las fosfatasas de tirosina proteica (PTP ) que catalizan la hidrólisis de un fosfato inorgánico a partir de un residuo de fosfotirosina (la reacción inversa de la de la tirosina quinasa ) contienen un motivo que se pliega en una estructura similar a un bucle P con una arginina en lugar de la lisina conservada. La secuencia conservada de este motivo es Cx(5)-R-[ST], donde C y R denotan residuos de cisteína y arginina respectivamente. [10]

También se ha dicho que las enzimas que utilizan fosfato de piridoxal (PLP), como la cisteína sintasa , se parecen a un bucle P. [ cita requerida ]

Bucle A

El bucle A ( residuo aromático que interactúa con el anillo de adenina del ATP) se refiere a aminoácidos aromáticos conservados , esenciales para la unión del ATP, que se encuentran en aproximadamente 25 aminoácidos aguas arriba del motivo Walker A en un subconjunto de proteínas del bucle P. [11]

Motivo Walker B

El motivo Walker B es un motivo presente en la mayoría de las proteínas del bucle P situado bastante aguas abajo del motivo A. Se informó que la secuencia de consenso de este motivo era [RK]-x(3)-Gx(3)-LhhhD, donde R, K, G, L y D denotan residuos de arginina , lisina , glicina , leucina y ácido aspártico respectivamente, x representa cualquiera de los 20 aminoácidos estándar y h denota un aminoácido hidrófobo . [1] Este motivo se cambió a hhhhDE, donde E denota un residuo de glutamato . [6] El aspartato y el glutamato también forman parte de los motivos DEAD/DEAH que se encuentran en las helicasas . El residuo de aspartato coordina los iones de magnesio, y el glutamato es esencial para la hidrólisis de ATP . [6] Existe una variabilidad considerable en la secuencia de este motivo, y las únicas características invariables son un residuo con carga negativa que sigue a un tramo de aminoácidos voluminosos e hidrófobos. [12]

Conexiones evolutivas

Existe una hipótesis de que el motivo de unión de fosfato de Walker A puede estar relacionado evolutivamente con el motivo de unión de fosfato del pliegue de Rossman debido a los principios compartidos en la ubicación del bucle de unión entre la primera cadena β y la hélice α en el pliegue sándwich αβα y el posicionamiento del aspartato funcionalmente importante en la punta de la segunda cadena β. [13]

Véase también

Referencias

  1. ^ ab Walker JE, Saraste M, Runswick MJ, Gay NJ (1982). "Secuencias distantemente relacionadas en las subunidades alfa y beta de la ATP sintasa, miosina, quinasas y otras enzimas que requieren ATP y un pliegue de unión de nucleótidos común". The EMBO Journal . 1 (8): 945–951. doi :10.1002/j.1460-2075.1982.tb01276.x. PMC  553140 . PMID  6329717.
  2. ^ Leipe DD, Wolf YI, Koonin EV, Aravind L (marzo de 2002). "Clasificación y evolución de las GTPasas de bucle P y las ATPasas relacionadas". Journal of Molecular Biology . 317 (1): 41–72. doi :10.1006/jmbi.2001.5378. PMID  11916378.
  3. ^ Stryer L, Berg JM, Tymoczko JL (2002). Bioquímica . San Francisco: WH Freeman. ISBN 0-7167-4684-0.
  4. ^ Ramakrishnan C, Dani VS, Ramasarma T (octubre de 2002). "Un análisis conformacional del motivo Walker A [GXXXXGKT (S)] en la unión a nucleótidos y otras proteínas". Ingeniería de proteínas . 15 (10): 783–798. doi : 10.1093/protein/15.10.783 . PMID  12468712.
  5. ^ Saraste M, Sibbald PR, Wittinghofer A (noviembre de 1990). "El bucle P: un motivo común en las proteínas que se unen a ATP y GTP". Tendencias en ciencias bioquímicas . 15 (11): 430–434. doi :10.1016/0968-0004(90)90281-f. PMID  2126155.
  6. ^ abc Hanson PI, Whiteheart SW (julio de 2005). "Proteínas AAA+: tienen motor, funcionarán". Nature Reviews. Molecular Cell Biology . 6 (7): 519–529. doi :10.1038/nrm1684. PMID  16072036. S2CID  27830342.
  7. ^ Bugreev DV, Mazin AV (julio de 2004). "Ca2+ activa la proteína de recombinación homóloga humana Rad51 modulando su actividad ATPasa". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 101 (27): 9988–9993. Bibcode :2004PNAS..101.9988B. doi : 10.1073/pnas.0402105101 . PMC 454202 . PMID  15226506. 
  8. ^ Watson JD, Milner-White EJ (enero de 2002). "Un nuevo sitio de unión a aniones de la cadena principal en proteínas: el nido. Una combinación particular de valores phi,psi en residuos sucesivos da lugar a sitios de unión a aniones que aparecen con frecuencia y se encuentran a menudo en regiones funcionalmente importantes". Journal of Molecular Biology . 315 (2): 171–182. doi :10.1006/jmbi.2001.5227. PMID  11779237.
  9. ^ Bianchi A, Giorgi C, Ruzza P, Toniolo C, Milner-White EJ (mayo de 2012). "Se ha demostrado que un hexapéptido sintético diseñado para parecerse a un nido proteínico de bucle P se une al fosfato inorgánico". Proteins . 80 (5): 1418–1424. doi :10.1002/prot.24038. PMID  22275093. S2CID  5401588.
  10. ^ Zhang M, Stauffacher CV, Lin D, Van Etten RL (agosto de 1998). "Estructura cristalina de una fosfotirosil fosfatasa humana de bajo peso molecular. Implicaciones para la especificidad del sustrato". The Journal of Biological Chemistry . 273 (34): 21714–21720. doi : 10.1074/jbc.273.34.21714 . PMID  9705307.
  11. ^ Ambudkar SV, Kim IW, Xia D, Sauna ZE (febrero de 2006). "El bucle A, un nuevo subdominio de ácido aromático conservado aguas arriba del motivo Walker A en los transportadores ABC, es fundamental para la unión de ATP". FEBS Letters . 580 (4): 1049–1055. doi : 10.1016/j.febslet.2005.12.051 . PMID  16412422.
  12. ^ Koonin EV (junio de 1993). "Un conjunto común de motivos conservados en una amplia variedad de supuestas ATPasas dependientes de ácidos nucleicos, incluidas las proteínas MCM implicadas en la iniciación de la replicación del ADN eucariota". Nucleic Acids Research . 21 (11): 2541–2547. doi :10.1093/nar/21.11.2541. PMC 309579 . PMID  8332451. 
  13. ^ Longo LM, Jabłońska J, Vyas P, Kanade M, Kolodny R, Ben-Tal N, Tawfik DS (diciembre de 2020). Deane CM, Boudker O (eds.). "Sobre la aparición de P-Loop NTPase y enzimas Rossmann a partir de un fragmento ancestral Beta-Alpha-Beta". eLife . 9 : e64415. doi : 10.7554/eLife.64415 . PMC 7758060 . PMID  33295875. 

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