En biología molecular , un dedo de arginina es un residuo de aminoácido de algunas enzimas . [1] [2] Los dedos de arginina se encuentran a menudo en la superfamilia de proteínas AAA+ ATPasas , GTPasas y dUTPasas , donde ayudan en la catálisis del fosfato gamma o fosfatos gamma y beta de ATP o GTP , lo que crea una liberación de energía que se puede utilizar para realizar trabajo celular . [3] [1] [4] [2] También se encuentran en las proteínas activadoras de GTPasa (GAP). [5] Por lo tanto, son esenciales para muchas formas de vida y están altamente conservados . [3] [1] [6] Los dedos de arginina funcionan a través de interacciones no covalentes . [1] También pueden ayudar en la dimerización , y aunque se encuentran en una amplia variedad de enzimas, no son ubicuos. [7] [8]
En general, el papel del dedo de arginina en la catálisis es funcionar en la estabilización del estado de transición para permitir que el agua realice un ataque nucleofílico para escindir una cantidad de grupos fosfato. [1] [8] Sin embargo, existen excepciones y los dedos de arginina pueden ayudar en otras funciones. [9] [7] Además, los dedos de arginina pueden estar unidos a diferentes subunidades u otras proteínas en un complejo multiproteico . [8] Los dedos de arginina a veces interactúan con el guanidinio durante su función en la catálisis. [10] [8]
Los dedos de arginina a menudo trabajan con otras características en su asistencia a la catálisis. [1] Por ejemplo, en algunas dUTPasas triméricas , como las de M. tuberculosis , los dedos de arginina en el residuo 64 y 140 pueden trabajar con magnesio para escindir dUTP en dUMP y un pirofosfato . [1] [11] El mecanismo de acción subyacente para esto es un ataque nucleofílico; el ion magnesio cargado positivamente ( Mg2+
) atrae el oxígeno de los fosfatos beta y gamma para permitir que el agua hidrolice el enlace entre los fosfatos beta y alfa. [1] Los dedos de arginina ayudan a estabilizar el estado de transición. [1] Los dedos de arginina a menudo interactúan con otros motivos, como los motivos de Walker , y realizan la catálisis de manera más eficiente. [4] [7] [2]
Los dedos de arginina también están presentes en las GTPasas Ras , donde ayudan a escindir GTP para desactivar Ras. [12] [6] Ras es una GTPasa que funciona en la transducción de señales para regular el crecimiento y la división celular . [13] [14] Además de estar cargado positivamente, lo que ayuda a que los dedos de arginina funcionen como catalizador, el dedo de arginina en Ras desplaza las moléculas de solvente y crea una distribución de carga opcional. [9] [14] [15] Al igual que los de las dUPTases, los dedos de arginina de las GTPasas Ras están asistidos por un ion magnesio. [15] Además, múltiples residuos de dedos de arginina pueden apuntar todos hacia el mismo punto, enfocando así su efecto. [16] Las mutaciones que afectan a los dedos de arginina de Ras provocan problemas para catalizar GTP por factores de alrededor de dos a cinco órdenes de magnitud . [9] [6] [4] [15] Por lo tanto, como Ras es un oncogén y se activa y desactiva por la hidrólisis de GTP, las mutaciones en los residuos de dedos de arginina de Ras pueden provocar cáncer. [6] [3] El glutamato también juega un papel cerca de los dedos de arginina y es estabilizado por los grupos carboxilo de la cadena principal de las argininas , que se conocen como nudillos. [16]
En las proteínas G heterotriméricas , la catálisis de GTP puede ser asistida por tetrafluoruro de aluminio ( AlF
4) y RGS4 . [16] [3] Las proteínas G heterotriméricas son proteínas más grandes de tres partes que sirven en la transducción de señales de muchas vías. [3] El mecanismo catalítico para la hidrólisis de GTP en proteínas G heterotriméricas consiste en un estado activo donde es probable que ocurra la catálisis y un estado inactivo donde la catálisis es poco probable. [3] En el estado activo, AlF
4estabiliza el estado de transición y apunta el residuo de dedo de arginina hacia GTP. [3] Esto provoca un aumento de la densidad de carga en el fosfato beta de GTP y la planarización del fosfato gamma, lo que crea una apertura y reduce el impedimento estérico para que el agua hidrolice el enlace beta-gamma del fosfoanhídrido . [3] Esto se debe a que el enlace del fosfato gamma al fosfato beta se dobla, exponiendo su conexión y permitiendo la posterior reacción de sustitución nucleofílica iniciada por el agua. [3] El complejo formado con RGS4 ayuda en este proceso creando tensión en el enlace entre los fosfatos gamma y beta y ayudando a distribuir más carga sobre el fosfato beta. [3]
La ATP sintasa consta de una subunidad F 1 y F 0. [10] La subunidad F 1 contiene subunidades alfa y beta propias que pueden ayudar en la formación de ATP, o hidrolizarlo para servir como una bomba de protones . [17] Aunque la mayoría de las acciones catalíticas ocurren en las subunidades beta, las subunidades alfa contienen cada una un dedo de arginina. [10] El papel del dedo de arginina en la ATP sintasa es similar a la función de los residuos de dedo de arginina de las proteínas G; para ayudar a dividir el ATP. [10] Por ejemplo, si la arginina del dedo de arginina se sustituye por lisina , posiblemente debido a una mutación sin sentido , resulta el mutante αR364K. [10] En el mutante αR364K, la capacidad de la ATP sintasa para hidrolizar ATP disminuye alrededor de mil veces en comparación con el tipo salvaje . [10]
Una helicasa RecQ es una de una familia de helicasas que ayuda a reducir el intercambio de cromátidas hermanas durante la meiosis para reducir las tasas de mutación. [18] [8] Las helicasas RecQ se encuentran en muchos organismos, desde E. coli hasta humanos. [18] [8] Una de estas helicasas, la proteína del síndrome de Bloom , contiene un dedo de arginina que ayuda en su hidrólisis de ATP. [8] En humanos, el dedo de arginina de la proteína del síndrome de Bloom es Arg982. [8] La helicasa RecQ, junto con la mayoría de las proteínas que contienen dedos de arginina, es inhibida por ortovanadato de sodio , que interfiere con el residuo del dedo de arginina. [8]