En enzimología , la diguanilato ciclasa , también conocida como diguanilato quinasa ( EC 2.7.7.65), es una enzima que cataliza la reacción química :
2 trifosfato de guanosina ↔ 2 difosfato + di-3',5'-guanilato cíclico
Los sustratos de las diguanilato ciclasas (DGC) son dos moléculas de guanosina trifosfato (GTP) y los productos son dos moléculas de difosfato y una molécula de di-3',5'-guanilato cíclico ( di-GMP cíclico ).
La degradación del di-GMP cíclico a guanosina monofosfato (GMP) es catalizada por una fosfodiesterasa (PDE).
Las diguanilato ciclasas se caracterizan por los motivos de secuencia de aminoácidos conservados “ GGDEF ” ( Gly -Gly - Asp - Glu - Phe ) o “GGEEF” (Gly-Gly-Glu-Glu-Phe), que constituyen el dominio del sitio activo de DGC . [1] Estos dominios a menudo se encuentran acoplados a otros dominios de señalización dentro de proteínas multidominio. A menudo, los dominios GGDEF con actividad DGC se encuentran en las mismas proteínas que los dominios EAL (Glu - Ala - Leu ) de la fosfodiesterasa (PDE) específica de c-di-GMP . [2] [3]
Se cree que el DGC solo es activo como un dímero que consta de dos subunidades , ambas con dominios GGDEF. [4] El sitio activo (o catalítico) está ubicado en la interfaz entre las dos subunidades, cada una de las cuales se une a una molécula de GTP. (Consulte la sección Mecanismo de activación y regulación para obtener más información)
La débil similitud de secuencia y la pronunciada similitud de estructura secundaria entre los dominios GGDEF y los dominios catalíticos de las adenilato ciclasas (AC) han llevado a la hipótesis de que las DGC y las AC comparten un pliegue similar. [5] Esto se verificó con la resolución de la estructura cristalina del PleD de DGC de Caulobacter crescentus en complejo con c-di-GMP. [4] Como se muestra en la figura, el PleD activo, que se muestra como un dímero, está compuesto por el dominio catalítico DCG (etiquetado DGC) y dos dominios receptores similares a CheY (etiquetados D1/D2). El dominio DGC de cada subunidad está unido a los dos dominios similares a CheY por una cadena de enlace peptídico flexible. [4] El dominio DCG se parece mucho al dominio del núcleo catalítico de la AC, que consta de una lámina β de cinco cadenas rodeada de hélices .
A mediados de 2011, se han resuelto 11 estructuras cristalinas de DGC confirmados o putativos, con códigos de acceso PDB PDB : 3N53 , PDB : 3N3T , PDB : 3MTK , PDB : 2WB4 , PDB : 3KZP , PDB : 3HVA , PDB : 3I5A , PDB : 3IGN , PDB : 3HVW , PDB : 3H9W y PDB : 2R60 .
La diguanilato ciclasa participa en la formación del ubicuo segundo mensajero , cíclico-di-GMP, involucrado en la formación y persistencia de biopelículas bacterianas . El dominio GGDEF se identificó por primera vez en la proteína reguladora, PleD de la bacteria Caulobacter crescentus . [6] Más tarde se observó que numerosos genomas bacterianos codificaban múltiples proteínas con un dominio GGDEF. [7] Pseudomonas aeruginosa PAO1 tiene 33 proteínas con dominios GGDEF, Escherichia coli K-12 tiene 19 y Vibrio cholerae O1 tiene 41. [8] En el ciclo celular de Caulobacter crescentus , se sabe que DGC PleD controla la morfogénesis de los polos . [9] En Pseudomonas fluorescens, se plantea la hipótesis de que la actividad WspR de DGC es parcialmente responsable del fenotipo del esparcidor arrugado (WS). [10] En Pseudomonas aeruginosa , también se sabe que WspR controla la autoagregación. [8]
Durante el ciclo celular de C. crescentus , las proteínas con dominios GGDEF y EAL se separan hacia los dos polos distintos. La forma activa de la diguanilato ciclasa PleD se localiza en el polo pedunculado de las células de C. crescentus en diferenciación . [11] Se ha sugerido que la función de PleD es doble. PleD es responsable de desactivar las rotaciones del flagelo e inhibir la motilidad antes de que comience la replicación del genoma y también de regenerar la motilidad después de que se haya completado la diferenciación. [12]
La estructura cristalina de la diguanilato ciclasa de C. crescentus , PleD, contiene tres dominios: un dominio GGDEF con actividad de diguanilato ciclasa y dos dominios receptores similares a CheY (D1/D2). Como se ve en la figura, la forma activa de PleD es un dímero que se forma por fosforilación del primer dominio receptor (D1). [4] La fosforilación del dominio receptor aumenta la afinidad de dimerización aproximadamente diez veces con respecto a los dominios no fosforilados. [2] [13]
Se cree que la inhibición de la actividad de DGC es alostérica y no competitiva . [4] [14] El di-GMP cíclico se une a la interfaz entre los dominios DGC y D2, estabilizando la estructura abierta y evitando la catálisis. [15] Se ha observado una fuerte inhibición del producto con una Ki de 0,5 μM. [4]
Aunque no se ha resuelto el mecanismo catalítico exacto, se plantea la hipótesis de que la estructura dimerizada de PleD facilita la interacción de las dos moléculas de GTP dentro del sitio activo de DGC para la ciclización. Un mecanismo propuesto por Chan et al. indica que el grupo 3'- OH del GTP es desprotonado por un residuo de ácido glutámico (E370) para permitir el ataque nucleofílico intermolecular del α- fosfato . El estado de transición pentacoordinado creado a través de este ataque nucleofílico posiblemente esté estabilizado por un residuo de lisina (K332).
