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Nucleósido-fosfato quinasa

En enzimología , una nucleósido-fosfato quinasa ( EC 2.7.4.4) es una enzima que cataliza la reacción química [1]

ATP + nucleósido fosfato ADP + nucleósido difosfato

Así, los dos sustratos de esta enzima son el ATP y el nucleósido monofosfato , mientras que sus dos productos son el ADP y el nucleósido difosfato . [2] [3]

Esta enzima pertenece a la familia de las transferasas , específicamente a aquellas que transfieren grupos que contienen fósforo ( fosfotransferasas ) con un grupo fosfato como aceptor. [4] El nombre sistemático de esta clase de enzimas es ATP:fosfotransferasa de nucleósido-fosfato . Esta enzima también se llama NMP-quinasa o quinasa de nucleósido-monofosfato .

Estructura

Se han resuelto varias estructuras cristalinas para esta clase de enzimas, lo que revela que comparten un dominio de unión de ATP común . Esta sección de la enzima se conoce comúnmente como bucle P , [5] en referencia a su interacción con los grupos fosforilo en el ATP . Este dominio de unión también consta de una lámina β flanqueada por hélices α .

El [P-loop] normalmente tiene la secuencia de aminoácidos Gly-XXXX-Gly-Lys. [6] Se encuentran secuencias similares en muchas otras proteínas de unión a nucleótidos.

La adenilato quinasa , un ejemplo de nucleósido-fosfato quinasa, se muestra aquí tanto en una conformación abierta, no unida [7] (izquierda) como con el dominio de tapa cerrado alrededor de Ap5A (derecha). El bucle P se muestra aquí en verde mientras que Ap5A es naranja.

Mecanismo

Interacción de iones metálicos

Para permitir la interacción con esta clase de enzimas, el ATP primero debe unirse a un ion metálico como el magnesio o el manganeso . [8] El ion metálico forma un complejo con el grupo fosforilo, así como con varias moléculas de agua. [9] Estas moléculas de agua luego forman enlaces de hidrógeno con un residuo de aspartato conservado en la enzima. [10]

La interacción del ion metálico facilita la unión al mantener la molécula de ATP en una posición que permite la unión específica al sitio activo y al proporcionar puntos adicionales para la unión entre el sustrato y la enzima. Esto aumenta la energía de unión .

Cambios conformacionales

La unión de ATP hace que el bucle P se mueva, lo que a su vez hace que el dominio de la tapa baje y fije el ATP en su lugar. [11] [12] La unión del monofosfato de nucleósido induce cambios adicionales que hacen que la enzima sea catalíticamente capaz de facilitar una transferencia del grupo fosforilo del ATP al monofosfato de nucleósido . [13]

La necesidad de estos cambios conformacionales evita la hidrólisis derrochadora de ATP .

Este mecanismo enzimático es un ejemplo de catálisis por aproximación: la nucleósido-fosfato quinasa une los sustratos para reunirlos en la posición correcta para que se transfiera el grupo fosforilo.

Función biológica

Existen dominios catalíticos similares en una variedad de proteínas, entre ellas:

Evolución

Cuando se creó un árbol filogenético compuesto por miembros de la familia de las quinasas de nucleósido-fosfato, [14] se demostró que estas enzimas originalmente se habían separado de un ancestro común en variedades largas y cortas. Este primer cambio fue drástico: la estructura tridimensional del dominio de la tapa cambió significativamente.

Siguiendo la evolución de las variedades largas y cortas de NMP-quinasas, cambios más pequeños en las secuencias de aminoácidos dieron como resultado la diferenciación de la localización subcelular.

Referencias

  1. ^ Boyer PD, Lardy H, Myrback K, eds. (1962). The Enzymes . Vol. 6 (2.ª ed.). Nueva York: Academic Press. págs. 139-149.
  2. ^ Ayengar P, Gibson DM, Sanadi DR (julio de 1956). "Transfosforilaciones entre nucleósidos fosfatos". Biochimica et Biophysica Acta . 21 (1): 86–91. doi :10.1016/0006-3002(56)90096-8. PMID  13363863.
  3. ^ Lieberman I, Kornberg A, Simms ES (julio de 1955). "Síntesis enzimática de nucleósidos difosfatos y trifosfatos". The Journal of Biological Chemistry . 215 (1): 429–40. doi : 10.1016/S0021-9258(18)66050-8 . PMID  14392176.
  4. ^ Heppel LA, Strominger JL, Maxwell ES (abril de 1959). "Nucleoside monophosphate kinases. II. Transfosforilación entre adenosina monofosfato y nucleósidos trifosfato". Biochimica et Biophysica Acta . 32 : 422–30. doi :10.1016/0006-3002(59)90615-8. PMID  14401179.
  5. ^ Dreusicke D, Schulz GE (noviembre de 1986). "El bucle rico en glicina de la adenilato quinasa forma un agujero aniónico gigante". FEBS Letters . 208 (2): 301–4. Bibcode :1986FEBSL.208..301D. doi :10.1016/0014-5793(86)81037-7. PMID  3023140. S2CID  11786335.
  6. ^ Byeon L, Shi Z, Tsai MD (marzo de 1995). "Mecanismo de la adenilato quinasa. La "lisina esencial" ayuda a orientar los fosfatos y los residuos del sitio activo hacia las conformaciones adecuadas". Biochemistry . 34 (10): 3172–82. doi :10.1021/bi00010a006. PMID  7880812.
  7. ^ Müller CW, Schlauderer GJ, Reinstein J, Schulz GE (febrero de 1996). "Movimientos de la adenilato quinasa durante la catálisis: un contrapeso energético que equilibra la unión del sustrato". Structure . 4 (2): 147–56. doi :10.2210/pdb4ake/pdb. PMID  8805521.
  8. ^ Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L (2002). Bioquímica . Nueva York: WH Freeman. ISBN 0-7167-3051-0. Recuperado el 8 de enero de 2016 .
  9. ^ Krishnamurthy H, Lou H, Kimple A, Vieille C, Cukier RI (enero de 2005). "Mecanismo asociativo para la transferencia de fosforilo: una simulación de dinámica molecular de la adenilato quinasa de Escherichia coli complejada con sus sustratos". Proteins . 58 (1): 88–100. doi :10.1002/prot.20301. PMID  15521058. S2CID  20874015.
  10. ^ Pai EF, Sachsenheimer W, Schirmer RH, Schulz GE (julio de 1977). "Posiciones del sustrato y ajuste inducido en la adenilato quinasa cristalina". Journal of Molecular Biology . 114 (1): 37–45. doi :10.1016/0022-2836(77)90281-9. PMID  198550.
  11. ^ Müller CW, Schulz GE (marzo de 1992). "Estructura del complejo entre la adenilato quinasa de Escherichia coli y el inhibidor Ap5A refinado a una resolución de 1,9 A. Un modelo para un estado de transición catalítico". Journal of Molecular Biology . 224 (1): 159–77. doi :10.2210/pdb1ake/pdb. PMID  1548697.
  12. ^ Schlauderer GJ, Proba K, Schulz GE (febrero de 1996). "Estructura de una adenilato quinasa mutante ligada con un análogo de ATP que muestra cierre de dominio sobre ATP". Journal of Molecular Biology . 256 (2): 223–7. doi :10.1006/jmbi.1996.0080. PMID  8594191.
  13. ^ Vonrhein C, Schlauderer GJ, Schulz GE (mayo de 1995). "Película de los cambios estructurales durante un ciclo catalítico de las quinasas de nucleósido monofosfato". Structure . 3 (5): 483–90. doi : 10.1016/s0969-2126(01)00181-2 . PMID  7663945.
  14. ^ Fukami-Kobayashi K, Nosaka M, Nakazawa A, Go M (mayo de 1996). "Antigua divergencia de isoformas largas y cortas de la adenilato quinasa: evolución molecular de la familia de las quinasas de monofosfato de nucleósido". FEBS Letters . 385 (3): 214–20. Bibcode :1996FEBSL.385..214F. doi : 10.1016/0014-5793(96)00367-5 . PMID  8647254. S2CID  24934783.