La presentación de sustrato es un proceso biológico que activa una proteína . La proteína es secuestrada de su sustrato y luego activada mediante liberación y exposición de la proteína a su sustrato. [1] [2] Un sustrato suele ser la sustancia sobre la que actúa una enzima , pero también puede ser una superficie proteica a la que se une un ligando . El sustrato es el material sobre el que se actúa. En el caso de una interacción con una enzima, la proteína o el sustrato orgánico normalmente cambia de forma química. La presentación del sustrato difiere de la regulación alostérica en que la enzima no necesita cambiar su conformación para comenzar la catálisis. La presentación del sustrato se describe mejor para distancias nanoscópicas (<100 nm). [3]
La proteína precursora de amiloide (APP) es escindida por la beta y gamma secretasa para producir un péptido de 40 a 42 aminoácidos responsable de las placas amiloides asociadas con la enfermedad de Alzheimer . Las enzimas secretasas están reguladas por la presentación del sustrato. [4] El sustrato APP está palmitoilado y entra y sale de las balsas lipídicas GM1 en respuesta al colesterol de los astrocitos. El colesterol liberado por la apolipoproteína E (ApoE) hace que la APP se asocie con las balsas lipídicas GM1. Cuando el colesterol es bajo, la proteína viaja a la región desordenada y la alfa secretasa la escinde para producir un producto no amilogénico. Las enzimas no parecen responder al colesterol, sólo se mueve el sustrato.
La hidrofobicidad impulsa la partición de moléculas. En la célula, esto da lugar a una compartimentación dentro de la célula y dentro de las membranas celulares . Para las balsas lipídicas, la palmitoilación regula la afinidad de la balsa por la mayoría de las proteínas integrales de la balsa. [5] La regulación de la balsa está regulada por la señalización del colesterol .
( PLD2 ) es un ejemplo bien definido de una enzima activada por presentación de sustrato. [6] La enzima está palmitoilada, lo que hace que la enzima se dirija a los dominios lipídicos GM1 o " balsas lipídicas ". El sustrato de la fosfolipasa D es la fosfatidilcolina (PC), que es insaturada y poco abundante en las balsas lipídicas. La PC se localiza en la región desordenada de la célula junto con el lípido poliinsaturado fosfatidilinositol 4,5-bisfosfato ( PIP2 ). PLD2 tiene un dominio de unión PIP2 . Cuando aumenta la concentración de PIP2 en la membrana, PLD2 abandona los dominios GM1 y se asocia con los dominios PIP2 , donde luego obtiene acceso a su sustrato PC y comienza la catálisis basada en la presentación del sustrato. Presumiblemente, la enzima es capaz de catalizar una reacción en una balsa lipídica pero carece de un sustrato para su actividad.
( ADAM17 ), también llamado TACE, está secuestrado en balsas de lípidos lejos de su sustrato, el factor de necrosis tumoral unido a la membrana (mTNF). [7] El colesterol hace que el mTNF se agrupe con ADAM17 en balsas lipídicas y elimine el TNF soluble (sTNF), que es una citoquina inflamatoria.
( Furin ) (célula productora, replicación). Cuando las células están cargadas de colesterol, la furina se dirige a las balsas lipídicas GM1, donde se localiza con la proteína de pico palmitoilada del SARS-CoV-2 y la prepara para la entrada viral. [8]
( ACE2 ) (célula objetivo, entrada viral), el receptor para el SARS-CoV-2 ACE2 transporta el SARS-CoV-2 a las balsas lipídicas GM1, donde se endocitosa y se expone a la catepsina para su escisión y fusión óptima de las células. [9] [10] En niveles bajos de colesterol, ACE2 transporta el virus a TMPRSS2, que también se escinde y permite la entrada viral, pero a través de un supuesto mecanismo de superficie que es mucho menos eficiente. Se cree que la sensibilidad de ACE2 al colesterol contribuye a que los síntomas de COVID19 sean menos graves en los niños.
Dentro de la membrana plasmática, el secuestro se produce principalmente mediante el empaquetamiento de lípidos saturados con colesterol o la separación de fases a distancias muy pequeñas (< 100 nm). A nivel macroscópico, los orgánulos y las vesículas pueden limitar el acceso de una enzima al sustrato. O el sustrato de la enzima puede moverse. El movimiento suele ser la interrupción de la localización mediada por palmitato o del tráfico de orgánulos . Para las proteínas que están palmitoiladas y se unen a PIP2, el aumento de la concentración de PIP2 favorece el tráfico de la enzima desde las balsas lipídicas hacia PIP2. PIP2 es principalmente poliinsaturado, lo que hace que el lípido se localice lejos de las balsas lipídicas y permite que PIP2 se oponga a la localización mediada por palmitato. [11]
El colesterol y los ácidos grasos poliinsaturados (PUFA) regulan la formación de balsas lipídicas, de ahí la función biológica de las balsas. Cuando los lípidos saturados y el colesterol aumentan en la membrana, las balsas lipídicas aumentan su afinidad por las proteínas palmitoiladas. [12] Los PUFA tienen el efecto contrario: fluidifican la membrana.
Los PUFA también pueden aumentar la concentración de lípidos de señalización. El ácido araquidónico, un PUFA muy común en el cerebro, se incorpora a PC y PIP2. [13] Araquidonil PC es un sustrato preferido de PLD que probablemente aumenta la cantidad de PA en una célula. La regulación de la función de la balsa por el colesterol regula eficazmente la presentación del sustrato y las muchas proteínas palmitoiladas que utilizan la presentación del sustrato como mecanismo de activación. Si bien es especulativo, el profundo efecto del colesterol y los AGPI en la salud humana probablemente se deba a la regulación fisiológica de la función de la balsa de lípidos en las células.
La fuerza mecánica (cizallamiento o hinchazón) puede alterar de forma independiente el empaquetamiento y la afinidad resultante del palmitato por las balsas lipídicas. Esta interrupción también hace que PLD2 favorezca el tráfico a dominios PIP2. [14]
La anestesia mediada por membrana emplea la presentación de sustrato. Los anestésicos generales propofol y los anestésicos inhalados xenón , cloroformo , isoflurano y éter dietílico interrumpen la función de la balsa lipídica y la localización mediada por palmitato de PLD2 en las balsas lipídicas. [15] [16] La activación de PLD luego activa los canales TREK-1. La activación de PLD2 mediada por membrana podría transferirse a un homólogo TRAAK insensible al anestésico, haciendo que el canal sea sensible al anestésico.