Desfosforilación

A desfosforilación é a retirada dun grupo fosfato dun composto orgánico por hidrólise. É unha modificación postraducional cuxo oposto é a adición de grupos fosfato ou fosforilación. A desfosforilación é un proceso moi regulado, que activa e dasactiva encimas ao clivar os ésteres fosfóricos e anhídridos. Un exemplo importante de desfosforilación é a conversión da ATP en ADP e fosfoato inorgánico.

A desfosforilación utiliza un tipo de encimas hidrolíticos ou hidrolases, que clivan os enlaces éster. Unha importante subclase de hirolases usada nas desfoforilacións é a das fosfatases. As fosfatases retiran grupos fosfato ao hidrolizaren monoésteres de ácido fosfórico dando un ión fosfato libre e unha molécula cun grupo hidroxilo (OH) libre.

A reacción de fosforilación-desfosforilación reversible ocorre practicamente en todos os procesos fisiolóxicos, facendo que funcionen debidamente as proteínas fosfatadas necesarias para a viabilidade do organismo. Como a desfosforilación das proteínas é un proceso clave implicado na sinalización celular, as proteín fosfatases están implicadas en condicións médicas como as doenzas cardíacas, diabetes, e enfermidade de Alzheimer.

 Historia 

O descubrimento da desfosforilación foi o resultado dunha serie de experimentos que estudaron o encima fosforilase illado do músculo esquelético de coello. En 1955, Edwin Krebs e Edmond Fischer utilizaron ATP marcado radioactivamente para determinar que cando se engadía fosfato por fosforilación ao residuo de serina da fosforilase esta convertíase da súa forma b á forma a. Despois, Krebs e Fischer demostraron que esta fosforilación forma parte dunha fervenza de quinases. Finalmente, despois de purificaren a forma fosforilada do encima, que é a fosforilase a, do fígado de coello, utiizando cromatografía de intercambio iónico identificaron as fosfoproteín fosfatases I e II.

Desde o descubrimento destas proteínas desfosforilantes, a natureza reversible da fosforilación e desfsforilación foi asociada cunha ampla gama de prteínas funcionais, principalmente encimáticas, pero tamén algunhas non encimáticas. Edwin Krebs e Edmond Fischer gañaron o Premio Nobel de Medicina de 1992 polo descubrimento da fosforilación reversible de proteínas.

 Función 

miniatura|esquerda|Estrutura cristalográfica da PTEN (fosfatase humana e homólogo da tensina). O centro activo móstrase en amarelo, o dominio N-terminal fosfatase en azul, e o dominio C2 C-terminal en vermello.; 
A fosforilación e desfosforilación de grupos hidroxilo pertencentes a aminoácidos neutros pero polares como a serina, treonina, e tirosina de proteínas diana específicas é unha parte fundamental da regulación dos procesos fisiolóxicos. A fosforilación implica a modificación covalente do hidroxilo cun grupo fosfato por medio do ataque nucleofílico do fosfato alfa do ATP polo oxíxeno do hidroxilo. A desfosforilacón implica quitar grupos fosfato por medio dnha reacción de hidratación por adición dunha molécula de auga e a liberación dun grupo fosfato orixinal, redxenerando o hidroxilo. Ambos os procesos son reversibles e ambos os mecanismos poden usarse para activar ou desactivar unha proteína. A fosforilación dunha proteína produce moitos efectos bioquímicas, como cambiar a súa conformación para alterar a súa unión a un ligando específico e incrementar ou reducir a súa actividade. A fosforilación e desfosforilación poden utilizarse en todos os tipos de substratos, como proteínas estruturais, encimas, canais de membrana, moléculas de sinaización, e outras quinases e fosfatases. A suma destes procesos denomínase fosforregulación. A desregulación da fosforilación pode orixinar doenzas.

 Modificación postraducional 

Durante a síntese de proteinas, as cadeas polipeptídicas, que se forman pola tradución nos ribosomas de ARNm, deben ser procesadas antes de asumir unha conformación madura. A desfosforilación de proteínas é un mecanismo para a modificación do comportamento dunha proteína, xeralmente ao activar ou inactivar un encima. Compoñentes do aparato sintético de proteínas tamén sofren fosforilación e desfosforilación e isto regula a velocidade de síntese proteica.

Como parte das modificacións postraducionais, poden quitarse grupos fosfato da serina, treonina, ou tirosina. As vías da transdución de sinais intracelular dependen da fosforilación e desfosforilación secuencial dunha ampla variedade de proteínas.

 ATP 

 ATP4− + H2O → ADP3− + HPO42− + H+

A adenosina trifosfato, ou ATP, actúa como unha "moeda" de enerxía libre en todos os organismos vivos. Esta molécula, nunha reacción de desfosforilación espontánea, libera 30,5 kJ/mol, que se empregan para impulsar reaccións celulares. En conxunto, as reaccións en principio non espontáneas acopladas á desfosforilación do ATP fanse espontáneas, debido ao cambio de enerxía libre relativo da reacción acoplada. O ATP é desfosforilado a ADP e fosfato inorgánico.

A nivel celular, a desfosforilación de ATPases determina o fluxo de ións dentro e fóra da célula. Os inhibidores da bomba de protóns son un tipo de fármacos que actúan directamente sobre as ATPases do tracto gastrointestinal.

 A desfosforilación noutras reaccións 

Ademais do ATP, outras moléculas sofren desfosforilacións como parte doutros sistemas biolóxicos. Diferentes compostos producen diferentes cambios de enerxía libre como resultado da desfosforilación.

 Molécula  Cambio de enerxía libre Acetil fosfato  47,3 kJ/mol Glicosa 6-fosfato  13,8 kJ/mol Fosfoenolpiruvato (PEP)  -61,9 kJ/mo Fosfocreatina  43,1 kJ/mo

A psilocibina tamén depende da desfosforilación para ser metabolizada en psilocina e despois eliminada.

 Importancia da desfosforilación no fotosistema II 

O primeiro complexo formado por proteínas e pigmentos da fase luminosa da fotosíntese denomínase fotosistema II. O complexo captura fotóns de luz, proporcionando electróns necesarios para que na fortosíntese se produza máis tarde ATP (fotofosforilación). O fotosistema II é especialmente sensible á temperatura, e a desfosforilación impulsa a plasticidade na resposta a variacións de temperatura. A desfosforilación de proteínas acelérase a elevadas temperaturas nas proteínas do centro de reacción do complexo do fotosistema II, o que protexe á planta.

 Papel da desfosforilación en doenzas 
 Patoloxía 

Unha desfosforilación excesiva das ATPases de membrana e das bombas de protóns do tracto gastrointestinal orixina unha secreción elevada de ácidos pépticos. Isto orixina ardores de estómago e esofaxite. As úlceras pépticas orixínanse polo pH extremo que orixina a desfosforilación en combinación cunha infección por Helicobacter pylori.

A proteína asociada a microtúbulos tau está anormalmente hiperfosforilada cando se illa do cerebro de pacientes da enfermidade de Alzheimer. Isto débese á disfunción dos mecanismos da desfosforilación en aminoácidos específicos da proteína tau. A desfosforilación de tau está catalizada pola proteín fosfatase-2A e proteín fosfatase-2B. A deficiencia ou modificación dunha ou varias proteínas pode estar implicada na fosforilación anormal das proteínas tau no alzéimer.

A desfosforilación tamén está ligada con doenzas cardíacas, especialmente a alteración de interaccións actina-miosina, que son claves para proporcionar a forza necesaria para o latexo cardíaco. A desfosforilación é unha parte fundamental da cinética do ciclo da miosina que controla directamente as interaccións actina-miosina. Cando se interrompe o proceso de desfosforilación, a contracción cardíaca dependente de calcio está alterada ou completamente inactivada.

Algunhas investigacións tamén indican que as modificacións da desfosforilación inflúen en procesos fisiolóxicos envolvidos na diabetes mellitus. A cinética da desfosforilación das fosfoproteínas substrato-1/2 do receptor da insulina, Akt, e ERK1/2 está implicada na sinalización do receptor da insulina, e os modelos in vitro demostran que os cambios na cinética da desfosforilación inflúen na estimulación da insulina augas arriba e augas abaixo da fervenza de reaccións.

 Tratamentos 

A inhibición da bomba de protóns fai diminuír significativamente a acidez do tracto gastrointestinal, reducindo os síntomas de enfermidades relacionadas coa acidez. O cambio resultante no pH fai diminuír a supervivencia da bacteria H. pylori, unha causa principal das úlceras a pépticas. Unha vez que o inhibidor da bomba de protóns erradica esta bacteria do estómago (para o cal poden ser necesarios tamén tratamentos con antibióticos), revértese o refluxo erosivo.
O tratamento das enfermidades cardíacas mellorou co uso de fármacos que inhiben a AMPK por medio de desfosforilación. 
No tratamento do diabetes, o fármaco sulfonilurea pode estimular a desfosforilación do transportador de glicosa GLUT4, diminuíndo así a resistencia á insulina e aumentando a utilización de glicosa.

 Aplicacións en investigación 
A desfosforilación xoga un papel clave en bioloxía molecular, especialmente na clonación usando encimas de restrición. Os extremos cortados dun vector de clonación poden volverse a unir durante o paso de ligación debido á fosforilación. Pode evitarse que estes extremos se volvan a unir usando unha fosfatase desfosforilante. Estas fosfatases alcalinas utilizadas proceden xeralmente do intestino de tenreira, e denomínanse abreviadamente CIP (Calf-intestinal alkaline phosphatase, fosfatase alcalina de intestino de tenreira).

 Notas 

 Véxase tamén 
 Outros artigos 
 Fosfatase
 Quinase
 Proteína quinase
 Fosforilación

Categoría:Bioloxía celular
Categoría:Transdución de sinais
Categoría:Modificacións postraducionais