Elaboración de guiones para el estudio interactivo de la relación estructura-función de proteínas

Aspartato Transcarbamilasa

Regulación alostérica de la aspartato transcarbamilasa


El control del metabolismo se produce a nivel de enzimas reguladoras, que muestran una actividad catalítica mayor o menor en respuesta a ciertas señales.

Se trata de enzimas alostéricas que presentan distintos centros reguladores y múltiples centros activos. Recordemos que las enzimas alostéricas no siguen la cinética michaeliana, sino una cinética sigmoidea derivada del fenómeno de cooperatividad, o lo que es lo mismo, la capacidad de un centro funcional para afectar a la actividad de los demás.

Además, la actividad de estas enzimas está controlada por la unión de moduladores o efectores alostéricos a los centros reguladores. Muchas veces estos reguladores son los productos finales de la ruta metabólica, que llevan a cabo una inhibición sobre una de las primeras etapas de la ruta metabólica (retroinhibición o “negative feed-back”).

Una de las enzimas alostéricas mejor conocidas es la aspartato-transcarbamilasa (ATCasa). Este enzima cataliza la primera etapa de las síntesis de pirimidinas y es inhibida por el producto final de la ruta, citidinatrifosfato (CTP).

Imagen de AGS de aspartato transcarbamilasa

Estructura de la aspartato transcarbamilasa


La ATCasa presenta subunidades reguladoras (r) y catalíticas (c). El dominio catalítico (c3) consta de tres cadenas (de 34 kDa cada una), y el domominio regulador (r2) consta de dos cadenas (de 17 kDa cada una). El complejo está formado por tanto por dos trímeros catalíticos y tres dímeros reguladores (2 C3 + 3 r2).

Estructura del complejo ATCasa


Los dos trímeros catalíticos están apilados, uno encima del otro, unidos por tres dímeros de cadenas reguladoras. Existen contactos significativos entre las subunidades catalíticas y reguladoras: así, cada cadena r de un dímero regulador interacciona con una cadena c del trímero catalítico. Cada cadena c está en contacto con un dominio estructural de la cadena r que está estabilizado por un ion zinc que se une a cuatro residuos de cisteína.

La estructura de las subunidades reguladoras depende del Zn


Localización de los sitios activos y alostéricos


El uso de análogos de los sustratos ha permitido localizar los sitios activos del enzima. Se localizan en la interfase que separa a cada par de subunidades c.

Localización de los sitios activos


Los sitios alostéricos se localizan en las subunidades reguladoras, y a ellos se puede unir CTP o ATP.

Localización de los sitios alostéricos y DETALLE DEL COMPLEJO EN ESTADO T


Cooperatividad y regulación alostérica de la aspartato transcarbamilasa


La unión progresiva de sustratos provoca la transición T a R, lo que aumenta la afinidad del enzima por el sustrato facilitando la unión de las siguientes moléculas de sustrato (Cooperatividad). La unión de inhibidores alostéricos como el CTP favorece el estado T, mientras que la unión de activadores alostéricos, como el ATP, favorece la conformación R. Compare ambas estructuras.

DETALLE DEL COMPLEJO EN ESTADO T


DETALLE DEL COMPLEJO EN ESTADO R


Cuestiones


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Referencias


L. Stryer. BIOQUÍMICA. Curso Básico. Reverté. (2014). 2ª ed.

Lipscomb, W. N. &Kantrowitz, E. R. (2012). Structure and Mechanisms of Escherichia coli Aspartate Transcarbamoylase. Acc. Chem. Res. 45, 444-453.

PDB www.rcsb.org, H.M. Berman, J. Westbrook, Z. Feng, G. Gilliland, T.N. Bhat, H. Weissig, I.N. Shindyalov, P.E. Bourne (2000) The Protein Data Bank URL: Nucleic Acids Research, 28: 235-242.