Modificaciones postraduccionales: ¿por qué la fosforilación es una forma común de activar diferentes proteínas?

Estoy de acuerdo con el Prof. Slish. La polaridad es un factor importante en el ensamblaje y plegamiento de proteínas. Particularmente en medios tan polares como el protoplasma, que es 66% de agua, creo. Una fosforilación es esencialmente una reacción de esterificación entre un aminoácido que contiene una cadena lateral que tiene un grupo -OH alcohólico (serina, treonina) o un grupo -OH fenólico (tirosina); y el ion hipofosfato (en el extremo terminal del ATP). Vale la pena señalar que las tirosina quinasas suelen estar más estrictamente reguladas que las serina o treonina quinasas, ya que el fenólico -OH es más reactivo, por lo tanto, una tirosina quinasa debe ser más eficiente energéticamente (en términos químicos esto se controla cinéticamente) que una proteína quinasa, que típicamente contiene un dominio de serina quinasa o treonina quinasa (que son más intensivos en energía / controlados termodinámicamente).

Si notamos los factores que afectan el plegamiento de proteínas, recordemos que dos ángulos, theta y phi, se usan como parámetros para representar las propiedades de torsión del aminoácido durante el plegamiento. Esta trama, llamada diagrama de Ramachandran nos dice qué aminoácidos sirven para hacer copolímeros estables, y cuáles no (glicina, prolina, llamados rompe hélice). La cadena lateral de un aminoácido juega un papel importante en la generación de energía de torsión. El fosfato es un grupo bastante pesado (48 + 31 = 79 amu, igual a un grupo bencilo). Ahora agregue a eso su polaridad extremadamente alta, y usted tiene un aminoácido fosforilado que necesita desesperadamente ‘cambiar’ en su estructura secundaria, hasta que encuentre la configuración de energía mínima nuevamente (su energía potencial se ha incrementado mediante la adición de un grupo cargado) , el fosfato, y su energía cinética ha aumentado debido al aumento de la masa). Esto se manifiesta como un cambio conformacional, que, debido a que la mayoría de las proteínas están reguladas alostéricamente, significa un cambio en la conformación del sitio activo también, y por lo tanto afecta la función. La especificidad geométrica casi perfecta de la mayoría de las enzimas asegura que cualquier cambio en la geometría del sitio activo apaga la enzima y, por lo tanto, su actividad de señalización.

Antes que nada, debería decir que la fosforilación podría activar algunas proteínas, pero no toda la fosforilación activa la proteína. Hacen muchas otras cosas, como inhibiciones, translocaciones, degradaciones, mantener las proteínas estables o simplemente nada. Puede requerir más evidencia sobre la proporción de fosforilaciones de activación en todos los eventos de fosforilación que ocurren.

Pero solo para las proteínas quinasas, es bastante común que la fosforilación en un sitio específico conduzca a la activación. Dado que la actividad de la mayoría de las proteínas cinasas está controlada por un único péptido llamado bucle de activación, las fosforilaciones en los residuos del circuito de activación tales como Thr / Ser / Tyr conducen a un cambio conformacional y un estado preparado del ATP o unión al sustrato.

Probablemente porque agregar un grupo fosfato puede cambiar la conformación de una proteína de una manera grande. Las fosforilaciones suelen ser serinas o treoninas (a veces tirosinas), que son ligeramente polares, pero casi neutros. Cuando se agrega un fosfato a esto, el aminoácido se vuelve extremadamente polar. Esto desestabiliza la proteína (colocando una carga negativa en un dominio neutral) y luego cambiará de forma para minimizar su energía. Este cambio en la forma expone nuevas áreas de la proteína, haciendo que se encienda o apague.

El ATP debe estar presente en la fosforilación. Cuando tiene lugar la fosforilación, uno de los grupos fosforilo se transfiere del ATP a un aminoácido en una proteína. Cuando el ATP se hidroliza, libera energía y la energía liberada del ATP es suficiente para activar las proteínas. Si mal no recuerdo, muchas de las reacciones termodinámicamente desfavorables en los sistemas biológicos están asociadas a la reacción de hidrólisis del ATP, de modo que la energía liberada por la hidrólisis del ATP puede usarse para impulsar la reacción desfavorable. El resultado global es dar una respuesta negativa de Gibbs Free Energy, es decir, una reacción espontánea.