Fosfatasa de cadena ligera de miosina
| Fosfatasa de cadena ligera de miosina | |||||||||
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 Estructura del complejo entre PP1 y una porción de MYPT1, generado a partir de 1s70 [1] | |||||||||
| Identificadores | |||||||||
| N.º CE | 3.1.3.53 | ||||||||
| N.º CAS | 86417-96-1 | ||||||||
| Bases de datos | |||||||||
| IntEnz | Vista de IntEnz | ||||||||
| BRENDA | Entrada de BRENDA | ||||||||
| Expasí | Vista de NiceZyme | ||||||||
| BARRIL | Entrada de KEGG | ||||||||
| MetaCiclo | vía metabólica | ||||||||
| PRIAMO | perfil | ||||||||
| Estructuras del PDB | RCSB AP APBE APSUMA | ||||||||
| Ontología genética | AmiGO / QuickGO | ||||||||
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La fosfatasa de cadena ligera de miosina , también llamada fosfatasa de miosina (EC 3.1.3.53; nombre sistemático [cadena ligera de miosina]-fosfato fosfohidrolasa ), es una enzima (específicamente una proteína fosfatasa específica de serina/treonina ) que desfosforila la cadena ligera reguladora de la miosina II :
- [cadena ligera de miosina] fosfato + H 2 O = [cadena ligera de miosina] + fosfato
Esta reacción de desfosforilación ocurre en el tejido muscular liso e inicia el proceso de relajación de las células musculares. Así, la miosina fosfatasa deshace el proceso de contracción muscular iniciado por la quinasa de la cadena ligera de miosina . La enzima está compuesta por tres subunidades: la región catalítica ( proteína fosfatasa 1 o PP1), la subunidad de unión a la miosina (MYPT1) y una tercera subunidad (M20) de función desconocida. La región catalítica utiliza dos iones de manganeso como catalizadores para desfosforilar las cadenas ligeras de la miosina, lo que provoca un cambio conformacional en la miosina y relaja el músculo. La enzima está altamente conservada [1] y se encuentra en el tejido muscular liso de todos los organismos. Si bien se sabe que la miosina fosfatasa está regulada por las proteínas quinasas asociadas a rho , existe un debate actual sobre si otras moléculas, como el ácido araquidónico y el AMPc , también regulan la enzima. [2]
Función
El tejido muscular liso está compuesto principalmente de actina y miosina, [3] dos proteínas que interactúan entre sí para producir la contracción y la relajación muscular. La miosina II, también conocida como miosina convencional, tiene dos cadenas pesadas que consisten en los dominios de cabeza y cola y cuatro cadenas ligeras (dos por cabeza) que se unen a las cadenas pesadas en la región del "cuello". Cuando el músculo necesita contraerse, los iones de calcio fluyen hacia el citosol desde el retículo sarcoplásmico , donde activan la calmodulina, que a su vez activa la quinasa de la cadena ligera de miosina (quinasa MLC). La quinasa MLC fosforila la cadena ligera de miosina (MLC 20 ) en el residuo Ser-19. Esta fosforilación provoca un cambio conformacional en la miosina, activando el ciclo de puente cruzado y haciendo que el músculo se contraiga. Debido a que la miosina sufre un cambio conformacional, el músculo permanecerá contraído incluso si las concentraciones de calcio y quinasa MLC activada se llevan a niveles normales. El cambio conformacional debe revertirse para relajar el músculo. [4]
Cuando la miosina fosfatasa se une a la miosina, elimina el grupo fosfato . Sin el grupo, la miosina vuelve a su conformación original, en la que no puede interactuar con la actina y mantener el músculo tenso, por lo que el músculo se relaja. El músculo permanecerá en esta posición relajada hasta que la miosina sea fosforilada por la cinasa MLC y experimente un cambio conformacional.
Estructura
La miosina fosfatasa está formada por tres subunidades. La subunidad catalítica, PP1, es una de las fosfatasas Ser/Thr más importantes en las células eucariotas , ya que desempeña un papel en el metabolismo del glucógeno , el transporte intracelular, la síntesis de proteínas y la división celular , así como en la contracción del músculo liso. [5] Debido a que es tan importante para las funciones celulares básicas, y debido a que hay muchas menos fosfatasas proteicas que quinasas en las células, [6] la estructura y función de la PP1 está altamente conservada (aunque la isoforma específica utilizada en la miosina fosfatasa es la isoforma δ, PP1δ). [7] La PP1 funciona utilizando dos iones de manganeso como catalizadores para la desfosforilación (ver a continuación).
Alrededor de estos iones hay una hendidura en forma de Y con tres surcos: uno hidrófobo, uno ácido y uno C-terminal. Cuando la PP1 no está unida a ninguna otra subunidad, no es particularmente específica. Sin embargo, cuando se une a la segunda subunidad de la miosina fosfatasa, MYPT1 (peso molecular ~130 kDa), esta hendidura catalítica cambia de configuración. Esto da como resultado un aumento drástico de la especificidad de la miosina. [1] Por lo tanto, está claro que MYPT1 tiene un gran poder regulador sobre la PP1 y la miosina fosfatasa, incluso sin la presencia de otros activadores o inhibidores.
La tercera subunidad, M20 (que no debe confundirse con MLC 20 , la subunidad reguladora crítica de la miosina), es la subunidad más pequeña y misteriosa. Actualmente se sabe poco sobre M20, excepto que no es necesaria para la catálisis, ya que la eliminación de la subunidad no afecta el recambio o la selectividad. [1] Si bien algunos creen que podría tener una función reguladora, nada se ha determinado aún. [2]
Mecanismo
El mecanismo de eliminación del fosfato de Ser-19 es muy similar a otras reacciones de desfosforilación en la célula, como la activación de la glucógeno sintasa . La subunidad reguladora de la miosina MLC 20 se une a los surcos hidrófobos y ácidos de PP1 y MYPT1, el sitio regulador de la miosina fosfatasa. [1] [8] Una vez en la configuración adecuada, tanto la serina fosforilada como una molécula de agua libre se estabilizan por los residuos de enlaces de hidrógeno en el sitio activo, así como por los iones cargados positivamente (que interactúan fuertemente con el grupo fosfato negativo). His-125 (en la miosina fosfatasa) dona un protón a Ser-19 MLC 20 ), y la molécula de agua ataca al átomo de fósforo . Después de barajar protones para estabilizarse (lo que sucede rápidamente en comparación con el ataque al fósforo), se forman el fosfato y el alcohol, y ambos abandonan el sitio activo.
Regulación y salud humana
Las vías reguladoras de la quinasa MLC están bien establecidas, pero hasta finales de la década de 1980, se suponía que la miosina fosfatasa no estaba regulada y que la contracción/relajación dependía completamente de la actividad de la quinasa MLC. [2] Sin embargo, desde la década de 1980, se descubrió y se investigó a fondo el efecto inhibidor de la proteína quinasa asociada a rho. [11] RhoA GTP activa la Rho-quinasa , que fosforila la MYPT1 en dos sitios inhibidores principales, Thr-696 y Thr-866. [12] [13] Esto demuestra plenamente el valor de la MYPT1, no solo para aumentar la velocidad de reacción y la especificidad, sino también para ralentizar en gran medida la reacción. Sin embargo, cuando se añade teloquina , deshace efectivamente el efecto de la Rho-quinasa, aunque no desfosforila a MYPT1. [12]
Otra estrategia reguladora propuesta involucra al ácido araquidónico. Cuando se agrega ácido araquidónico al tejido muscular tenso, el ácido disminuye la tasa de desfosforilación (y por lo tanto la relajación) de la miosina. Sin embargo, no está claro cómo funciona el ácido araquidónico como inhibidor . [4] Dos teorías en competencia son que el ácido araquidónico actúa como un co-mensajero en la cascada de la rho-quinasa mencionada anteriormente, o que se une al extremo c-terminal de MYPT1. [4]
Cuando los sistemas reguladores de la miosina fosfatasa comienzan a fallar, pueden producirse consecuencias importantes para la salud. Dado que el músculo liso se encuentra en los sistemas respiratorio, circulatorio y reproductivo de los seres humanos (así como en otros lugares), si el músculo liso ya no puede relajarse debido a una regulación defectuosa, pueden producirse una gran cantidad de problemas, que van desde asma , hipertensión y disfunción eréctil . [4] [14]
Véase también
Referencias
- ^ abcde Terrak, Mohammed; Kerff, Frederic; et al. (17 de junio de 2004). "Base estructural de la regulación de la proteína fosfatasa 1". Nature . 429 (6993): 780–4. Bibcode :2004Natur.429..780T. doi : 10.1038/nature02582 . PMID 15164081.
- ^ abc Hartshorne, DJ; Ito, M (mayo de 1998). "Fosfatasa de cadena ligera de miosina: composición de subunidades, interacciones y regulación". J Muscle Res Cell Motil . 19 (4): 325–41. doi :10.1023/A:1005385302064. PMID 9635276. S2CID 27448238.
- ^ Página 174 en: La célula muscular lisa vascular: respuestas moleculares y biológicas a la matriz extracelular . Autores: Stephen M. Schwartz, Robert P. Mecham. Editores: Stephen M. Schwartz, Robert P. Mecham. Colaboradores: Stephen M. Schwartz, Robert P. Mecham. Editorial: Academic Press, 1995. ISBN 0-12-632310-0 , ISBN 978-0-12-632310-8
- ^ abcd Webb, R. Clinton (noviembre de 2003). "Contracción y relajación del músculo liso". Avances en la educación en fisiología . 27 (4): 201–6. doi :10.1152/advan.00025.2003. PMID 14627615.
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Lectura adicional
- Pato MD, Adelstein RS (1983). "Purificación y caracterización de una fosfatasa multisubunidad del músculo liso de la molleja de pavo. El efecto de la unión de la calmodulina a la quinasa de la cadena ligera de miosina en la desfosforilación". J. Biol. Chem . 258 (11): 7047–54. doi : 10.1016/S0021-9258(18)32330-5 . PMID 6304072.
- Kimura K; et al. (1996). "Regulación de la fosfatasa de miosina por Rho y la quinasa asociada a Rho (Rho-quinasa)". Science . 273 (5272): 245–248. Bibcode :1996Sci...273..245K. doi :10.1126/science.273.5272.245. PMID 8662509. S2CID 37249779.
