La fosfatasa de cadena ligera de miosina , más comúnmente llamada fosfatasa de miosina ( EC 3.1.3.53 ), es una enzima (específicamente una proteína fosfatasa específica de serina / treonina ) que desfosforila la cadena ligera reguladora de miosina II . Esta reacción de desfosforilación se produce en el tejido muscular liso e inicia el proceso de relajación de las células musculares. Por tanto, la miosina fosfatasa deshace el proceso de contracción muscular iniciado por la cinasa de cadena ligera de miosina . La enzima se compone de tres subunidades: la región catalítica ( proteína fosfatasa 1 o PP1), lasubunidad de unión a miosina (MYPT1) y una tercera subunidad (M20) de función desconocida. La región catalítica utiliza dos iones 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 muy conservada [1] y se encuentra en el tejido del músculo liso de todos los organismos. Si bien se sabe que la miosina fosfatasa está regulada por proteínas quinasas asociadas a rho , existe un debate actual sobre si otras moléculas, como el ácido araquidónico y el cAMP , también regulan la enzima. [2]
Fosfatasa de cadena ligera de miosina | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
CE no. | 3.1.3.53 | |||||||
No CAS. | 86417-96-1 | |||||||
Bases de datos | ||||||||
IntEnz | Vista IntEnz | |||||||
BRENDA | Entrada BRENDA | |||||||
FÁCIL | NiceZyme vista | |||||||
KEGG | Entrada KEGG | |||||||
MetaCyc | camino metabólico | |||||||
PRIAM | perfil | |||||||
Estructuras PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | |||||||
Ontología de genes | AmiGO / QuickGO | |||||||
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Función
El tejido muscular liso está compuesto principalmente de actina y miosina, [3] dos proteínas que interactúan entre sí para producir la contracción y relajación muscular. La miosina II, también conocida como miosina convencional, tiene dos cadenas pesadas que consisten en los dominios de la cabeza y la 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 miosina quinasa de cadena ligera (MLC quinasa). 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 puentes cruzados 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 deshacerse 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 quinasa MLC y experimente un cambio conformacional.
Estructura
La miosina fosfatasa está compuesta de 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 la contracción del músculo liso. [5] Debido a que es tan importante para las funciones celulares básicas, y debido a que hay muchas menos proteínas fosfatasas que quinasas en las células, [6] La estructura y función de PP1 está altamente conservada (aunque la isoforma específica utilizada en la miosina fosfatasa es la isoforma δ, PP1δ). [7] PP1 funciona usando dos iones manganeso como catalizadores para la desfosforilación (ver más abajo).
Rodeando estos iones hay una hendidura en forma de Y con tres surcos: uno hidrofóbico, uno ácido y un surco C-terminal. Cuando PP1 no está unido a ninguna otra subunidad, no es particularmente específico. Sin embargo, cuando se une a la segunda subunidad de la miosina fosfatasa, MYPT1 (PM ~ 130 kDa), esta hendidura catalítica cambia de configuración. Esto da como resultado un aumento espectacular de la especificidad de la miosina. [1] Por lo tanto, está claro que MYPT1 tiene un gran poder regulador sobre PP1 y 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 necesario para la catálisis, ya que la eliminación de la subunidad no afecta el recambio ni la selectividad. [1] Si bien algunos creen que podría tener una función reguladora, aún no se ha determinado nada. [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 son estabilizadas 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 miosina fosfatasa) dona un protón a Ser-19 MLC 20 ) y la molécula de agua ataca el átomo de fósforo . Después de mezclar los protones para estabilizarlos (lo que ocurre 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 estaban bien establecidas, pero hasta finales de la década de 1980 se suponía que la miosina fosfatasa no estaba regulada y la contracción / relajación dependía por completo de la actividad quinasa de la MLC. [2] Sin embargo, desde la década de 1980, se ha descubierto e investigado a fondo el efecto inhibidor de la proteína quinasa asociada a rho. [11] RhoA GTP activa Rho-quinasa , que fosforila el MYPT1 en dos sitios inhibidores principales, Thr-696 y Thr-866. [12] [13] Esto demuestra completamente el valor del MYPT1, no solo para aumentar la velocidad y la especificidad de la reacción, sino también para ralentizar en gran medida la reacción. Sin embargo, cuando se agrega telokin , efectivamente deshace el efecto de Rho-quinasa, aunque no desfosforila MYPT1. [12]
Otra estrategia reguladora propuesta implica el ácido araquidónico. Cuando se agrega ácido araquidónico al tejido muscular tenso, el ácido disminuye la tasa de desfosforilación (y por lo tanto de 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 co-mensajero en la cascada de la ro-quinasa mencionada anteriormente, o que se une al c-terminal de MYPT1. [4]
Cuando los sistemas reguladores de la miosina fosfatasa comienzan a fallar, puede haber importantes consecuencias 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, entonces una gran cantidad de problemas que van desde asma , hipertensión y Puede resultar en disfunción eréctil . [4] [14]
Ver también
- Miosina
- Quinasa de cadena ligera de miosina
- Rhoa
- Rho quinasa
Referencias
- ^ a b c d e Terrak, Mohammed; Kerff, Frederic; et al. (17 de junio de 2004). "Base estructural de la regulación de la proteína fosfatasa 1" . Naturaleza . 429 (6993): 780–4. Código Bibliográfico : 2004Natur.429..780T . doi : 10.1038 / nature02582 . PMID 15164081 .
- ^ a b c 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 del músculo liso 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
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Otras lecturas
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- Kimura K; et al. (1996). "Regulación de la miosina fosfatasa por Rho y quinasa asociada a Rho (Rho-quinasa)". Ciencia . 273 (5272): 245–248. Código Bibliográfico : 1996Sci ... 273..245K . doi : 10.1126 / science.273.5272.245 . PMID 8662509 . S2CID 37249779 .