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6.2. Función y mecanismo de K-RAS. Ligandos y sitios de unión.

Este apartado cobra especial relevancia al entender que los ligandos y los sitios de unión son aspectos estrechamente relacionados con la función de una proteína. Un ligando es aquella molécula susceptible de unirse a una proteína. Pero la unión no se realiza en cualquier parte, sino en una región específica que se denomina bolsillo. Es en este lugar donde se dan determinadas circunstancias que permiten el acomodamiento del ligando. Generalmente las interacciones suelen ser electrostáticas e hidrofóbicas, y van acompañadas de una correcta disposición espacial en la proteína que genera cavidades apropiadas para el ligando. Una idea a reseñar sobre este concepto es que dependiendo del ligando la proteína se plegará y actuará de un modo u otro. Antes de comenzar a hablar en detalle sobre los ligandos y el bolsillo, hay que recordar que un enzima puede tener algún otro sitio donde ciertas moléculas puedan unirse para modular la función de la proteína. Este tipo de regulación recibe el nombre de regulación alostérica, y se verá reflejado fundamentalmente en el apartado 6.2.6. Nuevos ligandos

6.2.1. Mecanismo de activación e inactivación de K-RAS

Image:Cascadareducida.png

Figura 3. Cascada de señales con ruta por MAP quinasas que parte del receptor de crecimiento epidérmico.

En la introducción de este trabajo se comentó la intensa participación de esta proteína en la regulación de la proliferación celular. De forma intuitiva y asequible se podría decir que K-RAS actúa como un interruptor en la cascada de señalización celular. Para ello se sirve de dos ligandos: GTP (Guanosín 5’-trifosfato) y GDP (Guanosín 5’-difosfato). Cuando el GDP está unido en el "bolsillo" o sitio de unión la proteína se encuentra en una conformación inactiva. El GDP puede ser reemplazado por GTP mediante una ruta de señalización mediada por proteínas SOS, provocando un cambio de conformación hacia la forma activa. Tras este fenómeno la proteína transmite una cascada de señales vía MAP quinasas que desemboca en el núcleo y promueve la transcripción de genes específicos.

La desactivación o vuelta a la conformación inicial tiene un mecanismo basado en una reacción de hidrólisis, en la que el sustrato (GTP) situado dentro del centro catalítico o bolsillo del enzima, y con la ayuda del catión Mg2+, es transformado en GDP. El proceso tiene su origen con el ataque del par electrónico del oxígeno del agua sobre el grupo fosfato terminal, concretamente sobre el fósforo que actúa como centro nucleófilo. Como consecuencia de este ataque se produce la escisión del grupo fosfato terminal, a través del enlace P-O-P.

En la figura 3 se puede observar la compleja cascada de señales en la que interviene K-RAS. La función de esta proteína toma parte prácticamente en los inicios de la cascada. Este hecho tiene importancia al entender que si las mutaciones se hacen presentes también en las proteínas situadas cascada abajo, la regulación de la proliferación celular estará afectada en más eslabones de la cadena. Por lo tanto se deduce, y así ocurre en la realidad, que aunque se pueda actuar sobre K-RAS la cascada de señalización seguirá afectada más abajo.

Una vez comentado brevemente el mecanismo se estudiarán los ligandos susceptibles de unirse a la proteína.





6.2.2. Bolsillo de la proteína

Como se mencionó líneas arriba el bolsillo es el lugar de unión con los ligandos. En el caso de esta proteína existe un bolsillo relevante al que se denominará principal, pues será el que incorpore en su interior a GTP y GDP [4]. Sin embargo, estudios actuales están encontrando "bolsillos accesorios" en la proteína, y que son descritos gracias a la cristalización de esta proteína con moléculas experimentales [5].

Antes de comenzar a describir la estructura del bolsillo hay que mencionar que el número de residuos que intervienen y sus disposiciones espaciales varían según el ligando que esté unido. Por esta razón se tomará como referencia los aminoácidos intervinientes en la unión con GTP, aprovechando que son más numerosos y pueden dar una idea más aproximada.

Vista tridimensional de la zona del bolsillo de K-RAS en presencia del cofactor (Mg2+) y del ligando (GTP). PDB ID:4DSO

Image:Tablaminoacidos2.png

Tabla 3. Principales residuos que conforman el bolsillo principal de K-RAS.








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