Glucokinase and Phosphorylase. Conformational changes (Spanish)

Hexoquinasas y glucoquinasas

Las hexoquinasas son las enzimas que inician la glicolisis fosforilando a la glucosa a glucosa 6 fosfato. La glucoquinasa es una isoenzima presente en hígado y páncreas que presenta propiedades cinéticas y reguladoras distintas. No obstante, los cambios que vamos a mostrar en este tutorial afectan por igual a todas las hexoquinasas

Las quinasas catalizan la transferencia de un grupo fosforilo desde el ATP a otra molécula, sea pequeña o una proteína (protein quinasas).

Misma vista anterior con los átomos en esferas. En estas dos visualizaciones hemos visto cómo deben colocarse los substratos para que se produzca la reacción. En realidad, estamos viendo los sustratos tal como quedan en el centro activo de las hexoquinasas

Un problema crítico en todas las quinasas es la competencia de las moléculas de agua circundantes por reaccionar con el fosforilo del ATP. La concentración de agua (no mostrado en proporción aquí) es muy superior a la concentración de sustratos

Si el agua accede con facilidad al centro activo, puede impedir la reacción de catálisis. Es por esto que la mayoría de las quinasas exhiben un versión espectacular del denominado ajuste inducido. Es decir, el centro activo no adopta su forma conformacional definitiva hasta que la glucosa se une a la enzima e induce un cambio de conformación. En el caso de la glucoquinasa este cambio es tremendo e implica un cierre tipo tenaza sobre los sutratos. Además, el centro activo se vuelve más hidrófobo cerrando el acceso al agua. En este visualización vemos los sutratos unidos al centro activo (turquesa) y en donde ya se ha producido el cierre

La forma cerrada y activa de la enzima permite el "abrazo específico" de una serie de aminoácidos que establecen interacciones muy concretas con la glucosa

Detalle ampliado de las cadenas laterales que "abrazan a la glucosa". Se trata de un conjunto de grupos químicos de aminoácidos, que forman puentes de hidrógeno con los hidroxilos de la glucosa. Puede observarse que todas las interacciones se producen por el lado donde se encuentran los grupos hidroxilo de la glucosa

Las dos conformaciones, abierta y cerrada de la Glucoquinasa

En esta visualización vemos a la glucoquinasa, en conformación abierta y en representación esquemática, destacándose los dos dominios de cadena

Mismo tipo de representación pero de la forma cerrada con la glucosa unida al centro activo

Representacion en esferas de la forma cerrada de la glucoquinasa con la glucosa unida al centro activo

Previo a las animaciones veamos esta visualización comparativa de ambas formas, abierta y cerrada. La glucosa al unirse alc entro activo induce el cambio

Se muestra la forma abierta en representación de esferas con el centro activo en amarillo.

Se muestra la forma cerrada en representación en esferas con el centro activo en amarillo

Inicio animaciones glucoquinasa

Las animaciones de estas páginas están basadas en 2 estructuras tridimensionales alternativas de una proteína debidas a un cambio de conformación inducido por un ligando. Se han intercalado varios modelos intermedios de forma que al apretar el botón de la simulación, observamos el supuesto movimiento de los átomos durante el cambio de conformación

Jsmol posee una opción de Animación en el MENU que se despliega en la pantalla de la izquierda (apretando el botón derecho del raton) y permite pasar modelo a modelo, reproducir la animación, detenerla, pausarla, etc

ANIMACIÓN Vemos como el centro activo se forma y la enzima se cierra al unirse la glucosa (roja).

ANIMACIÓN. Detalle del movimiento de algunos aminoácidos, especialmente los que mas se desplazan hacia el centro activo (amarillo), cerrándolo y realizar el ajuste inducido

ANIMACIÓN. Visión en color de los aminoácidos del centro activo (amarillo) cerrándose

El centro activo y el centro alostérico de las glucógeno fosforilasas

En esta página vamos a ver un cambio de conformación transmitido a distancia y por tanto de naturaleza distinta del anterior con la glucoquinasa. La fosforilasa es una enzima que degrada el glucógeno del hígado y el músculo en situaciones de necesidad. Una señal clara de necesidad viene dada por la elevación de los niveles intracelulares de AMP. Cuando esto ocurre, la situación energética de la célula es inadecuada y se degrada el glucógeno. La glucógeno fosforilasa "sensa" esta situación uniendo AMP y activándose la enzima

La fosforilasa hepática es un dímero formado por subunidades iguales. Cada subunidad poseen un centro activo que contiene piridoxal fosfato como grupo prostético y al que se unen los sustratos. Existen asimismo dos centros alostéricos de unión de AMP situados en las interfases de las subunidades

Vemos ambas subunidades de la enzima en representación esferas con una amplia superfície de contactos

Visualizamos los sutratos unidos al centro activo y el AMP unido a los centros alostéricos. Esta forma de la enzima posee actividad enzimática debido a la unión del AMP, que induce un cambio de conformación, como veremos

Inicio animaciones fosforilasa

ANIMACIÓN. La unión del AMP a los centros alostéricos induce un cambio de conformación en la proteína que acaba repercutiendo en el centro activo. En esta animación inicial vemos como la unión del AMP abre el acceso al centro activo

ANIMACIÓN. Para resaltar el efecto del AMP hemos coloreado de rojo los átomos que bloquean el acceso de los sustratos al centro activo donde se encuentra el piridoxal fosfato (amarillo)

ANIMACIÓN. Otra visualización de la tenaza molecular (lazos en rojo) que bloquea el acceso de los sustratos al centro activo. La unión del AMP abre este acceso

ANIMACIÓN. Zoom de la misma visualización

ANIMACIÓN. Para entender mejor cómo los átomos bloquena el acceso al centro activo sin AMP los representamos en esferas

References

Structural basis for allosteric regulation of the monomeric allosteric enzyme human glucokinase Kamata, K., Mitsuya, M., Nishimura, T., Eiki, J., Nagata, Y. (2004) Structure 12: 429-438