Fosforilación de Proteínas

Definición de fosforilación de proteínas

La fosforilación de proteínas es una forma de modificación postraduccional en la que un grupo fosfato (PO4) se une reversiblemente a un grupo amino mediante una proteína cinasa. Como la fosforilación de proteínas es un proceso reversible, una proteína puede volver a su confirmación y actividad originales una vez eliminado el grupo fosfato. Esta reacción inversa se denomina desfosforilación, y está catalizada por unas enzimas denominadas proteína fosfatasas.

Mecanismo de fosforilación de las proteínas

¿Cómo funciona exactamente la fosforilación de las proteínas? Echa un vistazo a la siguiente Figura 1.

Figura 1. En la fosforilación de proteínas, una proteína cinasa transfiere un grupo fosfato (PO4) de una molécula de ATP y lo añade a una proteína. Una proteína fosfatasa puede invertir este proceso eliminando el grupo fosfato.

El grupo fosfato terminal de una molécula de ATP se elimina y se transfiere a un grupo R polar de una proteína -normalmente serina, treonina o tirosina y, a veces, histidina-.

El aminoácido polar contiene un grupo -OH cargado que participa en un ataque nucleofílico al grupo fosfato terminal del ATP. El ataque conduce a la transferencia de un grupo fosfato a la cadena lateral del aminoácido.

Función de fosforilación de las proteínas

La adición de un grupo fosfato altera la estabilidad, la función, la actividad subcelular y la actividad enzimática de las proteínas. Como un grupo fosfato contiene dos cargas negativas, una proteína que sufra fosforilación proteica tendrá un cambio de carga, lo que hará que la unión del ligando de la proteína reclute cadenas laterales de aminoácidos cargadas positivamente.

La unión del grupo fosfato también provoca un cambio en la estructura de unión, ya sea haciéndola más disponible para otras proteínas o bloqueándola de las interacciones de unión a proteínas.

La fosforilación de proteínas desempeña un papel central y es ubicua en diferentes procesos celulares. La fosforilación interviene en la señalización celular que media en la proliferación celular, la apoptosis, el transporte y la degradación de proteínas. En la siguiente sección, hablaremos del papel de la fosforilación de proteínas en la señalización celular, sobre todo en la transducción de señales, en la degradación de proteínas y en la neurotransmisión.

Ejemplo 1 de fosforilación de proteínas: señalizacióncelular

Recordemosque la señalización celular es el proceso en el que una molécula señalizadora llamada ligando se une a una proteína receptora en el interior o en la superficie de una célula diana, dando lugar a una función o respuestacelularespecífica como la proliferación y la muerte celular.

Mientras que algunos ligandos, como las hormonas esteroideas , pueden atraves arel interior hidrófobo de lamembrana plasmática, unirse después a receptores intracelulares en el citoplasma e interactuar directamente con el ADN, otros ligandos, como las hormonas hidrófilas derivadas de aminoácidos , no pueden hacerlo.

Los ligandos que no pueden atravesar la membrana plasmática suelen interactuar con receptores de la superficie celular que transmiten la señal a otras proteínas receptoras o mensajeros a través de un proceso denominado transducción deseñales. transducción de señales, tratado en la siguiente sección.

Ejemplo 2 de fosforilación de proteínas: transducción de señales

Para regular la transducción de señales, la fosforilación suele actuar como un interruptor de encendido/apagado para muchos receptores de la superficie celular y su señalización descendente: estas proteínas se activan añadiendo uno o más grupos fosfato.

Muchas vías de señalización implican a múltiples proteínas cinasas que crean una cascada de fosforilación. Para que se transmita la señal, las proteínas cinasas desencadenan la fosforilación una tras otra, provocando cada vez un cambio de forma en la proteína fosforilada.

El cambio de forma se produce por la interacción de los grupos fosfato con los aminoácidos cargados o polares de la proteína. El cambio de forma modifica la función de la proteína, activándola. Esto proporciona el mecanismo para "encender" la vía de transducción de señales.

Junto a las proteínas cinasas, en la cascada de fosforilación también están presentes las proteínas fosfatasas. Las proteínas fosfatasas desfosforilan o eliminan los grupos fosfato de las proteínas, inactivándolas. Esto proporciona el mecanismo para "apagar" la vía de transducción de señales cuando la señal desaparece. La desfosforilación también hace que las proteínas quinasas estén disponibles para las señales siguientes.

Como tal,la combinación de fosforilación y desfosforilación actúa como un interruptor molecular que activa o inactiva las actividades celulares según sea necesario. En un momentodado, la actividad de una proteína regulada por fosforilación viene determinada por cuántas moléculas de cinasa activas y moléculas de fosfatasa activas contiene una célula.

Ejemplo 3 de fosforilación de proteínas: degradación

La acumulación de proteínas, especialmente de proteínas mal plegadas, no es favorable, ya que esta acumulación puede dar lugar a enfermedades patológicas, como el Alzheimer, la ELA y la enfermedad de Huntington. Para evitar daños, las proteínas deben ser degradadas por los proteasomas. Existen distintos mecanismos por los que los proteasomas degradan las proteínas y la fosforilación de las proteínas es una parte esencial de ellos.

• Generalmente, para que se produzca la degradación de las proteínas, primero se activa la actividad de la enzima ubiquitina ligasa fosforilándola. Una vez activada la ubiquitina ligasa por la fosforilación, ya puede formar una ubiquitina ligasa multisubunidad que puede provocar la degradación de las proteínas.

• Otra forma de degradación es que las proteínas creen una señal de degradación. Una señal de degradación se crea fosforilando un lugar específico de una proteína. Una vez fosforilada, se revela una señal de degradación que suele estar oculta dentro de una proteína.

Ejemplo 4 de fosforilación de proteínas: neurotransmisores

Otro ejemplo de fosforilación de proteínas se observa en nuestro sistema nervioso. La fosforilación es importante para transferir información en los neurotransmisores, los ligandos responsables de llevar una señal de una neurona (o célula nerviosa) a una célula diana del organismo.

Las enzimas que sintetizan los neurotransmisores necesitan ser fosforiladas para la transmisión sináptica. Para regular esta transmisión, se fosforilan los canales iónicos y los receptores. Tras la fosforilación, se produce un cambio de conformación que activa y desactiva el canal iónico.