Fosfatasa de cadena ligera de miosina

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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:

Fosfato + H2O = [miosin light-chain] + 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 inhibe la contracción muscular iniciada por la quinasa de la cadena ligera de miosina. La enzima se compone de 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 y se encuentra en el tejido muscular liso de todos los organismos. Si bien se sabe que la miosina fosfatasa está regulada por las quinasas de la proteína asociadas a rho, existe un debate actual sobre si otras moléculas, como el ácido araquidónico y el AMPc, también regulan la enzima.

Función

El tejido muscular liso está compuesto principalmente de actina y miosina, dos proteínas que interactúan 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 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 al 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 (MLC20) en el residuo Ser-19. Esta fosforilación provoca un cambio conformacional en la miosina, activando el ciclo de puentes cruzados y provocando la contracción muscular. Debido a que la miosina experimenta un cambio conformacional, el músculo permanecerá contraído incluso si las concentraciones de calcio y de la quinasa MLC activada se normalizan. El cambio conformacional debe revertirse para relajar el músculo.Cuando la miosina fosfatasa se une a la miosina, elimina el grupo fosfato. Sin este grupo, la miosina recupera su conformación original, donde no puede interactuar con la actina ni mantener el músculo tenso, por lo que este 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

Una representación 3D de PP1 (de color rojo) y una porción de MYPT1 (de color azul), con los catalizadores de iones de manganeso mostrados en blanco. Las líneas amarillas marcan los surcos que son críticos para la unión de enzimas y la catalisis.
La miosina fosfatasa está compuesta por tres subunidades. La subunidad catalítica, PP1, es una de las fosfatasas Ser/Thr más importantes en las células eucariotas, ya que participa en el metabolismo del glucógeno, el transporte intracelular, la síntesis de proteínas y la división celular, así como en la contracción del músculo liso. Debido a su importancia para las funciones celulares básicas, y a que existen muchas menos proteínas fosfatasas que quinasas en las células, la estructura y función de la PP1 están altamente conservadas (aunque la isoforma específica utilizada en la miosina fosfatasa es la isoforma δ, PP1δ). La PP1 funciona utilizando dos iones de manganeso como catalizadores para la desfosforilación (véase más adelante).Rodeando estos iones se encuentra una hendidura en forma de Y con tres surcos: uno hidrofóbico, 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 resulta en un aumento drástico de la especificidad de la miosina. Por lo tanto, es evidente 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 MLC20, 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 su eliminación no afecta el recambio ni la selectividad. Aunque algunos creen que podría tener una función reguladora, aún no se ha determinado nada.

Mecanismo

El mecanismo de eliminación del fosfato de la 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, MLC20, se une a los surcos hidrófobo y ácido de PP1 y MYPT1, el sitio regulador de la miosina fosfatasa. Una vez en la configuración adecuada, tanto la serina fosforilada como una molécula de agua libre se estabilizan mediante los residuos de enlaces de hidrógeno en el sitio activo, así como por los iones con carga positiva (que interactúan fuertemente con el grupo fosfato negativo). La His-125 (en la miosina fosfatasa) dona un protón a la Ser-19 (MLC20), y la molécula de agua ataca el átomo de fósforo. Tras la reorganización de los protones para estabilizarse (lo cual ocurre rápidamente en comparación con el ataque al fósforo), se forman el fosfato y el alcohol, y ambos abandonan el sitio activo.

El mecanismo de PP1 para la fosfatasa de miosina, con residuos de enzimas críticos mostrados. Los sustratos y productos son audaces y en rojo, y los iones manganesos están en azul. El grupo de alcohol mostrado en la miosina después de la defosforilación es el alcohol en Ser-19.

Regulación y salud humana

Las vías reguladoras de la quinasa MLC están bien establecidas, pero hasta finales de la década de 1980 se asumía que la miosina fosfatasa no estaba regulada y que la contracción/relajación dependía completamente de su actividad. Sin embargo, desde esa década, se ha descubierto e investigado a fondo el efecto inhibidor de la proteína quinasa asociada a rho. RhoA GTP activa la quinasa Rho, que fosforila MYPT1 en dos sitios inhibidores principales: Thr-696 y Thr-866. Esto demuestra plenamente el valor de MYPT1, no solo para aumentar la velocidad y la especificidad de la reacción, sino también para ralentizarla considerablemente. Sin embargo, la adición de teloquina anula eficazmente el efecto de la quinasa Rho, aunque no desfosforila MYPT1.Otra estrategia reguladora propuesta involucra el ácido araquidónico. Cuando se añade ácido araquidónico al tejido muscular tenso, este 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. Dos teorías rivales son que el ácido araquidónico actúa como correlacionador en la cascada de la rho-quinasa mencionada anteriormente, o que se une al extremo c-terminal de MYPT1.Cuando los sistemas reguladores de la miosina fosfatasa comienzan a fallar, pueden producirse graves 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 otras partes), si el músculo liso ya no puede relajarse debido a una regulación defectuosa, pueden producirse diversos problemas, como asma, hipertensión y disfunción eréctil.

Véase también

  • Myosin
  • Myosin luz de cadena kinase
  • Rhoa
  • Rho kinase

Referencias

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Más lectura

  • Pato MD, Adelstein RS (1983). "Purificación y caracterización de una fosfatasa multisubunidad de turquía gizzard músculo liso. El efecto de la unión de la calmaodulina a la cadena ligera de miosina en la defosforilación". J. Biol. Chem. 258 (11): 7047–54. doi:10.1016/S0021-9258(18)32330-5. PMID 6304072.
  • Kimura K; et al. (1996). "Regulación de Myosin fosfatase por Rho y Kinase asociada a Rho (Rho-kinase)". Ciencia. 273 (5272): 245–248. Bibcode:1996Sci...273..245K. doi:10.1126/science.273.5272.245. PMID 8662509. S2CID 37249779.
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