La enzima que me endulzó

Te encuentras en peligro, tu cuerpo desencadena las respuesa de lucha o huída, la adrenalina inunda el torrente sanguíneo y se paran las funciones innecesarias, digestión, reproducción y demás. Necesitas movilizar energía en forma de glucosa, para luego convertirla en energía directa, no hay tiempo que perder. Para ello la respuesta hormonal activa una enzima clave que moviliza nuestras preciosas reservas almacenadas en forma de glucógeno, la glucógeno fosforilasa (GP) que deshoja sus ramas llenas de glucosa. Es un proceso fino que no se puede activar sin fin y se tiene que poder desactivar cuando su necesidad cese.

La GP es una enzima clave en el metabolismo, es la encargada de movilizar las reservas de glucosa almacenadas en forma de glucógeno tanto en músculo (80%) como en hígado (20%), y es mucha energía. En músculo la enzima libera principalmente la glucosa para uso interno, en cambio en el hígado la libera para mantener constantes los niveles de glucosa en sangre, muy importante. Cuando estos bajan de un determinado nivel, bajo el control hormonal la proteína se activa liberando glucosa-fosfato ¿Pero cómo ‘sabe’ el enzima cuándo tiene que ponerse a degradar glucógeno y cuándo dejarlo?

La bioquímica nos dio muchas e importantes pistas sobre su funcionamiento, pero finalmente fue la cristalografía de proteínas la que nos permitió mirar en su interior. Gracias a los estudios de Luise N. johnson y otros investigadores averiguamos como son los resortes de esta molécula limitante en glucógenolisis. La GP es una enzima enorme compuesta de dos subunidades idénticas de unos 842 aminoácidos cada una. Desifrarla fue un auténtico hito de la cristalografía de principio de los noventa.

glucogeno-fosforilasa-estructura-esquematica-enzima-glycogen-phosphorilase-enzyme-schematic-structure-allosteric-control-sites-infographic-3dciencia

Estructura secundaria de la glucogeno fosforilasa mostrando los sitios más importantes de la enzima. Es la enzima encargada de degradar el glucógeno liberando glucosa-1-fosfato.

Cada molécula de glucógeno se compone de hasta unas 10,000 unidades de glucosa unidas formando una estructura granular muy ramificada. La enzima sufre varios tipos de modificaciones que la activan e inactivan según diferentes factores de control. La primera es la fosforilación la adición de un grupo fosfato cargado a un residuo (serina14), que hace que la enzima reorganice levemente su estructura y se conforme un centro activo de alta afinidad por el sustrato. Este cambio químico es reversible y es una de las formas de control hormonal, la insulina la inactiva y el glucagón y la adrenalina la activan.

Además, la enzima también actúa como sensor del estado energético celular y si este es bajo debido a la falta ATP y por consiguiente a la abundancia de AMP, se activa degradando glucógeno. Es capaz de unir AMP en el que se denomina sitio de unión del efector alostérico (otro sitio distinto del centro activo) y desencadena un cambio conformacional similar al que produce la fosforilación. Y voilá, Lista para reponer el equilibrio celular. Fue la primera enzima donde observamos los efectos de la fosforilación y la activación e inhibición por unión de una sustancia a un sitio diferente del centro activo (alosterismo).

Gracias a la cristalografía de rayos x pudimos ver los movimientos internos de la enzima cuando se activa e inactiva, cómo transcurre el curioso mecanismo de fosforolisis por el cual se forma las moléculas de glucosa-1-fosfato incapaces de salir del músculo y como interviene el cofactor, la vitamina piridoxal fosfato en todo el proceso.

Para no agotarse la enzima tiene distintas isoformas, músculo, hígado y cerebro con regulaciones, sitios alostéricos y actividades diferentes. Incluso tiene un sitio con gran afinidad para anclarse al glucógeno y no estar lejos de él, siempre preparada para la acción. Una preciosa enzima con un motón de secretos y afinidades químicas. En esos momentos en los que necesitamos mucha energía ella se activa y permite que esta se libere de su almacén, endulzándonos la sangre. Para un bioquímico una delicatesen, de enzima.

glycogen phosphorylase enzyme phosphorylated inhibitor glucogeno fosforilasa inhibidor enzima

Estructura de la glucógeno fosforilasa, vista trasera el centro activo esta en el otro lado. En la figura se ven las dos subunidades idénticas unidas formando una simetría doble. La subunidad superior se muestra fosforilada en la serina 14. En la interfase entre las dos subunidades simétricamente se aloja el inhibidor en el sitio alostérico de unión de AMP. Este es el blanco de diferentes sustancias en prueba para el tratamiento de la diabetes.

Esta entrada participa en el XXX Carnaval de la Biología que aloja el blog activatuneurona.wordpress.com @ACTIVATUNEURONA

Este post participa en el V Festival de la Cristalografía que organiza Ciencia y Presencia

REFERENCIAS:

Louise N. Johnson and David Barford (1990): Glycogen Phosphorylase. Journal of Biological Chemistry 265, pp. 2409-2412.

Michelle F. Browner and Robert J. Fletterick (1992): Phosphorylase: a Biological Transducer. Trends in Biochemical Sciences 17, pp. 66-71.

Cori GT, Green AA (July 1943). “Crystalline muscle phosphorylase II prosthetic group“. Journal of Biological Chemistry 151 (1): 21–29.

Anuncios

Responder

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión / Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión / Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión / Cambiar )

Google+ photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google+. Cerrar sesión / Cambiar )

Conectando a %s