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Estudio estructural de la aspartato transcarbamilasa
La síntesis de pirimidinas comienza con la unión de carbamilfosfato a aspartato, con liberación de fosfato inorgánico, para dar carbamilaspartato. Se trata del primer paso comprometido en la biosíntesis de pirimidinas, y está catalizado por la enzima Aspartato transcarbamilasa (Carbamil fosfato: L-aspartato carbamil transferasa, EC 2.1.3.2).
Esta enzima tiene un interesantísimo comportamiento regulatorio. Ya desde los estudios de Gerhart y Pardee en los ‘50 se sabe que su actividad se inhibe por el nucleótido CTP, que es uno de los productos finales de la biosíntesis de pirimidinas. De esta forma, la ATCasa es un sistema típico de retroalimentación negativa. Pero al mismo tiempo, la ATCasa es activada por ATP, producto final de la biosíntesis de purinas. De esta forma, síntesis de purinas y pirimidinas quedan reguladas mutuamente. Por otra parte, la enzima muestra una cinética anómala respecto a sus dos substratos, carbamilfosfato y aspartato, dando lugar a una dependencia sigmoide de la velocidad respecto a la concentración de substrato.
La enzima consta de dos tipos de subunidades, catalítica y regulatoria, habiendo dos subunidades catalíticas y tres regulatorias por molécula. Cada subunidad catalítica consta de tres polipéptidos (c3) y la regulatoria de dos (r2), por lo que la enzima completa es un dodecámero (c3)2 (r2)3. Las subunidades catalíticas fijan y transforman a los substratos, mientras que las regulatorias fijan a los efectores (CTP y ATP).
La enzima mejor estudiada es la de Escherichia coli, a partir de trabajos llevados a cabo por W.Lipscomb y colaboradores en la universidad de Harvard. En esta demostración nos basamos sobre todo en estos trabajos; un buen resumen está en Kantrowitz,E.R. y Lipscomb,W.N., Science, 241 (1988), 669-674.
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1. El monómero regulatorio
La subunidad regulatoria de la aspartato transcarbamilasa está formada por dos monómeros idénticos, y hay tres subunidades regulatorias por molécula de holoenzima. En primer lugar, vamos a examinar el
monómero regulatorio, estado T en la pantalla izquierda, y en la derecha el
monómero regulatorio, estado R. A efectos de recordar la situación, la forma R se carga en la pantalla derecha (inglés Right). Se representan en colores de estructura secundaria.
Los sitios propios de esta subunidad son:
(a). El sitio alostérico está constituído por una lámina b que fija nucleótidos, en el estado T: