Proteinchinasi

Cosa sono le proteinchinasi

Le proteinchinasi sono enzimi in grado di fosforilare specifiche proteine bersaglio, aggiungendo un gruppo fosfato ai loro substrati.
Si distinguono in due grandi famiglie: le proteinchinasi per serina/treonina e le proteinchinasi per tirosina.

Proteinchinasi per serina/treonina

Le proteinchinasi per serina/treonina possono essere attivate da camp, calcio-calmodulina oppure da calcio e diacilglicerolo.
Questi enzimi fosforilano residui di serina o treonina presenti all'interno di particolari sequenze di riconoscimento, chiamate sequenze di consenso.
La fosforilazione rappresenta un vero e proprio interruttore molecolare. L'aggiunta del gruppo fosfato modifica la conformazione della proteina bersaglio e ne può alterare l'attività.
Se il substrato è un canale ionico, la fosforilazione può aumentarne la probabilità di apertura. Se invece il substrato è un enzima, può determinarne l'attivazione o l'inibizione modificando l'accessibilità del sito catalitico.
Le proteinchinasi svolgono quindi un ruolo fondamentale nella regolazione delle attività metaboliche della cellula.
Un esempio di proteinchinasi per serina/treonina è la pka.

Proteinchinasi per tirosina

Le proteinchinasi per tirosina vengono attivate dai ligandi che si legano ai recettori dotati di attività tirosin-chinasica.
Sono coinvolte principalmente nei processi di crescita e differenziamento cellulare.
La loro regolazione è particolarmente importante perché un'attivazione incontrollata può favorire la trasformazione tumorale.
Per questo motivo risultano molto meno numerose rispetto alle proteinchinasi per serina/treonina. In media, ogni mille chinasi per serina sono presenti circa cento chinasi per treonina e una sola chinasi per tirosina.

La proteinchinasi a, caratteristiche

La pka è una proteinchinasi per serina/treonina attivata dal camp, prodotto dall'adenilato ciclasi.
Una volta attivata, fosforila numerosi substrati intracellulari.
La sequenza della cascata di attivazione è:
Ligando → recettore → proteina gs → adenilato ciclasi → produzione di camp → attivazione della pka.

Struttura della pka

La pka è costituita da quattro subunità:
due subunità regolatorie;
due subunità catalitiche.
Le subunità regolatorie mantengono inattive quelle catalitiche.
Contengono infatti una sequenza amminoacidica simile alla sequenza di consenso riconosciuta dal sito catalitico, ma priva della serina da fosforilare. Questa sequenza occupa il sito catalitico impedendone l'attività.
Quando quattro molecole di camp, due per ciascuna subunità regolatoria, si legano alla pka, si verifica un cambiamento conformazionale.
La sequenza che bloccava il sito catalitico si allontana e le subunità catalitiche diventano libere di riconoscere e fosforilare le proteine bersaglio contenenti serina o treonina.

Processi controllati dalla pka

La pka regola numerosi processi cellulari, tra cui:
diverse reazioni metaboliche; attività dei canali ionici; secrezione dei mediatori chimici; attività della muscolatura liscia; trascrizione genica;
proliferazione cellulare.
I principali bersagli della pka sono: canali ionici presenti nella membrana cellulare; enzimi intracellulari;
L'azione sui fattori di trascrizione richiede il trasferimento della pka dal citoplasma al nucleo.

Esempi di azione della pka - Nel cuore

Nel tessuto cardiaco la pka fosforila i canali del calcio di tipo l.
La fosforilazione aumenta la probabilità di apertura dei canali e determina un incremento della forza di contrazione del cuore.
L'apertura dei canali del calcio non è direttamente mediata dalla proteina gs.
La proteina gs attiva l'adenilato ciclasi, che produce camp; quest'ultimo attiva la pka, la quale fosforila i canali del calcio favorendone l'apertura.

Nel fegato

Nel fegato la pka fosforila e attiva la fosforilasi-chinasi.
Quest'ultima attiva la glicogeno-fosforilasi, l'enzima responsabile della degradazione del glicogeno.
Il risultato finale è un aumento del glucosio nel sangue grazie al rilascio di molecole di glucosio dal glicogeno.

Spegnimento del segnale

L'attivazione della via deve essere temporanea e il segnale viene interrotto a diversi livelli.
Quando il ligando si stacca dal recettore, la proteina G idrolizza il gtp in gdp grazie alla propria attività gtpasica e ritorna nello stato inattivo.

Degradazione del camp

Il camp viene degradato da un enzima chiamato fosfodiesterasi.
La reazione produce 5'-amp, che non è più in grado di attivare la pka.
Successivamente il 5'-amp può essere riconvertito in atp mediante l'aggiunta di due gruppi fosfato.

Azione delle proteinfosfatasi

Un secondo meccanismo di spegnimento è rappresentato dalle proteinfosfatasi.
Mentre le proteinchinasi aggiungono gruppi fosfato alle proteine, le proteinfosfatasi li rimuovono.
Nella cellula esiste quindi un continuo equilibrio tra fosforilazione e defosforilazione.

Tipi di proteinfosfatasi

Le proteinfosfatasi si distinguono in:
proteinfosfatasi per serina/treonina;
proteinfosfatasi per tirosina.
Questi enzimi possiedono un'elevata attività basale e vengono normalmente mantenuti inattivi da proteine regolatrici.
Quando è necessario mantenere attiva una via di segnalazione, i meccanismi cellulari che attivano le proteinchinasi inibiscono temporaneamente anche le proteinfosfatasi, consentendo alle proteine fosforilate di rimanere attive per il tempo necessario.

Amplificazione del segnale

L'amplificazione del segnale rappresenta una caratteristica fondamentale dei recettori associati a proteine G.
Il legame del ligando con il recettore attiva una proteina G.
Ogni proteina G può attivare uno o più effettori, come l'adenilato ciclasi.
L'adenilato ciclasi produce numerose molecole di camp, che a loro volta attivano molte molecole di pka.
Ogni pka può fosforilare numerosi substrati intracellulari.
Questo meccanismo determina una notevole amplificazione del segnale biologico.
L'esempio più evidente di amplificazione del segnale mediato da proteine G è rappresentato dal processo della visione.