Las fosfolipasas C (PLCs) son fosfodiesterasas que hidrolizan el enlace entre el glicerol y el fosfato de los glicerolípidos. Su actividad produce diacilglicerol (DAG) y una base fosforilada, que puede ser fosforilcolina, fosforilinositol u otros. Las esfingomielinasas (SMasas) catalizan una reacción similar pero en esfingolípidos, dando lugar a ceramida (Cer) y a la base fosforilada, que es fosforilcolina cuando el lípido hidrolizado es esfingomielina (SM) (Fig. 1A).
Ambos enzimas tienen en común con el resto de lipasas que su sustrato no es soluble, sino que se presenta en estado agregado (sólido), a diferencia de lo que ocurre con la mayoría de enzimas, que trabajan en disolución. Por este motivo, las lipasas presentan cinéticas y mecanismos de regulación característicos y singulares. Debido al mesomorfismo de los lípidos (los cuales pueden encontrarse en distintas fases lamelares, además de las fases micelar, hexagonal, diversas fases cúbicas, etc.) el sustrato puede adoptar propiedades físicas muy diferentes y éstas, a su vez, podrán modular la actividad enzimática. Además, algunos de los productos finales de la reacción catalizada por PLCs y SMasas (DAG y Cer respectivamente) poseen propiedades físicas muy diferentes de las de sus lípidos precursores, por lo que la propia actividad enzimática es capaz de modificar el estado físico del sustrato, lo que a su vez influirá en cualquier otra actividad enzimática posterior. Esto pone de manifiesto la extremada complejidad de las interacciones lipasa-sustrato.
Tradicionalmente PLCs y SMasas se consideraban meros instrumentos en la degradación de lípidos. Sin embargo, el descubrimiento en las últimas décadas de la potente actividad biológica del DAG y la Cer ha suscitado un interés creciente en el estudio de estos enzimas y de sus funciones en las rutas de señalización celular. Estudios llevados a cabo en los últimos veinte años han revelado una serie de interesantes propiedades de estas proteínas, y de su interacción con los lípidos de la membrana (ver revisión en [1]). Algunos aspectos llamativos de estas investigaciones se resumen a continuación.
Interacciones lípido-proteína. Las interacciones entre los lípidos y las PLCs (o enzimas relacionados) implican que la actividad enzimática: (a) está modulada por el estado físico del sustrato; (b) está también modulada por las propiedades físicas de los lípidos no sustrato; (c) genera productos finales lipídicos que, a su vez, modifican la actividad a través de cambios en las propiedades físicas de la bicapa.
Similitudes entre los de procariotas y de eucariotas. Las PLCs bacterianas presentan semejanzas estructurales y mecanísticas con las de eucariotas, y lo mismo puede decirse de las SMasas bacterianas y las SMasas neutras de mamíferos. Esas similitudes permiten la comparación de las propiedades enzimáticas entre especies y, en algunos casos, proporcionan una base estructural para estudios comparativos (Fig. 1B).
Unión a la membrana y actividad enzimática. En el estudio de las PLCs y SMasas se puede distinguir entre al menos tres procesos: la adsorción a la superficie de la membrana, la inserción del enzima en la matriz hidrofóbica (no siempre obligatoria) y la actividad hidrolítica.
Períodos de latencia. Se observan en la mayoría, si no en todos los enzimas procariotas estudiados. Hasta la fecha no se han descrito tiempos de latencia en PLCs o SMasas de eucariotas, aunque es probable que existan, puesto que los procesos de unión y activación de estos enzimas son más complejos que los de sus homólogos bacterianos. Durante el período de latencia el enzima realiza su actividad, aunque a una velocidad muy baja. Cuando los productos lipídicos finales alcanzan un cierto nivel, el cambio local en las propiedades físicas de la membrana da lugar a que el enzima cambie su cinética, y que la catálisis ocurra a velocidad máxima. Esta explosión en la actividad enzimática suele estar precedida por la aglomeración de moléculas de enzima en un punto determinado de la membrana (Fig. 1C).
Activación interfacial. La mayoría de PLCs y SMasas exhiben una activación interfacial, es decir que la relación Vmax/KM es mayor cuando el sustrato se encuentra en forma agregada (micelar, lamelar) que cuando está en forma monomérica. Esto implica que los enzimas poseen dominios, distintos del sitio catalítico, a través de los cuales quedan anclados a la superficie lipídica.
Carga de los lípidos y curvatura intrínseca. Los lípidos que no son sustratos de estos enzimas, y poseen una carga neta negativa, a menudo influyen en la actividad enzimática. Lo mismo puede decirse de los lípidos con una curvatura intrínseca distinta de cero. Sin embargo, no hay ningún patrón claro de activación; por ejemplo los lípidos cargados negativamente que activan las PLCs de eucariotas no tienen el mismo efecto sobre la actividad de las PLCs de procariotas. Por otro lado, los lípidos con una curvatura intrínseca negativa, como la fosfatidiletanolamina o el colesterol, ejercen un efecto activador en la mayoría de los casos, debido a que facilitan la inserción de los enzimas en la matriz hidrofóbica.
Agregación de membranas y fusión. La mayoría de PLCs y SMasas inducen agregación y fusión de vesículas. Estos cambios estructurales están provocados por la generación de DAG y/o Cer como productos finales de la actividad enzimática en la membrana (Fig. 1D, E). También existen SMasas de eucariotas que participan en procesos de fusión celular.
Referencias:
- Goñi F.M., Montes L.R. and Alonso A. (2012) Prog. Lipid Res. 51, 238-266.
- Heinz D.W., Essen L.O. and Williams, R.L. (1998) J. Mol. Biol. 275, 635-650.
- Ibarguren M., López D.J., Montes L.R., Sot J., Vasil A.I., Vasil M.L., Alonso A. and Goñi F.M. (2011) J. Lipid Res. 52, 635-645.
- Ibarguren M., Bomans P.H.H., Frederik P.M., Stonehouse M., Vasil A.I., Vasil M.L., Alonso A. and Goñi F.M. (2010) Biochim. Biophys. Acta 1798, 59-64.