Fisiología molecular y bioquímica de pirofosfatasas translocadoras de protones

Abstract

El pirofosfato (PPi) es una sencilla molécula inorgánica que posee un enlace P-O-P, denominado enlace pirofosfato, caracterizado por su elevada energía libre de hidrólisis. Esta molécula se genera como subproducto en un gran número de reacciones anabólicas. Hasta hace poco, se pensaba que el PPi era hidrolizado únicamente por las pirofosfatas as solubles (sPPasas), liberándose la energía del enlace pirofosfato en forma de calor [Lahti y col. 1988]. Se han descubierto además proteínas integrales de membrana que son capaces de acoplar la hidrólisis del PPi a la generación de un gradiente de protones a través de una membrana, reciclando así parte de la energía contenida en el enlace pirofosfato [Baltscheffsky y Baltscheffsky 1992]. Estudios recientes indican que estas proteínas -denominadas pirofosfatasas inorgánicas translocadoras de protón (H+-PPasas o V-PPasas)- se encuentran presentes en diferentes organismos de muy diversos orígenes filogenéticos, como eubacterias, arqueas, plantas superiores y diversos protistas fotosintéticos y no fotosintéticos, entre ellos, algunos parásitos de humanos [Rea y Poole 1993, Baltscheffsky y col. 1999, Maeshima 2000, Pérez-Castiñeira y col. 2001a, McIntosh y Vaidya 2002]. Por su parte, no se han descrito proteínas de este tipo en células animales y hongos. Existen dos grandes grupos de H+-PPasas según requieran o no K+ para desarrollar su actividad máxima: las independientes y las estimuladas por K+. En organismos procarióticos, la H+-PPasa mejor estudiada es la de la bacteria púrpura no sulfurosa Rhodospirillum rubrum. Esta H+-PPasa se encuentra asociada a invaginaciones de la membrana plasmática, denominadas cromatóforos, donde se localiza también la maquinaria fotosintética y, como la de la mayoría de los organismos procarióticos, es independiente de K+ [Nyrén y col. 1984]. Se ha propuesto que la H+-PPasa podría hidrolizar PPi, contribuyendo al gradiente de protón en el interior del cromatóforo en condiciones de bajo nivel energético, por ejemplo, de baja luz, en las que el bombeo de este ión por parte de la cadena fotosintética no fuese eficiente. Esto permitiría obtener ATP mediante la relajación de este gradiente a través de la F0F1-ATP sintasa. En condiciones favorables -por ejemplo, alta luz- el gradiente de protón sería suficiente para sintetizar ATP y para dirigir la síntesis de PPi a través de la H+-PPasa, regenerándose así la reserva de PPi celular [Nyrén y Strid 1991]. En organismos eucarióticos, las H+-PPasas más estudiadas han sido las de plantas. Durante muchos años se consideró que estas proteínas eran estrictamente dependientes de K+ [Rea y Poole 1993, Maeshima 2000], hasta que, muy recientemente, se ha descrito una isoforma en Arabidopsis thaliana cuya actividad es independiente de la presencia de este cation [Drozdowicz y col. 2000]. La mayoría de estas proteínas se encuentran asociadas a la membrana vacuolar (V-PPasas), pero se han descrito también en la membrana plasmática y en el aparato de Golgi [Maeshima 2000, Mitsuda y col. 2001]. En el tonoplasto, esta enzima contribuye, junto con la V-ATPasa, a mantener la acidificación vacuolar necesaria para procesos de transporte y detoxificatión. Bajo condiciones de estrés, se han descrito circunstancias que inactivan la V-ATPasa total o parcialmente, y producen, al mismo tiempo, una inducción o una activación de la V-PPasa. El papel de estas proteínas eucarióticas en la membrana plasmática o el Golgi no ha sido estudiado hasta el momento