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L’adenilato chinasi è un enzima essenziale che controlla il bilancio energetico della cellula catalizzando la fosforilazione reversibile dell’adenilato mono fosfato (AMP), usando l’adenilato tri fosfato (ATP) come donatore di fosforile. Se il donatore di fosforile, ATP, è sostituito dall’analogo guanosina tri fosfato (GTP), l’attività è ridotta di due ordini di grandezza. Sia l’ATP che il GTP sono presenti in concentrazioni simili nelle cellule, rispettivamente 3 mM e 0,5 mM per ATP e GTP. Tuttavia, l’ATP e il GTP hanno ruoli molto diversi nella cellula, l’ATP è il principale trasportatore di energia nella cellula mentre il GTP ha ruoli specifici in molte vie di segnalazione. Quindi, la selettività di Adk è molto importante per proteggere il pool intracellulare di GTP.
Con un’indagine che combina NMR, cristallografia a raggi X e sintesi organica siamo stati in grado di determinare la base molecolare per la selettività di ATP su GTP di Adk. Abbiamo dimostrato che Adk lega il GTP, quasi quanto l’ATP. Tuttavia, si lega in una conformazione cataliticamente inibita. Il legame con l’ATP, d’altra parte, si lega in una conformazione che induce un grande cambiamento conformazionale attivante in Adk. Inoltre, la superficie di legame che media sia il legame produttivo dell’ATP che il legame improduttivo del GTP consiste, in parte, degli stessi residui aminoacidici. Sintetizzando nuovi analoghi dell’ATP siamo stati anche in grado di individuare una singola interazione tra la parte adenosina dell’ATP e la spina dorsale dell’enzima che è essenziale per la differenza nelle conformazioni di legame dell’ATP e del GTP.
Le nostre scoperte sono probabilmente di natura generale poiché, per esempio, tutte le famiglie di protein chinasi umane condividono la stessa interazione vitale tra l’ATP e la spina dorsale della proteina che abbiamo studiato.