Foto: UMU.se

Adenylaat kinase is een essentieel huishoudenzym dat de energiebalans in de cel regelt door de omkeerbare fosforylering van adenylaat monofosfaat (AMP) te katalyseren, waarbij adenylaat trifosfaat (ATP) als fosforyl-donor wordt gebruikt. Indien de fosforyl-donor, ATP, wordt vervangen door het analoog guanosinetrifosfaat (GTP) vermindert de activiteit met twee orden van grootte. Zowel ATP als GTP zijn in vergelijkbare concentraties in de cellen aanwezig: 3 mM en 0,5 mM voor respectievelijk ATP en GTP. ATP en GTP spelen echter een zeer verschillende rol in de cel: ATP is de voornaamste energiedrager in de cel, terwijl GTP een specifieke rol speelt in tal van signaaltransductieroutes. Vandaar dat de selectiviteit van Adk zeer belangrijk is om de intracellulaire pool van GTP te beschermen.
Door een onderzoek waarbij NMR, röntgen-kristallografie en organische synthese werden gecombineerd, zijn wij in staat geweest om de moleculaire basis te bepalen voor de ATP boven GTP selectiviteit van Adk. Wij hebben aangetoond dat Adk GTP bindt, bijna even sterk als ATP. Het bindt echter in een katalytisch geremde conformatie. ATP-binding daarentegen bindt in een conformatie die een grote, activerende conformatieverandering in Adk teweegbrengt. Bovendien bestaat het bindingsoppervlak dat zowel de productieve ATP binding als de onproductieve GTP binding medieert, voor een deel, uit dezelfde aminozuur residuen. Door nieuwe ATP-analogen te synthetiseren konden we ook één enkele interactie tussen het adenosinegedeelte van ATP en de ruggengraat van het enzym lokaliseren die essentieel is voor het verschil in ATP- en GTP-bindingsconformatie.
Onze bevindingen zijn waarschijnlijk van algemene aard, omdat bijvoorbeeld alle families van menselijke proteïnekinases dezelfde vitale interactie tussen ATP en de ruggengraat van het eiwit delen die wij hebben onderzocht.