Formulación de modelos mínimos para explicar la interacción de ligandos en equilibrio con la Na+/K+-ATPasa.

ROLANDO C. ROSSI; RODOLFO M. GONZÁLEZ-LEBRERO; MÓNICA R. MONTES; SERGIO B. KAUFMAN; PATRICIO J. GARRAHAN

La cumbre, Córdoba. Argentina.

Congreso; Primera Escuela Argentina de Matemática y Biología, BIOMAT.; 2005

BIOMAT

La Na+/K+-ATPasa es una glicoproteína presente en las membranas de las células responsable de mantener la concentración de Na+ intracelular mucho mas baja y la de K+ intracelular mucho más alta que la del medio extracelular. El sistema obtiene la energía necesaria para el transporte de estos cationes acoplando el intercambio de 3 Na+ del medio intracelular por 2 K+ del medio extracelular con la hidrólisis de una molécula de ATP. No se conoce con detalle el mecanismo de transporte. Se sabe que, durante el ciclo de reacción, la enzima se fosforila y desfosforila oscilando entre al menos dos conformaciones, E1 y E2, y que existen estados en los que los cationes transportados permanecen atrapados dentro de la enzima, fenómeno este último que se conoce como “oclusión”. Se cree que el mismo conjunto de sitios para cationes participa alternativamente del transporte de Na+ y de K+. De acuerdo con esta hipótesis, existirían como máximo tres sitios para cationes, y no los cinco que se requerirían para la unión simultánea de 3 Na+ y 2 K+. También se sabe que el ATP actúa no sólo como sustrato, sino también como regulador de la velocidad del ciclo acelerando la liberación de K+ hacia el medio intracelular. Sin embargo, no se sabe cuántas moléculas de ATP pueden estar simultáneamente unidas a la enzima, ya que la existencia de un único sitio para el nucleótido podría explicar la mayor parte de los resultados experimentales. En nuestro laboratorio hemos desarrollado una técnica que permite medir cationes ocluidos con gran precisión. El Rb+ es un catión que reemplaza muy bién al K+ en todas las reacciones de la enzima, y su isótopo radiactivo, el 86Rb, lo hace ideal para tales mediciones. Para responder preguntas como las formuladas arriba, se requiere además el análisis de los resultados utilizando técnicas de regresión no lineal de ecuaciones racionales y una búsqueda sistematizada de aquella que proporciona el mejor ajuste sobre la base de algún criterio objetivo de selección. En nuestro caso, hemos utilizado el criterio de Akaike, desarrollado a partir de la Teoría de la Información (ver Burnham y Anderson, 2002, “Model Selection and Multimodel Inference”, 2nd ed., Springer, NY). Hemos obtenido resultados de la cantidad de Rb+ ocluido medida en equilibrio en función de la concentración del catión y distintas concentraciones de uno de los siguientes ligandos a la vez: Na+, Mg2+, ATP y eosina (esta última es una sonda fluorescente que se uniría a los mismos sitios que el ATP). El análisis de tales resultados indica que: (i) la Na+/K+-ATPasa une como máximo tres iones Na+ o dos iones Rb+ simultáneamente, y todas las combinaciones posibles hasta un total de tres iones, (ii) en general, los estados con Rb+ unido pero no ocluido no fueron detectables. Una excepción lo constituye el complejo ternario formado entre la enzima, un Mg2+ y un Rb+, (iii) es posible que ocurra la unión simultánea de dos moléculas de ATP (o de eosina) a la enzima. Con subsidios de CONICET, ANPCyT y Universidad de Buenos Aires.