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1. Introducción. ¿Que son las caspasas?

Los sucesos que ocurren durante la apoptosis implican la fragmentación del DNA, la condensación de la cromatina, el encogimiento de la célula y su desintegración en vesículas, los llamados cuerpos apoptóticos. Una parte muy grande de la responsabilidad de estos cambios morfológicos recae en el papel de las caspasas

La apoptosis es un tipo de muerte celular ejecutado por una maquinaria muy especializada y altamente conservada. Esta maquinária está constituida por un grupo de cisteín proteasas. Dado que cortan específicamente tras residuos de aspartato se les ha dado el nombre de C-isteín asp-artato prote-asas o Caspasas.

1.1 Características generales de las proteasas

Dado que las caspasas son al fin y al cabo proteasas, vamos a ver cuales son las características más o menos comunes de este tipo de enzimas.
  • La proteolisis es irreversible. Al contrario que otras modificaciones post-transcripcionales; lo cual implica que su regulación se limita al control de su actividad y a la disponibilidad de sus sustratos.
  • Se suelen sintetizar como precursores inactivos o con muy poca actividad. Normalmente el precursor es convertido en enzima activo por proteolisis; esta proteolisis, que suele desencadenarse por la unión de cofactores o la retirada de inhibidores, puede ser mediada por otra proteasa o por autocatálisis.
  • Las proteasas pueden regular su propia activación. Esta regulación puede ser tanto como feedback positivo como negativo, incluido el denominado bucle de amplificación o "amplification loop" en el que la proteasa activa a su propio precursor haciendo que el grado de activación sea exponencial.
  • Siempre hay inhibidores. El inhibidor determina el umbral que regula la concentración de proteasa activada. Estos umbrales hacen que se eviten las consecuencias de una activación expontanea de las proteasas.
  • Las reacciones proteolíticas pueden ser específicas. La especificidad suele estar determinada por la combinación de las estructuras primaria, secundaria y terciaria de los sustratos.

1.2 Características de las caspasas

Se vió que las caspasas estaban implicadas en la apoptosis cuando se descubrió que CED-3, el producto de un gen requerido para la muerte celular en C. elegans, estaba relacionado en mamíferos con ICE (la caspasa-1 o "Interleukine-1B-converting enzyme"). 

A pesar de que la caspasa-1 no parece estar relacionada con la apoptosis, se ha convertido en el primer miembro identificado de una gran familia de proteasas cuyos miembros juegan un importante papel en la inflamación y en la apoptosis.

En la apoptosis las caspasas pueden actuar como efectores (en el desensamblaje de la célula), o como iniciadores (activando a los elementos efectores en respuesta a estímulos proapoptóticos).

En general todas las caspasas:

  • Presentan similitud en la secuencia de aminoácidos, en la estructura, y en la especificidad por el sustrato.
  • Todas las caspasas son expresadas como proenzimas. Estos proenzimas contienen tres dominios:
    • El dominio N-terminal, implicado en la regulación de la activación.
    • Un prodominio ("prodomain") grande de aproximadamente 20kDa.
    • Un prodominio pequeño de unos 10kDa. 
  • La activación implica el procesado proteolítico del proenzima, es decir, es cortado entre los dominios; tras la proteolisis se asocia la subunidad grande a la pequeña para formar un heterodímero.
  • Dos heterodímeros se asocian para formar un tetrámero con dos sitios cataíticos independientes. Dentro de cada sitio catalítico ambas subunidades (grande y pequeña), intimamente unidas, contribuyen a la unión del sustrato y a su catálisis.

Dos características son fundamentales para el mecanismo de activación de estos enzimas: En primer lugar, el dominio N-ter, altmente variable en longitud y secuencia, está implicado en la regulacion de la activación. En segundo lugar, todos los dominios derivan del procesado proteolítico del proenzima en sitios consenso, implicando que estos enzimas pueden activarse tanto autocataliticamente, como dentro de una cascada de proteasas con especificidad similar. 

Las caspasas se encuentran entre las proteasas con mayor especificidad. Presentan una especificidad absoluta, e inusual, para cortar tras residuos de aspartato. También es necesario el reconocimiento de al menos cuatro residuos de aminoácido en el lado N-ter del Asp. Este "motivo" de reconocimiento de cuatro aminoácidos difiere de manera significativa entre distintas caspasas, explicandose así la diversidad de las funciones biológicas de las caspasas. Otro factor que está implicado en la especificidad es la estructura terciaria de los sustratos, dado que no todas las proteínas que contienen la secuencia óptima son cortadas.

El corte de proteínas llevado a cabo por las caspasas no solo es específico, sino que es también áltamente eficiente, con k(cat)/k(m)>10^6 (M·s)^(-1).

La estricta especificidad de las caspasas es consistente con la observación de que la apoptosis no implica una digestión proteica indiscriminada, sino que solo un grupo de proteinas es cortado, normalmente en un solo sitio, teniendo como consecuencia una pérdida o un cambio de función. 

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© Hilario J. Montoliu Ferrera
himonfe@alumni.uv.es

Última actualización Octubre 2000
ver. 1.1.3, 3 de Julio de 2000
(ver. 0.0.1 10 Mayo 2000)