¿Por qué un ion de magnesio es esencial para la actividad ATP en las reacciones enzimáticas?

Hasta donde yo sé, hay dos razones principales para esto:

• promover un ataque nucleofílico

En general, Mg2+ interactúa con sustratos a través de la coordinación de la esfera interna, estabilizando aniones o intermediarios reactivos, incluyendo también la unión a ATP y activando la molécula para el ataque nucleofílico ( wiki )

- ayuda a dejar un grupo pirofosfato y también puede facilitar la escisión del enlace entre los fosfatos α y β por su efecto de extracción de electrones. ( fuente )

¿La presencia de mg no dificultaría la liberación de fosfato?

Como con todas las reacciones, esto depende de la concentración de las moléculas involucradas, como se indica aquí:

El cambio de energía libre de Gibbs (ΔG) debido a la hidrólisis de ATP depende de las concentraciones de los diversos participantes en la reacción. Cuando las concentraciones están más alejadas de sus valores de equilibrio, el valor absoluto de ΔG es mayor. En condiciones "estándar" (es decir, concentraciones de 1 M para todos los reactivos excepto el agua, que se toma en su concentración característica de 55 M), la energía libre de Gibbs de la hidrólisis de ATP varía de -28 a -34 kJ/mol (es decir, ≈12 kBT, BNID 101989 ) dependiendo de la concentración del catión Mg2+. La dependencia de los iones Mg ocurre porque los iones de magnesio cargados positivamente ayudan a estabilizar la molécula de ATP. Sin embargo, en la celda las condiciones nunca se acercan ni siquiera a los valores de estado estándar. ( fuente )

La respuesta de Rick Beelo analiza el papel de los iones de magnesio en relación con el mecanismo catalítico, pero no incluye un papel más general y largamente aceptado del ion. Esto es para mantener la 'cadena' de trifosfato de ATP en una conformación específica y de esta y otras formas para mejorar la unión a la enzima, un paso inicial esencial en la catálisis de cualquier reacción que involucre ATP. Así, en una sección del libro de texto estándar de pregrado, Berg et al. uno encuentra lo siguiente:

¿Cómo afecta la unión del ion magnesio al nucleótido a la catálisis? Hay una serie de consecuencias relacionadas, pero todas sirven para mejorar la especificidad de las interacciones enzima-sustrato al aumentar la energía de unión.

Primero, el ion magnesio neutraliza algunas de las cargas negativas presentes en la cadena de polifosfato, reduciendo las interacciones iónicas no específicas entre la enzima y el grupo polifosfato del nucleótido.

En segundo lugar, las interacciones entre el ion magnesio y los átomos de oxígeno en el grupo fosforilo mantienen al nucleótido en conformaciones bien definidas que pueden unirse específicamente a la enzima...

…Tercero, el ion de magnesio proporciona puntos adicionales de interacción entre el complejo ATP-Mg ²⁺ y la enzima, aumentando así la energía de unión.

Este último punto se puede ver en las estructuras 3D del ATP unido a las enzimas, ilustradas en la Figura 9.50 de esa edición, donde el ATP interactúa con un residuo de Asp a través de dos moléculas de agua unidas al ion magnesio: