TEMA 2 Sealizacin. Receptores de membrana.

Hormonas, neuropptidos y pptidos reguladores son molculas que sealizan a clulas

diana. Podemos nombrar de diversas formas a las molculas seal, lo fundamental es la naturaleza

qumica porque eso marca como va a actuar

Clasificacin en base a su naturaleza qumica:

-Peptdicas: hidrosolubles, va a necesitar un receptor de membrana en la clula diana.

-Esteroides: liposolubles, va a poder atravesar la membrana plasmtica y entrar

dentro de la clula. Estos van al ncleo y regulan la expresin gnica.

Hormonas peptdicas (seales de naturaleza peptdicas)

Caractersticas:

Baja concentracin circulante 10-12 a 10-9 M

Estructura tridimensional especifica. Configuracin en el espacio, eso

condiciona la base de que:

Los receptores de la membrana plasmtica tienen dos caractersticas: poseen

elevada afinidad para reconocer concentraciones tan bajas y tienen que tener elevada

especificad para reconocer de forma especfica una hormona.

Desde punto de vista bioqumico los receptores son glicoprotenas.

Elemento reconocedor: receptor, este reconoce y transfiere la informacin al

efector (generalmente una enzima o un dominio de una protena que tiene actividad enzimtica) y se

genera el segundo mensajero y este produce un efecto biolgico.

Primer mensajero la hormona que llega

Segundo mensajero: la molcula que el efector genera en el interior de la clula.

Dibujo de las 4 vas de comunicacin:

Caractersticas de los sistemas de transduccin de seal: (con receptor en la membrana plasmtica)

Especificidad: La molcula seal se acopla a su sitio de unin en su receptor

complementario; otras seales no se ajustan. Una parte de la molcula seal es complementara en

sentido tridimensional al sitio de unin del receptor.

Ejemplo: el receptor de la insulina reconoce la insulina, el receptor de la adrenalina reconoce

la adrenalina y no viceversa.

Amplificacin: cuando las enzimas activan enzimas, el nmero de molculas afectadas

incrementa geomtricamente en una cascada enzimtica.

Desensibilizacin/adaptacin: La activacin del receptor pone en marcha un circuito de

retroalimentacin que desconecta el receptor o lo elimina/remueve de la superficie celular

(mediante endocitosis).

Integracin: cuando dos seales tienen efectos opuestos en una caracterstica metablica, el

efecto biolgico (el comportamiento final) proviene de la informacin integrada de ambos

receptores.

(Clasificacin de lo que vamos a ir viendo)

Receptores de Membrana

1. Receptores Canales Inicos.

2. Receptores con Actividad Enzimtica.

2A. Receptores con actividad Tirosina Quinasa. (Intrnsecamente la molcula

receptora posee esta actividad)

2B. Receptores que se asocian con Tirosina Quinasas.

2C. Receptores con actividad Serina/Treonina Quinasa.

2D. Guanilato Ciclasa.

3. Receptores con Siete Dominios Transmembrana/receptores heptahelicoidales o

serpentinos.

1. Receptores Canales Inicos

Son canales inicos que actan como receptores.

Determinadas clulas (neuronas, miocitos, clulas secretoras) tienen una sealizacin

elctrica mediante canales inicos que actan como transductores de seal.

Los canales inicos son protenas integrales de la membrana plasmtica que forman

conductos o poros selectivos para el paso a travs de la membrana de diversos iones inorgnicos

(Na+, K+, Ca++ y Cl-) impermeables a travs de la bicapa lipdica de la membrana. La membrana

es impermeable a molculas cargadas, estas salen o entran de la clula si existen sistemas de

transporte.

Los canales inicos no se comportan como simples conductos o poros estticos, no estn

abiertos permanentemente. Por el contrario, las protenas que forman el canal pueden controlar el

flujo de los iones manteniendo abierto o cerrado el mismo. Esto lo realizan mediante cambios

conformacionales de las protenas que los constituyen.

Se distinguen 2 tipos de canales:

Canales dependientes de voltaje. La conformacin adoptada por el canal depende de la

magnitud y polaridad del potencial de membrana, es decir, el canal se abre o se cierra en respuesta a

cambios de dicho potencial.

Canales dependientes de ligando. Las conformaciones del canal dependen de la unin al

mismo de un ligando. Este ligando puede ser extracelular (si llega por el torrente circulatorio) (el

canal de los receptores de acetilcolina, GABA, glicina, glutamato, serotonina y algunos

neuropptidos) (neurotransmisores) o intracelular (canales de Na+ activados por GMPc en la

retina, AMPc, IP3, Ca++ y ATP).

Receptor Nicotnico Acetilcolina La acetilcolina tiene dos tipos

de receptores: nicotnicos y

muscarnicos.

Nos vamos a centrar en el

nicotnico. Este es una protena

transmembrana que est formada por

5 subunidades: 2 subunidades alfa, 1

subunidad beta, 1 subunidad gamma

y 1 subunidad delta.

La molcula de acetilcolina se

une a la subunidad alfa, por lo tanto

cada receptor une dos molculas de

acetilcolina (porque hay dos

subunidades alfa).

Cada subunidad est formada

por 4 hlices transmembrana: M1,

M2 (la ms importante para la

mecnica del canal), M3 y M4.

Las hlices M2 son anfipticas, es decir, poseen naturaleza hidroflica y lipoflica, ya que

tienen aminocidos con cadenas laterales hidrosolubles y aminocidos que son hidrofbicos.

Las otras hlices, M1, M3 y M4 con fundamentalmente hidrofbicas.

Las cinco subunidades estn dispuestas alrededor de un canal central transmembrana, que

est delimitado por las hlices M2 de las cinco subunidades.

Las cadenas laterales de cinco leucinas (una de cada hlice) (en amarillo en la imagen) va

hacia la luz del canal y hace que esta sea demasiado pequea, impidiendo as el paso de iones.

Cuando las dos molculas de acetilcolina se unen a las subunidades alfa se produce un cambio de

conformacin de manera que las cinco hlices M2 giran. Al girar, la leucina se desplaza y el lugar

que estas ocupaban queda ocupado por un aminocido polar, cargado, ms pequeo (azul), con lo

cual la luz del canal es ms grande (el canal se abre) permitiendo as el paso de iones. Por lo tanto,

el cambio de conformacin que abre el canal es el giro de las hlices.

2. Receptores con Actividad Enzimtica

2A. Receptores con actividad tirosina quinasa.

2A1. Va RAS/MAP Quinasas (MAPK)

Esta va de sealizacin es muy utilizada por los factores de crecimiento.

La unin del factor de crecimiento induce la dimerizacin del receptor (es una protena

transmembrana. La parte intracelular marcada en rojo corresponde al dominio con actividad

catalitica tirosina quinasa) y se producen cambios de conformacin que activan la actividad

cataltica tirosina quinasa de manera que cada dominio fosforila al otro, producindose as la

autofosforilacin. Se fosforilan residuos de tirosina.

*Quinasa: enzima que fosforila una protena diana a expensas de ATP.

*Tirosina quinasa: enzima que fosforila una protena diana aadiendo un grupo fosfato en la

cadena lateral de un residuo de tirosina de esa protena.

Grb2 es una proteina adaptadora. Se une a un fosfoinostido de la membrana. Reconoce

residuos de Tyr fosforiladas mediante su dominio SH2.

Dominio SH2: reconoce residuos de tirosina fosforilada de otra protena. Fue identificado

por primera vez en la protena src, protena codificada por el virus sarcoma de Rous.

Grb2 tambin posee un dominio SH3 que reconoce regiones ricas en Prolina (P-X-X-P)

El dominio SH3 que recluta a SOS.

SOS es un factor de intercambio de nucletidos de guanina (GEF las siglas en ingles).

SOS interacta con Ras que es un tipo de protena que pertenece a la superfamlia G.

Las protenas G son protenas que unen nucletidos de guanina (GDP o GTP). Las protenas

con el GDP unido estn inactivas, cuando se cambia GDP por GTP se activan.

SOS facilita el intercambio de GDP por GTP de Ras. De forma que Ras queda unida a GTP,

queda activada.

Ras activada interacciona con Raf.

Raf es una serina quinasa, tambin llamada MAPKKK, que inicia la va de las MAPK

(Protenas quinasas activadas por mitgeno).

*Serina quinasa: enzima que fosforila una proteina diana en un residuo de serina.

Ras inicia la cascada de la protenas

quinasas activadas por mitgeno.

La cascada consiste en que Raf fosforila

y activa MAPK, la cual se activa y fosforila

MAPKK, que a su vez se acitiva y fosforila a

MAPKKK. Esta ltima migra/se transloca al

ncleo y funciona como factor de transcripcin,

estimula la transcripcin.

*MAPK: Protena quinasa activada por

mitgeno.

*MAPKK: La quinasa de la protena

quinasa activada por mitgeno.

*MAPKKK: La quinasa de la quinasa

de la protena quinasa activada por mitgeno.

El sentido de la va es unir una seal extracelular con regulacin de la transcripcin gnica.

2A2. Receptor Insulina

Estructura del receptor de la insulina:

2 cadenas , extracelulares, (135 KDa) que unen insulina. 2 cadenas , transmembrana, (95 KDa) con un dominio cataltico,

dominio carboxilo terminal con actividad tirosina quinasa. Se

autofosforila y fosforila a protenas diana.

3 puentes disulfuro. Uno une las dos subunidades alfa y, los otros,

cada subunidad beta con una subunidad alfa.

Es una glucoprotena.

Activacin del receptor de insulina: El sitio de unin de la insulina se localiza en la porcin

extracelular. Lo constituyen las dos subunidades alfa y las partes extracelulares de las subunidades

beta.

Mecanismo de activacin del receptor de la insulina: (el mecanismo mediante el cual se

activa la actividad tirosina quinasa).

Cuando la insulina se une a su sitio de unin con el receptor, esto se transmite a travs de la

protena y se activa la actividad tirsoina quiansa (localizada en la porcin citoplasmtica de la

unidad beta).

El receptor se autofosforila, cada subunidad beta fosfotila a la otra. En concreto forforila a

tres residuos de tirosina (Tyr1158, Tyr1162, Tyr1163).

Cuando el receptor esta inactivado, existe un bucle o lazo de activacin (azul) que ocupa el

sitio de unin del sustrato. La conformacin es estabilizada por un puente de hidrgeno entre

tirosina 1162 y acido asprtico 1132.

Cuando se activa la activdad tirosina quinasa, los tres residuos de tirosina (Tyr1158,

Tyr1162, Tyr1163) se fosforilan. Los grupos fosfatos altamente cargados hacen que el bucle se

desplace 30, saliendo as del sitio de unin del sustrato. De esta forma, el receptor de insulina ya

puede fosforilar a una protena diana.

Efectos biolgicos de la insulina:

1. Modulacin de la expresin gnica (proliferacin celular) 2. Regulacin del metabolismo

1.MODULACIN DE LA EXPRESIN GNICA POR LA INSULINA

La insulina a travs de la va RAS/MAP

quinasa modula la expresin de los genes,

provocando la divisin celular.

1. La unin de la insulina al receptor de la

insulina, activa al receptor y sufre una

autofosforilacin de la porcin carboxilo terminal

de las subunidades (se fosforilan 3 residuos de tirosina)

2. El receptor de insulina fosforila a una

proteina, IRS-1 (sustrato del receptor de insulina

tipo I) tambin en 3 residuos de tirosina.

3. La protena adaptadora, Grb2, a travs de

su dominio SH2, reconoce una de las tirosinas

fosforiladas. Grb2 recluta a Sos a travs de un

dominio SH3 y Sos recluta a Ras, que es una

protena monomrica, de manera que la activa. Sos

se trata de un factor de intercambio de guaninas, por

lo que la proteina Ras, con GDP unido, y por tanto inactiva, suelta el GDP, une GTP y se activa.

4. Ras activa, interacciona y activa a Raf1 que es la primera de las protenas quinasa

activadas por mitgeno de esta va de sealizacin

5. Raf1 fosforila dos residuos de serina a MEK. MEK fosforilada, se activa, y fosforila a

ERK en un residuo de Thr (treonina) y en otro de Tyr (tirosina), con lo cual ERK se activa.

6. ERK se desplaza hasta el ncleo y fosforila a un factor de transcripcin, Elk1,

activndolo (todas estas fosforilaciones suponen la activacin de la protena que es fosforilada)

7. Elk1 se une a otra protena, SRF y este dmero estimula la expresin de un conjunto de

genes necesarios para la divisin celular.

Las protenas Raf-1, MEK y ERK son miembros de tres grandes familias. ERK es miembro

de la familia MAPK (protenas quinasas activadas por mitgenos). Poco despus del

descubrimiento de la primera MAPK, se descubri que este enzima era activado por otra protena

kinasa: la MAP quinasa quinasa (MEK pertenece a esta familia). Luego se descubri otra protena

quinasa que activaba a la protena quinasa que activaba a la MAP quinasa quinasa: la MAP quinasa

quinasa quinasa (Raf-1 es miembro de esta familia). Los acrnimos de estas tres familias son:

MAPK, MAPKK y MAPKKK. MAPK y MAPKKK fosforilan residuos de Ser oThr de protenas

diana. MAPKK fosforilan un residuo de Thr y otro de Tyr de su ssustrato (especificidad doble).

2.MECANISMO POR EL QUE LA INSULINA REGULA EL METABOLISMO DEL

GLUCGENO

La insulina es la principal hormona anablica, estimula la biosntesis del glucgeno, que es

un polisacrido, un polmero de glucosa, que se almacena principalmente en el hgano y en el

msculo, aunque menos.

0. La insulina se une a su receptor y este fosforila a IRS1 (3 puntos de fosforilacin)

1. La PI-3K (fosfoinositol 3- quinasa) a travs de un dominio SH2 reconoce una de las

tirosinas fosforiladas, se activa y convierte un fosfolpido de membrana, PIP2 (fosfatidil inositol

4,5-bisfosfota), en PIP3 (fosfatidil inositol 3,4,5-trisfosfato).

2. PIP3 se une a una protena quinasa denominada PKB. PKB fosforilada, se activa y

fosforila a una enzima llamada GSK3 (glucgeno sintasa quinasa 3).

GSK3 se encuentra en dos formas, una forma activa desfosforilada y una forma inactiva fosforilada.

De manera que al actuar PKB fosforilando a la GSK3, lo que est provocando es que se mantenga

inactiva.

3. GSK3 inactiva no puede fosforilar a GS a su forma inactiva.

4. GS (glucgeno sintetasa) permanece desfosforilada y activa,

sintetizando glucgeno a partir de glucosa.

La insulina estimula la sntesis de glucgeno.

5. PKB adems estimula el movimiento a la membrana

plasmtica de un transportador de glucosa denominado GLUT4, que

est en el interior de la clula en vesculas, por lo que incrementa la

captacin de glucosa a travs de ese transportador GLUT4.

A partir de un mismo sustrato PIP2 , se obtienen dos productos

diferentes mediante dos enzimas diferentes.

Podemos obtener PIP3 mediante la PI-3K, o bien IP3. As pues,

el PIP3 no es lo mismo que el IP3 .

Hay muchos receptores, ms de 50, sobre todo receptores para factores de crecimiento,

que tienen como mecanismo de accin el que tienen actividad tirosina-quinasa en su parte

citoslica. Receptor para el factor de crecimiento epidrmico vascular, factor de crecimiento

derivado de las plaquetas, factor para el receptor de crecimiento epidrmico, receptor para factor de

crecimiento nervioso, receptor para factor de crecimiento fibroblasto. Por tanto, para muchos

factores de crecimiento hay receptores especficos con esta actividad tirosina-quinasa. Cada

receptor tiene un dominio extracelular que confiere especificidad al receptor, es decir, hace que el

receptor reconozca slo a su ligando, a su factor de crecimiento.

Todos estos receptores se tratan de protenas integrales de membrana de tipo I, es decir,

que tienen un dominio amino-terminal al que se une el ligando, por ejemplo, el factor de

crecimiento, atraviesan la membrana plasmtica una sola vez, y luego tienen un dominio

intracelular, la parte carboxilo-terminal, que es donde reside la actividad tirosino-quinasa.

Muchos de estos receptores dimerizan al unir el ligando. En todos estos receptores la seal

se amplifica e incluso se ramifica.

2B Receptores que se asocian a Tirosina quinasas. Va JAK-STAT

En esta va encontramos a los receptores que no tienen actividad tirosino-quinasa pero que

se asocian con una tirosina quinasa. Esta es la va JAK-STAT

JAK=janus kinasa

STAT=transductor de seal y activador de la transcripcin

El receptor reconoce la seal, generalmente, citoquinas, se dimeriza y une JAK, una quinasa

citoslica soluble que se une a la porcin intracelular del receptor.

JAK se fosforilan mutamente, una a la otra, y fosforila la porcin citoplsmica del receptor.

Esto permite que STAT reconozcan estos residuos fosforilados por sus dominios SH2, de

manera que se acoplan a la porcin carboxilo terminal del receptor y son fosforiladas por JAK.

Al fosforilarse se activan, se sueltan del receptor y dimerizan entre s porque ambas

reconocen la tirosina fosforilada. Forman un dmero y bajo esta forma emigran al ncleo donde

regulan la transcripcin.

Esta va, comunica la informacin que llega por el medio extracelular y transduce esa

informacin mediante la va JAK-STAT hasta el ncleo.

Esta va de sealizacin es utilizada, no solo por muchas citoquinas (molculas que

participan en la sealizacin en el sistema inmunolgico), sino tambin por dos molculas de

naturaleza hormonal, una de ellas la eritropoyetina, la hormona que estimula la formacin de

glbulos rojos.

21 mayo

Fosfotirosina Fosfatasas (PTPasas)

Las fosfoproteinas fosfatasas catalizan la accin contraria a la ejecutada por las tirosinas

quinasa, es decir, desfosforilam una protena que previamente haba sido fosforilada en un residuo

de tirosina (preferentemete) o serina o treonina. Encontramos, fosfotirosinas fosfatasas, fosfoserina

fosfatasas y fosfotreonina fosfatasas.

El mundo de las fosfatasas es menos conocido que el de las quinasas.

Algunas de estas fosfatasas son protenas de membrana que poseen un dominio extracelular

que reconoce un ligando (receptor reguladas por factores extracelulares) y un dominio catalitico

intracelular.

Otras son proteinas solubles capaces de interaccionar a partir de dominios SH2.

Hay una fosfatasa especfica de PIP3 que elimina el grupo fosfato en la posicin 3 de PIP3 y

da lugar a PIP2, el cual ya no sirve de sitio de unin/anclaje para PKB (protena quinasa B).

La consecuencia de la desforilacin es un cambio de conformacin que conlleva a la

inactivacin de la protena previamente activada por fosforilacin.

Importancia en la regulacin de la biologa celular.

Quinasas/Fosfatasas

El ATP posee 3 grupos fosfatos (alfa, beta, gamma). El grupo gamma del ATP actu sobre el

oxgeno del grupo hidroxilo (OH) de una protena diana fosforilando la cadena lateral de una

tirosina, serina o treonina. El resultado es que el ATP pasa a ADP y la protena queda fosforilada.

Esta reaccin es catalizada por una quinasa.

Por lo general las protenas cuando se fosforilan se activan aunque existen excepciones.

La activacin se revierte por las protenas fosfatasas. Estas enzimas catalizan una reaccin

de hidrlisis, mediante la cual, se elimina el grupo fosfato en forma de ortofosfato. De esta forma, la

cadena lateral del aminocido correspondiente vuelve a tener su grupo hidroxilo intacto.

Quinasas

Secuencia consenso: el conjunto de aminocidos que rodean al aminocido que va a ser

fosforilado. (Los elementos comunes a las secuencias encontradas en distintas situaciones para una

misma funcin.)

La secuencia consenso es reconocida por el centro activo de la quinasa.

2D. Guanilil/Guanilato ciclasa La guanilil o guanilato ciclasa tiene dos isoformas. Una es una protena integral (la que nos interesa) y la otra es una protena soluble.

La isoforma protena integral de membrana tiene un

dominio extracelular aud actu como receptor, una hlice

hidrofbica que atraviesa la membrana y un dominio

intracelular/citoplsmicao con dominio catalitico, actividad

guanilato ciclasa.

Ejemplo: receptor para ANF (factor natriurtico atrial),

guanilina (peptido gastrointestinal), endotoxina bacteriana.

La guanilato ciclasa soluble tiene un grupo hemo y es activada por

el xido ntrico (NO).

De una forma u otra esta enzima transforma GTP en GMPc

(cclico). El GMPc es un segundo mensajero. Este segundo

mensajero activa la protena quinasa G (PKG) que es una protena

treonina/serina quinasa.

PKG es una proteina

sencilla, constituida por un nico

polipeptido que posee un dominio

cataltico y un dominio regulador.

El dominio regulador se comporta como pseudosustrato.

Pseudosustrato: en su forma inactiva la conformacin que

adopta el dominio regulador ocupa el centro de unin al sustrato que

tiene la proteina quinasa.

Cuando PKG interraciona con GMPc sufre un ca mbio de

conformacin y se activa. El cambio de conformacin supone que el

dominio regulador deja de ocupar el sitio activo, dejando sitio a la proteina diana.

GMPc realiza diferentes funciones dependiendo del tejido en el que se encuentra. En rin e

intestino desencadena cambios en el transporte ionico y como consecuencia cambia el flujo de agua.

En el msculo liso vascular induce relajacin. Tambin participa en la el desarrollo y funcin

cerebral.

Los efectos disparados por el GMPc cesan por la existencia de una fosfodiesterasa especfica

(GMPc PDE) que convierte el GMPc en 5-GMP inactivo (este no es segundo mensajero, no activa a la protena quinasa).

La otra forma molecular de la gualinato ciclasa, la forma soluble, es una protena globular

con grupo prostetico con grupo hemo (anillo tetrapirrorico con un tomo de hierro).

El xido ntrico (NO) interacciona con el hierro del grupo hemo y activa la forma soluble de

la gualinato ciclasa.

La reaccin enzimtica mediante la cual se sintetiza el xido ntrico. La reaccin la cataliza

la enzima xido ntrico sintasa (Nosintasa). El sustrato es la arginina. Los productos citrulina y

xido ntrico. Este xido ntrico activa la forma soluble de la guanilato ciclasa.

En humanos hay diferentes isoformas de GMPc PDE con diferente distribucin tisular.

3. Receptores Siete Dominios Transmembrana Receptores Acoplados a Protenas G (GPCR) Tambin se llaman:Receptores serpentina o receptores heptahelicoidales

Estos receptores tienen 7

segmentos transmembrana, es decir, la

cadena polipeptdica atraviesa 7 veces

la membrana. Porcin amino terminal

extracelular y porcin carboxilo

terminal intracelular.

El hecho de que la cadena

polipeptdica atraviese 7 veces la

membrana conlleva a la aparicin de

lazos o bucles, exactamente 3 bucles

extracelulares y 3 bucles

intracelulares.

De los 3 intracelulares el

tercero es el ms crtico en la relacin

estructura funcin porque es el que

permite una interaccin con la

protena G.

Ejemplo: Receptor beta adrenrgico: los que reconocen la adrenalina (epinefrina) y

noradrenalina (norepinefrina).

Son receptores muy importantes porque a travs de ellos sealizan neurotransmisores,

neuropptidos, hormonas peptdicas y receptores sensoriales (visin, olfato y sabor).

Muchos frmacos interaccionan con este tipo de receptores.

En este sistema hay tres elementos fundamentales: elemento receptor, protena G y

El receptor reconoce la seal que llega por el medio extracelular. Este receptor esta acoplado

a la protena G.

La protena G es una protena que une nucletidos de guanina (GTP o GDP). Es una

superfamilia que tiene dos grandes familias: monomricas y heterotrimericas.

Las monomricas son pequeas y estn formadas por una nica cadena polipeptdica (el

prototipo clasico es p21ras). Las protenas G heterotrimericas estn constituidas por tres

subunidades: alfa, beta y gamma. Estas acoplan el receptor con el efector.

El efector es un enzima que sintetiza un segundo mensajero intracelular.

Efectores: Adenilato ciclasa, fosfolipasa c, canales inicos, fosfolipasa A2, fosfodiesterasa

Segundos mensajeros: cAMP, DAG, IP3

3A. Receptores Siete Dominios Transmembrana Acoplados Adenilil Ciclasa

Sealizacin a travs de la adenilil ciclasa.

1. La adrenalina se une al receptor 2. Induce un cambio de conformacin que afecta a la protena G. Se cambia GDP por GTP,

activando as la protena G.

3. La subunidad alfa activada se desplaza por la membrana e interacciona la adenilil ciclasa (efector).

4. La adenilil ciclasa cataliza el paso de ATP a AMPc. 5. AMPc que es un segundo mensajero activa PKA (proteina quinasa A, es una serina/treonina

quinasa).

6. PKA fosforila una protena diana.

Una de las formas de que esta va de sealizacin se detenga es mediante una fosfodiesterasa

especfica para el AMPc que lo transforma en 5'-AMP.

La subunidad alfa tiene

actividad GTPasa intrinseca, capacidad

de inactivar GTP hidrolizandolo a GDP.

La propia protena G se inactiva

as misma.

Esta actividad GTPasica de la

subunidad alfa es una actividad

GTPasica lenta para que d tiempo a

que el enzima se active, migre y active

al receptor.

La subunidad alfa cuando se

inacativa (GDP) se suelta del receptor

(adenilato ciclasa) y se asocia a las

otras dos subunidades (alfa y beta) volviendo as al estado inicial.

3. Proteina G El concepto y modelo de las protenas G como elementos que acoplan el receptor al efector

se debe a Rodbell (1980). Significado Biolgico Protenas G:

Tienen un papel universal en los sistemas de transduccin de seales (aquellos que involucran a un receptor de membrana con 7 dominios).

Regulan diferentes efectores, que son enzimas (adenilato ciclasa, fosfolipasa C, fosfolipasa A2).

Regulan canales inicos (K+, Na+, Ca++ voltaje-dependiente). Pertenecen a una superfamlia de protenas, donde hay protenas con funciones ajena a la

sealizacin: Protenas citoesqueleto (tubulina). Factores de iniciacin y elongacin sntesis proteica. p21ras (producto de un protooncogen) 3.1. Estrucutura de las Proteinas G

Las protenas G son protenas heterotrimricas, constituidas por 3 subunidades , y . Subunidad :

39-46 Da. Es la nica subunidad capaz de unir GDP/GTP. Tambin une F-, Mg2+ y Al3

+. Tiene actividad GTPasica lenta e intrnseca. Cada tipo de subunidad da lugar a los diferentes tipos de

protenas G. Las subunidades y son bastante comunes en los distintos tipos de protenas G. Es la subunidad la que tipifica el tipo de protena. Subunidad :

35-36 kDa. Codificada por 4 genes diferentes que dan lugar a 4 tipos diferentes de subunidad .

Subunidad :

5-10 kDa. Codificada por 6 genes diferentes que dan lugar a 6 tipos diferentes de subunidades .

Las subunidades y siempre permanecen unidas, de manera que forman el complejo ,

de manera que es la subunidad la que se disocia del complejo . Aun as, el complejo puede regular directamente determinados tipos de efectores. 3.2. Clasificacin de las Proteinas G Familia Gs (estimuladora). Dentro de esta destacan 2 protenas:

-Gs. Es la protena principal que da nombre a la familia. Esta est codificada por un gen que da lugar hasta 4 isoformas por splicing alternativo. Se trata de la subunidad tipo s, es comn. Esta protena estimula adenilato ciclasa y regula canales inicos.

-Golf. Se expresa en el neuropptido olfatorio y estimula a la adenilato ciclasa. Familia Gi (inhibitoria).

-Gi. La protena que da nombre a la familia es la protena Gi, que presenta 3

isoformas Gi1, Gi2 y Gi3, cada una codificada por su propio gen. Esta protena inhibe a la adenilato ciclasa y regula canales inicos. -Go (GoA y GoB). Hay un solo gen que por splicing alternativo da lugar a los dos tipos

de protenas. Esta se expresa en el cerebro. -Gt o transducina (Gt1 y Gt2): cada una codificada por un gen.

Gt1. Se expresada en bastoncillos de retina. En este caso el efector estimulado es una fosfodiesterasa especfica para el GMPc.

Gt2. Se expresa en conos de retina. -Gg o gustducina . Se expresa en papilas gustativas e involucrada en el gusto. -Gz. Su funcin no se conoce muy bien.

Familia Gq

-Gq:Esta es la protena representativa de la familia y estimula a la fosfolipasa C. -G11 , G14 , G15 y G16

Familia G12. Que incluye a las protenas G12 y G13. Resumen. 4 Familias Gs: GsL, GsS, Golf Gi: Gi1, G i2, Gi3, Go1, Go2, Gt1, Gt2, Gz, Gg Gq: Gq , G11 , G14 , G15 , G16 G12: G12 , G13

El complejo beta-gamma es capaz de regular ciertos efectores. De manera, que aunque la subunidad alfa es la ms importante, el complejo beta-gamma tambin es capaz de interaccionar y regular ciertos efectores como canales inicos, ciertas fosfolipasas... 3.3 Modificaciones lipdicas de las Protenas G

Hay algunos tipos de protenas G que sufren modificaciones lipdicas que las ancla a la membrana plasmtica. Esta modificacin puede ser una miristoilacin, palmitoilacin o una prenilacin. 3.4. Ciclo de las Protenas G

1. La protena Gs con el GDP unido es inactiva, presentndose las 3 unidades unidas. En esa forma no puede activar a la adenilato ciclasa 2. Cuando esta protena Gs contacta con el complejo hormona-receptor se activa. As pues, suelta GDP y liga GTP y ,a continuacin, la subunidad alfa con el GTP unido se disocia del complejo . 3. Esta subunidad alfa, con el GTP unido, es capaz de activar al efector, en este caso la adenilato ciclasa. 4. La actividad GTPsica intrnseca de la subunidad alfa hace que el GTP pase a GDP, dejando de estar activa y se reasocia con el complejo , volviendo a su estado inicial.

Hay ciertos factores que estimulan la funcin de las protenas G.

Aqu observamos el ciclo de las protenas G, su forma inactiva con GDP, y su forma activa con GTP capaz de activas a ciertos efectores.

Para esa activacin las protenas G inactivas (tanto monomricas como heterotrimricas) necesitan cambiar el GDP por GTP, de manera que hay ciertos factores que facilitan este cambio, que se llaman factores de intercambio GDP-GTP (GEF) .

Adems hay otros factores denominados protenas activadoras de la GTPasa. Estos reciben nombres diferentes segn

el tipo de protena G del que se trate. GAP para protenas G monomricas y los reguladores de la sealizacin por protena G (RGS), en el caso de protenas G heterotrimrica. Estos factores modulan la actividad GTPasa de las protenas G y, por tanto, modulan el tiempo que la protena G esta activa.

3. Adenilil ciclasa

La adenilil ciclasa es el efector de esta va que estamos tratanto.

Se trata de una protena integral de membrana, bastante compleja, glicosilada y con un peso molecular de 120 150 kDa.

Se han descrito 5 tipos de adenilil ciclasa, 5 isoformas. Farmacolgicamente, tienen la peculiaridad de que hay un diterpeno que activada

directamente esta enzima, esta sustancia se llama forskolina. ATP AMPc (2 mensajero)

Ese AMPc puede ser

degradado por una enzima fosfodiesterasa, detenindose as la va de sealizacin. Hay fosfodiesterasas especficas para el AMPc, que degradan especficamente esta molcula transformndose en 5'AMPc, que ya no es 2 mensajero.

Farmacolgicamente, esta fosfodiesterasa es inhibida por la cafena y la teofilina, de manera que al inhibir esa enzima los niveles de AMPc se mantienen elevados. En algunos tejidos esta enzima es estimulada por complejos Ca++-calmodulina. La calmodulina une calcio y este acta a travs de la accin de complejos calcio-calmodulina

MODIFICACIONES COVALENTES DE LAS PROTEINAS G TOXINA COLRICA

Modifica covalentemente a la subunidad de la protena Gs. Se aisla del agente que produce el cleroa (Vibrio cholerae).

Tiene 2 subunidades. La subunidad B permite la unin de la toxina a la membrana plasmtica de las clulas epiteliales intestinales. A continuacin, la otra subunidad (subunidad A) atraviesa la membrana y se fragmenta en dos piezas (A1 y A2). A1 se asocia con el factor de ADP-ribosilacin ARF6, se activa y cataliza la transferencia de una molcula de ADP-ribosa proveniente del NAD+ a la subunidad de Gs (actividad ADP-ribosil-transferasa). El sitio de esta transferencia es un residuo de Arg de la subunidad . As pues, bloquea la actividad GTPasica de la subunidad activacin permanente de la actividad adenilil ciclasa. Esto bloquea la actividad GTPsica, de manera que el GTP no se hidroliza a GDP, y la protena Gs siempre permanece con GTP unido, activando permanentemente a la adenilato ciclasa.

TOXINA PERTSICA Esta toxina es aislada de Bordetella Pertussis, el germen que provoca la tosferina.

Posee 2 subunidades con idnticas funciones a las de la toxina colrica. ADP-ribosila la subunidad de Gi en un residuo de Cys bloquea Gi porque impide el

intercambio de GDP por GTP. La protena G permanece inactiva permanentemente, de manera que aunque llegue la hormona y se produzcan todos los pasos necesarios, la va no se activa. Por ello, se dice que aparece un estado de resistencia hormonal. As pues, bajan los niveles celulares de AMPc.

ADP-ribosila Gi (Gi1, Gi2 y Gi3).

3A. Va adenilil ciclasa-AMPc-PKA

En esta va de sealizacin, el AMPc va a terminar activando a la protena quinasa A (PKA). El nombre de esta protena (A) se refiere a que es activada por el AMPc y quinasa porque su funcin es fosforilar a otras protenas.

Esta PKA es una serina/treonina quinasa, de manera que fosforilar a las protenas en dichos residuos.

Es un heterotetrmero, por lo que tiene dos subunidades catalticas, y dos subunidades reguladoras. Cada subunidad reguladora tiene dos sitios de unin de AMPc, es decir, una molcula de PKA es capaz de unir 4 molculas de AMPc.

La PKA est inactiva cuando no tiene unido AMPc. En esta conformacin, hay un dominio de las subunidades reguladoras que est bloqueando el centro activo de las subunidades catalticas. Cuando se produce la unin de las 4 molculas del AMPc, cambia de conformacin, dejando libre el centro activo de la subunidades catalticas que quedan activadas.

En la segunda imagen observamos que la PKA se une a la AKAP (protena de anclaje de la quinasa A). Esto es una forma de ubicar en el espacio a la PKA, de manera que mediante esta AKAP la PKA se sita cerca de la membrana plasmtica y cerca de la adenilil cilcasa. As pues, el AMPc producido por la adenilil ciclasa queda sintetizado muy prximo a la PKA.

Algunas enzimas y otras protenas reguladas por AMPc dependiente de fosforilacin por PKA

Las protenas diana de la PKA poseen una regin con similitud de secuencia alrededor del

residuo de Ser o Thr que experimenta fosforilacin. Esta secuencia, denominada secuencia consenso, es reconocida por la PKA.

3. Amplificacin La imagen esquematiza la amplificacion

en un hepatocito (clula del higado) que es una de

las dianas para la adrenalina.

Llega una molcula de adrenalina e interacciona con el receptor y se forma el complejo adrenalina-receptor.

Esto activa la Proteina gs, la cual activa a la adenilato ciclasa y se forman muchas molculas de AMPc. Ejemplo: 20 molculas.

Las molculas de AMPc activan PKA. Siguiendo el ejemplo: se activan 5(porque cada una liga cuatro molculas de AMPc).

Cada molcula de PKA activa muchas molculas de la protena diana. Ejemplo: 100 molculas de fosforilasa b quinasa.

Esta quinasa activa la glucgeno fosforilasa b (ejemplo: 1000) lo que conduce al paso de glucgeno a glucosa.

La glucosa por ltimo es liberada al torrente circulatorio. Ejemplo: 10 000 molculas de glucosa.

El efecto neto de la cascada es la amplificacin de la seal hormonal en varios ordenes de magnitud, lo que da cuenta de la muy baja concentracin de adrenalina (u otra hormona) necesaria para la actividad hormonal.

3. Finalizacin de la Seal

Como finaliza la activacin de la va de la adenilato ciclasa. Cuando la concentracin de la hormona disminuye por debajo de la Kd (constate de

afinidad de su receptor) la hormona se disocia del receptor. La formacin del complejo hormona-receptor se da por enlaces dbiles (puentes de

hidrogeno, interacciones hidrostticas, hidrofbicas,VW...) no por enlaces fuertes, por lo tanto es fcilmente reversible.

Debido a la actividad GTPasa intrinseca de la protena G, esta deja de estimular la adenilato ciclasa.

Degradacin del AMPc por la fosfodiesterasa. Las fosforilaciones son revertidas por las fosfatasas.

Todos estos mecanismos hacen que la va de la adenilato ciclasa cese.

3. Desensibilizacin

1. La unin de la adrenalina al receptor -adrenrgico hace que la proteina G se active y esta se disocie.

2. El complejo beta-gamma recluta a ARK (Quinasa del receptor beta adrenrgico). ARK fosforila al receptor en dos residuos de serina que estn en el extremo carboxilo terminal

del mismo. 3. Las serinas fosforiladas

reclutan a una proteina, -arrestina. Esta se une a ese extremo carboxilo terminal del receptor.

4. El complejo receptor-arrestina se internaliza por endocitosis

5. Dentro de la clula: 1. Se disocia la arrestina

que se puede volver a utilizar.

2. El receptor se desfosforila y se exporta de nuevo a la superficie celular.

Hay dos tipos de desensibilizacin: homloga y heterloga. La desensibilizacin homologa se dispara cuando aumenta mucho los niveles circulantes de

una hormona. Es una forma de que la clula diana pierda sensibilidad por los altos niveles de la hormona circulante, ya que esto provocara un hiperestimulo. En resumen: la desensibilizacin evita el sobrestimulo de la clula diana y para ello se adapta disminuyendo la cantidad de receptores. Algunas seales que usan AMPc como segundo mensajero:

Estimulando o inhibiendo su sntesis. Porque cada hormona realiza una reaccin diferente? Incluso la misma hormona porque

realiza una reaccin diferente en tejidos diferentes? Esto depende de lo siguiente:

-Tipo de receptor en cada tejido. -Tipo de protena G acoplada al receptor. -Depende del conjunto de enzimas particulares que

exprese un tejido -Diferentes enzimas diana para la PKA en cada tejido.

(Depende de las protenas que fosforile la PKA.) -Confinamiento del proceso de sealizacin a una

regin especfica de la clula mediante protenas adaptadoras. Ejemplo: AKAP (protena de anclaje de la protena quinasa A). Hay diferentes AKAP en diferentes tipos de clulas y eso confina a un lugar de la clula un proceso de sealizacin y hace que la sealizacin sea ms eficiente.

Nucleacin de complejos supramoleculares por las protenas de anclaje de la quinasa (AKAP). Diversos tipos de AKAP actan como armazones multivalentes, manteniendo las

subunidades catalticas de la PKA, a travs de la interaccin de la AKAP con la subunidad reguladora de la PKA, prximas a una regin u orgnulo de la clula.

La AKAP79, en la superficie

citoplasmtica de la membrana plasmtica, une tanto PKA como adenilil ciclasa (AC). Eso hace que el AMPc producido por AC alcanza rpidamente y con muy poca dilucin la PKA que est prxima. Por tanto hay un confinamiento molecular de los elementos que participan en una va de sealizacin.

AKAP250 o gravina mantiene unida la

PKA a la membrana plasmtica al mismo tiempo que une la fosfodiesterasa AMPc (PDE). Por lo que esa fosfodiesteresa detiene la activacin.

En ambos casos la AKAP proporciona

una alta concentracin local de enzimas y segundos mensajeros, de modo que el circuito de sealizacin permanece altamente localizado. 3. AMPc-CREB

(Es un ejemplo de protena que es fosforilada por la PKA. Para ver que la va une la informacin del exterior con la regulacin gnica. Hay que tener en cuenta que la va de la sealizacin de la adenilil quinasa hace ms que esto.)

Cuando la unidad reguladora de la PKA une AMPc se disocian de las subunidades catalticas.

Las subunidades catalticas migran al ncleo y fosforilan una CREB*.

CREB: protena de unin al elemento de respuesta a AMPc. (Un factor de transcripicin)

CREB se une a una secuencia de DNA que se llama CRE (elemento de respuesta a AMPc).

Se estimula la transcripcin de una serie de genes, genes que responden al AMPc.

3B. Receptores Siete Dominios Transmembrana. Acoplados Va del Fosfatidilinositol Mediada por otra Proteina G: Gq Molcula efectora: fosfolipasa C.

1. La hormona se una a un receptor especfico. 2. El complejo hormona-receptor activa a la

Proteina Gq y provoca el intercambio de GDP por GTP.

3. Gq se desplaza por la membrana hacia PLC (fosfolipasa C) y la activa.

4. PLC activa rompe el fosfatidinositol 4,5-bifosfato (PIP2) dando inositol trifosfato (IP3) y diacilglicerol. (IP3 y diacilglierol actan como segundo mensajero)

5. IP3 acta sobre los canales de calcio de la

membrana del retculo endoplsmico. Los canales se abren y sale calcio al citoplasma.

6. El calcio junto al diacilglicerol activa la protena quinasa C, calcio dependiente (PKC).

7. PKC fosforila una serie de protenas diana que son las responsables de que la clula responda a la llegada de la hormona. (Las protenas fosforiladas por la PKC desarrollan el efecto biolgico.)

La PKC es una serina-treonina quiansa en la que parte de su polipeptido interaciona/ bloquea el

centro de unin del sustrato. Cuando se activa (por calcio y diacilglicerol) cambia de conformacin y su sitio de unin (centro cataltico) queda libre y puede fosforilar las protenas dianas.

IP3 se recicla, ya que por accin de unas fosfatasas van perdiendo los grupos fosfatos se convierte en inositol y se incorpora a la membrana.

El calcio que sale del retculo endoplsmico, se une a una protena que se llama calmodulina. Los complejos calcio-calmodulina activan a protenas quinasas calcio-calmodulina dependientes. El Ca2+ como seal intracelular

Para que el calcio funcione como 2 mensajero es fundamental que la concentracin de Ca2+ intracelular se encuentre a bajas concentraciones. Esta baja concentracin se mantiene mediante 3 mecanismos:

Canales de Ca2+ de la membrana plasmtica que impiden que el Ca2+ extracelular (1000 veces ms concentrado que el Ca2+ intracelular) penetre en la clula.

Bombas de Ca2+ en el retculo endoplsmico y mitocondria que bombean el Ca2+ intracelular al interior de estos orgnulos, es decir, el REL y la mitocondria secuestran el Ca2+.

La llegada de estmulos hormonales, neuronales o de otro tipo a una clula provoca una entrada de Ca2+ al interior celular a travs de canales especficos entrada de Ca2+ al interior celular a travs de canales especficos de la membrana plasmtica y/o la salida de Ca2+ del retculo endoplmico o la mitocondria. As pues, la concentracin de Ca2+ intracelular aumenta momentneamente. Esto permite activar sistemas que necesitan una seal clara de activacin (seal on/off) que disparan diferentes procesos. Posteriormente, se procede otra vez a restaurar los bajos niveles de Ca2+ intracelular.

En estos mecanismos activados por Ca2+, lo que suele ocurrir es que el Ca2+ es unido por una protena, generalmente, calmodulina. Calmodulina

Protena acdica de 17KDa, pequea. Cabe destacar la existencia de 4 estructuras supersecundarias (combinaciones de

estructuras secundarias, es decir, estructuras intermedias entre secundaria y terciario) llamadas manos EF, hlice-lazo-hlice o hlice-bucle- hlice. Cada una de esas manos une Ca+2, por lo tanto la calmodulina tiene la capacidad de unir en total 4 iones Ca2+. La unin al Ca+2 produce un cambio

conformacional que hace que se expongan secuencias hidrofbicas que permiten que la calmodulina interaccione con otras proteinas, de manera que regula la actividad metablica de otras protenas.

Cada uno de los 4 sitios de unin de Ca++ se sita en un motivo hlice-lazo-hlice denominado mano EF, el cual tambin se encuentra en muchas otras protenas fijadoras de Ca++. Estos complejo Ca++-calmodulina tambin son una subunidad integral de las protenas quinasas dependientes de Ca++-calmodulina. Estas protenas sonSer/Thr quinasas.

Encontramos una gran cantidad de seales que actan a travs de fosfolipasa C, IP3 y Calcio, como la acetilcolina, el glutamato, la serotonina... As tambin, encontramos una gran variedad de protenas reguladas por el complejo Ca2+-Calmodulina, es decir, tiene un mbito de ccin muy amplio. Resumen:

Dentro de los 2 mensajeros que hemos visto encontramos:

5. Encontramos receptores con actividad enzimtica, receptores con actividad tirosina-quinasa; receptores sin actividad enzimtica pero capaces de asociarse a protenas tirosina-quinasa y receptores con actividad Ser/Thr quinasa. 1. Va de sealizacin de la adenil/ciclasa capaz de sintetizar AMPc como 2 mensajero que activa a la protena quinasa A. 2. Va de sealizacin de la guanilato/ciclasa que sintetiza GMPc como 2 mensajero que activa a la protena quinasa G. 3. Va de la fosfolipasa C que genera IP3 y diacilglicerol. De manera que el diacilglicerol activa a la protena quinasa C, mientras que el IP3 induce seal Ca

2+ y acta sobre otra va. 4. La seal Ca2+ al unirse con la calmodulina activa a la protena quinasa Ca2+-calmodulina dependiente. La PK-A, PK-G, PK-C y la protena quinasa Ca2+-calmodulina dependiente, son todas ellas protenas Ser/Thr quinasas. Comunicacin cruzada entre sistemas de sealizacin. Interaccin entre el receptor de la insulina y receptores acoplados a protenas G.

Entre las diferentes vas de sealizacin es posible una comunicacin cruzada, es decir, que una influya en otra, y viceversa. Esto es lo que ocurre entre el receptor de insulina y receptores acoplados a protenas G.

El receptor de insulina se activa al unirse a la insulina, porque se activa la actividad tirosina

quinasa que tienen las subunidades en sus extremos carboxilo terminales. En la parte de la derecha, observamos como el receptor de insulina fosforila al receptor -

adenrgico, un receptor de 7 dominios transmembrana. Lo fosforila en 2 residuos de tirosina, pero adems a travs de la va de transduccin de seal de la insulina, la protena quinasa B (AKT) fosforila en el mismo dominio carboxilo terminal a dos serinas. Esto hace que el receptor -adenrgico quede fosforilado en 2 residuos de Ser/Thr de su extremo carboxilo terminal. El efecto de estas fosforilaciones es la internalizacin del receptor -adenrgico, con lo cual, se reduce la capacidad de respuesta de la clula a la llegada de adrenalina, pues el receptor ha sido internalizado.

En la parte de la izquierda vemos que el receptor de insulina es capaz de fosforilar a otro receptor de 7 dominios transmembrana, de manera que esa tirosina fosforilada va a ser reconocida por una protena con un dominio SH2, de manera que se activa la va de las MAP-quinasa. En este caso, el receptor de insulina provoca un aumento de la sealizacin a travs de ese receptor.

As pues, sabemos que hay un intercambio de mensajes significativo entre los sistemas de sealizacin por Ca++ y por AMPc. En concreto, en algunos tejidos, tanto la adenilil ciclasa, como la fosfodiesterasa son estimulados por Ca++.

Balsas de membrana y claveolas

Las balsas de membrana son asociaciones estables de colesterol y esfingolpidos que producen una zona ms gruesa en la membrana. Adems en esas balsas lipdicas, se condensan molculas de sealizacin.

Por otra parte, destro de estas balasa hay una protena, la caveolina. Esta protena tres grupos acilos de cadena larga que mantienen a la molcula anclada a la cara interna de la membrana plasmtica.

Cuando se concentra en una balsa lipdica varios dimros de caveolina, fuerzan una curvatura y se genera una caveola. Ciertos receptores de membrana y molculas de sealizacin, parecen estar segregados en esas balsas de membrana y en estas caveolas. De manera que todo esto est tambin con la localizacin de los diferentes elementos implicados en la sealizacin, que lo que hace es facilitar esa va o simplemente hacerla ms eficiente.