CÁTEDRA DE BIOQUÍMICA – FACULTAD DE MEDICINA – U.N.N.E.
2008
Principios de Endocrinología
Hormonas - Receptores
h t t p : / / m e d . u n n e . e d u . a r / c a t e d r a s / b i o q u i m i c a /
Brandan, Nora
Profesora Titular. Cátedra de Bioquímica. Facultad de Medicina. UNNE.
Llanos, Cristina
Jefa de Trabajos Prácticos. Cátedra de Bioquímica. Facultad de Medicina. UNNE.
Miño, Claudia
Jefa de Trabajos Prácticos. Cátedra de Bioquímica. Facultad de Medicina. UNNE.
Ragazzoli, Maximiliano A.
Ayudante Alumno por Concurso. Cátedra de Bioquímica. Facultad de Medicina. UNNE.
Ruiz Díaz, Daniel A. N.
Ayudante Alumno por Concurso. Cátedra de Bioquímica. Facultad de Medicina. UNNE.
PRINCIPIOS DE ENDOCRINOLOGÍA CÁTEDRA DE BIOQUÍMICA
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INTRODUCCIÓN A LA ENDOCRINOLOGÍA .............................................................................................. 1
HORMONAS ............................................................................................................................................ 2
NATURALEZA QUIMICA ................................................................................................................... 2 PROPIEDADES GENERALES .............................................................................................................. 3 TIPOS DE ACCIONES PROMOVIDAS POR HORMONAS .................................................................... 3 SECRECIÓN HORMONAL .................................................................................................................. 4 CIRCULACIÓN Y TRANSPORTE HORMONAL .................................................................................... 5 REGULACION DE LA SECRECIÓN HORMONAL ................................................................................. 5
RECEPTORES ........................................................................................................................................... 6
CLASIFICACIÓN ................................................................................................................................ 7 Receptores Nucleares (RN) ......................................................................................................... 7 Receptores de Membrana ........................................................................................................ 12
RECEPTOR DE TIROSINA QUINASA ......................................................................................... 14 RECEPTOR SERINA QUINASA ................................................................................................. 15 RECEPTOR GUANILATO CICLASA ............................................................................................ 16 RECEPTORES ACOPLADOS A PROTEÍNA G (GPCR) ................................................................. 17 RECEPTORES DE CITOQUINAS (receptores asociados a TQ extrínseca) ................................ 19
SISTEMAS DE TRANSDUCCIÓN DE SEÑALES CORRIENTE ABAJO ...................................................... 20
Sistema Ras-quinasa y MAP-quinasa ....................................................................................... 20 Sistema de la Proteína-Quinasa A ............................................................................................ 21 Sistema de la Proteína-Quinasa C............................................................................................. 22 Sistema de la Proteína-Quinasa G. ........................................................................................... 23
COMUNICACIÓN CRUZADA (CROSS-TALK) ....................................................................................... 24
BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................................................................... 24
INTRODUCCIÓN A LA ENDOCRINOLOGÍA La especialidad de la endocrinología abarca el estudio de las glándulas y de las hormonas que éstas
producen, en sus diferentes aspectos fisiológicos y patológicos. El término “endócrino” fue acuñado
por Starling para marcar el contraste entre las hormonas de secreción interna (endócrinas) y las de
secreción externa (exócrinas) o secretadas hacia una luz como por ejemplo las del aparato digestivo.
Su nombre proviene del griego, y significa “ciencia de las secreciones internas”.
El sistema endócrino (SE) comprende el conjunto de órganos y tejidos que forman hormonas. El
sistema endócrino y nervioso regulan casi todas las actividades metabólicas y homeostáticas del
organismo, determinan el ritmo del crecimiento y desarrollo, influyen sobre muchas formas de
conducta y controlan la reproducción. Un tercer sistema que media la comunicación intercelular es el
sistema inmunológico, éste se halla sujeto a una modulación nerviosa y hormonal, y las citoquinas
producidas por los linfocitos pueden modificar la función endócrina.
Glándula endócrina es todo órgano o tejido con cierta individualidad anatómica que secreta una o
varias hormonas. El término hormona proviene también del griego y significa "poner en movimiento"
y describe las acciones dinámicas de estas sustancias circulantes que despiertan respuestas celulares
y regulan los procesos fisiológicos a través de mecanismos de retroalimentación o “feedback”.
PRINCIPIOS DE ENDOCRINOLOGÍA CÁTEDRA DE BIOQUÍMICA
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No existe relación anatómica entre las diversas glándulas endócrinas, pero entre algunas existen
ciertas relaciones hormonales de interdependencia, control o servomecanismos, por lo que
hablamos de “ejes endocrinos”, por ej.: eje sistema nervioso central (SNC)-hipotálamo-hipófisis-
gónada. La histología de las glándulas endócrinas es muy diversa pero, por lo general, poseen
características parecidas.
HORMONAS Las hormonas son auténticos “mensajeros químicos”, y se considera a cualquier sustancia
de un organismo que actúe como una señal capaz de producir un cambio a nivel celular.
Las “hormonas endócrinas” se originan en una glándula y realizan un trayecto considerable
a través de la sangre para alcanzar la célula blanco (target cell).
Las hormonas funcionan como un sistema mayor de comunicación entre diferentes órganos
y tejidos (comunicación intercelular), permitiendo a las células, responder en forma
coordinada a los cambios en los ambientes interno y externo. En las últimas décadas, la
consideración de hormona como mensajero químico de acción distante ha sobrepasado su
concepto clásico, surgiendo las siguientes definiciones:
• Endocrinia: proceso por el cual una hormona es liberada desde un órgano endócrino,
vertida a la circulación y alcanza luego la célula blanco, a distancia de su origen.
• Paracrinia: proceso por el cual la hormona, luego de ser liberada, ejerce su acción en
células o tejidos vecinos.
• Autocrinia: proceso por el cual la hormona, post-liberación actúa como ligando de receptores a nivel de la misma célula que le dio origen.
• Neuroendocrinia: Síntesis hormonal a nivel neuronal con posterior acción a distancia
vía sanguínea.
• Neurocrinia: síntesis hormonal a nivel neuronal con posterior acción parácrina.
• Neurotransmisión: Señalización intercelular a nivel neuronal.
• Ferocrinia: síntesis hormonal con posterior liberación al medio ambiente y efecto
sobre organismos ajenos.
Dado que los factores parácrinos y las hormonas pueden compartir la maquinaria de
señalización, no debe sorprender que las hormonas puedan, en algunos escenarios, actuar
como factores parácrinos.
NATURALEZA QUIMICA De acuerdo a ésto pueden clasificarse las hormonas en 5 categorías:
1. Estereoides: derivan del colesterol. A este grupo pertenecen los glucocorticoides, aldosterona y andrógenos de la corteza suprarrenal, estrógeno y progesterona del ovario, testosterona del testículo, y 1,25-dihidroxi-D3. (metabolito activo de la vitamina D3). Debido a su carácter poco polar, estas hormonas atraviesan con facilidad (difusión simple) las membranas celulares.
2. Derivados de aminoácidos: adrenalina o epinefrina y noradrenalina o norepinefrina (catecolaminas) de la médula suprarrenal, tiroxina y triiodotironina de tiroides son derivados de tirosina y la melatonina de la glándula pineal es producida a partir de triptófano. No penetran en las células blanco.
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3. Derivados de ácidos grasos: prostaglandinas, tromboxanos y leucotrienos, llamados genéricamente eicosanoides, se originan de ácidos grasos poliinsaturados. El ácido araquidónico es el precursor más importante. Sus acciones primarias son de tipo autócrino o parácrino.
4. Péptidos: en esta categoría se incluyen los factores reguladores y las hormonas antidiurética y oxitocina del hipotálamo, adrenocorticotrofina y hormona melanocito estimulante, glucagón del páncreas, gastrina, secretina, pancreozimina y otras hormonas del tracto gastrointestinal y calcitonina de la glándula tiroides.
5. Proteínas: hormonas paratiroidea, insulina, prolactina, foliculoestimulante, luteinizante, hormona de crecimiento y tirotrófica de adenohipófisis son de naturaleza proteica. Todas estas poseen un peso molecular igual o superior a 6000 Daltons o un número de residuos aminoacídicos igual o superior a 50 aminoácidos.
PROPIEDADES GENERALES Actividad: actúan en concentraciones muy pequeñas dado que una ínfima cantidad es
capaz de generar respuestas notablemente intensas. Los niveles de hormonas circulantes en
sangre suelen ser muy bajos.
Vida media: es el tiempo en que la concentración de la hormona desciende a la mitad.
Debido a su actividad biológica las hormonas deben ser degradadas y convertidas en
productos inactivos, pues su acumulación en el organismo tiene efectos perniciosos. El
tiempo promedio de duración de las hormonas en sangre varía de una a otra y puede oscilar
desde segundos hasta días. Será más corta cuanto más rápidamente sea metabolizada y
más prolongada si su metabolismo es lento.
Velocidad y ritmo de secreción: la secreción hormonal se produce de forma pulsátil, con
períodos de secreción (pulsos) y otros de reposo. Frecuentemente responden a estímulos del
ambiente y del medio interno. Por ejemplo la secreción de insulina es promovida por el
incremento de la glucosa en sangre.
Especificidad: una de las propiedades más notables de las hormonas es su gran
especificidad de acción. Una hormona determinada solo actúa sobre las células que
constituyen su blanco, objetivo o diana. La hormona es vertida a la circulación general y
alcanza a todos los tejidos, sin embargo, su acción se ejerce únicamente a nivel de un
número limitado de células en las cuales provoca un tipo definido de respuesta. Esta
propiedad indica la existencia de un mecanismo por el cual la hormona reconoce a sus
células efectoras y las distingue de las demás.
TIPOS DE ACCIONES PROMOVIDAS POR HORMONAS La función hormonal se desarrolla en 4 ámbitos generales: reproducción; crecimiento y
desarrollo; mantenimiento del medio interno; y producción, utilización y almacenamiento de
energía.
Los efectos de las hormonas son complejos. Una sola hormona puede tener efectos distintos
en diferentes tejidos, e inclusive en un mismo tejido en momentos distintos de la vida, y del
mismo modo, ciertos procesos biológicos son regidos por una única hormona, mientras que
otros requieren interacciones complejas entre varias de ellas. Por ejemplo la testosterona
promueve la formación de eritropoyetina y ésta a su vez estimula la eritropoyesis y origina
las diferencias que existen en los niveles de hemoglobina entre los hombres y las mujeres.
Los distintos procesos metabólicos que se hallan bajo regulación endócrina son influidos
por más de una hormona, un ejemplo clásico es el mantenimiento de los niveles de glucosa
dentro de determinados límites
del sistema nervioso central, pero lo bastante bajo
Esta regulación (control) no se podría cumplir con exactitud por influencia de una sola
hormona por potente que fuera
Por lo tanto, podemos decir que la presencia de estos complejos mecanismos de control
tiene 2 implicancias fundamentales: primero, permite un extraordinario grado de regulación
fina, como en el caso de la glucosa sanguínea, que puede mantene
normales en condiciones nutricionales variadas; segundo, pueden proveer un amplio
margen de seguridad, en la medida en que otros mecanismos alternativos entren en acción
cuando la hormona de la serie es deficitaria (sistema de autopro
Las acciones hormonales se pueden agrupar en 3 categorías relacionadas y
excluyentes entre sí y se asocian con:
� Mecanismo de trasporte en membranas celularesflujo de metabolitos o iones a través de membtrasporte o canales iónicos.
� Modificación de la actividad enzimáticaenzimas regulatorias cuya actividad es aumentada o disminuida por modificación covalente.
� Modificación sobre lasíntesis de enzimas y otras proteínas, actúan predominantemente a nivel del ADN nuclear, regulando el proceso de transcripción génica. Esta acción requiere más tiempo para manifestarse que la anterior y ti
SECRECIÓN HORMONAL La secreción hormonal no tiene lugar de forma
continua y uniforme, sino
períodos de secreción (pulsos) y otros de
reposo. En los pulsos se distingue un pico, un
nadir, una amplitud y una frecuen
Las características de los pulsos pueden variar
a lo largo del día o en diversas circunstancias
fisiológicas o patológicas. Cuando la secreción
varía ostensiblemente a lo largo del día se
habla de ritmo circadiano, que puede presentar
su punto máximo en uno u otro momento del
día (Fig. 2). Cuando el período es mayor a 28 horas, se habla de ritmo
PRINCIPIOS DE ENDOCRINOLOGÍA CÁTEDRA DE
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Los distintos procesos metabólicos que se hallan bajo regulación endócrina son influidos
por más de una hormona, un ejemplo clásico es el mantenimiento de los niveles de glucosa
dentro de determinados límites: lo suficientemente altos como para prevenir la disfunción
del sistema nervioso central, pero lo bastante bajos como para evitar los efectos nocivos.
no se podría cumplir con exactitud por influencia de una sola
te que fuera.
Por lo tanto, podemos decir que la presencia de estos complejos mecanismos de control
tiene 2 implicancias fundamentales: primero, permite un extraordinario grado de regulación
fina, como en el caso de la glucosa sanguínea, que puede mantenerse dentro de límites
normales en condiciones nutricionales variadas; segundo, pueden proveer un amplio
margen de seguridad, en la medida en que otros mecanismos alternativos entren en acción
cuando la hormona de la serie es deficitaria (sistema de autoprotección).
Las acciones hormonales se pueden agrupar en 3 categorías relacionadas y
y se asocian con:
Mecanismo de trasporte en membranas celulares: algunas hormonas modifican el flujo de metabolitos o iones a través de membranas por su acción sobre sistemas de trasporte o canales iónicos. Modificación de la actividad enzimática: se ejerce principalmente a nivel de enzimas regulatorias cuya actividad es aumentada o disminuida por modificación
Modificación sobre la síntesis de proteínas: muchas hormonas modulan la síntesis de enzimas y otras proteínas, actúan predominantemente a nivel del ADN nuclear, regulando el proceso de transcripción génica. Esta acción requiere más tiempo para manifestarse que la anterior y tiene efectos más sostenidos.
La secreción hormonal no tiene lugar de forma
continua y uniforme, sino pulsátil, con
períodos de secreción (pulsos) y otros de
reposo. En los pulsos se distingue un pico, un
, una amplitud y una frecuencia (Fig. 1).
Las características de los pulsos pueden variar
a lo largo del día o en diversas circunstancias
fisiológicas o patológicas. Cuando la secreción
varía ostensiblemente a lo largo del día se
, que puede presentar
punto máximo en uno u otro momento del
. Cuando el período es mayor a 28 horas, se habla de ritmo infradiano
los ciclos ocurren varias veces en un día, con
períodos menores a 19 horas se habla de ritmo
ultradiano.
Conocer que las hormonas tienen distintos
ritmos de secreción es importante para realizar
una correcta determinación hormonal dado que
estos ritmos determinarán el momento
ÁTEDRA DE BIOQUÍMICA
Los distintos procesos metabólicos que se hallan bajo regulación endócrina son influidos
por más de una hormona, un ejemplo clásico es el mantenimiento de los niveles de glucosa
: lo suficientemente altos como para prevenir la disfunción
como para evitar los efectos nocivos.
no se podría cumplir con exactitud por influencia de una sola
Por lo tanto, podemos decir que la presencia de estos complejos mecanismos de control
tiene 2 implicancias fundamentales: primero, permite un extraordinario grado de regulación
rse dentro de límites
normales en condiciones nutricionales variadas; segundo, pueden proveer un amplio
margen de seguridad, en la medida en que otros mecanismos alternativos entren en acción
Las acciones hormonales se pueden agrupar en 3 categorías relacionadas y que no son
: algunas hormonas modifican el ranas por su acción sobre sistemas de
: se ejerce principalmente a nivel de enzimas regulatorias cuya actividad es aumentada o disminuida por modificación
: muchas hormonas modulan la síntesis de enzimas y otras proteínas, actúan predominantemente a nivel del ADN nuclear, regulando el proceso de transcripción génica. Esta acción requiere más
ene efectos más sostenidos.
infradiano y cuando
los ciclos ocurren varias veces en un día, con
períodos menores a 19 horas se habla de ritmo
nas tienen distintos
ritmos de secreción es importante para realizar
una correcta determinación hormonal dado que
estos ritmos determinarán el momento
adecuado para la toma de muestra. No obstante, debemos aclarar que algunas hormonas
cuyos ritmos son pulsátiles, muchas veces es necesario hacer pruebas de estimulación o
inhibición dado que una determinación aislada no aporta ningún dato clínico de valor.
CIRCULACIÓN Y TRANSPORTE HORMONALPor lo general, las hormonas peptídicas pueden circular libremente po
débilmente unidas a la albúmina, mientras que las hormonas esteroideas, por ser
hidrofóbicas, necesitan proteínas transportadoras que facilitan su circulación en el medio
acuoso que es el plasma sanguíneo. Algunas hormonas peptídicas utilizan
proteínas transportadoras, así la GH (grow hormone) se une a la GH
protein). El transporte también impide su pronta metabolización o su rápida filtración renal
aumentando así su vida media plasmática
Generalmente una pequeña fracción de la hormona circula en
auténtica hormona funcionalmente activa
REGULACION DE LA SECRECIÓN HORMONALRegulación por el SNC-SE
fundamentalmente del SNC. Es
hipotálamo, pero también mediante el aporte sanguíneo a las glándulas endócrinas
mediante la regulación nerviosa de la presión arterial.
través de la inervación directa de diversas glándulas endócrinas, ya que las terminaciones
nerviosas liberan neurotransmisores que influyen modulando las mismas; estimulando o
inhibiendo a las secreciones endócrinas.
Regulación por hormonas tróficas
crecimiento y función de las glándulas endócrinas periféricas relacionadas, estas hormonas
tróficas son controladas a su vez por las propias hormonas cuya secreción regulan
Este mecanismo es conocido como “sistemas de servomecanismo”, “retrocontrol”,
“retroalimentación” o “Feed Back”; y puede clasificarse en:
� Directo: entre glándula periférica (ej. glándula tiroides) e hipófisis.� Indirecto o largo: con la glándula periférica y el hipotálamo.� Corto: entre hormonas
hipofisiarias e hipotalámicas � Ultracorto: entre hormonas
hipotalámicas y el propio hipotálamo
� Hipotálamo-SNC.
Habitualmente, los servomecanismos
suelen ser negativos. Cuando una
hormona periférica aumenta, induce la
disminución de la hormona
hipotalámica, y ésta de la hipofisiaria,
provocando una menor producción de
la hormona periférica regulando el
sistema. Lo contrario ocurre si ésta
disminuye. En ocasiones, el
servomecanismo es positivo, como
cuando el estradiol aumenta al final del
PRINCIPIOS DE ENDOCRINOLOGÍA CÁTEDRA DE
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adecuado para la toma de muestra. No obstante, debemos aclarar que algunas hormonas
átiles, muchas veces es necesario hacer pruebas de estimulación o
inhibición dado que una determinación aislada no aporta ningún dato clínico de valor.
CIRCULACIÓN Y TRANSPORTE HORMONAL Por lo general, las hormonas peptídicas pueden circular libremente po
débilmente unidas a la albúmina, mientras que las hormonas esteroideas, por ser
hidrofóbicas, necesitan proteínas transportadoras que facilitan su circulación en el medio
acuoso que es el plasma sanguíneo. Algunas hormonas peptídicas utilizan
proteínas transportadoras, así la GH (grow hormone) se une a la GH
protein). El transporte también impide su pronta metabolización o su rápida filtración renal
aumentando así su vida media plasmática (t1/2).
Generalmente una pequeña fracción de la hormona circula en forma libre
funcionalmente activa.
REGULACION DE LA SECRECIÓN HORMONAL SE: una multitud de factores influyen en el SE a través
Estas relaciones se establecen principalmente entre el SNC y el
hipotálamo, pero también mediante el aporte sanguíneo a las glándulas endócrinas
mediante la regulación nerviosa de la presión arterial. Otra forma de regulación se realiza a
s de la inervación directa de diversas glándulas endócrinas, ya que las terminaciones
nerviosas liberan neurotransmisores que influyen modulando las mismas; estimulando o
inhibiendo a las secreciones endócrinas.
Regulación por hormonas tróficas: Las hormonas tróficas son aquellas que controlan el
crecimiento y función de las glándulas endócrinas periféricas relacionadas, estas hormonas
tróficas son controladas a su vez por las propias hormonas cuya secreción regulan
nocido como “sistemas de servomecanismo”, “retrocontrol”,
ack”; y puede clasificarse en:
Directo: entre glándula periférica (ej. glándula tiroides) e hipófisis. Indirecto o largo: con la glándula periférica y el hipotálamo.
rto: entre hormonas hipofisiarias e hipotalámicas Ultracorto: entre hormonas hipotalámicas y el propio
Habitualmente, los servomecanismos
suelen ser negativos. Cuando una
umenta, induce la
disminución de la hormona
hipotalámica, y ésta de la hipofisiaria,
provocando una menor producción de
la hormona periférica regulando el
Lo contrario ocurre si ésta
En ocasiones, el
servomecanismo es positivo, como
ndo el estradiol aumenta al final del Figura 3. Mecanismo de Feed Bac
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adecuado para la toma de muestra. No obstante, debemos aclarar que algunas hormonas
átiles, muchas veces es necesario hacer pruebas de estimulación o
inhibición dado que una determinación aislada no aporta ningún dato clínico de valor.
Por lo general, las hormonas peptídicas pueden circular libremente por el plasma o
débilmente unidas a la albúmina, mientras que las hormonas esteroideas, por ser
hidrofóbicas, necesitan proteínas transportadoras que facilitan su circulación en el medio
acuoso que es el plasma sanguíneo. Algunas hormonas peptídicas utilizan también
proteínas transportadoras, así la GH (grow hormone) se une a la GH-BP (GH-binding
protein). El transporte también impide su pronta metabolización o su rápida filtración renal
forma libre, siendo ésta la
: una multitud de factores influyen en el SE a través
as relaciones se establecen principalmente entre el SNC y el
hipotálamo, pero también mediante el aporte sanguíneo a las glándulas endócrinas
forma de regulación se realiza a
s de la inervación directa de diversas glándulas endócrinas, ya que las terminaciones
nerviosas liberan neurotransmisores que influyen modulando las mismas; estimulando o
Las hormonas tróficas son aquellas que controlan el
crecimiento y función de las glándulas endócrinas periféricas relacionadas, estas hormonas
tróficas son controladas a su vez por las propias hormonas cuya secreción regulan (Fig. 3). nocido como “sistemas de servomecanismo”, “retrocontrol”,
Mecanismo de Feed Back
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período folicular e induce un estímulo de la secreción de la LH que provocará la ovulación.
Así sucede con los diferentes sistemas hipotálamo-hipofisario-glándula periférica.
Regulación por metabolitos: Existen hormonas cuya regulación principal tiene lugar por
vías diferentes a los servomecanismos mencionados. Así sucede con las hormonas que
intervienen en el metabolismo del Ca2+: parathormona (PTH), calcitonina y vitamina D.
También ocurre con la insulina y glucagón respecto a la glucemia.
Para que la respuesta endócrina sea efectiva es necesario adecuar el proceso de síntesis
proteica a las necesidades del organismo. Este acoplamiento dependerá, entre otras cosas,
de la cantidad de hormona almacenada por la célula, y de la intensidad y frecuencia de la
demanda. Por ejemplo, la regulación de la síntesis de la proinsulina tiene lugar
fundamentalmente a nivel de la traducción del ARNm de insulina, que en unos minutos se
incrementa cinco o diez veces, cuando aumentan los niveles de glucosa en sangre.
Sin embargo, la liberación de PTH permanece prácticamente constante a lo largo del tiempo,
reflejando la necesidad del organismo de mantener constantes los niveles de Ca2+, dentro de
un intervalo muy estrecho.
Existen mecanismos de regulación en cada uno de los pasos que participan en la
transmisión de la información genética.
El objetivo de la regulación es que las hormonas disponibles en cada momento sean las
adecuadas a cada estímulo a los que se enfrenta el organismo. La regulación fisiológica de la
expresión de los genes que codifican las hormonas está mediada por dos grandes grupos de
macromoléculas: las proteínas susceptibles de fosforilación y los receptores de hormonas
esteroides, que son los intermediarios de las hormonas peptídicas y de las hormonas
esteroides, respectivamente.
RECEPTORES Son macromoléculas o asociaciones macromoleculares, responsables del reconocimiento de
la hormona, ya que proveen el sitio de fijación para la misma, de manera selectiva en virtud
de una estrecha adaptación conformacional o complementariedad estructural. La
especificidad de las hormonas y su capacidad para identificar sus células efectoras es
posible gracias a la presencia de receptores.
No solo es necesario que la hormona sea reconocida sino que la combinación de la hormona
con el receptor tiene que iniciar una serie de acontecimientos bioquímicos (transducción de
señal) que conduzcan a una acción biológica.
La hormona (H) y su receptor (R) forman un complejo (H-R), que presenta las siguientes
características:
1. Adaptación inducida: la fijación de la hormona al receptor implica una adaptación estructural recíproca de ambas moléculas, similar a lo que sucede a la unión sustrato enzima.
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2. Saturabilidad: el número de receptores existentes en una célula es limitado; si se representa en un sistema de coordenadas la cantidad de hormona fijada a receptores en una porción determinada de tejido en función de la concentración de hormona, se obtiene una curva hiperbólica.
3. Reversibilidad. La unión hormona-receptor es reversible.
4. Afinidad. Es la capacidad de fijación de un ligando al receptor, que es determinada
por las propiedades moleculares del receptor.
Los tejidos diana o blanco son aquellos que contienen los receptores específicos y resultan
afectados por una hormona. El carácter y naturaleza de la respuesta dependen de la
especialización funcional de la célula blanco. A veces una misma hormona desencadena
respuestas diferentes en células distintas. Por ejemplo, la adrenalina produce activación de
la glucogenólisis en músculo esquelético y estimula la lipólisis en adipocitos.
Se denominan agonistas a los compuestos de estructura semejante a la del agente
fisiológico (hormona, neurotransmisor) con capacidad para unirse al receptor y provocar
una respuesta. Esta puede ser de igual, mayor, o menor intensidad que la inducida por el
agente natural. Los antagonistas se fijan al receptor, pero no producen respuesta,
comportándose como inhibidores competitivos.
No es necesario que la totalidad de los receptores de la célula esté unida a hormona para
obtener una respuesta máxima. Comúnmente esto ocurre cuando alrededor del 20% de los
receptores está ocupado por hormona. El resto corresponde a los llamados “receptores de
reserva”.
La membrana no es un dispositivo rígido sino que dotado de un alto grado de fluidez,
gracias a la cual las proteínas asociadas a la membrana tienen libertad para desplazarse en
todas direcciones, por ello se habla de “receptores móviles”. El número de receptores de un
tipo determinado en la superficie de una célula puede variar entre 10.000 y 20.000. La
cantidad de receptores intracelulares es generalmente mucho menor.
CLASIFICACIÓN Algunos receptores están localizados dentro de la célula y éstos funcionan como factores de
transcripción (por ejemplo receptores para hormonas esteroides), actuando a nivel nuclear
regulando la expresión génica. Otros receptores están localizados sobre la superficie celular
y funcionan primariamente para transportar los ligandos dentro de la célula por un proceso
llamado endocitosis mediada por receptor, que también actúan a nivel nuclear regulando la
expresión génica. También en la superficie celular se localizan receptores que desencadenan
caminos de señalización intracelular (transducción de señal) mediante la formación de
segundos mensajeros.
Receptores Nucleares (RN) Son receptores intracelulares que funcionan en el núcleo de la célula blanco para regular la
expresión génica (independientemente de su ubicación original que puede ser nuclear,
citoplasmática o incluso mitocondrial, como es el caso de un subtipo de receptores de
hormonas tiroideas).
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CARACTERISTICAS GENERALES
Todos los ligandos de receptores nucleares son pequeños, lipofílicos siendo posible su
entrada a la célula a través de un mecanismo pasivo, pero en algunos casos se necesita una
proteína transportadora de membrana, como sucede en el transporte de hormonas tiroideas
al interior de la célula.
SUBCLASE DE LIGANDOS DE RN
Hormonas clásicas: las clásicas hormonas que utilizan receptores nucleares son las
hormonas tiroideas y esteroideas. Estas últimas incluyen al cortisol, aldosterona,
estradiol, progesterona, y testosterona.
Vitaminas: las vitaminas A y D (liposolubles) son importantes moléculas de
señalización que funcionan como ligandos de receptores nucleares.
La vitamina A es activada a ácido trans-retinoico, que tiene alta afinidad por los
Receptores del Acido Retinoico (RARs). Este ligando es convertido a su isómero 9-cis,
el cual es ligando para otro receptor nuclear llamado “Receptor Retinoide X (RXR).
Estos retinoides son esenciales para el desarrollo de múltiples órganos y tejidos.
Metabolitos intermedios y productos: ciertos ácidos grasos poliinsaturados sirven
de ligando, activando a receptores denominados Receptores Activados para la
Proliferación de los Peroxisomas (PPAR). Es posible que estos receptores funcionen
como integradores de la concentración de un cierto número de ácidos grasos. En la
biosíntesis del colesterol los intermediarios oxiesteroles son ligandos de otro receptor
nuclear denominado Receptor Hepático X (LXR). La falta del mismo trae aparejado la
incapacidad para metabolizar el colesterol.
Receptores huérfanos: las hormonas y vitaminas recién descriptas aportan a la
función de sólo una fracción del total de receptores nucleares. El resto han sido
designados como “receptores huérfanos”, porque sus ligandos no son conocidos.
Está claro que muchos de estos receptores se requieren para la vida y el desarrollo
de órganos específicos, desde el núcleo cerebral hasta las glándulas endócrinas. Es
probable que en un futuro se descubran funciones adicionales como receptores para
ligandos fisiológicos, farmacológicos y ambientales.
ESTRUCTURA
Los receptores nucleares son proteínas, en algunos casos hay múltiples genes que codifican
para múltiples receptores. Además hay múltiples receptores para una misma hormona que
pueden derivar de un solo gen, ya sea por utilización de un promotor alternativo o por
“splicing” (corte y empalme) alternativo.
Finalmente, algunos receptores pueden mediar la señal de más de una hormona, por
ejemplo, el receptor de mineralocorticoides (aldosterona) tiene igual afinidad por el cortisol y
probablemente funciona como receptor de glucocorticoides en algunos tejidos, como el
cerebro.
Los receptores nucleares, que poseen una serie común de dominios funcionales
denominados de la A a la F
comparar los receptores pero no muestra el rol de los plegamientos proteicos y de la
estructura terciaria que median la función de varios receptores.
Dominio A/B: posee una función activadora independiente del ligando, lo que le confiere
una cierta autonomía, esta región se denomina también AF
Dominio C: es el dominio de unión al ADN, contiene una estructura denominada dedos
de zinc, consiste en una cadena polipeptídica que contiene cuatro
átomo de zinc y contiene la información necesaria para el reconocimiento de las
secuencias específicas en el ADN
uno es determinante de la espe
funcionalidad. También aquí se encuentra un subdominio denominado “caja P” que se
une a secuencias hexaméricas de nucleótidos del ADN llamados “half
de los factores determinantes de la especificidad de la unión. Por último,
contiene parte de la señal de localización nuclear (NLS
Dominio D: representa la región bisagra. Contiene además el resto de la NLS.
Dominio E: representa el dominio de unión al ligando (LBD
como la función activadora de la transcripción dependiente de ligando AF
function-2), y una función represora.
Dominio F: es un centro de interacción con proteínas coactivadoras.
El transporte
del RN al
núcleo depende
de la NLS
situada entre
los dominios C
y D. La mayoría
de los RN
residen siempre
en el núcleo en
presencia o en
ausencia del
ligando. Un
caso diferente
es el receptor de glucocorticoide
conjunto de chaperonas formando un complejo en el citosol
MECANISMO DE SEÑALIZACION
Los receptores nucleares son proteínas multifuncionales que transducen las señales de sus
respectivos ligandos. Todos estos receptores actúan facilitando o dificultando la
de los genes, algunos residen fundamentalmente en el citoplasma, mientras que otros están
siempre en el núcleo. Se hallan formando complejos con proteínas de shock térmico (
shock protein; Hsp90, Hsp70, del tipo de las chaperonas) que los
inactivo.
PRINCIPIOS DE ENDOCRINOLOGÍA CÁTEDRA DE
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Los receptores nucleares, que poseen una serie común de dominios funcionales
denominados de la A a la F (Fig. 4). Esta representación lineal es útil para describir y
rar los receptores pero no muestra el rol de los plegamientos proteicos y de la
estructura terciaria que median la función de varios receptores.
: posee una función activadora independiente del ligando, lo que le confiere
sta región se denomina también AF-1 (activation function
: es el dominio de unión al ADN, contiene una estructura denominada dedos
de zinc, consiste en una cadena polipeptídica que contiene cuatro cisteínas unidas a un
átomo de zinc y contiene la información necesaria para el reconocimiento de las
secuencias específicas en el ADN. Los receptores nucleares poseen dos dedos de zinc
de la especificidad de unión, y el otro es determ
funcionalidad. También aquí se encuentra un subdominio denominado “caja P” que se
une a secuencias hexaméricas de nucleótidos del ADN llamados “half
de los factores determinantes de la especificidad de la unión. Por último,
contiene parte de la señal de localización nuclear (NLS; nuclear localization signal
representa la región bisagra. Contiene además el resto de la NLS.
representa el dominio de unión al ligando (LBD; ligand binding
como la función activadora de la transcripción dependiente de ligando AF
2), y una función represora.
es un centro de interacción con proteínas coactivadoras.
es el receptor de glucocorticoides (GR) que en ausencia de la hormona se asocia a un
ormando un complejo en el citosol.
SEÑALIZACION DE LOS RN
Los receptores nucleares son proteínas multifuncionales que transducen las señales de sus
respectivos ligandos. Todos estos receptores actúan facilitando o dificultando la
de los genes, algunos residen fundamentalmente en el citoplasma, mientras que otros están
siempre en el núcleo. Se hallan formando complejos con proteínas de shock térmico (
Hsp90, Hsp70, del tipo de las chaperonas) que los mantienen en estado
Figura 4.Estructura receptores nucleares
ÁTEDRA DE BIOQUÍMICA
Los receptores nucleares, que poseen una serie común de dominios funcionales
. Esta representación lineal es útil para describir y
rar los receptores pero no muestra el rol de los plegamientos proteicos y de la
: posee una función activadora independiente del ligando, lo que le confiere
1 (activation function-1).
: es el dominio de unión al ADN, contiene una estructura denominada dedos
cisteínas unidas a un
átomo de zinc y contiene la información necesaria para el reconocimiento de las
os receptores nucleares poseen dos dedos de zinc,
es determinante de la
funcionalidad. También aquí se encuentra un subdominio denominado “caja P” que se
une a secuencias hexaméricas de nucleótidos del ADN llamados “half-sites”, que es otro
de los factores determinantes de la especificidad de la unión. Por último, este dominio
nuclear localization signal).
representa la región bisagra. Contiene además el resto de la NLS.
ligand binding domain), así
como la función activadora de la transcripción dependiente de ligando AF-2 (activation
(GR) que en ausencia de la hormona se asocia a un
Los receptores nucleares son proteínas multifuncionales que transducen las señales de sus
respectivos ligandos. Todos estos receptores actúan facilitando o dificultando la trascripción
de los genes, algunos residen fundamentalmente en el citoplasma, mientras que otros están
siempre en el núcleo. Se hallan formando complejos con proteínas de shock térmico (heat
mantienen en estado
Figura 4. Estructura receptores nucleares
Primero y principal, el ligando y el
receptor nuclear deben alcanzar el
núcleo. El receptor debe unirse a su
ligando con alta afinidad. Debido a que
la función mayor del receptor es regular
selectivamente la transcripción génica,
debe reconocer y ligar a los elementos
del promotor en genes diana apropiados.
Un mecanismo discriminatorio es la
dimerización del receptor con una
segunda copia de sí mismo o con otro
receptor nuclear (homo o
heterodimerización respectivamente). El
receptor unido al ADN debe traba
también en el contexto de la cromatina
para señalizar la maquinaria basal de
transcripción para incrementar o
disminuir la transcripción del gen diana.
Secuencia del mecanismo de acción
� Ingreso de la hormona al interior celular.� Unión de la hormona a su receptor específico (en citosol o núcleo), con
desplazamiento de las H� Cambio conformacional del receptor con formación de dímeros (homo o
heterodímeros). � Traslocación del complejo H� Unión del complejo H-
de Respuesta a Hormona” (
corrientes arriba del promotor del gen blanco. � Interacción del complejo H� Esta unión influye sobre el complejo de iniciación para ubicar correctamente a la
ARN Polimerasa II. � Iniciación o represión
REGULACIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN DE GENES
1) El reclutamiento de enzimas que modifican la estructura de la cromatina: las más importantes son las Transferase), ya que la acetilación de las histonas “abre y desenreda” la estructur
cromatínica.
2) Interacciones con cofactores de la transcripción: que son un grupo de proteínas; las cuales pueden ser de acción positiva denominándose negativa llamándose entonces
3) Modificación de la actividad de la ARN polimerasa II: a través del reclutamiento de los Factores de Transcripción Generales (GTF), inducido por la unión del complejo HR al gen diana. En este caso, la unión del ligando al receptor incrementatrascripción de genes. La trascripción de genes es mediado por un complejo de factores (factores de trascripción basal) que en última instancia regulan la actividad de la ARN polimerasa II (enzima encargada de la síntesis de ARN mensajero). Esta enzima utiliza un grupo de GTF, incluidos factores de la transcripción basal.
PRINCIPIOS DE ENDOCRINOLOGÍA CÁTEDRA DE
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Primero y principal, el ligando y el
receptor nuclear deben alcanzar el
núcleo. El receptor debe unirse a su
ligando con alta afinidad. Debido a que
la función mayor del receptor es regular
selectivamente la transcripción génica,
os elementos
del promotor en genes diana apropiados.
Un mecanismo discriminatorio es la
eceptor con una
segunda copia de sí mismo o con otro
receptor nuclear (homo o
heterodimerización respectivamente). El
receptor unido al ADN debe trabajar
también en el contexto de la cromatina
para señalizar la maquinaria basal de
transcripción para incrementar o
disminuir la transcripción del gen diana.
cuencia del mecanismo de acción (Fig. 5):
Ingreso de la hormona al interior celular. hormona a su receptor específico (en citosol o núcleo), con de las Hsp: formación del complejo Hormona-Receptor
Cambio conformacional del receptor con formación de dímeros (homo o
Traslocación del complejo H-R al núcleo (si antes se hallaba en citosol).-R a secuencias específicas del ADN denominadas “Elementos
de Respuesta a Hormona” (HRE; hormon receptor element), generalmente ubicados
corrientes arriba del promotor del gen blanco. l complejo H-R con factores de transcripción unidos al sitio promotor.
Esta unión influye sobre el complejo de iniciación para ubicar correctamente a la
o represión de la trascripción del gen blanco.
PCIÓN DE GENES
El reclutamiento de enzimas que modifican la estructura de la cromatina: las más importantes son las Acetil-transfererasas de Histonas (HAT
), ya que la acetilación de las histonas “abre y desenreda” la estructur
Interacciones con cofactores de la transcripción: que son un grupo de proteínas; las cuales pueden ser de acción positiva denominándose coactivadoresnegativa llamándose entonces correpresores.
Modificación de la actividad de la ARN polimerasa II: a través del reclutamiento de los Factores de Transcripción Generales (GTF), inducido por la unión del complejo HR al gen diana. En este caso, la unión del ligando al receptor incrementatrascripción de genes. La trascripción de genes es mediado por un complejo de factores (factores de trascripción basal) que en última instancia regulan la actividad de la ARN polimerasa II (enzima encargada de la síntesis de ARN mensajero). Esta
utiliza un grupo de GTF, incluidos factores de la transcripción basal.
Figura 5. Mecanismo señalización
ÁTEDRA DE BIOQUÍMICA
hormona a su receptor específico (en citosol o núcleo), con Receptor (H-R).
Cambio conformacional del receptor con formación de dímeros (homo o
eo (si antes se hallaba en citosol). a secuencias específicas del ADN denominadas “Elementos
), generalmente ubicados
con factores de transcripción unidos al sitio promotor. Esta unión influye sobre el complejo de iniciación para ubicar correctamente a la
El reclutamiento de enzimas que modifican la estructura de la cromatina: las más (HATs, Histone Acetyl
), ya que la acetilación de las histonas “abre y desenreda” la estructura
Interacciones con cofactores de la transcripción: que son un grupo de proteínas; las coactivadores o de acción
Modificación de la actividad de la ARN polimerasa II: a través del reclutamiento de los Factores de Transcripción Generales (GTF), inducido por la unión del complejo H-R al gen diana. En este caso, la unión del ligando al receptor incrementa la trascripción de genes. La trascripción de genes es mediado por un complejo de factores (factores de trascripción basal) que en última instancia regulan la actividad de la ARN polimerasa II (enzima encargada de la síntesis de ARN mensajero). Esta
utiliza un grupo de GTF, incluidos factores de la transcripción basal.
Mecanismo señalización RN
Activación de la expresión génica dependiente del ligando: unión al ADN y reclutamiento de
El complejo H-R se encuentra unido al ADN activándose la transcractivación se reclutan proteínas coactivadoras (CBP y p300 especialmente). Las proteínas coactivadoras poseen actividad acetilasa, por lo que su reclutamiento por los receptores activados origina la acetilación de las histonque la cromatina adopte una conformación desenrollada. En este modelo, entonces, el mecanismo es la activación de las enzimas HATs, responsables de dicha acetilación.
Represión de la expresión génica independiente del ligando: unión al ADN y reclutamiento de
Algunos RN están unidos al ADN en ausencia de la hormona reprimiendo negativamente la transcripción del gen diana. Esta represión no solo “anula” al gen diana, sino que también amplifica la magnitud de la posterior activación del gen al unirse la hormona. recluta a cofactores de acción negativa, llamados correpresores hacia el gen diana, como ser el NCoR (Correpresor del Receptor Nuclear) y el SMRT (Mediador para silenciar a los receptores de retinoides y de hormona tiroidea; principalmente. El mecanismo de acción es la inhibición de la actividad de la enzima HAT, mediante el reclutamiento de enzimas Desacetilasas de Histonas (HDACs), llevando a la compactación de la cromatina.
Regulación negativa de la expresión génica dependiente del ligando (Transrepresión): unión al ADN
y reclutamiento de correpresores o coactivadoras.
Es la represión de la transcripción en presencia de hormona ligada a su receptor. Uno de los mecanismos incluye la unión del RN a sitios del ADN que revierten la activación llamados “elementos de respuesta negativa” (NRE; Negative Response Elements
correpresores y HDACs a estos sitios.
PRINCIPIOS DE ENDOCRINOLOGÍA CÁTEDRA DE
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Activación de la expresión génica dependiente del ligando: unión al ADN y reclutamiento de coactivadores. (Fig. 6)
R se encuentra unido al ADN activándose la transcripción del gen diana. Para esta activación se reclutan proteínas coactivadoras (CBP y p300 especialmente). Las proteínas coactivadoras poseen actividad acetilasa, por lo que su reclutamiento por los receptores activados origina la acetilación de las histonas en los residuos de lisina y facilita la transcripción génica, al hacer que la cromatina adopte una conformación desenrollada. En este modelo, entonces, el mecanismo es la activación de las enzimas HATs, responsables de dicha acetilación.
Represión de la expresión génica independiente del ligando: unión al ADN y reclutamiento de
correpresores. (Fig. 7)
Algunos RN están unidos al ADN en ausencia de la hormona reprimiendo negativamente la transcripción del gen diana. Esta represión no solo “anula” al gen diana, sino que también amplifica la magnitud de la posterior activación del gen al unirse la hormona. El RN no unido a la hormona recluta a cofactores de acción negativa, llamados correpresores hacia el gen diana, como ser el NCoR (Correpresor del Receptor Nuclear) y el SMRT (Mediador para silenciar a los receptores de retinoides y de hormona tiroidea; Silencing Mediator for Retinoid and Tiroid receptors
principalmente. El mecanismo de acción es la inhibición de la actividad de la enzima HAT, mediante el reclutamiento de enzimas Desacetilasas de Histonas (HDACs), llevando a la compactación de la
Regulación negativa de la expresión génica dependiente del ligando (Transrepresión): unión al ADN
y reclutamiento de correpresores o coactivadoras.
Es la represión de la transcripción en presencia de hormona ligada a su receptor. Uno de los incluye la unión del RN a sitios del ADN que revierten la activación llamados “elementos
Negative Response Elements), en este caso el complejo Hcorrepresores y HDACs a estos sitios.
Figura 6. Reclutamiento de
ÁTEDRA DE BIOQUÍMICA
Activación de la expresión génica dependiente del ligando: unión al ADN y reclutamiento de
ipción del gen diana. Para esta activación se reclutan proteínas coactivadoras (CBP y p300 especialmente). Las proteínas coactivadoras poseen actividad acetilasa, por lo que su reclutamiento por los receptores activados
as en los residuos de lisina y facilita la transcripción génica, al hacer que la cromatina adopte una conformación desenrollada. En este modelo, entonces, el mecanismo
Represión de la expresión génica independiente del ligando: unión al ADN y reclutamiento de
Algunos RN están unidos al ADN en ausencia de la hormona reprimiendo negativamente la transcripción del gen diana. Esta represión no solo “anula” al gen diana, sino que también amplifica
El RN no unido a la hormona recluta a cofactores de acción negativa, llamados correpresores hacia el gen diana, como ser el N-CoR (Correpresor del Receptor Nuclear) y el SMRT (Mediador para silenciar a los receptores de
lencing Mediator for Retinoid and Tiroid receptors) principalmente. El mecanismo de acción es la inhibición de la actividad de la enzima HAT, mediante el reclutamiento de enzimas Desacetilasas de Histonas (HDACs), llevando a la compactación de la
Regulación negativa de la expresión génica dependiente del ligando (Transrepresión): unión al ADN
Es la represión de la transcripción en presencia de hormona ligada a su receptor. Uno de los incluye la unión del RN a sitios del ADN que revierten la activación llamados “elementos
), en este caso el complejo H-R recluta
Reclutamiento de coactivadores
Receptores de Membrana Son receptores localizados en la superficie celular que funcionan ya sea para transportar
sus ligandos al interior celular (endocitosis mediada por receptor) o bien
cascadas de señalización intracelular
REGULACIÓN DE LA SENSIBILIDAD A
Se realiza por diversos mecanismos:
� Sobre el número de Rvaría en distintos estados fisiológicos. Generalmente la concentración de hormona presente regula la cantidad de receptores específiblanco. Un aumento sostenido del nivel de hormona provoca disminución del número de receptores disponibles o su denominado regulación "hacia abajo" ("
fenómeno contrario, aumento del número de receptores en la membrana externa, regulación "hacia arriba" o "
ligando específico. Las variaciones en número de los receptores se producen ya sea por exocitosis o bien endocitosis mediada por receptor; en tanto que la activación o inactivación puede mediarse por modificaciones covalentes (como fosforilaciones o desfosforilaciones) que alteran su conformación.
La disminución absoluta o relativa de la acti
a causas patológicas, ya sean alteraciones genéticas (mutacio
proteína del receptor o de al
de señales más allá del receptor, o a procesos auto
producen anticuerpos contra un receptor determinado.
Figura 7. Reclutamiento de correpresores
PRINCIPIOS DE ENDOCRINOLOGÍA CÁTEDRA DE
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Son receptores localizados en la superficie celular que funcionan ya sea para transportar
sus ligandos al interior celular (endocitosis mediada por receptor) o bien
cascadas de señalización intracelular, desde su ubicación en la membrana plasmática.
IBILIDAD A HORMONA:
Se realiza por diversos mecanismos:
Sobre el número de R: la cantidad de receptores para un determinadistintos estados fisiológicos. Generalmente la concentración de
sente regula la cantidad de receptores específiblanco. Un aumento sostenido del nivel de hormona provoca disminución del número de receptores disponibles o su inactivación. Este fenómedenominado regulación "hacia abajo" ("down regulation") o "desensibilización". El
fenómeno contrario, aumento del número de receptores en la membrana externa, regulación "hacia arriba" o "up regulation", se produce cuando h
ligando específico. Las variaciones en número de los receptores se producen ya sea por exocitosis o bien endocitosis mediada por receptor; en tanto que la activación o inactivación puede mediarse por modificaciones covalentes (como
rilaciones o desfosforilaciones) que alteran su conformación.
La disminución absoluta o relativa de la actividad de receptores puede obedecer
lógicas, ya sean alteraciones genéticas (mutacio
proteína del receptor o de algunos de los eslabones del sistema de
de señales más allá del receptor, o a procesos autoinmunes en los cuales se
producen anticuerpos contra un receptor determinado.
rrepresores
ÁTEDRA DE BIOQUÍMICA
Son receptores localizados en la superficie celular que funcionan ya sea para transportar
sus ligandos al interior celular (endocitosis mediada por receptor) o bien “gatillando” vías o
desde su ubicación en la membrana plasmática.
a cantidad de receptores para un determinado ligando distintos estados fisiológicos. Generalmente la concentración de
sente regula la cantidad de receptores específicos en las células blanco. Un aumento sostenido del nivel de hormona provoca disminución del
inactivación. Este fenómeno es ") o "desensibilización". El
fenómeno contrario, aumento del número de receptores en la membrana externa, do hay deficiencia del
ligando específico. Las variaciones en número de los receptores se producen ya sea por exocitosis o bien endocitosis mediada por receptor; en tanto que la activación o inactivación puede mediarse por modificaciones covalentes (como
rilaciones o desfosforilaciones) que alteran su conformación.
vidad de receptores puede obedecer
nes) que afectan la
gunos de los eslabones del sistema de transducción
inmunes en los cuales se
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� Modificaciones post-traduccionales del R: que aumentan o disminuyen la eficacia de la unión.
� Modificaciones de los mecanismos post R: que modifican la vía final común y la respuesta celular.
La transducción de señal es el conjunto de procesos o etapas que ocurren de forma
encadenada por el que una célula convierte una determinada señal o estímulo exterior, en
otra señal o respuesta específica. Este mecanismo es detonado cuando algún ligando se une
a su receptor presente en la membrana plasmática de la célula produciéndose la activación
del receptor que es transmitida a modo de cascada corriente abajo.
En el proceso de transducción de señal; mediante una cadena de pasos (cascada de señalización), están implicados cada vez más un número mayor de sustancias y enzimas (segundos mensajeros y proteínas señales) cuyo resultado es la amplificación de la señal, es decir, que un pequeño estímulo provoca una gran respuesta celular.
La señal de transducción que se desarrolla corriente abajo en el interior celular es llevada a cabo en gran parte por moléculas denominadas “segundos mensajeros”, siendo el primer mensajero, la propia hormona que desencadenó este proceso. Estas moléculas se caracterizan por poseer un bajo peso molecular y por su facilidad para variar en un rango de concentraciones amplio, dependiendo de la presencia o no de señales que estimulen su presencia, hasta inducir un cambio fisiológico en un efector, como, por ejemplo, una quinasa o un factor de transcripción. Los segundos mensajeros más usuales son: el 3',5'-AMP cíclico (AMPc), 3',5'-GMP cíclico (GMPc), 1,2-diacilglicerol (DAG) e inositol 1,4,5-trifosfato (IP3), el calcio (Ca2+) y diversos fosfolípidos denominados fosfoinosítidos, presentes en las membranas celulares.
Las “proteínas señales” son proteínas que se encuentran en el citosol de la célula y se
encargan de llevar la información desde la superficie de la célula hasta el núcleo.
Una proteína señal activa a otra, y así sucesivamente hasta llegar a activar proteínas
reguladoras de genes en el núcleo (llamadas factores de transcripción) y así provocar la
transcripción del ADN a ARNm, con la consiguiente síntesis de proteínas. La activación de la
proteína señal es mediante fosforilación en distintos aminoácidos, generalmente tirosina,
serina o treonina (proteína-quinasa).
Una “proteína-quinasa” es una enzima que modifica a otras proteínas (sustratos), mediante
fosforilación, y por tanto activándolas o desactivándolas. Unas dependen de AMPc, otras de
GMPc, de DAG, de Ca2+ y de receptores tirosina quinasa. Mediante las proteínas quinasas se
produce modificaciones covalentes de enzimas y otras proteínas de variada naturaleza y
funciones. La fosforilación juega un papel importante en la regulación de sistemas de
transporte de membranas, en la multiplicación celular, en la modulación de la actividad de
la síntesis de nucleótidos y proteínas. Por lo tanto, las proteínas quinasas ocupan un lugar
central en la transducción de señal: sirven de puente entre un segundo mensajero, y las
respuestas celulares al estímulo (activación o desactivación de factores de transcripción, por
ejemplo). Del mismo modo las “proteínas fosfatasas” son reconocidas como componentes
esenciales en los sistemas de transducción de señales; a través de su acción de
desfosforilación ocupan un lugar de igual importancia que el de las fosforilaciones en
procesos de activación-inactivación covalente de proteínas.
PRINCIPIOS DE ENDOCRINOLOGÍA CÁTEDRA DE BIOQUÍMICA
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Las proteínas señales más destacadas son algunas MAP Quinasas: ERK1/2, p38 y JNK. Las
MAP quinasas son “proteínas quinasa activadas por mitógenos”.
Un mitógeno es un inductor de proliferación y diferenciación celular, como por ejemplo la
insulina, o factores de crecimiento como IGF-1, y otras proteínas señal como AMP quinasa,
Akt, GSK3 y p70S6K. Estas MAP quinasas, son activadas por una gran variedad de señales
(insulina, factores de crecimiento, factores de stress ambiental) y transmiten estas señales
fosforilando numerosos substratos, obteniéndose como resultante varios efectos biológicos.
Algunos de ellos son inducción de proliferación, diferenciación celular, hipertrofia,
inflamación, apoptosis, metabolismo de carbohidratos y transcripción de genes. La
activación de estas proteínas, es mediada por receptores del tipo tirosina quinasa, como el
receptor de insulina.
CLASIFICACIÓN DE LOS RECEPTORES DE MEMBRANA
Los receptores de superficie celular pueden ser clasificados en:
1- Canales Iónicos Dependientes de Ligando. 2- Receptor Tirosina-Quinasa. 3- Receptor Serina-Treonina-Quinasa. 4- Receptor Guanilato Ciclasa. 5- Receptor Acoplado a Proteína G (GPCR; G Protein Coupled Receptor)
6- Receptores de Citoquinas.
Los receptores de la clases 1 a 4 son moléculas bifuncionales que unen hormona y sirven a
su vez como efectores al actuar como canales iónicos o enzimas. En cambio, los receptores 5
y 6 ligan hormona pero deben reclutar otra molécula para catalizar su función.
RECEPTOR DE TIROSINA QUINASA
Estructuralmente están constituidos por una cadena polipeptídica cuyo extremo N-terminal
posee el sitio de unión del ligando; sigue una hélice α transmembrana y la porción citosólica
correspondiente al extremo C-terminal donde se encuentra el sitio activo de función
catalítica de Tirosin-Quinasa (TQ). El receptor de insulina, que pertenece a esta
clasificación, es algo más complejo; está formado por dos heterodímeros α y β unidos entre
sí por puentes disulfuro.
La fijación del ligando al dominio extracelular de estos receptores, produce un cambio
conformacional que induce dimerización (excepto en el de insulina, formado por dos
heterodímeros) y activación de la TQ del dominio citosólico. Se produce fosforilación cruzada
de una cadena a otra en varios restos de tirosina de este dominio; se habla de
autofosforilación del receptor. Como resultado de estas fosforilaciones, aumenta la actividad
de la quinasa y se crean sitios a los cuales pueden unirse otras proteínas señales que
actúan como eslabones en la cadena de transmisión de la señal corriente abajo, como lo son
las que constituyen los sistema Ras y MAP Quinasa (ver más adelante).
Existen por lo menos dos mecanismos donde la fosforilación de tirosina regula la función
proteica.
a) Induciendo un cambio conformacional en la proteína. b) Regulando las interacciones proteína-proteína (mecanismo indirecto).
Algunos de los sustratos proteicos fosforilados por este receptor son:
a) IRS (sustrato del receptor de insulina
b) Dominios SH2 (consisten en una secueque ligan residuos de tirosina. Los dominios SH2 varían con respecto a su ligando específico, por ejemplo: PI3K (fosfatidilbinding 2, ligando 2 de factores de crecimiento)
c) Dominios SH3 (que consisten en una secuencia de aproximadamente 50 aminoácidos que ligan secuencias ricas en prolina).
Por lo tanto, a modo de ejemplo, las IRS sirven como “proteínas de anclaje”, muelle o
docking que en general ligan dominios SH2, y ent
desencadena múltiples vías de señalización corriente abajo, de las cuales algunas de las
más importantes son la cascada Ras
partiendo corrientes abajo a partir de Ras.
tirosina-quinasas para promover el crecimiento celular y regular la expresión de varios
genes.
Los ligandos que utilizan este tipo de receptor son los siguientes:
epidérmico (EGF), Factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF),
crecimiento derivado de gliomas (GDGF),
e IGF II) y la Insulina.
Para la activación de la función TQ de estos receptores es importante el pap
dimerización. Hay tres mecanismos:
1) Por ligando dimérico: cada subunidad del ligando se une a un R, por un lado y por otro lado a otra subunidad del mismo ligando. En total se ligan dos R. (Figizquierda).
2) Dos sitios de unión dentro de un mismo ligandoR, cada uno de los cuales se
3) Dímero de R preexistente: El R en este caso ya está dimerizado, aún en ausencia de ligando, pero dispuesto y orientado de tal forma que no puede activarse antes de unión con el ligando, ej R de insulina. (Fig. 9).
RECEPTOR SERINA QUINASA
PRINCIPIOS DE ENDOCRINOLOGÍA CÁTEDRA DE
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Algunos de los sustratos proteicos fosforilados por este receptor son:
IRS (sustrato del receptor de insulina, Insulin Receptor Substrate) 1,2,3 y 4.
Dominios SH2 (consisten en una secuencia de aproximadamente 100 aminoácidos que ligan residuos de tirosina. Los dominios SH2 varían con respecto a su ligando específico, por ejemplo: PI3K (fosfatidil-inositol 3 quinasa) y Grb
ligando 2 de factores de crecimiento).
Dominios SH3 (que consisten en una secuencia de aproximadamente 50 aminoácidos que ligan secuencias ricas en prolina).
Por lo tanto, a modo de ejemplo, las IRS sirven como “proteínas de anclaje”, muelle o
que en general ligan dominios SH2, y entre estos, a PI3K y Grb
desencadena múltiples vías de señalización corriente abajo, de las cuales algunas de las
cascada Ras, JAK-STAT, MEK y MAP-quinasa, encadenadas entre sí,
partiendo corrientes abajo a partir de Ras. Estas cascadas contribuyen a la habilidad de las
quinasas para promover el crecimiento celular y regular la expresión de varios
Los ligandos que utilizan este tipo de receptor son los siguientes: Factor de crecimiento
tor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF),
recimiento derivado de gliomas (GDGF), Factor de crecimiento similar a insulina I y II
Para la activación de la función TQ de estos receptores es importante el pap
. Hay tres mecanismos:
Por ligando dimérico: cada subunidad del ligando se une a un R, por un lado y por otro lado a otra subunidad del
o. En total se (Fig. 8;
Dos sitios de unión al R dentro de un mismo ligando: El ligando posee en su estructura dos sitios de unión al R, cada uno de los cuales se une a un R. Ej Tyr-quinasa y GH. (Fig
Dímero de R preexistente: El R en este caso ya está dimerizado, aún en ausencia de ligando, pero dispuesto y orientado de tal forma que no puede activarse antes de unión con el ligando, ej R de
QUINASA
Figura 8. Receptores Tirosina Quinasa.
Activación por Dimerización.
Figura 9. Receptor
de Insulina
ÁTEDRA DE BIOQUÍMICA
) 1,2,3 y 4.
ncia de aproximadamente 100 aminoácidos que ligan residuos de tirosina. Los dominios SH2 varían con respecto a su ligando
inositol 3 quinasa) y Grb-2 (Growth factors
Dominios SH3 (que consisten en una secuencia de aproximadamente 50
Por lo tanto, a modo de ejemplo, las IRS sirven como “proteínas de anclaje”, muelle o
re estos, a PI3K y Grb-2. Esta unión
desencadena múltiples vías de señalización corriente abajo, de las cuales algunas de las
, encadenadas entre sí,
Estas cascadas contribuyen a la habilidad de las
quinasas para promover el crecimiento celular y regular la expresión de varios
Factor de crecimiento
tor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF), Factor de
insulina I y II (IGF I
Para la activación de la función TQ de estos receptores es importante el papel que juega la
: El ligando posee en su estructura dos sitios de unión al (Fig. 8; derecha).
Receptores Tirosina Quinasa.
Activación por Dimerización.
acciones biológicas de la familia de
familia de citoquinas MIS/BMP (Müllerian Inhibitory Substance
Protein).
Estos receptores contienen actividad serina
y forman heterodímeros para ser activados. El receptor tipo II tiene una actividad serina
treonina quinasa constitutiva, no modulada por la unión a su ligando. Sin embargo, la
unión del ligando al receptor tipo II es reconocida por el receptor tipo I, uniéndose a
para formar un complejo. A continuación el receptor tipo I es fosforilado por el II. Esta
fosforilación activa la proteína
factores de transcripción Smad. Estas proteínas fosforiladas se unen a ot
familia Smad y como resultado, se produce su translocación al núcleo para finalmente
regular la expresión génica. (Fig
RECEPTOR GUANILATO CICLASA
Estos receptores están constituidos por una cadena
polipeptídica con un dominio extracelular al cual se une el
ligando, una hélice α transmembrana y un dominio
citosólico con actividad enzimática.
polipeptídica proporciona el sitio de
dominio transmembrana y la actividad guanilato ciclasa
(Fig. 11). Esta enzima cataliza la formación de GMPc a
partir de GTP. La fijación del ligando estimula la ciclasa y
genera en el citosol GMPc que actúa como segundo
mensajero. A esta clase de receptores pertenecen los de
péptidos natriuréticos atriales.
Existe un tipo de guanilato ciclasa solubles (que no son
receptores de membrana) citosólicas que son activadas por
pequeñas moléculas que atraviesan las membranas como
Figura
Mecanismo de Acción.
PRINCIPIOS DE ENDOCRINOLOGÍA CÁTEDRA DE
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Estructuralmente estos
receptores poseen un
dominio N
extracelular, donde se
une el ligando; un simple
dominio transmembrana
y un dominio C
intracelular que
posee actividad quinasa.
Estos receptores
fosforilan residuos d
serina y treonina en sus
proteínas sustrato. Hay 2
tipos de receptores serina
quinasa: tipo I y tipo II.
El receptor de serina
quinasa media las
acciones biológicas de la familia de ligandos del TGF (transforming growth factor)
familia de citoquinas MIS/BMP (Müllerian Inhibitory Substance /Bone Morphogenic
Estos receptores contienen actividad serina-treonina quinasa en su dominio citoplasmático
os para ser activados. El receptor tipo II tiene una actividad serina
treonina quinasa constitutiva, no modulada por la unión a su ligando. Sin embargo, la
unión del ligando al receptor tipo II es reconocida por el receptor tipo I, uniéndose a
formar un complejo. A continuación el receptor tipo I es fosforilado por el II. Esta
proteína-quinasa del receptor I, lo que conduce a la fosforilación de los
factores de transcripción Smad. Estas proteínas fosforiladas se unen a ot
familia Smad y como resultado, se produce su translocación al núcleo para finalmente
(Fig. 10).
RECEPTOR GUANILATO CICLASA
Estos receptores están constituidos por una cadena
polipeptídica con un dominio extracelular al cual se une el
transmembrana y un dominio
citosólico con actividad enzimática. Así, una sola cadena
polipeptídica proporciona el sitio de unión de hormona, el
dominio transmembrana y la actividad guanilato ciclasa.
Esta enzima cataliza la formación de GMPc a
partir de GTP. La fijación del ligando estimula la ciclasa y
genera en el citosol GMPc que actúa como segundo
sta clase de receptores pertenecen los de
péptidos natriuréticos atriales.
Existe un tipo de guanilato ciclasa solubles (que no son
receptores de membrana) citosólicas que son activadas por
raviesan las membranas como
Figura 10. Receptores Serina-Treonina Quinasa.
Mecanismo de Acción.
Figura 11.
Receptor
Guanilato
Ciclasa
ÁTEDRA DE BIOQUÍMICA
Estructuralmente estos
receptores poseen un
dominio N-terminal
extracelular, donde se
une el ligando; un simple
dominio transmembrana
y un dominio C-terminal
intracelular que es la que
posee actividad quinasa.
Estos receptores
fosforilan residuos de
serina y treonina en sus
proteínas sustrato. Hay 2
tipos de receptores serina
quinasa: tipo I y tipo II.
El receptor de serina
quinasa media las
ligandos del TGF (transforming growth factor)-β y de la
/Bone Morphogenic
treonina quinasa en su dominio citoplasmático
os para ser activados. El receptor tipo II tiene una actividad serina
treonina quinasa constitutiva, no modulada por la unión a su ligando. Sin embargo, la
unión del ligando al receptor tipo II es reconocida por el receptor tipo I, uniéndose a aquél
formar un complejo. A continuación el receptor tipo I es fosforilado por el II. Esta
del receptor I, lo que conduce a la fosforilación de los
factores de transcripción Smad. Estas proteínas fosforiladas se unen a otro miembro de la
familia Smad y como resultado, se produce su translocación al núcleo para finalmente
PRINCIPIOS DE ENDOCRINOLOGÍA CÁTEDRA DE BIOQUÍMICA
Página 17
el óxido nítrico (NO) y el monóxido de carbono (CO).
RECEPTORES ACOPLADOS A PROTEÍNA G (GPCR)
Es una numerosa familia de receptores de superficie, que presentan siete hélice α
transmembranas. El extremo N-terminal, extracelular, posee varias cadenas de
oligosacáridos; la hormona se une a un nicho formado por los extremos externos de varias
de las hélices α transmembrana; el extremo C-terminal se encuentra en el lado citosólico e
interaccionan, cuando el receptor es activado por la hormona, con proteínas G ubicadas en
la cara interna de la membrana plasmática.
Las Proteínas G, así llamadas por su propiedad de unirse a nucleótidos de guanina (GDP o
GTP), juegan un papel esencial en sistemas de transducción de señales. Sirven de nexo
entre los receptores y proteínas efectoras dentro de la célula.
Las proteínas G constan de tres tipos de subunidades: α, β y γ. Este heterotrímero está
anclado a la cara interna de la membrana plasmática, a través de uniones covalentes con
los fosfolípidos. La subunidad α es el componente de fijación del nucleótido de guanina, las
subunidades βγ forman un conjunto estrechamente asociado que funciona como una
unidad (dímero βγ).
Figura 12. Activación de GPCR
PRINCIPIOS DE ENDOCRINOLOGÍA CÁTEDRA DE BIOQUÍMICA
Página 18
Las arrestinas son una familia de proteínas que son importantes para regular la transducción de señal dentro de la célula. Son parte de un mecanismo de 2 pasos para regular la actividad de GPCR. En respuesta a un estimulo, el GPCR activa a una proteína G, para desactivar esta respuesta o adaptarse a un estimulo constante, los receptores activados necesitan ser bloqueados. El primer paso consiste en una fosforilación por una clase de serina-treonina quinasa llamada GRK (G protein
Receptor Kinase). Esta fosforilación marca específicamente al receptor activado para que pueda ligar a la arrestina. Una vez que la arrestina ha sido ligada el receptor es incapaz de continuar transduciendo la señal.
La subunidad α fija con alta afinidad nucleótidos de guanina (GDP o GTP). Mientras está
unido a GDP se mantiene firmemente asociada al dímero βγ para integrar el heterotrímero
que es inactivo. La unión de la hormona al receptor de membrana produce en éste un
cambio conformacional que determina su interacción con la proteína G inactiva, se produce
entonces la liberación del GDP e ingreso del GTP a la subunidad α. El complejo α-GTP se
disocia del dímero βγ y adquiere actividad moduladora sobre la proteína efectora (ej:
adenilato ciclasa, fosfolipasas) que le sigue en el sistema de señales, en donde en general se
forman segundos mensajeros.
Además, la subunidad α tiene actividad GTPasa; es decir que es capaz de hidrolizar el GTP
fijado para dar GDP + Pi libre. Este complejo subunidad α-GDP vuelve a fijarse al dímero βγ y reconstituye el heterotrímero inactivo. (Fig. 12).
En realidad existen varias formas de la subunidad α, dos de ellas designadas αs
(estimuladora, stimulating) y αi (inhibidora), ambas actúan con la adenilato ciclasa, y una
tercera, denominada αq, involucrada en la acción de la Fosfolipasa C, que mencionaremos
más adelante.
Mecanismo de Activación de los GPCR
Paso 1: La hormona se une al receptor en la membrana.
Paso 2: se produce un cambio conformacional en el receptor que deja expuesto un sitio para
la fijación del dímero βγ.
Paso 3: la subunidad α intercambia el GDP unido por
GTP
Paso 4: la disociación de GDP provoca la separación
de la subunidad α del dímero βγ.
Paso 5: en la superficie del complejo subunidad α-
GTP se origina un sitio de unión para la interacción
con la Proteína Efectora que sigue en el sistema de
transmisión de señal.
Paso 6: el GTP se hidroliza a GDP por la actividad
GTPasa de la subunidad α, devolviéndola a su
conformación original y permitiendo de nuevo su
interacción con el dímero βγ retornando el sistema al
estado no estimulado en espera de otro ciclo de
actividad.
En el caso en que una proteína G inhibidora se
acople al receptor, los fenómenos son similares, pero
la inhibición de la actividad de la proteína efectora
puede producirse aquí por interacción directa de la
subunidad α inhibidora con la misma, o alterna-
tivamente la subunidad α inhibidora puede
interaccionar directamente con la subunidad α
estimuladora del otro lado y evitar así indirectamente
la estimulación de la actividad de la proteína efectora.
Diversos experimentos han permitido identificar al menos 15 genes distintos que codifican
las subunidades α en mamíferos. También parece existir diversidad entre las formas
mamíferos. Se han descripto al menos 4 ADNc de subunidades
número igual en las γ.
RECEPTORES DE CITOQUINAS (receptores asociados a
Son semejantes en estructura a los receptores
componen generalmente de 2 o má
presentan en su dominio citosólico la función catalítica, sino que tienen la capacidad para
asociarse a proteínas TQ citoplasmáticas.
Hay más de 25 ligandos conocidos incluyendo: hormona de crecimiento, prolactina, leptina,
eritropoyetina, la mayoría de las interleuquinas e interferones
Cuando el ligando se fija al dominio extracelular, se produce dimerización y la porción
citosólica interacciona con TQ
Familia Janus de Tirosinas Quinasas (JAKs
conocidos: JAK1, JAK2, JAK3 y Tyk2. En la mayoría de los casos las JAKs se asocian al
receptor incrementando su actividad, su afinidad por el ligando o ambas. Un vez activadas
al complejo receptor de citoquina
tirosina quinasa antes descripta (IRS, Grb2; que llevan a la activación de la cascada Ras
MAP quinasa, fosfolipasa C e IP3
Sin embargo existe una familia de proteínas señales importantes para la f
citoquinas, denominadas STATs (
STATs son factores de trascripción citoplasmáticos latentes que se unen a través de sus
dominios SH2 a una o más fosfotirosinas del Complejo Receptor Citoqui
Luego, las STATs se autofosforilan y se disocian de este complejo y se dimerizan con otras
STATs, traslocándose al núcleo y uniéndose a elementos del promotor dentro de los
de respuesta a citoquinas. (Fig
PRINCIPIOS DE ENDOCRINOLOGÍA CÁTEDRA DE
Página 19
imentos han permitido identificar al menos 15 genes distintos que codifican
en mamíferos. También parece existir diversidad entre las formas
mamíferos. Se han descripto al menos 4 ADNc de subunidades β y probablemente un
TORES DE CITOQUINAS (receptores asociados a TQ extrínseca)
Son semejantes en estructura a los receptores TQ descriptos, sin embargo estos se
componen generalmente de 2 o más subunidades, con un máximo
inio citosólico la función catalítica, sino que tienen la capacidad para
citoplasmáticas.
Hay más de 25 ligandos conocidos incluyendo: hormona de crecimiento, prolactina, leptina,
eritropoyetina, la mayoría de las interleuquinas e interferones α, β y γ.
Cuando el ligando se fija al dominio extracelular, se produce dimerización y la porción
TQ citoplasmáticas, que pertenecen a una familia
Familia Janus de Tirosinas Quinasas (JAKs; Just Another Kinase). Existen 4 miemb
conocidos: JAK1, JAK2, JAK3 y Tyk2. En la mayoría de los casos las JAKs se asocian al
receptor incrementando su actividad, su afinidad por el ligando o ambas. Un vez activadas
las JAKs estas se
fosforilan a si
mismas y al
receptor en
múltiples tirosina
constituyendo el
complejo Receptor
de Citoquina
esto genera sitios de
unión para diversas
proteínas señales
que contienen
dominios de unión a
fosfotirosinas como
por ejemplo los
SH2. Las proteínas
señales reclutadas
al complejo receptor de citoquinas-JAK son generalmente las mismas que para la vía de la
tirosina quinasa antes descripta (IRS, Grb2; que llevan a la activación de la cascada Ras
MAP quinasa, fosfolipasa C e IP3-K).
Sin embargo existe una familia de proteínas señales importantes para la f
citoquinas, denominadas STATs (Signal Transducers and Activators of Trascription
STATs son factores de trascripción citoplasmáticos latentes que se unen a través de sus
dominios SH2 a una o más fosfotirosinas del Complejo Receptor Citoqui
Luego, las STATs se autofosforilan y se disocian de este complejo y se dimerizan con otras
STATs, traslocándose al núcleo y uniéndose a elementos del promotor dentro de los
(Fig. 13).
Figura 13. Receptor de citoquinas.
ÁTEDRA DE BIOQUÍMICA
imentos han permitido identificar al menos 15 genes distintos que codifican
en mamíferos. También parece existir diversidad entre las formas β y γ de
y probablemente un
extrínseca)
descriptos, sin embargo estos se
de 6. Aunque no
inio citosólico la función catalítica, sino que tienen la capacidad para
Hay más de 25 ligandos conocidos incluyendo: hormona de crecimiento, prolactina, leptina,
Cuando el ligando se fija al dominio extracelular, se produce dimerización y la porción
, que pertenecen a una familia denominada
xisten 4 miembros
conocidos: JAK1, JAK2, JAK3 y Tyk2. En la mayoría de los casos las JAKs se asocian al
receptor incrementando su actividad, su afinidad por el ligando o ambas. Un vez activadas
las JAKs estas se
fosforilan a si
mismas y al
receptor en
múltiples tirosinas
constituyendo el
complejo Receptor
de Citoquina-JAK,
esto genera sitios de
unión para diversas
proteínas señales
que contienen
dominios de unión a
fosfotirosinas como
por ejemplo los
SH2. Las proteínas
señales reclutadas
JAK son generalmente las mismas que para la vía de la
tirosina quinasa antes descripta (IRS, Grb2; que llevan a la activación de la cascada Ras-
Sin embargo existe una familia de proteínas señales importantes para la función de
Signal Transducers and Activators of Trascription), estas
STATs son factores de trascripción citoplasmáticos latentes que se unen a través de sus
dominios SH2 a una o más fosfotirosinas del Complejo Receptor Citoquina-JAK activado.
Luego, las STATs se autofosforilan y se disocian de este complejo y se dimerizan con otras
STATs, traslocándose al núcleo y uniéndose a elementos del promotor dentro de los genes
Las proteínas SOCSs (Suppressors Of Cytokine
terminación de la señal de las citoquinas a través de un bucle de feed
generalmente sintetizadas en respuesta a las citoquinas, y se unen a través de su dominio
SH2 a las fosfotirosinas del complejos receptor citoquina
señalización.
SISTEMAS DE TCORRIENTE ABAJO
Sistema Ras-quinasa y MAP-quinasaEsta vía de transducción de señales pone en acción una cascada de proteínas quinasas muy
importantes en la regulación de numerosas funciones celulares. Todos sus componentes
son proteínas, no se generan segundos mensajeros de molécula pequeña.
Las proteínas Ras forman una familia de unos 50 miembros. Son proteínas pequeñas que
unen nucleótidos de guanina, integrantes de sistema de transmisión de señales relacionado
con la modulación de la multiplicación y desarrollo celular. A esta familia pertenecen
también las proteínas ARF y Rab, vinculadas a la regulación del tránsito vesicular de
proteínas, las Ran, relacionadas con la importación de proteínas en el núcleo y las Rho,
involucradas en la organización del citoesqueleto.
En realidad, existen diversas vías
por Ras-GTP de la proteína Raf (MAPKKK), la que a su vez fosforila y estimula a MEK
(MAPKK), esta última a restos ser
la familia de quinasa reguladas por señales extracelulares, denominadas ERK (MAPK).Estas
quinasas fosforilan una variedad de proteínas blanco que incluyen otras proteínas quinasa y
factores de transcripción en el núcleo, modulando la actividad génica.
PRINCIPIOS DE ENDOCRINOLOGÍA CÁTEDRA DE
Página 20
(Suppressors Of Cytokine-Signaling) juegan un rol importante en la
terminación de la señal de las citoquinas a través de un bucle de feed-back negativo. Son
generalmente sintetizadas en respuesta a las citoquinas, y se unen a través de su dominio
fosfotirosinas del complejos receptor citoquina-JAK inhibiendo la posterior
TRANSDUCCIÓN DE SEÑALES
BAJO
quinasa Esta vía de transducción de señales pone en acción una cascada de proteínas quinasas muy
importantes en la regulación de numerosas funciones celulares. Todos sus componentes
son proteínas, no se generan segundos mensajeros de molécula pequeña.
forman una familia de unos 50 miembros. Son proteínas pequeñas que
unen nucleótidos de guanina, integrantes de sistema de transmisión de señales relacionado
con la modulación de la multiplicación y desarrollo celular. A esta familia pertenecen
én las proteínas ARF y Rab, vinculadas a la regulación del tránsito vesicular de
proteínas, las Ran, relacionadas con la importación de proteínas en el núcleo y las Rho,
involucradas en la organización del citoesqueleto.
En realidad, existen diversas vías activadas por Ras, una de ellas comienza con la activación
GTP de la proteína Raf (MAPKKK), la que a su vez fosforila y estimula a MEK
(MAPKK), esta última a restos serina-treonina y también tirosina, activando a miembros de
reguladas por señales extracelulares, denominadas ERK (MAPK).Estas
quinasas fosforilan una variedad de proteínas blanco que incluyen otras proteínas quinasa y
factores de transcripción en el núcleo, modulando la actividad génica. (Fig
Figura 14. Sistema RAS Quinasa y
MAP Quinasa.
ÁTEDRA DE BIOQUÍMICA
Signaling) juegan un rol importante en la
back negativo. Son
generalmente sintetizadas en respuesta a las citoquinas, y se unen a través de su dominio
JAK inhibiendo la posterior
EÑALES
Esta vía de transducción de señales pone en acción una cascada de proteínas quinasas muy
importantes en la regulación de numerosas funciones celulares. Todos sus componentes
son proteínas, no se generan segundos mensajeros de molécula pequeña.
forman una familia de unos 50 miembros. Son proteínas pequeñas que
unen nucleótidos de guanina, integrantes de sistema de transmisión de señales relacionado
con la modulación de la multiplicación y desarrollo celular. A esta familia pertenecen
én las proteínas ARF y Rab, vinculadas a la regulación del tránsito vesicular de
proteínas, las Ran, relacionadas con la importación de proteínas en el núcleo y las Rho,
activadas por Ras, una de ellas comienza con la activación
GTP de la proteína Raf (MAPKKK), la que a su vez fosforila y estimula a MEK
y también tirosina, activando a miembros de
reguladas por señales extracelulares, denominadas ERK (MAPK).Estas
quinasas fosforilan una variedad de proteínas blanco que incluyen otras proteínas quinasa y
(Fig. 14).
Sistema RAS Quinasa y
MAP Quinasa.
Sistema de la Proteína-QuinaEste sistema es gatillado a partir de la unión de un ligando a un GPCR, donde el complejo
subunidad α-GTP formado actúa sobre la proteína efectora llamada
activándola. Esta ultima es una enzima, proteína integral de mem
citosólico de esta enzima posee el sitio catalítico. La adenilato ciclasa activada cataliza la
formación de AMPc a partir del ATP y eleva la concentración de ese segundo mensajero en la
célula.
La formación de AMPc en la célula normalment
denomina ruta de la proteína
proteína-quinasa A en ausencia de AMPc se encuentra inactiva, formando un tetrámero
constituido por 2 subunidades catalíticas (C) y 2 subunidades reguladoras (R). Cuando
aumenta el nivel de AMPc en la célula, dos moléculas de nucleótido se fijan a sitios de unión
específicos en cada una de las subunidades reguladoras, se produce un cambio
conformacional que las obliga a desprenderse de las catalíticas. Las subunidades catalíticas
de proteína-quinasa A liberadas son capaces de transferir fosfatos desde el ATP para
fosforilar proteínas y producir un efecto celular.
covalente) promovida por la
constituye un importante mecanismo regulador del funcionamiento de vías metabólicas.
También intervienen como modulador de la actividad de sistemas de transporte de
membrana. A nivel nuclear puede influir sobre la transcripción; en efecto, existen
secuencias específicas en el ADN, llamadas CRE (
quinasa A también fosforila a u
Protein) que entonces se une a las mencionadas secuencias CRE y activa la transcripción de
genes. Fig. 15.
PRINCIPIOS DE ENDOCRINOLOGÍA CÁTEDRA DE
Página 21
asa A Este sistema es gatillado a partir de la unión de un ligando a un GPCR, donde el complejo
GTP formado actúa sobre la proteína efectora llamada Adenilato Ciclasaactivándola. Esta ultima es una enzima, proteína integral de membrana; el segmento
citosólico de esta enzima posee el sitio catalítico. La adenilato ciclasa activada cataliza la
formación de AMPc a partir del ATP y eleva la concentración de ese segundo mensajero en la
La formación de AMPc en la célula normalmente activa la Proteína-Quinasa A
proteína-quinasa A. El mecanismo de activación es el siguiente: la
A en ausencia de AMPc se encuentra inactiva, formando un tetrámero
constituido por 2 subunidades catalíticas (C) y 2 subunidades reguladoras (R). Cuando
aumenta el nivel de AMPc en la célula, dos moléculas de nucleótido se fijan a sitios de unión
cos en cada una de las subunidades reguladoras, se produce un cambio
conformacional que las obliga a desprenderse de las catalíticas. Las subunidades catalíticas
quinasa A liberadas son capaces de transferir fosfatos desde el ATP para
nas y producir un efecto celular. La fosforilación de enzimas (modificación
covalente) promovida por la proteína-quinasa A produce, estimulación o inhibición y
constituye un importante mecanismo regulador del funcionamiento de vías metabólicas.
mbién intervienen como modulador de la actividad de sistemas de transporte de
membrana. A nivel nuclear puede influir sobre la transcripción; en efecto, existen
secuencias específicas en el ADN, llamadas CRE (cAMP response elements
también fosforila a una proteína llamada CREB (cAMP Response Element Binding
) que entonces se une a las mencionadas secuencias CRE y activa la transcripción de
Figura 15. Sistema Proteína
Regulación de Transcripción Génica.
ÁTEDRA DE BIOQUÍMICA
Este sistema es gatillado a partir de la unión de un ligando a un GPCR, donde el complejo
Adenilato Ciclasa,
brana; el segmento
citosólico de esta enzima posee el sitio catalítico. La adenilato ciclasa activada cataliza la
formación de AMPc a partir del ATP y eleva la concentración de ese segundo mensajero en la
Quinasa A, lo que se
. El mecanismo de activación es el siguiente: la
A en ausencia de AMPc se encuentra inactiva, formando un tetrámero
constituido por 2 subunidades catalíticas (C) y 2 subunidades reguladoras (R). Cuando
aumenta el nivel de AMPc en la célula, dos moléculas de nucleótido se fijan a sitios de unión
cos en cada una de las subunidades reguladoras, se produce un cambio
conformacional que las obliga a desprenderse de las catalíticas. Las subunidades catalíticas
quinasa A liberadas son capaces de transferir fosfatos desde el ATP para
La fosforilación de enzimas (modificación
A produce, estimulación o inhibición y
constituye un importante mecanismo regulador del funcionamiento de vías metabólicas.
mbién intervienen como modulador de la actividad de sistemas de transporte de
membrana. A nivel nuclear puede influir sobre la transcripción; en efecto, existen
cAMP response elements). La proteína-
cAMP Response Element Binding
) que entonces se une a las mencionadas secuencias CRE y activa la transcripción de
Sistema Proteína-Quinasa A.
Regulación de Transcripción Génica.
PRINCIPIOS DE ENDOCRINOLOGÍA CÁTEDRA DE BIOQUÍMICA
Página 22
Sistema de la Proteína-Quinasa C Este sistema es también gatillado a partir de la unión de un ligando a un GPCR, donde el
complejo subunidad αq-GTP formado actúa sobre la proteína efectora llamada Fosfolipasa C, activándola. Esta última es una enzima, proteína integral de membrana; el segmento
citosólico de esta enzima posee el sitio catalítico. En realidad, se distinguen 2 tipos
principales de Fosfolipasa C. Una forma β y una forma γ. La forma γ se asocia a receptores
de TQ, y no será tratada aquí.
La forma β cataliza la hidrólisis de fosfatidilinositol 4,5-bifosfato (PIP2) para formar dos
segundos mensajeros, diacilglicerol (DAG) e inositol-1,4,5-trisfosfato (IP3).
El IP3 difunde hacia el citoplasma y se une a un receptor de IP3 en la membrana de un
depósito de Ca2+, que puede estar separado del retículo endoplasmático, o bien formar parte
del mismo. Esta unión da como resultado la liberación de Ca2+, que contribuye a un gran
incremento del Ca2+ citoplasmático. Los niveles de Ca2+ citosólicos pueden modificarse tanto
por ingreso del Ca2+ extracelular como por la liberación desde su deposito.
Por otro lado, el IP3 se metaboliza por eliminación progresiva de grupos fosfato hasta formar
inositol que se combina con ácido fosfatídico (PA) para formar fosfatidilinositol (PI) en la
membrana celular. Este último es fosforilado doblemente por una quinasa para formar PIP2,
que bajo estímulo hormonal ya puede entrar en otra ronda de hidrólisis y formación de
segundos mensajeros (DAG e IP3). Si el receptor todavía está ocupado por una hormona,
pueden producirse varias rondas del ciclo antes de que se disocie el complejo hormona-
receptor. Por último, es importante destacar que no todo el IP3 es desfosforilado durante la
estimulación hormonal. Parte del IP3 es fosforilado mediante la IP3 quinasa para dar lugar a
inositol 1,3,4,5-tetrafosfato (IP4), que puede mediar en algunas de las respuestas
hormonales más lentas o prolongadas (a través de la activación de cascadas de
quinasas/fosfatasas) con la modificación final de la expresión génica.
El DAG activa una importante proteína-quinasa de serina/treonina denominada Proteína-
Quinasa C por su dependencia de Ca2+. El aumento inicial del Ca2+ citoplasmático
inducido por IP3 parece alterar de algún modo la proteína-quinasa C, de modo que ésta es
translocada desde el citoplasma hacia la cara citoplasmática de la membrana plasmática.
Una vez translocada, es activada por una combinación de Ca2+, DAG y el fosfolípido
negativo de la membrana, fosfatidilserina. Tras su activación, la proteína-quinasa C fosforila
proteínas específicas en el citosol o, en ocasiones, en la membrana plasmática. (Fig. 16).
Estas proteínas fosforiladas llevan a cabo funciones específicas que no pueden realizar en el
estado desfosforilado. Por ejemplo, una proteína fosforilada podría migrar hasta el núcleo e
incrementar la mitosis y el crecimiento. Además, el sitema IP3-DAG puede modificar la
actividad de una familia de enzimas llamadas genéricamente fosfodiesterasas, de las cuales
es más abundante la fosfodiesterasa 1, cuya activación permite la destrucción de moléculas
de AMPc. De este modo, hormonas cuyo segundo mensajero es el IP3 pueden reducir los
niveles de AMPc en forma indirecta.El descubrimiento del regulador de la actividad de la
fosfodiesterasa dependiente de Ca2+ proporcionó la base para comprender la manera en que
el Ca2+ y el AMPc interactúan dentro de la célula. El término con el que se conoce ahora a
la proteína reguladora dependiente del Ca2+ es calmodulina, una proteína de 17 KDa.
La calmodulina tiene cuatro sitios para fijación del Ca
conduce a un cambio notable de la conformación, de modo que la mayor parte de la
molécula asume una estructura de hélice
confiere a la calmodulina la propiedad para activar o inactivar enzimas (por ejemplo,
adenilato ciclasa, fosfolipasa A
piruvato dashidrogenasa, proteína
interacción de Ca2+ con la calmodulina (con el cambio resultante de actividad de
es conceptualmente análoga a la f
subsiguiente de esta molécula. Con frecuencia, la calmodulina es una de las subunidades
reguladoras de proteínas oligómeras, entre ellas varias quinasas y
el metabolismo de combustibles como en la generación y degradación de nucleótidos cíclicos
y el transporte de iones. Además de estos efectos, el complejo Ca
actividad de numerosos elementos estructurales e
actina-miosina del músculo
mediados por microfilamentos en las células no
contráctiles inclusive la movilidad de la propia
célula, los cambios conformaciona
la liberación de gránulos y la endocitosis.
Sistema de la Proteína-Quinasa G.Este sistema es activado por el aumento de GMPc
citoplasmático. Este segundo mensajero biológico
es sintetizado por la guanilato ciclasa a partir de
GTP. Una sola cadena polipeptídica proporciona
el sitio de unión de hormona, el dominio
transmembrana y la actividad guanilato ciclasa.
El GMPc producido activa una
G, que posteriormente
Figura 16. Sistema Proteína-Quinasa C.
PRINCIPIOS DE ENDOCRINOLOGÍA CÁTEDRA DE
Página 23
La calmodulina tiene cuatro sitios para fijación del Ca2+ y la ocupación total de estos sitios
duce a un cambio notable de la conformación, de modo que la mayor parte de la
molécula asume una estructura de hélice α. Se presume que este cambio de conformación
confiere a la calmodulina la propiedad para activar o inactivar enzimas (por ejemplo,
ciclasa, fosfolipasa A2, glicerol-3 fosfato deshidrogenasa, piruvato carboxilasa,
proteína-quinasa dependiente Ca2+/fosfolípido entre otras). La
con la calmodulina (con el cambio resultante de actividad de
es conceptualmente análoga a la fijación del AMPc a la proteína-quinasa A
subsiguiente de esta molécula. Con frecuencia, la calmodulina es una de las subunidades
reguladoras de proteínas oligómeras, entre ellas varias quinasas y enzimas,
el metabolismo de combustibles como en la generación y degradación de nucleótidos cíclicos
Además de estos efectos, el complejo Ca2+/calmodulina regula la
actividad de numerosos elementos estructurales en las células. Entre otros el complejo
miosina del músculo liso, que está bajo control β adrenérgico, y varios procesos
mediados por microfilamentos en las células no
contráctiles inclusive la movilidad de la propia
célula, los cambios conformacionales, la mitosis,
la liberación de gránulos y la endocitosis.
Quinasa G. el aumento de GMPc
ste segundo mensajero biológico
es sintetizado por la guanilato ciclasa a partir de
na sola cadena polipeptídica proporciona
el sitio de unión de hormona, el dominio
transmembrana y la actividad guanilato ciclasa.
El GMPc producido activa una Proteína-Quinasa
fosforila proteínas
Figura 17. Sistema Proteína
Quinasa C.
ÁTEDRA DE BIOQUÍMICA
y la ocupación total de estos sitios
duce a un cambio notable de la conformación, de modo que la mayor parte de la
. Se presume que este cambio de conformación
confiere a la calmodulina la propiedad para activar o inactivar enzimas (por ejemplo,
3 fosfato deshidrogenasa, piruvato carboxilasa,
/fosfolípido entre otras). La
con la calmodulina (con el cambio resultante de actividad de la última)
quinasa A y la activación
subsiguiente de esta molécula. Con frecuencia, la calmodulina es una de las subunidades
enzimas, participando en
el metabolismo de combustibles como en la generación y degradación de nucleótidos cíclicos
/calmodulina regula la
n las células. Entre otros el complejo
adrenérgico, y varios procesos
Sistema Proteína-Quinasa G.
PRINCIPIOS DE ENDOCRINOLOGÍA CÁTEDRA DE BIOQUÍMICA
Página 24
celulares para que se expresen muchas de las acciones de esta ruta. Una de las formas de
inactivación de este sistema es a través de la hidrólisis del GMPc, mediante la enzima
fosfodiesterasa 5, transformándose el segundo mensajero en GMP-5´. (Fig. 17). Es necesario
conocer más datos acerca de la proteína-quinasa G.
Otras moléculas capaces de activar la ruta de la proteín-quinasa G es el oxido nítrico,
producido por ejemplo, por las células endoteliales; o también las moléculas de monóxido de
carbono. El GMPc también es el mediador de la respuesta a la luz en los procesos de la
visión. Aunque en estos casos no se trata de señales del sistema endocrino.
COMUNICACIÓN CRUZADA (CROSS-TALK) Este concepto, de mucha importancia, se refiere a la forma en que diferentes hormonas
activan varias vías de transducción de la señal. Involucran tanto a receptores nucleares
como de membrana, interrelacionando dichas vías entre sí. De esta forma, se logra la
coordinación de las vías de transducción corriente abajo, a través de conexiones entre los
distintos sistemas, asegurando así su intercomunicación e integración. A modo de ejemplo,
las quinasas pueden también fosforilar receptores nucleares, llevando a cambios
conformacionales que regulan su función. La fosforilación, mediada por las cascadas de
receptores de membrana, puede asimismo llevar a cambios en la capacidad de unión al ADN
de los receptores nucleares, o de unión al ligando, o de unión a los coactivadores.
BIBLIOGRAFÍA
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