Trasducción de señales I Resumen

Fuentes: Trasducción de Señales I .Dr Podestá

TRASDUCCION DE SEÑALES I

RECEPTOR: Regulan la respuesta celular a los estímulos externos e internos a través de los segundos Mensajeros. Dominan la función de la célula.Son proteínas con un sitio de unión para el ligando y otros sitios para generar la trasducción de la señal biológica.Pueden tener diferentes moduladores y generar señales diferentes de acuerdo al tejido en cuestión.

Características;EspecíficoSelectivoPosee alta afinidadEs rápidamente saturable. Poseen pocos sitios de unión.Es funcional: luego de su interacción desencadena una respuesta

CITOSOLICOS: Se ubican en el citoplasma.

DE MEMBRANA; (de constitución proteica)Los receptores de membrana se clasifican en:Asociados a G, los que regulan el pasaje de iones a través de los canales iónicos, aquellos que presentan actividad de tirosina kinasa, y los que se unen a G para regular la actividad de enzimas que forman 2º Mensajeros.Acoplados a proteínas G que unen nucleótidos de Guanina GDP y GTP, cuya función es de nexo entre el receptor y las enzimas formadoras de Segundos Mensajeros.Los 2º Mensajeros y los sistemas que los generan son: AMPc por activación de la Adenil Ciclasa, el IP3 y el DAG por estimulación de la FLC, Acido Araquidonico por estimulación de la Fosfolipasa A2.O bien inhiben enzimas que producen 2º Mensajeros: inhibien AC, reactivan enzimas que hidrolizan 2º Mensajeros como la Fosfodiesterasa.Son glicoproteínas de transmembrana con 3 dominios, citosólico, extracelular y de transmembrana 7TMS, con el COOH citosólico.Todos presentan 7 dominios de expansión que forman varios loops presentando el COOH citosólicos. Estos receptores soin tipo 7TMS.Regulan el pasaje de iones a través de canales iónicosPresentan actividad de tirosina quinasa

Dentro de la Flia de receptores 7TMS se encuentran: beta adrenérgico, muscarínicos, dopaminérgicos, serotoninérgicos, para Lh, FSH, TSH, glucágon,

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secretina, VIP, PGE1, CCK, adrenocorticotrofina, vasopresina, angiotensina, trombina, adenosina,histamina, prostaciclina, bradiquinina.

Receptores para Catecolaminas:Receptor β-Adrenérgico Subunidades: alfa 1, 2, β 1,2,3,Subunidades Beta: son receptores 7TMS con 3 loops extracelulares y 3 loops intracelulares. NH2 extracelular (posee sitios de glicosilación). COOH intracelular.

Poseen 4 cisteínas extracelulares conservadas que intervendrían en el reconocimiento del agonista beta adrenérgico.

Median la broncodilatación, contracción miocárdica y la lipólisis. Se encuentran en tejido cardiaco, adiposo, hepático y músculo esquelético.

Modificaciones Postrasduccionales:

Formación de puentes disulfuroGlicosilación vía asparraginaAcilación por acidos grasosFosforilación

El receptor β adrenérgico No glicosilado no puede reconocer al agonista β adrenergico. Mutaciones en el NH2 generan un receptor no glicosilado que tiene dificultad para llegar a la membrana.

Mutaciones en las cisteínas de los dominios extracelulares hacen perder la afinidad por el ligando.

En la región transmembrana hay aa importantes para el reconocimiento, ASPARTICO 79 Y ASPARTICO 113, cuya mutación no provoca cambios en el reconocimiento de los antagonistas β adrenérgicos.Una mutación en el COOH terminal del 3º loop inhibe la interacción con la prot. Gs.Residuos de aa en el 3º loop de varios receptores influencian la selectivodad para el acople de las diferentes proteínas G.

La esterificación de la Cisteína 341 en el COOH terminal, es imprescindible para la estimulación de la AC.Receptores acoplados a G pueden ser sustratos de quinasas que reconocen a éste luego de su interacción con el agonista.

La fosforilación por éstas quinasas es parte de los mecanismos de desensibilización.Mutaciones en regiones del receptor que inhiben esta fosforilación, retrasan la inducción de la desensibilización inducida por el agonista.

La quinasa AMPc Dep y la PKC forsforilan al receptor beta Adren., y ésta fosforilación se correlaciona con la inducción de la desensibilización.La fosforilación por varias quinasas es una forma de regulación de los procesos de desensibilización, internalización y degradación de receptores.

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GENES QUE CODIFICAN PARA ESTOS RECEPTORES:Falta completa de intrones en la región codificante.En el gen del R-beta-Adren, hay secuencias para la regulación de su trasncripción por corticoides y hormonas tiroideas. Los glucocorticoides elean la expresión del mensajero del receptor beta adrenergico.Según el estado del ciclo celular o de diferenciación de la célula, pueden acoplarse a diferentes efectores generando diferentes señales para un mismo agonista.

RECEPTORES COLINERGICOS (Reconocen Acetilcolina)

NICOTINICOS: Poseen 4 subunidades: alfa2, 1 beta, 1 delta y 1 gama. Forman un canal iónico responsable de los efectos inducidos por la acetilcolina que provoca un cambio conformacional, que da lugar a la formación del canal iónico que conduce Sodio a través de la membrana.Se ubica en la membrana postsináptica de la unión neuromuscularAltera la permeabilidad iónica por contener un canal para cationes que responde a la ACH.Asociado a Actina quien mantiene en contacto al receptor con el citoesqueleto.Este receptor tiene la capacidad de agregarse.Luego el agonista se une al receptor, el canal se abre permitiendo el influjo de sodio, despolarizando así la membrana presinaptica.

MUSCARINICOS: (Similiar al Beta Adrenérgico)M2 y M3: Inhiben a la Adenilciclasa a través de una proteína G inhibitoria.Controlan canales de potasio.Rompen fosfoinosítidos.Asociados a canales calcio sensibles al voltaje.Este receptor es de la categoría 7TMS y podría tener un gen ancestral común con el receptor beta adrenérgico.

RECEPTOR DE AMINOÁCIDOS;

INHIBITORIOS:También se ubican en la membrana. Ejercen sus efectos a través de la proteína G, produciendo la apertura de cabales iónicos.Se asocia a receptores de canales de cloruro.En el sitio de unión de NT, el ligando interacciona con los dominios del segmento transmembrana.

RECEPTOR DE GABA: A través del receptor para GABA y la interacción de la proteína G, regula también la apertura de canales calcio.El GABA tipo a es el más importante dentro de los neurotransmisores inhibitorios.Esta compuesto por macromoléculas que contienen GABA benzodiazepinas y estructuras que forman el canal del ión cloruro.Posee 5 dominios de unión que comprende la interacción con GABA, benzodiazepinas, barbitúricos, picrotoxina y esteroides anestésicos.La apertura de canales de cloruro, aumentan la permeabilidad de la membrana al ión inhibiendo la actividad eléctrica de la célula postsináptica.

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EXCITATORIOS:N- METIL D ASPARTATO (NMDA) Y KAINATE AMPA (Actúan juntos y se ubican en la sinapsis)

Reconocen al ácido glutámico. Generan más de una señal.KAINATE Y AMPA: Al trabajar juntos permiten que receptores de NMDA estén activados cuando la sinapsis se utiliza a altas frecuencias para la producción de potenciales de largo tiempo.

Poseen sitios de modulación por Magnesio, Zinc, y glutamato.Posee sitios de fosforilación por quinasas A, C, Calcio Calmodulina y tirosina quinasa.Este receptor es un ejemplo de interacción entre diferentes señales intracelulares para generar un función y del concepto de los receptores que generan más de una señal y éstas pueden ser diferentes dependiendo del tejido.

CANAL CALCIO DEPENDIENTE DE VOLTAJE.La célula controla la permeabilidad del calcio citoplasmático mediante el control de la permeabilidad del ión.Pueden ser activados por despolarización de la membrana, regulando funciones celulares, como la liberación de neurotransmisores y hormonas y la contracción muscular.Forman poros en la membrana en respuesta a la despolarización, produciendo una selectividad en el influjo de calcio a través de la membrana.

Este influjo de calcio sirve como trasductor de un impulso eléctrico.El influjo de calcio produce el incremento citoplasmático que activa o inhibe enzimas, que controlan procesos como la secreción y la contracción muscular.Los diferentes tipos de canales calcio de los diferentes tejidos se clasifican en tipos: T,L,N y P.Es regulado por quinasas dependientes de AMPc.Posee 3 subunidades: alfa 1 alfa 2 y gama.

ALFA 1: Adopta forma de poro. Posee un sitio sensible al voltaje. Su función es esencial para la activación del canal.

NH2 Y COOH ambos intracelulares. Posee 4 dominios homólogos, I-II-III-IV. Cada dominio presenta 6 sitios potenciales de dominios de transmembrana con estructura de alfa hélice.

ALFA2-DELTA: unidas por puentes disulfuro S-S. El AMPc aumenta la actividad de estos canales y esta regulación es ejercida por fosforilación de la subunidad beta por la kinasa AMPc dependiente. En el músculo cardíaco y esquelético, el calcio se necesita para producir el movimiento de las proteínas contráctiles, y este calcio es usado a partir de su liberación desde depósitos intracelulares como el REG.

CANAL SODIO Y POTASIO-DEPENDIENTE DE VOLTAJE:Posee una subunidad alfa de gran tamaño.POTASIO:

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Posee 4 subunidades alfa idénticas. Pueden ser fosforiladas por una kinasa AMPC dependiente.Estan regulados por receptores acoplados a proteínas G y a Adenilciclasa con producción de AMPC.Cada subunidad tiene un dominio homólogo que se repite una sola vez.

SODIO:Posee subunidades alfa con dominios repetitivos homologos intracelulares.Su síntesis es regulada por factores de crecimiento. (Ej. En cerebro regulado por el NGF)

RECEPTOR DE HORMONAS GLICOPROTEICAS:(LH, FSH, TSH) Su dominio de unión al ligando es EXTRACELULAR.Son receptores 7TMSEstán asociados a proteínas G que activan a la Adenilciclasa con formación de AMPc.

La diferencia entre este receptor y aquellos de la superficie que interactuan con la proteina G, es la region de interaccion con el ligando, en este caso la hormona y en el caso de NT, moléculas mas pequeñas como SEROTONINA, CATECOLAMINAS O ACH. Mientras que en receptores para NT, los ligandos interactuan con los sitios formados por los segmentos transmembrana, en el caso de H. glicoproteicas existe una region extracelular de 341 aa rica en Leucina.

RECEPTOR DE ADENOSINA:Nucleotidos de Adenina o Adenosina pueden activar a la calula por mecanismos extracelulares e intracelulares.Es producido intracelularmente por hidrólisis del AMP por la enzima 5’ nucleotidasa o por catabolismo de S- adenosilhomocisteína. En condiciones de stress (hipoxia) aumenta su producción intracelular que es liberada y reconocida por los receptores actuando como regulador local de la función celular.La activación del receptor altera la formación de 2º mensajeros para que la célula retorne al equilibrio.

Por este mecanismo la adenosina puede regular: Ritmo y contracción miocárdica Tono muscular Liberación de NT Función renal, plaquetaria, leucocitaria, etc. Lipólisis

Los diferentes subtipos A1 y A2 pertenecen a la flia de receptores trasnmembrana y poseen la capacidad de poder interactual con diferentes proteinas G de acuerdo al tejido, conservando el mismo dominio de union al ligando.

Es un receptor 7TMS y sus sitios de fosforilación no son numerosos.A través de la activación de la proteína G, pueden actuar sobre:

Canales K Fosfolipasa C Fosfolipasa A2

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Transportador de glucosa

PROTEÍNAS G: GTP BINDING PROTEINSUnen nucleótidos de Guanina o GTP que incluyen proteinas codificadas por oncogenes y proteinas que intervienen en la síntesis proteica como FACTORES DE INICIACION Y DE ELONGACION.Median la comunicación entre el receptor de membrana y el efector = Producen SEGUNDOS MENSAJEROS. Al sistema se lo llama TRASDUCTOR DE SEÑALES.

Agonista-receptor-porteína G- efector- 2º Mensajero.

Los efectores son generalmente enzimas y/o canales ionicos quienes producen los segundos mensajeros.

Efector 2º MensajerosADENILCICLASA ATP AMPc

GUANIDILCICLASA GTP GMPcFOSFOLIPASA C Fosfoinosítidos DAG Y IP3FOSFOLIPASA D AC. FOSFATÍDICOFOSFOLIPASA A2 AC. ARAQUIDONICO

Poseen la capacidad de ser Adp Ribosilados por toxinas como la Toxina Colerica.La Adp ribosilacion es una trasnferencia de ADp ribosilos del NAD+ a la proteina G.

ESTRUCTURA: Posee subunidades alfa, beta y gamaACTIVACION:Cuando el agonista se une al receptor, éste intractúa con la prot. G a través de sus dominios hidrofóbicos de transmebrana e intracelular provocando la disociación de la subunidad alfa del dímero beta-gama.

Alfa libre interactúa con los efectores y los activa.Agonista: toda sustancia que ejerce efecto activador sobre elreceptor.Antagonista: sustancia que produce un bloqueo del receptor no permitiendo su activacion.

Cuando las tres subunidades están unidas poseen GDP unido a ellas, cuando se activa se intercambia GDP por GTP liberámdose alfa de beta gama.

El circuito de activacion se cierra cuando el receptor deja de estar ocupado por el agonista, reasociandose nuevamente las 3 subunidades.

La enzima GTPasa (de la sub alfa) transfoma GTP en GDP provocando la reasociación de las subunidades e inactivación del sistema (alfa puede hidrolizar GTP por la GTPasa).

Beta- gama mantiene inhibida a alfa, pero también interviene en la formación de segundos mensajeros.

INTERACCION PROTEINA –RECEPTOR- EFECTOR:

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G: tiene cuatro segmentos de interacción de G1 a G4 De interacción con el receptorDe interacción con el dímero beta gamaDe interacción con el efectorEl extrema amino y carboxilo miran hacia el lado extracelular.El sitio de interacción GDP-GTP es citoplasmáticoNH2 interactúa con beta gamaCOOH interactúa con el receptor

- Un cambio conformacional de receptor produce un cambio también en alfa que permitiría el cambio de GDP por GTP con la consecuente disociación de alfa de beta gama.

- La interacción del receptor con el COOH de alfa produce un estiramiento alejando al NH2 del dímero beta gama, permitiendo la liberación de alfa.

La secuencia involucrada en la unión del fosfato de los nucleotidos de guanina es: GLY- XXX- GLY-LIS-SER o TRESecuencia involucrada en el cambio de GDP por GTP: VAL- GLY-GLY-GLUT. Involucrada tambien en la actividad GTP asa.Una disminución en la actividad GTPasa resultaria en el mantenimiento de una subunidad alfa activada con el GTP unido e interaccionando continuamente con el efector.En ausencia de beta gama, la sub. Alfa libre no puede ser activada para intercambiar GDP por GTP. Alfa aislada puede interactuar con el receptor pero no puede intercambiar GDP por GTP.

La unión de GTP a alfa cambia su afinidad por beta gama provocando la disociación.Gama: sirve de ancla para mantener unidas a las 3 subunidades en membrana y es necesaria para qye alfa reconozca alreceptor.

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Beta gama mantiene inhibida a alfa, también inhinbe la disociación del GDP de alfa para no ser intercambiado por GTP.

Beta gama interacciona con alfa para que el receptor pueda interactuar con alfa.

TIPOS DE PROTEINAS G:

Gs: estimula a la Adenilciclasa y se forma el AMPc. Activa canales calcio.Gi: inhibe a la Adenilciclasa por estimulaicón de receptores. Regula canales potasio.Go: se encuentra en cerebro. Es similar a Gi. Regula canales calcio y potasio.Gq: estimula a la FLC para dar DAG e IP3. mueve calcio de depósitos intracelulares.Gz: en hígado es similar a Gi. Regula canales calcio y potasio.Gt: regula la actividad de la fosfodiesterasa de GMPc.

CAMBIOS POST-TRASDUCCIONALES:

MIRISTICACION: Agregado de ac. Mirístico. Provee una estructura que regula la interacción con la membrana.

FOSFORILACION: Regulación de alfa libre por diferentes receptores sin interactuar directamente con esta subunidad.

ADP RIBOSILACION: provocada por la toxina colerica, usan como sustrato el NAD+. Se realiza sobre alfa donde inhibe la actividad de hidrolizar GTP para cerrar la activación. Hay estimulación constante de producción de AMPc.

♠ La toxina colérica al mantener elevados los niveles de AMPc, modifica la absorción de agua en el intestino provocando las diarreas.

♠ La adp -ribosilación: se realiza en el extremo carboxilo terminal. No permite la asociación del receptor con alfa, su disociación del dímero y por ende su activación.

SEGUNDOS MENSAJEROS:

EFECTORESADENILATO CICLASA: Transforma ATP en AMPc.Esta ubicada en la membrana, no posee dominio extracelular.Es activada a traves de Gs.Genera AMPc quien activa a la quinasa AMPc Dependiente.El AMPc es degradado a AMP lineal por la fosfodiesterasa que rompe uniones fosfodiester (entre el OH y P 3’y OH en 5’) cerrando la activación del proceso.INHIBICIÓN: se realiza por receptores acoplados a Gi.Los niveles intracelulares de AMPc están regulados por: Activación de receptores y activación de AC.Inhibición de AC por activación de receptores Activación de fosfodiesterasa por activacion de receptores.

FOSFODIESTERASAS:

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Existen varias isoformas. La mas estudiada es la dependiente de calcio y calmodulina.Isoformas: I: Calcio calmodulina dep (activada por agonistas colinergicos)II: CMPC dep . (activacion) (activada por PNA)III: CMPC dep. (inhibición) activada por insulina glucagon y dexametazona.IV: AMPc especifica: activada por FSH PGE1 y agonistas beta adrenergicos.V. CMPC especifica activada por la luz.La que es estimulada por activacion de receptores parea glucagon provoca la estimulacion de AC con producción de AMPc y activacion de proteinas kinasas AMPc dep. quien produciria la fosforilacion de la fosfodiesterasa.

GUANILATOCICLASA:Convierte GTP en GMPcProteina de membrana regulada alostericamente por agonistas que actuan en los dominios del receptor extracelulares.

Activa a la quinasa GMPc dependiente fosforilando proteinas especifocas que modifican la funcion celular.Esta regulada por fosfodiesterasa que convierte GMPc en lineal.

FOSFOLIPASAS: (generadoras de 2º Mensajeros)Actuan sobre el grupo polar de fosfolipidos.Son enzimas que participan en la trasduccion de señales por activacion de receptores.

FOSFOLIPASA C:Produce DAG e IP3Se ubica en la membrana, activa receptores de membrana acoplados a una G y la interaccion de la enzima con alfa libre de la proteina G.

IP3 generado libera calcio de depositos intracelulares, el calcio y el DAG activan a la quinasa C, tambien el calcio en presencia de Calmodulina activa a la proteina Calcio-Calmodulina dependiente.DAG e IP3 pueden producirse en le núcleo.Tambien es activada en forma directa por fosforilaciones.

FOSFOLIPASA D:Produce Acido FosfatídicoProduce Colina si el sustrato de la fosfolipasa es fosfatidilcolina.elAcido Fsofatidico puede actuar por si mismo sin necesidad de conversión en DAG.Para su activación se necesita influjo de calcio y GTP, los estimulos que lo activan son: ionóforos de calcio, estimulantes de la quinasa C.

FOSFOLIPASA A 2:Es una enzima que libera acido araquidonico de fosfolipidos.Requiere calcio para su activación.Puede ser estimulado en membrana por beta-gama de la prot. G y por alfa.Se cree que puede ser estimulada en membrana por la subunidad alfa i que pertence al grupo de proteinas que inhibe la activacion de la AC.

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El ácido araquidónico es precursor de prostaglandinas y leucotrienos (lípidos simples)

ESFINGOLIPIDOS:Candidatos a ser importantes en la trasducción de señales por activación de receptores de membrana.Su acción se ejerce sobre la quinasa C.En diversas patologías se han descrito alteraciones en las proteinas G que dan lugar a un acoplamiento erroneo entre receptores y efectores produciendo segundos mensajeros de forma anomala.Ej: OSTEODISTROFIA HEREDITARIA: donde hay mutación en el gen que codifica para alfa que sintetiza ARNm que dan lugar a varias isoformas de alfa todas inactivas.ADENOMA SOMATOTROFICO: son tumores productores de hormona de crecimiento. Se producen por mutaciones en el gen que codifica para alfa-s que activa a la Ac, dando una alfa-s superactiva por disminucion de la actividad GTPasa, que es la que trasnforma GTP en GDP para que las subunidades se reasocien.

La diabetes tipo II coincide con anormalidades en la funcion de la proteina Gi en hepatocitos.Hay caida de la inhibición de la Ac por agonistas alfa adrenergicos y baja expresión de la subunidad alfa i en plaquetas.

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