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BIOQUÍMICA HUMANA: TRANSDUCCIÓN DE SEÑALES I Y ii
Receptores de membrana
Regulan la respuesta celular a los estímulos externos e internos a través de los segundos mensajeros. Son proteínas con un sitio de unión para el ligando y otros sitios para generar la transducción de la señal biológica. Pueden tener diferentes moduladores y generar señales diferentes de acuerdo al tejido en cuestión.
Generalidades de los receptores
- Son específicos.
- Activos para un solo ligando (selectivos).
- (^) Alta afinidad al ligando.
- Rápidamente saturables. Poseen pocos sitios de unión.
- Son funcionales: la unión del agonista con el receptor debe generar una respuesta.
Los receptores pueden ubicarse en:
- En el citoplasma o núcleo celular.
- Membrana plasmática, como proteínas intrínsecas.
Los receptores de membrana se clasifican en:
- Acoplados a proteína G.
- Canales iónicos : Regulan el pasaje de iones a través de la membrana. Pueden o no interactuar con proteínas G.
- Con actividad tirosina-kinasa.
RECEPTORES ACOPLADOS A PROTEÍNA G
Son glicoproteínas de transmembrana con 3 dominios: citosólico, extracelular y uno intramembrana.
Todos tienen 7 dominios llamados de expansión de membrana (receptores transmembrana 7TMS), atraviesan la membrana 7 veces, dando lugar a 3 lazos extracelulares y 3 intracelulares. El carboxilo terminal está del lado citoplasmático y el amino terminal del lado extracelular.
Dentro de la familia de receptores 7TMS se encuentran: beta adrenérgico, muscarínicos, dopaminérgicos, serotoninérgicos, para LH, FSH, TSH, glucagon, secretina, VIP, PGE1, CCK, adrenocorticotrofina, vasopresina, angiotensina, trombina, adenosina, histamina, prostaciclina, bradiquinina.
1) Receptores para Catecolaminas
- Receptores β-Adrenérgicos
- Hay 3 clases de receptores de este tipo: beta 1, beta 2 y beta 3.
- Median una gran cantidad de funciones fisiológicas: broncodilatación, contracción miocárdica, lipólisis, etc.
- Los principales tejidos donde se encuentran estos receptores son: el cardíaco, el adiposo, el hepático y el muscular esquelético.
- Son glicoproteínas de la familia de receptores 7TMS. El amino terminal está en el extracelular y el COOH en la región intracelular o citoplasmática.
- (^) El amino terminal presenta sitios potenciales de glicosilación.
- Poseen 4 cisteínas extracelulares en los loops extracelulares que intervendrían en el reconocimiento del agonista beta adrenérgico. También hay 4 cisteínas en los dominios transmembrana y 7 en los dominios intracelulares.
- La esterificación con el palmítico de la cisteína 341 localizada en el COOH terminal es imprescindible para que se estimule la Adenilato Ciclasa.
- Sufren importantes modificaciones postrasduccionales para su función, como la formación de puentes S-S, Gicosilación vía asparragina y fosforilación.
- Las mutaciones en distintas partes del receptor alteran su función:
- 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.
- Una mutación en el COOH terminal del 3º loop inhibe la interacción con la proteína G.
- 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.
- Al igual que otros receptores acoplados a proteína G, pueden ser sustrato de quinasas que reconocen al receptor activado, luego de la interacción con el agonista. La fosforilación es un mecanismo de desensibilización (down-regulation). La proteína quinasa AMPc dependiente y la PKC pueden fosforilarlo.
- Genes que codifican para estos receptores:
- Falta completa de intrones en la región codificante.
- En el gen hay secuencias para la regulación de su transcripción por corticoides y hormonas tiroideas. Los glucocorticoides elevan la expresión del mensajero del receptor beta adrenérgico.
- Según el estado del ciclo celular o de diferenciación de la célula, estos receptores pueden acoplarse a diferentes efectores, generando diferentes señales para un mismo agonista. - Receptores alfa-Adrenérgicos
- Hay 2 clases: alfa 1 y alfa 2.
- Son glicoproteínas que funcionalmente se presentan en forma de dímeros.
- Tienen cierta homología con los receptores muscarínicos y con los beta-adrenérgicos.
2) Receptores para Acetilcolina
Receptores colinérgicos MUSCARINICOS
- Similar al beta adrenérgico, ya que es de la categoría 7TMS y podría tener un gen ancestral común con el receptor beta adrenérgico.
- Existen varios subtipos. M2 y M3: al ser activados inhiben a la Adenilciclasa a través de una proteína G inhibitoria.
- Controlan canales de potasio.
- Rompen fosfoinosítidos.
- Asociados a canales calcio sensibles al voltaje.
3) Receptores para Hormonas glicoproteicas
- Receptores para LH, FSH, TSH (los más representativos)
- Su dominio de unión al ligando es EXTRACELULAR.
- Son receptores de la familia 7TMS, homólogos a los beta-adrenérgicos en cuanto a función y estructura.
- Están asociados a proteínas G que activan a la Adenilciclasa con formación de AMPc.
6) Receptores para Aminoácidos
También se ubican en la membrana. Ejercen sus efectos a través de la proteína G, produciendo la apertura de canales iónicos. Están en la membrana postsináptica, al unirse su agonista producen una despolarización.
- Receptor de GABA (o receptor para benzodiazepinas) :
- Es un complejo macromolecular compuestos por moléculas que unen GABA, benzodiazepinas y estructuras que forman el canal del ión cloruro. Posee 5 dominios de unión que comprenden la interacción con GABA, benzodiazepinas, barbitúricos, picrotoxina y esteroi- des anestésicos.
- Está asociado a la apertura de canales de Cloruro (Cl-). Puede regular también la apertura de canales Ca++.
- El GABA tipo A es el más importante dentro de los receptores para neurotransmisores inhibitorios.
- La apertura de canales de Cl- aumenta la permeabilidad de la membrana al ión inhibiendo la actividad eléctrica de la célula postsináptica (produce hiperpolarización de la membrana postsináptica)
- En el SNC las drogas depresoras actúan potenciando los efectos del GABA. Los barbitúricos y drogas antiepilépticas producen esta acción incrementando el tiempo medio de apertura del canal, también modulan la interacción del GABA con el receptor.
- Bloqueantes como la pirotoxina y penicilina “G” disminuyen el tiempo de apertura del canal. - Receptor para el NMDA Y KAINATE- AMPA
- (^) Actúan juntos y se ubican en la sinapsis.
- Reconocen al ácido glutámico (glutamato). Generan más de una señal.
- Al trabajar juntos permiten que los NMDA estén activados cuando la sinapsis se utiliza a altas frecuencias para la producción de potenciales de largo tiempo. Esto interviene en la potenciacion a largo plazo.
- El NMDA posee varios sitios de modulación por Magnesio, Zinc, glutamato y glicina.
- El NMDA posee sitios de fosforilación por quinasas A, C, Calcio Calmodulina y tirosina quinasa.
- El NMDA es un ejemplo de interacción entre diferentes señales intracelulares para generar una función y del concepto de los receptores que generan más de una señal y éstas pueden ser diferentes dependiendo del tejido.
7) Canales para iones
Canal de CALCIO dependiente de voltaje
- Los diferentes tipos de canales calcio de los diferentes tejidos se clasifican en tipos: T, L, N y P. El tipo L es muy abundante en músculo y es el más estudiado, fue tomado como prototipo.
- El canal tipo L está está formado por 5 subunidades: α1, α2, β, γ y δ.
- (^) La subunidad α1 es la más grande y tiene un sitio de unión para la dihidropiridina. Adopta la estructura de poro y posee el sitio sensible al voltaje. Su función es esencial para la activación del canal. Sus NH2 Y COOH son ambos intracelulares. Posee 4 dominios homólogos, I-II-III-IV y cada dominio presenta 6 sitios potenciales de dominios de transmembrana con estructura de alfa hélice. α2 y δ están unidas por puente disulfuro.
- 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 transductor de un impulso eléctrico: el influjo de calcio produce el incremento del calcio citoplasmático que activa o inhibe enzimas que controlan procesos como la secreción y la contracción muscular.
- Es regulado por quinasas dependientes de AMPc.
- La subunidad beta es fosforilada por la quinasa AMPc dependiente, lo que incrementa la actividad de estos canales.
Canal de SODIO y Canal de POTASIO dependientes de voltaje :
Poseen una subunidad alfa de gran tamaño.
Canal de POTASIO
- Posee 4 subunidades alfa idénticas. Estas proteínas que forman canales pueden ser fosforiladas por una kinasa AMPc dependiente. Esto significa que estos canales están regulados indirectamente por receptores acoplados a proteínas G y a la Adenilato ciclasa con producción de AMPc.
- Cada subunidad tiene un dominio homólogo que se repite una sola vez.
Canal de SODIO:
- Posee en su subunidad alfa dominios repetitivos homólogos intracelulares.
- Su síntesis es regulada por factores de crecimiento. (Ej. En cerebro regulado por el NGF)
RECEPTORES CON ACTIVIDAD DE TIROSINA QUINASA
- Receptor de insulina
Este receptor es una glicoproteina heterotramérica compuesta por 2 unidades beta y 2 unidades alfa, unidas por puente disulfuro.
- La subunidad Alfa es completamente extracelular y contiene el sitio de unión para la insulina.
- Las subunidades Beta son proteínas de transmembrana y están involucradas en la transmisión de la señal intracelular, posee actividad de tirosina quinasa.
Ambas subunidades, alfa y beta, provienen de una cadena precursora PRORECEPTOR que al inicio es no glicosilado, luego se glicosila, forma los puentes disulfuros, se producen los respectivos clivajes y se glicosila aún más para convertirse en el receptor tetramérico. La subunidad beta es la que tiene actividad de tirosina kinasa.
Cuando la insulina se une a la subunidad alfa, estimula a la tirosina quinasa presente en la subunidad beta, produciendo fosforilaciones y la autofosforilación del receptor (es decir que dentro de la subunidad beta existen residuos de tirosina capaces de ser fosforilados por la tirosina quinasa, que es una actividad propia de la subunidad beta). La autofosforilación del receptor de insulina ocurre a través de una cascada de fosforilación intramolecular, lo que da como resultado que por lo menos 5 residuos de tirosina de la porción intracelular de la cadena beta del receptor sean fosforilados. Cuando 3 de estos 5 residuos son fosforilados, la actividad de quinasa es mayor para otros sustratos. Esto es importante porque si se mantiene esta fosforilación, el receptor sigue activo aunque la insulina se disocie de él.
La fosforilación del receptor en serina y treonina inactiva a la enzima. Cuando el receptor no puede unir ATP no tiene actividad de quinasa y la insulina no puede cumplir con su efecto.
No todas las acciones de la insulina están relacionadas con la cascada de fosfo- defosforilación, como por ejemplo, el transporte de glucosa. Otros mecanismos incluyen la activación de fosfolipasas o la activación de quinasas de fosfatidilinositol. La insulina provoca la desfosforilación de enzimas fosforiladas en serina o treonina como: glicógeno-sintetasa, lipasa hormono-sensible, piruvato-deshidrogenasa y la fosforilación en serina y tirosina de la citrato liasa y Acetil CoA-Carboxilasa. Esto lo realizaría a partir de la activación de fosfatasas.
*** Regulación Homóloga:** La misma hormona que interactúa con el receptor es la que provoca el aumento o disminución del número de receptores.
*** Regulación Heteróloga:** Una hormona diferente es que la modifica el número de receptores.
Estas regulaciones tienen como principal objetivo, regular la síntesis de ARNm para los receptores, y en menor medida se debe al reciclaje o enmascaramiento o desenmascaramiento, aunque el reciclaje es lo primero que sucede antes de la disminución de la síntesis de ARNm.
Otro tipo de regulación es la:
- Desensibilización (taquifilaxia): Es la capacidad de la célula de disminuir la respuesta ante repetidas exposiciones a un agonista. En el caso de los receptores, cuando la hormona interactúa luego de producirse la activación y producido el mensaje, se produce un desacople entre el receptor y la enzima generadora del mensaje. La desensibilización puede ser homóloga o heteróloga.
En el caso del receptor beta adrenérgico, para la desensibilización involucra a una proteína kinasa que fosforila el receptor luego de la unión del agonista al receptor, y así se desencadena la desensibilización. También se requiere la presencia de una proteína Beta arrestin que se une al receptor luego de producirse la fosforilación por la kinasa, inhibiéndose la interacción de la G con el receptor. Entonces, se produce el desacople del receptor con la proteína G.
La desensibilización puede revertirse por acción de fosfatasas que defosforilan al receptor. Luego de la desensibilización se produce la INTERNALIZACIÓN de los receptores, desapareciendo los mismos de la membrana plasmática. La internalización es un fenómeno que forma parte de la down regulation. Existen fenómenos de internalización que se realizan por medio de sustancias que interaccionan con proteínas de membrana (aceptores). Los aceptores difieren de los receptores porque necesitan entrar en la célula para ejercer su acción.
Ejemplo 1 : La liberación de Cobalamina (Vitamina B12) al interior de la célula luego de formarse el complejo TLH-Cobalamina.
Ejemplo 2 : La introducción de Colesterol dentro de la célula a través de la interacción de la LDL con una proteína de membrana.
En el caso de la introducción de hormonas al interior de la célula este proceso se denomina internalización vía receptor, y es una endocitosis mediada por receptor. Se realiza en regiones llamadas “bristle-coated-pit” que son depresiones en la membrana recubiertas del lado interno por clatrina. Dado que en el caso de hormonas esta internalización se realiza mediada por receptor, a estos coated pits se los llama receptosomas. Es decir, los receptosomas son la conjunción de los receptores dentro de los “coated pits”. Dentro del receptosoma está el complejo receptor-ligando. Luego de formarse el receptosoma, dentro de él disminuye el PH por acción de una ATPasa, provocando la disociación de la hormona del receptor y éste va a la membrana, y el ligando va al Golgi.
Todas las formas de endocitosis requieren energía. En el caso de los receptosomas, la enzima trans-glutaminasa es la responsable de que los receptores interactúen con las cubiertas de clatrina.
TEORÍA DE MICHAELIS & MENTEN
Son características de una enzima:
- Capacidad de Saturación : A una determinada concentración de sustrato, la enzima trabaja al máximo alcanzando la velocidad máxima y por más que se incremente la cantidad de sustrato, la velocidad no aumenta y la enzima tiene un límite de tiempo para convertir el sustrato en producto.
- Especificidad : Reconocen sólo a una sustancia o a grupos químicos y no a otras u otros. Esta especificidad está asociada a la afinidad que significa la fuerza de unión entre dos moléculas.
Cuando existen cantidades mínimas de sustrato y la enzima no es capaz de interactuar él, no hay conversión a producto. Pero a medida que aumenta la concentración de sustrato se incrementa la probabilidad de que la enzima interactúe con éste y la conversión a producto es proporcional a la cantidad de sustrato y la reacción es lineal. Si se sigue incrementando la concentración de sustrato, se pierde la proporcionalidad, ya que la enzima llega a su punto de saturación, caso en el cual la reacción será independiente de la concentración de sustrato, la velocidad será constante y máxima: la enzima estará saturada.
La teoría de M&M postula que “En la transformación de S en P, se forma un complejo intermediario entre la enzima y el sustrato que está en equilibrio con la enzima y el sustrato y con la enzima y el producto”: E + S F 0 D FF 0 E 0ES F 0 D FF 0 E 0E + P
Estas son reacciones reversibles. Existe una constante resultante que da el balance de las cuatro constantes y determina la afinidad de la enzima por el sustrato, se denomina Km o constante de M&M. El valor de Km es igual a la concentración de sustrato necesaria para alcanzar la mitad de la velocidad máxima.
En la gráfica de la linearización de la ecuación, realizada por Lineweaver Burk (y llamada Lineweaver Burk o doble recíproca) se grafica la inversa de la velocidad en función de la inversa de la concentración de sustrato.
FOSFO-DEFOSFORILACION DE PROTEÍNAS
Cuando las células son expuestas a hormonas, neurotransmisores, toxinas, drogas o a factores de crecimiento, se inicia una cascada de eventos que producen la activación de enzimas que se llaman proteínas quinasas (fosfotransferasas). Estas catalizan la fosforilación de proteínas. En estos procesos también se estimulan fosfatasas que defosforilan proteínas. Generalmente se asocia fosforilación con activación y defosforilación con inactivación, pero no siempre es así.
Entonces, la fosforilación es reversible. La introducción de un fosfato produce una modificación covalente en la proteína. En los sustratos endógenos, los aminoácidos que se fosforilan son Serina, Treonina y Tirosina. El grupo fosfato se une generalmente como fosfomonoester.
El fosfato proviene de nucleótidos trifosfatos ATP/GTP. Por lo tanto, las proteínas quinasas son aquellas capaces de transferir grupos fosfato de la posición gama de nucleótidos trifosfato a los aminoácidos serina, treonina o tirosina en las proteínas sustrato de esas enzimas.
En el caso de la kinasa, la acción de la enzima depende del sustrato y además del ATP, como dador de grupos fosfatos.
Activación de kinasas
Generalmente se encuentran inactivas y son activadas luego de la llegada del estímulo. Cuando el estímulo tiene como primer blanco la membrana se generan segundos mensajeros que son activadores directos de las kinasas. Entonces, las kinasas usan como sustrato a una proteína, como dador de fosfatos al ATP, y aquellas regulables usan como reguladores a los Segundos Mensajeros.
Si bien existe especificidad de sustrato para cada kinasa, muchas (la mayoría) proteínas son fosforiladas por más de una kinasa, por lo que puede ser estimulada o inhibida por estímulos diferentes. Por ejemplo, la Glucógeno sintetasa es fosforilada por lo menos por 5 diferentes proteínas quinasas en 7 residuos diferentes de serina. Las proteínas fosforiladas son enzimas, por lo cual al ser fosforiladas modifican su actividad enzimática. La enzima, en condiciones adecuadas, acelera la reacción, disminuyendo la energía de activación.
Estructura de sitios reguladores y catalíticos de las kinasas
Las kinasas son enzimas mediadoras de estímulos externos que regulan las respuestas celulares. Como toda enzima, tienen:
La PKC se diferencia de la kinasa AMPc dependiente en que el sitio regulador y el catalítico se halla en una misma subunidad.
4) Kinasas calcio-calmodulina dependientes
Hay varios subtipos. Se hallan, por ejemplo, en el músculo liso. Allí, su función es fosforilar la cadena liviana de la miosina en el proceso de contracción muscular. Al despolarizarse la célula muscular, se libera calcio en el interior celular. El calcio se une a una proteína llamada calmodulina, y el complejo calcio-calmodulina interactúa con la subunidad catalítica de la kinasa, formando la holoenzima capaz de fosforilar a la miosina. Entonces, se puede decir que el mecanismo de acción de esta kinasa es inverso al de la AMPc dependiente. Aquella se activa al disociarse la subunidad alfa, mientras que esta se activa al unirse el complejo calcio-calmodulina.
TIROSINA KINASAS
Dentro de esta familia hay tres subgrupos:
**- Receptor de insulina
- Receptor de EGF
- Receptor de PDGF**
El ejemplo más típico es el receptor de insulina, que ya fue visto, pero aquí se analiza más específicamente su actividad kinasa.
Receptor de insulina
Funciona como una enzima alostérica. Está compuesta por dos subunidades alfa y dos beta, unidas entre sí por puentes disulfuro. En la unidad beta está el sitio catalítico.
La activación se produce al unirse la insulina a las dos subunidades alfa, sobre la beta. La insulina estimula la actividad de la enzima, incrementando la velocidad máxima pero sin cambiar la afinidad por el sustrato.
La subunidad alfa funciona regulando negativamente la actividad catalítica de la subunidad beta. Si la alfa se halla mutada o ausente, el receptor de insulina está permanentemente activado, como sucede cuando se activan oncogenes.
AUTOFOSFORILACIÓN
Muchas kinasas tienen la capacidad de autofosforilarse, en pos de modular o modificar su actividad, o para incrementar su afinidad a otros sustratos.
La autofosforilación da lugar a la “memoria de retención del estímulo”, mediante la cual el primer estímulo produce la activación de la kinasas, que continúa aún retirando el estímulo inicial.
La autofosforilación de residuos de tirosina que no pertenecen al dominio catalítico genera nuevos sitios de unión para otras proteínas citosólicas, como la fosfolipasa C, y algunas fosfatasas, entre otras. Estas proteínas contienen dominios llamados SH2, que interactúan con estas tirosinas fosforiladas, obviamente cuando la kinasa está activada.
Entonces, luego de la unión del ligando (insulina, EGF, PDGF) al receptor tirosina kinasa, se produce la autofosforilación de residuos de tirosina, que provoca la unión de proteínas efectoras con dominios SH2. Generalmente, estas proteínas efectoras son enzimas capaces de generar segundos mensajeros. Así, la interacción de la tirosina kinasa con las proteínas efectoras causada por la autofosforilación, reemplaza la acción mediada por la proteína G en los receptores 7MTS.
CAPACIDAD DE TRANSLOCACIÓN
Las kinasas son capas de translocarse a diferentes compartimientos celulares. La translocación al núcleo de la kinasa AMPc dependiente es muy importante para la activación de ciertos genes.
KINASAS INDEPENDIENTES DE SEGUNDOS MENSAJEROS
Como su nombre indica, su activación no depende de la interacción directa con un segundo mensajero. Sin embargo, pueden ser activadas por otras kinasas que sí usen segundos mensajeros para activarse. Un ejemplo es la Fosforilasa kinasa.
- Fosforilasa kinasa: Controla el metabolismo del glucógeno. Depende de Ca++ y Mg++ como cofactores. La fosforilasa kinasa es sustrato de la kinasa AMPc dependiente, que la fosforila en su subunidad beta. Al fosforilarla, incrementa su actividad enzimática. Si la fosforilación de produce en la subunidad alfa, no se modifica la actividad enzimática, sino que la hace muy afín a las proteínas fosfatasas, que la defosforilan.
FOSFATASAS
Son un grupo de proteínas que producen la defosforilación de proteínas fosforiladas por kinasas. Se dividen, como las kinasas, en proteínas que defosforilan proteínas fosforiladas en serina o treonina, y las que defosforilan proteínas fosforiladas en tirosina.
1) Fosfatasas de serina y treonina
Uno de sus tipos es la fosfatasa 1, que está controlada por dos proteínas inhibidoras. Estas inhibidoras son reguladas por fosforilación por kinasas; Así, la fosforilación de una proteína puede regular la defosforilación de otra. Otros tipos de fosfatasas de serina y treonina son:
• 2A: Regulada por poliaminas, es importante en el metabolismo hepático, entre otros.
• 2B: Regulada por Ca++ - Calmodulina. Participa en la transmisión sináptico.
• 2C: Regulada por Magnesio. Involucrada en el metabolismo del colesterol.
2) Fosfatasas de tirosina
Son proteínas integrales de membrana, y son llamadas también formas “formas no receptoras”. Este nombre se debe a que son similares a receptores de membrana, pero no se les ha hallado aún un ligando endógeno. Se piensa que están involucradas en la regulación del ciclo celular, y que interactúan con proteínas del citoesqueleto.
Se encuentran en membranas, donde se llama CD45, que tiene actividad tirosina fosfatasa en su dominio intracelular. Por eso, se considera que hay formas “receptoras” de fosfatasas de tirosina, que podrían ser capaces de translucir señales intracelulares.
Tanto en las formas receptoras como no receptoras, la funcionalidad de su sitio catalítico depende de una cisteína localizada en un segmento muy conservado de 11 aminoácidos. Los últimos 19 residuos del extremo COOH son hidrofóbicos, y serían los responsables de la localización de la fosfatasa en la membrana.
Proteína G (GTP Binding protein)
La proteína G es una proteína que une nucleótidos de Guanina GDP y GTP y cuya función es ser nexo entre el receptor y las enzimas formadoras (efectores) de 2dos Mensajeros
La subunidad beta-gama mantiene inhibida a alfa y también interviene en la formación de segundos mensajeros. También inhibe 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.
Una disminución en la actividad GTPasa (como consecuencia de una mutación) resultaría en el mantenimiento de una subunidad alfa activada con el GTP unido e interaccionando continuamente con el efector.
En ausencia del dímero beta-gama, la subunidad alfa libre no puede ser activada para intercambiar GDP por GTP. La subunidad 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 que alfa reconozca al receptor.
Interacción proteína–receptor-efector
- En el corazón de la estructura de la proteína G se encuentra el sitio de interacción con la ribosa, el fosfato y la guanina. Este corazón está formado por 4 secuencias muy conservadas en la evolución, que le dan propiedades particulares a la subunidad alfa, entre las cuales está incluida la interacción con el dímero beta/gama, con el receptor y con el efector o subunidad catalítica de la enzima a estimular.
- El carboxilo y el amino terminal, están muy próximos y mirando hacia el compartimiento extracelular y el sitio de interacción GDP-GTP está mirando hacia el citoplasma. La porción amino terminal interacciona con el dímero beta-gama y la porción carboxilo terminal con el receptor. Pero el dímero beta-gama también interactúa con el receptor.
- Un cambio conformacional del receptor, debido a la unión del ligando, produce un cambio también en alfa que permitiría el cambio de GDP por GTP, con la consecuente disociación de alfa de beta gama.
- La secuencia involucrada en la unión del fosfato de los nucleótidos de guanina es: GLY- XXX- GLY-LIS-SER o TRE.
- La secuencia involucrada en el cambio de GDP por GTP: VAL- GLY-GLY-GLU, Involucrada también en la actividad GTPasa.
Tipos de proteínas G
- Gs: estimula a la Adenilatociclasa y se forma el AMPc. Está involucrada en la activación de canales de Ca2+.
- Gi: inhibe a la Adenilatociclasa por estimulación de receptores. Regula canales de K+.
- Go: es muy abundante en el cerebro. Es similar a Gi. Regula canales Ca2+ y K+.
- Gq: estimula a la FLC para dar DAG e IP3. El IP3 mueve calcio de depósitos intracelulares.
- Gz: se encuentra en grandes cantidades en membrana del hígado y cerebro, es similar a Gi. Regula canales Ca2+ y K+.
- Gt: regula la actividad de la fosfodiesterasa de GMPc.
ADP Ribosilación
Provocada por la toxina colérica , usa como sustrato el NAD+. Produce cambios en la función de las mismas. La ADP ribosilación dependiente de la toxina colérica actúa sobre la subunidad alfa de la Gs. La modificación se produce en la Arg 201, inhibiéndose la actividad de hidrolizar GTP para cerrar la activación. Hay estimulación constante de producción de AMPc. Este mecanismo por el cual la toxina colérica mantiene elevados los niveles de AMPc, modifica la absorción de agua en el intestino provocando las diarreas. La bacteria Bordetella Pertussis, por el contrario, hace disminuir los niveles de AMPc. No olvidar que estos son ejemplos de cambios inducidos en un marco patológico, ante la infección con estos agentes, no en una situación normal.
Efectores y producción de 2dos mensajeros
Los niveles intracelulares de AMPc pueden estar regulados:
- A través de la activación de receptores y la posterior activación de la AC.
- A través de la activación de receptores y la posterior inhibición de la AC.
- A través de la activación de receptores y la posterior activación de la Fosfodiesterasa.
EFECTORES
1- Adenilato Ciclasa (AC)
- Esta ubicada en la membrana plasmática.
- Transforma ATP en AMPc, liberando PPi. Esta reacción se produce en presencia de Magnesio.
- Tiene una estructura con dominios que cruzan la membrana en varias oportunidades, pero a diferencia de los receptores, no posee dominio extracelular.
- Es activada por receptores que utilizan a la proteína Gs.
- Genera AMPc como segundo mensajero, quien activa a la quinasa AMPc Dependiente.
RECEPTORES ACOPLADOS A LA ESTIMULACIÓN DE LA ADENILATO CICLASA
- Adrenérgicos (Beta 1 y 2)
- Serotoninérgicos (S2)
- Secretina
- Factor liberador de hormona del crecimiento
- FSH
- Tirotrofina
- Histamina (H2)
- Dopaminérgicos (D21)
- Glucagon
- VIP
- Factor liberador de corticotropina
- LH
- Adenosina
- Prostaciclina
RECEPTORES ACOPLADOS A LA INHIBICIÓN DE ADENILATO CICLASA
La Inhibición de la AC se realiza por receptores acoplados a Gi.
- Adrenérgico alfa 1
- Muscarínico
- Dopamina (D2)
- Encefalinas
- Vasopresina (V2)
- Somatostatina
- Trombina
- Adenosina (A2)
2- Fosfodiesterasas
- El AMPc es degradado a AMP lineal por FOSFODIESTERASAS que rompen uniones fosfodiester (entre el OH y P 3’y OH en 5’) cerrando el ciclo de la activación del proceso.
- Existen varias isoformas. La más estudiada es la dependiente de calcio y calmodulina.
- Hay 5 familias de las diferentes isoformas de la fosfodiesterasa:
- Tipo I: Calcio calmodulina dependiente (activada por agonistas muscarínico y colinérgicos)
- Bradiquinina
- Histamina (H1)
- Factor activador de plaquetas
Hay otro mecanismo de activación de FLC que no es a través de la proteína Gq, sino que ocurre por activación en forma directa por fosforilaciones en la fosfolipasa.
- Fosfolipasa D
- Produce Ácido Fosfatídico. También produce colina, cuando el sustrato es fosfatidilcolina.
- El Ácido Fosfatidico puede actuar por si mismo sin necesidad de conversión en DAG.
- Para su activación se necesita influjo de calcio y GTP.
- Los estímulos que inducen la activación de la Fosfolipasa D en los distintos tejidos son:
- Carbacol
- Ionóforos de calcio
- Esteres de forbol (agentes que estimulan a la proteina quinasa C)
- DAGs sintéticos
- IgE
- Vasopresina
- GNRh - Fosfolipasa A
- Es una enzima que libera ácido araquidónico de fosfolípidos.
- (^) Requiere calcio para su activación.
- Puede ser estimulado en membrana por el dímero beta-gama de la proteína G, y por la subunidad alfa de la G de tipo “i”.
- El ácido araquidónico es precursor de prostaglandinas y leucotrienos.
PATOLOGÍAS QUE INVOLUCRAN A LA PROTEÍNA G
En diversas patologías se han descrito alteraciones en las proteínas G que dan lugar a un acoplamiento erróneo entre receptores y efectores produciendo segundos mensajeros de forma anómala.
1) OSTEODISTROFIA HEREDITARIA (AHO): Hay una mutación en el gen que codifica para la subunidad alfa, dando lugar a la síntesis de ARNm que originan varias isoformas de alfa, todas ellas inactivas.
2) ADENOMA SOMATOTROFICO: Son tumores productores de hormona de crecimiento. Se producen por mutaciones en el gen que codifica para alfa-s de la proteína Gs, que activa a la AC. Como resultado hay una alfa-s superactiva por disminución de la actividad GTPasa, que es la que transforma GTP en GDP para que las subunidades se reasocien.
3) Diabetes tipo II : coincide con anormalidades en la función de la proteína Gi en hepatocitos.
