Bioseñalización. Capitulo 12. Lehninger: Principios de bioquímica / Lehninger, Albert L.; Nelson, David L.; Cox, Michael M.

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1 Bioseñalización Capitulo 12. Lehninger: Principios de bioquímica / Lehninger, Albert L.; Nelson, David L.; Cox, Michael M. Lenhinger

2 Bioseñalización : Generalidades La capacidad que tienen las células de censar y dar una respuesta ante un estimulo mas allá de su membrana plasmática es fundamental para la vida El crecimiento, la diferenciación y metabolismo de diferentes tejidos y órganos de nuestro organismo dependen de los estímulos que recibe la célula

3 Bioseñalización : Generalidades Componentes de la vía de señalización 1. Fase intercelular: liberación de una sustancia portadora de un mensaje (primer mensajero)a a partir de la célula efectora hasta la llegada de este al interior de la célula que va a dar respuesta al mensaje, célula diana 2. Fase intracelular: todos los procesos y las substancias implicadas en la producción de la respuesta celular (segundos mensajeros, enzimas, proteínas estructurales, genes etc)

4 Bioseñalización : Generalidades Nauraleza del Primer Mensajero: Proteína: hormona del crecimiento Péptidos: Hormona antidiurética AA: GABA y derivados (NE; E; Tiroxina) Acidos Grasos: Prostaglandinas, TBX Esteroides: Hormonas sexuales Gases: NO Nauraleza del Segundo Mensajero: Nucleótidos: camp; cgmp Productos de la degradación de fosfolípidos: I 3 P Iones: Mn 2+ Ca 2+

5 Bioseñalización : Generalidades 1. Especificidad: La molécula señal se acopla al sitio de unión de su receptor complementario y no a otros 2. Amplificación: Luego de la detección de la señal por la molécula receptora se produce un segundo mensajero que incrementa geométricamente la cascada de señalización.

6 Bioseñalización : Generalidades 3. Desensibilización/adaptación : La activación del receptor pone en marcha un circuito de retroalimentación que desconecta el receptor o lo elimina de la superficie de la célula. 4. Integración: Cuando dos señales tienen efectos opuestos en una característica metabólica tal el resultado regulador proviene de la información integrada de ambos receptores

7 1.Son los traductores de señales mas sencillos. Ej: Canal iónico de receptor de Ach 2.El receptor al ser estimulado por un ligando cataliza la producción de un 2do mensajero. Ej: receptor de Insulina 3. Receptores serpentinas que están acoplados a una proteína G que cataliza la producción de un 2do mensajero. Ej: receptor b- adrenérgico. 4. Receptores nucleares que directamente se unen a una zona especifica del gen y lo modulan 5. Receptores sin actividad enzimática propia, atraen enzimas citosólicas y activan una cascada de señalización hacia el nucleo. EJ. Receptor Epo 6. Receptores de adhesión que interaccionan con por Ej el colágeno y llevan al citoesqueleto instrucciones para migrar. Ej: receptor de integrinas

8 1. Canales iónicos de compuerta regulada: Generalidades Los canales iónicos de compuerta regulada por ligando o por potencial de membrana son de gran importancia para la señalización de neuronas y de la placa neuromuscular El receptor de acetilcolina de las neuronas y miocitos es un canal iónico de compuerta regulada por ligando Los canales iónicos de Na+ y K + de compuerta regulada por voltaje de las membranas neuronales transportan el potencial de acción a lo largo del axón en forma de onda de despolarización (entrada de Na + ) y repolarización (salida de K + ). La llegada del potencial de acción desencadena la liberación del neurotransmisor desde la célula presináptica. Entonces el neurotransmisor difunde en la célula postsináptica se une a su sitio especifico en la membrana plasmática y produce el cambio de voltaje.

9 Potencial eléctrico de transmembrana (Vm) a)la ATP asa Na+/K+ electrogénica produce un potencial eléctrico de transmembrana de -60mV (negativo hacia el interior) b) Existe un gradiente electroquímico de iones a desplazarse hacia el interior de la célula despolarizándola (Na+ y Ca2+). Y un gradiente de hiperpolarizacion de salida de Cl- y K+ (en contra de su gradiente de concentración) Mantener la osmolaridad Impulso eléctrico Traducción de señales

10 1. Receptor nicotínico de acetilcolina El receptor de Ach se localiza en la neurona postsináptica o miocito La Ach se libera a la hendidura sináptica o la placa neuromuscluar por la secreción de vesículas inducida por la entrada de Ca 2+ producida por la despolarización de la membrana Esto produce un nuevo potencial de acción y la apertura de canales iónicos regulados por voltaje (impulso eléctrico) o la contracción del musculo Luego actua la acetilcolinesterasa (enzima que degrada la Ach)

11 Impulso neuronal 3 tipos de canales iónicos regulados por voltaje 1. Canales Na + regulados por voltaje ubicados a lo largo de todo el axón. Estan cerrados cuando la membrana esta en reposo (-60 mv), cuando la membrana se despolariza, se abren localmente por acciòn de la Ach. 2. La despolarización inducida por la apertura de canales Na + produce la apertura de canales K + voltaje dependientes con la resultante salida de K + y repolarización de la membrana (local). Un pulso corto de despolarización atraviesa el axón a medida que la despolarización-repolarización local origina la apertura de canales vecinos de Na + voltaje dependientes y es unidireccional porque el canal tiene un periodo refractario durante el cual no puede volver a abrirse En el extremo distal del axón hay canales de Ca 2+ regulados por voltaje. Cuando la onda de despolarización los alcanza se abren y el Ca 2+ (actúa como 2do mensajero) entra y desencadena la liberación de Ach

12 2. Enzima Receptor: ej Receptor de Insulina La insulina regula el metabolismo en general (glucosa) y el crecimiento y desarrollo celular Estos tipos de receptores tienen un sitio de unión a ligando hacia el espacio extracelular y un sitio activo enzimático de cara al citoplasma celular La unión del ligando en la superficie del receptor produce la autofosforilación de residuos de tirosina en el sitio activo (actividad tirosina quinasa). Esta autofosforilación permite la apertura del sitio activo permitiendo que la enzima fosforile residuos tirosina de otras proteínas diana. Una de esas proteínas diana es el IRS-1 (sustrato-1 del receptor de insulina)

13 Cuando el IRS-1 se fosforila en sus residuos tirosina, se produce la nucleación La nucleación involucra un complejo de proteínas que transmiten el mensaje desde el receptor de insulina a otras proteínas diana finales del citosol a través de una cadena de proteínas intermedias: Grb2 (por el dominio SH2), que a su vez recluta a Sos y a su vez a Ras el cual libera GDP y el sitio de unión se sustituye por GTP Asì RAS unido a GTP puede activar a Raf-1 Raf-1 es la primera de 3 proteínas quinasas (Raf-1, MEK, ERK) que son miembros de la familia de las MAPK (mitogen activated phosphorylate kinase) que en definitiva luego de las cascadas de fosforilación producen un efecto mitógeno en la célula a nivel génico

14 La Gbr2 no es la única proteína asociada a IRS-1 El IRS-1 fosforilado puede activar a PI-3K a través del dominio SH2 y dicha enzima convierte al PIP2 en PIP3 (localizado en la membrana plasmática) PIP3 fosforila a la PKB que a su vez fosforila a la GSK3 (glucógeno sintasa). La forma activa de la GSK3 es no fosforilada. Entonces al fosforilzarse se inhibe. Entonces la síntesis e glucógeno se mantiene activa Existe un mecanismo de inactivación de esta cascada comandado por PTEN (fosfatasa específica de PIP3) desfosforila al PIP3 en posición 3 para dar el PIP2

15 5. Receptores sin actividad enzimática propia No tienen actividad enzimatica propia pero cuando son ocupados por ligandos unen a una tirosin quinasa soluble (JAK, Janus kinase). Cuando JAK se une al receptor de la Epo y fosforila varios residuos Tyr se une a STAT (traductores de señalización y activadores de la transcripción) por medio de su sitio de unión a residuos P-Tyr. STAT-P en forma de dímeros promueve la transcripción de genes involucrados en la maduración de los eritrocitos

16 Receptores con actividad GC Receptores con actividad guanilato ciclasa, es decir, producen GMPc a partir del GTP Estos receptores pueden estar localizados en la membrana plasmática (ANF) o solubles en el citoplasma celular (NO) El GMPc como segundo mensajero activa la proteína quinasa dependiente de GMPc (PKG) la que dependiendo del tejido produce el efecto final: -Excreción renal de Na + -Relajación del musculo liso vascular (vasodilatación; aumento del flujo) -Liberación de Cl - al intestino estimulado por la guanilina (péptido instestinal). -Contracción menos enérgica del corazón Existen PDE (fosfodiesteresas específicas) que convierten al GMPc en 5`GMP inactivo Sildenafil (Viagra) es un inhibidor especifico de la PDE de vasos sanguíneos

17 1.Son los traductores de señales mas sencillos. Ej: Canal iónico de receptor de Ach 2.El receptor al ser estimulado por un ligando cataliza la producción de un 2do mensajero. Ej: receptor de Insulina 3. Receptores serpentinas que están acoplados a una proteína G que cataliza la producción de un 2do mensajero. Ej: receptor b- adrenérgico. 4. Receptores nucleares que directamente se unen a una zona especifica del gen y lo modulan 5. Receptores sin actividad enzimática propia, atraen enzimas citosólicas y activan una cascada de señalización hacia el nucleo. EJ. Receptor Epo 6. Receptores de adhesión que interaccionan con por Ej el colágeno y llevan al citoesqueleto instrucciones para migrar. Ej: receptor de integrinas

18 Componentes: 3. Receptores serpentinas acoplados a proteína G Un receptor de membrana de 7 pasos de que serpentean a lo largo de la membrana plasmática, con su domino C-t hacia el citoplasma y el N-t al exterior. (GPCR) Una enzima localizada en membrana plasmática que produce un segundo mensajero intracelular (Adenilato Ciclasa, sintetiza AMPc a partir de ATP) Una tercer proteína que une un nucleótido de guanosina (Proteína G), que establece el nexo entre el receptor y la producción del 2do mensajero

19 3. Receptores serpentinas acoplados a proteína G La unión del ligando al receptor produce un cambio conformacional que ocasiona el reemplazo de GDP por GTP en el dominio Gs (o subuniddad α (estimulatoria) de la proteína G Las subunidades Gβ y Gγ se disocian entonces Gα-GTP se puede unir a la AC. Se desplaza a lo largo del plano de la membrana (se mantiene unida por un grupo palmítico) La AC cataliza la formación de AMPc. Es autolimitante, ya la subunidad activa de la Proteina Gs al donar el Pi se inactiva. Y esta disponible para actuar nuevamente Proteína G Ras (trimérica monomérica) Existe un dominio o subunidad i (inhibitoria) que produce una inhibición de la AC, bajos niveles de AMPc intracelular (mecanismo de acción de algunas hormonas)

20 Luego de la generación de AMPc Este puede activar a la PKA (protein quinasa dependiente de AMPc Efecto contrario a la insulina

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23 Receptores acoplados a Proteína G Utilizan como enzima a la PLC (fosfolipasa C) que origina a partir del 4,5 fosfatidilinositol bifosfato de la membrana plasmática dos segundos mensajeros: IP3 (inositol 3 P) DAG (diacilglicerol) La subunidad de la proteína G involucrada se llama Gq El IP3 es hidrosoluble y disfunde desde la membrana plasmática hacia el retículo endoplasmico, se une a receptores específicos de IP3 y permite la apertura de canales Ca2+. Esta salida del calcio al citosol provoca la activación de la PKC El DAG coopera con el calcio en la activación de la PKC Los cambios en los niveles de calcio intracelular pueden activar a su vez a una quinasa dependiente de Ca2+/calmodulina (CAM quinasas

24 Receptores acoplados a Proteína G Existe una gran familia de receptores de 7 pasos de transmembrana. Al unir el ligando el receptor cataliza el intercambio de GTP por GDP a una proteína G asociada. Esta subunidad viaja por la membrana y estimula/inhibe a una enzima próxima a la membrana (AC, PLC) alterando la concentración de un segundo mensajero (AMPc; IP3, DAG, Ca2+) En el caso del receptor beta adrenérgico al unirse la adrenalina a través de la subunidad Gs de la proteína G activa a la AC que aumenta la concentración de AMPc. Este activa la PKA que a su vez esta fosforila otras proteínas. Algunos receptores están acoplados a PLC que rompe el PIP2 en DAG y IP3, los cuales liberan calcio y activan a la PKC que finalmente es la que por fosforilación de proteínas diana especificas. Estas fosforilaciones en algunos casos pueden ser mediadas por la activación de la calmodulina.

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