TIPOS DE RECEPTORES DE MEMBRANA

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1 TRANSDUCCIÓN DE SEÑALES EN EUCARIOTAS TIPOS DE RECEPTORES DE MEMBRANA (RECEPTORES CON ACTIVIDAD ENZIMÁTICA Y DE SIETE HÉLICES TRANSMEMBRANA) TIPOS DE RECEPTORES DE MEMBRANA I. Forman canales iónicos. II. Interaccionan con proteínas quinasas solubles. III. Con actividad enzimática intrínseca. IV. Con siete hélices α transmembranales. V. Otros receptores. Habíamos visto esta lista de los distintos grupos de receptores dependiendo de la estructura de la molécula proteica y también de cómo actuaban en la superficie de la célula. Ya vimos cómo funcionaban los receptores que formaban canales iónicos, y hoy vamos a seguir viendo los demás. Existen unos receptores que interaccionan con proteínas quinasas solubles y otros receptores con actividad enzimática intrínseca de tipo quinasa la mayoría de las veces, y esto de alguna forma nos hace ver que tienen una estructura y un funcionamiento bastante parecido. Los receptores que tienen siete hélices α transmembrana sí tienen una estructura distinta a los anteriores. Por último tenemos el grupo de otros receptores.

2 Esta diapositiva es un esquema en el que están representados algunos de estos receptores de membrana. 1. Receptores de tipo citoquina: 2. Receptores con actividad tirosin-quinasa. 3. Receptores del factor de crecimiento transformante β, que tiene un funcionamiento parecido. 4. Receptores acoplados a proteína G. En los casos 1, 2 y 3, tienen en común estos receptores que se tienen que dimerizar y que tienen una sola cadena polipeptídica que atraviesa una vez la membrana plasmática. En contraste, tenemos el receptor de siete hélices transmembrana que tiene una cadena polipeptídica que atraviesa siete veces la membrana plasmática. Además, va a tener que actuar con proteínas que vemos en la imagen, que veremos con más detalle que son las proteínas G. La transducción de las señales en este caso es bastante diferente que la que podemos encontrar con los otros tres receptores. Receptores que interaccionan con proteínas quinasa solubles Los receptores que interaccionan con proteínas quinasas solubles son unos receptores que tienen dos subunidades, que no tienen que ser exactamente iguales, y cuando aparece el ligando, generalmente en forma de monómero, se va a unir a una de las subunidades primero y luego a la otra, y va a hacer que se produzca el dímero de ese receptor. No encontramos ninguna actividad encimática en estos receptores. Sin embargo, sí que se van a asociar a otras moléculas que sean de tipo quinasa generalmente, que se encuentran situadas debajo de la membrana plasmática y que están en contacto con estos receptores a los cuales van a activar y a partir de ellos van a transducir la señal. En este esquema más detallado vemos los receptores que interaccionan con proteínas quinasas solubles que están en la membrana plasmática.

3 Estructura: - Cada monómero que forma el receptor tiene una sola cadena polipeptídica. - Tiene tres partes: - Dominio extracelular. Puede tener diferente estructura, tiene dominios del tipo inmunoglobulinas, pero siempre va a ser el que tenga el punto de unión al ligando en cada una de las subunidades. - Dominio transmembrana. Es una hélice alfa. - Dominio intracelular. Aquí se sitúan las zonas a las cuales se van a unir las proteínas que van a transducir la señal. - NO son parte de la molécula del receptor las proteínas (marrones) que se ven debajo de la membrana, sino que son unas proteínas quinasas, denominadas JAK en este caso, que están alrededor de esa parte del receptor y cuando se une el ligando, esta proteína JAK es la responsable de unir las dos subunidades del receptor. A continuación, queda formado el dímero y las proteínas quinasas se fosforilan y quedan de forma activa. Aquí, una vez que se ha fosforilado la proteína JAK, por medio de gasto de ATP, esta proteína ya está activa y puede transducir la señal. En la proteína JAK se habla de una zona que se llama labio (lip) de activación de la tirosina, y aparecen esas zonas donde se puede fosforilar. Después, estas proteínas quinasas son capaces de fosforilar, aparte de tirosina, algunas tirosinas que se encuentran en los segmentos intracelulares del receptor. Va a haber una transfosforilación, es decir, que esa subunidad o bien la proteína unida a esa misma subunidad, va a ser capaz de fosforilar tirosinas de la subunidad contigua, y viceversa. Se fosforila una a la otra. En conjunto quedan las proteínas JAK fosforiladas y el receptor fosforilado en determinados residuos de tirosina.

4 De esta forma el receptor estaría dimerizado y activado y podría transducir la señal que le ha llegado en forma del ligando correspondiente. En este esquema vemos el mismo proceso que antes. Aquí habla de un ligando que es una citoquina y los receptores están relacionados con ligandos de tipo citoquina. Las citoquinas son una familia de moléculas (son moléculas variadas) en las cuales tienen en general la función de activar la proliferación celular, la diferenciación celular, la generación de células hematopoyéticas y también están relacionadas con el sistema inmunitario. También los interferones, que es un grupo de estas moléculas de citoquina, están relacionados con la defensa contra los virus. En este ejemplo vemos una citoquina que se une y dimeriza al receptor, el cual tiene una quinasa asociada que se fosforila y transfosforila al receptor. RECEPTORES PARA CITOQUINAS La hormona del crecimiento es una de estas moléculas del tipo citoquina. Es producida por la adenohipófisis y su tamaño es grande con cadenas en forma de hélice. Se asocia de esta manera (imagen 2) al receptor. El receptor de la hormona del crecimiento tiene dos subunidades (roja y marrón). La hormona del crecimiento uniría ambas subunidades provocando la dimerización del receptor. En la imagen de abajo vemos como la hormona del crecimiento une a los receptores y los activa interiormente (su dominio intracelular). Siempre pasa con la hormona del crecimiento y otras citoquinas, que si en algún momento van en forma de dímeros, se van a unir a cuatro subunidades de

5 receptor. Es decir, siempre va una molécula de ligando por cada dos moléculas de receptor. Otro caso de citoquinas es la interleucina-6 o IL-6. Aquí vemos que hay unas moléculas de receptor que tienen una zona concreta donde se va a unir la interleucina-6, y tienen asociadas una proteína JAK. Esa proteína JAK se va a fosforilar y una vez fosforilada va a atraer a las proteínas STAT que están en el citoplasma y estas proteínas STAT son atraídas esencialmente a puntos de tirosina fosforilados del receptor. Entonces, las proteínas JAK fosforilan al receptor y el receptor tiene un resto de fosfotirosina que va a ser reconocido por proteínas de tipo STAT que se van a unir y a activar. La proteína STAT tiene un dominio llamado SH2 y por eso puede reconocer el resto de fosfotirosina. La forma de trasducir la señal la interleucina-6 va a ser a través de las proteínas JAK y STAT que se activan una a continuación de otra. Después, las proteínas STAT se unen por sus restos de fosfotirosina, porque resulta fosforilada, y entran en el núcleo de la célula donde se unen a determinadas zonas del DNA donde van a promover la transcripción de determinados genes. Estos genes pueden estar relacionados con proteínas que tienen que ver con la diferenciación celular, etc. Entonces, las proteínas STAT actúan como factores de transcripción, pues realmente son como activadores transcripcionales.

6 Receptores con actividad enzimática intrínseca En este caso, lo mismo que vamos a ver con los receptores con actividad enzimática intrínseca, se va a producir la biosíntesis de otras proteínas y se va a actuar a nivel del núcleo. Los receptores que tienen actividad enzimática intrínseca, igualmente tienen: - Una sola cadena polipeptídica. - Una sola hélice transmembrana que los ancla a la membrana. Tenemos que tener claro que no van a estar en un punto fijo, sino que se pueden mover por la membrana. - Un dominio intracelular que puede ser activada. La diferencia con los receptores anteriores es que esta zona intracelular incluye un dominio con actividad tirosina quinasa. En la imagen pone que ese dominio está poco activo, y efectivamente, cuando no tiene ligando unido, no suele transmitir ninguna señal y por tanto no está activado. En este caso, el ligando son dos moléculas, no como antes, se unen a los puntos de unión de la región extracelular del receptor provocando la dimerización del receptor y en la zona intracelular se activa la actividad quinasa. Al activarse la actividad quinasa, se produce una fosforilación de la zona quinasa (ver imagen) a partir de ATP que se va como ADP y deja un grupo fosfato. Así ya tenemos una proteína tirosinquinasa activa. A continuación, como pasaba en los anteriores casos, estas moléculas juntas van a ser capaces de transfosforilarse. Entonces, los restos de tirosina del dominio intracelular del receptor quedan fosforilados, pero una subunidad del receptor va a fosforilar a las tirosinas de la otra subunidad y viceversa.

7 Comparación: receptores para citoquinas vs receptores con actividad intrínseca Entonces, ambos casos se pueden comparar: - En los dos casos (se parecen) empezamos con receptores inactivos y separados, con la diferencia de que el ligando sea un monómero o un dímero y de que los receptores sean idénticos o no. - En los dos casos se activa de alguna forma el receptor uniéndose el ligando en el dominio extracelular. - En los dos casos resultan fosforilados los dominios intracelulares de ambos receptores, pudiendo transducir la señal. Lo que hemos visto, es lo que pasaría en estos receptores de membrana cuando se le une el ligando. Lo que pasa a continuación lo veremos más adelante. Receptores con siete hélices α transmembranales Este tipo de receptores tienen una estructura y un funcionamiento muy distintos. Estructura: - Una sola cadena polipeptídica que atraviesa siete veces la membrana plasmática y por tanto podemos hablar de: - Un dominio extracelular, que no es único, porque está formado por el segmento N-terminal (inicio de la proteína) y por una serie de bucles que aparecen entre medias de estas siete hélices transmembrana, que se denominan bucle 1, bucle 2 y bucle 3. También están en el exterior los puntos de glicosilación y restos de residuos glicosilados (esto sucede siempre en las proteínas transmembrana).

8 - Un dominio transmembrana, formado por las siete hélices que se numeran de 1 a 7 empezando por la que es más N-terminal y acabando por la que es más C-terminal. - Un dominio intracelular, donde hay tres bucles intracelulares y el segmento C- terminal. El segmento C-terminal tiene una cisteína concreta que puede ser palmitoilada (que es lo que está representado como una línea en zig-zag en la membrana) y entonces, cuando está palmitoilada, ese resto de ácido palmítico se inserta en la membrana y forma un cuarto bucle que no siempre existe porque la palmitoilación no está continuamente activa. Esto sería el esquema visto en dos dimensiones. En la realidad, estas hélices no están colocadas de forma paralela, sino que están formando como un bloque entre ellas. La zona de unión del ligando estaría en la zona superior (extracelular) y dependiendo de los aminoácidos que haya en los bucles extracelulares, se va a producir la especificidad de unión con el ligando correspondiente. En la parte inferior, va a hacer contacto con las proteínas G que van a transducir la señal. Este es el mismo esquema que antes, pero visto desde arriba. En esta visión vemos cómo se numeran las hélices. Los bucles extracelulares estarían: - Bucle 1: entre las hélices II y III. - Bucle 2: entre las hélices IV y V que tiene un puente disulfuro con la hélice III (hay dos cisteínas, y se forma el puente disulfuro). - Bucle 3: entre las hélices VI y VII. En el dibujo inferior vemos: - La molécula con los restos glicosilados. - El ácido palmítico que estaría cerca del extremo C-terminal. - También vemos cómo se dispondría la proteína G uniéndose a esta molécula, de manera que la proteína G se va a unir a determinados bucles, no a todos. Vemos que el bucle intracelular 1 no tiene tanta función en la unión a la proteína G como los bucles intracelulares 2 y 3. Cada parte de la molécula tiene su función concreta y por lo tanto una estructura determinada.

9 En este esquema vemos lo mismo, vemos los hidratos de carbono, el puente disulfuro, el anclaje a la membrana por medio del ácido palmítico y además hay tres lugares que están muy cerca del extremo C- terminal de la molécula y que se pueden fosforilar. Tanto el resto de ácido palmítico como esta fosforilación van a tener que ver con la sensibilización y desensibilización del receptor, es decir, con que sea capaz de aceptar el ligando y transducir la señal o tenga periodos en los cuales no se active y no pueda transducir la señal. Aquí se representa como si se vieran desde encima las hélices transmembrana en dos casos: 1 1. Zona de unión del ligando en el receptor β-adrenérgico. 2. Zona de unión del ligando en el receptor de serotonina. 2 Se quiere representar cómo determinadas cadenas laterales de aminoácidos que están formando la hélice alfa y que tienen sus cadenas laterales hacia el exterior, forman diferentes grupos activos que son los que van a reconocer y unir al ligando, de manera que esto es único para que puedan ser específicas las distintas uniones ligando-receptor. Esto no quiere decir que no vaya a haber casos de reacción cruzada, o lo que es lo mismo, que el mismo ligando se una a otros receptores por ser similares, o que dos ligandos sean desde el punto de vista genético muy parecidos y puedan encajar en el mismo punto. Pero en principio estas cadenas laterales van a ser diferentes en cada caso, y van a ser capaces de reconocer a su ligando.

10 RECEPTORES UNIDOS A PROTEÍNAS G Vamos a ver cómo funcionan estos receptores que están unidos o asociados a proteínas G. El receptor está representado con la zona de unión al ligando y con la zona de unión a las proteínas G, tenemos la proteína G anclada a la membrana pero puede desplazarse a lo largo de la cara interna de la membrana plasmática y luego tenemos algún enzima que como va a colaborar en el proceso de transducción de la señal se va a denominar efector. Cuando se une la molécula señal al receptor, se activa el receptor, se une a la proteína G y la proteína G es activada. Una vez que es transducida la señal a la proteína G, la proteína G activada se separa del receptor y activa a la enzima por la unión física. La enzima antes de esto estaba inactivada. Una vez activada la enzima, dependiendo de cuál sea esa enzima, va a producir su función. Puede ser una lipasa, una ciclasa, etc. y según el efecto que haga, va a producir una molécula activada que es lo que vamos a conocer como segundo mensajero. Vamos a ver otros esquemas porque estos receptores tienen varias vías de transducción intracelular. Aquí vemos con más detalle la proteína G, que está formada por tres subunidades distintas: - Subunidad α, en verde oscuro, que es capaz de unir nucleótidos de guanina, ya sea GDP o GTP, y por eso se denomina proteína G (de guanina). - Subunidad β, en azul, más pequeña. - Subunidad ү, en verde clarito, que es más pequeña. Las subunidades α y ү tienen residuos alifáticos que las anclan a la membrana y entre ellas se unen. (A) Cuando están las tres subunidades unidas no son activas. Esto es lo que vemos en el caso A, la situación estática o no activa, cuando el ligando no está unido al receptor y la proteína G tiene unido GDP y no son activas. (B) En el caso B, vemos que cuando llega la molécula señalizadora y se une al receptor, el receptor se activa y se acerca a la proteína G. En este punto B todavía tiene GDP unido y no está activa pero si pasamos al siguiente punto:

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