Tema 2 (2013)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Bioquímica - 2º curso
Asignatura Bioquímica II
Año del apunte 2013
Páginas 27
Fecha de subida 17/10/2014
Descargas 30
Subido por

Vista previa del texto

Judith Gonzàlez Gallego Bioquímica II T2 BIOSENYALITZACIÓ En els organismes vius es donen a la vegada moltes vies metabòliques però a la velocitat que es donen pot variar en funció de la situació en la qual ens trobem. Així doncs, hi ha d’haver un mecanisme de coordinació. Això s’aconsegueix gràcies a una sèrie de senyals que es mouen d’uns teixits a uns altres.
De fet, l’activitat metabòlica d’una cèl·lula aïllada ve afectada per molts factors, un exemple són els nutricionals que afectaran de manera directa a la velocitat amb la qual es produeix la via. També es veurà exposada a una gran quantitat de senyals que influiran en la seva activitat metabòlica. A continuació es mostren una sèrie de senyals als quals respon la cèl·lula:  Antígens.
 Components de la matriu extracel·lular. Es produeixen interaccions entre cèl·lula i matriu que provoquen un canvi en el comportament cel·lular.
 Glicoproteïnes i oligosacàrids situats a la superfície cel·lular. Poden interaccionar amb la matriu o una altra cèl·lula.
 Senyals específics com ara factors o de desenvolupament.
 Hormones.
 Neurotransmissors.
 Llums  Feromones, és a dir, hormones d’altres tipus cel·lulars.
EFECTES ENDOCRÍ, PARACRÍ I AUTOCRÍ Podem classificar la resposta al senyal segons tingui un efecte endocrí, paracrí o autocrí.
Efecte endocrí L’efecte endocrí es produeix quan un determinat senyal extracel·lular es secretat per una estructura específica que és anomenada glàndula endocrina. Aquest senyal és secretat per la sang i té un recorregut llarg en l’organisme.
El senyal que es denomina missatger primari i arriba a les cèl·lules diana, és a dir, cèl·lules que són capaces de donar resposta al missatger primari degut que tenen una molècula que actua com a receptor. Així doncs, només els tipus cel·lulars que expressin el receptor podran actuar com a diana. Les cèl·lules diana les podem trobar totes al mateix òrgan o bé en òrgans diferents.
1 Judith Gonzàlez Gallego Bioquímica II T2 Efecte paracrí En el sistema paracrí n determinat tipus cel·lular comença a secretar missatgers primaris que tenen una distribució i actuació local i restringida, és a dir, recorren poc espai des de la cèl·lula que els allibera fins la cèl·lula que els reconeix com a diana d’aquell senyal. Aquest tipus de transmissió ens recorda a una sinapsi. En moltes ocasions, aquests tipus d’efecte es dóna en processos tumorals, de diferenciació, en secreció de factors de creixements, etc. Si les cèl·lules no tenen el receptor no respondran.
Efecte autocrí El mecanisme autocrí es dóna amb molta freqüència en els càncers. Algunes cèl·lules canceroses tenen la particularitat que poden creixer en medis de cultiu en absència de sèrum en el medi, cal tenir present que una cèl·lula del tipus no cancerós necessita del sèrum no només per tenir albúmina sinó perquè també l’aporta els nutrients i factors de creixement. Així doncs, aquestes cèl·lules canceroses que poden creixer sense sèrum ho poden fer perquè elles mateixes passen a expressar el factor de creixement, ho secreten i com que expressen receptors, s’autoestimulen el seu creixement. Per tant, utilitzen un mecanisme autocrí per estimular el seu creixement. Així doncs, aquestes cèl·lules canceroses expressen el gen que permet la síntesi de factors de creixement que la gran majoria de cèl·lules tenen reprimit.
Glàndules endocrines En quant a metabolisme, el sistema endocrí és el més important. S’encarrega de regular en cada instant el metabolisme. En humans, està composat per diferents glàndules que estan especialitzades en produir unes determinades hormones que poden estar relacionades de manera directa amb el metabolisme o afectar de manera indirecta a algunes funcions.
Les glàndules endògenes s’encarreguen de regular l’activitat de les altres glàndules, per exemple la pituïtària és capaç de regular-se a ella mateixa però sobretot secreta factors que regulen la síntesi d’altres hormones.
Nosaltres únicament estudiarem aquelles hormones que tenen una conseqüència més directa sobre el metabolisme, com ara la adrenalina (adrenal).
Les glàndules que regulen les seves pròpies hormones són: les glàndules tiroides, adrenals, pàncrees i les glàndules sexuals. Per una altra banda, les que venen regulades per unes altres glàndules són l’hipotàlem i la pituïtària.
2 Judith Gonzàlez Gallego Bioquímica II T2 CLASSES PRINCIPALS D'HORMONES HUMANES El concepte de glàndula endocrina com a estructura molt especialitzada no sempre és cert ja que poden haver-hi estructures d’altres teixits que secretin o puguin secretar factors que actuïn com a missatgers primaris, és a dir, que tinguin una funció endocrina. En trobem diversos exemples d’això:  Cor. Quan les parets de les aurícules cardíaques detecten que hi ha una gran pressió secreten un pèptid natriurètic que actua eliminant el sodi del ronyó la qual cosa baixa la pressió arterial. Aquesta resposta també es dóna amb una hipertensió prolongada.
 Sistema gàstric. Pot secretar una gran quantitat de factors que són capaços de regular altres òrgans que no són únicament del sistema digestiu.
 Fetge. A part de la funció de síntesi de proteïnes que passen a la sang també se secreten factors de creixement com ara la insulina.
De cara al metabolisme de les glàndules endocrines les que tenen un paper més gran són el pàncrees amb la síntesi d’insulina i glucagó i per una altra banda les suprarenals tenen la capacitat de sintetitzar dues hormones diferents: per la part central secreten adrenalina i per la part superior a l’escorça secreten corticosteroides.
Aquestes hormones les podríem classificar de diverses maneres, si ho fem en funció de l’estructura:  Hormones derivades d’aminoàcids. Aquest tipus d’hormones són no peptídiques. Un exemple és la adrenalina ja que no té cap enllaç peptídic sinó que és una modificació de l’aminoàcid tirosina.
 Hormones peptídiques o polipeptídiques. En aquest cas la hormona se sintetitza amb un precursor que es va madurant i trencant fins a obtenir la hormona. Si es tracta d’un polipèptid el precursor ha d’estar codificat en un gen.
 Hormones esteroides. Podem fer una diferenciació dins les hormones esteroides, les que deriven del colesterol com ara els corticosteroides o altres hormones lipídiques.
3 Judith Gonzàlez Gallego Bioquímica II T2 Hormones produïdes al pàncrees El pàncrees és una òrgan format per glàndules que secreten insulina i glucagó. En el cas de les glàndules adrenals o suprarenals es poden observar dues estructures diferents que secreten hormones diferents però en canvi, en el pàncrees aquesta diferenciació no la podem observar.
Al pàncrees hi ha dues funcions: funció exocrina la qual s’encarrega de secretar enzims i la funció endocrina que s’encarrega de secretar hormones. Les hormones se sintetitzen a uns illots on hi ha diferents tipus cel·lulars. Trobem un tipus cel·lular que es troba més cap a l’exterior que sintetitzen el glucagó i reben el nom de cèl·lules alfa. A la part més interna trobem les cèl·lules beta que sintetitzen insulina. Les cèl·lules delta s’encarreguen de sintetitzar i secretar la somatostatina, un altre tipus hormonal que té efecte sobre el creixement, la inhibició, etc. però no és tan important . Cal tenir present que aquestes tres cèl·lules que formen part del pàncrees estan intercalades, tot i això les alfa predominen a l’exterior i les beta a l’interior.
CONTROL DE LA GLUCOSA SANGUÍNIA PER INSULINA I GLUCAGÓ La insulina i el glucagó són les principals hormones encarregades de mantenir constant el nivell de glucosa en sang (homeostàsia de la glucosa).
Després d’una ingesta d’aliments, els nivells de glucosa en sang augmenta. Quan el pàncrees rep aquesta sang, secreta la insulina que actua sobre la majoria dels teixits corporals de l’organisme. A la imatge ho veiem representat a nivell de fetge: la concentració de glucosa en sang que ha augmentat per sobre el nivell de sang basal i per tant s’emmagatzemarà en forma de glicogen i farà baixar els nivells de glucosa en sang.
Cal tenir present que el fetge no és l’únic que capta glucosa sinó que el principal captador és el múscul.. Si després d’aquesta menjada rica en carbohidrats es deixa de menjar, els nivells de glucosa en sang disminueixen, en aquest moment el pàncrees respon i en comptes de secretar insulina comença a secretar glucagó. Para la secreció per part de les cèl·lules beta i posa en marxa la de les cèl·lules alfa.
El glucagó el que fa és que a nivell de fetge, promou la degradació del glicogen emmagatzemat per obtenir glucosa que sortirà del fetge i anirà cap a la sang on contribueix a restablir els nivells de glucosa en sang. A part d’aquest efecte també hi ha efectes que impliquen síntesi de glucosa de novo. Cal tenir present que el múscul mai no allibera glucosa. Podem dir que els òrgans principals de retirada de glucosa són el múscul i el fetge però el fetge és l’únic que permet retornar-la a la sang.
4 Judith Gonzàlez Gallego Bioquímica II T2 ALGUNES HORMONES QUE CONTROLEN EL METABOLISME ENERGÈTIC A la taula podem observar quines són les accions bioquímiques i fisiològiques d’algunes hormones: SÍNTESI D’HORMONES A PARTIR DE PRECURSORS INACTIUS La insulina és una hormona sintetitzada a les cèl·lules pancreàtiques i se sintetitza en forma de precursor, és a dir, el RNAm resultant de l’expressió del gen de la insulina és molt més gran del que seria necessari per sintetitzar la insulina ja que aquesta es processa. El RNAm madur quan es tradueix dóna lloc a un precursor, concretament a una proteïna (polipèptid) que és molt més gran del que després serà la insulina. Aquest precursor s’anirà trencant i obtindrem la insulina. Tenim tres estadis fins que obtenim la insulina funcional:  Preproinsulina. La preproinsulina es caracteritza per tenir un pèptid senyal a l’extrem N-terminal que al ser processat per proteases s’elimina, això va passant mentre va per RE i AG.
 Proinsulina. En aquest pas es van formant els ponts disulfur entre els residus de cisteïnes que es van oxidant. En aquest cas els ponts disulfur estan dins de la mateixa cadena en aquest moment.
 Insulina madura. La proinsulina es continua processant i llavors es trenca un pèptid addicional, en el qual hi ha dos llocs de trencament. En aquest cas el que salta és el pèptid d’interconnexió.
Si analitzéssim el pèptid obtingut en l’últim processament per electroforesi o alguna altra tècnica similar obtindríem 3 cadenes polipeptídiques (A,B i C). Les cadenes A i B estan unides per pont disulfur i constitueixen la insulina madura i la cadena C faria referència al pèptid C. A correspondria a l’extrem C-terminal de la proinsulina.
La forma madura de la insulina està formada per dues cadenes polipeptídiques unides per ponts disulfur també trobem un pont 5 Judith Gonzàlez Gallego Bioquímica II T2 disulfur intracatenari, és a dir, dins la mateixa cadena. La insulina únicament necessita d’un gen que codifiqui pel seu precursor que després amb una sèrie de modificacions es podrà obtenir la insulina com a tal.
El pèptid C també se secreta cap a la sang i no se sap molt bé quines funcions té. Algunes persones creuen que contribueix a la regulació hormonal de manera que modularia o contribuiria a alguns efectes de la insulina.
Quan se secreta insulina, normalment se secreta proinsulina o insulina madura, el tant per cent de cadascuna pot variar en diferents situacions. Si únicament se secreta proinsulina, aquesta té una activitat biològica molt baixa (entre el 1 i el 5%) de manera que no farà tota la funció biològica que és necessària i hi hauran problemes en la homeostàsia de la glucosa (hiperglucèmia).
CLASSES D’HORMONES Si classifiquéssim les hormones segons on tenen els receptors i on estan localitzats trobem: Receptors situats a la membrana plasmàtica.
Els receptors situats a la membrana plasmàtica fan referència a una proteïna inserida dins la membrana plasmàtica. Les hormones per fer efecte en aquest tipus de receptors no cal que entrin dins la cèl·lula sinó que troben el receptor fora.
Alguns d’aquests receptors desencadenen respostes amb missatgers secundaris. Cal tenir present però, que no tots els receptors situats a la membrana plasmàtica els originen.
Trobem diferents tipus d’hormones peptídiques o polipeptídiques com ara la insulina o el glucagó o bé derivades d’aminoàcids com ara epinefrina.
Encara que aquestes hormones per desencadenar el seu efecte biològic no han d’entrar a la cèl·lula no vol dir que en algunes situacions, la hormona no acabi entrant dins la cèl·lula per ser degradada. Però la resposta biològica la dóna interaccionant amb el receptor situat a l’exterior.
Receptors situats al nucli de la cèl·lula Aquests receptors es troben al nucli de la cèl·lula de manera que per tal que la hormona pugui interaccionar amb el receptor ha d’entrar dins la cèl·lula. Aquesta interacció sol afectar a la transcripció. Normalment es tracten d’hormones de tipus lipídic excepte la hormona de la tiroides.
Receptors situats al citosol Els receptors que es troben al citosol per tal de reconèixer la hormona aquesta ha d’entrar a l’interior cel·lular. Solen desencadenar la resposta al mateix citosol i un exemple és l’òxid nítric.
6 Judith Gonzàlez Gallego Bioquímica II T2 Acció de les hormones Per tal que una hormona desencadeni una resposta biològica ha de tenir un receptor específic i perquè es produeixi la seva acció a vegades cal que entri dins la cèl·lula on es troba el receptor o en altres casos no cal.
Si es tracta de proteïnes de membrana la hormona no haurà d’entrar dins la cèl·lula sinó que interaccionarà amb la seva cara externa. Es poden desencadenar o estar lligada a una resposta que impliqui missatgers secundaris.
Si han d’entrar dins la cèl·lula poden produir-se dos tipus d’accions: la cèl·lula interacciona amb receptors del citosol i genera allà mateix la resposta o bé que el complex hormona – receptor es troba dins del nucli, pot ser que es trobin al citosol i hagin de ser transportats fins al nucli on farà l’acció o bé que es trobin directament al nucli.
CARACTERÍSTIQUES DE LA INTERACCIÓ HORMONA – RECEPTOR Les característiques que veurem s’apliquen a qualsevol tipus de resposta provocada per la unió de la hormona amb el seu receptor: La unió hormona – receptor sol tenir una gran especificitat. Es caracteritza perquè els receptors únicament reconeixen una hormona amb alta afinitat ja que en ocasions poden reconèixer altres biomolècules amb una estructura similar però no amb tanta especificitat. Si reconeix a una altra biomolècula amb més especificitat pot desplaçar a la que ja estava reconeixent.
En la interacció de la hormona amb el receptor es desencadenen una sèrie d’esdeveniments estructurats en cascada. De manera que la interacció desencadena l’inici d’un esdeveniment com per exemple canvis en l’activitat d’un determinat enzim. Tots els efectes en cascada estan lligats i són catalítics. La modificació del primer afecta a 3 o amés i així successivament fins que la intensitat de la resposta s’amplia moltíssim.
Dessensibilització i adaptació. En els éssers vius, els processos tenen una tendència a estar en estat estacionari, és a dir, no variar gaire. De manera que quan es produeix un canvi o una resposta es posen en marxa uns mecanismes que tendeixen a retornar a l’organisme a la situació inicial, basal.
L’arribada del senyal interaccionant amb el receptor provocaria una resposta i a la vegada també produiria que el receptor deixés de respondre tot i que hi hagués senyal. A vegades això és efectiu i es retorna a l’estat inicial, tot i que si el senyal és molt intens és possible que torni a aparèixer un nou estat inicial però el més típic es tornar a la situació basal.
7 Judith Gonzàlez Gallego Bioquímica II T2 Una mateixa cèl·lula sol estar sempre sotmesa a més d’un senyal que li arriba ja que a la sang hi trobem més d’una hormona. Per tant, la resposta que donarà la cèl·lula als canvis en l’arribada d’una determinada hormona serà el resultat de la integració dels senyals provocada per les diferents hormones. Suposem que tenim una hormona que el que fa és augmentar la concentració d’un metabòlit i una altra hormona que per un determinat mecanisme provoca efectes contraposat. En aquest cas, la resposta que donarà la cèl·lula vindrà donada per l’impuls dels dos estímuls. La majoria dels processos mai no estan desactivats totalment (mínim 5 %) o funcionant al màxim (màxim 95 %) sinó que van canviant progressivament.
Pel que fa a la presència de glucosa a la sang no únicament ve donada per la concentració de glucagó o d’insulina a la sang sinó per la proporció que hi ha de les dues hormones.
TIPUS DE RECEPTORS Hi ha diferents mecanismes a partir dels quals es pot desencadenar la resposta de diferents estímuls.
Receptors canal iònic Els receptors del tipus canal iònic estan units de manera que formen una obertura que està controlada en funció de la interacció amb el senyal extracel·lular. Un dels més característics és el receptor de l’acetil colina, un neurotransmissor. La colina està formada per un grup acetil al qual se li ha afegit un OH i es fa servir per la síntesi de fosfolípids. Observem que a partir d’un mateix aminoàcid si el modifiquem podem tenir molècules que permetin la generació de fosfolípids o bé d’aminoàcids.
El receptor de l’acetil colina se situa a la membrana plasmàtica i està format per cinc subunitats, una d’elles repetida dues vegades i 3 subunitats més diferents. Aquestes subunitats tenen dos punts d’unió amb l’acetil colina que estan situats a la part externa. Quan no trobem acetil colina el canal que podria transportar calci o sodi es troba tancat ja que les subunitats es troben associades fortament. Si l’acetilcolina s’uneix es produeix un canvi entre les unions de les subunitats i s’obre el canal permetent el pas dels ions. Si l’acetilcolina s’elimina es torna a la situació basal.
Una altra situació pot ser que l’acetilcolina continuï una estona unida de manera que les subunitats passen a estar en una conformació intermèdia entre la oberta i la tancada fent que els ions no puguin passar: situació desensibilitzada.
Així doncs, l’obertura del canal es per lligand tot i que els canals iònics també poden estar regulats per voltatge.
8 Judith Gonzàlez Gallego Bioquímica II T2 Receptors tipus serpentina: receptor d’adrenalina (epinefrina) Es van començar a veure mecanismes de resposta que van lligats a l’obtenció d’un missatger secundari, una molècula que se sintetitza dins de la cèl·lula en resposta a un factor hormona. Arriba un missatger primari que interacciona amb el receptor i es genera una nova molècula dins de la cèl·lula (missatger secundari). Un dels mecanismes més clars del funcionament a partir de missatgers secundaris és la adrenalina (epinefrina). La adrenalina és una hormona que funciona més com a neurotransmissor i també és coneguda com noradrenalina quan no té el grup metil.
La adrenalina interacciona amb el seu receptor, el receptor de la adrenalina és una de les proteïnes prototip del tipus serpentina i conté 7 segments transmembranal. Es diu serpentina perquè la cadena polipeptídica va entrant i sortint de la membrana biològica. Hi ha molts tipus de proteïnes serpentina amb un nombre diferent de segments transmembranal.
Hi ha una regió que queda orientada cap a dins i que és el lloc d’unió de la hormona, en aquest cas la adrenalina. Per tant, el receptor és una proteïna transmembranal en què el domini extracel·lular (constituïts per diferents trossos de la cadena polipeptídica) interacciona amb la hormona, però el tros citoplasmàtic que trobem juntament amb els bucles que hi ha dins de la membrana, conformen una estructura que també serveix per connectar i interaccionar amb altres proteïnes cel·lulars. Quan la hormona està unida hi ha una activació d’una proteïna de membrana: adenilat ciclasa (AC).
Per tant, la hormona interacciona amb el receptor que passa a activar un tipus de proteïna de membrana (AC) que pateix canvis i que aquests canvis passen a activar una altra proteïna de membrana que té el centre actiu a la cara citosòlica. El receptor i la AC no interaccionen directament (anteriorment es pensava que sí).
9 Judith Gonzàlez Gallego Bioquímica II T2 Síntesi d’AMP cíclic: adenilat ciclasa La AC és un enzim que a partir de ATP provoca el que es coneix com ciclació de l’ATP. Observem l’estructura de l’ATP i els grups dels fosfats: alfa, beta i gamma (començant la numeració pel més proper a la ribosa). L’adenilat ciclasa el que fa es trencar l’enllaç entre el fosfat alfa i beta. En comptes de formar AMP, l’AC aprofita el trencament per formar un altre enllaç del fosfat amb l’hidroxil de la posició 3’ de la ribosa, de manera que al final el fosfat està esterificat en les posicions 5’ i 3’, la qual cosa forma un enllaç fosfodiéster (està esterificant dos grups). Aquesta molècula que es forma és l’AMP cíclic.
Cal tenir present que la molècula d’AMP es produeix per l’esterificació en l’hidroxil 5’ o 3’ tot i que el més típic és el 5’. L’altre rep un altre nom: 3’ AMP.
El AMPc és una de les molècules més característiques d’actuació com a missatger secundari i la primera que es va caracteritzar.
Es va veure que tenia una importància molt gran en la transmissió de molts senyals biològics.
Acció de les proteïnes G trimèriques Recordem que el receptor i l’AC no es troben junts, no interaccionen. La hormona quan interacciona amb el receptor posa en marxa la AC, aquesta interacció la fan un tipus de proteïnes que tenen la característica que són capaces d’unir nucleòtids de guanina, normalment GTP o GDP. A aquestes proteïnes se les denomina com proteïnes G.
Hi ha molts tipus diferents de proteïnes G. En biosenyalització trobem les monomèriques i les trimèriques però les que intervenen en la senyalització de la adrenalina són les que tenen estructura trimèrica (les primeres que es van descobrir).
Si es tracta d’una proteïna trimèrica pot tractar-se d’un homotrímer o d’un heterotrímer, en aquest cas té 3 subunitats diferents (heterotrímer).
Trobem les subunitats alfa, beta i gamma. Aquesta proteïna G és la que interacciona amb el receptor de la adrenalina.
En situació basal (en absència d’adrenalina), la proteïna G no interacciona amb el receptor. És en el moment en què la adrenalina interacciona amb el receptor que fa que la proteïna G que està a la membrana passi a unirse amb el receptor. Això és degut que quan la hormona s’uneix amb el receptor varia la conformació i permet que també s’uneixi la proteïna G.
Com veiem a l’esquema, en el moment que s’uneix la proteïna G amb el receptor es produeix un canvi en l’estructura d’aquesta proteïna G: la subunitat alfa (que és la que uneix el nucleòtid de guanina, GTP) se separa de les altres. Per tal que es produeixi aquesta separació s’ha de produir un intercanvi de GDP per GTP.
10 Judith Gonzàlez Gallego Bioquímica II T2 En resum, la unió de la proteïna G amb el receptor activat per la unió de la adrenalina (hormona), provoca que la proteïna G de la subunitat alfa deixi de unir GDP i uneixi GTP fent que se separi de la resta. Llavors queda el dímer beta-gamma que se separa del receptor.
La subunitat Gsα és la que interacciona amb la adenilat ciclasa i és el que fa que aparegui i augmenti la activitat enzimàtica ja que en condicions basals és molt baixa, per tant es comença a sintetitzar AMPc. S’anomena Gs perquè de proteïnes G hi ha de molts tipus d’aquestes proteïnes, trobem proteïnes activadores de la AC (Gs) i altres inhibidores (Gi).
La proteïna Gs alfa unida amb el GTP interacciona amb el AC i posa en marxa la síntesi de AMPc. En el moment que es posa en marxa una resposta una resposta biològica, automàticament es posen en marxa els mecanismes de retornada a situació basal. Si no hi hagués cap mecanisme Gs alfa estaria sempre unida a AC i sempre se sintetitzaria AMPc, és a dir, sempre hi hauria resposta.
Per poder parar la resposta, la mateixa proteïna G (en aquest cas la subunitat alfa) té la peculiaritat que per si mateix és una GTPasa i per tant té capacitat de hidrolitzar GTP. Quan la subunitat alfa està lliure amb un GTP unit, l’activitat GTPasa és molt baixa i és amb la interacció amb la AC que s’activa aquesta activitat. En conseqüència, la subunitat Gs que té unit GTP i es troba interaccionant amb la AC, hidrolitzarà el GTP a GDP provocant un canvi de conformació amb el qual es perdrà l’afinitat per la AC i retornarà l’afinitat per interaccionar amb el dímer beta-gamma.
AMP cíclic activa PKA (proteïna quinasa dependent d’AMPc) Hi ha molts pocs enzims que es veuen afectats pels canvis en el nivell de AMPc. Un d’ells és la PKA que es considera com a diana principal de l’AMPc. La proteïna quinasa dependent d’AMPc (PKA) és un enzim amb una estructura tetramérica, és un dímer format per dues subunitats reguladores a les quals estan unides dues subunitats catalítiques.
Quan l’enzim està encaixat de manera que les subunitats reguladores i catalítiques quedin unides, l’enzim és inactiu. Per tal que es doni l’activació cal que hi hagi una dissociació d’aquestes subunitats quedant un dímer de reguladores i dues subunitats catalítiques lliures. Aquesta dissociació de la PKA es dóna en presència d’AMPc, quan augmenten els nivells d’AMPc s’uneix a les subunitats reguladores. Com podem veure a l’esquema, cada subunitat reguladora té dos llocs d’interacció amb AMPc, i per tant s’uneixen 4 molècules d’AMPc (dues a cada subunitat reguladora).
La interacció de l’AMPc amb les subunitats reguladores provoca un canvi de conformació de manera que l’afinitat entre els dos tipus de subunitats es perd i tenim dímer de reguladores i subunitats catalítiques que esdevenen actives i que són les que realment segueixen elaborant la funció per separat.
Les catalítiques tenen una mena de solc que és per on tenen l’acció de reguladores.
Les subunitats reguladores tenen un tros que és reconegut com substrat per la catalítica, però no és exactament substrat sinó que és un lloc d’unió que podria ser modificat per la catalítica (però no es modifica). Llavors quan hi ha AMPc unit a la subunitat reguladora es perd aquest lloc d’unió i queden les subunitats reguladores amb el centre actiu disponible.
11 Judith Gonzàlez Gallego Bioquímica II T2 Una proteïna quinasa el que fa és tallar el grup de les quinases, que són fosfotransferases (enzims), que actuen sobre proteïnes substrat, és a dir, que el seu substrat és sempre una proteïna. Algunes vegades, amb molta freqüència, la proteïna substrat és més gran que l’enzim. En la proteïna substrat hi ha una regió de la cadena polipeptídica que conté residus hidroxilats (serines, treonines o tirosines) i que se situen en el centre actiu de l’enzim fent que les dues proteïnes contactin.
La PKA a partir d’un donador de fosfat com ara l’ATP li transfereix el fosfat gamma, quedant per un cantó ADP i la proteïna unida covalentment amb un fosfat, fent que el residu hidroxilat passi a estar esterificat amb un fosfat. Això provoca una variació en la cadena polipeptídica i com a conseqüència acaba variant l’estructura de la proteïna, i per tant varien les seves propietats i funcionalitat.
En el cas de les proteïnes quinases sol haver-hi una gran diferència entre elles, les podem classificar en dos grups segons les seves propietats: fosforilen en tirosines i les que fosforilen en serines i treonines. La PKA és del segon tipus i mai no fosforila en tirosines. HI ha alguns casos que podem trobar quinases que puguin fosforilar en els tres residus. El canvi en la funcionalitat de la proteïna que es produeix la fosforilació depèn de la proteïna substrat, algunes d'elles s'activaran i altres es desactivaren.
La fosforilació de proteïnes és un procés de modificació covalent reversible i és un procés biològic molt comú. A partir de la proteïna fosforilada i ADP es pot donar lloc a la síntesi d’ATP i la proteïna sense fosforilar. Per tal de revertir-ho necessitem d’un altre enzim ja que la quinasa no és capaç de fer-ho. Es tracta d’una fosfahidrolasa o fosfatasa que provoquen desfosforilació.
La PKA des d’un principi es va veure que podia actuar sobre una gran quantitat de proteïnes substrat i això és important ja que un simple canvi en l’activitat d’un enzim pot provocar molts canvis en l’activitat biològica i els seus processos.
El fet que la proteïna quinasa pugui actuar sobre moltes proteïnes substrat diferents es deu que actua sobre una determinada seqüència. Això es va descobrir quan es va comparar en quins residus fosforilaven les PKA en seqüències de diferents proteïnes substrat. La seqüència consens és: Residu Z qualsevol – Arg/Lys – Arg – Residu X qualsevol – Ser/Thr – Residu Y hidrofòbic. Així doncs, totes aquestes fosforilacions no tenen lloc a l’atzar sigui quina sigui la seqüència, sinó que cal que hi hagi una estructura per tal que pugui ser modificable per la PKA. Això és el que ha donat lloc al que es coneix com a seqüència consens de fosforilació.
Dintre dels eucariotes, hi ha moltes PK diferents i s’ha vist que més o menys totes presenten una tendència a tenir una seqüència consens de fosforilació.
Hi ha uns punts específics per tal que el residu de Ser o Thr sigui fosforilat. Si sabem que trobem la seqüència consens descrita anteriorment, això serà una diana potencial per la PKA.
Això també és aplicable a les altres PK. Dintre del metabolisme hi ha una gran quantitat d’enzims que són regulats per la PKA i tots tenen aquesta se. A la imatge podem veure quina és la seqüència de fosforilació en la qual actua la PKA en diferents enzims.
12 Judith Gonzàlez Gallego Bioquímica II T2 En resum, una molècula de receptor que ha estat activada per l’adrenalina provocarà l’activació de la proteïna G, que no serà només una sinó que mentre es mantingui actiu el receptor podrà anar-les activant. Aquesta activació de diverses molècules de proteïna G no és simultània però sí que és bastant ràpida. Al final això provocarà que les activacions de les AC no es donin únicament a partir d’una proteïna G activada. De la AC es produirà la síntesi de AMPc i cada 4 molècules de AMPc es pot activar una PKA. Per tant, al final es produirà una activació molt forta de PKA, les quals poden actuar amb un efecte catalític sobre moltes proteïnes substrat. Així doncs, es produeixen efectes amplificadors en aquesta via.
Una de les maneres d’inactivació més ràpides d’aquest procés és mitjançant la eliminació d’AMPc. Les subunitats catalítiques i reguladores de la PKA es tornen a unir i per tant es torna inactiva. La inactivació és duta a terme per un enzim, concretament una fosfodiesterasa, que trencarà l’enllaç del fosfat amb l’hidroxil en 3’ i per tant deixem de tenir AMPc i obtenim el 5’ AMP.
Com que la AMP no és capaç d’activar la PKA, trobarem la forma inactiva i per tant el procés no pot continuar.
Una de les maneres de fer que la PKA s’activi és mitjançant el bloqueig de la degradació de l’AMPc, recordem que els processos biològics no estan ON o OFF sinó que se solen trobar en processos entremitjos. Imaginem que hi ha una activació no molt gran de la AC i per una altra banda es para totalment l’activitat de la fosfodiesterasa, llavors el que hi hauria seria una tendència a la acumulació d’AMPc que permetria la senyalització. Això és el que passa en algunes situacions i que mimetitzen la resposta de la adrenalina. Aquest fet es produeix amb el consum d’alguns fàrmacs o productes que es prenen diàriament com ara la cafeïna i la teofil·lina que bloquen l’activitat de la fosfodiesterasa de l’AMPc, de manera que afavoreixen la seva acumulació i en conseqüència produeixen una resposta similar a la adrenèrgica (menys forta i ràpida). Si a sobre hi ha una mica de resposta adrenèrgica, es produeix una resposta molt més forta.
Dessensibilització a adrenalina: Internalització i reciclatge de receptors Hi ha un altre mecanisme que també intervé en la eliminació o atenuació de la resposta de la adrenalina mediada per AMPc.
Recordem que quan la adrenalina interactua amb els seus receptors provoca que la proteïna G es dissociï, per una banda queda la subunitat alfa que interactua amb AC i augmenta els nivells de calci, i per l’altre banda el dímer beta-gamma que queden separades del receptor però pròxims a la membrana ja que té una espècie de cua inserida en ella.
Les proteïnes G estan associades a la cara interna de la membrana plasmàtica ja que interaccionen directament amb els components de la membrana i a més a més, al tractar-se de proteïnes modificades per la unió amb un component lipídic (cadena isoprenoica, àcid gras...) es pot incloure dins la bicapa lipídica. El dímer beta-gamma i la subunitat alfa també estan modificades i unides a la membrana.
13 Judith Gonzàlez Gallego Bioquímica II T2 Quan el dímer es troba unit a la membrana el que fa és reclutar a una proteïna quinasa que no és dependent d’AMPc i que es pot trobar a diversos llocs de la cèl·lula però té una gran tendència a interaccionar amb el dímer. Aquesta quinasa rep el nom de β ARK ja que és la quinasa que s’encarrega de fosforilar el receptor beta adrenèrgic. Com que el dímer beta-gamma queda relativament a prop d’aquest receptor, la β ARK és capaç de fosforilar la cua citoplasmàtica del receptor. Com a conseqüència de la fosforilació, apareix el lloc d’ancoratge per una altra proteïna cel·lular, la β arrestina que para el procés. Quan la β arrestina s’uneix a la cua inicia una sèrie de moviments que comporten que el complex receptor – βarrestina s’internalitzi, és a dir, es produeix una endocitosi. El receptor passa dins la cèl·lula amb vesícules d’endocitosi i endosomes.
A l’esquema podem veure un resum dels passos en el que es dóna el procés.
1. La unió d’adrenalina (E) al receptor β adrenèrgic desencadena la dissociació de Gs alfa i GS beta – gamma.
2. El dímer beta – gamma recluta β ARK a la membrana, on fosforila residus de Ser i Thr a l’extrem carboxílic del receptor.
3. La β arrestina s’uneix al domini C-terminal fosforilat del receptor.
4. El complex arrestina –receptor és internalitzat per endocitosi.
5. A la vesícula endocítica, la arrestina es dissocia; el receptor és desfosforilat i retornat a la superfície cel·lular.
Si tots els receptors passen cap als endosomes aquella cèl·lula no tindrà la capacitat de respondre a la adrenalina ja que no trobem receptors on la adrenalina arriba. Aquest és un procés reversible tot i que no se sap ben bé que posa en marxa la reacció però sí que se sap que al cap d’un temps el receptor és desfosforilat per proteïnes desfosfatases i per tant per la interacció amb la β arrestina es perd i el procés es reverteix.
La via de l’AMPc no és exclusiva de la adrenalina sinó que també desencadena resposta a diferents senyals extracel·lulars. Dintre d’aquests hi ha el glucagó. La adrenalina pot donar dos tipus de resposta en funció del receptor: α adrenèrgic o β adrenèrgic, si la resposta està mediada per un augment en l’AMPc s’interaccionarà amb els receptors del tipus β adrenèrgics. Així doncs, la proteïna G estimuladora de la síntesi de AMPc no només interacciona amb els receptors β adrenèrgics sinó que també interaccionarà amb altres receptors.
14 Judith Gonzàlez Gallego Bioquímica II T2 GMP cíclic: guanilat ciclasa i fosfodiesterasa de GMPc Es va veure que l’AMPc no podia explicar totes les respostes als senyals extracel·lulars i llavors es van buscar altres missatgers.
Un dels que es va trobar és el GMPc que és un reflex del que passa amb l’AMPc. Hi ha receptors que al activar-se provoquen un augment d’una ciclasa, que no és la AC, sinó que és la guanilat ciclasa (GC) que utilitzant GTP sintetitza GMPc.
Com passa en el cas del AMPc, quan augmenta el GMPc actua sobre una proteïna quinasa depenent de GMPc anomenada PKG. Aquesta quan està activada és capaç de fosforilar moltes proteïnes substrat diferent. La inactivació del procés es dóna per una degradació de GMPc mitjançant una fosfodiesterasa de GMPc que el passa a 5’ GMP.
El mecanisme recorda al de l’AMPc tot i que hi ha algunes diferències. Cal tenir present que el GMPc no actuaria tant en el control del metabolisme però sí en el sistema estimulador (parts enèrgiques nervioses).
Resum Podem resumir aquesta via de senyalització segons l’esquema inicial.
1.
La adrenalina s’uneix al seu receptor específic.
2.
El receptor ocupat provoca el recanvi de GDP unit a Gs per GTP, activant Gs.
3.
La subunitat alfa de la Gs es desplaça cap a la adenilil ciclasa (AC) i l’activa.
4.
La AC catalitza la formació de AMPc.
5.
La PKA és activada per AMPc.
6.
La fosforilació de proteïnes cel·lulars per part de la PKA provoca la resposta cel·lular a la adrenalina.
7.
El AMPc és degradat, revertint l’activació de PKA.
15 Judith Gonzàlez Gallego Bioquímica II T2 Receptor tipus serpentina: activació de la fosfolipasa C (PLC) adrenalina hem dit que podia actuar per mecanismes alfa i beta adrenèrgics. Pel que fa als mecanismes alfa adrenèrgics, tenim mecanismes α1, que no provoquen cap canvi en l’AMPc, i α2. L’acetil colina interaccionava amb el receptor del canal iònic i provocava la entrada de calci i sodi cap a l’interior cel·lular però això es dóna quan la acetil colina interacciona amb el receptor nicotínic, si interacciona amb el receptor muscarínic es produeix la resposta per la via de la fosfolipasa inositol trifosfat (IP3). Aquesta via no és utilitzada només pel receptor muscarínic de la acetilcolina o pel receptor α1 adrenèrgic, sinó que hi ha molts senyals biològics que van per la via de la PLC i el IP3.
El IP3 és un derivat del inositol que té afegits 3 fosfats. L’inositol es tracta d’un ciclohexà on cada carboni té un grup hidroxil. El IP3 té els fosfats afegits als carbonis 1,4 i 5.
Activació de la fosfolipasa C i mobilització del calci Aquesta és una via complexa en la que poden haver-hi diferents dianes al final de la via, diferents PK. La hormona interacciona amb el receptor, que també interacciona amb la proteïna G. En aquest cas, la proteïna G és diferent a la que estimulava la síntesi d’AMPc, es tracta d’una proteïna trimèrica també que s’activa i inactiva de la mateixa forma però el receptor amb el que interacciona i l’enzim en el que produirà l’efecte són diferents. En aquest cas, la proteïna G interacciona amb el receptor quan aquest té unit la hormona fent que es dissocií la proteïna G i que la subunitat alfa que té unida el GTP passa a interaccionar amb l’enzim de membrana que desencadenarà el procés per la síntesi del missatger secundari. Aquest enzim és una fosfolipasa C que es capaç de trencar lípids, concretament fosfolípids. Aquesta fosfolipasa trenca amb molta especificitat els fosfolípids derivats del glicerol.
La fosfolipasa C s’activaria per la proteïna G comença a hidrolitzar fosfolípids i això donaria per una part el cap polar i per l’altre diacilglicerol (DAG). Els fosfolípids poden ser fofatidilcolina, fosfatidilserina o fosfatidilinositol. En l’últim cas observem dos àcids grassos que esterificant el glicerol que està unit a un fosfat i a inositol.
Les fosfolipases es classifiquen en A1, A2, C o D segons el lloc per on trenquen el fosfolípid. Com que aquesta es tracta d’una fosfolipasa C trenca pel fosfat donant lloc a la síntesis del IP3 i el diacilglicerol. Així doncs, es forma IP3 que és un missatger secundari que és reconegut per una proteïna del RE la qual forma un canal iònic de calci que quan s’uneix el IP3 s’obre.
Cal tenir present que el RE és un lloc d’emmagatzematge de calci, de manera que quan el canal s’obre el calci de l’interior surt cap el citosol. El calci serà el responsable de desencadenar una resposta ja que el IP3 la única cosa que fa és interaccionar amb la cara citosòlica de la proteïna que conforma un canal iònic per poder induir la sortida de calci.
16 Judith Gonzàlez Gallego Bioquímica II T2 Metabolisme dels fosfatidil inositols Recordem que el IP3 es formava per l’activació de l’enzim denominat fosfolipasa C que quedava associat a les membranes i passava a degradar els glicerofosfolípids de membrana.
A les membranes biològiques hi ha diferents tipus de glicerofosfolípids dintre d’aquests trobem uns que contenen inositol.
D’aquest tipus de glicerofosfolípids podem trobar que l’inositol no tingui cap fosfat més addicional que el que li serveix d’unió amb el glicerol, en aquest cas tenim el fosfatidil inositol. També tenim el cas en què el inositol tingués diferents graus de fosforilació, ja que es van incorporant fosfats mitjançant un mecanisme en el qual intervé una quinasa. Una possible opció és que porti el fosfat en el fosfatidil inositol i l’introdueix en el carboni 4, en aquest cas obtindríem el fosfatidil inositol 4 fosfat.
Podria ser que el procés continués incorporant-ne més fosfats al inositol fins a obtenir l’inositol 4,5 bifosfat. O inclús podria introduir-se un altre fosfat, per exemple en la posició 3, i llavors tindríem el fosfatidil inositol 3,4,5 trifosfat.
El que ens interessa de cara a l’obtenció del IP3 és el fosfatidil inositol 1,4,5 trifosfat ja que és el que quan sigui hidrolitzat per la fosfolipasa C (fosfodiesterasa), llavors obtindrem l’inositol trifosfat (IP3). Les fosfolipases quan actuen sempre generen el compost que té el fosfat (cap polar amb fosfat) i el diacilglicerol. Concretament, quan actua la fosfolipasa C obtenim el IP3 i el diacilglicerol. Si la fosfolipasa C actués sobre un algun fosfatidil inositol diferent al 1,4,5 continuaríem obtenint diacilglicerol però no generaria el IP3.
17 Judith Gonzàlez Gallego Bioquímica II T2 Activació de la fosfolipasa C i mobilització del calci II Només quan es genera el IP3 el procés pot continuar amb l’alliberament de calci pel RE. El IP3 fa la seva funció interaccionant amb la proteïna del reticle endoplasmàtic i provocant la sortida de calci cap al citosol, sent aquesta una sortida a favor de gradient.
Quan el calci s’allibera es promou l’activació d’enzims diana, dintre dels quals trobem la proteïna quinasa C (PKC) que en presència de calci s’activa parcialment. El calci no és capaç d’activar altament aquest enzim sinó que és necessària la presència de diacilglicerol i fosfolípids. La PKC quan s’activa ho fa unida a la membrana plasmàtica o cel·lulars on té contacte amb els fosfolípids de membrana, especialment amb la fosfatidil serina que és la principal activadora. Així doncs, al situar-se a prop de la membrana la necessitat de tenir fosfolípids està coberta. Cal tenir present que no tots els lípids de membrana són activadors igual de potents.
Per tant, si tenir fosfolípid és un requeriment que està cobert degut a la situació de l’enzim, el que cal variar per activar la PKC és la presència de diacilglicerol i calci. L’actuació de la fosfolipasa C genera diacilglicerol que actua com a missatger secundari per a l’activació de la PKC i a la vegada allibera IP3 que al seu torn allibera calci i que també actua com a missatger secundari per a l’activació de PKC.
En aquest sistema de transmissió de sistemes biològics presenta una complexitat addicional respecta el cas anterior ja que només hi havia un missatger secundari. En aquesta via de senyalització podem considerar que actuen tres missatgers secundaris (calci, IP3 i diacilglicerol) que actuen a nivell de la PKC. En el cas de la via de l’AMPc també es generava un sol missatger secundari.
Cal tenir present que com a conseqüència d’activació d’aquesta via es poden produir canvis no només en l’activitat de la PKC sinó també en altres enzims, en particular proteïnes quinases. Aquesta via es caracteritza per no tenir una única resposta.
18 Judith Gonzàlez Gallego Bioquímica II T2 Calmodulina Dels altres enzims que poden respondre a la via hi ha la que es denomina com proteïna quinasa depenent de calci i calmodulina. La calmodulina és una proteïna petita que té la peculiaritat d’unir calci i a la vegada en la unió pot variar la seva conformació. Aquest canvi fa que pugui modular l’activitat de diferents enzims cel·lulars, diferents proteïnes diana. La calmodulina té una estructura en forma de tija, és a dir, estirada amb dos llocs globulars per la unió de calci.
Quan no hi ha calci present, la calmodulina està estirada però amb la unió de calci canvia de conformació a una estructura semblant a una grapa unida. Quan es forma aquesta estructura, augmenta l’afinitat per interactuar amb altres molècules intracel·lulars, dintre de les quals hi ha enzims que intervenen en la transmissió de senyals biològics. Dins de l’enzim hi ha una regió de la cadena polipeptídica que està exposada al medi i que és reconeguda per la calmodulina. Quan està estirada no té afinitat per unir-se però amb el canvi de conformació sí.
Els enzims que bàsicament reaccionen amb la calmodulina són: proteïna quinasa depenent de calci i calmodulina, algunes adenilats ciclases que són regulades no només per proteïnes G sinó que també per la interacció amb la calmodulina, algunes fosfatases com la del tipus 2b (calcineurina) que està molt present al sistema nerviós i uneix calci,etc. A la taula podem veure més detalladament amb què pot interaccionar la calmodulina.
En aquest sistema de senyalització s'acaba tenint diferents missatgers secundaris, hi ha diferents respostes que depenen de la presència o no de calmodulina i dintre dels que depenen de la seva presència poden haver-hi quinases, fosfatases etc. De manera que hi haurà una gran quantitat vies que estan interconnectades.
Mecanismes de desactivació del procés El mecanisme de desactivació del procés es pot produir a diferents nivells. Una de les maneres mes senzilles és a nivell de la desaparició del IP3 la qual cosa farà que la resposta s’aturi. Això es pot aconseguir degradant el inositol trifosfat, és a dir, trencant qualsevol dels fosfats que té mitjançant una fosfatasa ja que si l’inositol que tenim no és el trifosfat, el procés no funcionarà. Una altra manera és mitjançant la addició de fosfats.
Cal tenir present que el més freqüent és treure fosfats de manera que obtinguem inositol difosfat, després el monofosfat i finalment el inositol que serà incorporat a la membrana plasmàtica.
19 Judith Gonzàlez Gallego Bioquímica II T2 Receptors amb activitat enzimàtica Receptors amb activitat tirosina quinasa: receptor d’insulina El receptor de la insulina va ser un dels primers receptors amb activitat enzimàtica que es va trobar. La insulina interacciona amb el seu receptor que es troba a la membrana plasmàtica. El receptor està composat per dos tipus de subunitats: alfa i beta. Tal com passa amb la insulina, que està formada per dues subunitats provinents de la mateixa cadena polipeptídica, el receptor de la insulina es sintetitzat per un únic precursor que després serà processat. Aquest alfa – beta forma un dímer amb l’altre alfa – beta de manera que el receptor d’insulina té una estructura tetramérica i es pot dir que està format per 4 cadenes polipeptídica.
Cal tenir present que el mateix gen codificarà per tot el receptor de insulina.
El receptor d’insulina té la peculiaritat que les subunitats que interaccionen amb la hormona són subunitats extracel·lulars, no estan unides a la membrana sinó la subunitat alfa s’uneix a la beta mitjançant ponts disulfur i això la manté unida a la membrana.
La subunitat beta no intervé en la interacció amb la insulina. La subunitat beta és una proteïna transmembranal que té el domini encarat a l’espai extracel·lular, el tros transmembranal, i un domini citoplasmàtic. Aquest domini té la peculiaritat que té activitat proteïna quinasa i té un grau d’activació molt diferent segons si el receptor té unit o no la insulina.
 Si no hi ha insulina present, la quinasa del domini citoplasmàtic de la subunitat beta del receptor d’insulina és totalment inactiva.
 Si hi ha insulina, es produeix un canvi en la conformació de la subunitat alfa que al interaccionar amb les beta provoquen un canvi en la seva conformació el que acaba produint un augment de l’activitat quinasa.
Les subunitats alfa estan contactant entre sí, és a dir, també trobem ponts disulfur entre elles. Quan la insulina s’uneix provoca un canvi en la conformació de les dues subunitats fent que s’activi tot el receptor. L’activitat quinasa del receptor d’insulina té la peculiaritat que es tracta d’una tirosina quinasa, és a dir, fosforila només tirosines. El que succeeix és que quan es produeix la unió d’insulina amb el receptor, s’activa la tirosina quinasa que fosforila les proteïnes substrat de manera que es va transmetent l’efecte.
La idea és que el receptor d’insulina actuava directament sobre enzims reguladors del metabolisme. La insulina té molts efectes sobre el metabolisme, afavorint l’entrada de glucosa a molts teixits, en la síntesi de glicogen i en el metabolisme de glúcids i lípids. Cal tenir present que també activa la expressió gènica. La proteïna diana pot ser molts enzims del metabolisme o de l’expressió gènica, ja que no hi ha enzims del metabolisme que siguin clarament substrats del receptor sinó que és la fosforilació directa.
Es va veure que el domini citoplasmàtic de la subunitat beta és a demés molt bon substrat de les tirosines. La fosforilació que es produeix és autocatalítica ja que és la pròpia quinasa la que incorpora fosfats en tirosines del receptor d’insulina.
20 Judith Gonzàlez Gallego Bioquímica II T2 Rutes de senyalització iniciades per activació de IRTK Quan es produeix la interacció de la hormona amb el receptor, aquest s’activa i la primera cosa que fa la seva tirosina quinasa és fosforilar el propi receptor, però no és una autofosforilació sinó que la subunitat contraria fosforila a l’altra subunitat. Els dominis citoplasmàtiques de les dues subunitats beta estan molt units de manera que arriben quasi a contactar i afavoreixen que es pugui produir la fosforilació, es tracta d’una autotransfosforilació. Quan això es dóna és quan s’activa totalment la tirosina quinasa.
Les proteïnes substrat clares pel receptor d’insulina són un nombre molt limitat i reben el nom de substrats pel receptor d’insulina (IRS). El que fan és que quan el receptor és activat del tot són fosforilats en tirosines de manera que creen un lloc d’ancoratge per a altres proteïnes cel·lulars. D’aquestes proteïnes cel·lulars hi ha algunes que tenen un paper molt important en la transmissió de senyals biològics com ara la fosfolipasa C del tipus gamma que interacciona amb el substrat del receptor d’insulina quan està fosforilat en tirosines la qual cosa provoca l’activació de la PKC que fosforilarà altres proteïnes substrats i en conseqüència transmetrà el senyal.
Cal tenir present que el receptor també pot està fosforilat en serines i treonines però en aquest cas no s’ha donat per autotransfosforilació sinó que han intervingut altres proteïnes quinases, com per exemple la PKC que quan és activada pot fosforilar el receptor d’insulina en serines i treonines. Quan això succeeix l’activitat tirosina quinasa disminueix. En conseqüència es genera un bucle de parada de la resposta i a més es posen en marxa mecanismes que condueixen a la endocitosi del receptor (com en el cas del receptor beta adrenèrgic).
Per tant, al posar-se en marxa la resposta via receptor d’insulina, automàticament es posen en marxa els processos que condueixen a la inactivació de la resposta i a la internalització dels receptors.
La insulina pot desencadenar una gran quantitat vies de senyalització i entre aquestes :  Via del Grb2, Sos que activa les Ras quinases.
 Via de la fosfatidilinositol 3-hidroxi quinasa (PI3K).
 Altres vies en les quals es desconeix el lligand que intervé.
21 Judith Gonzàlez Gallego Bioquímica II T2 Regulació de la transcripció per insulina i factors de creixement Pel que fa a la via del Grb2 i Sos podem dir que és una de les vies de senyalització més conegudes. La Grb2 és una proteïna que es va descobrir amb relació dels mecanismes de factors de creixement. De fet, la insulina una de les coses que fa és promoure la transcripció de gens, és a dir, la insulina a altes dosis té efecte mitogènic. Part de la via de senyalització que ara veurem és comuna a la insulina i a factors de creixement on trobem la Grb2 que és la proteïna unida als receptors de creixement. També trobem les proteïnes Sos i la ras que va ser descoberta als sarcòmers de rata. La proteïna Ras té la peculiaritat que es tracta d’una proteïna G monomèrica, és un prototip de proteïnes G petites.
Ras té unit GDP i per tal de ser activa a d’estar unida amb GTP i perquè això passi cal que es produeixi la interacció amb Sos que a la vegada està interaccionant amb Grb2 i aquesta proteïna està interaccionant amb el substrat del receptor d’insulina (IRS-1) que ha estat fosforilat en tirosines. Es forma aquest complex que permet que Ras bescanviï GDP per GTP esdevenint activa. Ras quan està activa provoca l’activació d’un factor associat a aquesta proteïna G, Raf1. La Raf-1 és una proteïna quinasa del tipus serina treonina quinasa que actuarà sobre una altra proteïna quinasa (MEK) fosforirant-la i activant-la. La MEK actua sobre una altra proteïna quinasa, ERK, fosforirant-la i activant-la. Per tant, es posa en marxa una gran cascada de fosforilacions de proteïnes quinasa. Finalment la ERK activa és la que fa els efectes biològics.
Cal tenir present que el receptor d’insulina és una proteïna transmembrenal però IRS-1 és soluble. Per tal que es produeixi l’activació de Ras cal la participació de molts components i que el complex format quedi unit a la membrana plasmàtica. El que permet que quedi ancorat a la membrana és la cua lipídica del tipus isoprenoic que té la proteïna Ras. Si Ras no està modificada per la unió d’aquesta cua no podrà continuar traduint el senyal biològic ja que no es forma el complex d’activació de Ras. Un cop s’activa Ras, els enzims que intervenen ja no estan units a la membrana sinó que són totalment solubles al citosol i poden passar al nucli.
Tota aquesta sèrie de components diferents ha portat a moltes discussions sobre donar un nom específic en funció de quina és la funció. Es parla que tindríem:  Receptors, com ara el de la insulina.
 Proteïnes que actuen com a transmissors o transductors que van marcant el senyal, com ara IRS-1  Adaptadors o esquelets (scaffolds) que són proteïnes que conformen la estructura per tal que encaixi els diferents components.
 Efectors que serien els enzims cel·lulars que donarien resposta.
22 Judith Gonzàlez Gallego Bioquímica II T2 Integració de les vies de senyalització Veiem que en aquest cas el receptor tirosina quinasa que trobem es tracta d’un dímer al qual se li uneix la molècula senyal i com a conseqüència d’això el receptor s’autofosforila. És en el propi receptor on interacciona directament Grb2, en aquest cas no hi ha cap proteïna intermitja de substrat del receptor d’insulina. Grb2 activa Ras que passaria a estar unida a GTP i es procediria a la fosforilació de les quinases. Hi ha diverses nomenclatures per referir-se a les quinases que intervenen en la fosforilació, les podem observar a l’esquema.
La via d’interacció de la insulina amb el seu receptor està connectada a la via del receptor beta adrenèrgic. La primera via de senyalització és la coneguda com PI3 quinasa o també fosfatidil inositol quinasa. Com el seu nom indica el que fa és introduir al fosfatidil inositol fosfat en la posició 3, per tant cal parlar de tota la via de la fosfolipasa C.
El que fa és fosforilar el fosfatidil inositol, es tracta d’una quinasa de lípids i s’encarrega de posar-li un fosfat en la posició 3.
D’aquesta posició 3 poden haver-hi diferents tipus però dins d’aquestos trobem el PI 3,4,5 fosfat. Aquest fosfolípid de membrana serveix per reclutar i permetre l’activació d’un enzim que es coneix com a proteïna quinasa B. El fosfolípid de posició 3 el que fa és afavorir és que la PDK1, que també és una quinasa, es trobi amb la PKB la fosforili i l’activi. La PDK1 és una quinasa depenent de fosfolípids . L’enzim per sí sol és actiu però perquè pugui trobar el substrat cal que hi hagin lípids. La PKB està dins del grup d’enzims de executors de la resposta ja que fosforila moltes proteïnes substrat que actuen en vies metabòliques o bé regulant l’expressió gènica.
A l’esquema veiem que hi ha moltes vies de senyalització diferents que poden ser posades en marxa per l’arribada de senyals extracel·lulars que poden interaccionar amb el seu receptor. En la gran majoria d’aquestes vies cal que intervingui una proteïna G per tal que es posi en marxa, pot tractar-se d’una proteïna trimèrica o monomèrica (petita com la Ras – GEF, que necessita del GEF per tal que es produeixi el canvi de GDP a GTP).
23 Judith Gonzàlez Gallego Bioquímica II T2 En el cas de l’activació d’algunes vies de senyalització pot ser que la intervenció de la proteïna G trimèrica sigui una etapa obligatòria, això passa en els casos de resposta a receptors que van lligats a proteïnes G. També poden haver-hi respostes on la mateixa via posi en marxa la participació de proteïnes G, com en el cas de la via de la calmodulina.
De cara a l’activació de PI3 quinasa, si parlem de la resposta del receptor del creixement epidèrmic, pot venir donada directament per factors o bé mediada a través de Ras. Així doncs, poden haver-hi variants per a una mateixa via. Cal tenir present que els mecanismes on no participen les proteïnes G són els més freqüents.
A l’esquema superior podem observar la resposta que donaria el receptor amb el EGF. En el cas que hi hagués la resposta a la insulina caldria un altre component, el substrat del receptor de insulina (IRS-1). Per tant, en algunes vies de senyalització poden participar components que són específiques d’aquella via, hi ha altres components que participen en diferents com ara la proteïna Ras, proteïnes G trimèriques, PI3 quinasa...
Quan parlem de les vies de senyalització ho comentem com un camí direccional i ben definit i això no és així ja que podem trobar encreuaments entre diferents vies on tot està molt interconnectat. Per tant, la intensitat de la resposta que podria donar l’arribada d’un senyal extracel·lular que interacciona amb un receptor que té activitat tirosina quinasa pot venir modulat per si hi ha o no un altre senyal extracel·lular que interacciona amb un altre receptor del tipus proteïna G i per tant que pugui acabar modulant la resposta de la primera via de senyalització.
Interacció entre el receptor de la insulina i el receptor beta adrenèrgic (o altre G Protein coupled receptors, GPCR) A l’esquema veiem que la interacció de la insulina amb el receptor provoca l’activació del receptor i que en conseqüència es fosforili IRS. Tot i que en alguns casos els receptors d’insulina també poden actuar sobre algun altre substrat i així elaborar altres efectes, es diu que pot fosforilar el domini citoplasmàtic del receptor que està lligat a les proteïnes G. Cal tenir present que aquesta fosforilació es dóna en tirosines creant així un lloc de reconeixement per Grb2, Sos i Ras la qual cosa provoca l’activació de la MAP quinasa. GPCR normalment no activa la via de les MAP quinases però en aquest cas ho pot fer.
També es pot donar que el receptor de la insulina que fosforila GPCR en tirosina i a la vegada el que fa és per la via de la PI3K activar la PKB que pot fosforilar en serines o treonines el domini citoplasmàtic del receptor de senyals que van mediats a través de proteïnes G trimèriques. Com a conseqüència de la fosforilació es produeix l’endocitosi del receptor.
El receptor d’insulina pot fer que el receptor GPCR senyalitzi per la via MAP quinasa o també pot fer que s’internalitzi. Això dependrà de l’estat de la cèl·lula. Trobarem diferents respostes a la insulina en funció de quina sigui la resposta predominant.
24 Judith Gonzàlez Gallego Bioquímica II T2 Regulació de la transcripció per insulina i factors de creixement S’ha vist que la insulina a part de tenir efectes sobre el metabolisme, afectant directament a enzims, també té efectes a nivell de l’expressió gènica: regula la expressió dels gens que codifiquen per diferents enzims o proteïnes claus per a una determinada funció.
La senyalització es pot donar per diferents vies però la més comuna és aquella on la ERK activada es transloca dins del nucli i allà fosforilarà proteïnes que actuen com a factors de transcripció, és a dir, que interaccionen directament amb el DNA en llocs de reconeixement específics. En interaccionar amb el DNA afecten a la capacitat que té per se transcrit i per tant, per generar noves proteïnes. A l’esquema veiem els factors de transcripció Elk1 i el SRF, el primer quan és fosforilat dimeritza amb l’altre i forma un factor de transcripció que afecta a la transcripció gènica.
Hi ha moltes altres vies de senyalització que acaben fosforilant factors de transcripció i que d’aquesta manera regulen la expressió gènica. La expressió de molts gens està regulada i normalment aquesta regulació ve donada per més d’un factor de transcripció. Generalment, l’expressió d’un mateix gen ve regulat per l’acció coordinada de diferents factors de transcripció de manera que acabem obtenint el grau d’expressió gènica que ens interessa en aquell moment. La via de senyalització que veiem a l’esquema també està afectada per altres senyals extracel·lulars, no només la insulina, com ara els factors de creixement, molt importants per la diferenciació i proliferació cel·lular.
Els factors de creixement són la base de l’aparició de tumors quan aquests deixen de funcionar correctament. Un dels exemples de tumors malignes es donen en alguns casos en què el receptor, com ara el de la EGF, no s’expressa completament sinó que ha patit mutacions fent que només s’expressi el la zona que fa referència al domini citoplasmàtic i a l’activitat tirosina quinasa. El receptor de la EGF, quan no té la EGF unida la quinasa passa a ser inactiva, de manera que el domini extracel·lular actua com a regulador de l’activitat quinasa.
Per tant, si s’ha perdut el domini extern també desapareix la inhibició de l’activitat quinasa. Això es veu en alguns tipus de càncer que passen a expressar una forma troncada del receptor EGF, de manera que aquests passin a ser constitutivament actius i la seva senyalització no s’aturi.
25 Judith Gonzàlez Gallego Bioquímica II T2 Dins les vies de senyalització també poden haver-hi mutacions, com per exemple en el cas de RAS que si està mutada pot donar lloc a molts tipus de càncer, normalment és com a conseqüència de mutació per l’activitat GTPasa. Les proteïnes Ras s’activen quan uneixen el GTP, si perden l’activitat GTPasa i no el poden hidrolitzar mai no es podran desactivar i per tant sempre estan senyalitzant.
Receptors intracel·lulars A part de les hormones que reaccionen amb receptors situats a la membrana plasmàtica, hi ha una sèrie de senyals extracel·lulars que interaccionen amb els receptors que hi ha dintre de la cèl·lula. Dintre d’aquest tipus tenim les hormones esteroides (glucocorticoids) que serà la que veurem.
La hormona sempre entre a dins la cèl·lula, ja sigui al citoplasma o amb el nucli i interacciona amb el receptor. Si el complex hormona – receptor es forma el citosol se’n va cap al nucli, si es forma al nucli es queda allà. Un cop s’ha produït la interacció hi ha una sèrie d’esdeveniments, finalment el receptor unit amb la hormona passa a interaccionar amb la cromatina ja que les seqüències del DNA són reconegudes per la hormona.
Sabem que HRE fa referència a element de resposta on interacciona la hormona. Es tracta de seqüències del DNA específiques i que són reconegudes per determinats receptors. En aquesta interacció el que fa és influenciar la capacitat de unió del RNA polimerasa que és la que inicia la transcripció.
En el cas de les hormones que actuen interaccionant amb receptors intracel·lulars sempre comporten canvis a nivells de l’expressió. Cal tenir present però que poden haver-hi aquest tipus de canvis tot i que tinguem receptors de membrana.
26 Judith Gonzàlez Gallego Bioquímica II T2 Un esquema general dels tipus de receptors: CONCLUSIONS Hi ha dos mecanismes estàndard de resposta a les vies de senyalització cel·lular:  Formació d’un missatger secundari i que interaccionar amb un receptor situat a la membrana plasmàtica.
 Hormona que entra dins de la cèl·lula i que interacciona amb un receptor situat al interior afectant a l’expressió gènica.
Perquè una hormona produeixi efectes, és a dir, que respongui és imprescindible que tingui receptor específic per a aquella hormona, si la cèl·lula no expressa el receptor no es pot produir resposta Les cèl·lules responen a la presència de molts dels factors que els hi arriben (en la sang o medi que les envolta). El fetge variarà la seva activitat en funció de la concentració de glucosa. Cal tenir present que les cèl·lules sempre responen a canvis en la -6 -3 concentració de metabòlits en la sang. La concentració de metabòlits en sang sol ser 10 – 10 M, és a dir de l’ordre de micro i milimolar.
Per contra, les hormones quan fan el seu efecte solen estar a la sang amb una concentració de l’ordre de 10 -10 -8 – 10 M, és a dir, de l’ordre de nanomolar. Hi ha una gran diferència de magnituds entre aquests dos compostos i això és molt important per veure si es tracta d’una resposta hormonal o a canvis en la concentració de metabòlits. Això indica que els receptors per a les hormones tindran una afinitat molt elevada ja que reconeixen compostos a concentracions molt baixes.
Hi ha molts metabòlits que afecten a l’activitat cel·lular i perquè ho facin és necessari que passin a dins de les cèl·lules. Els mecanismes de transport els veurem al tema següent.
27 ...