Tema 4. Proteïnes G i nucleòtids cíclics (2012)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Rovira y Virgili (URV)
Grado Bioquímica y Biología Molecular - 2º curso
Asignatura Senyalització i control del funcionament Cel·lular
Año del apunte 2012
Páginas 10
Fecha de subida 18/01/2015
Descargas 23
Subido por

Vista previa del texto

Tema 4: Proteïnes G i nucleòtids cíclics: CAyES Les fosfodiesterases són uns enzims que s’encarreguen de degradar el nucleòtid cíclic. Hi ha d’haver enzims que es degradin i tornin a baixar el senyal.
Part 1: Súper família de proteïnes G: Proteïnes G: Proteïnes que lliguen nucleòtids de guanina. Són proteïnes que lliguen nucleòtids de guanina, en anglès es poden torbar amb el nom de GTP binding proteins.
Són interruptors cel·lulars: On (GTP), Off (GDP). Aquestes proteïnes G funcionen com interruptors: que estan en On el lligand en forma de GTP, si estan en OFF com a GDP.
Dos tipus de proteïnes G: - Proteïnes G heterotrimèriques (receptors acoblats a proteïnes G).
- Proteïnes G monomèriques (proteïnes G petites).
De proteïnes G podem distingir dos classes: unes són les proteïnes G heterotrimèriques, que estan constituïdes per tres subunitats, acoblats a proteïnes G. i les altres, són les proteïnes G monomèriques constituïdes per una sola subunitat, també se’ls coneix com proteïnes G petites. Totes dues funcionen en on i off depenent de que tinguin GTP o GDP. Les més conegudes i més simples són les primeres, les heterotrimèriques.
Proteïnes G heterotrimèriques: L’estructura d’una proteïna G heterotrímèrica, consisteix en tres subunitats: alfa, beta i gamma. Al tenir en compte que la subunitat alfa en l’estat inactiu s’uneix a GTP.
Estan constituïdes per tres subunitats, aquí estan representades per tres colors diferents: subunitat alfa, beta i gamma. El nucleòtid de guanina està lligat a la subunitat alfa, en aquest cas està en forma de GDP, però pot estar també en GTP. Representa una situació no funcional, on tenim la proteïna G on el tros vermell son les subunitats beta-gamma i la marró és la alfa. En estat basal la subunitat alfa té unit GDP, quan arriba un senyal (el receptor el rep i canvia de conformació), el canvi de conformació el fa la subunitat alfa, i marxa el GDP (queda la subunitat lliure); dintre d’una cèl·lula hi ha més concentració de GTP, i dintre s’instal·la un GTP (a la subunitat alfa), això provoca un canvi conformacional, llavors la subunitat alfa es separa, i queda la subunitat alfa unida al GTP i l’altra subunitat queda separada.
La subunitat GTP està activada, serà la que anirà al component següent de la cascada i l’activarà. Actualment se sap que la beta-gamma també pot actuar sobre components següents de la cascada. Ara el sistema que està separat, esta activat. El sistema es tanca perquè aquesta subunitat alfa té activitat GTPasa, una activitat guanidina trifosfatasa (hidrolitza enllaços trifosfats de GTP). Ara la subunitat alfa torna a quedar amb GDP. Això fa que torni a canviar de configuració, i tornem al punt inicial del cicle.
Hi ha proteïnes G que quan s’activen reprimeixen l’adenilat ciclasa, baixen la seva activitat. Són proteïnes G també units a receptors que passen set cops la membrana. Tot això es va començar a veure i d’aquestes proteïnes G trimèriques hi havia molts tipus, i dependent de la proteïna G i quin era el componenet següent al que feien efecte, i segons si activaven o rrepirimen l’adenilat cilcasa, li donaven diferents noms.
 -s: estimular l’adenilat ciclasa  -i: tenen una subunitat  que té activitat inhibidora.
No sempre seran proteïnes G i desprès adenilat ciclasa, poden ser proteïnes G on la molècula efectora (el seu component de la cascada) sigui un canal iònic. Aquest seria un exemple de funcionament metabotròpic (receptors acoblats a proteïnes G) però la subunitat alfa en aquest cas quan està activa, la seva molècula diana és un canal.
Les subunitats  reben diferents noms depenent dela molècula efectora que ve desprès: - G (s/olf): olf, d’olfacte (proteïnes G que es troben al olfacte).
- G  (i1, i2...): inhibidors.
Tres exemples de tres vies segons els diferents components de la cascada. Una rebrà més d’un senyal alhora, és un sistema molt dinàmic i que un mateix receptor pot rebre senyals diferents al mateix moment.
CAyES Subunitat : CAyES Hi ha 16 gens G al genoma humà que codifiquen 23 proteïnes G conegudes.
Una característica especial de moltes subunitats  és que tenen un mirístic o un palmític. La majoria de proteïnes G treballen al a membrana i interaccionen amb el receptor que està a la membrana o amb l’adenilat ciclasa que també està a la membrana (si estiguessin a un altre lloc de la cèl·lula no farien la seva funció), és per això que aquestes proteïnes G (moltes proteïnes) necessiten travessar com a mínim una vegada la membrana. Les proteïnes G tenen un àcid gras (hidrofòbic)  o un mirístic o un palmític (miristilació o palmitolació), això es per tal de que estiguin “enganxades” a la membrana.
Dímer : Hi ha 5 gens coneguts que codifiquen n per subunitats G i 12 que codifiquen per G, donant com a resulta un gran nombre de combinacions de dímers G (alguns d’ells són inviables). Totes les subunitats G tenen addicions de grups hidrofòbics a l’extrem C-terminal.
Nomenclatura: li fiquem un número darrere per distingir-les entre elles: 1, 2, etc. aquesta  pot tindre una estructura diferent: 1-1, 1-2, etc. No tindrem el mateix  o el mateix  enllaçant (diferents combinacions).
Segons el dímer que trobem tindran unes efectores o unes altres, i això fa que tinguem una gran variació.
Aquestes  també estan lligats a la membrana, però els que els ancla a la membrana són els lípids dels tipus dels isoprenoids. El farnisil (15c) o el geranilgeranil (29c).
- Lípids: hi ha els que estan constituïts per àcids grassos (triglicèrids, fosfolípids...) desprès està el colesterol (amc ciles, és un esteroide) desprès tenim els lípids isoprenoides (isoprè: unitats de 5 que es van combinant  colesterol, vitamina A, carotenoides, xantòfiles, licopens... qui formen una gran part son les essències i les olors.
Alguns efectors de la subunitat G: Diferents alfes amb els diferents subindex que hem vist abans, i amb els diferents components dela via.
Regulació proteïnes G: Arriba un moment que quan les proteïnes G estan acoblades a un receptor, per tal que s’activi aquet receptor canvia la conformació de la proteïna G i el sistema s’activa. Per a que es produeixi aquest canvi, aquesta activació, necessita que el receptor s’activi. A aquest fet de que la proteïna passa d’estat inactiu a estat actiu en termes genèrics se li coneix amb el nom GEF (guanine nucleotid exchange factor).
CAyES Altres proteïnes també son capaces de controlar el temps que la proteïna G té un nucleòtid amb activitat GTPasa. Hi ha proteïnes específiques que s’uneixen a la subunitat alfa i augmenten l’activitat GTPasa, es coneixen amb el nom de RGS proteïnes. Aquestes proteïnes RGS, activen l’activitat GTPasa de la subunitat alfa. Aquesta activitat es coneix amb el nom de GAP (GTPasa activating proteins).
Si una proteïna G s’uneix amb una d’aquestes proteïnes que les acceleren, més temps estarà aquesta subunitat alfa activada. Les proteïnes que tenen la capacitat d’accelerar aquesta activitat GTPasa, també estaran controlades per altres proteïnes. De subunitats alfa hi ha moltes i segons quina subunitat alfa estigui activa serà un activador, inhibidor...
Proteïnes G heterotrimèriques: En aquesta imatge es veu una proteïna activa (dreta) i l’altre està inactiva (esquerra). Farà que passi d’una a l’altre l’intercanviador de nucleòtid, i ho farà un factor que provocarà aquest canvi. El pas contrari es farà per l’activitat catalítica GTPasa de l’activitat , que contribuiran a que passi a l’estat inactiu.
Aquestes GAPs estaran controlades per altres coses també i la interacció dependrà de les senyals que vagi rebent la cèl·lula.
Proteïnes G i infeccions: Una infecció que ens mata perquè indueix que les proteïnes G sempre estiguin funcionals és el còlera, ja que, per exemple, hi ha molta pèrdua de sodi i aigua. El que ens mata és la toxina del colera.
Ens causa malaltia perquè aquesta toxina que secreta aquest bacteri (Escherichia coli) és un enzim i entra dintre dels enterocits (la mucosa intestinal), quan entra dintre, ribosila la subunitat alfa de les proteïnes CAyES Gs (activadora de l’adenilat ciclasa) i te activitat GTPasa. Com a resultat la subunitat alfa sempre queda activa, al quedar sempre activa, per tant contínuament està activa l’adenilat ciclasa, lo que vol dir que en aquestes cèl·lules sempre hi ha un nivell de AMP cíclic molt elevat. Modulen els canals de la membrana fent que sempre es perdi sodi i com a conseqüència també aigua, i això és lo que ens mata.
 Ribosilació: És una manera de poder controlar l’activitat de proteïnes, enganxant una ribosa és una manera de canviar l’activitat d’una proteïna. Qui dona aquesta ribosa és l’NADH, ja que té moltes funcions.
Proteïnes G monomèriques (proteïnes G petites): Aquestes proteïnes G monomèriques no s’acoblen a receptors, aquestes proteïnes G monomèriques són components de cascades de factors de creixement. Moltes d’aquestes proteïnes estan dintre d’aquests mecanismes funcionals. Podem intuir que quan arriben aquests senyals a la cèl·lula induiran factors de creixement, provocant càncers, ja que faran créixer i crear moltes cèl·lules.
En les trimèriques teníem receptor amb proteïna G acoblada. Les monomèriques és com si fossin només una subunitat alfa, però no està en contacte amb cap receptor.
Funcionen igual que les proteïnes G trimèriques, actuen com interruptors (on amb GTP, off amb GDP).
Són monomèriques i normalment necessiten l’ajut d’altres polipèptids per intercanviar GDP per GTP i per hidrolitzar GTP.
La més coneguda és Ras (oncogen), per la qual cosa també se les coneix com “Ras superfamily GTPasa”.
S’ha vist que aquesta proteïna Ras existeix també a les cèl·lules humanes i no és res més que una proteïna d’aquestes G petites. Produeix càncer perquè és una proteïna G descontrolada, sempre activa, per tant sempre queda activa aquesta senyal de créixer. Com que va ser la primera que es va descobrir, a vegades podem trobar que li diuen “Ras superfamily GTPasa”.
Algunes proteïnes G monomèriques són: Ras és el mateix que p21. Es coneix que de Ras també hi ha tres gens diferents, per tant podem tenir tres tipus de Ras, l’EF-Tu (factor d’elongació), Rab, Rho, Rac...
Tenim la proteïna petita monomèrica inactiva (p21 GDP), a aquesta proteïna se li uneix un gen GEFs. Al unir-se és fa l’intercanvi de nucleòtids, és dissocia i s’activa (p21 GTP + efector). Se li uneix un GAP i desprès torna un altre cop com abans, en situació de repòs.
Aquestes proteïnes que tenen la capacitat d’accelerar la hidròlisi (GEFs) o d’intercanviar nucleòtids, reben noms diferents, hi ha moltes. Per exemple: - Sos: Canvi de nucleòtids, os sigui, activa proteïnes G monomèriques.
- Epac: Alguns GAPs (GTPasa activating proteins): - p120GAP - GAP1 - Neurofibromin (NF1) CAyES Normalment estan implicades en les cascades de senyalització de factors de creixement. Controlen proliferació i diferenciació cel·lular i regulen el moviment de vesícules, proteïnes i mRNA.
Exemple de Factor de creixement: Tenim un receptor amb activitat intrínseca de tirosina quinasa, el receptor s’autofosforila. Hi ha proteïnes que tenen un domini SH2 que són capaces de reconèixer la part fosforilada com el Grb-2 que és com un adaptador, llavors al estar aquest adaptador es pot unir el Sos, que és un factor d’aquests que activa aquest intercanvi de nucleòtids, per estar actiu ha d’estar unit a un GDP-Ras i el GDP només s’uneix si esta fosforilat, i ho està perquè el receptor està fosforilat. Per tant és quan el GDP-Ras passa a GTP-Ras, que és actiu.
Un altre exemple: L’efector per excel·lència son les proteïnes quinases. Tenim un factor de creixement que s’autofosforila, el Ras que ha passat a GTP és actiu i aquet Ras a qui passa el senyal és a proteïnes quinases, i aquesta activa a una altra igual, i aquesta a una altra igual... I finalment activarà un factor de creixement i induirà que la cèl·lula creixi o proliferi...
Part 2: Adenilat ciclases i AMPc: Són un enzim. La reacció que catalitza és la que hi ha a la foto. Per acció de l’adenilat ciclasa és produeix el AMP cíclic, va ser el primer segon missatger que es va descobrir. És un component molt important de les cascades. Estem parlant d’un enzim, l’adenilat ciclasa i l’AMP cíclic correspon a un procés d’amplificació de senyals. No es coneix la estequiometria de les coses, l’Adenilat ciclasa produirà la interconversió de milers de AMP cíclics.
CAyES Les adenilat ciclasa estan a la membrana. Passen moltes vegades per la membrana, amb un lup i a la part final tenim los dominis catalítics. Aquesta adenilat ciclasa està per formar aquests dominis catalítics quan no està activa, però quan ha d’estar activa es formen aquests dominis catalítics i es quan comença a agafar ATP i comença a crear AMP cíclic.
Aquestes adenilats ciclasa es troben en totes les cèl·lules o es troben en teixits específics, ja que la seva activitat esta controlada per coses específiques i les molècules o el sistema de funcionar s’ha de controlar i o regular de manera diferent. Els adenilats ciclasa són proteïnes de membrana, hi ha un tipus d’adenilat ciclasa que és soluble, i que es troba als testicles (SAC).
A dalt de tot tenim un receptor acoblat a una proteïna G i la adenilat ciclasa estimula la seva activitat, però també esta controlada per altres coses la AC. Per activadors, reprimidors, receptors que estiguin units a proteïnes G que son inhibidors ja que la seva subunitat betagama queda reprimida. A banda d’estar controlat per això, una característica mot especial, es que estan controlades per un segon missatger que és el Calci.
També és capaç d’activar proteïnes quinases. El requadro blau que hi ha a la primera foto, és un canal de calci, és la manera com té el calci per entrar.
Depenent dels lligands que estiguin interactuant en R1 o en R2 i la quantitat de calci que hi hagi a la cèl·lula.
Desprès hi ha l’altre tipus que és l’adenilat ciclasa 2, que la AC2 està activa per la subunitat alfa. Aquesta activació que té per alfa S encara es més estimulada, activada per la subunitat gamma. Poden fosforilar-se en determinats llocs, i normalment reprimeixen. La proteïna quinasa reprimeix, per exemple.
El calci també controla, en aquest cas reprimeix, en el dibuix de baix.
Característiques importants de les adenilats ciclases: - Es controlarà de la seva manera - Que esta controlada per moltes coses.
- Pot estar més activa o menys activa.
AMP cíclic: CAyES Adenosin monofosfat cíclic = Adenosin monofosfat cíclic-3’,5’ L’AMP cíclic és segon missatger, com el calci, etc. els nucleòtids cíclics són els segons missatgers més importants i tenen la característica de que són un component de membrana. Les proteïnes passen d’un estat activar a un inhibit a partir de missatgers. Com donarà un senyals l’AMPc? A partir d’un canvi en el gradient de concentració. Això ho trobarem en cascades on s’activi l’adenilat ciclasa, per tant la concentració baixa passarà a alta i això serà el senyal. Si el senyal és un canvi de concentració s’acabarà tornant a baixar la concentració. Qui canviarà la concentració seran les fosfodiesterases de nucleòtids cíclics, que el que fan es trencar l’enllaç que cicle el fosfat enzimàticament perquè hidrolitzen un enllaç fosfat.
Hormones que utilitzen les AMPc: L’AMPc encara que sigui un component de cascada serà moltes vegades definit mitjançant moduclació de cascades de senyalització de diferents lligands. És un llistat de hormones que el que fan és induir un canvi de concentració d’AMPc, com poden ser catecolamines, glucagó, etc.
augmenten la concentració de AMPc.
Trobarem que quan arriba un lligand s’activaran amb preferència les que estiguin a prop del lligand i l’augment de concentració no te perquè ser a tota la cèl·lula, sinó que es pot donar en una zona petita de la cèl·lula. L’AMPc són molècules petites i que podran difondre. L’AMPc el trobarem concentrat exclusivament a certes zones de la cèl·lula però podran difondre fins que es trobi una fosfodiesterasa que l’elimini. (en aquest punt hi ha una ampliació de la cascada).
Efectors AMPc: Proteïna quinasa dependent d’AMPc = proteïnes quinasa A = PKA Quin componenet següent de la casaca hi ha després de l’AMPc? Hi ha diversos, un d’ells és una proteïna quinasa dependent d’AMPc, però que abreviem com a PKA. S’activa per AMpc i si no hi ha AMPc estarà inactiva. Quan sactivi es dissocia la subunitat que es troba inactiva i aleshores comença la seva activiat. La proteïana quinasa A fosforilarà altres proteïnes i moltes d’aquestes proteïnes finals del metabolisme.
L’AMPC depenent de la cèl·lula on es trobi tindrà altres molècules efectores, poden ser molècules G petites, la RAP, i necessita i té com a factor intercanviador de nucleòtids cíclics (GEF) EPAC. EPAC fa que rap pugui passar a estat actiu, i l’EPAC s’uneix a la rap amb l’AMPc.
CAyES Hi ha canals iònics que estan regulats per l’AMPc i depenent del a cèl·lula requerirà unes o altres molècules de AMPc. Les molècules que reben els senyals d’olors els donen a partir d’un canvi de polarització que el que fa és produir un gradient d’ions a partir de canals. Les proteïnes G activaran l’adenilat ciclasa, augmentarà la concentració d’AMPc i s’unirà al canal.
Factors de transcripció. Tenim un factor de transcripció que el que fa es regular l’operó lac en E.coli. i depenent desi hi ha AMPc estarà actiu o inactiu, i depenent de la quantitat que hi hagi en aquest bacteri determinarà que s’expressi o no aquesta gen.
Part 3: Guanilat ciclasa i GMPciclic: Per si mateixes son receptors, per tant de GC hi ha lligades a la membrana i altres que estan pel citosol (solubles). Les de membrana són receptors d’uns components i els del citosol son receptors de l’òxid nítric.
El component següent de la via serà el GMPc. Aquet serà un altre segon missatger. Quan s’activi la Guanilat ciclasa augmentarà la concentració de GMPc. Molècules que són components següent de la via son les proteïnes quinases dependents de GMPc, que hi ha diferents. El pas següent serà fosforilar altres molècules. També hi ha canals iònics que estaran oberts o tancats depenent de la concentració de GMPc, com en el cas de la adenilat ciclasa. I això farà entrar o sortir algunes molècules a la cèl·lula.
Guanilat ciclasa: Degraden les formes cícliques i son fosfodiesterases. Les fosfodiesterases estan controlades directament pel GMPc. Hi ha diferents tipus de fosfodiesterases. Es pot donar el cas que en una determinada cèl·lula el GMPc activi a la fosfodiesterasa 5 o la 2, que farà agafar el GMPc i el degradarà en AMP, lo que farà baixar la concentració. Una diana important del GMPc son les fosfodiesterases.
Part 4: Fosfodiesterases de nucleòtids cíclics (PDEs): CAyES Són enzims que determinen que el segon missatger baixi la concentració. La quantitat de nucleòtid cíclic dependrà del enzim que el genera i del enzim que el degrada. Les fosfodiesterases depèn de si funcionen o no funcionen el nucleòtids cíclic baixarà o augmentarà de concentració ràpidament.
Catalitzen el trencament d’aquet enllaç (dibuix diapo). Que ja no serà un nucleòtid cíclic.
Hi ha ha diverses famílies de fosfodiesterases. S’anomenen de la fosfodiesterasa 1 a la 11. Que hi hagi tot aquests tipus diferents és perquè tindran la característica que les seves afinitats pels nucleòtids cíclics, la seva velocitat màxima, la manera com estan regulades... son diferents i per tant tenen un punt de control molt elevat. Segons com estigui controlada la fosfodiesterasa i la seva afinitat, en últim aspecte, estarà controlat.
Hi ha fosfodiesterases que tenen diferents preferències perquè tenen més afinitat per degradar GMPc o AMPc.
La fosfodiesterasa 6 està controlada per proteïna G. En lloc d’activar una adenilat ciclasa, lo que fa es activar una fosfodiesterasa, la 6. Si augmenta aquesta fosfodiesterasa, baixa la concentració del nucleòtid cíclic. Hi ha canals a la membrana d’aquests nucleòtids que es tancaran per aquesta baixada de la concentració del nucleòtid cíclic.
Farmacologia: Hi ha fàrmacs que són inhibidors de fosfodiesterases, també hi ha aliments que inhibeixen les fosfodiesterasa, com per exemple el Café, perquè porta la cafeïna, que inhibeix les fosfodiesterases (inhibidors no selectius).
També hi ha inhibidors específics per cada fosfodiesterasa, el més estudiat i conegut és l’inhibidor de la fosfodiesterasa 5 (viagra). Els inhibidors de la fosfodiesterasa 3 es troba molt a les cèl·lules de la musculatura dels vasos sanguinis i al cor, per la gent que te problemes cardíacs, augmenta el ritme cardíac, ja que el AMPc no passa a AMP degut al inhibidor de la fosfodiesterasa 3, per tant el AMPc sempre està a elevades concentracions i el cor i els vasos sanguinis es contreuen més.
...