Tema 10 (2014)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Genética - 1º curso
Asignatura Bioquímica
Año del apunte 2014
Páginas 14
Fecha de subida 02/11/2014
Descargas 23
Subido por

Vista previa del texto

BIOQUÍMICA PARCIAL 2 10. BIOSENYALITZACIO CIRCUITS DE TRANSDUCCIÓ CEL·LULARS – Commutadors moleculars Una capacitat que tenen les cèl·lules és el fet que tenen capacitat d’actuar en front una senyal que reben de l’exterior. Succeeix tant a nivell unicel·lular com a pluricel·lular, tot i que en l’últim nivell és molt més complexa, perquè les cèl·lules tenen diferents funcions. A nivell del desenvolupament embrionari participen moltes senyals per tal de que l’embrió adopti una posició determinada.
Els circuits de transducció cel·lulars són “commutadors moleculars”.
Tots els senyals representen informació, i es detecten a través d’uns receptors específics que després es transformen en una resposta cel·lular i química. Al final, els senyals biològics es tradueixen en la fosforilació d’algunes proteïnes, uns missatges secundaris que canviaran la funció de la cèl·lula.
En una cèl·lula, hi ha molts circuits, i la resposta es veu amplificada. Sovint es tradueix en la fosforilació de proteïnes.
TRANSMISSIÓ INTERCEL·LULAR DE LA INFORMACIÓ Tipus de missatgers o senyals - Hormones Neurotransmissors Factors de creixement Feromones Olors, gustos Llum Components de la matriu extracel·lular Antígens 17 BIOQUÍMICA PARCIAL 2 La interacció d’aquests missatges amb els receptors, provoquen una sèrie de canvis o accions: Accions a nivell molecular - Alteració en el flux d’ions Regulació de l’activitat d’enzims Inducció de la síntesi de proteïnes Activació de sistemes de transport HORMONES Substàncies alliberades per una cèl·lula que actuen sobre una altra cèl·lula (diana) modificant la seva activitat. Integren i coordinen les activitats metabòliques dels diferents teixits.
- Endocrines: s’alliberen a la sang, actuen sobre cèl·lules dianes allunyades.
Paracrines: s’alliberen a l’espai extracel·lular i actuen sobre cèl·lules dianes properes.
Autocrines: actuen sobre la mateixa cèl·lula que les allibera.
18 BIOQUÍMICA PARCIAL 2 PRINCIPALS GLÀNDULES DEL SISTEMA ENDOCRÍ HUMÀ PRINCIPALS SISTEMES ENDOCRINS + TEIXITS DIANA Arriba una senyal de l’entorn, estimula l’hipotàlem i actua sobre glàndules, com la hipòfisis, que estan més allunyades encara.
19 BIOQUÍMICA PARCIAL 2 SISTEMA ENDOCRÍ DEL PÀNCREES Quan augmenta molt la concentració de glucosa en sang, s’allibera insulina. Això permet una resposta molt més ràpida que no pas si s’hagués de sintetitzar cada cop.
El fetge és el principal regulador de la glucosa – l’emmagatzema o la degrada.
Quan dormim o estem en estats de dejú, hi ha teixits que tenen reserves energètiques.
Però els que no en tenen, com el cervell, en necessiten. Gràcies al glucagó, que se secreta quan la concentració de glucosa disminueix, el cervell aconsegueix glucosa. Té l’efecte invers de la insulina – al fetge, estimula la degradació de glucosa per a que augmentin els nivells a la sang de glucosa i n’arribi en més quantitat al cervell.
20 BIOQUÍMICA PARCIAL 2 BIOSENYALITZACIÓ – Propietats i mecanisme Estudia la recepció, processament i resposta de les cèl·lules a la informació provinent de l’entorn.
Mecanismes de transducció de senyals: circuits moleculars que detecten, amplifiquen i integren diverses senyals externes per generar respostes a través de canvis en: - L’activitat enzimàtica, L’expressió de gens o Els canals de ions RECEPTORS ESPECÍFICS EN LES CÈL·LULES DIANA Receptor hormonal: molècula proteica a la qual l’hormona s’uneix de forma reversible i específica. Trobem dos tipus: - Receptors intracel·lulars (nucli, citosol) Receptors de membrana Degut a l’alta afinitat pels seus receptors, les hormones són efectives a concentracions molt baixes (pM=10-12M).
MECANISME GENERAL DE TRANSDUCCIÓ 07/04/14 a) Especificitat – la molècula receptora té la forma del seu receptor complementari; les altres senyals no poden adherir-s’hi.
b) Amplificació – en qüestió de milisegons es pot activar aquesta resposta i el nombre de molècules augmenta geomètricament en una cascada d’enzims – s’amplifica de l’ordre de varis ordres de magnitud.
c) Adaptació – encara que el senyal continuï unit al receptor, hi ha mecanismes que aturen la resposta.
Aquest mecanisme l’anomenem de dessensibilització.
21 BIOQUÍMICA PARCIAL 2 d) Integració – es poden donar respostes de sentit invers.
Un senyal estimula la glicòlisi i un l’inhibeix – la resposta final és la resta de les dues respostes, de manera que el que tindrem serà una única resposta que serà la integració d’aquestes dues. La cèl·lula és capaç de diferenciar dues respostes oposades i d’integrar la resta resultant de les dues. Per exemple, hi ha una hormona a nivell 5 que estimula la despolimerització del glucogen i una a nivell 3 que fa estimula la despolimerització de glicogen.
CARACTERÍSTIQUES GENERALS DELS SISTEMES DE TRANSDUCCIÓ 1- Interacció amb el receptor 2- Receptor interacciona amb la maquinària intracel·lular produint un senyal secundari  Missatger secundari: molècula que es genera com a conseqüència de la interacció lligand – receptor.
3- Canvi en l’activitat metabòlica de la cèl·lula 4- La cèl·lula torna a l’estadi inicial TIPUS DE RECEPTORS Un exemple de receptors són els canals iònics. Aquests s’activen per un augment de concentració del lligand o canvis en la polaritat de la cèl·lula. També hi ha receptors de tipus enzims, que tenen dues subunitats: una uneix el lligand (extracel·lular) i l’altra té activitat enzimàtica (acostuma a ser intracel·lular). Hi ha altres tipus de receptors, com ara els receptors de tipus serpentina. Són receptors transmembranals i activen altres enzims a través de proteïnes G. Hi ha altres receptors que enlloc de trobar-se a les membranes es troben a la membrana del nucli de les cèl·lules (receptors d’esteroides) – aquests el que regulen són els canvis en la transcripció i expressió de gens. També hi ha altres receptors que no tenen pròpiament una activitat enzimàtica però que permeten activar una sèrie de cascades enzimàtiques en les que sobretot hi ha la reacció d’intercanvi de fosfats (fosforilació i desfosforilació d’enzims – el que pot fer és activar o inhibir enzims que ja estaven sintetitzats i que tenien una funció diferent un cop s’hagi donat aquesta resposta). Altres receptors reconeixen components de la matriu (receptors d’adhesió), per exemple el col·lagen (receptors d’adhesió), que en aquest cas canviarà la mobilitat/ l’esquelet de la cèl·lula.
22 BIOQUÍMICA PARCIAL 2 Imatge super mega xaxi pistaxi de tots els tipus de receptors juntets.
RECEPTORS DE MEMBRANA – Enzims EXEMPLE – Receptor de la insulina. És un dímer, i cada dímer té una subunitat α i una subunitat β. Molts, quan estan inactius, són un monòmer – quan s’uneixi el lligand dimeritzen.
Aquest no. Quan la insulina (hormona) s’uneix a la subunitat α, estimula l’autofosforilació de tres tirosines que estan a la subunitat β. Quan es fosforila el receptor, s’activa i té activitat quinasa i podrà fosforilar altres merdes com ara el substrat 1 del receptor de la insulina (IRS-1). Això fa que pugui interaccionar amb una sèrie de proteïnes i que finalment la unió de totes elles activi una altra proteïna quinasa que és Raf-1. Raf-1, en activar-se per fosforilació, fosforilarà MEK, i aquesta fosforilarà ERK, la qual viatja del citosol al nucli.
Un cop ERK fosforilat s’ha translocat, pot fosforilar ELK – 1 estimulant finalment la translocació de més de 100 gens.
ERK = MAPK Quinasa Resum: fosforilació de diferents proteïnes en Receptor insulina = activitat Tyr kinasa 23 BIOQUÍMICA PARCIAL 2 citoplasma i nucli  canvis metabòlics i alteració de l’expressió gènica.
Les fosfatases són les que desactiven les quinases – algunes fosfatases donen lloc a càncers perquè aturen la divisió cel·lular, i disfuncions en fosfatases poden desencadenar càncers.
IRS1 (al principi de la cascada) no només s’uneix a les proteïnes i fa tota aquella cadena, sinó que, un cop fosforilada, també pot activar una quinasa (PI-3K) que s’unirà a un lípid de membrana, el PIP2, i el transformarà a PIP3. El PIP3 el que fa és unir-se a una proteïna quinasa anomenada PKB que, un cop fosforilada i activa, fosforila una altra quinasa, en aquest cas és GSK3 (glicogen sintasa quinasa 3, per tant PIP2 és un activador). Aquesta inactiva per fosforilació la glicogen sintasa. La conseqüència és que ja no es pot sintetitzar glicogen. Quan es produeix insulina en el cos? Quan hi ha molta glucosa – el que fa és doncs inactivar la glicogen sintasa (s’inactiva la GSK3 que és inhibidora del GS).
Al múscul, per exemple, la insulina també augmenta la translocació de GLUT 4 des de vesícules a la membrana cel·lular, per tant es va eliminant la glucosa de la sang.
RECEPTORS DE TIPUS SERPENTINA – Receptor β-adrenèrgic Se’n coneixen mes de 1000. Formen part d’una gran família de receptors transmembrana amb 7 hèlix transmembrana. Actuen a través de proteïnes G trimèriques que fixen GTP i catalitzen el pas GTP a GDP, facilitant la dissociació de la subunitat α de la proteïna G. Aquesta subunitat activa l’adenilat ciclasa de la membrana plasmàtica que produeix AMP cíclic, un segon missatger que estimula una proteïna quinasa (PKA).
El receptor d’adrenalina (β-adrenèrgic) és un receptor tipus serpentina.
24 BIOQUÍMICA PARCIAL 2 Foto: tenim una proteïnes G trimèriques amb 3 subunitats (α, β, ϒ). Quan s’uneix GDP estan les tres juntes. Quan uneix GTP, hi ha un canvi conformacional que fa que se separin β i ϒ de manera que queda la α sola i per tant s’activi i mantingui el GTP unit, i aquesta α és la que és capaç d’activar un enzim. En el moment en que s’hidrolitza el GTP a GDP i la α amb GDP es pot unir un altre cop a β i ϒ, tornem a tenir la proteïna G inactiva.
En el cas del receptor de l’adrenalina (el β-adrenèrgic), la G s’uneix a l’enzim adenilat ciclasa (el receptor el que fa és facilitar l’intercanvi entre GDP i GTP, que la G uneixi GTP més fàcilment). L’adenilat el que fa és ciclar l’AMP i el converteix en AMPc. Això ho fa perquè puguem fugir  múscul (alliberem adrenalina en situacions d’estrès).
AMP cíclic: l’AC el que fa és hidrolitzar ATP, alliberant PPi i permetent la ciclació de l’AMP.
Això ho fa formant enllaç fosfoéster entre el fosfat α i el C3’ de la ribosa. L’AMPc activa la proteïna quinasa A (proteïna quinasa depenent d’AMPc).
És la 1a proteïna quinasa descoberta perquè són molt originals. Sense AMPc la A està inactiva. Quan hi ha AMPc al medi es pot unir a la subunitat reguladora (factor al·lostèric) de manera que hi ha un canvi conformacional que fa que les subunitats reguladores se separin de les catalítiques i la facin activa (la A).
Efecte: La conseqüència final és la degradació de glicogen per efecte de la glicogen fosforilasa i així podem fugir. Tenim poques molècules d’Adr però ja són suficients per 25 BIOQUÍMICA PARCIAL 2 amplificar 20 vegades l’acció de l’AC, el qual en activar AMPc s’amplifica 540643 més i la proteïna A 54056546 cops més i així anem.
Ciclació de l’AMP: L’ACTIVACIÓ PKA = CASCADA DE SENYALS DE TRANSDUCCIÓ 26 BIOQUÍMICA ALGUNS ENZIMS REGULATS PER PKA PARCIAL 2 08/04/14 DEGRADACIÓ DE L’AMPc PER LA FOSFODIESTERASA Quan AMPc ja ha fet l’efecte, aquest missatger secundari serà degradat per un fosfodiesterasa de manera que obtenim AMP. Hi ha inhibidors – cafeïna i tal inhibeixen la fosfodiesterasa (per això són estimulants!).
DESSENSIBILITZACIÓ DEL RECEPTOR β-ADRENÈRGIC Els receptors es dessensibilitzen un cop el receptor βadrenèrgic ja ha desencadenat la resposta si l’adrenalina persisteix – un cop ha fet l’efecte l’adrenalina, la proteïna G trimèrica recluta una proteïna anomenada β-ARK en membrana, que fosfolirarà el receptor en Cter. Això permet reclutar una altra proteïna, la βarrestina, que s’uneix al receptor fosforilat. S’invagina la membrana juntament amb el receptor formant una vesícula endocítica dins la cèl·lula amb la βarrestina i el receptor. En aquesta vesícula es desfosforilarà el receptor, se separa la βarrestina i l’adrenalina. Aquest receptor pot ser reciclat novament.
27 BIOQUÍMICA PARCIAL 2 Hi ha altres hormones que usen AMPc com a missatger secundari, com per exemple el glucagó, PG, ACTH, 5-HT, etc. Dins d’aquestes, algunes proteïnes G són estimuladores (per això hi ha una s en el subíndex enlloc d’una α) però també n’hi ha que són inhibidores, en els quals la unió del lligand i el receptor inhibeix a través de la proteïna G trimèrica l’AC (enlloc d’una α tindran una i). Serà el cas de la somatostatina i les PG.
Alguns senyals que usen AMPc com a missatger secundari: RECEPTORS DE TIPUS CONFETI – Receptor PLC Hi ha altres receptors tipus serpentina que activen altres enzims. Per exemple, l’activació d’enzims situats a la membrana, com la fosfolipasa C (PLC), que hidrolitza un lípid de membrana (PIP2) en dos missatger secundaris diferents de l’AMPc: diacilglicerol i l’inositol trifosfat (IP3).
Aquest IP3 va al citosol i recluta Ca2+ – augmenta la concentració de Ca2+ intracel·lular (el qual funciona com a missatger secundari). Un cop reclutat el Ca2+ i el diacilglicerol, el que fan és activar una altra proteïna quinasa, la proteïna quinasa C. Aquesta, situada a la part interna de la membrana plasmàtica, s’activa i d’aquesta manera començarà un altre cop una cascada de fosforilació on hi hauran diverses quinases participant.
28 BIOQUÍMICA PARCIAL 2 Hi ha moltes hormones/senyals intracel·lulars que el que fan és actuar a través de l’IP3 i de la fosfolipasa C. Parlem d’hormones com la serotonina o el glutamat. Aquestes proteïnes que necessiten Ca2+ per actuar, ho fan a través d’una proteïna que és la que uneix Ca2+ anomenada calmodulina, la qual té una estructura anomenada de zinc finger (tonteria).
La calmodulina pot unir fins a 4 molècules de Ca2+, i un cop això fet s’uneix a la proteïna que s’activa mitjançant el Ca2+, la qual s’anomena CaM dependent de calmodulina.
Mecanisme d’acció de la calmodulina i unió d’hèlix α-amfipàtiques 29 BIOQUÍMICA PARCIAL 2 RECEPTORS INTRACEL·LULARS Alguns receptors estan dins la cèl·lula. Uns d’ells són els que interaccionen amb hormones d’origen lipídic – el colesterol és el precursor d’hormones esteroides o de derivats de la vitamina D, i aquests, com també les hormones tiroidees i els retinoids, són lligands d’origen lipídic i per tant poden travessar la membrana plasmàtica i la nuclear, i és per això que aquests receptors estan dins el nucli. Aquests interaccionen amb el lligand i això causa un canvi conformacional que fa que es pugui unir a una seqüència del DNA activant la transcripció de determinats gens – és la hormona directament la que permet l’activació de la transcripció d’una sèrie de gens.
Tots aquests mecanismes que activen enlloc de modificar són mecanismes molt més lents ja que cal que se sintetitzi l’RNA, la proteïna, que es transporti, etc.
Un exemple d’aquest tipus és la RU486. Aquest lligand és un antagonista (s’uneix al mateix receptor però impedeix que s’hi uneixi res més) de la progesterona i evita que es desencadeni el procés d’implantació de l’òvul fertilitzat (pastilla del dia després!).
30 ...