Tema 3 (2017)

Apunte Español
Universidad Universidad Rovira y Virgili (URV)
Grado Bioquímica y Biología Molecular - 2º curso
Asignatura Señalización
Año del apunte 2017
Páginas 9
Fecha de subida 02/10/2017
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Angelina B.
Señalización Tema 3: Receptores 1. Características generales de los receptores     Especificidad por el ligando (señal). Cada célula expresará receptores para señales que la tienen que controlar.
Los receptores serán los que reconocerá el ligando.
La afinidad por el ligando es muy alta. Normalmente la concentración del ligando es muy baja, del orden 10 -8M El receptor ha de ser capaz de transmitir la señal del ligando (modula el siguiente componente de la cascada).
El receptor se ha de desactivar (turn off) una vez el mensaje se ha recibido y se ha respondido. Esto se consigue dependiendo del tipo de receptor (características cinéticas, etc.). Las estrategias son muy diferentes en función del receptor. Ejemplo: degradación del ligando y rotura del complejo receptor-ligando. También podría ser que la unión del receptor ligando cueste mucho hacerla desaparecer. Entonces el receptor se destruye deshaciendo el complejo (situación extrema de que no se pueda separar).
Estructura de los receptores Cada receptor reconocerá su específico ligando debido al dominio de unión, que es como una bolsa. Los enzimas son muy específicos porque en el centro activo solo pueden llevar un determinado ligando. Esa bolsa determinará qué tipo de ligando se puede unir. Solo en el dominio de unión cabrá un ligando que toque.
  Dominio de unión al ligando (ligand binding domain) que interacciona con el ligando Dominio efector que interacciona con el componente siguiente de la cascada de señalización (región efectora).
Cambio conformacional de los rece ptores Receptor de estrógenos, la bolsa hará que solo quepa el estradiol, no podrá entrar otro ligando. En estas hélices alfa, la número 12 cuando el receptor no tiene unido su ligando, esta hélice cae hacia arriba.
Cuando se une el estradiol esta bolsa cambia de forma y sube hacia arriba. Estos cambios son los que permiten hacer que una proteína cambie su estructura tridimensional y que implican la activación de los siguientes componentes de la cascada.
2. Tipos de receptores 1 Angelina B.
Señalización Estructura de los receptores de membrana    Dominio extracelular: Parte extracelular del receptor que interacciona con el ligando. Se conoce como dominio de unión al ligando (ligand-binding domain).
Dominio de transmembrana: Parte hidrofóbica del receptor. Normalmente tiene estructura de hélice alfa (una o varias) Dominio intracelular o citoplasmático: Parte intracelular del receptor que interacciona con el componente siguiente de la cascada de señalización (región efectora) Receptores que son canales iónicos Ligandos: - Acetilcolina - es un canal de sodio, cuando se junta con su receptor hará un canal de sodio haciendo que entre este en la célula.
Glutamato GABA canal de cloro, por tanto cuando se une a su receptor, hace que en la célula entre cloro.
Glicina etc.
Canales iónicos normalmente se encuentra en la sinapsis. Cuando llegue a la célula presináptica se activa, y la membrana postsináptica se despolariza. Son todos altamente selectivos por el ión que dejan pasar.
Acetilcolina.
Muchos de los receptores se han descubierto utilizando drogas o fármacos. Los receptores de acetilcolina son receptores nicotínicos. Porque la nicotina simula el efecto de la acetilcolina. De estos receptores hay dos tipos, I y II  el II está en las células musculares. Están formados por 4-5 subunidades (Dos alfa, beta una gamma y otra delta). Las alfas son las que tienen el lugar de unión. Por tanto la nicotina se unirá a la subunidad alfa haciendo que el canal se abra. En rojo tenemos la zona que estaría cerrada o abierta permitiendo el paso de iones específicos hacia el canal.
GABA.
Neurotransmisor que es inhibidor, tiene un receptor igual que la acetilcolina pero que deja pasar cloro. El GABA es interesante desde el punto de vista de inhibir el sistema nervioso con fármacos. Ejemplo: propofol, anestésico. Anestésicos volátiles hacen estos efectos porque actúan sobre el GABA o lo simulan, modulando el receptor alostéricamente.
Receptores acoplados a proteínas G  Es una proteína trimérica con tres subunidades. Todos tienen como estructura común 7 segmentos de transmembrana (TM) hidrofóbicos.
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     Señalización Se abrevian como (GPCRs) y también reciben el nombre de receptores que pasan 7 veces la membrana o 7 TM receptores.
Todos tienen en común que interaccionan con proteínas G (siguiente componente de la cascada) En el genoma humano se han encontrado 800 genes de GPCRs (460 receptores de olfato) pero no se conocen los 800 ligandos  en este caso de receptores le decimos que es huérfano.
Un tercio de los fármacos actúan sobre este tipo de receptor Muchos de estos receptores acoplados son de olfato y de gusto.
¿Qué señales tienen receptores de este tipo? Fotones, la histamina tiene la mayoría de receptores de este tipo. Hay muchas señales que actuarán de esta manera. Los neurotransmisores tienen receptores que son canales, pero también receptores que son canales acoplados a las proteínas G  Introducción de nueva nomenclatura.
Los receptores acoplados a proteínas G puede ser divididos filogenéticamente en 6 familias. En la foto se muestran tres familias.
Familia 1: es el subgrupo más grande y contiene los receptores odorantes, pequeñas moléculas como las catecolaminas y aminas, algunos péptidos y hormonas glicoproteicas. Receptores de la familia 1 se caracterizan por varios aminoácidos altamente conservados (algunos de los cuales se indican en el diagrama por círculos rojos) y un puente disulfuro que une el primeros y segundo bucles extracelulares (ECLs). La mayoría de estos receptores tienen una cisteína palmitolada en el carbono terminal. La reciente determinación de la estructura cristalina de la rodopsina ha indicado que los dominios transmembrana (TM) de los receptores de la familia 1 son 'inclinados' y 'torcidos', como se muestra.
Familia 2 o B GPCRs: se caracterizan por un largo amino terminal que contiene varias cisteínas, que presumiblemente forman una red de puentes disulfuro. Su morfología es similar a algunos receptores de la familia 1, pero no comparten ninguna homología de secuencia. Poco se sabe sobre la orientación de los dominios de TM, pero, dada la divergencia en la secuencia de aminoácidos, es probablemente bastante disimilar de la rodopsina. Ligandos de la familia 2 GPCRs incluyen hormonas, como glucagón, hormona liberadora de la gonadotropina y hormona paratiroides.
Familia 3: contiene el glutamato metabotrópico, receptores B sensibles a Ca2 + y a los ácidos aminobutiricos ácido (GABA). Estos receptores se caracterizan por una cola larga amino y carboxilo. El dominio de unión al ligando está situado en el terminal amino, que es a menudo descrito como un 'Venus fly trap'. Excepto dos cisteínas en ECL1 y ECL2 que forman un puente disulfuro putativos, los receptores de la familia 3 no tienen ninguna de las características principales que caracterizan a receptores de la familia 1 y 2. Una característica única de los receptores de la familia 3 es el tercer lazo intracelular corto y altamente conservado. Aunque la estructura del extremo amino terminal es bien caracterizado, similar a los receptores de la familia 2, se sabe poco sobre la orientación de los dominios de TM.
Lugar de unión según la familia: Tres familias: rodopsina, glucagón y glutamato. Receptores adrenérgicos, se unen en la zona de la hélice alfa. Lo que condicionará donde se une el ligando no es su medida sino el tipo de receptor Un receptor de este tipo cuando se une al ligando es incapaz de activar el componente de la cascada. Por ejemplo el segundo dibujo, el hecho de que se excite el fotón, la posición inactiva de las 7 hélices alfa, cuando se activan por el fotón cambian de posición. Este cambio será el que hará pasar la señal al siguiente componente de cascada  activará una proteína G.
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Señalización Los neurotransmisores pueden ser: - Ionotrópicos  unidos a canales (receptores) Metabotrópicos  acoplados a proteínas G Recept ores con act ividad enzimát ica int rínseca Quimioquinas: Están implicadas en el virus y la infección del SIDA. El virus para poder infectar las células necesita unirse al receptor que pasa 7 veces la membrana. Este receptor es el de las quimioquinas 5 (CCR5). Si se consigue boquear el receptor el virus no podrá entrar. RANTES - otro nombre de CCL5, además están MIP-, MIP-1 (CCL3 y CCL4).
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Señalización Ligandos:   Insulina Factores de crecimiento etc.
Receptores con actividad catalítica:   Guanilil ciclasa Fosfatasa Quinasa: Serina/treonina quinasa Tirosina quinasa (Receptores de tirosina quinasa (RTKs) Estos receptores si se activan dentro tienen actividad guanilil ciclasa. Los canceres de desarrollan porque la tirosina quinasa se mantiene activa. Actividad proteína tirosina-quinasa fosforilan proteínas en los residuos de la tirosina.
Receptores tirosina quinasa Receptores de factores de crecimiento. Se distinguen en los dominios que tienen y sus características. Todos tendrán un dominio extracelular, intermembrana e intracelular.
Muchos de los receptores son monómeros.
Receptor de la clase II es un tetrámero - resultado de expresión de un gen, la proteína se rompe en 4 trozos y se inserta en la membrana.
Tenemos el monómero de un receptor, dominio catalítico, dominio transmembrana y dominio círculo de unión al ligando (de abajo a arriba).
Una característica es que cuando se unen al receptor se dimerizan, pueden ser homodímeros o heterodímeros.
Cuando se forma el dímero y se une al ligando se comienzan las fosforilaciones a residuos de tirosina. El receptor se autofosforila. Se fosforilan uno al otro y aparece una serie de fosfatos, serán tirosinas determinadas que quedarán fosforiladas. Pasará igual con la insulina. El receptor será activo mientras esté fosforilado.
¿Cómo pasa el receptor un mensaje al componente de la cascada? El componente siguiente de la cascada tiene que ser una proteína que se fosforila con un residuo de tirosina.
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Señalización El mensaje no se pasa siempre de esta manera. El componente siguiente de la cascada es capaz de unirse a las proteínas fosforiladas.
Dominio SH2  Src homology 2. Es una estructura que tiene determinadas proteínas. Característica: son capaces de reconocer las tirosinas fosforiladas de otra proteína y formar un complejo con esta proteína. Una manera que tienen estos receptores de pasar su mensaje, es que el componente de la cascada sea el SH2. El receptor se activa, se autofosforila. Proteínas que tienen ese dominio hay muchas.
A veces el componente de la cascada en sí mismo no tiene el dominio SH2 pero se activa por este sistema. Lo que se necesita en estos momentos son proteínas adaptadoras. No se consideran componentes de cascada, porque cuando se unen al receptor no pasan el mensaje sino permiten que la proteína siguiente de la cascada se pueda unir y formar el complejo con el receptor.
¿Cómo pasa el receptor un mensaje al componente de la cascada? El componente siguiente de la cascada tiene que ser una proteína que se fosforila con un residuo de tirosina. Será una proteína fosforilada por el receptor y que pasará a un estado activo pudiendo así pasar el mensaje al componente siguiente de la cascada.
Receptores acoplados a tirosina quinasas Ligandos:  Citosinas etc.
Proteínas quinasas – JAKs. Los receptores serán una sola cadena polipeptídica, pero cuando se unen al ligando se dimerizan. En cada uno de los receptores se produce un cambio conformacional lo que hace que los JAKs se activen (se autofosforilan).
Con estos receptores aparecen tirosinas fosforiladas por lo que se podrán unir y pasar el mensaje a componentes siguientes de la cascada. Las proteínas que pasan el mensaje son las proteínas STAT.
Muchas citoquinas actúan por receptores que están asociados con Janus quinasas citoplasmáticas (JAKs). El receptor consta de al menos dos cadenas, cada una asociada a una específica JAK (panel izquierdo). Unión del ligando y dimerización del receptor reúne los JAKs, que pueden transactivar uno a otro, consecuentemente fosforilando tirosinas en las colas del receptor (segundo panel).
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Señalización Miembros de la familia STAT (transductor de señal y activadores de transcripción) de las proteínas se unen a los receptores fosforilados y son fosforilados por las JAKs (tercer panel). Durante la fosforilación, las proteínas STAT se dimerizan por residuos de fosfotirosina en bolsillos de SH2 y van rápidamente hacia el núcleo, donde se unen y activan la transcripción de una variedad de genes importantes para la inmunidad adaptativa.
Formación de trímeros o estructuras más grandes Los receptores acoplados a tirosina quinasas se diferencian en varias clases. Los receptores que son de la misma clase dimerizan entre ellos. IL 11 cuando se une a su receptor, no forma dímero con otro receptor de IL 11 sino con el GP30.
Característica - todas las interleucinas para formar dímero cogerán receptor de la interleucina con el Gp130.
Los receptores acoplados a tirosina quinasa: - La mayoría forman heterodímero, heterotrímeros o estructuras más grandes Tienen una subunidad que da especificidad a la citosina y otras subunidades comunes que comparten diferentes receptores (en el ejemplo Gp130).
Receptores intracelulares Ligandos:    Esteroides Hormona tiroidea Nutrientes: vit A, vit D, ácidos grasos etc.
Tema 8 3. Regulación de la cantidad y sensibilidad de los receptores Sensibilidad y densidad de los receptores Una célula no solo expresa el receptor de la señal diana sino también puede decidir, en qué intensidad quiere responder a esta señal.
- La sensibilidad de un receptor concreto a su ligando no es constante: los receptores se desensibilizan después de recibir una señal intensa (periodo refractario) Ejemplo: receptor de la adrenalina.
¿Cómo una célula puede regular la respuesta que hace a la señal? Puede controlar la respuesta porque una es capaz de tener más o menos receptores de esta. Una célula diana de la insulina puede tener en su membrana tanto100 receptores como 600 o 50. Modulando la cantidad de receptores tendrá más o menos capacidad de captar las moléculas de insulina. El mismo número de receptores puede ser más sensible o menos a la misma señal. Un receptor necesitará una concentración determinada de señal para hacer una respuesta.
Por tanto todo se modula.
Ejemplo: Mecanismo de desensibilización del receptor -adrenérgico. Tenemos la membrana plasmática con el receptor de la adrenalina (en verde) en el cual se liga la adrenalina (rojo). El receptor está desfosforilado, inactivo.
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Señalización Receptores acoplados a proteínas G: cuando está fosforilado, el receptor pasa el mensaje a una proteína g, si está desfosforilado no puede contactar con la proteína G. A pesar de tener la adrenalina enganchada no puede pasar el mensaje. Esto se consigue porque la adrenalina como proteína final de cascada tiene una proteína quinasa. Pero esta proteína quinasa fosforila al propio receptor. Si hay mucha adrenalina esta proteína quinasa se activará y al final fosforilará al receptor. Por tanto al poner el fosfato no puede interaccionar con la proteína g. No solo se fosforilan en posición 2 sino que hay más. Una vez está fosforilada en todas las posiciones, se une la proteína arestina y no puede pasar mensaje al componente siguiente de lascada que es la proteína G.
El número de moléculas (densidad) de un receptor concreto no es constante: - Se reducen por endocitosis Aumenten por incremento de su síntesis, incorporándoles vesículas internas y/o reduciendo la endocitosis.
Hay receptores que forman un complejo receptor-ligando que es muy difícil de disociar por lo que siempre estaría activo. Una técnica sería internalizarlo y ponerlo en endosomas. En el pH ácido el receptor y el ligando se pueden disociar y le receptor se puede volver a internalizar en la membrana.
A veces no se separan ni en condiciones de endosoma, para eso se internalizarían en lisosomas y se digerirían.
4. Unión ligando receptor Agonistas y Antagonistas Sobre un receptor determinado actuará el ligando natural, el que le toca. Pero hay una serie de fármacos y drogas que se ligarán/simularán o bloquearán el efecto del ligando. Desde el punto de vista farmacológico si hablamos de ligando es agonista o antagonista. Es decir el receptor de la adrenalina está diseñado para reconocer la adrenalina pero habrá moléculas parecidas a esta y podrán simularla.
-   -   Agonista: todas las moléculas que se podrán unir al receptor y hagan una respuesta. Se unirá al receptor y le hará hacer una respuesta celular, por lo que tiene eficacia. La molécula señal diseñada para el receptor será agonista.
Agonistas totales: se unen al receptor y hacen toda la respuesta Agonistas parciales: respuesta más pequeña y un efecto menor.
Antagonista: se unen al receptor y no producen respuesta celular.
Tiene afinidad y no tiene eficacia. Se une al lugar de unión al ligando o a otro lugar del receptor, bloqueando el cambio conformacional del receptor. Podrán ser reversibles y no.
Antagonista tota: no aparecerá ninguna respuesta Antagonista parcial: bloquearán un poco la respuesta.
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Señalización Los antagonistas se unen al receptor y bloquean la respuesta que tendríamos con el agonista. El agonista se une al receptor y se desliga. Pero hay antagonistas que se unen y hacen que el receptor nunca pueda reaccionar con un agonista.
Agonistas inversos, es una sustancia que haría respuesta biológica contraria al agonista. El agonista tiene efectos sedantes, antagonista haría entrar en convulsión o estrés. Estos inversos se utilizan en farmacología porque determinados receptores pueden tener actividad constitutiva, una cosa que siempre funciona. Pasa el mensaje tanto como si tiene el ligando como si no. Se uniría al receptor y haría que la respuesta sea la contraria a la que tiene que ser.
Tanto agonistas como antagonistas se han de unir al receptor, por lo que ambos deben tener elevada afinidad por el receptor. Un antagonista puede tener más afinidad que un agonista y viceversa. Las afinidades son concentraciones y suelen ser muy bajas.
Cinética de uni ón ligando al receptor Cuando el ligando esté en equilibrio se formará un complejo receptor-ligando que se podrá disociar.
Se mira la constante de disociación, Kd, se puede asimilar con la constante de Michaelis-Menten. Nos dirá la concentración de ligando a la cual hay la mitad de receptores formando complejo.
Cuanto más bajo sea el valor de Kd, más afinidad tendrá el ligando por el receptor.
Ecuaciones a partir de las cuales podemos obtener la concentración de ligando o de receptor que hay.
Cuando el ligando está unido a receptores en frente de la concentración de ligando.
Se representa el ligando en frente del complejo. Podemos saber qué número de receptores hay y cuál es la afinidad por estos. A veces un antagonista puede tener valores más bajos de Kd que un agonista porque serán característicos de ligando.
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