Tema 3 Regulació Metabòlica (RMT) (2017)

Apunte Catalán
Universidad Universidad de Girona (UdG)
Grado Biología - 3º curso
Asignatura Regulació metabòlica
Año del apunte 2017
Páginas 36
Fecha de subida 08/07/2017
Descargas 0
Subido por

Descripción

Inclou els apunts del tema 3 amb les il·lustracions pertinents corresponents a l'assignatura de Regulació Metabòlica. REGULACIÓ HORMONAL PER SEGON MISSATGER.

Vista previa del texto

Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 REGULACIÓ METABÒLICA TEMA 3: REGULACIÓ HORMONAL PER SEGON MISSATGER Receptors 7TM.
Definició del títol del tema: tercer gran tipus de transducció del senyal protagonitzada pels receptors 7TM, receptors units a proteïnes G. Utilitzen segons missatgers.
Quan el lligand/estímul/hormona  primer missatger, interacciona amb el receptor, en aquest cas un 7TM s’activa un sistema de transducció del senyal complex que travessa la membrana plasmàtica gràcies a 3 etapes i el resultat final és que es fabrica sintetitza o s’allibera una nova molècula com a resultat del senyal. La qual recull el missatge i aquesta molècula es bateja com segon missatger. No té res a veure amb el primer missatger. El segon missatger només poden ser 5.
Per tant, el senyal, sigui qui sigui, acaba provocant la formació, aparició o acumulació d’una molècula totalment diferent que permet diferenciar-lo del primer missatger. De milers o centenars de senyal acaben donant a uns pocs segons missatgers.
Els receptors 7TM acaben generant segons missatgers, acaben donant a aquest sistema per generar la transducció del senyal.
Petita història: Earl Sutherland i F. G. Cori  L’adrenalina estimulava una reacció bioquímica curiosa. Provocava la fosforilació de la glucogen fosforilasa. Per primer cop es va observar un senyal eteri, com un senyal es transformava en un enllaç. L’estímul hormonal a nivell bioquímic. Es produïa una molècula estable a la calor, petita i la van batejar com a segon missatger  AMP cíclic. Els nucleòtids també fan com a missatgers. S’acabava de descriure la tercera gran ruta de la transducció del senyal.
La hormona provoca una producció dels enzims que generen un ràpid i local augment de molècules anomenades segon missatger. Més tard, es van descobrir altres segons missatgers. La concentració local i ràpida d’un segon missatger provoca l’activació d’un conjunt d’enzims i la cèl·lula respon i immediatament comença a desaparèixer aquest segon missatger perquè la senyal desapareix. Aquest missatger desapareix o bé perquè sigui degradat o abocat a un altre lloc. S’acaba així amb la resposta.
1 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 REGULACIÓ METABÒLICA Hipòtesi de Sutherland: 1- La hormona interacciona amb un receptor específic a la cara externa de la membrana cel·lular 2- La interacció de la hormona provoca un canvi conformacional al receptor que acaba formant un enzim  adenilat-ciclasa. Aquest està situat a la cara interna de la membrana i genera moltes molècules de AMPc just al voltant del receptor. És local i temporal.
3- Aquest enzim activa a una quinasa que fosforilarà i començarà la hidròlisi del glucogen per tenir-la en sang 4- Quan s’activa el senyal baixa la concentració de la hormona, decau la concentració del segon missatger que és degradat per la fosfodiesterasa. El sistema està dissenyat per autoregular-se. Hi ha adenilat-ciclases a tots llocs menys als eritròcits.
La hipòtesi s’ha mantingut correcta, però és més complexa.
Diapositiva que surt a examen: Segons missatgers hi ha 3 grans famílies 1- Nucleòtids cíclics  AMPc, GMPc 2- Fosfolípids de membrana que trencarem en dos:  Cadena hidrofòbica: diacil glicerol  Cap polar 3- Calci  s’ha d’incorporar a la dieta perquè no es pot sintetitzar. És essencial.
AMPc. Dintre del segons missatgers o estímuls hormonals que van per via receptor 7TM un gran nombre d’hormones utilitzen aquesta via de generació d’AMPc. És un mecanisme molt general, quasi universal. Exemple de l’adrenalina. Perquè 2 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 REGULACIÓ METABÒLICA bioquímicament parlant és tan famosa. Activació de l’adenilat ciclasa via adrenalina.
Receptors per l’adrenalina al nostre cos anomenats adrenèrgics: - α  estan a altres cèl·lules i fan altres coses β  hi ha diversos subtipus. Al cos humà hi ha dos tipus de receptors adrenèrgics β  β1 i β2.
o β1 estan als receptors de l’adrenalina, al augmentar l’adrenalina augmenten la contracció de les cèl·lules del cor, augmenten els batecs i s’impulsa més sang perquè arribi més oxigen i nutrients. Segon efecte d’aquest tipus de receptor és que fa que la musculatura llisa del budell provoca la seva relaxació i et cagues.
Gran ruta de transducció del senyal amb 3 etapes gràcies a les quals el senyal passa de fora a dins. Necessitem un receptor 7TM, transmet el senyal a una sèrie de proteïnes anomenades G i aquestes activen un enzim anomenat adenilat-ciclasa. A cada etapa hi haurà la seva pròpia auto-regulació. Finalment arribarem a nucli.
Receptors 7TM  qui activa els receptors 7TM?  La llum, la pressió, el tacte, l’olfacte, el gust... és el sistema més important i general de la cèl·lula, moltes coses l’activen. Quin d’aquests senyals posen en marxa l’activació de l’AMPc?  Les hormones del còrtex adrenal, el cor, el fetge ... (Taula).
El mateix senyal pot provocar respostes diferents perquè hi ha diferents receptors.
Un receptor 7TM és una gran família de proteïnes, sistema de proteïnes i gens més nombrós al genoma (800-1000) dels animals. (A la rodopsina l’estimula la llum). És una proteïna que travessa 7 cops la membrana plasmàtica i reconeix una gran varietat 3 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 REGULACIÓ METABÒLICA de lligands perquè té un hectodomini fortament glucosilat. La interacció provoca un canvi conformacional que es transmet al tall citoplasmàtic i inicia la ruta.
Qui pot activar al receptor 7TM?  aquesta enorme varietat de lligands que els poden activar es pot associar a com reconeix el receptor a aquest lligand. 7 famílies de receptors que reconeixen els lligands. Classificació segons com s’uneixen i activen al receptor: - - Rodopsina és activada per la radiació i depèn de la seva longitud d’ona, normalment la ultraviolada o de la zona visible. És capaç de moure o arrencar un electró del receptor. El resultat és la vista. Els bacteris van aprendre a fugir de la ultraviolada.
Hormones de mida petita  es fiquen al mig del con volcànic que crea el receptor Cascada de coagulació del senyal  trenca l’N-terminal del receptor i l’activa, es crea un autolligand Grans hormones glucosilades  interaccionen amb un gran domini N-terminal del receptor i provoquen el canvi conformacional Hormones peptídiques però grosses  Molècules petites  provoquen un canvi conformacional a la part N-terminal del receptor Els aminoàcids són unes substàncies que provoquen molts estímuls a la llengua i el glutamat és un aminoàcid que provoca un gust que els xinesos posen al menjar. La fenilalanina (analogia a la sacarina) és el gust més dolç que hi ha.
4 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 REGULACIÓ METABÒLICA El receptor és una cosa molt grossa i la unió al lligand sempre està per fora. 7 hèlix alfa hidrofòbiques que travessen la membrana amb una seqüència comuna. La gràcia és que permet ancorar-se a la membrana i transmetre un determinat moviment a la seqüència que es connecta amb la següent (loops). 7 hèlix alfa i 8 zones que els separen. N-terminal està fortament glucosilat. Això de que estigui glucosilat abans no se li donava importància o feia nosa i és important.
El receptor 7TM a més de les 7 hèlix alfa està falcat a la membrana amb una cadena lipídica, està relativament quiet on li toca. Els loops 2, 3 i 4 contacten amb les proteïnes G i té punts de fosforilació on el gran regulador és una quinasa (PKA) activada pel propi receptor  novament un loop d’autoregulació.
Receptor 7TM pot estar envoltat de més d’una proteïna G. Primera etapa d’amplificació del sistema. Es coneixen més receptors que lligands i el receptors s’anomenen “orfes” perquè no es coneixien els lligands. Tots els intermediaris del Krebs tenen els seus receptors. Aquí tenim la família dels receptors 7TM a la taula vermella.
Rhodopsina: visió, gust, tacte. La llengua és un dels teixits més actius del nostre cos.
Hi ha centenars de tipus de receptors 7TM. Diferents receptors 7TM engeguen sistemes de transducció del senyal. Aquests receptors duen a terme dues grans funcions: 1- Reconèixer el lligand d’una manera, en general, molt específica 2- Connectar amb les proteïnes G i exactament la seva tasca és de fer GNRP: alliberament del nucleòtid de guanina (Ras i G són ATPases). El lligand provoca un canvi conformacional activa els loops 2, 3 i 4 i passen a interaccionar amb la proteïna G que estava a l’espera. Aquests fan un canvi conformacional a la proteïna G i fa un bescanvi de nucleòtids a la proteïna G cap a GDP. Pot dimeritzar.
Diferents sistemes de dimerització dels receptors 7TM: 5 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 REGULACIÓ METABÒLICA Les proteïnes G fan d’intermediàries entre el receptor 7TM i el següent efector, que sol ser un enzim.
Són una família gran de proteïnes que pertanyen al grup de les GTPases. Reconeixen nucleòtids de guanina (en aquest cas el GTP) i l’hidrolitzen a GDP. Per tant, fixen nucleòtids de guanina (GTP binding proteins). Es classifiquen d’acord amb la seva mida en dues grans famílies: 6 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 REGULACIÓ METABÒLICA - Proteïnes G són heterotrimètriques Factors de transcripció Família RAS Small G (Rho) Tubulines Les GTPases estan àmpliament distribuïdes a la cèl·lula i a molts tipus de teixit diferents. Per tant, són molt importants. Duen a terme moltes funcions, entre d’altres: - Formen part del control de la síntesi de proteïnes ribosomals.
Formen part del sistema de transducció del senyal hormonal i de senyals lluminoses Participen a la translocació de proteïnes des del reticle endoplasmàtic Participen en el control de la diferenciació i o desenvolupament Participen en el control de la proliferació cel·lular Participen en el trànsit o tràfic vesicular Nosaltres veurem una, la més important. D’aquesta diversitat de tasques, a partir d’un mateix mecanisme ha convertit a les GTPases en un important i sorprenent exemple de l’habilitat de l’evolució i selecció natural. Veiem un exemple amb els receptors 7TM, tots deriven d’una proteïna i aquí succeeix el mateix.
Cicle de les GTPases La seva principal tasca és hidrolitzar el GTP. L’altra tasca que surt d’aquesta és la finíssima regulació del sistema o gran ruta de transducció del senyal.
- - Punt de vista proteic  En primer lloc, recordem que aquests enzims reconeixen els nucleòtids de guanina i sobretot el GTP i el GDP. Feina des del punt de vista proteic.
Punt de vista catalític  la seva tasca és trencar el tercer fosfat del GTP. La natura utilitza aquest sistema com un gran sistema de control de les rutes de transducció del senyal, autocontrol.
La situació número 1, situació de repòs. Les proteïnes G es troben ancorades a membrana a prop dels receptors 7TM i estan a l’espera. Perquè la situació sigui realment de repòs estan inactivades amb un GDP al centre actiu. Això significa que poden expulsar el GDP amb una velocitat molt baixa, soroll de fons. Estan relativament inactives.
7 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 REGULACIÓ METABÒLICA Arriba el senyal, en aquest cas concret la proteïna G que està a la vora reconeix un receptor 7TM activat. La proteïna G percep el canvi conformacional del receptor 7TM.
La proteïna passarà per tres estats: 1. Estat relativament inactiu (proteïna unida a GDP esperant esdeveniments). El receptor 7TM fa de GNRP o GEF (guanine Exchange factor) i provoca que bescanviï el nucleòtid de guanina, la proteïna G deixa anar el GDP i passa al seguent estat 2. Estat buit. En aquest estat la proteïna G pot tornar a fixar nucleòtids de guanina. En condicions normals hi ha més quantitat de GTP que de GDP a l’interior de la cèl·lula i la proteïna G té més afinitat per GTP i és més probable que aquest es pugui fixar. Ara la proteïna passa a estar plena i activa.
3. Estat actiu  es provoca un canvi conformacional i pot ser reconegut pel tercer efector del sistema. Normalment és un enzim (adenilat-ciclasa). Però ara l’enzim actiu pot trencar l’últim fosfat del GTP i això ho fa a una velocitat lenta.
La paraula lenta és relativa. L’enzim és lent, està fet expressament. La natura li funciona de meravella.
Això s’acaba quan la proteïna trenca el GTP i torna a tenir GDP unit al centre actiu.
Les proteïnes GAP (GTP activating protein) activen l’activitat catalítica de la proteïna G perquè trigui menys en trencar el GTP.
El cicle de les GTPases està regulat finament per tres coses: - Proteïna G  el receptor l’únic que fa és actuar com GNRP GNRP (alliberadores o bescanviadores de guanina) o GEF GAP Les proteïnes G (M. Rodbell & A. Gilman al 1994) Són heterotrimètriques, composades per tres subunitats que ara anem a descriure breument.
Subunitat alfa (α)  fa aproximadament d’uns 39 a 46 kDa i és la que té activitat catalítica GTPasa (vermell a l’esquema), és grossa i és la que defineix la família, la que li dona nom  funció catalítica - Subunitat beta (β)  d’uns 37 kDa i la seva tasca és reguladora - Subunitat gamma (γ) és la més petita (8kDa) amb activitat reguladora perquè s’associa a beta i ho fa formant un heterodímer, sempre es troben junts o en comunitat dins la cèl·lula  Subunitat beta-gamma  té funció reguladora - A les cèl·lules es troben moltes isoformes que han anat apareixent al llarg de l’evolució. Estan ancorades a membrana, per tant no dissipen, estan allà a l’espera.
8 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 REGULACIÓ METABÒLICA S’han trobat moltes formes i isoformes i això ve de que s’han identificat 16 gens que codifiquen per la subunitat alfa, 4 per la beta i 7 per la gamma. Per tant, depèn de la combinació que es faci tindrem diferents proteïnes G amb diferents funcions. Depèn de l’heterotrímer que es formi i, per tant, de quin gen s’estigui traduint i expressant a la cèl·lula.
La subunitat alfa que porta la proteïna G és la que defineix la família perquè té activitat. La subunitat alfa estimuladora és la famosa Gs, estimula l’adenilat ciclasa. La subunitat alfa inhibidora de l’adenilat ciclasa, té una tasca oposada a l’anterior.
Finalment, hi ha la família de les Gq i les G12-13. La Gq activa una fosfolipasa. Hi ha bastantes proteïnes G que fan funcions diferents i inclús antagòniques o oposades.
Què activa o què fa la subunitat de la qual estiguem parlant?  segons la subunitat alfa que porti s’activaran o inhibiran determinats enzims. No pot esperar una cosa 1:1, depèn del que s’estigui expressant a les cèl·lules. Com a mínim 4 enzims, nosaltres en veurem 2: l’adenilat ciclasa i la fosfolipasa.
La subunitat beta-gamma duu a terme moltes tasques però només en veurem una per indicar la extrema importància del sistema: 1- Capacitat reguladora de la subunitat alfa. Beta-gamma estabilitza la subunitat alfa i la inactiva, disminueix la taxa de renovació del nucleòtid de guanina 2- Poden activar l’adenilat ciclasa 3- Poden activat les fosfolipases beta 4- Poden activar les PI-3K 5- Poden activar canals de potassi 6- Poden activar la sinapsi Com es falquen a membrana les proteïnes G (aplicable a Ras)  GPI ANCHOR Les proteïnes G, al igual que Ras, duen a terme una tasca important i han d’estar a prop dels receptors que les activen. Per fer-ho, estan ancorades a membrana i això les deixa a prop dels receptors 7TM o 1TM. Com s’ancoren a membrana?  Cadenes lipídiques enganxades covalentment a la proteïna amb un enllaç a la cisteïna o sofre a 9 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 REGULACIÓ METABÒLICA la zona N-terminal de la proteïna, modificació post-traduccional. Això els hi permet falcar a la cara interna de la bicapa lipídica.
La subunitat alfa està ancorada a membrana i el dímer beta-gamma està ancorat a la subunitat alfa.
Com són aquestes cadenes lipídiques es defineixen en funció de la longitud de la cadena que falta. La de 16 carbonis ve del palmitat o palmitoil (Geranil de 20C i farensil del 15C). Aquest últim, farnesil, es fa servir a Ras.
Qui posa aquestes cadenes?  Un enzims específics sobretot al reticle endoplasmàtic i a l’aparell de Golgi. El més famós és el que posa el farnesil, la farnesil transferasa.
Quan a Ras se li treu la cadena que falca i decau més d’un 90% de l’activitat. Si inhibeixo Ras pararé la ruta i evitaré el càncer. Va matar l’hoste. Té uns efectes secundaris horribles. Això forma part de la teràpia molecular dirigida. Es proven a baixes concentracions amb altres medicaments, totes les cèl·lules fan el mateix i no distingeix.
Com funciona?  La funció de les proteïnes G. Com funcionen. Tenim un receptor 7TM en estat de repòs, no hi ha lligands. Al voltant es situen diverses proteïnes G, no només una. Com un volcà rodejat de 4 o 5. Arriba el lligand i aquest s’uneix al 7TM que provoca un canvi conformacional que es transmet a una o unes proteïnes G.
Activa el receptor 7TM i la proteïna bescanvia els nucleòtids de guanina per GTP. Ara passen dues coses: 1. Es dissocia beta-gamma de alfa per un canvi conformacional. Disposem d’un pull de dímers beta-gamma i aquesta disponibilitat és la que mana.
2. Subunitat alfa amb el GTP enganxat (lentament) va en busca del següent efector (adenilat ciclasa) i s’enganxa. Activa l’enzim (adenilat ciclasa) i fa de GAP, augmenta l’activitat catalítica. La subunitat alfa trenca el GTP, allibera un fosfat i el GDP queda enganxat a la cova del centre actiu i li provoca un canvi conformacional que permet que la subunitat alfa es pugui enganxar a la subunitat beta-gamma i l’estabilitza, inactiva la proteïna G.
10 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 REGULACIÓ METABÒLICA Missatger entre el primer protagonista i el tercer. Ell mateix regula el seu propi sistema.
Mentre el lligand estigui unit al receptor 7TM aquest podrà anar activant diferents proteïnes G i això amplifica molt el sistema. El sistema es pot activar inclús segons després de que el lligand hagi marxat.
Subunitat alfa amb el GTP enganxat pot durar segons després que el lligand hagi marxat i provoca una gran amplificació del sistema, per això no interessa que l’enzim sigui catalíticament eficient (molt ràpid). De totes maneres, al final es podrà trencar el 11 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 REGULACIÓ METABÒLICA GTP, canvi conformacional i l’afinitat beta gamma amb la subunitat alfa serà molt elevada. Això guia al cicle amb la mateixa direcció sempre.
Preferència i dirigeix cap a la reacció que acabem de comentar i no al revés. Qui activa realment el sistema?  La ràpida dissociació del dímer beta gamma evita que el receptor activi l’activitat GTPasica de la alfa. 3 punts de regulació clau (el receptor s’activi, la ràpida dissociació del dímer beta-gamma que evita que el receptor activi l’activitat GTPasa d’alfa i que la subunitat alfa trenqui el GTP), per això es considera essencial el dímer beta-gamma i la disponibilitat d’aquests lliures determina l’eficiència del sistema. Si per la raó que sigui manca dímer beta-gamma hi ha un cert soroll de fons, certa activitat.
De l’etapa 1 a la 6 es van produint amplificacions del senyal i és molt important observar que amb poca senyal (poca quantitat de senyal podem) obtenir una gran resposta que ja comentàvem que pot ser màxima.
12 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 REGULACIÓ METABÒLICA El punt 1 és el receptor 7TM que activa la proteïna G. Pot activar una durant bastant temps. La proteïna G activa 4 adenilat ciclasa. Aquest fabrica molt AMPc i s’amplifica el senyal. S’activa un enzim, tornem a amplificar. Es fosforilen els enzims i es torna a amplificar i el resultat és que arriba molt senyal a nucli. La relació no és 1:1 i, per tant, amplifica. El principal problema és la disponibilitat de missatgers i ara ens adonem que no hi ha tant de problema.  Amb poca hormona hi ha molta resposta.
Diverses vies, branques i maneres de funcionar del sistema que comentarem breument.
Quan s’activa un receptor 7TM es poden activar diversos tipus de proteïnes G que veiem l’altre dia en una taula. G alfa estimuladores, G alfa inhibidores, Q, 1213...
depenent de quina proteïna G impacta amb el receptor 7TM tindrem l’inici de les diferents vies. Un primer lligand o primer missatger pot interactuar amb diferents receptors (7TM) que poden activar la senyal o inhibir-la.
El gran exemple és l’adrenalina però depenent del tipus de proteïna G també es pot inhibir. Dependrà del tipus de receptor 7TM que tinguem una acció o una altre. Depèn molt, de la cèl·lula, del receptor, que s’activin diferents rutes a partir d’un mateix lligand.
Depèn molt del tipus de receptor i del tipus de proteïna G que s’acosti, tindrem diferents rutes de transducció del senyal, no és una relació 1:1. S’han pogut observar sistemes en que el funciona realment és una xarxa sofisticada de processament del senyal. Per que s’activi una resposta de la cèl·lula sovint és necessari que es doni més d’un esdeveniment.  Perquè la cèl·lula respongui davant un estímul d’una determinada manera cal que s’activi una ruta i una altre s’inhibeixi. Exemple del toro.
Es trenca el glucogen per obtenir glucosa i s’ha d’inhibir la ruta de glucogènesi.
Aquests processaments se’ls anomena “porta”. Significa que obres una cosa i tanques una altre (actives una ruta de transducció del senyal i al mateix temps 13 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 REGULACIÓ METABÒLICA inhibeixes una altre. En aquesta porta, és una ruta que sí funciona i l’altre no.
S’anomena “porta but no”. S’han de controlar més rutes. Aquest comportament s’anomena la porta “and” o “i”.
Gràfic: Quantitat de resposta generada en funció de la concentració del efector. Arriba lligand i no passa res. Quan arriba a una quantitat llindar es dispara la resposta de la cèl·lula. Has de posar factor de creixement perquè la cèl·lula decideixi que s’ha passat el llindar d’activació i decideixi dividir-se. Segons els sistemes que estigui activant fa de sensor. Hi ha factors perillosos que donen estrès i la cèl·lula espera senyals de confirmació. Si passen uns certs minuts i se li treuen els factors de creixement, tornen cap a enrere i es tornarà quiescent perquè poden arribar a un creixement descontrolat, la cèl·lula inhibeix la seva divisió. La relació no és 1:1, és més complex.
La gran ruta que va en paral·lel als receptors 7TM és la del calci. És més complex que 1:1. És una xarxa entre estímuls i rutes a les quals la cèl·lula va responent sense estímul com un sensor.
Adenilat ciclasa Aquesta és un enzim gros falcat a membrana per vàries hèlix alfa hidrofòbiques i està a l’espera, rodejant el volcà i té dos centres catalítics mirant cap al citoplasma. Això té l’avantatge de que ja està amplificant.
L’adenilat ciclasa el que fa és agafar l’ATP i el cicla, donant lloc a AMPc. Perquè als voltants dels enzims hi ha una quantitat d’ATP amb el qual té afinitat. Està en nou 14 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 REGULACIÓ METABÒLICA isoformes de l’adenilat ciclasa, com a enzim totes fan el mateix (transformar ATP en AMPc) però les diferents isoformes es situen a diferents òrgans del cos i es regulen de manera diferencial en funció de l’òrgan al qual es troben. Totes s’activen per la G alfa estimuladora, tot i que d’altres s’activen pel dímer beta-gamma de la proteïna G, algunes poden ser inhibides per la G alfa inhibidora i el calci també actua i controla el sistema. És, per tant, un sistema complex. Segons la isoforma hi ha regulacions diferents.
Qui activa el sistema? Quin conjunt de primers missatgers activen el sistema perquè es fabriqui AMPc?  El sistema AMPc com a segon missatger i el sistema calci com a segon missatger són els més estesos a nivell universal al nostre cos.
Les hormones utilitzen l’AMPc, utilitzen l’activació de l’AMPc.
El senyal químic acaba activant el sistema de l’AMPc i provoca ruptura del glucogen que ens prepara per sortir per cames (musculatura esquelètica, el cor bategarà més ràpid i bombejarà molta sang, s’envia molta sang que oxigenarà els teixits).
Qui atura el sistema?  l’AMPc és degradat per una fosfodiesterasa de l’AMPc i això acaba amb el senyal. A mesura que l’adenilat ciclasa fabrica AMPc, aquest AMPc es degrada immediatament per l’enzim i si volem més senyal ha d’arribar més lligand, fabricar més AMPc i sobrepassar la barrera de l’enzim que el degrada.
L’AMPc i la PKA Un inhibidor de la fosfodiesterasa es la cafeïna. El cafè porta cafeïna i el te porta teïna. És un anàleg de l’adenina, es fica al centre actiu de la fosfodiesterasa i l’inhibeix suaument. Com que és una mica més polar, travessa la membrana de les cèl·lules i arriba a l’enzim. Llavors el AMPc roman més estona i acaba inhibint la ruta.
L’AMPc és responsable d’activar grans rutes i per tant diversos efectes. Que fa l’AMPc?  El degrada la fosfodiesterasa de l’AMPc, per una concentració local i elevada d’AMPc. El més important és el que veiem al gràfic. Activa una quinasa.
Estimulació del glicogen duta a terme per l’AMPc a cèl·lules de múscul esquelètic: La PKA és la primera que es va descobrir i la seva estructura va se descoberta per l’equip de Taylor. Es tracta de la quinasa A. És activada per l’AMPc. La PKA forma part d’una família d’enzims més extensa del nostre genoma i rep el nom de T HUNTER i hi ha uns 650 gens. Estan involucrades en qualsevol aspecte de la regulació i de la transducció del senyal de les cèl·lules eucariotes. Aquesta ens va dir com és una quinasa. PKA amb estructura secundària i l’ATP fixat. És una quinasa curiosa i té una regulació molt sofisticada.
De PKA s’han descrit dos grans famílies, una lliure a citosol i l’altre enganxada a diferents tipus de membrana. En una cèl·lula eucariota, pot estar tant a nucli com a lisosoma, microtúbuls... interessa la citoplasmàtica. És un tetràmer. Seguim l’esquema de l’Alberts.
Pka amb estat de repòs. La PKA és un heterotetràmer constituït per 4 subunitats iguals dos a dos, dues catalítiques i dues reguladores. Solen ser iguals arreu. La 15 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 REGULACIÓ METABÒLICA regulació de la proteïna quinasa A: la forma inactiva de la proteïna quinasa A consisteix en dues subunitats reguladores ® i dues catalítiques ©. La unió de AMPc a les subunitats reguladores indueix un canvi conformacional que dona lloc a la dissociació de les subunitats catalítiques.
Arriba el AMPc, PKA (que és una serin-treonin-quinasa) es situa a prop de l’adenilat ciclasa i per tant el AMPc es troba amb la PKA. Les subunitat reguladora té dos llocs de regulació del AMPc. Actuen com a sensor perquè com a mínim són necessàries més de dos (mínim tres) molècules perquè sigui activat el sistema i fa que s’alliberin les subunitats catalítiques. La dissociació del complex PKA requereix de més de dues molècules de AMPc unides al tetràmer (llindar) i és un sistema al·lostèric positiu com l’hemoglobina.
La unió de la primera molècula d’AMPc té una Kd elevada i disminueix la Kd per la segona, augmenta l’afinitat per la segona. La conseqüència és que petits increments o disminucions dels nivells citosòlics d’AMPc provoquen proporcionalment grans increments o disminucions del nombre de subunitats catalítiques actives. És un 16 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 REGULACIÓ METABÒLICA sistema sensor finíssim. Hi ha una gran sensibilitat per part de l’enzim davant del segon missatger que arribi.
La PKA és un enzim tan important que té més sistemes de regulació que ara comentarem. Quins enzims i quines proteïnes es veuen afectades per l’acció de la PKA. Bastantes rutes. Sistema important.
Altre gran sistema de regulació de la PKA. La PKA a part de l’AMPc té altres sistemes de regulació que anem a comentar i això ens mostra la gran importància del sistema.
Sistemes de regulació de la PKA: 1. AMPc 2. Fosforilacio  es considera una auto-fosforilació molt curiosa. La PKA de ratolí s’ha de fosforilar la treonina a 197 i aquesta fosforilació es necessària perquè l’enzim sigui actiu. Aquesta fosforilació permet la correcta interacció amb la subunitat catalítica. Aquesta té lloc quan l’enzim s’ha sintetitzat (immediatament després). És una modificació estable i permanent. Per la plena activitat catalítica de l’enzim. Modificació post-traduccional.
3. Intra-estèric  arg-arg-X-ala la seqüència reguladora porta aquesta seqüència d’aminoàcids (on X és qualsevol aminoàcid) que encaixa perfectament amb el centre actiu de l’enzim. L’enzim fosforila una serina que es troba exactament al lloc de l’alanina però ara aquest pèptid no el pot fosforilar perquè l’alanina no porta un OH fosforilable i aquest pèptid és un anàleg de substrat (inhibidor de l’enzim) i la pròpia PKA a la seva subunitat reguladora porta un anàleg de substrat que interaccionarà amb el centre actiu de la subunitat catalítica, inhibint-la. Per tant, el propi enzim s’inhibeix. Com el pèptid porta alanina no el pot fosforilar, és un aminoàcid diferent. Intra-estèric posa èmfasi en que és un tap contra el centre actiu, no pot entrar ningú. El centre actiu separarà i la subunitat reguladora deixarà d’inhibir l’enzim. Tap auto-inhibidor que molts enzims utilitzen. Zimògens. PKA-C i el receptor d’insulina tenen aquest tap.
Això fa palès la gran importància de la PKA que necessita 3 sistemes de regulació que el fan finíssim. Inhibició per seqüències auto-inhibidores s’està investigant amb altres tipus de quinases (cdk), mutacions al sistema provocaran malalties com el càncer. La regulació de la quinasa provoca diferents leucèmies.
Què fosforila la PKA?  un ampli ventall de substrats. Es fosforila amb serines i treonines. En general, altres enzims. Aquests depenen del tipus cel·lular del qual s’estigui parlant, depèn de la cèl·lula diana. El cas que ens interessa a nosaltres és CREB. La PKA pot entrar a nucli (la qual cosa no és evident) gràcies a importines... i fosforila factors de transcripció. El més important i conegut és l’anomenat CREB.
Aquest ve de Cyclic AMP response element. CREB: binding protein. Aquesta és la proteïna que respon a la fosforilació de la PKA i s’enganxarà a una seqüència específica del DNA. La PKA fosforila una proteïna que fa de factor de transcripció i s’enganxa a una seqüència específica del DNA anomenada ELEMENT. Provoca la transcripció de determinats gens. Via segons missatgers. Provoca la transcripció de grans gens que veurem. La primera via segons missatgers.
17 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 REGULACIÓ METABÒLICA (Figura 15-33 pàg 93) Acabem de veure l’AMPc com a gran segon missatger. Forma part de la família del nucleòtids i en aquest gràfic mostra el GMPc. Aquest, és un gran segon missatger però no té tantes accions/activitats/funcions com l’AMPc. Està concentrat en unes poques dianes. Al tema 1 quan parlàvem dels gasos NO i CO, l’NO provocava un tipus de senyal que activava guanilil ciclases.
La ruta del GMPc és semblant a la de l’AMPc i al final no s’activa la PKA, sinó que s’activa la PKG (la G ve de guanina) i la història és molt semblant. La PKG fosforila amb serines i treonines unes quantes dianes i uns dels efectes és que el sistema és un potent vasodilatador (viagra).
18 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 REGULACIÓ METABÒLICA Grau d’amplificació del sistema amb un gràfic que ens ho indica i que ve acompanyat de números. Tenim una hormona tipus adrenalina que activa un receptor 7TM i aquest pot activar diverses adenilat-ciclases, això provoca moltes molècules d’AMPc, que activa moltes PKA i s’amplifica el senyal.
No només hem de parlar d’una ruta de transducció del senyal com aquesta on s’amplifica, sinó que de tipus de resposta hi ha molts i depèn de: - El lligand, la ruta que estem veient El tipus de cèl·lula, els tipus de receptors que té 19 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 REGULACIÓ METABÒLICA Molts dels sistemes funcionen com a sensors, la cèl·lula respon a la quantitat d’estímul que arriba.
Línia negra: molt comú, va apareixent estímul, no passa res, fins que passa un determinat llindar perquè la cèl·lula és un sensor. De cop i volta respon al cent per cent. Hi ha diversos graus, no té perquè ser lineal. Sovint sempre amb amplificació.
Les portes “but not” i “and”, són les maneres de respondre que ens estan indicant el següent: la resposta no és ni única ni lineal. La majoria de vegades no es posa en marxa una ruta sinó diverses. Sovint perquè una ruta funcioni necessita que una altre no funcioni, s’anul·li. Es degrada el glucogen a glucosa s’ha d’inhibir la síntesi de glucogen. Les rutes van acompanyades de controls sobre altres rutes. De vegades les dues rutes funcionen alhora i es complementen, AMPc i calci. Regulació creuada entre els diferents elements. Exemple del toro.
El calci  regulació hormonal per segon missatger.
El calci és un metall que funciona com a gran segon missatger. És tant o més important com l’AMPc, quasi universal. Funciona per variacions de la concentració intracel·lular citoplasmàtica de calci, fan de segon missatger, activen o provoquen canvis bioquímics importants a la cèl·lula perquè normalment hi ha proteïnes que transporten el calci i queden activades i activaran altres sistemes.
Què controla el calci?  la majoria de processos fisiològics d’una cèl·lula venen influïts o regulats directa o indirectament pel calci. És molt versàtil i regula moltes funcions cel·lulars diferents.
20 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 REGULACIÓ METABÒLICA Com funciona el calci. Increment o disminució de les concentracions citosòliques de calci. On és el calci?  en dos grans llocs: 1. Fora de la cèl·lula en gran quantitat i aquest ve de la dieta. 10-3 M = molt de calci 2. Dins de la cèl·lula en uns magatzems especialitzats, bàsicament dos llocs: a) Reticle endoplasmàtic b) Mitocondri Al citosol hi ha molt poc calci, 10-7 M.
Com funciona el calci si no es pot sintetitzar?  Entra a la cèl·lula des de l’exterior amb bombes de calci. Si ha d’entrar ho farà amb gradient i si ha de sortir ho farà amb bombes d’ATP. Aquesta concentració citosòlica tan baixa és l’estat de repòs. Quan arribi un estímul, s’obriran els dipòsits de calci, els dos que hem comentat i això donarà calci al citosol. Com a màxim 10-5 M i no es pot superar aquesta concentració perquè la cèl·lula es paralitzaria extremadament i provocaria apoptosi. És perillós. Les bombes de calci reabsorbiran el calci quan hi hagi un excés. És un sistema molt eficient i ràpid. Hi ha uns límits molt ben marcats. L’estímul l’allibera, s’activen les rutes i l’increment no pot superar una barrera i immediatament es posen en marxa les bombes que fan fora el calci o el fiquen a un magatzem. Augment local, al voltant de l’estímul de calci rapidíssim. Les concentracions es mouen de 10-7 en estat de repòs fins a 10-5 en la màxima activació.
Qui controla aquests nivells de calci?  una família de bombes situades en diferents magatzems 21 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 REGULACIÓ METABÒLICA Escala de temps, des de segons fins a hores. Aquest gràfic està complet. Els magatzems  quan arriba un determinat senyal (contracció nerviosa, per exemple) s’obren els canals de calci i augmenta la concentració local de calci. Augmenta de manera brusca i localment. Això s’aconsegueix de varies maneres: 1. Bombes situades a la membrana, anomenades PMCA (bombes de calci depenents d’ATP) i aquestes són les més importants (entrar és fàcil perquè ho fa per gradient però per sortir necessita ATP). Entren, en aquest cas sense gastar ATP per les bombes PMCA. Aquesta és la principal via d’entrada o de sortida.
Aquestes bombes deixen entrar calci o el treuen.
2. L’altre sistema de bombes està al reticle endoplasmàtic. Hi ha dos grans tipus de reticle endoplasmàtic 22 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 REGULACIÓ METABÒLICA a) El de les cèl·lules musculars, amb bombes més grosses i depòsits més grans.
Sarcoplasma. Les bombes sarcoplàsmiques. És molt especial i poderós, fa moure grans quantitats de calci.
b) Bombes que no són de cèl·lules musculars.
c) Mitocondri amb les seves pròpies bombes.
D’aquestes bombes, unes fan entrar el calci i les altres les fan sortir. La cèl·lula disposa d’una sèrie de mecanismes per regular la concentració intracel·lular de calci. Es basen en sistemes de membrana. Depèn de la concentració. Els sistemes són: - Membrana plasmàtica (MP/PMCA) - Reticle endoplasmàtic, sarcoplasma, bombes SERCA o normals - Membrana interna mitocondrial  és un bacteri ficat a dins d’una membrana porosa i la membrana interna no és porosa, si volem que entrin i surtin coses hem de col·locar bombes 23 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 REGULACIÓ METABÒLICA Com funciona el calci a nivell de les grans rutes de transducció del senyal, a nivell de resposta: Des del punt de vista del temps, el calci funciona de dues grans maneres que ens permetrà separar el tema: - Senyal transitori  a temps molt curts El senyal transitori és provocat per un augment local i posterior disminució dels nivells de calci. També se li anomena de tipus clàssic, és el primer que es va descobrir (no vol dir que sigui el més important). El calci funciona com un simple interruptor, en tots els casos l’augment de calci citosòlic local inicia la resposta. Les bombes es posaran en marxa i la disminució de calci aturarà la resposta. És ràpid. Es generen respostes cel·lulars breus, de microsegons a segons. Aquests augments locals i breus de calci posen en marxa tot un seguit de mecanismes i acaben engegant l’altre tipus de senyal, el senyal II o sostingut, que durarà de minuts a hores.
- Senyal sostingut  a temps llargs S’entén per senyal sostingut una resposta continuada en el temps en el que el senyal es genera en un punt concret de la cèl·lula, en una regió localitzada, i això s’estendrà i farà falta un gran sistema transductor que generi noves senyals i finalment s’activi una quinasa. La famosa PK (la c és de calci) i activarà grans rutes de transducció del senyal que activaran hores. El senyal transitori activa el senyal sostingut i la resposta pot durar molt en el temps.
El mitocondri és un arqueobacteri ficat aquí dins des de fa molts anys i té l’estructura típica de bacteri, acumula calci al seu interior d’una manera curiosa: el combina amb el fosfat i dóna lloc al fosfat-calci anomenat Hidroxiapatita. El nostre cos acumula calci i fosfat en aquest compost a l’interior dels mitocondris i provoca la calcificació dels ossos. Límit de resistència del material, quant pes aguanta. La hidroxiapatita també és un magatzem de calci que la cèl·lula farà servir com a defensa en situacions d’estrès.
El calci que fa servir per resposta més ràpida i sostinguda és el de fora i el del reticle endoplasmàtic.
24 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 REGULACIÓ METABÒLICA  Senyal transitori El senyal transitori o via clàssica, l’arribada de l’estímul provoca un augment ràpid i transitori del calci al voltant del receptor. Aquest provoca una sèrie d’esdeveniments mediats per una sèrie de proteïnes que fixen el calci. El senyal transitori es caracteritza per fer servir una bateria de proteïnes fixadores de calci. Aquestes, han de ser capaces de reconèixer el calci i l’han de fixar i això provoca un canvi conformacional.
Quines proteïnes fixadores de calci té la cèl·lula? - Bombes de calci Proteïnes fixadores de calci soluble: calmodulina Com funciona el sistema? L‘augment de calci citosòlic serà degut a dos grans sistemes: - - Obertura o activació dels canals de calci de la membrana plasmàtica i el calci entra gràcies a diferències de gradient. El principal dipòsit de calci és fora de la cèl·lula.
Obrir i deixar anar el calci dels magatzems intracel·lulars  Els tres tipus de magatzem de calci són els dipòsits del reticle endoplasmàtic anomenats calcissomes, el sarcoplasma i el mitocondri. Per la rapidesa interessen els calcissomes.
Al augmentar els nivells de calci aquest s’uneix a les proteïnes fixadores de calci i aquesta s’uneix a un conjunt de proteïnes i les activa. Quan acaba el senyal, les bombes de calci fan fora el calci, aquest es desenganxa de les proteïnes fixadores de calci i s’acaba el senyal. Això succeeix en un temps que va de microsegons a segons.
El paper del mitocondri  funciona com a vàlvula d’escapament. El mitocondri fa hidroxiapatita i si en té massa, quan acabi el problema el deixarà anar poc a poc.
Salvaguarda però no actua de manera clara ni en el senyal transitori ni amb el senyal sostingut.
El senyal transitori. Les proteïnes fixadores de calci van ser descobertes als anys 60 - 70 per grups d’investigadors japonesos. Setsuro Ebashi va descobrir la Troponina C, va descobrir que fixava calci d’una manera molt peculiar. Aquesta proteïna petita, d’uns 140 aminoàcids fixa 4 calcis. A continuació tenim una taula amb proteïnes fixadores de calci. Hi ha proteïnes al reticle endoplasmàtic, sensores, enzims... de proteïnes fixadores de calci hi ha dues grans famílies: - Proteïnes modulades pel calci (el calci les regula)  calmodulina Annexines, les quals estan a la cara interna de la membrana i quan la cèl·lula entra en apoptosi es posen a la cara externa i els macròfags i altres cèl·lules tenen receptors que les reconeixen i se les mengen o bé els trossos de cèl·lules.
Ebashi va identificar la primera proteïna fixadora de calci anomenada Troponina. A part de veure la fixació de calci, veu que pateix un canvi conformacional important.
25 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 REGULACIÓ METABÒLICA El domini genèric que tenen moltes proteïnes de calci. Les proteïnes fixadores de calci, per fixar calci tenen una estructura proteica molt ben definida i és un tros molt peculiar de dos trossos d’hèlix alfa i una de beta que fan un loop que porta uns aminoàcids específics capaços de captar el calci i aquesta estructura petita s’anomena nansa o EF-HAND (hèlix alfa E i hèlix alfa F). Moltes proteïnes porten aquesta estructura.
Els aminoàcids encarregats de reconèixer el calci, l’estructura és tancada perquè el calci és petit. Si no es pot recargolar utilitza aigua com a pont. El calci per lligar-se adequadament s’ha de coordinar amb 8 cadenes laterals de la proteïna per fixar-se prou fortament. Aspàrtics i glutàmics tenen càrrega negativa. És una coordinació forta que al entrar el calci atreu les càrregues negatives dels aminoàcids de la cadena i es constreny, provoca un canvi conformacional de la proteïna. Les proteïnes transportadores de calci es caracteritzen per portar una o més nanses. La més important és la calmodulina.
La proteïna més abundant i més important que transporta calci és la calmodulina on “Cal” de calci i “modulina” de modulada per calci.
Es tracta d’una proteïna petita de 148 aminoàcids i ubiqua (es troba gairebé a totes les cèl·lules dels essers vius). Si anul·lem el gen la cèl·lula és inviable. Funciona com un interruptor. Encén, passa el senyal, apago i s’acaba el senyal. Això permet entendre la rapidesa del senyal transitori.
26 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 REGULACIÓ METABÒLICA En estat de repòs, la calmodulina adopta una estructura allargada caracteritzada per ser simètrica i té quatre punts de fixació de calci o quatre nanses EF, dos a dalt i dos a baix. Aquests dos caps estan units per una hèlix alfa que permet un enorme moviment o canvi conformacional, dels més grans que es coneix. En estat de repòs la calmodulina pot arribar a fixar fins un màxim de 4 àtoms de calci. Trobem milions de molècules de calmodulina a la cèl·lula i aquesta té una afinitat de 106 i quan es dispara el senyal la proteïna comença a fixar calci i ho fa de manera positiva, de manera que més calci fixat més canvi conformacional patirà la proteïna i es replega sobre si mateixa.
Aquesta ha passat per tres estats: - Estat de repòs, en que la calmodulina està allargada desplaçada i buida (10-7 M) Estat actiu: Ara sota senyal, la calmodulina fixa el calci (10-5 M) Estat encès/actiu/funcional  A més calci més es plega i més transmet el senyal, fixat el calci pateix un canvi conformacional i els seus caps es fixen en una seqüència peptídica concreta present a la proteïna que s’ha d’activar  Aquest estat es dóna quan aquesta seqüència està unida a la proteïna i l’activa Què activa la calmodulina?  activa moltes vies. Juga un paper molt important.
Proteïnes a les que es fixa la calmodulina amb calci: 1- Del metabolisme de nucleòtids cíclics (fosfodiesterases, adenilat ciclasa, la NoSintasa).
2- Quinases, com les CaMK quinases I i II; i la MLCK 3- Proteïnes del citoesquelet 4- Bombes ATPàsiques de transport de calci 5- Fosfatases (com la Calcineurina) L’AMPc i el calci es troben i es regulen conjuntament, via de l’adenilat ciclasa.
27 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 REGULACIÓ METABÒLICA REGULACIÓ PER SEGON MISSATGER: DAGT i INOSITOL FOSFAT El senyal sostingut són els fosfolípids de membrana que donen lloc a dos grans segons missatgers (en els quals es basa el senyal sostingut): - DAGT Inositol fosfat (IP3) Van observar que l’acetil-colina estimulava la incorporació del fòsfor 32 (P32) a un lípid petit molt estrany. Fosfaditil-inositol o fòsfor 32. La seva estructura es va resoldre i té cadenes hidrocarbonades i un cap polar (alcohol amb diversos OH que es pot fosforilar bastant) la seva nomenclatura és fosfaditil-inositol 1,4,5 trifosfat (PIP2). La P del PIP és de fosfat. A la dreta tenim el cap polar i s’anomena IP3.
Com s’ajunten les dues coses?  Es va poder comprovar que a moltes importants rutes metabòliques intervenia el PIP2. L’any 1975, vint anys després, el doctor R.
Michael va veure que altres grans missatgers acaben donant lloc al mateix, posaven en marxa el PIP2. Quin és el nexe d’unió entre el senyal i que aparegui aquest fosfolípid de membrana?  Al 1982 es va resoldre la ruta. Michael Berridge. El resultat final és el gràfic mostrat a continuació, el qual resumeix les grans rutes de transducció del senyal.
28 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 REGULACIÓ METABÒLICA Llistat de primers missatgers que posen en marxa el PIP2. En aquest PIP2 li passaran moltes coses, serà la única ruta metabòlica que veurem. La formació del PIP2, tant la cadena hidrocarbonada com el cap polar. Es va poder establir que el calci provoca dos grans tipus de resposta: - Transitòria modulada per la calmodulina Sostingut provoca respostes llargues en el temps de forma continuada Qui rep el senyal del senyal transitori i el passa a sostingut?  el PIP2 i acabarem activant una quinasa (PKC, quinasa depenent de calci).
 El senyal sostingut El senyal es genera a la superfície de la cèl·lula, cara externa. Per tant, el senyal ha d’impactar en un receptor i una vegada ha passat la membrana què passa?  dos grans rutes resumides al gràfic “IP3 and DAG formation pathways”. Les presentem i després les desenvolupem.
Aquest gràfic es pot dividir en dos grans parts, superior i inferior.
1. Transducció del senyal via receptors GTPR  (part superior esquerra) tenim els lligands que poden posar en marxa la família de receptors 7TM i com s’activa una proteïna G la molècula essencial que posa en marxa aquesta via és el GTP. GTP caracteritza aquesta via. Què acaba passant?  s’activa una fosfolipasa (subunitat alfa G). S’activa la fosfolipasa de tipus C beta 1 (PLC beta 1). Convergeix tothom.
29 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 REGULACIÓ METABÒLICA 2. Part inferior part esquerra  receptors 1TM on s’hi enganxen molts tipus de lligands. Són quinases i el control ve de la mà de l’ATP. Aquesta via es caracteritza per receptors 1TM que tenen activitat quinasa. Aquests receptors activen la PLC amb una isoforma diferent, gamma 1 que porta dominis SH2.
Les dos vies han coincidit al mateix punt. S’han unit els dos sistemes. S’ha activat una fosfolipasa (punt comú de la gran activació de les dos vies). Els receptors 1TM també activen la via de PI3K que necessitarem per la ruta metabòlica del PIP2. La via Ras.
On acaba el gràfic?  a la divisió cel·lular, l’exemple de la ruta metabòlica que estem veient. Hi ha intermediaris a la part de baix i ens quedem a la part de dalt on, curiosament, a meitat de camí trobem el calci. S’activa el sistema les GTPR i acaba passant la divisió cel·lular. Tot el curs en una foto.
Què ha passat?  (*més endavant*) Però abans anem a veure breument què és una fosfolipasa. Perquè es la que s’activa, la protagonista de la historia.
Les fosfolipases són una gran família d’enzims que ataquen els fosfolípids de la membrana entre el cap polar i les cadenes d’àcid gras. Les grans famílies són les següents i la principal entre elles és el punt on realitzen el tall de l’enllaç, la qual cosa provoca diferents efectes: - - - Família A  concretament interessa la A2, la qual és una fosfolipasa perillosa (extremadament perillosa) per perquè genera unes cadenes hidrocarbonades que provoquen la lisi de la cèl·lula (la maten) i es pot activar en diferents patologies (picada d’abella o quan es provoca una situació de itis, hepatitis... o la tripsina).
Família C  interessa perquè quan realitza el seu punt de tall provoca que quedi a la membrana la cadena hidrocarbonada doble (diacilglicerol) i s’alliberi el cap polar del fosfolípid.
Família D  (no interessa tant com les dos anteriors).
Mateixa ruta de l’àcid araquidònic (veure esquema membrana pàg. 27).
30 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 REGULACIÓ METABÒLICA Com funciona el sistema?  Tenim tots els lligands possibles, un determinat lligand X activa el sistema. Hem activat la fosfolipasa C, sigui la isoforma beta 1 o la gamma 1.
Hem activat l’enzim i ara aquest es situa als voltants de la bicapalipídica capa interna i sota estímul o sota senyal ataca el fosfolípid de membrana (PIP2). Aquest és poc abundant, estrany, no es pot dir que sigui el veritable fosfolípid de membrana.
La pròpia membrana fa de precursor del segon missatger. Això significa que com hi ha poc patirà un recanvi enorme, rapidíssim i super regular (sinó ens quedem sense activitat cel·lular). El PIP2 s’ha de renovar i aquesta és la ruta metabòlica que veurem. En aquest cas s’activa la beta 1 que ve del receptor 7TM, es trenca el PIP2 en dos components i neixen dues grans rutes de transducció del senyal: - Cadena hidrocarbonada es queda a la membrana (DAG): aquest activarà la PKC i serà el responsable del senyal sostingut.
Es genera un cap polar que pot dissoldre’s al citosol que es l’IP3. Aquest és el responsable del senyal transitori. Al ser soluble, viatja fins trobar-se amb el seu receptor, al reticle endoplasmàtic, s’obre i deixa passar calci. Aquest calci juntament amb el diacilglicerol activa la PKC, activa el senyal sostingut.
31 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 REGULACIÓ METABÒLICA Transducció del senyal via IP3: IP3 s’ha produït per activació de la fosfolipasa C amb dos isoformes, és soluble, difon i va en busca del seu receptor. Qui és el receptor del IP3?  IP3R. Aquest receptor és un canal iònic. També s’anomena IP3 gated calcium release channels. És un canal de calci, el calci està emmagatzemat darrere d’una porta. El canal iònic funciona de manera peculiar. Reconeix IP3. Per tant, a més IP3 o més senyal, més s’obrirà el canal i més calci s’allibera. Aquest receptor es troba a les membranes del reticle sarcoplasmàtic (sigui el normal o el de cèl·lules musculars). Al voltant del receptor es genera un augment local, important i transitori de calci. Aquest calci farà varies coses, entre elles activar la calmodulina o activar la PKC. Immediatament es posaran en marxa les bombes per fer fora el calci.
32 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 REGULACIÓ METABÒLICA Quan hi ha un mal reciclatge del PIP2 es provoca una activació anormal del IP3R.
S’esgota el IP3 i ha de tirar del PIP2. S’ha de regenerar l’àcid araquidònic i l’activació del sistema ha activat una fosfolipasa C i aquesta trenca el PIP2, tot generant dos grans segons missatgers i ara estem veient el IP3 (petit, soluble i va de viatge fins que impacta amb un receptor de membrana anomenat IP3R que recorda a un connexó, proteïnes formant un canalet i cada subunitat porta un lloc d’unió al IP3. A més IP3, més s’obrirà el canal i més calci deixarà passar). La conclusió és que el senyal, el que sigui, deixi anar calci del magatzem del reticle endoplasmàtic. Curiosament, una quantitat bastant determinada de calci que serà la nostra unitat de calci.
Què activa el sistema?  si mirem al voltant, estan gairebé totes les rutes cel·lulars del nostre cos. Per tant, quin és el resum de la història de cara al gràfic que estem veient?  la majoria de senyals que impacten amb els receptors 7TM activen una fosfolipasa C isoforma beta 1. La majoria de receptors 1TM també activen una fosfolipasa C però amb una isoforma gamma 1. Coincidència. Això provoca un gran problema. Es generen dos grans missatgers (IP3 responsable del senyal transitori) i els dos sistemes, PLC i el calci activen el senyal sostingut que parteixen del diacilglicerol i el calci. En aquest punt tanquem el cercle. Qui activa el calci?  Tot això.
Diacilglicerol queda enganxat a la membrana. La seva funció com a segon missatger.
Al mateix sistema d’activació on coincideixen la majoria de vies es genera diacilglicerol (DAG) i aquest té dues destinacions: 1. Quedar-se a membrana i participar en l’activació d’una quinasa i provocarà el senyal sostingut 2. Fer de precursor, obtenir àcid araquidònic a partir d’ell, el qual es precursor de la síntesi de prostaglandines, leucotriens, tromboxans... hi haurà un gran control de la seva síntesi La ruta de l’àcid araquidònic ja la vam veure i l’altre ruta, la participació de l’activació d’una gran quinasa PKC.
33 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 REGULACIÓ METABÒLICA La PKC va ser descoberta quan el calci i una barreja de fosfolípids activaven una activitat serin-treonin-quinasa i va ser anomenada quinasa depenent de calci i fosfolípids.
Qui activa la PKC?  diferents fosfolípids com el diacilglicerol i la fosfaditil serina.
Necessita calci. Posteriorment s’han trobat diferents isoformes que comentarem breument. Cada isoforma té una localització característica al nostre cos. Els enzims que s’estan expressant diferencien els teixits, es regulen diferentment als diferents teixits.
- PKCc (clàssica)  presenta quatre dominis conservats i cinc de variables. C4 és el quinàsic, C3 i C2 marquen la disponibilitat de calci, C4 reconeix el substrat a fosforilar i el 1 participa en la regulació de l’activitat. C1 reconeix a DAG i té un dímer per activitat beta-gamma.
Té un procés d’activació que ja hem vist, en estat de repòs i l’enzim està rebregat sobre si mateix de tal manera que el C terminal porta un pèptid anàleg de substrat que es fica a la cova del centre actiu i s’inhibeix. S’està autoinhibint. el pèptid és pseudosubstrat. Quan apareix DAG a la membrana, les subunitats C1A i C1B s’uneixen a la membrana i el calci ajuda a que s’enganxi C2. La unió d’aquestes tres subunitats provoca un gran canvi conformacional a l’enzim que queda alliberat del seu centre catalític. Per tant, és una autoregulació. Si el DAG portés el cap polar o IP3 no el reconeixerien, només pot reconèixer un senyal, sistema de regulació finíssim.
- PKCn (nova) PKCa (atípica) Quan s’activa la PKC (potent quinasa) aquesta fosforila diversos substrats però el més important és que inicia la cascada de fosforilacions de quinases, és una potentíssima via i està anul·lant Ras, d’aquí que sigui tant i tant perillosa. Estimula la divisió cel·lular. El DAG serà ràpidament metabolitzat a àcid araquidònic i deixarà d’activar la PKC suficient temps com per activar grans vies. Un nou punt de regulació. Per activar més la PKC i necessitem més DAG si volem tenir més DAG necessitem més fosfolipases. Les activa el sistema d’aquí per fosforilació.
Família de les fosfolipases es poden activar varies, també es poden activar per fosforilació. L’activació de la PKC a través del PIP2. Senyal transitori, obertura de dipòsits de calci, el calci va a membrana per actuar amb la PKC i activar el DAG. La PKC pot fosforilar un conjunt de dianes i la més important és la cascada de fosforilacions.
A la dreta la via Ras i l’esquerra la via PKC. Quan s’activa la cascada de fosforilacions s’activen tota una sèrie de factors de transcripció, sobretot els que posen en marxa la divisió cel·lular. Novament hem arribat a nucli i hem posat en marxa la ruta que ens interessava.
34 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 REGULACIÓ METABÒLICA Què passa com a ruta final?  situació de repòs, la PKC activa factors de transcripció i cascada de quinases. Tenim un factor de transcripció nuclear cap a la cadena d’anticossos o limfòcits B (NK-B). En estat de repòs està inhibit per una família d’inhibidors, aquest deixa de inhibir i s’activa una parella de factors de transcripció que transcriuen el gen més important que ens interessa anomenat T-fos (induït). Aquest fa parella amb T-jun (constitutiu) i formen el poderosíssim factor de transcripció AP-1.
Posa en marxa el cicle cel·lular (activating protein 1). Necessiten de myc per posar en marxa el cicle cel·lular. Amb AP1 posen en marxa el cicle de les ciclines, posa en marxa el cicle cel·lular gràcies a myc 1. La ciclina activa una quinasa anomenada CDK i forma un complex.
L’activació de la cascada de quinases fosforila fosfolipases i la més important és la A2 però pot activat les altres. Si vull activar més la PKC necessito més DAG, necessito més fosfolipases i la pròpia PKC fosforila més fosfolipases perquè es formi més DAG i s’activi durant molt de temps el sistema i dóna pas al concepte de senyal sostingut.
El senyal sostingut està representat a la dreta (gràfic), considerant el temps com a mesura la durada o força de l’estímul. Si considerem el calci es provoca un pic molt important o gran de calci però transitori perquè les bombes el treuen fora i és perillós.
IP3 serà degradat i també desapareix (provocaria la obertura de canals de calci). El DAG va augmentant fins que assoleix un punt màxim per aquesta reactivació de les fosfolipases i es manté alt durant hores. Això és el que hem anomenat senyal sostingut i això explica juntament amb la via Ras, si vull que la meva cèl·lula es divideixi hem de ficar estímul durant 8 hores. Necessita un senyal perquè es confirmi.
Sinó la cèl·lula recularà i tornarà al seu estat inicial, es van acumulant enzims i senyals d’activació fins que arriba a un llindar determinat i es dóna la divisió cel·lular.
35 Natalia Mingorance García 3r Biologia – UdG UNYBOOK: nattymg23 REGULACIÓ METABÒLICA La ciclosporina inhibeix la fosfatasa i deixa d’actuar, el sistema immunitari deixa d’actuar i es dóna per evitar el rebuig. Això inhibeix als limfòcits i es fa servir pel rebuig.
Per acabar veurem una via que ens falta, la via PI-3K cada via és més important i acabem de comentar que hem de fer fora el IP3.
Què és PI-3K?  és una quinasa que fosforila l’inositol fosfat. P de fosfat, I de inositol, K de quinasa i 3 perquè està en posició 3. Es fosforila en posició 3. Es forma un inositol fosfat amb 4 fosfats. Aquest IP4 ja no és tan actiu i per tant el IP3 deixa d’activar. Aquesta és la funció de la PI-3K. Aquesta reacció, però, també es dóna a la membrana sobre el PIP2 i el passa a PIP3.
Quin efecte té això?  PIP3 és reconegut per una quinasa anomenada PDK1. Lo important és que PDK activa una altre quinasa molt famosa i extremadament important anomenada PKB. La gràcia d’aquesta quinasa és que té un nom més popular i famós AKT. Aquesta està esdevenint una de les més importants al control cel·lular. Aquesta via duu a terme moltes funcions, la més important és bloquejar l’apoptosi. Via AKT.
Però aquesta via fa altres coses, activa una altre quinasa anomenada TOR i aquesta quinasa controla gairebé tot el metabolisme energètic, estem davant dues funcions cabdals. TOR té un antibiòtic d’un bacteri (a l’illa de pasqua) que l’inhibia. L’illa de pasqua es coneix com RAPANUY i aquesta substància s’anomenava rapamicina (inhibia TOR) i és un medicament molt important perquè inhibeix moltes vies.
36 ...

Tags:
Comprar Previsualizar