Tema 5 (2017)

Apunte Español
Universidad Universidad Rovira y Virgili (URV)
Grado Bioquímica y Biología Molecular - 3º curso
Asignatura Señalización
Año del apunte 2017
Páginas 5
Fecha de subida 02/10/2017
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Angelina B.
Señalización Tema 5: Inositol fosfato y otros lípidos de membrana Los lípidos también pueden actuar como transmisores de señales. Se trata de receptores acoplados a proteína G, en concreto del tipo Q. Tienen la característica de que como componente siguiente de cascada tienen la fosfolipasa C. El fosfatidilinositol-4,5difosfato es el substrato de la fosfolipasa C la cual actúa produciendo la hidrólisis de este inositol. Los productos de la hidrólisis actúan como ancla, permitiendo la unión de ligandos a estos. La finalidad que se persigue es la acumulación de los ligandos en una zona determinada para el cambio de funcionalidad celular.
El calcio actúa como segundo mensajero para que se produzca este proceso. Por tanto, en la zona donde se produce esta cascada de señalización, habrá canales de calcio para hacer variar la concentración de este ión en la zona.
Los primeros lípidos que se supo que actuaban en una cascada son los inositoles fosfato. El ácido fosfatídico es la base de los fosfolípidos (glicerol fosfolípido). El Fosfatidil inositol es el grupo que proporciona más carga en el glicerol fosfolípido (puede estar en contacto con el citosol).
1. Fosfatidilinositoles Hay muchos lípidos que actúan en cascadas de señalización. El hecho de que los lípidos intervengan en la señalización requiere darle más importancia a la membrana plasmática ya que es la dadora del material para las cascadas de señalización.
De estos fosfatidilinositoles hay una familia grande, dependiendo de los ácidos grasos que esterifican y dependiendo de los fosfatos asociados a este inositol. Los gliceroles fosfolípidos son de diferentes clases, dependiendo del elemento polar, no polar, o neutro.
Este anillo que es un derivado de azúcar es un alcohol de 6 carbonos. Cuando es un inositol (como en este caso) en estos lípidos les decimos fosfatidil inositol y se abrevian como PIP. De estos Fosfatidil inositoles hay una familia grande, dependiente de los ácidos grasos que esterifican y dependiendo de los fosfatos asociados a este inositol.
Los fosfatidilinositoles no son los inositol fosfato, sino fosfolípidos. Se encuentran agrupados en zonas de la membrana, solo están en la monocapa interna de la membrana, en contacto con el citosol por parte de su cola polar. Los fosfatidilinositoles pueden estar fosforilados en diferentes posiciones de la molécula, lo que hace que nos encontremos con diferentes familias de fosfatidilinositol. También podemos encontrar dos fosforilaciones en una misma molécula, en posición 4 y 5 (difosfatos) y, hasta tres fosfatos en la misma molécula de inositol. Posiciones 3, 4 y 5 (trifosfatos).
Los ácidos grasos que estén esterificados podrían ser diferentes también, pero de momento se clasifican según la cola polar dependiendo de las fosforilaciones. Las verdes son muy, las formas más abundantes.
Esta cascada de señalización tiene su importancia en que al producirse la hidrólisis se forman dos segundos mensajeros para cascadas diferentes. Actualmente, se ha visto que el PIP-4,5-disfosfato actúa en la formación del citoesqueleto. El PIP-3,4,5trifosfato actúa en factores de crecimiento y en la cascada de señalización de la insulina.
Es también importante la concentración que hay de cada uno de los fosfatidilinositoles para la activación y desactivación de las cascadas. Ha de existir una elevada regulación y control.
Estos PIP se sintetizan en el retículo endoplasmático. Son las fosfatidilinositol-quinasas las encargas de fosforilar los anillos de inositol y las fosfatidilinositol-fosfatasas las encargadas de desfosforilarlos (en esta forma está asociado a la membrana). La actividad de estos enzimas la determina la concentración de las diferentes formas de PIP.
Dependiendo de la proteína quinasa que lo formará o de la fosfatasa que lo romperá. La forma de PIP trifosfato activa dos proteínas quinasas PKD y AKT. Los niveles que hay de esta forma trifosfato son 1 Angelina B.
Señalización las que determinan la actividad de estas dos quinasas. AKT es crucial para la proliferación de las células. Constituye la vía de la PI3K/AKT.
Rojo – el que tiene más importancia, el fosfatidil-inositol4,5-difosfato ya que es la forma que originariamente se consideraba de generar los dos segundos mensajeros, después se descubrió que ella misma podía actuar como tal.
Dos componentes de cascada que funcionan aumentando sus concentraciones. El cambio de concentración se consigue modulando la actividad de fosfatidil inositoles y quinasas.
  PtdIns 4,5 P2: Actúa como componente de señal ya que ella mismo interacciona con otras proteínas de citoesqueleto y hace que la célula cambie de función.
DAG y InsP3 (segundos mensajeros) Control de la formación del citoesqueleto (interacciona con proteínas asociadas al citoesqueleto) PtdIns 3,4,5-P3: Activación de la proteína G monomérica Rac Activación de proteínas quinasas dependientes de los fosfatidil inositoles (PDK).
2. Fosfolipasa C La fosfolipasa C es una familia de enzimas intracelulares y de membrana en organismos eucariotas que participa en los procesos de transducción de señales. Todas las fosfolipasas C pertenecen a la familia de hidrolasas, es decir, actúan rompiendo enlaces diéster fosfóricos utilizando agua.
   El substrato más importante de la fosfolipasa C es el fosfatidilinositol bisfosfato (PtdIns 4,5 P2) al cual hidroliza a inositol 1,5,4 trifosfato (Ins 1,4,5 P3) y el diacil-glicerol (son 3 fosforilaciones).
No obstante, también pueden degradar el PtIns-4-P a Ins-1,4 P2 y diacil glicerol (con menos intensidad que el anterior).
PtdIns a Ins 1P.
Hay diferentes tipos de fosfolipasas C. Son isoenzimas diferentes, su mecanismo de control será diferente. Se nombran según PCL + letra griega + diferentes tipos dentro de algunas familias.
Características: todas catalizan la misma reacción pero cada una tendrá una expresión específica, estarán activadas por mecanismos diferentes. La fosfolipasa C γ la activan las tirosinas quinasas al tener dominios SH2. Δ se activan por calcio.
Fosfolipasas C β Están activadas por la proteína G α, como en la cascada inicial. Esta fosfolipasa para activarse necesita tanto la subunidad α como la βγ.
La fosfolipasa C β tiene diferentes dominios: - PH: reconoce lípidos. Permitirá que la fosfolipasa C esté asociada a la membrana.
EF y C2: dominios que unen calcio. Todas las fosfolipasas están moduladas por calcio XY: dominio catalítico, rompe el fosfatidil inositol.
Fosfolipasa C ε No está actividad por proteínas G sino por proteínas monoméricas (en concreto Ras), está en cascada donde el componente anterior sea una proteína monomérica (apartado del AMPc). Tiene dominios similares a la β pero además tenemos dominios en gris a los cuales se unirá la proteína G monomérica y activará la proteína.
2 Angelina B.
Señalización 3. Diacilgliceroles Los diacilgliceroles son una familias de compuestos lipofílicos  se quedan en la membrana. Su función es activar una proteína quinasa (en concreto la C), la proteína quinasa C también necesita calcio para activarse.
Hay unas sustancias altamente tóxicas (ésteres de formol) que se ponen en la membrana plasmática y modulan la funcionalidad celular o inducen problemas ya que pueden simular ser un DAG (diacilgliceroles) que aumentará de concentración y por tanto provocará que la PKC esté siempre activa.
4. Inositol 1,4,5 trifosfato (INSP3) y sus metabolitos Inositol trifosfato se genera con la acción de la fosfolipasa C sobre el inositol 4,5 bifosfato. Este compuesto es altamente hidrofílico por tanto se va hacia dentro de la membrana (por la presencia de 3 fosfatos). Puede difundir fácilmente, por tanto el siguiente componente de cascada puede estar un poco más alejado de la membrana.
Su papel es activar canales de calcio. El calcio saldrá hacia el citosol y pasará el mensaje a la proteína quinasa C que tiene muchas funciones dentro de la célula.
La actividad que tendrán las quinasas y fosfatasas repercutirá en la cantidad de fosfatidilinositoles que hay. Hay múltiples formas de inositoles con más o menos fosforilación.
Algunas formas de las varias que hay podrían actuar como segundos mensajeros, activando algún componente de cascada. Esta idea surge porque los inositoles quinasas y fosfatasas diferentes no se encuentran repartidas sino que hay tipos que se encuentran solo en determinados orgánulos. Las quinasas y fosfatasas tienen un papel importante en el control de las cascadas de señalización ya que pueden modificar los componentes de las cascadas. Los inositoles pueden estar más o menos fosforilados, producto de la actividad de quinasas y fosfatasas. El hecho de que haya tantas quinasas y fosfatasas de los inositoles serviría para desactivar el inositol trifosfato. Los inositoles fosfato tienen diversas funciones: desactivan los inositoles trifosfatos y por tanto acaban con la señal, pueden hacer de mensajeros y generen inositoles para su incorporación a nuevos fosfatidilinositoles.
Metabolismo general de todos estos aspectos.
Hay toda una serie de quinasas y fosfatasas que permiten pasar de una forma a otra y se pueden generar fosfatidil inositoles diferentes. En la representación: fosfatidil inositol 4,5 difosfato que genera el inositol 1,4,5 trifosfato el cual abrirá los canales de calcio.
Aparte se pueden encontrar formas de degradación y con más de 3 fosfatos (pirofosfatos, 5P) en diferentes posiciones.
Inositoles fosfato (InsP = IP) 1.
2.
3.
Desactivar el InsP3 y por tanto acabar la señal El nuevo InsP puede ser también un mensajero Generar inositol para su incorporación a nuevos fosfatidilinositoles.
3 Angelina B.
Señalización 4. Otros lípidos de membrana implicados en la señalización No solo los fosfatidilinositoles e inositoles fosfato intervienen como segundos mensajeros, sino que hay otros lípidos. Eso es debido a que hay diferentes substratos lipídicos que pueden ser utilizados por enzimas para actuar como segundos mensajeros.
En la imagen tenemos un lípido modelo, el glicerol, formado por dos ácidos grasos, un fosfato y la X que es la cola polar.
Fosfatidilcolina La fosfolipasa C (que tiene la capacidad de hidrolizar la fosfatidilcolina que son lípidos que tienen como cola polar una colina) corta por el grupo fosfato, hay otros tipos de fosfolipasas que tienen la capacidad de romper los fosfolípidos por otros enlaces. Por ejemplo la fosfolipasa A corta por los ácidos grasos y será de un tipo u otro dependiendo del corte en posición 1 o 2. La fosfolipasa D corta la cola polar, con la acción de esta, quedaría glicerol, 2 ácidos grasos y un fosfato que es el que se conoce como ácido fosfatídico.
La que tiene importancia es la fosfolipasa A2 (dibujo) como fuente de ácido araquidónico. Ya que muchas fosfatidilcolinas que se encuentran en la membrana tienen el ácido araquidónico en posición 2, se liberará la lisofosfatidilcolina y el ácido araquidónico. Cuando se activa (se puede activar por quinasas) la PLA2 se genera ácido araquidónico que es el substrato para fabricar eicosanoides, y será la manera de controlar mediante la PLA2 la cantidad de eicosanoides producidos por el ácido araquidónico.
Lisofosfolípido  fosfolípido al que le falta ácido graso en posición 2.
Es la actividad de la PLA2 la que determinará cuánta cantidad de ácido araquidónico se produce, y en último término cuánta prostaglandina se producirá. El calcio se une a la PLA2 y la activa. Esta para ser activa tiene que estar en la membrana. La encontramos en cascadas donde el paso previo sea un aumento de calcio.
5. Esfingolípidos Son lípidos de membrana que no tienen glicerol. También se encontrarán en cascadas de señalización. Tienen esfingosina en lugar de glicerol en su estructura.
La estructura básica de un esfingolípido es esfingosina (una estructura larga e hidrofóbica) unida a un ácido graso. Esta estructura se denomina ceramida, a partir de estas se fabrican todos los esfingolípidos, y actuará como segundo mensajero. La cola polar de los esfingolípidos puede estar constituida por diversas moléculas, la colina una de ellas.
La vía de señalización de esfingomielinas es de gran importancia porque controla el destino de las células, les dará señal de proliferación y viceversa.
Esfingomielina Es una ceramida que tiene como cola polar colina y fósforo.
Por la acción de la esfingomielinasa (enzima que hidroliza la esfingomielina) se rompe por el carbono 4 el fosfato y la colina, quedando ceramida. La ceramidasa (cortará por el C=O) libera un ácido graso y genera esfingosina que por acción de la esfingosina-quinasa genera esfingosina-1-fosfato.
4 Angelina B.
Señalización Cascada: Esta es una cascada concreta donde en la banda izquierda tenemos representada la síntesis de esfingomielina en el retículo endoplasmático. Además tenemos representado cómo se generarían los segundos mensajeros (ceramida y esfingosina 1 fosfato).
Se observa que la esfingosina es degradada por la esfingomielinasa.
En esta cascada hay dos tipos importantes de esfingomielinas (en general hay 3: ácidas, básicas y neutras): Ácidas: se activan por procesos que lesionan células y tejidos. Se encuentran dentro de los lisosomas pero cuando hay agresiones (radiaciones ionizantes,…) se activan y se comienza a generar ceramida.
Neutras: hay algún receptor que las activa. El más conocido es el receptor de TNα (receptor de la muerte). Este receptor tiene la característica de que cuando está en reposo tiene una proteína asociada que impide que pase el mensaje.
Cuando se activa, la proteína se va y se le une otra proteína. Dependiendo de la proteína que se le una tiene una actividad u otra, en el caso de esfingolípido será la Fan, que determinará que se produzca ceramida.
Tanto si actúa una como otra se produce ceramida, que activa quinasas o fosfatasas dependientes de ceramida. Cuando se activan estas quinasas y fosfatasas la vía sigue con la muerte celular.
La esfingosina-1-fosfato es polar, y lo normal es que salga fuera de la célula, y una vez fuera actúa sobre receptores como señal.
Una vez fuera de la célula puede actuar de manera autocrina y paracrina (4). Se une a los EDG, receptores que pueden esta acoplados a proteínas G del tipo 1, G monoméricas o hacer otras funciones que activarán otras quinasas que en último término implican supervivencia y proliferación. Se ve como la esfingosina-1-fosfato sale de la célula y actúa como ligando activando su receptor EDG (como componente final de cascada tiene proteínas quinasas).
La ceramida y la esfingosina-1-fosfato actúan como segundos mensajeros.
-  apoptosis.
Si la cascada continúa con esfingosina  supervivencia y proliferación.
Si la cascada se queda en ceramida El balance entre estas dos marca el destino de la célula.
Otra tipo son las neutras que están acopladas a receptor de la muerte, su característica es que tienen un dominio de la muerte, que cuando se activa se une a una proteína u otra y dependiendo de la proteína que se engancha 5 ...

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