Bioquímica Metabólica - 2º Grado - Universidad de Santiago de Compostela PDF

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tema-2.pdf martabc_0 Bioquímica Metabólica 2º Grado en Bioquímica Facultad de Ciencias Universidad de Santiago de Compostela Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  TEMA 2: INTRODUCCIÓN A LA BIOSEÑALIZACIÓN 1. TRANSDUCCIÓN DE SEÑALES Es el mecanismo de la célula de captar una señal e introducirla en el citoplasma. Para ello, tienen lugar tres fases: - Recepción: la señal química es reconocida por un receotor específico - Transducción: el receptor específico provoca cambios estructurales o catalíticos en proteínas que transfieren al interior la señal - Respuesta: se modifica la actividad celular SEÑALIZACIÓN - Paracrina (local): se produce entre dos células próximas, en tejidos o en una glándula cercana al tejido diana. Factores de crecimiento, neurotransmisores. - Autocrina (endocrina): la hormona se sintetiza en una célula alejada de su célula diana que circula a través de la sangre como es el caso de la insulina. Hormonas. INTERACCIONES CÉLULA-CÉLULA (COMUNICACIÓN) Es el caso de la unión GAP. Se trata de unas estructuras denominadas conexones que están formados por conexinas que se abren y se cierran. Conexón: subunidad estructural de una unión GAP, que forma un puente entre células adyacentes en alguos tejidos de los vertebrados. Está constituído por seis subunidades de conexina dispuestas en anillo y ancladas a lamembrana, unidas a otro conexón de otra célula. Las estructuras M1, M2, M3, M4... son alfas hélices hidrofóbicas. El amino y carboxilo terminal están en el citoplasma. En sistemas de reconocimiento de algunas hormonas el amino terminal está hacia fuera. 1.1. RECEPCIÓN La molécula señal (agonista) está en el exterior y se encuentra con el receptor específico de la membrana, uniéndose a este. Dicha unión es tan estricta como una E-S, y la complementariedad es absoluta. Esta unión produce un cambio de conformación que normalmente es un proceso de activación. 1.2. TRANSDUCCIÓN El cambio producido se transmite al interior por proteínas adyacentes al receptor. Casi siempre esos procesos de activación son procesos de fosforilación y su fin es activar una respuesta celular en el citoplasma o en el núcleo. Normalmente cuando se produce el cambio de conformación, hay GTP o ADP que se usa para fosforilar la proteína y una proteína va fosforilando a las demás sucesivamente hasta actuar en el núcleo y en el citoplasma. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-9998652 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  1.3. RESPUESTA Se modifica la actividad celular como el reordenamiento del citoesqueleto, regulación del ciclo celular... Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. 2. MECANISMOS GENERALES DE TRANSDUCCIÓN DE SEÑALES Una señal va a llegar a su receptor que va a tener una señal, en este caso se provoca un cambio de conformación que va a ser reconocido por unas proteínas. La señal se puede quedar en el citoplasma, pero a veces puede introducirse en el núcleo, que va a activar un factor de transcripción, el cual sintetiza un ARNm que codifica a una determinada proteína. 2.1. RECEPTORES DE MEMBRANA En la membrana plasmática hay unas proteínas que normalmente son glicoproteínas y que están atentas a recoger la señal del agonista. Esta unión es un proceso en el cual no hay consumo ni síntesis de ATP. ACOPLADOS A PROTEÍNAS G Son receptores que están integrados en la membrana de la célula y están formado por 7 alfa hélices con aminoácidos hidrofóbicos. El carboxilo terminal es siempre citoplasmático y el amino terminal se encuentra fuera de la célula. El receptor tiene una especie de hueco donde se va a acoplar el agonista de tal manera que ese hueco va a ser parecido al centro activo de una enzima. Se une el agonista, ocurre el cambio de conformación y ese cambio de conformación lo van a recoger proteínas que no están unidades directamente al receptor, si no que están en contacto con el, es decir, solamente recogen el cambio de conformación que hacen que se activen estas proteínas que se llaman G. Estas proteínas G tienen varias subunidades: alfa, beta y gamma. Utilizan GDP como elemento de fosforilación, es decir, se intercambia GDP por GTP (en la subunidad alfa) al recibir la señal (fosforilación de proteínas). Una molécula de la membrana permite a las subunidades alfa y gamma estar enganchadas a la membrana. VÍA ADENILATO CICLASA El complejo alfa-GTP viaja unido a la membrana hasta toparse con una proteínas de membrana específica, la adenilato ciclasa. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-9998652 1 descarga sin publicidad = 1 coin Bioquímica Metabólica Banco de apuntes de la  Esta proteína activa, transforma ATP en AMPc. En este momento, la subunidad alfa intercambia GTP por GDP, y regresa a formar el complejo de las tres subunidades de proteínas G. Se producen impulsos intermitentes, por el contacto de la subunidad y la adenilato ciclasa. El pico de AMPc va a influenciar a una enzima, la proteinquinasa A, que tiene una estructura cuaternaria formada por dos subunidades catalíticas y otras dos reguladoras. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Las subunidades reguladoras interactúan sobre las catalíticas, reconociendo el pico de AMPc. Cuando este llega, las subunidades reguladoras se abren y separan de las catalíticas y dejan libre el centro activo de las subunidades cataliticas, que fosforilan una proteína tanto tiempo como dure el AMPc. Activación de la proteína quinasa dependiente de cAMP También hay hormonas inhibidoras que, por el mismo mecanismo, se unen a la adenilato ciclasa e impiden que sintetice AMPc. La colera (toxina colérica) lo que hace es entrar dentro de la célula y se fija en la subunidad alfa de las proteínas G cuando están cargadas con GTP, es decir impide que el GTP vaya para atrás, que el GTP se cambie por el GDP, por lo que está activando permanentemente la adenilato-ciclasa, se estaría activando continuamente AMPc y debido a esta alteración de AMPc hay una expulsión de sales, K, carbonato que es la consecuencia de esta enfermedad. VÍA FOSFOLIPASA C La fosfolipasa C es una enzima anclada en la membrana que rompe los fosfolípidos de las membranas dando lugar a diacilglicerol y a PIP2 (cabeza polar). La subunidad alfa se une a esta fosfolipasa C y la activa. En el momento en el que la fosfolipasa C se activa, ocurre la ruptura del diacilglicerol y del PIP2, que se convierte en IP3 (inositol tres fosfato); el IP3 va a viajar en el citoplasma a un canal que hay en el RE donde se fija en ese canal y lo abre permitiendo la salida de Ca2+, ese RE es el gran almacén de calcio y se libera el calcio al citoplasma y se distribuye a lo largo de este y sigue dos caminos: - Por un lado, se une a la calmodulina (que tiene 4 huecos donde se pueden unir 4 moléculas de Ca) y este complejo Ca-calmodulina activa proteínas fosforilantes, la más potente de todas es la Ca- calmodulina-proteinquinasa. Cuando se une la calmodulina (con Ca) a la proteinquinasa, la activa (fosforila) y esta forma fosforilada es la responsable de diferentes fosforilaciones sobre otras proteínas. Cuando pierde el Ca la calmodulina por medio de una fosfatasa que no tiene calcio y tiene menos actividad se convierte en la forma inactiva de la calmodulina. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-9998652 1 descarga sin publicidad = 1 coin  La calciocalmodulinaproteinquinasa hace lo mismo que la proteinquinasa dependiente de APMc fosforila proteínas y esto en la célula se transformaría en contracciones, metabolismo... - Activa a la protein kinasa C o PKC, que desencadena una cascada de fosforilación de proteínas. Transducción de señales a proteínas G e implicación de Fosfolipasa C. Protein kinasa C (PKC) Este tipo de proteínas tienen una serie de dominios que van a reconocer y fijar el diacilglicerol de la membrana, y tiene un dominio de reconocimiento de Ca, que surge de los depósitos de calcio del retículo endoplasmático por acción del IP3. La parte catalítica es un dominio para la captación del ATP y por otro el dominio catalítico del sustrato donde va a encajar el sustrato. Todas las proteínas quinasas C tienen la misma secuencia desde el grupo N-terminal hasta el carboxilo terminal. Hay 3 grandes grupos: - PKC convencionales - PKC Novel que tienen un cambio en la ordenación de los dominios (en este caso el dominio del calcio va antes que el diacilglicerol) - PKC atípicas (tiene un dominio distinto que las otras dos no tienen). Llegar a haber al orden de 40 y tantas isoenzimas de PKC. Se activan por diacilglicerol, Ca y lípidos (estos últimos porque algunas veces los ácidos grasos pueden interaccionar en el dominio catalítico que tiene el diacilglicerol). Cuando no hay Ca2+ ni DAG, la enzima se encuentra replegada sobre sí misma. No es activa porque, en el extremo N-terminal tenemos el pseudosustrato que tapa el sitio donde se tiene que meter la proteína que va a ser fosforilada por lo tanto la PKC no funciona. Cuando la PKC llega a la membrana y se fija con el diacilglicerol, llega el calcio à la PKC se abre, despliega y se marcha el pseudosustrato del centro activo, dejando este libre para que se una el sustrato. En cuanto se une a estos, tiene lugar las fosforilación de la proteína, lo que provoca un acadena de fosforilaciones continuas (respuesta continuada). a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-9998652 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  ACOPLADOS A TIROSIN-KINASAS Estos receptores van a responder a proteínas, péptidos frecuentemente. Son estructuras dobles que están próxima suna de la otra y que no interactúan entre sí, además, tienen un grupo amino terminal en los dos casos hacia fuera y el grupo carboxilo terminal siempre se encuentra en el interior. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. En este caso, sí tienen actividad catalítica de carácter endógena, de manera que cuando llega la señal molecular el agonista va a provocar que estas dos subunidades se junten y se opongan una a la otra. Como consecuencia, hay un proceso de fosforilación opuesta de manera que la subunidad A fosforila tirosinas del extremo carboxilo terminal de la subunidad B y estructuras de la subunidad B fosforilan a tirosinas de la subunidad A (A fosforila a B y B fosforila A). Hay que transmitir esta fosforilación a otras proteínas y en este caso se acercan otras proteínas y son fosforiladas por las tirosinas quinasas que se han fosforilado por la llegada del agonista y estas proteínas van a comenzar una cadena de fosforilaciones, llevando la información de la señal hasta las proteínas dianas terminales (respuesta celular). Ej.: receptor de insulina Tiene 4 cadenas que se pliegan, la insulina se une a las subunidades alfa las cuales están unidas a las B y se produce la dimerización de las subunidades y la activación de los dominios. Este receptor activado fosforila la proteína IRS-1(sustratos del recpetor de insulina), que activa la rura Ras por medio de la PKC. La IRS1 activa la PI3 kinasa, que va a fosforilar PIP2, que activará a una proteína PTEN, que fosforila PIP2 a PIP3. El PIP3 inicia una ruta que termina con la fosforilación de Akt, que una vez activa provoca que los receptores de glucosa de la célula viajen a la membrana de esta para que pueda captar glucosa. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-9998652 1 descarga sin publicidad = 1 coin  3. TRANSPORTE A TRAVÉS DE MEMBRANA El transporte a través de las membranas puede implicar la presencia de receptores que gastan energía o no. Transporte pasivo (sin gasto de energía) - Mediado Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. - Por difusión Transporte activo (gsto de ATP) - Uniporte (solo se mueve un soluto) - Simporte (se mueven do ssolutos ne la misma dirección) - Antiporte (se mueven dos solutos en direcciones opuestas) 3.1. TRANSPORTE PASIVO En la difusión, tenemos unos iones que pueden pasar a través de la membrana y puede ser un proceso movido por la presión osmótica o diálisis (es decir que por presión osmótica se mueven las diferentes sales de manera libre). El transporte mediado es a través de una molécula que si se mueve. Ejemplo: GLUT-1 capta glucosa, mete la molécula de glucosa, cierra el transportador y se abre por el lado citoplasmático, este glut-1 verifica la entrada basal de glucosa, es decir que siempre que haya poca glucosa exista un aporte a los tejidos gracias a este transportador. 3.2. TRANSPORTE ACTIVO Permite captar átomos, moléculas, pero gastando energía (hidrólisis de ATP). Puede ser uniporte (se mueve un único soluto), simporte (se mueven dos solutos en la misma dirección), o antiporte (se mueven dos solutos en direcciones contrarias). Ejemplo: bomba Na-K-ATPasa. Capta 3 átomos de Na, en el momento en el que están dentro de la proteína, esta rompe una molécula de ATP y por ese proceso libera esos 3 átomos de Na, pero queda unido el P, para que se libere y quede el receptor igual que al principio, se rompe el P y esto hace que entren dos moléculas de K. Algunos transportadores dependen de proteínas G, por ejemplo, nosotros captamos un olor gracias a nuestro sistema olfativo es internalizado por proteínas G y va a estimular la a subunidad alfa de proteínas de transporte que verifica los movimientos antiporte de los iones. La molécula que capta el olor activa al receptor, que por ese cambio de conformación activa a la subunidad alfa, que va a dar lugar a que la adenilato-ciclasa sintetice AMPc y el AMPc estimula la entrada de Na y K. El K va a estimular la salida de Cl y un antiporte Na/Ca. Solamente la presencia de AMPc genera todos estos procesos. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-9998652 1 descarga sin publicidad = 1 coin