Tema 9. RECEPTORES DE MEMBRANA.pdf - VeoApuntes.com

Laura del OlmoTema 9. RECEPTORES DE MEMBRANATIPOS DE RECEPTORES HORMONALES Y VÍAS DETRANSDUCCIÓN DE SEÑALES‣ CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS DISTINTOS TIPOS DERECEPTORES DE MEMBRANA MÁS IMPORTANTES1. Receptores acoplados a canales de iones2. Receptores acoplados a Proteínas G3. Receptores acoplados a Enzimas4. Receptores de Citoquinas1. RECEPTORES ACOPLADOS A CANALES DE IONES- Respuesta: muy rápida (mili segundos)- Ligandos: moléculas orgánicas pequeñas. Los más importantes son losNEUROTRANSMISORES- Unión (afinidad): de baja afinidad, con una K D (concentración a la cual seproduce la mitad de la unión de receptores con sus ligandos) que está en elrango micro-milimolar. Si tiene baja afinidad significa que se necesitanconcentraciones altas para alcanzar la respuestaCuando el receptor se une con su ligando se produce un cambio deconformación que se traduce en la apertura de un canal que permite la entradade iones, lo que produce finalmente un cambio en el potencial de membrana- Transmisión de la señal: mediante la regulación de otros canales, es decir,modulan canales dependientes de voltaje (Ca 2+ ). Abren otros canales por esecambio en el potencial de membrana1

Laura del OlmoCada una de las subunidades (proteínas independiente) está formada a su vez porproteínas que tienen varios dominios transmembrana (trozos de la proteína que estánatravesando completamente la membrana).*Los cilindros representan alfa-hélices.Va haber uno de los dominios que siempre estará orientado hacia el interior y haciael centro.En el caso de este receptor la subunidad II es la que está orientada hacia el interiorcentroy posee residuos de leucina (aa hidrófobo). La presencia de las leucinas en laalfa-hélice del dominio de ese receptor hace que el canal pueda estar cerrado paraque no pasen los iones.Cuando el ligando se une al receptor (en este caso la acetilcolina) genera un pequeñocambio de conformación que produce un mínimo cambio en las alfa-hélices, demanera que la leucina deja de estar orientada hacia el interior, disponiéndose ahorahacia la parte interna del propio canal (parte proteica del canal) y permitiendo que elcanal esté abierto.Los canales que permiten el paso de cationes/aniones suelen tener aminoácidoscargados que evitan el paso de cationes/aniones que no debieran de pasar.Mutaciones puntuales en la estructura de la proteína (por ejemplo cambios enlas leucinas) producirán alteraciones tales como que el canal estépermanentemente abierto.Como ya hemos dicho, las respuestas de este tipo de receptores acoplados a canalesiónicos son muy rápidas, de milisegundos, lo que significa que según se abre el canalpasa el ión y rápidamente se bloquea la respuesta.3

Laura del Olmo• Funcionamiento (estructura):La proteína G es una proteína integral transmembrana con varios dominios.Se encuentra en el interior y es inactiva cuando tiene unido GDP.Las proteínas G tienen varias subunidades:- SubU alfa: contiene el sitio de unión al nucleótido de guanina (GDP/GTP)- SubU beta y gamma: participan en la activación y regulación de la proteína GCuando el ligando se une al receptor se produce un pequeño cambio de conformaciónque se transmite a la parte interna del receptor, que también va a favorecer un cambiode conformación en la proteína G; entonces saldrá el GDP y ya podrá entrar el GTP enel sitio de unión que queda libre.Al unirse el GTP a la proteína G ésta queda activa, generándose un cambio deconformación: se separa la subunidad alfa de las subunidades beta y gamma(liberación de las subunidades reguladoras).La subunidad alfa se va a desplazar y se va a unir a la molécula efectora de laseñalización, que está cerca de la membrana, activándola.La molécula efectora puede ser, en el caso de las proteínas G:- Un canal- Una enzimaUna vez activado el efector la señalización ha de bloquearse.El GTP se hidroliza a GDP + P i , quedando de nuevo el GDP en el sitio de unión de laproteína G (estado inactivo). Esta reacción es catalizada por una actividad GTPasa quecontiene la propia proteína G.La subunidad alfa ya puede volverse a unir con las subunidades reguladoras (beta ygamma) regresando a su conformación inicial.Esto se denomina el CICLO DE LAS PROTEÍNAS G y requiere un gasto de energía.5

Laura del Olmo• EFECTOS DE TOXINAS BACTERIANAS sobre estas vías deseñalización: bloquean que se puedan reunificar la subunidad alfacon las subunidades reguladoras beta y gammaHay determinadas toxinas, como la botulínica o la del cólera, que lo que hacen es queinhiben la actividad GTPasa de las proteínas G, impidiendo su reunificación con lassubunidades reguladoras (β y γ), quedando la vía de señalización permanentementeactivada.Como algunas de estas proteínas G están implicadas en la regulación de la contracciónmuscular del corazón, producen alteraciones en los ritmos cardíacos pudiendo llegar aprovocar un paro cardíaco, ya que dejan el sistema permanentemente activado.En el cólera la gastroenteritis que se produce se debe a la hiperactividad de uno de loscanales iónicos que hace que se eliminen grandes cantidades de agua por el intersticio.• Distintos efectores para las proteínas G clasificados en 5 grupos:1. Gαs: activan a la AC >> AMP CTienen como efector a la adenilato ciclasa (AC) a la cual estimulan y por tantoaumentan el AMP C .Ejemplos de hormonas que actúan por esta vía son: glucagón, aminas-β-adrenérgicas(adrenalina)…6

Laura del Olmo• ADENILATO CICLASA - AMP CComo ya hemos dicho, las vías más importantes de señalización a través de losreceptores acoplados a proteínas G son las que actúan sobre la adenilato ciclasa, yéstas son las proteínas G que tienen las subunidades αs y αi.Cuando el ligando se acopla a una proteína G αs sale GDP, entra GTP y la proteína queactiva se une a la adenilato ciclasa, enzima que cuando está activa cataliza la formaciónde AMP C a partir de ATP. PROTEÍNA KINASA A (PKA)El AMP C se va a unir a la PKA, que es una quinasa muy importante en la regulación delmetabolismo. La PKA es un tetrámero con 4 subunidades: 2 Reguladoras y 2 Catalíticas(con la actividad enzimática).El AMP C se une a las subunidades reguladoras y al hacerlo se produce la separación delas subunidades reguladoras de las subunidades catalíticas.Las subunidades catalíticas libres (2C) activan la función de la PKA (actividad: unión deAMPC y separación de las subunidades).La PKA tiene numerosas dianas a las que va a fosforilar. Un grupo importante de estasdianas son enzimas que cuando se fosforilan se activan, por ejemplo la lipasa sensiblea hormonas (cuando se fosforila se activa y cataliza la síntesis de TAG…). Además,cuando está activada es capaz de traslocar al núcleo y en el núcleo va a fosforilarfactores de transcripción.8

Laura del OlmoUno de los factores de transcripción que se regula por la acción de la PKA es CREB:factor de transcripción de respuesta a AMP C . Cuando se fosforila por la PKA sedimeriza y en la forma dimérica se une al DNA y modula la transcripción de distintosgenes. Es decir, se une a ciertas secuencias de DNA o elementos de respuesta a AMP Cmediante los cuales incrementa o reduce la transcripción regulada por estos genes.3. RECEPTORES ACOPLADOS A ENZIMASHay un gran número de receptores que son enzimas, es decir, el propio receptorcuando se activa presenta actividad catalítica. Los grupos más importantes son los quepresentan las siguientes actividades: *Actividad QUINASA*: mayoritariamente *tirosina*; también serina/treonina Actividad FOSFATASA Actividad PROTEASA Actividad FOSFODIESTERASA DE NUCLEÓTIDOS (como guanilato)Los más importantes y mayoritarios son:I. Receptores con actividad tirosina-quinasaII.Receptores con actividad guanilato-ciclasa• Características generales:- Efectos: mucho más lentos, largos. El tiempo de duración depende mucho delreceptor y puede oscilar entre minutos y horas. Por ejemplo: si se activa laenzima tardará minutos; en cambio, si se activa la transcripción tardará horas- Procesos que regulan: están implicados en la activación/inhibición de laexpresión génica, en la división celular, en la diferenciación celular y tambiénen los procesos de apoptosisAlgunos tienen efectos muy importantes en la regulación del metabolismo,como el RECEPTOR DE INSULINA, que pertenece a este grupo.- Ligandos: proteínas- Unión (afinidad): alta, con una K D que suele oscilar en el rango picomolar (esdecir, con concentraciones de 10 -12 ya se están produciendo efectos)9

Laura del OlmoI. RECEPTORES CON ACTIVIDAD TIROSINA-QUINASA (RTK)Es uno de los más importantes. Este tipo de receptores los presentan los factores decrecimiento (moléculas que inducen la división celular) así como el receptor deinsulina.Los receptores suelen ser monómeros que atraviesan la membrana en la porciónextracelular donde tienen la zona de unión al ligando; la porción intracelular es la queposee la actividad catalítica tirosina-quinasa.El receptor de insulina es una excepción porque ya se encuentra en las célulasen forma de dímero y el mero hecho de que se una la insulina (ligando) activaal receptor y hace que se fosforile.Para que el receptor se active es necesario que se unan dos moléculas del ligando yestas subunidades se aproximen (“cross linking").- Autofosforilación del receptor: activaciónUna vez que se ha producido la aproximación de dos receptores la actividad quinasa yaes activa y la primera diana va a ser el propio receptor, es decir, va a ser fosforilado entirosina.- Fosforilación de otras proteínasLa autofosforilación del receptor incrementa su actividad catalítica y además a losresiduos de fosfotirosinas se podrán unir diferentes proteínas adaptadoras que losreconocen. Al unirse a ellas, como el receptor está plenamente activado, estas mismasproteínas adaptadoras se van a fosforilar.10

Laura del OlmoUna vez que se ha producido la activación a través de la autofosforilación del receptor,las otras proteínas nos pueden dar 2 vías distintas de señalización:i. VÍA DE LA PI 3 K (Fosfatidil-Inositol-3-Kinasa) & PKB (Akt)En el caso concreto del receptor de insulina está implicado en los efectos metabólicosde la hormona. Por ejemplo, regula el transporte de glucosa mediante latranslocación de los trasportadores GLUT-4 del interior a la membrana plasmática (enmusculo esquelético o tejido adiposo preferentemente), activa la glucólisis, inhibe lalipólisis… Todas estas vías que regula la insulina lo hará a través de esta vía deseñalización de la PI 3 K.El receptor se autofosforila para activarse y luego se unen proteínas adaptadoras quepermitirán la unión de PI 3 K y que sea fosforilada por el receptor, lo que le va permitiractuar sobre su sustrato, los cuales son fosfolípidos de membrana, en particular el PI-4,5-bisfosfato. Cuando actúa la PI 3 K lo fosforila dando lugar al PI-3,4,5-trifosfato.La presencia de este PI-3,4,5-trifosfato permite que proteínas que tienen dominios PH(dominios de unión a fosfolípidos) se puedan aproximar y unir a la membranaplasmática.11

Laura del Olmo• PROTEÍNAS CON DOMINIOS PH: (1) PKD y (2) PKBDos de las proteínas que presentan estos dominios PH y que se unen al PI-3,4,5-trifosfato en la membrana plasmática son 2 quinasas: PKD y la PKB.La unión de la PKD a los inositoles de membrana la activa, y al activarse va a fosforilar ala PKB (como se han unido a la membrana van a estar físicamente al lado).Cuando la PKB (también llamada AKT) se fosforila por un lado se activa y por otro sedisocia de la membrana y se trasloca al interior de la célula, donde va a fosforilar a susdianas.ii.VÍA DE LAS MAPK (Proteína Activada por Mitógenos; factores queinducen la mitosis): RTK – ras GTPasaEs una vía muy importante porque es la vía que regula la mayor parte de los procesosde mitosis y división celular.Los factores de crecimiento señalizan a través de esta vía para inducir que la célula sedivida.Estas vías de señalización en los tumores están permanentemente activas, por lo queson rutas que tienen un interés muy alto sobre todo en el estudio molecular delcáncer.12

Laura del Olmo• PROTEÍNA RAS (proteína G): ACTIVACIÓN DE LA VÍA DE LAS MAPKUna vez que el receptor se ha autofosforilado se une una proteína adaptadora, que enesta vía es una proteína que finalmente va a permitir la activación de una proteína G,la proteína RAS, la cual se activa cuando se activan estos receptores.La proteína RAS se activa como todas las proteínas G (con GTP) y cuando está activainduce la activación de la vía de las MAPK.*Oncogén: gen que cuando muta induce un proceso tumoral. La proteína RAS estáfisiológicamente en nuestro organismo y participa en procesos de división celular fisiológicos.Cuando muta se vuelve permanentemente activa.• VÍA DE LAS MAPK PROPIAMENTE DICHALas MAPK son quinasas que finalmente inducen procesos de división celular y que seactivan por mitógenos (factores que actúan en el ciclo celular estimulando la divisióncelular; factores de crecimiento).Hay distintos tipos de MAPK y se conocieron asociadas a procesos tumorales en losque se veía que su actividad era muy alta.13

Laura del OlmoTienen distintas dianas y la mayoría activan factores de transcripción y por tantomodulan la expresión génica. También fosforilan proteínas produciendo la activaciónde enzimas, cambios en la permeabilidad de las membranas...Las MAPK para ser activas tienen que ser fosforiladas por las MAPKK, las cualestambién tienen que estar fosforiladas para ser activas por las MAPKKK. Enmuchas de las rutas la MAPKKK se activa por la proteína G.MEK (MAPK) y Raf (MAPKK) son algunos de los nombres de las proteínas quepertenecen a este grupo.Como se trata de fosforilaciones, en cada uno de estos pasos necesitamos ATP,lo que conlleva un gasto energético muy grande (cuando una hormona se unea un receptor).En un proceso tumoral se estará gastando mucho ATP ya que en los tumores estas víasde las MAPK estarán permanentemente activas.II.RECEPTORES CON ACTIVIDAD GUANILATO CICLASA: GMP CEste tipo de receptores atraviesa la membrana y también consta de 2 dominios:(1) Dominio extracelular sitio de unión al ligando(2) Dominio intracelular donde se localiza la enzimaEl receptor se tiene que unir al ligando para que se produzca un acercamiento entredos receptores, se dimericen y así se active la enzima.14

Laura del OlmoLa enzima GUANILATO-CICLASA cataliza la transformación de GTP GMP C , el cual esun segundo mensajero que a su vez (de forma parecida al AMP C ) activa a una quinasa,la PKG.Al igual que ocurría con el AMP C , también hay una enzima, la fosfodiesterasa, queelimina el GMP C transformándolo en 5´-GMP, con lo que la vía se parará.*La viagra inhibe la fosfodiesterasa, por lo que aumenta el GMP C pudiendo llegar aproducirse un paro cardíaco por la activación permanente de la vía.En resumen:I. Activación: acercamiento y dimerización de los receptoresII.III.IV.Guanilato-ciclasa: GTP GMP CGMP C : activación de la PKGPKG: actuación sobre distintas dianas (canales, enzimas, algún factor detranscripción…)V. Fosfodiesterasa (eliminación del GMP C ): GMP C 5´-GMP• FACTOR NATRIURÉTICO ATRIAL (ANF): vasodilatador secretado enrespuesta a un aumento de TA regulación de la TAUn ejemplo de estos receptores acoplados a la guanilato-ciclasa es el FACTORNATRIURÉTICO ATRIAL, que es una proteína que producen los cardiomiocitos (miocitosdel músculo cardíaco) en respuesta a un aumento de la tensión arterial.Lo que ocurre es que aumenta el GMP C , que a través de su señalización por PKG, en elcaso del músculo liso de los vasos donde hay estos receptores, produce lavasodilatación.Además actúa con el fin de reducir el agua y el sodio del sistema circulatorio parareducir así la presión arterial, por lo que en las nefronas se une a canales de sodioregulando la eliminación de Na + a nivel renal.Efectos del ANF:o Musculatura lisa de los vasos vasodilatación (disminución de la TA)o Túbulos renales eliminación de Na +Una vez que se ha regulado la TA la fosfodiesterasa ha de eliminar el FNA.15

Laura del Olmo• FOSFOLIPASA C: hidrólisis del IP2 en (1) DAG y (2) IP3Además de estas vías existe posibilidad de interacciones con los receptoresenzimáticos y los receptores acoplados a proteínas Gαq (de convergencia) que seproducen a través de la enzima fosfolipasa C, la cual se puede activar por ambosreceptores.La fosfolipasa C hidroliza los fosfatidil inositol bifosfato, es decir, actúa sobrefosfolípidos de membrana llevando a cabo la hidrólisis del PIbisfosfato en 2productos: (1) el diacilglicerol (DAG) y (2) el inositol trifosfato (IP3), y cada una deestas dos moléculas son segundos mensajeros.1. Diacilglicerol (DAG). Va a permanecer anclado a la membrana por suhidrofobicidad.2. Inositol trifosfato (IP3). Va a difundir al interior del citoplasma. Va actuarcomo ligando de un canal de calcio que se localiza en la membrana del RE.En el momento en el que se abre el canal sale el Ca ++ del interior del RE alcitoplasma (aumento brusco del calcio citoplasmático).El Ca 2+ actúa como una señal química y también como un segundo mensajeroya que actúa como activador de distintas proteínas quinasas que se activanpor la unión de calcio: PKC PK dependiente de Ca 2+ /calmodulinaEfectos más importantes mediados por el calcio: contracción muscular omovimientos intracelulares con secreción de vesículas…4. RECEPTORES DE CITOQUINAS*Citocinas o citoquinas: proteínas que regulan la función de las células que las producen uotros tipos celulares.Los receptores de citocinas tienen vías de señalización menos conocidas porque éstasse conocen desde hace poco tiempo.Las citocinas son péptidos pequeños que pueden ser producidos por cualquier tipocelular, y dentro de todos esos grupos celulares, las que las producen en mayorescantidades son las células sanguíneas.16

Laura del OlmoDentro del grupo de las citosinas encontramos:- Interleuquinas (IL): regulan los procesos de diferenciación de los leucocitos- Interferones- Factor de necrosis tumoral (TNF)- Leptina• VÍA JAK/STATEn general sus receptores presentan una vía de señalización que se denomina VÍAJAK/STAT.Los receptores no son enzimas pero tras la unión de su ligando (citocina) van a activara una enzima quinasa, la JAK (Janus Kinase).La JAK se autofosforila y fosforila al receptor, es decir, el receptor se fosforila poracción de la JAK. El hecho de fosforilar al receptor permite que aparezcan en éldominios de reconocimiento de fosfotirosinas y en uno de esos dominios se va a unirotra proteína, la STAT (Señal Activadora y Transductora de la Transcripción), que es unfactor de transcripción.En resumen:I. FosforilaciónII.III.Separación del receptorDimerización. Para ello tieneque estar fosforilado. Eldímero transloca al núcleo yallí se abre a regionesespecíficas del DNAmodulando la transcripción.17