Problemas de resolución previa a la clase de TP:
1) Características generales de las vías de transducción de señales (TS)
a)
Describa la secuencia de eventos de los sistemas de señalización: producción de la señal, transporte, recepción, traducción, respuestas celulares y
apagado de la señal. Describa las características generales: especificidad, amplificación, desensibilización/adaptación e integración.
Las células generalmente se comunican entre sí mediante señales químicas. Estas señales químicas, que son proteínas u otras moléculas producidas por
una célula emisora, con frecuencia son secretadas por la célula y liberadas en el espacio extracelular. Para detectar una señal (esto es, para ser una célula
diana), la célula debe tener el receptor adecuado para esa señal. Cuando una molécula señalizadora se une a su receptor, altera la forma o actividad del
receptor, lo que desencadena un cambio dentro de la célula. Debido a que funcionan uniéndose a receptores específicos, estas moléculas señalizadoras se
conocen como ligandos, un término general para las moléculas que se unen de manera específica a otras moléculas. El mensaje que lleva el ligando con
frecuencia pasa a través de una cadena de mensajeros químicos dentro de la célula y conduce finalmente a un cambio en la misma, como una modificación
en la actividad de un gen o incluso la inducción de todo un proceso como la división celular. Así, la señal intercelular (entre células) se convierte en una
señal intracelular (dentro de la célula) que dispara una respuesta. La transducción es entonces el proceso por el cual una señal extracelular es convertida en
una respuesta celular.
Señalización paracrina: Con frecuencia, las células que están cerca unas de otras se comunican mediante la liberación de mensajeros químicos (ligandos que
pueden difundirse a través del espacio entre las células). Este tipo de señalización, en el que las células se comunican a corta distancia se conoce
como señalización paracrina. La señalización paracrina le permite a las células coordinar sus actividades de manera local con sus vecinas. Aunque se usan en
muchos contextos y tejidos, las señales paracrinas son especialmente importantes durante el desarrollo, cuando permiten que un un grupo de células le diga
a un conjunto vecino qué identidad celular debe adoptar.
Señalización sináptica: Un ejemplo único de señalización parácrina es la señalización sináptica, mediante la cual las células nerviosas transmiten señales.
Este proceso se llama así debido a la sinapsis, la unión entre dos neuronas donde ocurre la transmisión de señales. Cuando la neurona emisora dispara, un
impulso eléctrico se mueve rápidamente a través de la célula, a lo largo de una extensión similar a una fibra llamada axón. Cuando el impulso llega a la
sinapsis, provoca la liberación de ligandos conocidos como neurotransmisores, los cuales cruzan con rapidez la pequeña brecha que hay entre las neuronas.
Cuando los neurotransmisores llegan a la célula receptora, se unen a receptores y producen una cambio químico dentro de ella (con frecuencia, la apertura
de los canales iónicos y el cambio en el potencial eléctrico a lo largo de la membrana). Los neurotransmisores liberados en la sinapsis química son
degradados rápidamente o reabsorbidos por la célula emisora, lo que "reinicia" el sistema de forma que la sinapsis esté preparada para responder con
rapidez a la siguiente señal.
Señalización autocrina: En la señalización autocrina una célula se manda señales a sí misma, al liberar un ligando que se une a un receptor en su propia
superficie (o, según del tipo de señal, a receptores dentro de la célula). Esto puede parecer algo extraño para una célula, pero la señalización autocrina juega
un papel importante en muchos procesos. Por ejemplo, la señalización autocrina es importante durante el desarrollo, ya que ayuda a que las células tomen
y refuercen su identidad correcta. Desde un punto de vista médico, la señalización autocrina es importante en el cáncer y se piensa que tiene una función
esencial en la metástasis (la diseminación del cáncer desde su sitio de origen hacia otras partes del cuerpo). En muchos casos, una señal puede tener tanto
efectos autocrinos como paracrinos, al unirse a la propia célula emisora y a otras células semejantes en el área.
Señalización endocrina: Cuando las células necesitan transmitir señales a través de largas distancias, a menudo usan el sistema circulatorio como red de
distribución para los mensajes que envían. En la señalización endocrina a larga distancia, las señales son producidas por células especializadas y liberadas en
el torrente sanguíneo, que las lleva hasta sus células diana en partes distantes del cuerpo. Las señales que se producen en una parte del cuerpo y viajan por
medio de la circulación hasta alcanzar objetivos lejanos se llaman hormonas. En los humanos, las glándulas endocrinas que liberan hormonas incluyen a la
tiroides, el hipotálamo y la pituitaria, así como las gónadas (testículos y ovarios) y el páncreas. Cada glándula endocrina libera uno o más tipos de hormonas,
muchos de los cuales son reguladores maestros del desarrollo y la fisiología.
Señalización por contacto directo entre células: Las uniones en hendidura en animales y los plasmodesmos en plantas son canales pequeños que
interconectan células vecinas de manera directa. Estos canales llenos de agua permiten que las pequeñas moléculas señalizadoras, llamadas mediadores
intracelulares se difundan entre dos células. Las moléculas pequeñas, como los iones, pueden moverse entre las células, pero las moléculas grandes, como
las proteínas y el ADN, no caben por los canales sin ayuda especial. La transferencia de moléculas señalizadoras comunica el estado actual de una célula a
sus vecinas. Esto permite que un grupo de células coordine su respuesta a una señal que solo fue recibida por una de ellas. En otra forma de señalización
directa, dos células se pueden unir entre ellas porque tienen proteínas complementarias en sus superficies. Cuando las células se unen, la interacción
cambia la forma de una o de ambas proteínas, lo que transmite una señal. Este tipo de señalización es especialmente importante en el sistema inmunitario,
en el que las células inmunitarias usan marcadores de superficie celular para reconocer a las células "propias" (las células que pertenecen al cuerpo) y a las
infectadas por patógenos.
El envío y recepción de señales en la célula inicia con la liberación de una molécula mensajera por parte de ella, que se ocupa de enviar mensajes a otras
células corporales (fase 1). El entorno extracelular contiene cientos de moléculas informativas diferentes que van desde compuestos pequeños como
esteroides y neurotransmisores, pasando por hormonas proteínicas solubles, pequeñas (como el glucagón y la insulina) hasta glucoproteínas enormes
unidas a la superficie de otras células. Las células reaccionan solamente a un mensaje extracelular particular si expresan receptores que reconocen
específicamente y se unen a la molécula mensajera (fase 2). La molécula que se une al receptor recibe el nombre de ligando. Tipos diferentes de células
poseen receptores peculiares en número diverso, que les permiten reaccionar a distintos mensajeros extracelulares. Incluso células que poseen un receptor
específico pueden reaccionar de manera muy diferente al mismo mensajero extracelular.
El envío y recepción de señales en la célula inicia con la liberación de una molécula mensajera por parte de ella, que se ocupa de enviar mensajes a otras
células corporales. El entorno extracelular contiene cientos de moléculas informativas diferentes que van desde compuestos pequeños como esteroides y
neurotransmisores, pasando por hormonas proteínicas solubles, pequeñas (como el glucagón y la insulina) hasta glucoproteínas enormes unidas a la
superficie de otras células. Las células reaccionan solamente a un mensaje extracelular particular si expresan receptores que reconocen específicamente y se
unen a la molécula mensajera (fase 2). La molécula que se une al receptor recibe el nombre de ligando. Tipos diferentes de células poseen receptores
peculiares en número diverso, que les permiten reaccionar a distintos mensajeros extracelulares. Incluso células que poseen un receptor específico pueden
reaccionar de manera muy diferente al mismo mensajero extracelular, por diferentes proteínas intracelulares que tienen como tarea intervenir en las
respuestas de los dos tipos de células mencionadas. Por lo expuesto, el tipo de actividades que desarrollan las células depen de de los estímulos que reciben
y de la “maquinaria” intracelular que posee en el momento particular de su existencia.
En casi todos los casos, la molécula mensajera extracelular se une a un receptor en la superficie exterior de la célula reaccionante; dicha interacción induce a
un cambio de conformación en el receptor que hace que la señal se retransmita a través de la membrana, al dominio citoplásmico del receptor (fase 3). Una
vez que ha llegado a la superficie interna de la membrana plasmática, hay dos vías principales por las cuales se transmite la señal al interior de la célula,
donde induce la respuesta adecuada. La vía particular que tome depende del tipo de receptor que se active.
Un tipo de receptor transmite una señal del dominio citoplásmico a una enzima cercana (paso 4), la cual genera un segundo mensajero (paso 5). Como esto
induce (efectúa) una reacción celular mediante la generación de un segundo mensajero, la enzima se conoce como efector. Los segundos mensajeros son
sustancias pequeñas que casi siempre activan (o inactivan) proteínas específicas. Según sea su estructura química, un segundo mensajero puede difundirse
por el citosol o permanecer incrustado en la bicapa lipídica de la membrana.
Otro tipo de receptor transmite una señal mediante la transformación de su dominio citoplásmico en una estación de reclutamiento para las proteínas de
señalización celular (paso 4a). Las proteínas interactúan entre sí o con componentes de una membrana celular mediante tipos específicos de dominios de
interacción.
Los resultados son semejantes, transmita la señal un segundo mensajero o lo haga por reclutamiento proteínico; se activa una proteína colocada en el punto
más alto de la vía de señalización intracelular (fase 6). Las vías de señalización constituyen las “supercarreteras” informativas de las células. Cada vía consiste
en una serie de proteínas peculiares que operan en sucesión (fase 7). Casi todas las “proteínas señalizadoras” poseen múltiples dominios que les permiten
interactuar en forma dinámica con diferentes “equivalentes” de manera simultánea o seriada. Muchas proteínas señalizadoras también contienen dominios
catalíticos, reguladores o de ambos tipos, que les permiten tener una función más activa en la vía de señales. De manera típica, cada proteína en la vía de
señalización actúa al modificar la conformación de proteínas ulteriores de la serie (o “corriente abajo”) fenómeno que activa o inhibe tal proteína
Al final, las señales transmitidas por estas vías de señalización llegan a las proteínas blanco (paso 8) que intervienen en procesos celulares básicos (paso 9).
De acuerdo con el tipo de célula y de mensaje, la respuesta iniciada por la proteína blanco puede precipitar un cambio en la expresión génica, una alteración
en la actividad de las enzimas metabólicas, una nueva configuración del citoesqueleto, un aumento o descenso de la movilidad celular, un cambio de la
permeabilidad iónica, activación de la síntesis del DNA (ácido desoxirribonucleico) e incluso la muerte de la célula. Virtual mente todas las actividades que
realiza la célula están reguladas por señales que se originan en la superficie celular. Este proceso general, en el que la información propagada por moléculas
mensajeras extracelulares se traduce en cambios que ocurren dentro de una célula, se conoce como transducción de señal.
Por último, la señalización debe terminarse. Esto es importante porque las células deben responder a nuevos mensajes. El primer paso consiste en eliminar
la molécula mensajera extracelular. Para hacerlo, ciertas células producen enzimas extracelulares que destruyen mensajeros extracelulares específicos. En
otros casos, los receptores activados se interiorizan. Una vez dentro de la célula, el receptor puede degradarse junto con su ligando, lo cual atenúa la
sensibilidad de la célula a los estímulos subsecuentes.
Hay muchas moléculas que pueden funcionar como portadoras extracelulares de información. Entre ellas se incluyen: Aminoácidos y derivados de
aminoácidos. Los ejemplos incluyen glutamato, glicina, acetilcolina, adrenalina, dopamina y hormona tiroidea. Estas moléculas actúan como
neurotransmisores y hormonas. Gases, como NO y CO. Los esteroides, que se derivan del colesterol. Las hormonas esteroideas regulan la diferenciación
sexual, el embarazo, el metabolismo de los carbohidratos y la excreción de iones sodio y potasio. Eicosanoides, son moléculas no polares que contienen 20
carbonos derivados de un ácido graso llamado ácido araquidónico. Los eicosanoides regulan diversos procesos, como el dolor, la inflamación, la presión
sanguínea y la coagulación de la sangre. Existen varios fármacos que están disponibles sin prescripción médica y son empleados para tratar cefaleas e
inflamación, éstos inhiben la síntesis de los eicosanoides. Una gran variedad de polipéptidos y proteínas. Algunos de éstos se encuentran como proteínas
transmembrana en la superficie de una célula que interactúa (pág. 251). Otros son parte de la matriz extracelular o se relacionan con ella. Por último, una
gran cantidad de proteínas se excreta hacia el ambiente extracelular, donde participa en la regulación de procesos como la división celular, la diferenciación,
la reacción inmunitaria o la muerte y supervivencia de las células.
Cuando un ligando se une a un receptor de superficie celular, el dominio intracelular del receptor (la región que se encuentra al interior de la célula) cambia
de algún modo. En general adopta una forma nueva que puede activarlo como una enzima o que le permite unirse a otras moléculas. Los cambios en el
receptor ponen en marcha una serie de pasos en la señalización. Por ejemplo, el receptor puede activar a otra molécula señalizadora dentro de la célula, la
cual a su vez activa a su propio objetivo. Esta reacción en cadena puede conducir finalmente a un cambio en las características o el comportamient o de la
célula.
Debido a que el flujo de información es direccional, el término corriente arriba con frecuencia se usa para describir las moléculas y los sucesos que se
presentan primero en la cadena de transmisión, mientras que corriente abajo se usa para describir los que vienen después (en relación a una molécula
específica de nuestro interés). Muchas vías de transducción de señales amplifican la señal inicial, de manera que una molécula de ligando puede producir la
activación de muchas moléculas diana corriente abajo.
Las moléculas que transmiten una señal por lo general son proteínas. Sin embargo, las moléculas no protéicas, como los iones y los fosfolípidos, también
pueden jugar papeles importantes. Las proteínas pueden activarse o desactivarse de varias maneras. Una de las formas más comunes para alterar la
actividad de una proteína es la adición de un grupo fosfato a uno o más sitios de la proteína, un proceso llamado fosforilación. Los grupos fosfato no se
pueden pegar a cualquier parte de una proteína. Usualmente se unen a alguno de los tres aminoácidos que tiene grupos hidroxilo (-OH) en sus cadenas
laterales: tirosina, treonina y serina. La transferencia de un grupo fosfato es catalizada por una enzima llamada quinasa (fosforilan AA con oxhidrilos en sus
grupos R) y las células tienen muchas quinasas diferentes que fosforilan a diferentes moléculas diana. La fosforilación a menudo actúa como un interruptor,
pero sus efectos varían dependiendo de las proteínas. A veces, la fosforilación hace que la proteína sea más activa (al aumentar la catálisis o permitir que se
una a otra molécula, por ejemplo). En otros casos, la fosforilación puede desactivar la proteína o hacer que se descomponga. En general, la fosforilación no
es permanente. Las células tienen enzimas llamadas fosfatasas que devuelven a las proteínas a su estado no fosforilado al quitarles un grupo fosfato.
Las vías pueden, y con frecuencia lo hacen, interactuar unas con otras. Cuando las vías interactúan, básicamente permiten a la célula realizar operaciones
lógicas y "calcular" la mejor respuesta a múltiples fuentes de información. Por ejemplo, es posible que se requieran señales de dos diferentes vías para
activar una respuesta, lo que es semejante a la operación lógica "Y". De manera alternativa, si cualquiera de la dos vías puede disparar la misma respuesta,
será como realizar la operación lógica "O". Otra fuente de complejidad en la señalización es que la misma molécula señalizadora puede producir diferentes
resultados según qué moléculas están presentes en la célula. Por ejemplo, el ligando acetilcolina produce efectos opuestos en el músculo esquelético y en el
músculo cardíaco porque estos tipos de células producen diferentes tipos de receptores de acetilcolina que desencadenan distintas vías.
Muchas vías de señalización producen una respuesta celular que implica un cambio en la expresión génica. La expresión génica es el proceso mediante el
cual la célula usa la información de un gen para sintetizar un producto funcional, generalmente una proteína. Involucra dos pasos importantes: transcripción
y traducción. Las vías de señalización pueden afectar cualquiera de los dos pasos para alterar la cantidad de una proteína específica producida por la célula.
Transducción de señales: Proceso por el cual una señal extracelular es convertida en una respuesta celular. Características:
▪Especificidad: se da entre la molécula señal y el receptor, en los transductores de señales, y en las proteínas efectoras. ▪Amplificación: Se da cuando una
molécula señal desencadena la activación de varios segundos mensajeros y proteinas efectoras. ▪Apagado-Adaptación: Se refiere a la disminución o
interrupción de una señal y ocurre en toda la instancia de transducción, ya sea en la unión molécula-receptor, como en la desactivación de transductores o
efectores. ▪Integración: Múltiples señales -> respuesta unificada y apropiada (dependiente del receptor, transductores, efectores y tipo celular). La
desensibilización/adaptación hace referencia a los mecanismos que se llevan a cabo para disminuir la respuesta a un estímulo después de una sobre-
exposición (presencia continua del ligando), por inactivación, secuestro, degradación del receptor, incluido la producción de proteínas inhibidoras del mismo.
b)
Clasifique las moléculas señal según su naturaleza química y los receptores según su localización y estructura.
Las moléculas señal pueden ser desde proteínas, péptidos, aminoácidos, nucleótidos, esteroides, derivados de ácidos grasos o incluso gases.
Por lo general las de señalización extracelular pertenecen a 2 clases: La primera clase la más amplia corresponde a moléculas que son demasiado grandes o
hidrófilas para atravesar la membrana plasmática de la célula diana. Estas moléculas se unen a receptores de la superficie de las células diana para
transmitir sus mensajes a través de la membrana, es decir a receptores de membrana.
La segunda clase más pequeña consiste en moléculas lo suficientemente pequeñas o hidrófobas como para deslizarse con facilidad a través de la membrana
plasmática. Una vez en el interior estas moléculas señalizadores suelen activar enzimas o unirse a proteínas receptoras intracelulares que regulan la
expresión génica.
Una clase importante de moléculas señalizadoras que se unen a receptores intracelulares son las hormonas esteroideas muchas de ellas son derivadas del
colesterol como el cortisol el estradiol y la testosterona. Además, existen las hormonas tiroideas, que son hidrófobas y atraviesan la membrana plasmática
mediante difusión simple.
La unión de la hormona esteroide al receptor intracelular adecuado induce un cambio de conformación del receptor el cual le permite liberarse de proteínas
inhibitorias y esto hace que este complejo hormona-receptor activado se traslade al núcleo. Una vez en el núcleo el complejo hormona-receptor activado se
une a las regiones reguladoras del gen diana y activa o reprime la
transcripción. Existen 2 tipos de respuestas a hormonas esteroideas: En la respuesta primaria o temprana el complejo hormona-esteroide receptor
intracelular activa genes de respuesta primaria induciendo la síntesis de proteínas las cuales se llaman de respuesta primaria. En la respuesta secundaria o
tardía, estas proteínas a su vez pueden inhibir o inducir la transcripción de genes de respuesta secundaria es decir producen proteínas de respuesta
secundaria de forma indirecta.
Por otro lado, la gran mayoría de las moléculas señalizadoras son muy grandes o hidrofílicas para atravesar la membrana plasmática y entonces se unen a
receptores de la superficie celular. La proteína receptora realiza el primer paso de la traducción de señales, se le une la señal extracelular lo que genera
como respuesta nuevas señales intracelulares. Por lo general el proceso de señalización intracelular resultante actúa como una carrera de relevo molecular
en la que el mensaje es pasado corriente abajo de una molécula de señalización intracelular a otra, cada una de las cuales activa o genera la siguiente
molécula señalizadora de la vía, hasta que se activa una enzima metabólica, el citoesqueleto adopta una nueva configuración o un gen es activado o
desactivado. Este resultado final se denomina respuesta celular.
Los receptores son de muchos tipos, pero pueden dividirse en dos categorías principales: receptores intracelulares, que se en cuentran dentro de la célula
(en el citoplasma o en el núcleo) y receptores de la superficie celular, que se localizan en la membrana plasmática. Se unen al ligando con alta especificidad,
mediante interacciones debiles, no covalentes, y son saturables.
Los receptores intracelulares son proteínas receptoras que se encuentran al interior de la célula, generalmente en el citoplasma o en el núcleo. En la
mayoría de los casos, los ligandos de los receptores intracelulares son moléculas pequeñas e hidrofóbicas (que odian el agua), ya que deben poder cruzar la
membrana plasmática para alcanzar a sus receptores. Por ejemplo, los receptores principales de las hormonas esteroideas hidrofóbicas, como las hormonas
sexuales estradiol (un estrógeno) y testosterona, son intracelulares. Cuando una hormona entra a una célula y se une a su receptor, hace que este cambie
de forma, lo que permite que el complejo receptor-hormona entre al núcleo (si no se encontraba ya ahí) y regule la actividad génica. La unión de la hormona
expone regiones del receptor que pueden unirse a secuencias específicas del ADN. Estas secuencias se encuentran junto a ciertos genes en el ADN celular y,
cuando el receptor se une ellas, altera sus niveles de transcripción. Muchas vías de señalización, que involucran tanto receptores intracelulares como de
superficie celular, producen cambios en la transcripción de los genes. Sin embargo, los receptores intracelulares son únicos porque provocan dichos cambios
de manera directa, al unirse al ADN y alterar la transcripción por sí mismos.
Los receptores de superficie celular son proteínas ancladas a la membrana que se unen al ligando en la parte exterior de la célula. En este tipo de
señalización, el ligando no necesita cruzar la membrana plasmática. De este modo, muchos tipos de moléculas (incluyendo a las grandes moléculas
hidrofílicas "que aman el agua") pueden actuar como ligandos. Un receptor de superficie celular típico tiene tres diferentes dominios o regiones protéicas:
un dominio extracelular ("fuera de la célula") que se puede unir al ligando, un dominio hidrofóbico que se extiende a través de la membrana y un dominio
intracelular ("dentro de la célula") que transmite la señal. El tamaño y la estructura de estas regiones puede variar mucho de acuerdo al tipo de receptor y la
región hidrofóbica puede constar de varios tramos de aminoácidos que entrecruzan la membrana. Hay 3 clases principales de receptores en la superficie
celular:
(1) Los receptores acoplados con canales iónicos permiten un flujo de iones a través de la membrana que cambia el potencial de membrana y genera una
corriente eléctrica. De todos los tipos de receptores de la superficie celular los receptores acoplados a canales iónicos también llamados canales iónicos
regulados por ligando actúan de la manera más simple y directa estos receptores son responsables de la transmisión rápida de señales a través de la sinapsis
del sistema nervioso, por ejemplo. Traducen una señal química en forma de un pulso de neurotransmisor enviado al exterior de la célula diana en una señal
eléctrica en forma de un cambio de voltaje a través de la membrana plasmática de la célula diana. Cuando se unen al neurotransmisor este tipo de receptor
modifica su conformación de manera de abrir o cerrar un canal iónico de la membrana plasmática lo que posibilita el flujo de determinados tipos de iones
como sodio potasio calcio o cloruro. Impulsados por sus gradientes electroquímicos los iones se precipitan hacia el interior o hacia el exterior de la célula lo
que genera un cambio del potencial de membrana en alrededor de un milisegundo. Este cambio de potencial puede desencadenar un impulso nervioso o
facilitar o dificultar qué otros neurotransmisores lo hagan.
(2) Los receptores acoplados a proteínas g activan proteínas de unión a GTP trimérica unidas a la membrana llamadas proteínas g que después activan una
enzima o un canal iónico de la membrana plasmática lo cual desencadena una cascada de otros efectos Los receptores acoplados a proteínas g constituyen
la familia más grande de receptores de la superficie celular. Estos receptores median las respuestas a una enorme diversidad de molécula de señalización
extracelular entre ellas hormonas, mediadores locales, y neurotransmisores. Estos receptores están compuestos por una sola ca dena polipeptídica que
atraviesa la membrana 7 veces. Las proteínas que, acopladas a estos receptores, están compuestas por 3 unidades proteicas por un lado alfa con actividad
GTPasa y por el otro lado βγ (beta gamma). La unión de una señal extracelular al receptor modifica su conformación lo que a su vez modifica la
conformación de la proteína g unida él. La alteración de la subunidad alfa de la proteína g le permite intercambiar su GDP por GTP. Este intercambio
desencadena un cambio conformacional que activa tanto la subunidad alfa como al complejo βγ, que ahora pueden interactuar con sus proteínas diana
preferidas en la membrana plasmática. (1) Cuando una subunidad alfa activada se une a su proteína diana produce su activación o su desactivación.
(Subunidad alfa activa, la beta gamma también puede activar proteínas diana) (2) Mientras las dos permanecen en contacto en el término de segundos la
subunidad alfa hidroliza su GTP. (3) Se desactiva la subunidad alfa y la disocia de su proteína diana (4) La subunidad α (alf a) se reasocia con el complejo beta
gamma y vuelve a formar una proteína g inactiva, desde este momento la proteína g está lista para acoplarse a otro receptor activado. Las proteínas diana
de la proteína g activada pueden ser canales iónicos o enzimas. Veamos en primer lugar un ejemplo de canal iónico activado por este mecanismo. La
acetilcolina es un neurotransmisor cuando la acetilcolina se libera por un grupo de fibras nerviosas dentro del corazón se une a un receptor acoplado a
proteína g en la superficie de las células del músculo cardíaco, produciendo la activación de dicha proteína g. En este caso el complejo beta gamma activado
abre un canal de potasio de la membrana plasmática de la célula cardíaca lo que permite que el potasio abandone la célula con la consiguiente disminución
de su excitabilidad y por lo tanto el consecuente enlentecimiento de la frecuencia cardíaca. La desactivación de la subunidad alfa por hidrólisis del GTP unido
a ella regresa a la proteína G a su estado inactivo lo que permite el cierre del canal de potasio. Por otro lado, enzimas como adenilato ciclasa y la fosfolipasa
c son moléculas diana de la proteína g activada. En este caso la activación de estas enzimas cataliza la síntesis de moléculas de señalización intracelulares
pequeñas llamadas segundos mensajeros. Como cada enzima activada genera muchas moléculas de estos segundos mensajeros la señal se amplifica mucho
en este paso de la vía. Los segundos mensajeros que se unen a proteínas de señalización específica de las células e influyen en su actividad transmiten la
señal.
(3) Los receptores acoplados a enzimas actúan ellos mismos como enzimas o se asocian con enzimas en el interior de la célula. Cuando son estimuladas, las
enzimas activan diversas vías de señalización intracelular. Muchas señales extracelulares que actúan a través de receptores acoplados a proteínas g inciden
en la actividad de la enzima adenilato ciclasa y como consecuencia modifican la concentración del segundo mensajero AMP cíclico dentro de la célula. El
amp cíclico ejerce la mayoría de sus efectos por la activación de la enzima proteína kinasa a o PKA. La PKA activada modifica la actividad de otras proteínas
intracelulares por fosforilación. 2 ejemplos: - Cuando estamos asustados la glándula suprarrenal libera la hormona adrenalina al torrente sanguíneo cuando
esta hormona se une a su receptor en la membrana plasmática de la célula muscular esquelética se activa la proteína g la cual activa la adenilato ciclasa con
el consiguiente aumento de los niveles de amp cíclico y la activación de la PKA. Esta PKA activa una fosforilasa quinasa aquí representada en verde y ésta a
su vez activa la glucógeno fosforilasa con la consecuente degradación de glucógeno en glucosa la cual se encuentra entonces disponible como combustible
para la contracción muscular. - En otro ejemplo la unión de la adrenalina a su receptor acoplado a proteína g puede activar la enzima adenilato-ciclasa y
aumentar la concentración intracelular de AMP cíclico. En el citosol el AMP cíclico activa la PKA que se traslada al núcleo y fosforila determinados
reguladores de la transcripción una vez fosforilados estas proteínas estimulan la transcripción de un grupo completo de genes diana. Este tipo de vía de
señalización controla muchos procesos celulares desde la síntesis de hormonas por las células endocrinas, hasta la producción de proteínas relacionadas con
la memoria de largo plazo en el cerebro. Otra de las enzimas diana de la proteína g activada es la fosfolipasa c. Una vez activada la fosfolipasa c degrada una
molécula lipídica que es un componente de la membrana plasmática generando dos segundos mensajeros inositol trifosfato o IP3 y diacilglicerol o DAG. El
IP3 que es hidrosoluble difunde hacia el citosol, mientras que el DAG queda incluido en la membrana plasmática. El IP3 liberado hacia el citosol se une a
canales de calcio en la membrana del retículo endoplasmático y los abre con el consiguiente aumento de calcio citosólico. Este calcio es una señal de
activación para diversas proteínas. Por otro lado, el DAG permanece en la membrana plasmática y junto con el calcio ayuda a activar la enzima proteína
kinasa c que es reclutada desde el citosol a la cara citosólica libre de la membrana plasmática, después la PKC fosforila su propio conjunto de proteínas
intracelulares lo que propaga aún más la señal. Al igual que los receptores acoplados a proteína g que acabamos de ver, los receptores acoplados a enzimas
son proteínas transmembrana que presentan sus dominios de unión al ligando en la superficie externa de la membrana plasmática. Sin embargo, en lugar de
asociarse con una proteína g el dominio citoplasmático del receptor actúa por sí mismo como una enzima o forma un complejo con otra proteína que actúa
como una enzima. Su molécula señal son mediadores locales que pueden actuar en concentraciones muy bajas. Estos receptores están involucrados - En el
crecimiento, - la diferenciación, - la supervivencia y, - La migración celular. En el mecanismo de acción de estos receptores, un dímero de la molécula señal
induce que dos moléculas receptoras se acerquen entre sí en la membrana y formen un dímero. El contacto entre las porciones intracelulares de los 2
receptores adyacentes activa la función de kinasa y cada receptor fosforila al otro, produciendo un receptor tirosina kinasa activo. Después las tirosinas
fosforiladas del receptor actúan como sitios de unión para una gran variedad de proteínas de señalización intracelular las cuales son a su vez fosforiladas y
activadas.
Existen 3 proteínas diana de los receptores tirosina kinasa activados. - La proteína Ras, - la fosfoinositida 3- kinasa (PI3K) y - la Jak- STAT. La gran mayoría de
los receptores tirosina kinasa activados tienen como proteína diana una pequeña proteína llamada Ras unida por medio de una cola lipídica a la cara
citoplasmática de la membrana plasmática. Ras es una GTPasa monomérica es decir se asemeja a la subunidad alfa de la proteína g y actúa de manera muy
similar a ella. Es decir, es activa cuando está unida a GTP e inactiva cuando está unida a GDP. En su estado activo Ras promueve la activación de una cascada
de fosforilación en la que una serie de proteínas kinasas se fosforilan y se activan entre si consecutivamente como en un juego de dominó intracelular. Este
sistema de transmisión que transporta la señal desde la membrana plasmática al núcleo incluye un módulo de 3 kinasas denominado cascada de
señalización de MAPkinasas, en honor a la kinasa final de la cadena la proteína kinasa activada por mitógeno o MAPkinasa. Cabe recordar que los mitógenos
son moléculas de señalización extracelular que estimula la proliferación celular al final de la cascada de MAPkinasa esta enzima fosforila diversas proteínas
efectoras incluidos ciertos reguladores de la transcripción lo que modifica su capacidad para controlar la transcripción de genes. Este cambio del patrón de
expresión génica puede estimular la proliferación celular promover la supervivencia de la célula o inducir su diferenciación. Es importante destacar que
alrededor del 30% de los cánceres humanos contienen un tipo de mutación activadora en los genes ras o en algunos de los genes cuyos productos
pertenecen a la misma vía de señalización que Ras. Otra de las proteínas diana de los receptores tirosina-kinasa activados es la fosfoinositida 3 kinasa o PI3K
en este caso una señal extracelular de supervivencia activa un receptor tirosina-kinasa el cual recluta y activa a PI3K, después esta enzima fosforila un
fosfolípido de inositol asociado a la membrana, el fosfolípido de inositol fosforilado resultante atrae proteínas de señalización intracelular que tienen un
dominio especial que lo reconoce. Una de estas proteínas de señalización es AKT, qué es una proteína kinasa activada en la membrana por fosforilación
mediada por otras 2 proteínas kinasas, proteína kinasa 1 y 2. Una vez activada la AKT es liberada de la membrana plasmática y promueve la supervivencia
celular, una manera de hacerlo consiste en fosforilar y desactivar una proteína llamada Bad. En su forma no fosforilada Bad promueve la apoptosis que es
una forma de muerte celular al unirse e inhibir a una proteína denominada BCL-2 que normalmente suprime la apoptosis. Al ser fosforilada por AKT, Bad
libera BCL-2 que ahora bloquea la apoptosis, lo que promueve la supervivencia de la célula. Finalmente, otra de las proteínas diana de los receptores tirosina
kinasa activados es la vía de Jak-STAT en este caso los receptores no tienen actividad tirosina kinasa intrínseca y por lo tanto se deben asociar a kinasas
citoplasmáticas llamadas Jak. Un ejemplo de este tipo de señalización es la de la hormona prolactina la cual estimula la producción de leche. La unión de la
prolactina a sus receptores acoplados a enzimas hace que las tirosina-kinasas asociadas en este caso Jak 1 y 2 se fosforilen y activen entre sí. Después las Jak
activadas fosforilan las proteínas receptoras. A su vez unas proteínas llamadas STAT que son reguladores de la transcripción, que están presentes en el
citosol son unidos después a las fosfotirosina del receptor y las Jak los fosforilan y activan también estas proteínas. Las STAT activadas se disocian de las
proteínas receptoras, se dimerizan y migran al núcleo. Allí con la ayuda de otros reguladores de la transcripción activan la transcripción de genes que
codifican las proteínas de la leche. Finalmente, a modo de resumen podemos decir que en este seminario hemos descrito varias vías importantes en la
transmisión de una señal de la superficie celular hacia el interior de la célula. En este esquema se comparan 5 de estas vías . - Las vías de los receptores
acoplados a proteínas g a través del adenilato ciclasa y la fosfolipasa c y - las vías de los receptores tirosina- kinasa a través de la fosfolipasa c, de Ras y de
PI3K. Cada vía difiere de las demás, aunque utilizan componentes comunes para transmitir sus señales. Como todas estas vías finalmente activan proteínas
kinasas parece que cada uno es capaz en principio de regular casi cualquier proceso de la célula. Es importante destacar que la complejidad de la
señalización celular es mucho mayor de la que se ha descripto. No se ha descripto aun la manera de interactuar de las principales vías de señalización, ésta
se conecta mediante interacciones de muchas clases entre los vínculos más extensos son mediados por las proteínas kinasas presentes en cada una de las
vías. A menudo estas kinasas se fosforilan y por lo tanto regulan componentes de otras vías de señalización, además de los componentes de la vía a la que
pertenece. Así existe cierto grado de intercomunicación entre las distintas vías y de hecho entre casi todos los sistemas de control de la célula.
c)
¿Qué es un segundo mensajero? Mencione ejemplos y ventajas de su participación en la transducción de señales.
Los segundos mensajeros son moléculas de señalización intracelular liberadas por la célula en respuesta a los primeros mensajeros, que son moléculas de
señalización extracelular.
Primeros mensajeros (ligandos): Factores extracelulares, Hormonas, Neurotransmisores, Epinefrina, Hormona del crecimiento, Serotonina.
Categorías de segundos mensajeros y sus funciones específicas:
Nucleótidos cíclicos y otras moléculas solubles: señal dentro del citosol, Monofosfato de adenosina cíclico (cAMP, por sus siglas en inglés), Monofosfato de
guanosina cíclico (cGMP, por sus siglas en inglés).
Mensajeros lipídicos: se originan dentro de las membranas celulares, Diacilglicerol (DAG), Trifosfato de inositol (IP
3
), Fosfatidilinositol (3,4,5)-trifosfato (PIP
3
).
Iones: señal dentro y entre compartimentos celulares, Calcio (Ca), Mg.
Gases y radicales libres: pueden enviar señales a través de la célula e incluso a las células vecinas: NO, CO, Sulfuro de hidrógeno (H
2
S)
Los segundos mensajeros pueden desencadenar múltiples funciones, que incluyen: Proliferación, Diferenciación, Migración, Supervivencia, Apoptosis.
Aunque las proteínas son importantes en las vías de transducción de señales, otros tipos de moléculas pueden participar también. Muchas vías
involucran segundos mensajeros, moléculas no proteicas que pasan la señal iniciada por la unión de un ligando (el "primer mensajero") a su receptor.
Entre los segundos mensajeros se incluyen los iones Ca2+; el AMP cíclico (AMPc), un derivado del ATP; y el inositol fosfato, que está compuesto de
fosfolípidos.
Los iones calcio son un tipo de segundo mensajero ampliamente utilizado. En la mayoría de las células, la concentración de iones calcio (Ca2+) en el citosol
es muy baja, ya que las bombas de iones en la membrana plasmática trabajan continuamente para sacarlos de la célula. Para propósitos de señalización,
los Ca2+ pueden almacenarse en compartimientos como el retículo endoplásmico.
En las vías que usan iones calcio como segundos mensajeros, los pasos de señalización corriente arriba liberan un ligando que se une a los canales de iones
calcio activados por ligando y los abre. Estos canales se abren y permiten que los niveles altos de Ca2+ presentes al exterior de la célula (o dentro de los
compartimientos de almacenamiento intracelulares) entren hacia el citoplasma, lo que eleva la concentración de Ca2+ citoplásmico.
Algunas proteínas en la célula tienen sitios de unión para los iones Ca2+. Los iones liberados se unen a dichas proteínas, lo que cambia su forma (y con ello,
su actividad). Las proteínas presentes y la respuesta producida son diferentes en distintos tipos de células.
Otro segundo mensajero utilizado en muchos tipos de células diferentes es el monofosfato de adenosina cíclico (AMP cíclico o AMPc), una pequeña
molécula derivada del ATP. En respuesta a las señales, una enzima llamada adenilato ciclasa convierte el ATP en AMPc al quitarle dos fosfatos y unir el
fosfato restante al azúcar para formar un anillo. Una vez generado, el AMPc puede activar una enzima llamada proteína quinasa A (PKA), lo que le permite
fosforilar a sus objetivos y transmitir así la señal. La proteína quinasa A se encuentra en varios tipos de células y tiene diferentes proteínas diana en cada
una. De este modo, el mismo segundo mensajero AMPc puede generar respuestas diferentes en contextos distintos. La señalización por AMPc se apaga con
la acción de unas enzimas llamadas fosfodiesterasas, las cuales rompen el anillo del AMPc y lo convirten en monofosfato de adenosina (AMP).
Los fosfolípidos llamados fosfatidilinositoles, pueden fosforilarse y dividirse por la mitad, lo que libera dos fragmentos que actúan como segundos
mensajeros.
Un lípido en este grupo que es particularmente importante en la señalización es el PIP2. En respuesta a una señal, una enzima llamada fosfolipasa C divide
(corta) el PIP2 en dos fragmentos, DAG e IP3. Ambos fragmentos pueden actuar como segundos mensajeros.
El DAG permanece en la membrana plasmática y activa una molécula diana llamada proteína quinasa C (PKC), lo que le permite fosforilar a su vez sus
propios objetivos. El IP3 se difunde hacia el citoplasma y se une a los canales de calcio activados por ligando del retículo endoplásmico, lo que libera Ca2+
que continúa la cascada de señales.
Los receptores de superficie celular son proteínas ancladas a la membrana que se unen al ligando en la parte exterior de la célula. En este tipo de
señalización, el ligando no necesita cruzar la membrana plasmática. De este modo, muchos tipos de moléculas (incluyendo a las grandes moléculas
hidrofílicas "que aman el agua") pueden actuar como ligandos.
Un receptor de superficie celular típico tiene tres diferentes dominios o regiones protéicas: un dominio extracelular ("fuera de la célula") que se puede unir
al ligando, un dominio hidrofóbico que se extiende a través de la membrana y un dominio intracelular ("dentro de la célula") que transmite la señal. El
tamaño y la estructura de estas regiones puede variar mucho de acuerdo al tipo de receptor y la región hidrofóbica puede constar de varios tramos de
aminoácidos que entrecruzan la membrana.
Los sistemas de transducción de señales basados en segundos mensajeros presentan varias ventajas: i) Los segundos mensajeros son pequeñas moléculas
intracelulares de bajo peso molecular, por lo que pueden difundir rápidamente por el interior celular, ii) su concentración depende de actividades
enzimáticas de síntesis y degradación, lo que permite respuestas inmediatas y iii) permiten la amplificación de la señal orig inal, pudiendo generar respuestas
celulares contundentes a partir de pequeños estímulos.
d)
¿A qué se denominan vías rápidas y vías lentas de TS?
La respuesta de una célula a una señal puede ser rápida o lenta. El tiempo que se toma una célula para responder una señal extracelular puede variar mucho
según lo que deba suceder una vez recibido el mensaje. Algunas señales extracelulares actúan con rapidez: la acetilcolina, puede estimular la contracción del
músculo esquelético en el término de milisegundos y la secreción salival más o menos en un minuto. Esta respuesta rápida es posible porque, en estos
casos, la señal afecta la actividad de las proteínas y otras moléculas que ya están presentes dentro de la célula diana, y que aguardan órdenes para
movilizarse. Otras respuestas demandan mayor tiempo. El crecimiento y la división celular, cuando son desencadenados por las moléculas señalizadoras
apropiadas, pueden tardar horas en ser ejecutados. Esto se debe a que la respuesta a estas señales extracelulares requiere cambios de la expresión génica y
producción de nuevas proteínas.
Las respuestas pueden ser RÁPIDAS(segundos, minutos)-> Si se altera una proteína ya existente, o LENTA(horas, días)-> Si se produce un alteración en la
síntesis de proteínas.
e)
Mencione ejemplos de proteínas cuya actividad se modifica en respuesta a: insulina, glucagón y adrenalina indicando el órgano en el cual se
encuentra dicha proteína.
El receptor de insulina desencadena más de una vía, en el que podemos ubicar un complejo SNARE (proteína de membrana de interacción con el
citoesqueleto), un receptor del TNF (factor de necrosis tumoral), y flechas que unen una cosa con otra denominadas conversación cruzada o cross top e/ las
distintas vías de señalización. Esas vías que se interrelacionan entre si es lo que da tantos tipos diferentes de respuestas en los distintos tipos celulares, o en
un mismo tipo celular bajo distintas condiciones fisiológicas.
Secretamos insulina cuando aumenta la glucemia, la cual aumenta con la ingesta de alimentos principalmente rica en hidratos de carbono. Las células β del
páncreas liberan insulina, esta lleva una señalización endócrina y tiene sus órganos blanco: el adipocito, los hepatocitos y el músculo esquelético. En cada
uno va a tener una respuesta diferente: En tejido adiposo y en músculo esquelético (tejidos con mayoritarios en peso que tenemos en el organismo) va a
promover la captación de la glucosa para que baje la glucemia, generalmente de manera rápida por el peso de dichos tejidos. En el hígado va a ver síntesis
de macromoléculas, específicamente de lípidos a partir de los glúcidos de sobra en circulación en esa situación post-prandial. En el caso del ayuno, baja la
glucemia porque se sigue consumiendo la glucosa en circulación y las células α del páncreas liberan glucagón que por vía endócrina da su mensaje a los
mismos órganos. Respuestas: En el tejido de adiposo va a promover la liberación de ácidos grasos para obtener energía. En el hígado va a haber producción
y liberación de glucosa para poder mantener la glucemia. El músculo no se involucra ya que no puede liberar glucosa, y además no tiene receptores de
glucagón.
La adrenalina es segregada en períodos de alerta, en respuesta de pelea y huida. Va a haber en el tejido adiposo liberación de ácidos grasos (combustible).
En el hígado producción y liberación de glucosa (combustible). En el músculo degradación de glucógeno (porque ante dicha respuesta va a necesitas
movilizarse). El músculo aparte de precisar combustible precisa O2, por eso evidenciamos broncodilatación, contractibilidad y excitabilidad cardíaca
favoreciendo la llegada de oxígeno al músculo.
Si tenemos un aumento de AMPc vamos a estimular la degradación de glucógeno e inhibir la síntesis de glucógeno (polisacárido de reserva en hígado y
musculo). La protein-quinasa activa (PKA) va a fosforilar la glucógeno-fosforilasa-quinasa (GPK) y activada va a fosforilar a la glucógeno fosforilasa, entonces
se va a degradar el glucógeno a glucosa. Esto se va a dar en períodos de ayuno (señalización por glucagón) o en situaciones de señalización por adrenalina.
Tambien vamos a tener que inhibir la síntesis de glucógeno; cuando la PKA fosforile a la glucógeno sintasa, vamos a tenerla inactiva (o – activa) y, por otro
lado, va a fosforilar al inhibidor (activandolo) de la protein-fosfatasa inhibiéndola para que no active a la glucógeno sintasa.
Cuando tenemos un aumento en la glucemia y decrecen las concentraciones de AMPc, se va a desfoforilar la quinasa con lo cual no va a poder fosforilar a la
GPK y por lo tanto va a estar inactiva. Por otro lado, como la fosfatasa va a estar activa se va a desfosforilar la glucógeno sintasa y a partir de glucosa se va a
sintetizar glucógeno.
EL RECEPTOR INSULÍNICO: Es una glicoproteina transmembrana compleja consistente en 4 subunidades: dos subunidades a del lado extracelular, dos
subunidades b poseen un dominio extracelular, un dominio transmembrana y un dominio intracelular. Las 4 subunidades derivan de un pro-receptor único
codificado por un gen localizado en el cromosoma 19. Las dos subunidades a están unidas entre sí por un puente disulfuro. Además, cada una de las
subunidades a está unida a una subunidad b por un puente disulfuro formando un heterotetrámero. Cuando se activa por la insulina, la parte intracelular de
una de las subunidades b actúa como tirosina-protein kinasa específica. Ambos tipos de subunidades son glicoproteínas cuya parte de carbohidrato juega un
importante papel, ya que la eliminación de galactosa y ácido siálico reduce su afinidad hacia la insulina. La insulina se une a la porción N-terminal de la
subunidad a y al hacerlo ocasiona un cambio conformacional de la subunidad b, cambio que estimula la actividad la actividad kinasa del receptor. La unión
de la insulina a las subunidades a del receptor provoca un cambio conformacional de las subunidades beta, lo que induce la autofosforilización en 6 residuos
de tirosina. La fosforilización de la subunidad beta induce la fosforilización de la proteína IRS-1 (insulin receptor substrate 1). Esta fosforilización induce la
unión covalente de la IRS-1 con otras nuevas proteínas específicas que tienen en común un dominio-SH2. Esta proteínas son: fosfatitidilinositol 3-kinasa
(PI3-kinasa), fosfotirosina fosfatasa (SHPTP2), GRB-2
Otras proteínas SH2. A través de un mecanismo, todavía no bien dilucidado, la PI3-Kinasa activa una proteina de membrana, la proteína transportadora de la
glucosa [GLU] que toma la glucosa del medio extracelular y la transporta al interior de la célula. La GRB-2 no tiene una actividad enzimática intrínseca, pero
une la IRP-1 con la vía metabólica de la Ras. La proteína Ras es una importante proteína implicada en el crecimiento y metabolismo de las células que se
mueve en círculo entre su forma activa unida al GTP y una forma inactiva unida al GDP. La insulina, al actuar sobre la GRB-2 activa esta proteína, la cual a su
vez mediante un factor de intercambio llamado SOS, une la IRS-1 a la Ras (p21ras). La activación de la p21ras resulta finalmente en la activación de una
proteína kinasa mitógeno-activada que es considerada como un factor de transcripción. La fosfotirosina fosfatasa SHPTP2, una vez activada por la
fosforilización de la IRS-1, mediante mecanismos todavía no bien conocidos, induce la fosforilización de proteínas nucleares, lo que a su vez, induce la
síntesis de proteínas y lípidos. Finalmente otras proteínas P-SH2 desencadenan otros procesos que conducen a través de una cascada que implica una
proteín-fosfatasa y una glucógeno-sintasa a la producción de glucógeno. De esta forma, a través de complejos mecanismos todavía no muy bien
dilucidados, la insulina interviene en: activación del transportador de glucosa, activación de factores mitogénicos y de crecimiento, síntesis de proteínas y
lípidos, síntesis de glucógeno.
En el hígado: • Incrementa la actividad y estimula la síntesis de glucokinasa, favoreciendo la utilización de la glucosa. • Aumenta la vía de las pentosas que
aporta NADPH al estimular a la Glucosa-6-fosfato deshidrogenasa. • Aumenta la glucólisis por estimulación de la glucokinasa, fosfofructokinasa I y de la
piruvatokinasa. • Favorece la síntesis de glucógeno estimulando la actividad de la glucógeno sintetasa (GS). La GS existe en estado fosforilado y
desfosforilado, la forma activa está desfosforilada (GSa) y puede ser inactivada a GSb por fosforilación, esto último por acción de una protein kinasa A, la
cual es activada por AMPc. La insulina incrementa la actividad de la GS por desfosforilación de la misma. Además la GS es regulada alostéricamente por la
glucosa-6-fosfato. • Reduce la gluconeogénesis, al disminuir principalmente la síntesis de la fosfo-enol-piruvato-carboxikinasa (PEPCK). • Estimula la síntesis
de proteínas. • Aumenta la síntesis de lípidos, al estimular la actividad de la ATP citrato liasa, acetil-CoAcarboxilasa, “enzima málica” y de la hidroxi-metil-
glutaril-CoA reductasa. • Inhibe la formación de cuerpos cetónicos.
En el tejido muscular: • Estimula la entrada de glucosa (por translocación de los GLUT 4 hacia la membrana). • Aumenta la glucólisis por estimulación de la
fosfofructokinasa I y de la piruvatokinasa. • Estimula la síntesis de glucógeno al estimular la actividad de la GS. • Favorece la entrada de aminoácidos en la
célula y su incorporación a las proteínas, estimula la síntesis e inhibe el catabolismo de proteínas. • Estimula la captación y util ización de los cuerpos
cetónicos. • La insulina estimula la bomba Na+ /K+ lo que favorece la entrada de K+ a las células.
En el tejido adiposo: • Estimula la captación (GLUT 4) y utilización de glucosa por el adipocito. • Aumenta la vía de las pentosas que aporta NADPH al
estimular a la Glucosa-6-fosfato deshidrogenasa. • Favorece la captación de ácidos grasos al estimular a la enzima lipoproteinlipasa 1, que degrada los
triglicéridos contenidos en las lipoproteínas. • Estimula la síntesis de triglicéridos (al promover la glucólisis y la vía de las pentosas) e inhibe los procesos de
lipólisis, por lo que se favorece la acumulación de éstos en los adipocitos.
Las acciones biológicas del glucagón se inician con su unión a un receptor de membrana, que activando la adenilciclasa produce un aumento del AMPc
intracelular que determina la activación de una proteinquinasa que fosforilando enzimas claves pone en marcha todas las acciones biológicas del glucagón.
Además de esta vía a través del AMPc el glucagón determina un aumento del calcio citosólico que activa una proteinaquinasa C. El glucagón tiene un papel
importante como proveedor de glucosa al sistema nervioso central (SNC) en los períodos de ayuno. En el estado no cetósico, los requerimientos de energía
del SNC sólo pueden ser cubiertos por glucosa, sin la cual, la función cerebral se altera y se produce daño celular. Las acciones del glucagón tienen lugar
fundamentalmente en el hígado y tejido adiposo: • Estimula la glucogenólisis: al fosforilar a la fosforilasa b (inactiva) y convertirla en fosforilasa a (activa).
Esta es la enzima limitante de la glucógenolisis. • Inhibe la glucogenogénesis: fosforilando la GSa, por lo que se convierte ésta en la forma b ó inactiva. •
Estimula la gluconeogénesis e inhibe la glucólisis: disminuyendo los niveles intracelulares de fructosa 2-6 difosfato, al fosforilar una enzima bifuncional, que
dependiendo de su estado de fosforilación, puede actuar como: 1) Fosfofructokinasa II que convierte fructosa-6-fosfato en fructosa 2-6 difosfato. 2)
Fructosa 2-6 difosfatasa que invierte la reacción convirtiendo fructosa 2-6 difosfato en fructosa-6- fosfato. La fructosa 2-6 difosfato es un estimulador de la
glucólisis y un inhibidor de la gluconeogénesis. El resultado de la depleción de fructosa 2-6 difosfato es un incremento de la producción de glucosa a partir
de precursores no glucídicos y una disminución del piruvato, sustrato para la lipogénesis. Se ha postulado la existencia de dos tipos de receptores en el
hepatocito, uno acoplado a la fosfodiesterasa de inositol-fosfolípidos y otro a la adenilatociclasa. La otra hipótesis es que existiría un receptor único actuaría
a través de dos mensajeros distintos: AMPc y calcio. • Inhibe la lipogénesis al reducir la concentración de malonil-CoA, el primer producto intermedio de la
lipogénesis. El glucagón reduce los niveles de malonil-CoA por un doble mecanismo: 1. Inhibiendo la glucólisis (limitando la producción de piruvato). 2.
Inhibiendo la acetil-CoA carboxilasa, la cual convierte la acetil-CoA en malonil-CoA. • Favorece la cetosis. La reducción de los valores de malonil-CoA
desinhiben la carnitina-palmitoiltransferasa (CPT), permitiendo que los ácidos grasos sean transportados a las mitocondrias, donde serán oxidados a cuerpos
cetónicos. Los cuerpos cetónicos pueden convertirse así en combustibles del SNC en los estados cetósicos. La secreción coordinada de insulina y glucagón
por el islote determina el mantenimiento de la glucemia.
El receptor del glucagón (GcGR) es una proteína de 7 hélices transmembrana ubicada en la superficie celular, está asociada a proteínas G (GPCR, por sus
siglas en inglés) y se expresa fundamentalmente en hígado, sin embargo pequeñas cantidades se encuentran en riñón, tejido adiposo, linfoblastos, bazo,
páncreas, cerebro, glándula suprarrenal y tracto gastrointestinal30 . Es importante destacar que GcGR se expresa en las células α y β de los islotes
pancreáticos31 . La unión del glucagón a su receptor condiciona la activación de al menos 2 tipos de proteínas G, (Figura 4) una de ellas relacionada con la
producción de AMPc (Gαs ) y la otra, una proteína Gq conectada con la vía de señalización del inositol 1; 4; 5 trifosfato (IP3, por sus siglas en inglés). La
activación de la proteína Gq conduce al incremento de actividad de la fosfolipasa C la cual hidroliza al fosfatidil inositol 4; 5 bifosfato (PIP2, por sus siglas en
inglés) para dar IP3 y diacilglicérido, los cuales funcionan como segundos mensajeros. El IP3, por ser soluble en agua, viaja por el citosol hasta el retículo
endoplasmático donde abre los canales de Ca++ , el incremento citosolíco de éste ion activa la calcineurina la cual defosforila al coactivador 2 de la
transcripción regulado por la proteína que une al elemento que responde al AMPc (CRTC2, también llamado TORC2, por sus siglas en inglés), que en esta
condición puede migrar al núcleo donde regula la transcripción (Figura 4) como discutiremos más adelante32 . La activación de la proteína Gαs , por el
glucagón, estimula a la enzima adenilato ciclasa, (Figura 4) la cual a partir de ATP produce AMPc que se une a la subunidad reguladora de la proteína quinasa
A (PKA por sus siglas en inglés) quedando libre y activa la subunidad catalítica de dicha enzima. La subunidad catalítica de PKA, fosforila y en consecuencia
modifica la actividad de enzimas claves del metabolismo de carbohidratos, como discutiremos más adelante. Además, la subunidad catalítica de PKA, migra
al núcleo donde fosforila a la proteína que une al elemento que responde a AMPc (CREB, por sus siglas en inglés) el cual se une a las regiones promotoras de
algunos genes activando su expresión, tales como los de las enzimas neoglucogénicas: fosfoenolpiruvato carboxiquinasa y glucosa-6-fosfatasa, así como el
del coactivador 1α del receptor activado de proliferación de peroxisomas (PGC1α)33 . En condiciones de baja concentración de ATP y en presencia de
niveles altos de Ca++ y/o de AMPc se activa la calcineurina la cual defosforila a CRTC2 que migra al núcleo donde incrementa los efectos de CREB sobre la
expresión de genes.
Otros efectos del glucagón a.- Ingesta de alimentos. El glucagón disminuye la ingesta de alimentos produciendo una sensación de saciedad y promueve la
pérdida de peso, lo cual es mediado por un eje hígadonervio vago-hipotálamo9 . Los niveles plasmáticos de glucagón se incrementan con la ingesta de
alimentos por el aumento de los aminoácidos circulante (ver arriba). b.- Gasto energético. El glucagón condiciona un incremento en la rata metabólica por
incremento en la actividad del tejido adiposo marrón lo cual contribuye a la pérdida de peso10 . c.- Efecto cardiovascular. El glucagón actúa sobre el corazón
incrementando el gasto cardiaco por aumento de la fuerza y duración de la contracción13 . Los efectos cronotrópicos e inotrópicos del glucagón son menos
marcados pero más prolongados que los producidos por las catecolaminas y además tienen la ventaja de no presentar el riesgo de producir arritmias40 . d.-
Autofagia. El glucagón incrementa el número y tamaño de las vesículas autofagicas hepáticas lo cual incrementa la lisis celular en condiciones de ayuno
prolongado, hipoglicemia o diabetes15 . e.- Factor de crecimiento de fibroblastos 21. El hígado produce y secreta en condiciones de ayuno el factor de
crecimiento de fibroblastos 21 (FGF21 por sus siglas en inglés) y las evidencias indican que el glucagón estimula la expresión y secreción de dicho factor de
crecimiento. Además se piensa que los efectos del glucagón sobre la glicemia, lipolisis, la pérdida de peso y termogénesis so n mediados, o al menos
requieren la presencia de FGF21.
La presencia de la adrenalina produce los cambios bioquímicos y fisiológicos requeridos para enfrentar esta situación.
Los principales órganos blanco de la hormona son el hígado, el corazón, los pulmones y los músculos lisos que recubren los vasos sanguíneos. La adrenalina
induce al hígado a convertir glucógeno en glucosa, que es liberada hacia la sangre para ser transportada a los músculos; la frecuencia cardiaca y respiratoria
se elevan y la musculatura lisa de los vasos sanguíneos se contrae; todo esto con el objeto de captar una mayor cantidad de oxígeno y transportarlo
rápidamente hacia las células musculares.
Todos los órganos blanco de la adrenalina poseen un receptor para la hormona y la combinación de estas dos moléculas es lo que produce la respuesta. Las
células que no tienen receptor de adrenalina no pueden detectar este compuesto y por lo tanto no se observa ningún cambio de su actividad ante la
presencia de la hormona.
En la membrana de los hepatocitos, el receptor de adrenalina se encuentra hacia la superficie externa de la célula y muy próxima, hacia la parte interna, hay
una enzima que se llama adenilato ciclasa, que usa como sustrato ATP y produce AMP cíclico (AMPc) y PPi. Cuando no hay adrenalina unida al receptor la
adenilato ciclasa se encuentra inactiva y por lo tanto los niveles de AMPc intracelulares son bajos.
El efecto de la unión de una molécula de adrenalina (representada como una pirámide roja) con su receptor, es producir un cambio de la estructura
tridimensional de la adenilato ciclasa, con lo que pasa a la forma activa, empezando a producir AMPc a partir de ATP.
El AMPc activa una enzima llamada proteína quinasa. Las quinasas son enzimas que transfieren un grupo fosfato del ATP hacia algún sustrato, por lo tanto,
la acción de la proteína quinasa es fosforilar proteínas. La forma inactiva de la proteína quinasa consta de dos cadenas polipeptídicas; el AMPc es capaz de
combinarse con una de estas unidades, produciéndose la separación de las mismas. La cadena que no se une al AMPc lleva el sitio activo, iniciando su
actividad al separarse las unidades. La proteína quinasa es una enzima relativamente inespecífica y puede fosforilar a varias proteínas.
La fosforilasa quinasa es otra enzima involucrada en el proceso que se está describiendo. Para ser activa requiere de estar unida a Pi y es la proteína quinasa
quien la fosforila. El sustrato de la fosforilasa quinasa es la glucógeno fosforilasa, que es inactiva en la forma desfosforilada.
La glucógeno fosforilasa es activada mediante la introducción de Pi, a partir de ATP, mediante la acción de la fosforilasa quinasa.
Una vez activa, la glucógeno fosforilasa comienza a degradar al glucógeno, produciendo glucosa - 1 - fosfato, que se isomeriza a glucosa - 6 - fosfato y
finalmente, por la hidrólisis de este compuesto, se produce glucosa, que es transportada hacia el exterior de la célula; es decir, se obtiene la respuesta del
hepatocito ante la presencia de la adrenalina.
Mientras la adrenalina esté unida al receptor, la célula hepática permanece liberando glucosa; pero la formación del complejo receptor - adrenalina es
reversible, por lo que la hormona puede ser liberada del receptor y entonces "apagar" la degradación de glucógeno. Además, en el exterior de las células
hay enzimas que destruyen a los mensajeros, evitando de esta manera una estimulación excesiva. El que las hormonas, una vez liberadas, tengan una vida
media corta es importante, de lo contrario se produciría una estimulación continua de las células, aun cuando el evento que produjo su liberación hubiera
desaparecido.
Cuando la adrenalina abandona su receptor, la adenilato ciclasa retorna a su estructura tridimensional inactiva y deja de producirse AMPc, con lo que ya no
funciona la proteína cinasa, junto con las demás enzimas involucradas en el proceso y el hepatocito deja de degradar glucógeno y por lo tanto de liberar
glucosa hacia la sangre.
Otro efecto de la adrenalina, en el hígado, es el de inhibir la síntesis de glucógeno. Esto es lógico, ya que de no ser así, una molécula de glucosa producida
por la degradación de glucógeno, podría ser utilizada por las enzimas que sintetizan el polisacárido, desviando a la glucosa hacia otra ruta, y reduciendo de
manera significativa el número de moléculas de glucosa que son liberadas hacia la sangre.
Este proceso inhibitorio se logra debido a que la glucógeno sintetasa, la principal enzima involucrada en la síntesis de glucógeno, se inactiva cuando se
fosforila. Cuando la adrenalina se une a su receptor, aumentando los niveles intracelulares de AMPc, se activa la proteína quinasa y esta enzima fosforila a la
glucógeno sintetasa, inactivándola, con lo que se detiene la síntesis de glucógeno.
Las proteín quinasas son enzimas muy importantes en la regulación del metabolismo, ya que a su vez regulan la actividad de otras enzimas fosforilándolas,
algunas son activas con Pi y otras son inactivas bajo estas condiciones.
f)
Mencione mecanismos generales de apagado de las vías de señalización y analice su importancia.
Receptores de Ach: Nicotínicos y muscarínicos (M1, M3, M5 acoplados a Gq; M2 y M4 a Gi); Adrenérgicos (Alfa1 a Gq; Alfa2 a Gi; B1,B2 y B3 a Gs).
Receptores acoplados a Gs: ÷ Al unirse el ligando, ej. Glucagón, genera un cambio sobre la PG asociada. La subunidad alfa se disocia de beta-gamma e
intercambia GDP por GTP, activándose. Actúa sobre la adenilato ciclasa, que se activa y a partir de ATP forma AMPc. Este se une a los 2 sitios reguladores de
la PKA, para que se liberen las 4 subunidades catalíticas y fosforilen proteínas. ÷ Apagado de señal: ø Disminución del ligado, por su corta vida media o
secuestro.-Fosfodiesterasa de nucleótidos cíclicos: Hidroliza ATP a AMP e inhibe así la activación de la PKA. -Cuando la subunidad α está muy activa puede
desfosforilarse, es decir, autoregula las señales y así como transforma GDP A GTP, puede transformar GTP en GDP para evitar la sobreestimulación
(Actividad GTPasa). -Desensibilización de la señal: el ligando está permanentemente unido a una quinasa activada por PKA que fosforila a la beta ARK, un
receptor adrenérgico quinasa. Esto fosforila al receptor adrenérgico que recluta a la beta arrestina que esconde los receptores en vesículas intracelulares
hasta que disminuye la señalización por AMPc y con el ello la PKA.
Receptores acoplados a Gi: 1.El ligando se une al receptor. 2.GDP-> GTP 3.La subunidad α activada actúa sobre la adenilato ciclasa y la desactiva. 4.Al
desactivarse la enzima no se produce AMP impidiendo así la entrada de iones calcio a la célula. 5.Las unidades β yγ del receptor abren canales de K
permitiendo su entrada.
Receptores acoplados a Gq: ÷ La subunidad alfa activa la PLC (fosfolipasa C) que hidroliza PIP2 (fosfatidil-inositol-BP) en DAG, que permanece anclado a la
MP, e IP3, que activa canales de Ca++ del RE. El Ca++ liberado junto con DAG activan a la PKC. ÷ Apagado de señal: ø Por una subunidad α con actividad
GTPasa intínseca. -Se inactiva el DAG por distintas enzimas. ø Se degrada IP3 a inositol y fosfato. ø Recaptación del Ca++. ø Proteínas blanco se desfosforilan
por fosfatasas.
Receptor tirosin quinasa, ej. el de insulina: ÷ Cuando está inactivo es un monómero, pero al activarse se dimeriza y c/ monómero fosforila al otro en 3
tirosinas usando 3 ATP; adquiere actividad quinasa para fosforilar IRS1, que recluta a la inositol 3 quinasa, que fosforila PIP2 y f orma PIP3 que activa PKD que
activa la PKB/Akt. A corto plazo estos receptores tienen acción rápida, inducen exocitosis de GLUT4 y activan a la glucógeno sintasa, y lenta, fosforilan TF
que alteran expresión de genes relacionados. ÷ Apagado de señal: ø Disminución de insulina en sangre. ø Fosfatasas desfosforilan la tirosina y proteínas
blanco. ø PTEN degrada PIP3 a PIP2.
Receptores inotrópicos: ÷ Ej. para Ach, que al unirse abre canal de Na+ generando despolarización. La señal se apaga por acetilcolinesterasa que separa Ach
en colina y acetato.
Terminación de la señal • Los mecanismos de inactivación son un aspecto clave de la señalización celular. • Para que una célula de un organismo
multicelular permanezca en alerta y sea capaz de responder a las señales entrantes, cada cambio molecular en sus vías de señalización debe durar poco
tiempo. • Una clave de la continua receptividad a la regulación de una célula es la reversibilidad de los cambios que producen las señales. • La unión de las
moléculas señal a los receptores es reversible. • Cuando las moléculas dejan el receptor, este se convierte en la forma inactiva. • Luego, a través de diversos
medios, las moléculas transmisoras regresan a sus formas inactivas: la actividad GTPasa intrínseca de una proteína G hidroliza su GTP unido; la enzima
fosfodiesterasa convierte el cAMP en AMP; las proteínfosfatasas inactivan las cinasas fosforiladas y otras proteínas; y así sucesivamente. • Como resultado,
la célula está rápidamente preparada para responder a una nueva señal.
Receptores con actividad enzimática
g)
Mencione ejemplos de receptores con actividad enzimática intrínseca.
La porción extracelular es el receptor propiamente dicho, y la porción intracelular corresponde a una enzima con actividad metabólica directa. Se han
reconocido en diferentes tipos de receptores de este tipo enzimas como la tirosin cinasa, la guanilato ciclasa, la tirosin fosfatasa o la serin/treonin cinasa.
Receptores enzimáticos con actividad tirosincinasa “intrínseca” (es decir que el dominio citoplasmático contiene una región con actividad TK con capacidad
de fosforilar proteínas en residuos tirosina, y un extremo carboxiterminal capaz de autofosforilarse. Dicha región es codificada por el mismo gen que el resto
del receptor. Las siguientes MCI son ligandos de receptores asociados a TK propia: - factores de crecimiento: epidérmico, fibroblástico, derivado de
plaquetas, endotelial, nervioso. (EGF; PDGF; VEGF; NGF). - hormonas: insulina. En ausencia de un ligando, el RTK está en un estado autoinhibido inactivo. La
unión del ligando induce la activación de la quinasa y la autofosforilación. Los residuos de P-Tyr crean sirven como puntos de unión para los efectores
downstream que portan dominios de unión a fosfotirosina específicos (dominios SH2 o PTP). Los efectores unidos se activan así para una mayor
señalización. Una vez activa fosforila principalmente dos proteínas adaptadoras: IRS y Shc. Estas proteínas organizan complejos moleculares que
desencadenan diferentes cascadas de señalización intracelular. Entre las vías mediadas por IRS se encuentran la de PI3K/Akt, la cual tiene un papel crucial en
la activación y la regulación de diversos eventos metabólicos, que incluyen el transporte de glucosa y la síntesis de glucógeno, proteínas y lípidos. En el caso
de la proteína Shc, esta se asocia a la activación de la vía de las cinasas activadas por mitógeno, MAPK, que regula funciones proliferativas y de crecimiento.
La guanilato ciclasa-C (GC-C) es un receptor transmembrana de tipo I, con actividad enzimática intrínseca, que pertenece a una familia de enzimas que
responden a diversas señales, y actúan como catalizadores de la conversión del trifosfato de guanosina en monofosfato-3’,5’cíclico de guanosina (cGMP). La
GC-C se expresa principalmente en las células epiteliales intestinales y desempeña un papel importante en la homeostasis intestinal de los líquidos y de los
electrolitos. Las hormonas endógenas guanilina y uroguanilina son ligandos análogos a la GC-C, que se expresan también en las células enteroendocrinas,
desde donde son secretadas hacia la luz intestinal. La guanilina y la uroguanilina activan la GC-C, lo que produce acumulación de cGMP en las células
epiteliales intestinales. El cGMP es un segundo mensajero que regula varias vías generales de transmisión de señales intracelulares. Su activación mediante
un estímulo externo provoca una cascada de reacciones enzimáticas interna que facilita la adaptación de la célula a su entorno, por mediación de segundos
mensajeros. Los receptores guanilil ciclasa se encuentran situados en el riñón y en los vasos sanguíneos. Su función principal es ciclar guaninas obteniendo
GMP cíclico que activará a su vez a la Quinasa G.
La guanliato ciclasa soluble es una enzima que actúa como receptor intracelular del óxido nítrico. Está involucrado principalmente con la vasodilatación
periférica (a través de la activacion de PKG)
h)
Para el receptor de insulina describa:
b-1) Estructura, mecanismo de activación, distribución tisular, contexto metabólico en que se activa,
El receptor de insulina es una proteína tetramérica con dos subunidades alfa extracelulares y dos subunidades beta que tienen una pequeña porción
extracelular, una porción transmembranal y una porción intracelular (o intracitoplásmica) (5). Los tejidos con mayor abundancia de receptores de insulina
son el parénquima hepático y el tejido adiposo, donde pueden llegar a existir 200,000 a 300,000 copias del receptor por célul a. Las dos subunidades del
receptor proceden de un mismo gen y un mismo trascripto, que en el aparato de Golgi sufre glucosilación, acilación y posterior proteólisis para generar el
receptor definitivo con sus cuatro subunidades. El receptor de insulina puede entenderse como una enzima alostérica en la cual las subunidades beta son las
subunidades catalíticas y las subunidades alfa son subunidades regulatorias que las mantienen inhibidas. Cuando la insulina se une a las subunidades alfa, la
actividad inhibitoria de éstas sobre las subunidades beta se pierde (5,6). En ese momento las subunidades beta ejercen su acción catalítica de tirosín-cinasas,
las dos subunidades se transfosforilan (la una fosforila a la otra y viceversa) en 6-7 residuos de tirosina. Sin ésta actividad tirosín-cinasa del receptor de
insulina, no se da ninguno de los efectos biológicos de la insulina. Las subunidades beta también poseen residuos de serina y treonina que se pueden
fosforilar (5,6). Cuando esto sucede, la actividad tirosín-cinasa se reduce notablemente y todos los efectos insulínicos se disminuyen. La fosforilación en
serina y treonina de las subunidades beta del receptor de insulina ejerce una acción regulatoria negativa sobre la respuesta biológica a la insulina (5,6,7).
Sustratos del receptor de insulina: La mayoría de sus efectos están mediados por la fosforilación de sus sustratos endógenos (IRS, de Insulin Receptor
Substrates). Se han identificado cuatro IRS, pero los más estudiados han sido el IRS-1 y el IRS-2, que son ubicuos, mientras que IRS- 3 está restringido de
tejido adiposo, e IRS-4 a riñón y encéfalo (8). El IRS-1 es una proteína rica en regiones de unión a tirosinas fosforiladas (regiones PTB, de PhosphoTyrosine
Binding), que le permiten unirse al receptor y ser fosforilado por él en sus residuos de tirosina (8,9). Una vez el IRS-1 es fosforilado, liga a dos moléculas de
gran importancia en la respuesta biológica a la insulina: PI3K y Grb-2 (1,8,9).
Fosfatidilinositol 3-cinasa (PI3K): PI3K es una proteína dimérica con una subunidad catalítica (p110) y una subunidad regulatoria (p85). La subunidad p85 se
une a los IRS fosforilados y eso hace que cese su actividad inhibitoria sobre la subunidad p110 (1,13,14). La subunidad p110 desinhibida fosforila varios
fosfolípidos de membrana, principalmente el fosfatidilinositol 4,5 bifosfato (PI 4,5P) para generar fosfatidilinositol trifosfato (PIP3). El PIP3 es el encargado
de fijar a la membrana y activar a PDK1 y AKT, dos enzimas cinasas que median la mayoría de los efectos metabólicos de la insulina (1,15). Cuando se han
realizado experimentos con bloqueo genético o farmacológico de la actividad de PI3K, sucede lo siguiente (16-19): Se reduce dramáticamente la expresión
de GLUT-4 en la membrana plasmática. Se pierde el "freno antilipólisis" brindado por la insulina. Se inactiva la glucógeno sintetasa. Se reduce de forma
importante la síntesis de nuevas proteínas y DNA.
Grb-2: Los IRS fosforilados también ligan una proteína llamada Grb-2, que tras su unión con los IRS se dimeriza con la proteína mSOS (1,20). El complejo Grb-
2/mSOS actúa sobre una proteína GTPasa asociada a la membrana llamada Ras, haciendo que intercambie GDP por GTP y se active toda la vía de las MAP
cinasas, esencial en la regulación del crecimiento y proliferación celulares, así como de la expresión génica (21).
PDK1/AKT:Después de que PDK1 y AKT se han fijado a la membrana y AKT se encuentra activo, AKT fosforila varias proteínas ocasionando efectos
metabólicos importantes: - AKT fosforila a VAMP y otras proteínas de fusión presentes en las vesículas de almacenamiento de los GLUT-4, ocasionando la
traslocación de los GLUT-4 a la membrana y por tanto la captación de glucosa (22). - AKT fosforila a GSK3, una enzima que fosforila a la glucógeno sintasa y a
la glucógeno fosforilasa. Cuando AKT fosforila a GSK3, la inactiva. Así, habrá una menor fosforilación tanto de la glucógeno sintasa como de la glucógeno
fosforilasa (1,23,24). La glucógeno sintasa sin fosforilar es activa, mientras que la glucógeno fosforilasa sin fosforilar es inactiva. Se dará por tanto una mayor
síntesis y menor degradación del glucógeno. - AKT fosforila a varias proteínas ribosomales, entre ellas p70S6K y 4E-BI, un factor de inicio de la traducción,
activándolo. Se estimulará por tanto la síntesis de proteínas (25).
El receptor de insulina transfiere grupos fosfato desde el ATP a ciertas proteínas específicas dentro de la célula. Esto conlleva un incremento del transporte
de moléculas de glucosa desde la circulación sanguínea al interior de los miocitos y los adipocitos, y por lo tanto un incremento en la concentración de
glucosa en el interior de las células del músculo y del tejido adiposo. La activación de este proceso se logra en el momento en que una molécula de insulina
se une al receptor, produciendo un cambio en la conformación de su estructura, lo que induce la iniciación de las actividades enzimáticas en el interior de la
célula.
Cuando la glicemia sube, la glucosa ingresa libremente a las células pancreáticas a través de los GLUT2. En el interior, la glucosa es metabolizada y libera ATP
que inhibe los canales de K sensible a ATP, produciéndose, en consecuencia, el ingreso de calcio a la célula (despolarización de la célula llevando a un influjo
de Ca2+). Este calcio desencadena varias reacciones consecutivas que culminan en la ruptura de la unión péptido C – insulina y la posterior liberación de
ambas moléculas; en consecuencia, mientras más alta sea la glicemia, mayor será la liberación de insulina. Una vez secretada al torrente sanguíneo, la
insulina ejerce efectos metabólicos en las células mediante su unión al receptor de insulina, el cual es una proteína conformada por 4 subunidades: dos de
ellas (las alfa) sobresalen en la membrana celular y las dos restantes (las beta) atraviesan la membrana hasta llegar al citoplasma [El receptor de insulina es
particularmente abundante en hígado, tejido adiposo y muscular]. Las subunidades alfa poseen una actividad inhibitoria sobre las subunidades beta. Cuando
las subunidades alfa entran en contacto con la insulina se inactivan, dando paso a la activación inmediata de las subunidades beta. La subunidades beta ya
activas empiezan a captar grupos fosfato que son ubicados a nivel de los residuos de tirosina (este proceso se llama autofosforilación del receptor). Este
evento es clave para entender la resistencia a la insulina, en términos moleculares, porque todos los eventos posteriores a la activación del receptor se
llevarán a cabo, únicamente si la fosforilación se produce a nivel de los residuos de tirosina; si la fosforilación se presenta a nivel de los residuos de serina y
treonina no habrá actividad fisiológica posterior.
El residuo fosforilado de tirosina capta unas proteínas citoplasmáticas que se denominan Sustrato del Receptor de Insulina (IRS, por sus siglas en inglés) que
a su vez pueden asociarse con diversos compuestos para desencadenar decenas de eventos metabólicos dentro de la célula, entre los que podemos citar:
Liberación de receptores GLUT4 hacia la membrana celular, con lo cual se capta glucosa. Estímulo de la síntesis de glucógeno e inhibición de su degradación
en hígado y músculo, con lo cual esa glucosa se almacena. Estímulo para la glucólisis e inhibición de la gluconeogénesis. Estímulo de la actividad de la
Liproteina Lipasa (LPL) y triglicérido sintasa, con lo cual no solo se captan ácidos grasos sino que además se guardan como triglicéridos. Inhibición de la lipasa
hormona sensible con lo cual se detiene la lipólisis.
b-2) Describa en detalle las principales vías de señalización que activa esta hormona, lentas y rápidas, y su apagado.
Los efectos de la insulina en la regulación de la síntesis de proteínas son mediados principalmente a través de la activación de la vía de señalización de las
MAP cinasas (Fig. 2). La fosforilación en residuos de Tyr del dominio citoplasmático del IR, promueve la asociación de la proteína Shc, la cual une al complejo
Grb2/ SOS; SOS es un factor recambiador de nucleótidos de guanina (GEF), capaz de activar a Ras. La activación de Ras (GTP-Ras) inicia el encendido de la
cascada de las MAP cinasas. GTP-Ras se une y activa a Raf-1 que subsecuentemente lleva a la fosforilación y activación de la vía, que involucra el
reclutamiento y activación de MEK (también llamada cinasa de MAP cinasa) y de las ERK1 (cinasa regulada extracelularmente 1) y ERK2. Alternativamente a
esta vía de señalización que lleva a la activación de las ERK1 y ERK2 (conocidas genéricamente como MAP cinasas), la insulina es capaz de activar a estas
proteínas por una vía independiente de Shc, pero que depende de la activación del IRS (sustrato del receptor de insulina). Una vez activo IRS, une al
complejo Grb2/ SOS y a partir de este punto la secuencia de activación de proteínas es la misma que se describió para Shc (Fi g. 2). Las MAP cinasas tienen
una amplia gama de sustratos potenciales, incluyendo factores de transcripción y otras cinasas, que participan principalmente en la regulación de la
expresión genética en tejidos sensibles a la insulina pero no en la regulación del transporte de glucosa (2, 6).
La vía de la PI3K es el principal mecanismo por el que la insulina ejerce sus funciones en el metabolismo de la glucosa y de lípidos. La transducción de señales
a través de la vía de PI3K se esquematiza en la figura 3 y se inicia cuando el receptor activo y autofosforilado, interacciona con IRS y lo fosforila. Las
proteínas IRS contienen un dominio amino-terminal de homología a pleckstrina (dominio PH) altamente conservado, seguido por un dominio de unión a
fosfotirosinas (PTB), que en conjunto permiten el acoplamiento de IRS al IR activo. Adicionalmente, los IRSs contienen entre 8 y 18 sitios potenciales de
fosforilación (en función del tipo de IRS, de los cuales se conocen 4 isoformas, IRS-1 a IRS4), que al ser fosforilados por el IR, se convierten en sitios de unión
y activación de proteínas que contienen dominios SH2 (de homología al dominio 2 de la proteína Src), muchas de las cuales funcionan como proteínas
adaptadoras, como es el caso de PI3K, Grb2 (proteína 2 unida al receptor del factor de crecimiento), Crk II, SHP-2 (proteína tirosina fosfatasa con homología
a Src), entre muchas otras (6). A pesar de que existen 4 isoformas de IRS, al parecer la que está involucrada en el transporte de glucosa a las células es la
isoforma 1, por lo que en adelante se hará referencia principalmente a esta isoforma. Las PI3Ks, son heterodímeros que constan de una subunidad
reguladora (p85α, p55α, p50α, p85β ó p55PIK) y de una subunidad catalítica (p110α, p110β ó p110δ). Las subunidades reguladora s son proteínas
adaptadoras que contienen dos dominios SH2, los cuales permiten su unión a las proteínas IRS-1. La interacción entre ambas proteínas provoca cambios
alostéricos en la conformación de la subunidad reguladora dando por resultado la activación de la subunidad catalítica de PI3K. A consecuencia de ello, p110
se localiza cerca de la membrana plasmática en donde tiene acceso a sus sustratos PI4-P (fosfatidilinositol 4-fosfato) y PI4,5-P2 (fosfatidilinositol 4,5-
bisfosfato), los cuales son fosforilados en la posición 3 del inositol, generando los productos PIP2 (PI3,4-bisfosfato) y PIP3 (PI3,4,5- trisfosfato),
respectivamente (Fig. 3). El PIP3 sirve como sitio de unión para cinasas de Ser como PDK1 (cinasa dependiente de fosfoinositi dos-1), y Akt o proteína cinasa
B (PKB) (7). En el caso de la cinasa Akt, después de su reclutamiento a la membrana plasmática es fosforilada en dos residuos, la Ser473 y la Thr308. La
fosforilación en la Ser473 ocurre primero por acción del complejo proteico mTor/Rictor, también conocido como PDK2. Esta fosforilación parece promover
la interacción entre el motivo hidrofóbico del carboxilo terminal de Akt y la cinasa PDK1 que la fosforila en la Thr308; estas dos fosforilaciones son
importantes para que Akt se active completamente (8). Existen tres isoformas de Akt (Akt1-3), de las cuales, la isoforma 2 parece ser la que juega un papel
importante en la incorporación de glucosa inducida por la insulina. La enzima Akt regula varios de los efectos metabólicos de la insulina a través de la
fosforilación de una lista creciente de sustratos que propagan la respuesta de la insulina, incluyendo a la enzima glucógeno sintasa (GS), a la glucógeno
sintasa cinasa 3 (GSK3), a la sintasa de oxido nítrico inducible (iNOS), a la fosfofructocinasa 2 (PFK2), a la proteína de unión al elemento de respuesta al AMP
cíclico (factor de transcripción CREB), a la molécula blanco de la rapamicina en mamíferos (mTOR), a la caspasa 9 y a la proteína antiapoptótica antagonista
de Bcl2 (BAD) (Fig. 3) (3). Entre estos destaca la fosforilación e inactivación de la enzima GSK3 (3, 7), una cinasa que en condiciones de no estímulo inhibe a
la glucógeno sintasa; la inhibición de GSK3 por Akt favorece la activación de la glucógeno sintasa y el aumento en la síntesis de glucógeno (6). La cascada de
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