UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL “LISANDRO ALVARADO” DECANATO DE CIENCIAS DE LA SALUD PROGRAMA DE MEDICINA SECCIÓN BIOQUÍMICA
Bioquímica II Semana III
Profesor Luis Labrador
EFECTORES ACOPLADOS A POTEÍNAS G Constituyen un grupo heterogéneo de proteínas con actividad enzimática, con la capacidad de modular la concentración intracelular de segundos mensajeros, o sin actividad enzimática tales como canales iónicos con la capacidad de modular corrientes iónicas trasmembrana específicos.
AMPc ADENILCICLASA
DAG
FOSFOLIPASAS (C, D A2,) CANALES IÓNICOS
IP3 Calcio
Regulación de la expresión génica mediada por AMPc Transportado al
espacio extracelular
L
λ β Subunidad regulatoria
α α GDP
R PKA
AMPc Subunidad catalítica
AMPc ATP
GTP
Fosfodiesterasa
R R C C
5’-AMP
C Núcleo
Fosforilación de enzimas citosolicas
CREB
CREB
TGACGTCA
PO4
PO4 CREB CREB TGACGTCA
Incremento de la transcripción
L Receptor
α7 Colina
GTP
α7 GDP
λ
λ
β
β
PIP2
αq
αq GDP
IP3
GTP DGA
DGA
+
PKC
Ca2+ CaM quinasa
Ca2+-Calmodulina
Calmodulina
Ca2+ Ca2+
Fosforilación de enzimas citosolicas
Núcleo
+
+ C-fos C-jun TGACTCA
CREB
CREB
TGACGTCA
Incremento de la transcripción
Fosfolipasa D
Sustrato
Producto Ac. Fosfatídico
Fosfatidilcolina Colina
GTP
αq
Fosfolipasa D
colina
DAG
PKC
Fosfolipasa A2 Activada por el dímero βγ Libera los ac. Grasos en la posición 2 de los fosfolípidos (Ac. Araquidónico)
Proteínas Kinasas activadas por segundos mensajeros RECEPTOR
TRANSDUCTOR
SEGUNDOS MENSAJEROS
KINASAS
PROTEÍNAS DIANAS
EFECTO BIOLÓGICO
Kinasas ATP
ADP
P
Proteína Inactiva
Proteína Activa
P
Fosfatasas Kinasas
ATP
P
ADP
+ Dr. Fischer
Dr. Krebs
P
Fosfatasas
Premio Nobel 1992
Proteínas Kinasas
Kinasas Activadas por Nucleótidos Cíclicos
Kinasas Activadas por Calcio
PKA (AMPc) PKG (GMPc)
a.-Activadas por DAG, Calcio y fosfolípidos (PKC) b.-Activadas por Calcio/Calmodulina (CaMK)
Tirosinas Kinasas
a.-Integrales de Membrana (Recp. Tirosina Kinasa) b.-Citosólicas (Tirosina kinasas solubles)
PKA (AMPc)
Kinasas Activadas por Nucleótidos Cíclicos
PKG (GMPc)
Proteína kinasa Dependiente de AMPc (PKA) Función: Kinasa de residuos Serina y Treonina Estructura: Tetrámeros formados por 2 subunidades Reguladoras (RI o RII) y 2 subunidades Catalíticas (idénticas) AMPc
AMPc
R
C
R
C
ATP y sustrato
ATP y sustrato
La subunidad Reguladora inhibe a la catalítica: El tetrámero es inactivo
Sustrato PKA inactiva R AMPc AMPc R
PKA activa
C
R
C
R
ATP
C
+
C C
ADP
P
Sustrato fosforilado
R PKA inactiva
PKA activa ATP
R
AMPc AMPc R
C
R
C
R
C
+
C C
ADP
R
P
La fosforilaci贸n de las subunidades Reguladoras retarda la reasociaci贸n del tetr谩mero: Mecanismo de Regulacion positivo
Transportado al espacio extracelular L λ β Subunidad regulatoria
α α GDP
R AMPc Subunidad catalítica
AMPc ATP
GTP
PKA
Fosfodiesterasa
R R C C
5’-AMP
C Núcleo
Fosforilación de enzimas citosolicas
CREB
CREB
TGACGTCA
PO4
PO4 CREB CREB TGACGTCA
Incremento de la transcripción
Kinasas Activadas por Nucleótidos Cíclicos
PKA (AMPc) PKG (GMPc)
PKG (GMPc) No forma parte del sistema de transmisión de la información mediante Proteínas G Función: Fosforilación de residuos Serina/Treonina Estructura: Una única cadena polipeptídica con dominios de unión a GMPc (reguladoras) y dominio con actividad Kinasa
¿Cuales son las fuentes celulares de GMPc?
¿Cuales son las fuentes celulares de GMPc?
GTP
Guanidil Ciclasa
Guanidil Ciclasa Unida a Membrana
GMPc
Guanidil Ciclasa Soluble
Activable por ligados: Receptores para los Péptidos Natriuréticos
Activable por el Óxido Nítrico (NO)
Constituida por una única cadena polipeptídica
Constituida por 2 subunidades con actividad catalítica
Ejemplos funcionales de la se帽alizaci贸n por NO
Fosforilaci贸n de Sustratos Relajaci贸n muscular
PKG
Proteínas Kinasas
Kinasas Activadas por Nucleótidos Cíclicos
Kinasas Activadas por Calcio
PKA (AMPc)
PKG (GMPc)
a.-Activadas por DAG, Calcio y fosfolípidos (PKC) b.-Activadas por Calcio/Calmodulina (CaMK)
Tirosinas Kinasas
a.-Integrales de Membrana (Recp. Tirosina Kinasa) b.-Citosólicas (Tirosina kinasas solubles)
Kinasas Activadas por Calcio
a.-Activadas por DAG, Calcio y fosfolípidos (PKC) b.-Activadas por Calcio/Calmodulina (CaMK)
PKC (Calcio, DAG, fosfolípidos) Proteína kinasa de residuos Serina/Treonina Constituida por una única cadena polipeptídica con porciones Reguladoras (unión de efectores) y Catalíticas (unión de ATP y sustratos)
Porción Reguladora (Variable)
Porción Catalítica
Dominio C1: Unión de DAG y fosfolípidos
Dominio de unión a ATP
Dominio C2: Unión de Calcio
Dominio de unión al sustrato
Las cPKC tienen C1 y C2, mientras que las nPKC tienen sólo C1. Las aPKC tiene una variación del dominio C1.
Activación de la PKC….translocción a la membrana
L Receptor
α7 Colina
GTP
α7 GDP
λ
λ
β
β
PIP2
αq
αq GDP
IP3
GTP
DGA
DGA
+
PKC CaM quinasa
Ca2+-Calmodulina
Ca2+ Calmodulina
Ca2+ Ca2+
Fosforilación de enzimas citosolicas
Núcleo
+
+ C-fos C-jun TGACTCA
CREB
CREB
TGACGTCA
Incremento de la transcripción
Proteínas Kinasas
Kinasas Activadas por Nucleótidos Cíclicos
Kinasas Activadas por Calcio
PKA (AMPc) PKG (GMPc)
a.-Activadas por DAG, Calcio y fosfolípidos (PKC) b.-Activadas por Calcio/Calmodulina (CaMK)
Tirosinas Kinasas
a.-Integrales de Membrana (Recp. Tirosina Kinasa) b.-Citosólicas (Tirosina kinasas solubles)
Kinasas Activadas por Calcio
a.-Activadas por DAG, Calcio y fosfolípidos (PKC) b.-Activadas por Calcio/Calmodulina (CaMK)
CaMK (Calcio/Calmodulina) CaMK: Fosforilan residuos Serina y Treonina Calmodulina: Proteína quelante de Calcio
+ Calmodulina
Calcio
Calcio/Calmodulina
Activación de múltiples proteínas (enzimas, canales)
Señalización dependiente de CaMK activado por R.A.P.G. L Receptor
λ β
PIP2
αq
αq GDP
IP3
GTP DGA
CaM quinasa
Ca2+-Calmodulina
Calmodulina
Ca2+ Ca2+ Ca2+
Fosforilación de enzimas citosolicas
Núcleo
+ C-fos C-jun TGACTCA
CREB
CREB
TGACGTCA
Incremento de la transcripción
Estructuralmente está formada por Homomultímeros
Sitio de Unión
Sitio Catalítico
Inhibe la unión del sustrato al sitio catalítico
Permite la formación del complejo enzimático multimérico
Holoenzima (hasta 12 subunidades)
Proceso de activación de la CaMK La autofosforilación le otorga la capacidad de continuar activa pesar de que hay desaparecido el estímulo inicial….efecto prolongado.
La CaMK II es la mejor estudiada Sustratos: -Enzima Tiroxina Hidroxilasa (síntesis de Catacolaminas) -Proteínas del Citoesqueleto -Receptores para Neurotransmisores (NMDA) -Sinapsina (Liberación del NT)
Es la proteína más abundante en las densidades post-sinápticas de las sinapsis Glutamatérgicas Procesos de MEMORIA-APRENDIZAJE
Pre-sináptico
Post-sináptico
PSD
Proteínas Kinasas
Kinasas Activadas por Nucleótidos Cíclicos
Kinasas Activadas por Calcio
PKA (AMPc) PKG (GMPc)
a.-Activadas por DAG, Calcio y fosfolípidos (PKC) b.-Activadas por Calcio/Calmodulina (CaMK)
Tirosinas Kinasas
a.-Integrales de Membrana (Recp. Tirosina Kinasa) b.-Citosólicas (Recepores asocidos a Tirosina kinasas solubles)
RECEPTORES PARA MOLÉCULAS DE SEÑALIZACIÓN EXTRACELULAR
A) Receptores unidos a canales iónicos
De Superficie
B) Receptores acoplados a Proteínas G C) Receptores unidos a Enzimas (Tirosina-kinasa y otros)
RECEPTORES
Intracelulares
Señalización a través de RECEPTORES DE SUPERFICIE ASOCIADOS A ENZIMAS Encargados de responder a señales extracelulares que modulan la proliferación, diferenciación, supervivencia, crecimiento y/o migración celular. Producen respuestas lentas. Estructura Dominio Extracelular: Reconocimiento del ligando
Dominio Transmembrana
Dominio Intracelular:
Con o sin actividad enzimática
K
K
Receptores con actividad enzimรกtica Tirosina Kinasa
Receptores asociados a proteĂnas Tirosina Kinasa
Receptores con actividad enzimรกtica
Tipos RECEPTORES TIROSINA KINASA: Con actividad kinasa intrínseca. Las dianas de fosforilación son proteínas de señalización intracelular (adaptadores). RECEPTORES ASOCIADOS A TIROSINA KINASA: La actividad tirosina kinasa reside en otra proteína citoplasmática que se asocia al receptor activado. RECEPTORES GUANIDIL-CICLASA: Con actividad enzimática intrínseca, catalizan la producción de GMPc (Guanidilciclasa de membrana). “RECEPTOR” TIROSINA FOSFATASA RECEPTORES SERINA/TREONINA KINASA: Fosforilan residuos de serina o treonina de proteínas reguladoras génicas. RECEPTORES ASOCIADOS A HISTIDINA KINASA: Con actividad kinasa intrínseca. Las dianas de fosforilación son proteínas de señalización intracelular.
RECEPTORES TIROSINA KINASA Responden a una gran variedad de factores de crecimiento y hormonas
La unión del ligando al dominio extracelular de unión activa el dominio intracelular tirosina kinasa La activación se produce por un proceso de dimerización/reorientación del receptor
Dímeros
La autofosforilación contribuye a la activación del receptor por medio de dos vías
1.-La fosforilación de los dominios Tirosina Kinasas aumenta la actividad enzimática intrínseca. 2.-La fosforilación fuera de los dominios Tirosina Kinasas crea sitios de unión o acoplamiento para determinadas proteínas (ACOPLADORAS) de señalización que reconocen con altísima afinidad los residuos de Tirosinas fosforiladas
Los acopladores han de tener la capacidad de reconocer y unirse a los dominios de unión formado por las fosfo-tirosinas SH2: SRC homology region PTB: Phosphotyrosine-binding
SH2 PTB
Los dominios fosfo-tirosinas de unión no están en el propio receptor……..Los adaptadores no se unen al directamente al recepto…….EJM.: I.R.S.
Las proteínas ACOPLADORAS unidas al receptor son activadas: -FOSFORILACIÓN y/o -CAMBIO CONFORMACIONAL DEPENDIENTE DE LA UNIÓN AL RECEPTOR
Adaptadores con atividad enzimática
Además de los dominios de unión de fosfo-tirosinas pueden tener dominios de unión a otras proteínas…..formación de complejos multiproteínicos Actúan como puentes entre el receptor y las proteínas de señalización
RAS
La activaci贸n de RAS dependiente de R.A., se debe a la interacci贸n indirecta con el receptor mediada por Grb2. La Grb2 tiene dominios SH2 (uni贸n al receptor TRK activado) y un dominio SH3 (que reconoce POLIPROLINA) a trav茅s del cual se une a GEF llamada SOS.
Proteínas Ras
GEF: Intercambiador de nucleótidos de Guanina. GAP: Proteína Activadora de la GTPasa
RUTA MITOGÉNICA
MAPK: Mitogen Actiated Protein Kinase
Proliferación, diferenciación, supervivencia Raf MEK
ERK Serina/Treonina Kinasas
Expresión de genes tempranos
Adaptadores con actividad enzimรกtica
RUTA DE LA PI 3-K
Sustrato y productos de la PI 3-K
Activación de PLC-γ por PI3-K (mediada por BTK)
Los polifosfoinositoles productos de la PI3-K forman dominios lipídicos en la membrana especializados para la unión (reclutamiento) de determinadas proteínas activadoras (BTK y PDK)
Activaci贸n de PKB(AKT) por PI3-K Activaci贸n Indirecta mediada por PDK LA v铆a de la PI3K-AKT es la principal v铆a prosupervivencia neuronal
PDK: Phosphatidylinositol-dependent Protein Kinase
Activación de PLC-γ directamente por Receptores Tirosina Kinasa
La PLC-γ posee un dominio SH2
Tipos RECEPTORES TIROSINA KINASA: Con actividad kinasa intrínseca. Las dianas de fosforilación son proteínas de señalización intracelular (adaptadores).
RECEPTORES ASOCIADOS A TIROSINA KINASA: La actividad tirosina kinasa reside en otra proteína citoplasmática que se asocia al receptor activado. RECEPTORES GUANIDIL-CICLASA: Con actividad enzimática intrínseca, catalizan la producción de GMPc (Guanidilciclasa de membrana). “RECEPTOR” TIROSINA FOSFATASA RECEPTORES SERINA/TREONINA KINASA: Fosforilan residuos de serina o treonina de proteínas reguladoras génicas. RECEPTORES ASOCIADOS A HISTIDINA KINASA: Con actividad kinasa intrínseca. Las dianas de fosforilación son proteínas de señalización intracelular.
Señalización a través de
RECEPTORES DE SUPERFICIE ASOCIADOS A ENZIMAS
Estructura Dominio Extracelular: Reconocimiento del ligando
Dominio Transmembrana
Dominio Intracelular:
Con o sin actividad enzimática
K
K
Receptores asociados a tirosinas kinasas Tirosinas Kinasas no receptoras -Los receptores carecen de actividad catalítica. -Se activan al formar dímeros inducidos por la unión del (los) ligando(s) al igual que los TRK -Se asocian no covalentemente a proteínas kinasas citosólicas. -Las kinasas citosólicas fosforilan al receptor y se auto-transfosforilan.
-Familia Src (SRC, YES, LYN, FYN) -JAK-STAT -FAK (Kinasas de adhesión focal … integrinas)
Familia Src Tirosinas Kinasa no receptores
SH3 SH3 SH2
Csk
CatalĂtico Inactiva
Activa
Inactiva
Sistema de kinasas JAK/STAT -Participan en la señalización de citoquinas (IL-3, interferón), hormona de crecimiento, eritropoyetina y otras. -La activación de las JAK/STAT permite una señalización directa hacia el núcleo: Control de la expresión génica
LA UNIÓN DEL INTERFERON PROVOCA LA UNIÓN CON EL RECEPTOR ADYACENTE, jaks SE FOSFORILA DE MANERA CRUSADA EN OTRAS TIROSINAS
Jaks ACTIVA FOSFOSFORILA AL RECEPTOR
LUEGO STATs SE UNE A FOSFOTIROSINAS ESPECIFICAS DEL RECEPTOR Y Jacks LAS FOSFORILA
STATs MIGRA AL NUCLEO, SE UNE AL ADN Y A OTRAS PROTEINAS REGULADORAS DE GENES
STATs SE DISOCIA DEL RECEPTOR Y DIMERIZA VIA SUS DOMINIOS SH2
Tipos RECEPTORES TIROSINA KINASA: Con actividad kinasa intrínseca. Las dianas de fosforilación son proteínas de señalización intracelular (adaptadores). RECEPTORES ASOCIADOS A TIROSINA KINASA: La actividad tirosina kinasa reside en otra proteína citoplasmática que se asocia al receptor activado. RECEPTORES GUANIDIL-CICLASA: Con actividad enzimática intrínseca, catalizan la producción de GMPc (Guanidilciclasa de membrana). “RECEPTOR” TIROSINA FOSFATASA
RECEPTORES SERINA/TREONINA KINASA: Fosforilan residuos de serina o treonina de proteínas reguladoras génicas. RECEPTORES ASOCIADOS A HISTIDINA KINASA: Con actividad kinasa intrínseca. Las dianas de fosforilación son proteínas de señalización intracelular.
Sistema de señalización mediado por Receptores Serina/TreoninKinasas y proteínas SMAD (no kinasas) Receptor con actividad Serina-Treonina Kinasa -Activados por los Factores de Crecimiento Transformadores (TGF). -Forman dímeros al unir el ligando -Dos tipos de receptores: Tipo I y Tipo II.
-Señalizan a través de las proteínas SMAD (sin actividad enzimátca). -Señalización directa hacia el núcleo: Control rápido de la expresión génica.
Receptor con actividad Serina-Treonina Kinasa
TGF-β SE UNE A UN RECEPTOR TIPO II CAUSANDO QUE EL RECEPTOR RECLUTE Y FOSFORILE AL RECEPTOR TIPO I
EL RECEPTOR TIPO I FOSFORILADO RECLUTA Y FOSFORILA A Smad2 O Smad3
Smad2/Smad3-Smad4 OLIGOMERIZADA MIGRA AL NUCLEO, RECLUTANDO OTRAS PROTEINAS REGULATORIAS DE GENES Y ACTIVANDO LA TRANSCRICIÓN DE GENES BLANCO ESPECIFICOS
Smad2 O Smad3 FOSFORILADAS SE DISOCIAN DEL RECEPTOR Y OLIGOMERIZAN CON Smad4
Tipos RECEPTORES TIROSINA KINASA: Con actividad kinasa intrínseca. Las dianas de fosforilación son proteínas de señalización intracelular (adaptadores).
RECEPTORES ASOCIADOS A TIROSINA KINASA: La actividad tirosina kinasa reside en otra proteína citoplasmática que se asocia al receptor activado. RECEPTORES GUANIDIL-CICLASA: Con actividad enzimática intrínseca, catalizan la producción de GMPc (Guanidilciclasa de membrana). “RECEPTOR” TIROSINA FOSFATASA
RECEPTORES SERINA/TREONINA KINASA: Fosforilan residuos de serina o treonina de proteínas reguladoras génicas (SMAD). RECEPTORES ASOCIADOS A HISTIDINA KINASA: Con actividad kinasa intrínseca. Las dianas de fosforilación son proteínas de señalización intracelular.
RECEPTORES GUANIDIL-CICLASA: Con actividad enzimática intrínseca, catalizan la producción de GMPc (Guanidilciclasa de membrana).
Activación de la proteín kinasa G (PKG) por el GMPc
cGMP es degradado por una fosfodiesterasa (Inhibida por VIAGRA)
Tipos RECEPTORES TIROSINA KINASA: Con actividad kinasa intrínseca. Las dianas de fosforilación son proteínas de señalización intracelular (adaptadores). RECEPTORES ASOCIADOS A TIROSINA KINASA: La actividad tirosina kinasa reside en otra proteína citoplasmática que se asocia al receptor activado.
RECEPTORES GUANIDIL-CICLASA: Con actividad enzimática intrínseca, catalizan la producción de GMPc (Guanidilciclasa de membrana).
“RECEPTOR” TIROSINA FOSFATASA RECEPTORES SERINA/TREONINA KINASA: Fosforilan residuos de serina o treonina de proteínas reguladoras génicas (SMAD). RECEPTORES ASOCIADOS A HISTIDINA KINASA: Con actividad kinasa intrínseca. Las dianas de fosforilación son proteínas de señalización intracelular.