FOSFOLIPASAS Las fosfolipasas son moléculas capaces de romper

FOSFOLIPASAS
Las fosfolipasas son moléculas
capaces de romper los fosfolípidos
de
membrana.
Se
nombran
dependiendo del punto en que
cortan a ese fosfolípido.
Las fosfolipasas de tipo C serán
capaces de romper el grupo fosfato
de los fosfolípidos (son las que más
actúan en la transducción de la
señal).
La fosfolipasa C tiene diferentes isoformas. Arriba observamos la estructura de 3 de ellas.
Desde N a C-terminal aparecen una serie de dominios diferentes en la molécula que tendrán
funciones distintas:
− Dominio PH (más hacia N-terminal): capaz de reconocer fosfolípidos de membrana (le
permitirá a la molécula unirse a ellos)
− Dominio de mano EF: sirve para unirse a la membrana
− Dominio catalítico
A continuación hay una serie de dominios que son diferentes en las distintas moléculas. Sirven para
control o unión de otras moléculas. En el tercer caso el dominio catalítico está dividido en 2 zonas
de la molécula (también sucede en otras moléculas de la transducción de señales).
Algunos de esos dominios:
− Dominio C2
− Dominio de asociación con proteínas G: aparece en el caso de la fosfolipasa C-β, por lo que
dicha fosfolipasa actuará a través de receptores de 7 hélices transmembrana que están
acoplados a proteínas G.
En este esquema aparece la hélice
α perpendicular al plano de la
diapositiva, así como el dominio
de la mano EF.
Aquí tenemos representada
de nuevo la estructura de la
fosfolipasa C con todos los
dominios
que
anteriormente
hemos
mencionado
correspondientemente
etiquetados (dominio PH,
dominio de la mano EF,
dominio C2 y el dominio
catalítico a la derecha).
No hablaremos más de las lipasas porque cuando veamos la formación de los segundos mensajeros
que se producen como consecuencia de la fosfolipasa podremos completar la información.
ADENILATO CICLASA
La adenilato ciclasa forma el AMPc a partir de ATP, con separación de pirofosfato. El cAMP se
forma por tanto debido a las ciclasas.
Para la formación del cAMP, la
proteína Gαs se tiene que unir a la
adenilato ciclasa y activarla por
medio
de
un
cambio
conformacional.También estaría la
guanilato ciclasa, que actúa como
receptor de NO, y se forma el GTP
cíclico. La acumulación de ambos
en el citoplasma va a dar lugar a
toda una serie de respuesta celular.
En la estructura de la adenilato ciclasa, aparecen 2 dominios estructurales, cada uno con 6
segmentos transmembrana (es una proteína que se sitúa en la membrana plasmática) y los centros
activos de estos dominios quedan en el lado citosólico. Observamos uno de los centros activos entre
los bucles intracelulares (los podemos llamar como a los de las 7 hélices transmembrana) 6 y 7, y el
otro hacia el extremo C-terminal. En estos centros activos es donde puede actuar la subunidad αs que
los activa, o bien la subunidad αi que los inhibe (los mantiene inactivos o los inactiva). Cuando los
centros activos están activados se produce el cAMP.
Aquí el extremo N-terminal está en el interior de la célula (a diferencia de los receptores de 7
hélices transmembrana, donde quedaba fuera y sufría glicosilaciones).
ACTIVACIÓN Y DESACTIVACIÓN DE LA AC (ADENILATO CICLASA)
− Activación: l receptor
se une a la hormona,
las proteínas G se
activan y se unen a la
AC, la cual forma
cAMP y provoca la
respuesta celular.
− Inactivación:
para
pasar
a
estado
inactivo, la proteína G
se separa y se
inactivan
ambas
(proteína G y AC).
SEGUNDOS MENSAJEROS
Los segundos mensajeros principales son:
– cAMP, cGMP
– Ca2+
– IP3 (inositol 1,4,5-trisfosfato)
– DAG (diacilglicerol)
Los sistemas efectores son los encargados de modificar los niveles de segundos mensajeros en el
interior de las células para lograr cambios en la actividad celular.
Tanto la adenilato ciclasa como las fosfolipasas serían sistemas efectores, porque producirán el
segundo mensajero y a la vez reciben la fracción de DNA directamente de receptores.
Los segundos mensajeros que nombramos arriba se van a formar bien a partir de AC o bien a partir
de las lipasas:
– IP3 y DAG: formados por las lipasas
– cAMP y cGMP: por las lipasas
El ión calcio tiene diferentes formas de aumentar su concentración en la célula y de llevar a cabo su
respuesta celular.
Podemos ver el receptor con su ligando y una adenilato ciclasa activada, que formará cAMP. Esto
provoca la activación de PKA. Las subunidades catalíticas de la PKA pueden entrar al núcleo y
fosforilar a determinadas moléculas que vayan a estar implicadas en la transducción. Un ejemplo es
el CREB, que fosforilado se une a la proteína CBP, y en conjunto se unen al promotor de un gen,
activando la maquinaria de transcripción. Por tanto, la transcripción de determinados genes es una
de las respuestas relacionadas con el cAMP.
Esta es otra respuesta, en este caso de tipo metabólico (ya no usa la vía del control de la
transcripción y la biosíntesis de nuevas proteínas) que va a activar proteínas que ya se encuentran en
la célula. Muestra el control de la actividad de la triacilglicerol lipasa en células del tejido adiposo
mediante una cascada mediada por cAMP.
La interacción H-R activa la AC, que produce cAMP. Éste activa la proteína kinasa, que activa la
triacilglicerol lipasa por fosforilación (gracias a ATP ). Dicha enzima queda activada y unida a un
grupo fosfato, y a su vez gracias a una fosfatasa se inactivará (ciclo de activación – inactivación).
La triacilglicerol lipasa activa hace que los TAG pasen a diacilglicerol y ácidos grasos, luego a
monoacilgliceroles y ácidos grasos, y finalmente a glicerol y ácidos grasos.
La respuesta por tanto del aumento del cAMP es un aumento de glicerol y ácidos grasos en la
célula.
El cAMP no puede tener una vida muy larga en la célula sin dar problemas, con lo que se inactiva
por acción de la fosfodiesterasa del cAMP a 5´- AMP. Esta fosfodiesterasa tiene algunos inhibidores
como la teína (se encuentra en café, té, chocolate) o la teobromina (es un alcaloide). Manteniendo
altos niveles de cAMP conseguimos mantener las células más activas (sería uno de los efectos de la
cafeína).
IÓN CALCIO
Aparece coordinado a diferentes moléculas de agua (a 7), no en forma de ión con 2 electrones
libres. En la célula podemos encontrar diferentes bombas de calcio que serán capaces de mantener
unos determinados niveles de calcio (la concentración de calcio extracelular es mucho mayor que la
intracelular). A la izquierda aparece un intercambiador de calcio y sodio, y a la derecha una bomba
de calcio (requiere ATP para sacar calcio).
En la célula existen diferentes lugares en los que se almacena el calcio:
– membrana del retículo endoplásmico: hay bombas que meten calcio ahí
– mitocondrias (también hay bombas que lo introducen en la matriz mitocondrial)
El calcio no se va a encontrar libre mucho tiempo en el citoplasma, sino que se suele unir a
proteínas como la calmodulina.
Este dibujo muestra cómo se une el calcio a
las proteínas: es una mano EF donde el
calcio se colocaría como se ve, y se
coordina con diferentes aminoácidos de la
proteína. Observamos dos hélices α y una
lámina plegada β.
La calmodulina por ejemplo tiene este tipo
de dominio.
La calmodulina va a captar calcio del citosol, uniéndose a 4
iones calcio. Es una proteína con un segmento N-termina y
otro C-terminal unidos por una hélice. Aparecen zonas
hidrofóbicas en los extremos.
Se sitúan dos iones calcio en cada uno de los dos polos. Cada
polo a su vez tiene 2 manos EF, y hay una zona intermedia
que le da la capacidad de movimiento y cambio de
conformación a esa proteína.
La calmodulina se va a unir a la calmodulina kinasa I (CaM
kinasa I).
En la estructura de esta CaM kinasa I vemos un péptido en
el que actúa la calmodulina, activando a CaM kinasa I.
A la calmodulina se le unen los 4 iones calcio, cambia su conformación, se le une la CaM kinasa I y
al hacerlo, la calmodulina “engloba” al péptido del que hablábamos antes y consigue la activación
de la CaM kinasa I.
El calcio se une a:
– 1 molécula de agua
– 1 residuo de ácido glutámico
– 3 residuos de ácido aspártico
– la cadena principal
Con estos aminoácidos es con los que se combina en la estructura de mano EF.
Aquí aparecen los puntos de unión del calcio a la calmodulina en los 2 extremos y el segmento
intermedio que es flexible (es una hélice α), capaz de abrazar al péptido de la CaM kinasa I.
Así, hay 2 zonas globulosas en los extremos, y en cada una de esas zonas con segmentos en mano
EF.
Cuando aumenta la concentración de calcio en el citoplasma se une a la calmodulina y se activa la
CaM kinasa I. Cuando se pierde calcio y calmodulina se inactiva CaM kinasa I y vuelve al punto de
inicio el ciclo.
Hay una activación independiente de calcio en la que solo una parte de las moléculas están en forma
activa. Una fosfatasa separaría el grupo fosfato, dejando totalmente inactiva a la proteína porque
tiene su dominio catalítico tapado por un dominio inhibidor (no está expuesto y no se pueden unir
los substratos).
Aparecen aquí una serie de vías en la célula mediadas por la unión de calmodulina y de otras
proteínas. Hay diferentes receptores y diferentes funciones (exocitosis, división celular, forma de la
célula y movilidad, transducción de la señal, metabolismo...). Así, hay muchas funciones en la
célula en las que está implicado el calcio.
En el citosol hay una serie de proteínas kinasa (como la CaM kinasa I), fosfodiesterasas... que están
implicadas. Dentro del RE vemos almacenado el calcio, y tiene unos receptores que permiten la
salida al citoplasma del calcio en determinadas situaciones. Vemos por ejemplo la CaM kinasa II en
el núcleo, relacionada con la transcripción.
IP3 Y DAG
Tanto IP3 como DAG proceden de la hidrólisis de PIP2 (PI 4,5-bisfosfato) que está en la membrana
plasmática. De los fosfolípidos de membrana se pasa del fosfatidil inositol por la acción de kinasas
a PIP2, que será sustrato de fosfolipasa C (es la que formará dichos mensajeros, rompiendo el
enlace y formando cada uno por un lado).
La fosfolipasa C-β rompe el enlace fosfodiéster. El DAG queda anclado a la membrana mientras
que el IP3 se liberará. Ambos tendrán que activar rutas diferentes pero en algunos casos activan a la
misma proteína kinasa. En principio el DAG activa a la PKC y el IP3 va a liberar calcio del retículo
endoplásmico. El aumento de calcio del citoplasma contribuye también a la activación de la PKC.
Tenemos el papel del glicerol en la señalización celular. La hormona se une al receptor y acaban
activando a la fosfolipasa C. La subunidad de la proteína G (qα) activa a la fosfolipasa C, la cual
rompe PIP2 y forma DAG y IP3. El DAG activa a PKC, y el IP3 se une a unos receptores en la
membrana del retículo endoplásmico, abriendo canales y sale calcio al citoplasma. Este calcio
ayuda a la activación de la PKC, pero también se une a calmodulina y a CaM kinasa I (la activa,
haciendo que contribuya a las respuestas celulares una vez que tiene fosfato).
Además, una vez que el IP3 activa canales de calcio pierde el grupo fosfato gracias a una fosfatasa
(inositol polifosfato 1-fosfatasa) y se inactiva (IP2).
El segundo mensajero, una vez que ha transducido la señal se desactiva (vida media corta).
Otro caso en que el IP3 tiene función es en el caso de la formación de NO. Dadas células
endoteliales y musculares lisas de los vasos sanguíneos, la acetilcolina se une a su receptor
(relacionado con proteínas G). Estas proteínas activan a la fosfolipasa C, que producen IP3, el cual
aumenta niveles de calcio en citoplasma (se une a calmodulina). La NO sintasa tenía entre sus
cofactores a la Ca-calmodulina, por lo que se activa, produciéndose NO que va a células cercanas.
El NO produce cGMP, que activa a PKC (produce relajación de las células del músculo liso de los
vasos sanguíneos).
El DAG, bien pasa a glicerol fosfato o bien se descompone en ácidos grasos y glicerol. Pasado un
tiempo ya no existe como 2º mensajero y ya no podrá activar la PKC. El PIP3 pasa a inositol y
también desaparece.
Aquí tenemos vías en las que va a actuar el DAG y una serie de respuestas celulares que se sabe que
produce (se activan células y se produce una transducción intracelular a través de DAG). Se trata de
moléculas sobre las que va a actuar (relación con proliferación, supervivencia, apoptosis,
señalización de células inmunes, sistema inmune, expresión genética, inflamación, movilidad del
citoesqueleto...) Algunos están en varias vías, como la señalización del sistema inmune, la expresión
génica o la proliferación. Así, a través de la activación de diferentes kinasas existen vías que en
muchos casos van a coincidir en el mismo tipo de respuesta celular, aunque ésta es bastante variada.
En el RE endoplásmico vemos la salida del calcio, que produce una serie de respuestas celulares
mediadas por la PKC que se fosforila.
Un receptor unido a proteínas G activa la AC, que produce cAMP y activa PKA. Al actuar sobre
canales de calcio en la superficie celular permiten la entrada del calcio al RE. Si ese calcio sale
puede provocar la contracción celular. La epinefrina y la noreprinefrina actúan sobre receptores de
este tipo.
PIP2 se une también a una proteína llamada “Tubby” que se encuentra en el cerebro de ratones.
Cuando faltan, los ratones engordan. Cuando la fosfolipasa se activa, separa PIP2 de esta proteína,
que queda libre. Se transcriben en el núcleo sus genes, que parecen estar relacionados con la
cantidad de grasa en el cuerpo de los ratones. Sería otro tipo de respuesta mediada por la fosfolipasa
C (si está activa produce todo esto).