MENSAJEROS QUÍMICOS HIDROFÍLICOS (continuación)

TRANSDUCCIÓN DE SEÑALES EN EUCARIOTAS
MENSAJEROS QUÍMICOS HIDROFÍLICOS
(continuación)
Vamos a acabar de ver la biosíntesis de los mensajeros hidrofílicos.
BIOSÍNTESIS Y SECRECIÓN DE HORMONAS PEPTÍDICAS Y PROTEICAS
Vamos a ver como se biosintetizan las hormonas de naturaleza peptídica y proteica.
Como son de naturaleza peptídica y proteica, se van a sintetizar de la misma manera
que se biosintetizan otras proteínas, sobre todo teniendo en cuenta que cuando se
biosintetizan proteínas, unas van a ser constitutivas de la célula y otras se van a
secretar. En el caso que nos ocupa, estas proteínas se biosintetizany son secretadas.
Sin embargo, tenemos que tener en cuenta una serie de modificaciones importantes
en esta biosíntesis. En este esquema, vemos el retículo endoplásmico rugoso, el
RNAm, y cómo se estaría sintetizando una proteína. La proteína entra dentro de las
vesículas del retículo endoplásmico y después pasa al aparato de Golgi. Lo primero
que va a pasar es que se va a separar la secuencia señal, que sucede
inmediatamente después de la entrada en las vesículas del retículo endoplasmico. Lo
que queda es lo que se denomina prohormona. La prohormona, no es la hormona
biológicamente activa, sino que después va a tener que sufrir una serie de
modificaciones que es lo que le va a dar actividad como mensajero químico. Por lo
tanto, tal y como se biosintetiza, no es biológicamente activa. Puede entrar en
vesículas que se trasladan al aparato de Golgi y después quedan dentro de las
vesículas secretoras que se separan del aparato de Golgi. Esas vesículas secretoras
quedan en el citoplasma, y cuando la célula recibe un estímulo para liberarlas, estas
vesículas se liberan por exocitosis. En todo este proceso, lo que sucede, sobre todo
dentro de las vesículas secretoras, es que se van a procesar y van a pasar de ser
unas moléculas biológicamente inactivas a ser unas moléculas biológicamente activas.
Una vez que son biológicamente activas, pasan a la sangre y pueden ir a sus tejidos
diana.
Antes de que se separe de la molécula el péptido señal, la molécula se llama
preprohormona, la cual tiene una vida corta. Y cuando se le separa el péptido señal se
denomina prohormona. Para formarse la hormona activa, se acaba de procesar en el
gránulo secretor.
En este esquema vemos lo mismo que en el anterior. Aquí tenemos que fijarnos en la
lista de modificaciones que se producen en el procesamiento de las hormonas y estas
modificaciones pueden ser:
- Co-traduccionales:
- Separación del péptido señal.
- Procesos de N-glicosilación de residuos de nitrógeno (N-glicosilación).
- Post-traduccionales:
- Plegamiento de la proteína.
- Formación de los puentes disulfuro que deba tener la molécula.
Luego hay otros procesos posteriores:
- Fosforilación.
- Modificación de oligosacáridos.
- Glicosilación en O.
- Sulfatación.
Después tenemos:
- Endoproteolisis: se empieza a dar en el aparato de Golgi.
En el gránulo secretor tienen lugar:
- Endoproteolisis.
- Exoproteolisis.
- Amidación.
- Formación de piroglutamato.
- Acetilación.
Es decir, hay toda una serie de
transformaciones para que estas hormonas
sean biológicamente activas. Muchos de
estos procesamientos serán similares a los
de otras proteínas. Sin embargo, son
importantes la separación de la secuencia
señal, y mucho más todavía la ruptura
proteolítica, tanto de tipo endoproteolítica
como exoproteolítica. También es típico
que se produzca en estas moléculas, una
amidación carboxiterminal.
En cuanto a la separación del péptido señal, aquí tenemos la estructura de estos
péptidos señales en el extremo N-terminal y en el extremo C-terminal la proteína
madura.
- Alguna zona cercana al extremo N-terminal, que puede ser variable como dice en la
diapositiva, entre 6 y 10 aminoácidos o más.
- Después, hay un grupo de aminoácidos hidrofóbicos o neutrales.
- Y en el extremo C-terminal del péptido señal vamos a tener de 5 a 7 residuos, de los
cuales el -1 y el -3 suelen ser pequeños y no suelen estar cargados y son específicos
para dar la señal de la peptidasa. Hay una secuencia consenso donde puede actuar la
peptidasa separando el péptido señal de la prohormona (cuando está unida al péptido
señal es la preprohormona).
Esto sucede al principio de la biosíntesis.
Respecto a las rupturas de tipo endo y exoproteolítico, hay varios casos pero solo
vamos a ver el caso de la proinsulina y del proglucagón.
En el caso de la proinsulina, en la imagen vemos la molécula completa antes de que
madurase rompiéndose en determinados puntos para dar lugar a la insulina
biológicamente activa. Esta proinsulina está formada por una cadena A y una cadena
B entre las cuales se encuentra el péptido C o péptido conector. El péptido conector no
tiene actividad biológica y no es insulina, pero en la molécula de proinsulina se
encuentra uniendo a las dos cadenas A y B que van a formar la molécula. Además, en
la cadena encontramos puentes disulfuro intracatenarios y en la molécula hay puentes
disulfuro que unen las dos cadenas.
En este caso, la prohormona solo da lugar a un péptido biológicamente activo, la
insulina, ya que al péptido C no se le conoce ninguna actividad biológica. En otras
moléculas, hay varios péptidos que tienen actividad biológica.
Después de muchos estudios, se ha llegado a la conclusión de que donde existen dos
residuos de aminoácidos básicos (por ejemplo, lisina-arginina o arginina-arginina), hay
unas enzimas que son capaces de reconocer estos puntos y romper. Entonces,
tenemos lisina-arginina y arginina-arginina, por lo que rompemos en esos dos puntos
donde se encuentran. Este hecho tiene efecto en la proinsulina y también en el
proglucagón.
La molécula de proglucagón tiene 160 aminoácidos. Dentro de esta secuencia está la
secuencia del glucagón, pero la molécula de proglucagón también incluye otras
secuencias de otros péptidos de los cuales unos tienen actividad biológica y otros no.
Los péptidos cuyas secuencias son muy pequeñas no tienen actividad biológica.
Aquí se encuentran las secuencias del péptido GLP I y el GLP II. Se denominaron así
porque sus secuencias en muchos casos es muy parecida a la del glucagón, pero
tienen actividades biológicas completamente distintas a la del glucagón:
- El GLP I es un péptido que se secreta en el intestino después de las comidas y hace
que la insulina suba mucho en sangre, es decir, se estimula la secreción de insulina.
Se encuentra en el intestino, en el cerebro y por supuesto en el páncreas porque esta
molécula se sintetiza en el páncreas.
K = lisina
R = arginina
Hay una serie de pares de aminoácidos básicos (lisina-arginina, arginina-arginina,
lisina-lisina). En todos estos puntos que están en negro en el esquema superior, hay
una ruptura de la molécula y es una ruptura endoproteolítica, de manera que existe
una enzima capaz de reconocer estos pares de aminoácidos básicos y romper la
molécula por ahí. No rompen igual en los tejidos en los que se sintetiza el glucagón.
En el páncreas, se va a ligar a una serie de péptidos que no son los mismos que se
encuentran en el intestino y en el cerebro, y curiosamente en el intestino y en el
cerebro son los mismos péptidos, por lo que tiene que haber alguna diferencia en
estas enzimas.
En el páncreas se biosintetiza el glucagón, un poco de GLP I un que es el GLP I (1-37)
y otro que es el GLP I (7-37). Estos últimos son péptidos que tienen 37 aminoácidos
pero que pueden perder los 6 primeros aminoácidos y estaríamos frente al GLP I (737), que es el que tiene mayor actividad biológica.
En el intestino y en el cerebro, no se separa el glucagón como tal, pero se separa GLP
I (7-37) y GLP II. El GLP II tiene un efecto trófico sobre las células del intestino.
De esta manera podemos ver la existencia de estas enzimas.
Hay un punto en el que hay un solo residuo de arginina, y ahí es concretamente el
punto donde se va a romper el GLP I y pierde los 6 primeros aminoácidos.
Entonces, esta prohormona, cuando se procesa produce varios péptidos
biológicamente activos.
Aclaraciones posteriores a esta diapositiva:
El GLP-I es el péptido que está en el extremo C-terminal del proglucagón, y tiene 37
aminoácidos, pero puede ser que se rompa esta molécula en un punto donde hay
aminoácidos básicos y dé lugar a GLP-I (7-37). Pero resulta que hay un punto
(señalado con una flecha) en el que hay una arginina. Hay 6 aminoácidos y en la
posición 6 hay una arginina. Hay una enzima que rompe cuando encuentra una
arginina sola (no en todas, pero se ha visto que en los péptidos reguladores sí).
Entonces, este pequeño fragmento de 6 aminoácidos se separa de GLP-I y para
distinguir esta molécula de la anterior, se denomina GLP-I (7-37) o GLP-I truncado (el
primer nombre se usa más). Si no se han eliminado los 6 aminoácidos, se denomina
GLP-I (1-37).
ENDOPROTEASAS RESPONSABLES DE RUPTURAS DIBÁSICAS
- Proteasa PC2 (Smeekens y Steiner, 1990)
- Proteasa PC3 (Smeekens y Steiner, 1991) (PC1)
Estas enzimas reconocen los pares de aminoácidos básicos, y son las proteasas PC2
y PC3. Cuando se descubrió la PC3 se acabó viendo que era la misma que PC1, por
lo que se puede llamar de las dos maneras. Smeekens y Steiner son los descubridores
de estas proteasas.
Vamos a ver algunas características de cómo son estas proteínas:
Proteasa PC2 (Smeekens y Steiner, 1990)
- Se ha estudiado en cDNA (DNA complementario) de insulinoma humano,
para hacer el procesamiento de insulina y de glucagón.
- Tiene 638 aminoácidos
- Los aminoácidos Asp, His, Ser se encuentran en su centro activo, de
manera que puede actuar efectivamente como una proteasa.
- Es una enzima soluble (podría estar en el citoplasma, pero está sobre todo
en los gránulos secretores).
- Se ha encontrado en gránulos secretores y en tejidos neuroendocrinos
- Es dependiente de Ca
El hecho de que la PC2 se encuentre en los gránulos secretores y en los tejidos
neuroendocrinos es lo lógico porque esperamos que tenga la función de procesar
hormonas y otro tipo de neuropéptidos. No solamente hormonas de tejidos endocrinos
sino que también neuroendocrinos puesto que puede tener una función más amplia.
Proteasa PC3 (Smeekens y Steiner, 1991) (PC1)
- Se ha estudiado en células (amarillas) AIT 20 de pituitaria de ratón
- Tiene 753 aminoácidos, homólogos con PC2, por lo que los aminoácidos
no son muy diferentes entre una y otra enzima
- Los aminoácidos Asp, His, Ser se encuentran en su centro activo
- Se ha encontrado en tejidos neuroendocrinos
- Tiene un segmento helicoidal anfipático, lo cual hace posible que se
encuentren ancladas en la membrana.
Como veíamos antes, también existe la posibilidad de que se rompan las moléculas
donde existe un solo aminoácido básico, que suele ser la arginina y otras veces la
lisina.
En la imagen vemos la secuencia de aminoácidos de distintos péptidos, entre ellos
está el GLP I 7-36 en el hombre. En la estructura del GLP I se ve que existe un
aminoácido arginina o bien lisina y se ha descubierto que se pueden romper estas
moléculas por ese punto y dar diferentes longitudes de estas moléculas. De esta
manera, el GLP I 7-36 habría perdido sus 6 primeros aminoácidos. Por tanto, también
hay ruptura donde hay un solo aminoácido básico.
Enzima responsable de rupturas monobásicas
DCE (Dynorphin convertin enzyme)
- Se encuentra en tejidos neuroendocrinos, cerebro, intestino, glándula
adrenal
- Se encuentra en gránulos secretores
La enzima DCE es la enzima responsable de las rupturas monobásicas. Se denomina
así porque se estudió en el procesamiento de la dinorfina. Esta enzima DCE corta la
proteína cuando localiza un aminoácido básico (de arginina).
En esta diapositiva se está estudiando el procesamiento del proglucagón, utilizando la
PC1 (=PC3) y la PC2. Vamos a ver en qué puntos hay diferencias. La PC1 era capaz
de romper la molécula para dar lugar a una molécula más corta: GLP I (7-37).
Después existe otra enzima, la PAM, que es capaz de producir una amidación Cterminal. La mayoría de ellas rompen en puntos donde existen aminoácidos básicos.
Esta es la manera en la que se procesa un precursor peptídico.
1. Si consideramos un precursor que tiene dos péptidos (el péptido 1 y el péptido 2),
los cuales van a estar unidos por un par de aminoácidos básicos, pues lo que sucede
a continuación es que actúa una endopeptidasa (la PC1 o la PC2) y rompe justo a la
derecha del par de aminoácidos básicos, es decir, hacia el extremo C-terminal de
estos aminoácidos.
2. Después nos encontramos el péptido 1 con un par de aminoácidos básicos en su
extremo C-terminal y el péptido 2 libre. A continuación actúa la carboxipeptidasa, la
cual tiene especificidad por estos aminoácidos básicos y va rompiendo los enlaces
desde el extremo C-terminal. De esta manera, perdería primero la arginina (dando
lugar al péptido 1 con la lisina unida, y libres estarían la arginina y el péptido 2) y a
continuación volvería a actuar la carboxipeptidasa y perdería la lisina.
3. Al final tendríamos: péptido 1, lisina libre, arginina libre y péptido 2. Puede que estos
péptidos libres ya tengan actividad biológica.