Biochimica

PKA

L’AMPciclico attiva la PKA.

La PKA è formata da due subunità R e due subunità C. R sta per regolatorie,

mentre C sta per catalitiche. Queste quattro subunità sono assemblate tra

loro. Nel momento in cui la concentrazione di AMPciclico aumenta,

l’AMPciclico va a legarsi alle subunità regolatorie; il legame con le

subunità R favorisce il distacco delle subunità catalitiche; ora le subunità C

sono attive e vanno a fosforilare le molecole bersaglio. A questo punto

viene innescata la risposta cellulare a quella determinata stimolazione.

Disattivazione della proteina G

La subunità Gα della proteina G è come se avesse un orologio intrinseco, ossia dopo un tot di tempo si inattiva da sola. Le subunità Gα

hanno infatti un’attività GTPasica intrinseca (GTP —> GDP + Pi) che agisce dopo un certo tempo (sec o min) dall’attivazione.

Allontanamento del ligando dal recettore

- Meccanismo di dissociazione: il ligando si dissocia spontaneamente dal recettore. In questo modo abbiamo lo spegnimento del segnale

e quindi il ripristino dello stato iniziale.

- Meccanismo mediato dalla fosforilazione della porzione intracellulare del recettore.

β-adrenergico.

Un esempio è quello del recettore

Questo recettore infatti si lega al ligando, quindi all’adrenalina; si ha attivazione della

proteina G; adenilato ciclasi; AMPciclico e PKA. La PKA fosforila; tra le varie proteine

che fosforila vi è anche una chinasi che va a fosforilare una specifica porzione del

recettore. Quindi la PKA attiva una serie di proteine tra cui anche questa proteina

chinasi che fosforila i residui presenti nel recettore. Il recettore così fosforilato lega la

β-Arrestina che blocca la segnalazione.

La chinasi del recettore viene attivata e va a fosforilare il recettore solo quando il

recettore è legato al ligando. Dunque questo complesso ha come substrato il

complesso ormone-recettore ma non è attiva nel recettore da solo, ossia deve bloccare

il segnale per cui fosforila il complesso ormone-recettore; quando il recettore è legato

con l’ormone viene fosforilato dalla chinasi; viene attaccata l’Arrestina e il segnale

viene bloccato.

Esistono varie tipologie di proteine G:

- G : i sta per inibitoria poiché inibisce l’adenilato ciclasi e quindi diminuisce i livelli cellulari di AMPciclico.

i

- G : s sta per stimolatoria poiché questa proteina stimola l’adenilato ciclasi e quindi aumenta l’AMPciclico. Questa è la tipologia di

s

proteina che abbiamo visto finora.

- G : ha il calcio come secondo messaggero

q

Malattie causate da difetti delle vie di trasduzione del segnale

Un esempio è il colera, malattia che causa una massiccia perdita di

elettroliti, ossia provoca una dissenteria molto importante che, se non

curata, può portare anche a coma e morte.

tossina colerica

La è formata da due subunità: A e B. La B è quella che

riconosce e lega le cellule dell’epitelio intestinale. La A entra dentro le

cellule e blocca covalentemente la proteina G stimolatoria, in particolare la

α

subunità e forma GTP. La proteina A fa quindi in modo che la proteina G

sia sempre attiva. Vi sarà quindi stimolazione perenne delle cellule target

dato che la proteina G è sempre attiva. Ciò comporta infatti una continua

stimolazione dell’adenilato ciclasi e aumenta così la concentrazione di

AMPciclico. L’aumento di AMPciclico porta ad una attivazione della PKA; in

questo caso la PKA stimola l’apertura dei canali del cloro e inibisce lo

scambiatore sodio-idrogeno e ciò provoca una perdita massiva di elettroliti

(NaCl e H O) nell’intestino.

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Questo è il meccanismo attraverso cui la tossina colerica provoca gli effetti

legati alla malattia ad eziologia batterica. Il batterio infatti è il vibrio

cholerae, il quale produce una tossina che con le sue due subunità lega le

cellule epiteliali ed entra in esse. α

dell’apertosse

La tossina è sempre una tossina prodotta dall’organismo; in questo caso la tossina blocca la subunità della proteina G

che però è una Ginibitoria. Ha come conseguenza quella di inibire l’adenilato ciclasi e quindi di inibire la produzione di AMPciclico;

ciò causa la malattia (tosse seguita da rantolo).

Quindi in un caso si blocca la subunità stimolatoria e nell’altro quella inibitoria.

Alcuni recettori 7TM attivano la cascata del fosfoinositolo in cui come secondo messaggero abbiamo il calcio.

Questa via è utilizzata da numerosi ormoni e genera varie risposte

fisiologiche. Un esempio di recettore che utilizza questo tipo di

α1-adrenergico.

recettore è il recettore Abbiamo come ligando sempre

α1.

l’adrenalina, ma che lega un altro tipo di recettore, ossia l’ Il

meccanismo che viene innescato è diverso. Abbiamo quindi sempre

α, β, γ;

una proteina G intracellulare formata da 3 subunità in questo

caso la proteina G prende il nome di G dal momento che media un

q

meccanismo in cui è coinvolto lo ione calcio. La proteina è trimerica e

ci sono sempre le due code che ancorano la proteina alla membrana.

L’attivazione del recettore porta all’attivazione della proteina G e

q

α

quindi sostituisce il GDP con il GTP. La subunità della proteina migra

α

nella membrana. Prima avevamo visto che la subunità attivata andava

ad attivare l’adenilato ciclasi; in questo caso viene attivata una

fosfolipasi C. La fosfolipasi è una lipasi, quindi idrolizza i fosfolipidi. La

fosfolipasi va a scindere un fosfolipide di membrana (PIP ,

2

fosfatidilinositolobisfosfato) presente nelle membrane cellulari. Il PIP 2

viene idrolizzato in diacilglicerolo (DAG), un lipide che resta associato

alla membrana, e in inositolotrifosfato (IP ) che invece è solubile e si

3

allontana dalla membrana. Quindi, il ligando si lega al recettore; il recettore viene attivato tramite un

meccanismo in cui si lega alla porzione extracellulare, si modifica e questa

modifica viene trasmessa alla porzione intracellulare; a questo punto il recettore

α

attivato attiva la proteina G; la subunità della proteina G a riposo ha legato il

GDP e, una volta stimolata, sostituisce il GDP in GTP; a questo punto la proteina G

α

attiva rilascia la subunità che migra nella membrana e va ad attivare una

fosfolipasi C che catalizza la reazione in cui il fosfolipide di membrana scinde in

DAG e IP . Il IP solubile lascia la membrana e va nel reticolo endoplasmatico e va

3 3

ad attivare i canali del calcio. Il calcio dal lume del reticolo endoplasmatico

fuoriesce nel citosol.

In questo caso avremo quindi un aumento di concentrazione del calcio all’interno

del citosol. Questo aumento comporta una serie di risposte all’interno della cellula.

Il calcio infatti aumenta le chinasi che portano alla risposta cellulare. Vediamo

dunque che all’interno della cellula aumenta la concentrazione di calcio che

proteina chinasi C;

stimola una proteina chinasi chiamata nello specifico questa

viene attivata sia dagli aumentati livello di calcio ma anche dai livelli di

diacilglicerolo. La chinasi quindi fosforila bersagli cellulari che portano alla risposta

cellulare.

Recettori accoppiati ad enzimi

Questo recettore ha un meccanismo diverso poiché nella porzione

intracellulare ha attività enzimatica che può essere attivata in seguito al

legame con il ligando. Sono anche strutturalmente diversi da quelli visti

precedentemente. Questo recettore è infatti in condizioni di riposo sotto

forma di monomero che attraversa la membrana cellulare; nel momento in

cui lega il ligando questo ormone dimerizza, ossia due monomeri si

associano per formare un dimero. Nella forma attiva prende quindi la

forma di tetramero, in quella a riposo invece è un monomero.

Nel momento in cui si attiva, la porzione intracellulare si attiva; la

porzione intracellulare è costituita da una chinasi. Sono infatti proteine

tirosin-chinasi poiché viene fosforilata la tirosina. La tirosin-chinasi è

quindi parte integrante del recettore.

Dopo che è avvenuta la fosforilazione di residui di tirosina, il

recettore è attivo. I siti fosforilati sono punti di ancoraggio di altre

proteine, infatti attraggono altre proteine e ciò comporta una serie di

eventi a cascata che attivano la risposta.

Esempi di ligandi che si legano a questo tipo di recettore sono:

- Insulina

- Fattore di crescita dell’epidermide

- fattore di crescita derivato dalle piastrine

Recettore dell’insulina α β. α β

E’ formato da due subunità e da due subunità Le subunità sono sul versante extracellulare mentre le in parte

attraversano la membrana e in parte si estendono nel versante intracellulare. Questo recettore può quindi essere

α-β.

descritto come l’unione di due dimeri α β

Il meccanismo di trasduzione del segnale dell’insulina è uno dei più complessi. La subunità è legata alla da un

β

singolo ponte disolfuro. Il legame insulina-recettore provoca l’avvicinamento delle 2 subunità e provoca di

conseguenza l’avvicinamento dei domini chinasici intracellulari che hanno attività tirosinchinasica. Le porzioni

intracellulari si attivano e catalizzano la fosforilazione dei residui.

Immaginiamo la porzione extracellulare come se fosse una V; si lega l’ormone e le braccia della V si avvicinano;

questo comporta un avvicinamento delle subunità intracellulari, ossia quelle con attività tirosinchinasina; a questo

punto, avvicinandosi anche le porzioni intracellulari, queste si attivano e catalizzano la fosforilazione dei residui di

tirosina in maniera crociata. La fosforilazione crociata indica che una subunità fosforila l’altra e quindi si attaccano

dei gruppi fosfato nella porzione intracellulare del recettore. Il recettore, dunque, è stato attivato. A questo punto la

β

subunità ha attaccati dei gruppi fosfato e il recettore è attivo. Viene allora attivata una serie di eventi che porterà ad

ulteriori fosforilazioni di altre molecole che porterà alla risposta cellulare.

Un esempio è la risposta cellulare all’insulina; l’insulina è un ormone ipoglicemizzante che abbassa la glicemia, ossia la concentrazione

di glucosio del sangue. La glicemia è abbassata ad esempio aumentando l’ingresso di glucosio. Questo aumento è dato dall’aumento del

numero di trasportatori che appartengono alla famiglia dei GLUT. Uno dei tanti GLUT è il 4,