Biochimica degli alimenti, della nutrizione e delle malattie metaboliche. Moduli Prof. Iametti e Prinetti

Il meccanismo di azione del cAMP come secondo messaggero

Il cAMPOrmone arriva sul recettore. Vicino al recettore c'è una proteina che è la G-protein. Questa è fatta da diverse subunità. Quando arriva l'ormone questa proteina viene fosforilata e lo fa usando il GTP. Quando viene fosforilata questa proteina attiva una proteina vicina nella membrana che è adenilato ciclasi. Questa converte l'ATP in cAMP. Quando io ho il cAMP questo cerca chinasi cAMP dipendente. Quando si lega alla chinasi la attiva e la attiva in modo particolare. La chinasi è fatta da subunità catalitiche e due subunità regolatrici. Nella forma inattiva questa ha due subunità catalitiche associate a quelle regolatrici e non è attiva e non fosforila nulla. Quando cAMP si associa si ha modifica di conformazione e l'effetto è di dissociare le unità catalitiche da quelle regolatrici. Queste unità agiscono aggiungendo un gruppo fosfato all'enzima bersaglio.

Questo enzimabersagliorisulta attivoo inattivo asecondadell’enzima. Pagina 136 di 164

La proteina G ha un attività debolmente idrolitica, in grado di idrolizzare il GTP. L’adenilato ciclasipuo essere spenta con un meccanismo analogo, da un altra proteina G. Ci sono proteine G che laattivano e altre che la disattivano. Ci sono alcune proteine G che hanno funzione di disattivarel’adenilato ciclasi.

Per spegnere il meccanismo si puo non far arrivare lo stimolo o avere idrolisi del cAMP dallafosfodiesterasi. Questa si usa per regolare il cAMP. Questa idrolizza il cAMP che diventa AMP chenon stimola la proteina cAMP dipendente. Alcaloidi prolungano azione dell’adrenalina perchevanno a bloccare l’azione della fosfodiesterasi prolungando la vita di cAMP. Pagina 137 di 164

Controllo a cascata chinasica/fosfatasica

Esempio è l’insulina.Insulina è ipoglicemizzante. Quando il recettore si lega con insulina si ha attivazione di

unafosforilazione di una particolare chinasi, ovvero IRS-1. Questa viene attivata per fosforilaione daparte del recettore, che quando si attacca ad insulina, puo fosforilare questa proteina. Quando questaproteina IRS viene fosforilata attiva una chinasi. La seconda chinasi va a fosforilare una proteina dimembrana PIP2. Questa proteina viene attivata a PIP3 perche viene fosforilata. Questa proteinaquando viene attivata attiva un alta chinasi che si chiama Akt. Questa chinasi attiva la glicogenosintasi. Questo è il primo effetto. Akt attiva il GLUT4 (modificandone la conformazione) ovvero iltrasportatore all'interno del glucosio. CITOCHINE Rientrano nelle infiammazioni. Anche queste agiscono sulle chinasi, ma con un meccanismodiverso. Il recettore in questo caso ha associate due chinasi inattive. Sono inattive quando ilrecettore formato da due subunità è indissociato. Arriva la citochina e le due subunità si associanotra loro. Se le due subunità si associanosuccede che le chinasi si auto-fosforilano e quindi diventano attive. Ora che sono attive possono fosforilare i siti di tirosina sempre sul recettore. Quando questi siti di tirosina sono fosforilati, questi permettono a delle tirosinasi di associarsi al recettore. Una volta associate, queste proteine STAT1 vengono fosforilate dalle chinasi che erano associate al recettore. Queste STAT2, quando sono fosforilate, cambiano la struttura e non stanno più attaccate al recettore e si associano testa contro coda con un'altra subunità del recettore. Si forma così un'associazione tra due molecole di STAT e una volta associate possono attraversare il nucleo. Una volta dentro, diventano i fattori di trascrizione e alla fine attivano tutti i meccanismi di espressione genica connessi con l'infiammazione. Biochimica lezione 3/11 Metodi con cui gli ormoni trasmettono il messaggio. Visto che alcuni entrano nel nucleo e alcuni che ottimizzano i secondi messaggeri. Il segnalesi trova un gruppo fosfato, in posizione 1 un gruppo glicerolo e in posizione 2 un acido grasso. Ilfosfatidilinositolo può essere fosforilato a livello del gruppo fosfato in posizione 4 o in posizione 5,generando rispettivamente il fosfatidilinositolo 4-fosfato (PI4P) o il fosfatidilinositolo 5-fosfato(PI5P). Questi due fosfolipidi possono essere ulteriormente fosforilati a livello del gruppo fosfato inposizione 3, generando rispettivamente il fosfatidilinositolo 4,5-bisfosfato (PIP2) o ilfosfatidilinositolo 3,4,5-trisfosfato (PIP3). Questi fosfolipidi sono importanti messaggeri secondari chepartecipano a diverse vie di segnalazione cellulare. Ad esempio, il PIP2 può essere idrolizzato dallafosfolipasi C, generando inositol trifosfato (IP3) e diacilglicerolo (DAG), che a loro volta agiscono comealtri messaggeri secondari. Il calcio intracellulare può essere aumentato attraverso l'azione dellafosfolipasi C e l'IP3, che si lega ai recettori dell'IP3 nel reticolo endoplasmatico, causando il rilascio dicalcio intracellulare. Il calcio intracellulare può poi attivare diverse proteine e chinasi, influenzandodiverse vie di segnalazione all'interno della cellula.c'è legato un gruppo fosfato e poi un altro sostituto che può essere un saccaride o altri composti di diversa natura. La molecola si può idrolizzare nelle tre molecole diverse. Ci sono fosfolipasi specifiche che agiscono nelle posizioni 1, 2 o 3. Ottengo quindi dalla lipasi diverse molecole a seconda di dove agiscono. Vediamo il glicerofosfolipide che è fosfoinositolo 4-5 difosfato. Come agiscono gli enzimi su questa molecola? Arriva il segnale. Il recettore attiva una proteina G con lo stesso meccanismo già visto con il GTP. Questa proteina G attivata attiva a sua volta un altro enzima ovvero la lipasi C. La lipasi C agisce sul glicerolo in posizione 3 e idrolizza. Quindi dall'idrolisi otteniamo che si libera un diacilglicerolo più tutto il resto ovvero inositolo 1-4-5 trifosfato. Pagina 140 di 164. A questo punto ho due componenti rilasciate ovvero il diacilglicerolo e inositolo. Tutti e due sono dei messaggeri. Il diacilglicerolo è

attaccato e parte della membrana, privato dell'inositolo attiva una proteina chinasi. Quindi si ha una proteina chinasi diacilglicerolo dipendente. Una proteina chinasi fosforila delle proteine bersaglio. Inositolo 1-4-5 difosfato invece aumenta il rilascio del calcio da due zone di deposito del calcio ovvero reticolo endoplasmatico e in contemporanea si ha un aumento della permeabilità del calcio tra i canali che lo trasportano.

Il calcio come viene rilasciato viene chelato da una proteina deputata a smistarlo che è la calmodulina, proteina specifica che porta il calcio in giro dove serve all'interno della cellula -> non ci si può permettere che il calcio sia libero perché è poco solubile e può precipitare e dare dei cristalli con effetti negativi ed inoltre potrebbe depositarsi e non formare il cristallo ma render rigido il tessuto. Il calcio è quindi sempre modulato e trasportato nella cellula da questa proteina.

Il calcio si associa con una

chinasi calmodulina calcio dipendente. Questa va a fosforilare una proteina bersaglio che diventerà attiva o inattiva a seconda dell'attività che deve svolgere. L'azione di inositolo trifosfato avviene in due modi: - Diacilglicerolo che attiva una serie di chinasi - InsP2: attivazione del rilascio del calcio, il quale comporta l'attivazione di una chinasi calcio dipendente che va a fosforilare e ad agire. Pagina 141 di 164 Pagina 142 di 164 Sempre su questi composti abbiamo un caso in cui si ha la stessa reazione vista prima. La PLC è la fosfolipasi C. MAPK vanno a fosforilare la cPLA2 che va ad idrolizzare in posizione 2 liberando acido grasso in posizione 2. Questa per essere completamente attiva e poter idrolizzare in posizione due occorre anche il calcio. Il calcio viene rivelato da altra componente dell'idrolisi di inositolo P3. Quindi si ha l'ontemporanea attivazione della fosfolipasi PLA2. Questa va a idrolizzare in posizione 2 liberando l'acido.

grasso arachidonico- questo acido è precursore delle prostaglandine che sono mediatori dei fenomeni di infiammazione. La normale aspirina o ibuprofene agiscono bloccando la conversione di arachidonico in prostaglandine. In questo fenomeno di allergie vediamo importanza dei secondi messaggeri. Allergene si lega a IgE sul recettore. Primo effetto è sulla fosfolipasi C. Questa va a produrre Diacilglicerolo e IP3 idrolizzato. IP3 (testa polare del gliceroinositol-1-3-difosfato) provoca rilascio del calcio sia a livello del RE che a livello del passaggio tra i canali del calcio. Questa quantità di calcio provoca un'altra cosa -> attrazione della fosfochinasi C che va ad agire a livello dei granuli e li degranula. Si ha così il rilascio dei composti che sono presenti. Questo fenomeno è aumentato anche da altri effetti. Uno importante per esempio è che il diacilglicerolo insieme al rilascio del calcio va ad attivare la fosfolipasi A2 del punto 5 con

conseguente rilascio diacido arachidonico —> produzione di prostaglandine e di leucotrieni. Pagina 143 di 164
Altro effetto che si ha sempre è l'intervento della chinasi attivata attraverso il cAMP. Nella risposta allergenica e nella produzione delladegranulazione dei mastociti ci sono quindi due sistemi che danno la risposta:
1. Via fosfolipasi C con attivazione dellalipasi A2
2. Un altra via cAMP
Il calcio ha un effetto molto importante perché regola chinasi che hanno a loro volta diversi bersagli.
Il calcio inoltre interviene nella produzione dell'NO ovvero ossido diazoto. Questo è prodotto a partire dall'arginina con enzima NO sintetasi.
Questo enzima toglie ad arginina l'ossido nitrico. La reazione è di ossido riduzione con riduzione dell'arginina e si forma un altro composto che è la citrullina. NO è un mediatore interessante perché è un traduttore del segnale che ha un effetto importante: dura pochissimo esopratutto è l'unico trasduttore che si diffonde tra le membrane. Non può agire all'interno della cellula oppure diffondere attraverso la membrana. Abbiamo due tipologie di NO prodotti: quelli tipici di certi tessuti specializzati come per le cellule nervose. NO è un trasduttore del segnale inducibile CALCIO-NON-SENSIBILE ed è utilizzato dal SI per difendersi dall'attacco contro i patogeni. Inoltre NO è prodotto dai batteri in particolare dai gram positivi e viene fatto per difendersi dallo stress ossidativo. 1. Usato dal sistema scheletrico o dal sistema endoteliale o nervoso (non inducibile) 2. NO prodotto quando serve NO a livello dei recettori nervosi viene attivato dal calcio. Pagina 144 di 164 NO sintetasi produce ossido nitrico. Questo NO prodotto dal macrofago esce, passa nella membrana