Biochimica funzionale

RECETTORI TIROSIN-CHINASICI

Una altra grande famiglia di recettori, di cui il prototipo è il recettore per l’insulina.

I recettori tirosin-chinasici sono anche enzimi

RECETTORE PER L’INSULINA

È un’eccezione, perché di solito i recettori tirosin-chinasi

sono monomeri che dimerizzano se attivati, invece

questo è già un tetramero con due subunità recettoriali e

due catalitiche.

Quando il ligando si lega, il recettore di autofosforila (una

sub fosforila l’altra)

La fosforilazione è a carico di tirosine che si trovano

dentro un’ ansa, e che interagiscono con degli aspartati

tramite dei legami ad idrogeno tra ossidrile e carbossile.

La fosforilazione allontana le tirosine, liberando l’ansa e

rendendo il recettore in grado di fosforilare altre

molecole.

Le proteine chinasi danno avvio ad una via di trasduzione

del segnale che va direttamente al nucleo dove regola

l’espressione di gene agendo su fattori di trasduzione, e

ad un’altra via che agisce su proteine citosoliche, che

possono poi essere anch’esse fattori di trasduzione e quindi andare nel nucleo.

La via che va diretta al nucleo: esempio della

regolazione dell’espressione genica da parte

dell’insulina, tramite una cascata enzimatica MAP

chinasica.

MECCANISMO

[]

RAS è una proteina di membrana si lega a Raf-1 una

chinasi che fosforila, attivando, MEK che a sua volta

fosforila ERK che entra nel nucleo dove attiva fattori

di trascrizioni stimolando il processo di divisione

cellulare.

Nei tumori RAS è molto più espressa perché questa

via è potenziata, e ci ha un elevata proliferazione

Questa via di regolazione è considerata di tipo lento.

La via veloce invece, coinvolge il PIP2 di nuovo:

insulina si lega al recettore che fosforila, attivandola

la PI3K,che converte il PIP2 a PIP3, fosforilando la

testa polare del PIP2.

Con questa fosforilazione, compare una testa polare

sul lato citosolico, che viene legata dalla PKB,

una proteina che viene fosforilata solo se è

associata alla membrana. La PKB fosforilata,

attiva mediante fosforilazione la GSK3

inattivandola. Così facendo la glicogeno

sintetasi non viene fosforilata dalla GSK ed è

quindi attiva e in grado di utilizzare il glucosio

per produrre glicogeno. La PKB inoltre stimola

l’espressione sulla membrana delle cellule

muscolari, dei trasportatori per il glucosio.

Esempi di recettori tirosina-chinasici

SCAMBIO DI INFORMAZIONI (CROSS TALK) TRA IL RECETTORE DELL’INSULINA E IL RECETTORE

BETA2-ADRENERGICO (O ALTRI GCPR)

Solitamente è l’insulina che comanda sul glucagone e se c’è lei, lui non opera. Probabilmente con

questo meccanismo essa tiene a bada i recettori del glucagone

Nei diabetici, queste meccanismo non funziona bene. LEZIONE 09/10/18

RECETTORI CON ATTIVITA’ GUANILIL CICLASICA

Il cGMP a sua volta può attivare altre

proteine. Ci sono guanilato ciclasi anche non

trans-membrana, ma anche solo enzimi

citosolici, che si attivano in presenza di

segnali in particolare legati alla presenza di

NO→molecola instabile, sintetizzata a

partire dall’arginina e legandosi alla guanilil

ciclasi provoca vari effetti tra cui la

vasodilatazione

Un segnale che funziona con questo

meccanismo è un piccolo peptide prodotto

nelle pareti dell’atrio cardiaco a seguito di

espansione delle pareti atriali per effetto di

aumento della pressione. Questo peptide

permette di ridurre la pressione, riducendo

la pressione: si lega a recettori sul rene, recettore che produce cGMP che porta alla eliminazione

di sodio con le urine, che si porta dietro l’acqua, riducendo la pressione.

Fig 12.24

Domini PTB→ riconoscono un aa fosforilato in una sequenza consenso, sistema tramite cui si crea

un aggregato

Una sequenza SH2 riconosce

una tirosina fosforilata

Le SH3 sono quelle sequenze

che riconoscono sequenze

ricche di prolina, aa che crea

una struttura random coil, mai

un alfa elica.

Il riconoscimento di sequenze

nel DNA da parte delle

proteine (ex fattore di

trascrizione), si basa sulla

“lettura delle basi”, tramite

interazioni nel solco maggiore

con i gruppi liberi sulle coppie

A-T e C-G (sono diversi i legami

disponibili nelle diverse basi).

Distinguendo quindi questi siti

nella sequenza primaria di una proteina, già posso ipotizzare il ruolo che esse svolgono.

Fig 12.27

La fosforilazione di una proteina costa, e porta un segnale nella cellula. Lo stato di fosforilazione di

una proteina influenza la sua interazione con altre proteine: sia la capacità di legame, sia tramite

modifiche della velocità di trasduzione del segnale.

Un esempio di modifica di velocità di trasduzione del

segnale: il lievito h auna proteina con tre siti di legame,

uno per ogni chinasi coinvolte nella trasduzione del

segnale.

Se sono tutte legate e quindi vicine, la trasduzione è più

rapida perché ogni chinasi si trova vicino il suo substrato:

però Erk, che è la chinasi che migra al nucleo per

trasportarvi il segnale, fosforila la proteina stessa, a

livello di una serina nel sito d legame di Raf,

impedendone il legame. Se mutiamo la serina, la

velocità non diminuisce perché Erk è una serina-

treonina chinasi, e quindi non può modulare la

trasduzione. La pompa sodio-potassio è il trasportatore che genera la

differenza di potenziale delle cellule eccitabili, generando

gradienti. Anche il calcio è pompato fuori dalla cellula con

trasportatori primari e secondari.

Ci sono trasportatori anche per altri ioni, come cloro,

In generale ho un potenziale di membrana che va da –70/-

60 mV.

Il potenziale d’azione provoca l’apertura di canali del sodio,

con depolarizzazione della membrana per ingresso di

cariche positive. I canali del potassio si aprono più

lentamente e portano ad una rapida ripolarizzazione.

A livello della sinapsi il

calcio entra nella cellula

tramite canali

provocando il rilascio di

vescicole di

neurotrasmettitore.

È tutto un gioco di

bilanciamento tra sodio e potassio: perché il sodio non passa

anche dai canali del potassio, visto che è più piccolo del potassio?

Non può solo essere una questione di dimensioni, il potassio per

passare dal canale deve lasciare la sua acqua di idratazione, e per

farlo interagisce con gli ossidrili posti nel canale. Il sodio non può

lasciare la su acqua di idratazione perché essendo troppo piccolo

non riesce a raggiungere gli ossidrilli.

Questo determina la specificità di questi canali per il potassio.

I canali del potassio sono voltaggio-dipendenti: negli eucarioti i

canali del potassio sono complessi con diverse alfa-eliche, in

particolare ce ne sono due ricche di arginine (+) che sono attirate

dal lato citosolico per effetto delle cariche. Con la

depolarizzazione si spostano e il cambio dell’angolazione provoca

l’apertura del canale

RECETTORI PER ORMONI STEROIDEI Gli ultimi recettori da

considerare sono quelli di

ormoni steroidei. Un

esempio sono gli ormoni

sessuale. Tipicamente

questi ormoni si legano a

recettori nucleari, che

portano ad una

regolazione genica: i

recettori per gli ormoni

steroidei sono inibitori

della trascrizione SE non

sono legati all’ormone.

REGOLAZIONE DEL METABOLISMO

Ci sono tanti modi per regolare il metabolismo:

• Regolazione dei fattori di trascrizone

• Regolazione della velocità di degradazione dell’mRNA da parte di piccoli RNA.

• Regolazione montaggio dell’mRNA sui ribosomi: regolazione di tipo lento, a medio-lungo

termine. Ma non sempre abbiamo tutto questo tempo, per cui ci sono sistemi più rapidi

• La modifica covalente dell’enzima (fosforilazione e defosforilazione, adenilazione,

sumoilazione) con cambio di attività

• Regolazione allosterica che con il legame di una proteina sull’enzima lo rende più o meno

attivo.

• La velocità di reazione dipende anche dalla [substrato]

• Modifica del compartimento per l’enzima, cioè porto l’enzima dove non c’è il suo substrato:

ex esochinasi che è inibito dal suo prodotto (nel fegato no, è presente un isoenzima della

esochinasi, la glucochinasi, che non è influenzato dalla presenza di glucosio.

• Ubiquitinazione delle proteine con indirizzamento alla degradazione.

• Generazione di un pre-enzima che quando deve essere funzionante deve subire delle

modifiche (ex proteolisi dell’insulina).

• Interazione proteina-proteina: una proteina diventa funzionante solo se legata ad un’altra

L’ AMPK

La concentrazione di ATP cellulare deve essere mantenuta relativamente costante.

Quindi ci deve essere un equilibrio tra consumo e produzione di ATP.

La [] di ATP va da 5 a 7 mM.

Nel muscolo durante l’attività motoria,

consuma ATP e non sempre questo

equilibrio, e si ha uno scompenso di

ATP (circa 4,5 mM) con aumento della

[] di ADP. In questa situazione entra in

gioco l’enzima miochinasi che

utilizzando due molecole di ADP

produce un ATP e un AMP, cercando di

recuperare un po’ di fosforilazione, se il

mitocondrio non riesce e rifosforilare

tutto l’ADP prodotto.

Per cui in realtà non ho mai un

accumulo di ADP ma di AMP da 10 µM

500 µM)!

È un segnale di pericolo, l’AMP è il regolatore.

In queste situazioni in cui il muscolo è in eccessivo sforzo, entra in gioco la AMP chinasi, quando la

[] AMP supera i 100 µM.

A livello ipotalamico attiva i neuroni oressigenici, stimolando la sensazione di fame.

Nel muscolo stimola il trasporto del glucosio, il trasporto e l’ossidazione degli acidi grassi e la

biogenesi dei mitocondri.

A livello delle cellule beta pancreatiche diminuisce la produzione di insulina

Nel fegato inibisce la sintesi degli acidi grassi e del colesterolo.

Nell’adiposo inibisce la sintesi degli acidi grassi.

Nel cuore stimola l’ossidazione degli acidi grassi e il trasporto del glucosio e della glicolisi.

Anche il digiuno attiva la AMPK, per gli stessi motivi.

Via Gluconeogenica→fegato, e in modo

eccezionale nel tessuto adiposo, ma non

finalità diversa dalla pura produzione di

glucosio, che è fondamentalmente a carico del

fegato.

La tappa di principale regolazione è quella di

conversione tra fruttosio 6-P e fruttosio 1,6-BP,

e quest’ultimo è il principale

regolatore/bilancia tra prevalenza di glicolisi o