Biochimica I : trasduzione del segnale, tutti i tipi di recettori, ormoni

ATP. Altre proteine G hanno una subunità

la fosfolipasi C. La fosfolipasi C si trova nella membrana delle cellule ed ha la

funzione di scindere il lipide di membrana fosfatidilinositolo 4,5-bifosfato in due

e l’inositolo1,4,5-trifosfato

secodi messaggeri che sono il diacilglicerolo(DAG) o

(IP3). Quando un ormone come l’acetilcolina, il glutammato, l’ossitocina si lega ad

un recettore specifico a serpentina, viene catalizzato lo scambio di GDP-GTP sulla

La sub unità αq viene

proteina G associata detta Gq. attivata e attiva la fosfolipasi C

sulla membrana. Il fosfatidilinositolo 4,5-bifosfato (o PIP2) è formato da una

molecola di glicerolo che lega due acidi grassi e al terzo posto un gruppo fosfato che

a sua volta lega un inositolo che è un polialcol che lega a sua volta in posizione 4 e 5

due gruppi fosfati. La fosfolipasi C da una parte forma il DAG e dall’altra l’IP3.

Il DAG resta nella membrana, mentre l’IP3 va nel citosol e si lega ai recettori

specifici per l’IP3 presenti nel reticolo; questo legame causa l’apertura dei canali per

il Ca2+ presenti nel reticolo. Gli ioni calcio escono quindi dal reticolo e vanno nel

citosol dove la concentrazione è bassa. La concentrazione degli ioni calcio nel citosol

-6 causa l’attivazione

aumenta fino a circa 10 M. Questo aumento di concentrazione

della pkc(sta per protein chinasi calcio dipendente). La pkc si attiva grazie al legame

2+

degli ioni Ca in un suo dominio. La pkc cosi attivata si sposta in prossimità della

membrana plasmatica dove recupera il DAG e lo lega in un altro suo dominio. A

questo punto la pkc ( costituita da tre domini uno catalitico e due regolatrici che

legano il calcio e il DAG), attivata fosforila diverse proteine a livello dei residui di

2+

serina o treonina. Il Ca oltre alla pkc attiva la calmodulina, una proteina con quattro

siti di legame per il calcio ad alta affinità. Quando la pkc fosforila la calmodulina,

questa modifica la sua conformazione che causa l’associazione ad altri enzimi

modulandone l’attività. La calmodulina è un membro di una famiglia di proteine che

legano il calcio a cui appartiene anche la troponina, che partecipa alla contrazione

2+

muscolare in risposta ad un aumento della concentrazione di Ca . La calmodulina è

2+

una subunità integrale della proteina chinasi Ca /calmodulina-dipendente (CAM

chinasi). Quando la concentrazione di calcio aumenta in risposta ad uno stimolo, la

calmodulina lega gli ioni calcio, va incontro ad una modificazione conformazionale e

attiva la CAM chinasi. Quest’ultimo enzima fosforila un certo numero di enzimi

bersaglio e ne regola l’attività catalitica. La calmodulina è anche una subunità

regolatrice della fosforilasi b chinasi del muscolo, che quindi può essere attivata dagli

ioni calcio. Quindi il calcio segnala al muscolo di contrarsi e al tempo stesso

favorisce la demolizione del glicogeno per disporre di altro glucosio per la sintesi di

ATp. Sono molti gli enzimi regolati dal calcio attraverso l’interazione con la

calmodulina. Secondi messaggeri

2+

cAMP, IP3, DAG, cGMP, Ca , ceramide, NO.

cGMP

Il cGMP è prodotto dall’enzima guanilil ciclasi, che quando viene attivato produce da

GTP il GMP ciclico (guanosina 3’, 5’-monofosfato ciclico). Il cGMP può essere

in GMP per mezzo di una fosfodiesterasi che rompe il legame al 3’.

convertito 2+

Ca

È alla base della contrazione muscolare. È la componente inorganica dello scheletro,

della coagulazione del sangue, dell’attivazione di proteine chinasi dipendenti. La

-7

concentrazione di calcio nel citosol è mantenuta a valori molto bassi (<10 M) ad

opera delle pompe per il calcio presenti nel reticolo endoplasmatico, nei mitocondri e

nella membrana plasmatica. NO

È prodotto utilizzando arginina come substrato, dall’enzima NO sintetasi, un enzima

dipendente dal calcio e presente in tutti i tessuti dei mammiferi; questo secondo

messaggero diffonde liberamente dalla cellula che lo ha prodotto alle cellule vicine.

L’NO è sufficientemente non polare per attraversare la membrana senza bisogno di

una proteina trasportatrice. Nella cellula bersaglio questo composto si lega al gruppo

eme della guanilil ciclasi e attiva la produzione di cGMP.

I recettori sono solamente di natura proteica; i segnalatori invece possono essere di

varia natura. Esistono infatti tre tipi principali di ormoni: ormoni peptidici, ormoni

steroidei e ormoni amminici. Gli ormoni peptidici comprendono piccoli peptidi di

soli tre amminoacidi fino a proteine con 20 o più amminoacidi. Nonostante l’ampia

variabilità nelle dimensioni tra gli ormoni di questo gruppo, per semplicità vengono

tutti definiti come ormoni peptidici. Possiamo ricordare facilmente quali sono per

esclusione: se un ormone non è uno steroide e non è un’ammina, allora deve essere

un peptide. Ormoni peptidici sono l’insulina, l’ormone paratiroideo, il glucagone,

l’ossitocina, la vasopressina, la prolattina, l’ormone della crescita. L’insulina è una

piccola proteina con due catene polipeptidi che dette A e B, unite da due ponti

disolfuro. Viene sintetizzata nel pancreas sotto forma di precursore inattivo a catena

singola, la preproinsulina, che possiede una “sequenza segnale” ammino-terminale

che dirige il suo ingresso nelle vescicole di secrezione. La rimozione proteolitica

della sequenza segnale e la formazione di tre ponti disolfuro produce la proinsulina,

che viene conservata nei granuli di secrezione delle cellule pancreatiche. Quando

un’elevata concentrazione di glucosio nel sangue stimola la secrezione di insulina, la

proinsulina viene convertita nell’ormone attivo da proteasi specifiche che rompono

due legami pepidici e generano la molecola dell’insulina matura e attiva.

Gli ormoni steroidei possiedono strutture simili tra di loro perché sono tutti derivati

dal colesterolo. Sono l’aldosterone, il cortisolo prodotti dalla corteccia surrenale, gli

estrogeni e il progesterone nelle donne prodotti nelle gonadi. I recettori per gli

ormoni steroidei sono nel compartimento intracellulare, nel citoplasma oppure nel

nucleo. La destinazione finale del complesso recettore-ormone è il nucleo, dove il

complesso agisce come fattore di trascrizione, legandosi al DNA e attivando uno o

forma l’mRNA che dirige la sintesi di nuove proteine.

più geni. Dai geni attivati si

Diversi ormoni steroidei tra cui l’aldosterone ed estrogeni presentano recettori situati

sulla membrana della cellula bersglio oltre che all’interno di essa. Questi recettori

permettono ai rispettivi ormoni di innescare risposte a lungo termine e a breve

termine.

Gli ormoni amminici derivano da un singolo amminoacido. Le catecolamine e gli

ormoni tiroidei derivano dall’amminoacido tirosina. Le catecolamine sono epinefrina,

adrenalina, noradrenalina, dopamina. Un amminoacido il glutammato si comporta

anche da neurotrasmettitore.

I recettori canale sono canali ionici che si aprono e si chiudono in risposta al legame

di ligandi chimici oppure a modificazioni del potenziale di membrana. Il canale

dell’acetilcolina è un esempio di questo tipo di recettori.

ionico-recettore

I recettori a sette eliche sono sempre associati a proteine G. Esiste una superfamiglia

di proteine G. Le proteine g infatti sono raggruppate in famiglie in base alle loro

caratteristiche; ogni famiglia di proteine G è in grado di attivare un diverso percorso

di trasduzione del segnale e ciò è importante per la specificità della trasduzione.

L’interruzione della segnalazione mediante proteine G

cause malattie

La tossina del colera, secreta da Vibrio colera presente nell’acqua potabile

+

contaminata, catalizza il trasferimento dell’ADP-ribosio alla subunità α

dal NAD

della proteina G stimolatrice, bloccando la sua attività GTPasica e rendendola

permanentemente attivata. Ciò porta ad una continua attivazione anche dell’adenilato

ciclasi delle cellule epiteliali dell’intestino, in cui la concentrazione dell’cAMP

diventa stabilmente elevata. In questa condizione si ha una continua secrezione nel

- 3-

lume dell’intestino di Cl , HCO e di acqua.

La disidratazione e la perdita di elettroliti sono le cause patologiche principali del

colera. Recettori enzimatici

Questi recettori hanno un dominio extracellulare che lega il ligando, un dominio trans

membrana e un dominio intracellulare con un sito attivo enzimatico. Di norma

l’attività enzimatica associata al recettore è un’attività protein chinasica che fosforila

residui di tirosina in specifiche proteine bersaglio. Questi recettori sono pertanto detti

recettori a TK. Esistono recettori a TK divisi in tre classi. I recettori di prima classe

sono monometrici e hanno il dominio extracellulare ricco di cisteina. I recettori di

l’insulina è dimerico e il dominio

seconda classe di cui fa parte il recettore per

extracellulare è ricco in cisteina. Il recettore di terza classe ha regioni a forcina

(domini immuonoglobulinici) ed è già dimerico. Un recettore a TK si attiva quando

si attiva l’attività tirosin chinasica e per ptersi attivare questa attività il recettore deve

dimerizzare e dimerizza appena lega il ligando (ciò avviene per recettori di I tipo).

Invece i recettori di seconda e terza classe sono già dimerici e si attivano quando in

seguito al legame con i ligandi subiscono una modificazione conformazionale.

Recettori monometrici

Sono recettori per fattori di crescita TGF, EGF, fattore di crescita neuronale.

specifico, quest’ultimo

Quando il fattore di crescita si lega al recettore monometrico

dimerizza e attiva la sua attività tirosin chinasica. Una volta attivato il recettore

subisce un’autofosforilazione crociata cioè ogni metà del recettore fosforila a livello

dei residui di tirosina l’altra metà. Le tirosine fosforilate sono punti di riconoscimento

per le altre proteine che sono quelle che hanno uno specifico dominio SH2. Il termine

SH2 sta per SARC che è la prima proteina che fu scoperta nel sarcomero. Le proteine

con dominio SH2 devono attivare la cascata di Ras, una proteina G piccola

monomerica che è fortemente implicata nella tumorigenesi. Ma la proteina Ras non

ha domini SH2 quindi per essere attivata si deve legare ad un ponte formato da due

molecole adattatrici che sono GERB2 e SOS. GERB2 con il suo dominio SH2 si lega

al dominio intracellulare del recettore e SOS con il suo dominio SH3 si lega a Ras.

GERB2 e SOS non svolgono solo la funzione di ponte ma attivano anche lo scambio

di GDP con GTP su Ras. La proteina Ras infat