Fisiologia Generale, appunti su trasporti di membrana, trasporto epiteliale, sistema nervoso centrale e periferico, fisiologia del muscolo

RECETTORI INTRACELLULARI

Caratteristiche funzionali:

• Possono avere localizzazione citoplasmatica o nucleare;

• Legano un ligando piccolo e idrofobo;

• possiedono mobilità intracellulare;

• sono capaci di legare DNA (DNA binding proteins);

Meccanismo del funzionamento:

1) molecole segnale liposolubili possono attraversare la membrana e raggiungere l'interno della

cellula dove interagiscono con un recettore citoplasmatico nucleare;

2) tali recettori possiedono un sito di legame con il DNA di circa 70 aa composto da un dominio

denominato "zinc finger" ricco di cisteine organizzate intorno ad un atomo di zinco; nello stato

inattivo il recettore non può legarsi al DNA in quanto una proteina inibitrice è legata al sito di

legame per il DNA;

3) quando la molecola segnale si lega al sito recettoriale del recettore intracellulare la proteina

inibitrice viene rilasciata e il sito di legame per il DNA viene esposto;

4) il recettore poi entra nel nucleo e si lega a specifiche sequenze nucleotidiche sul DNA. Questo

evento attiva la trascrizione di un particolare gene, localizzato generalmente in posizione

adiacente a quella del sito regolatorio.

Gli ormoni che agiscono tramite recettori intracellulari sono:

• ormoni steroidei;

• ormoni tiroidei;

• vitamina D;

• acido retinoico.

Meccanismo di azione degli ormoni steroidei (esempio per capire il funzionamento).

1) Gli ormoni steroidei (la maggior

parte) sono legati a molecole

proteiche nel plasma. Solo

l'ormone libero non legato può

diffondere nella cellula bersaglio.

2) I recettori degli ormoni steroidei

sono localizzati nel citoplasma o

nel nucleo della cellula bersaglio.

3) Il complesso ormone – recettore

di lega al DNA e attiva o reprime la

trascrizione dei geni. 4) I geni

attivati sono trascritti in nuovo

mRNA che diffonde nel citoplasma.

5) La traduzione di mRNA produce

nuove proteine implicate nei

processi. 6) Alcuni ormoni steroidei

si legano anche a recettori di

membrana che attivano i sistemi dei secondi messaggeri e generano risposte cellulari rapide.

Esempio dell'aldosterone: esso è un importante regolatore del bilancio idrico salino ed in

particolare del contenuto di sodio e potassio dei liquidi corporei. È prodotto dalla corticale del

surrene ed il suo effetto più importante è quello di aumentare il riassorbimento di sodio e

l'escrezione di potassio da parte dei tubuli renali. in seguito al legame col proprio recettore

(localizzato a livello del citoplasma) il complesso aldosterone recettore migra nel nucleo dove

viene stimolata ex novo la sintesi di nuove pompe sodio potassio ATPasi e di canali per il sodio e il

potassio.

RECETTORI DI MEMBRANA

Sono costituiti da proteine intrinseche di membrana e comprendono un dominio recettoriale (che

presentauno o più siti di legame per la molecola segnale) e un dominio effettore (il quale attivato

dal legame tra il ligando e il dominio recettoriale, innesca la risposta).

Esistono 3 classi di recettori di membrana:

- recettori ionotropici detti anche recettore – canale;

-recettori metabotropici (distinti a loro volta in: recettori a 7 domini transmembrana e recettori

operanti per via enzimatica);

- cell adhesion molecules (CAM);

RECETTORI IONOTROPICI.

Sono canali ionici chemiodipendenti. La molecola di questi recettori presenta:

• una porzione recettrice esposta al lato extracellulare e dotata di uno o più siti di legame

per la molecola del ligando;

• una porzione effettrice costituita da un canale ionico che attraversa tuttolo spessore della

membrana; il canale possiede almeno un gate che ne controlla lo stato di apertura e

chiusura. Il legame del ligando al dominio recettoriale induce un

cambiamento conformazionale del gate con

conseguente apertura del canale. L’apertura del canale

permette, quindi, ad uno specifico ione di muoversi

attraverso la membrana secondo il proprio gradiente

elettrochimico. Il tempo d'azione di questo recettore per

ottenere una risposta è rapidissimo. Esempi sono il

recettore nicotinico (acetilcolina), il recettore GABAA

(GABA), il recettore 5-HT3 (serotonina), recettori

glutammatergici (NMDA).

RECETTORI METABOTROPICI. I recettori metabotropici vengono così chiamati ad

indicare che il loro funzionamento coinvolge in

qualche modo le attività metaboliche cellulari. I

recettori metabotropici sono strutturalmente

eterogenei, sebbene possano essere suddivisi in

due principali tipologie strutturali e funzionali: -

recettori enzimi; -recettori accoppiati a proteine G.

RECETTORI ACCOPPIATI A PROTEINE G (DETTI ANCHE RECETTORI A 7 DOMINI

TRANSMEMBRANA)

Rappresentano la famiglia recettoriale più numerosa.

E’composta da proteine che attraversano 7 volte la membrana e agiscono attivando proteine

presenti sul versante intracellulare della membrana, dette proteine G in quanto hanno attività

GTPasica (cioè effettuano l’idrolisi di GTP) formate da 3 subunità.

Le proteine G funzionano a loro volta come collegamento tra il recettore e altre proteine, dette

proteine effettrici.

Gli effettori delle proteine G possono essere:

• enzimi che producono secondi messaggeri;

• canali ionici.

Struttura Il recettore accoppiato a proteine G comprende 7 α-eliche,

altamente conservate, che attraversano il bilayer

fosfolipidico connesse da 6 anse, 3 extracellulari e 3

intracellulari. La terza ansa intracellulare contiene il dominio

di interazione con la proteina G. L’estremità N-terminale

della catena polipeptidica si sviluppa nell’ambiente

extracellulare e contiene, oltre a diversi siti di glicosilazione il

dominio di legame per il ligando. L’estremità C-terminale si

estende nel citosol contiene diversi siti regolatori.

Le proteine G sono proteine trimeriche, ossia

composte da 3 subunità: α, β, γ.

In condizione di riposo (recettore accoppiato

alla proteina G senza ligando) una proteina G si

trova in forma di trimero αβγ e presenta legato

il GDP sulla subunità α.

Quando il recettore è attivato dal legame con

un ligando (che rappresenta il primo

messaggero), cambia conformazione nella

parte intracellulare acquistando alta affinità

per il GTP. Pertanto, il GDP si distacca,

sostituito dal GTP nel suo legame con la

subunità α.

Il legame col GTP determina il distacco della subunità alfa dal restante dimero beta/gamma. E

quest’ultimo dalla superficie interna del recettore. Questi due complessi formatisi (alfa-GTP e

beta/gamma) possono agire su effettori diversi; ne consegue che uno stesso recettore può

controllare più funzioni attraverso la subunità alfa-GTP che agisce su determinati effettori e il

dimero beta/gamma che agisce su altri effettori.

La subunità α resta attiva e in grado di regolare proteine effettrici fino a quando non si verifica

l’idrolisi del GTP. L’attività GTPasica, esercitata dalla stessa subunità α, è accelerata

dall’interazione della subunità a stessa con il suo bersaglio e da altre proteine dette RGB (regulator

of G protein signaling). La subunità α legata al GDP è inattiva e quindi termina la sua azione.

Uno degli effetti del dimero βγ è la regolazione di proteine che fosforilano i recettori (G-protein

activated chinase) in un sito che li rende inattivi. Le bg possono avere, quindi, un ruolo di feedback

negativo e controllare la via di segnalazione a monte.

Proteine effettrici enzimatiche Le proteine effettrici enzimatiche sono enzimi che

catalizzano la formazione di un secondo messaggero

intracellulare (adenilato-ciclasi, guanilato-ciclasi,

fosfolipasi C) il quale, a sua volta, entra in vario modo

nelle catene di trasduzione del segnale che portano

alla risposta finale della cellula.

Principali proteine effettrici sono: adenilato ciclasi che

catalizza la conversione di ATP in cAMP (principale

secondo messaggero); fosfolipasi C che converte un

fosfolipide di membrana in due differenti molecole

(DAG e IP3), entrambe secondi messaggeri.

Un’altra importante proteina effettrice che interviene

nella segnalazione mediate da proteine G è

rappresentata dalla fosfolipasi A2 che consente il distacco di acido arachidonico da fosfolipidi di

membrana, avviando così la via di trasduzione degli eicosanoidi.

Tuttavia, a differenza di quanto avviene per l’adenilato ciclasi e per la fosfolipasi C, l'attivazione

della PLA2 è mediata dall’incremento della concentrazione intracellulare di Ca2+ e da

fosforilazione da parte di proteinchinasi, per cui non si verifica un rapporto così diretto con

l'attivazione recettoriale come accade per le PLC. 28/11/17, lezione 22

Proteine effettrici: Adenilato ciclasi L’adenilato ciclasi è l’enzima che catalizza la

formazione di AMPc a partire da ATP. E’ un enzima di

membrana, con sito attivo rivolto verso il citoplasma,

formato da due domini M (M1 ed M2).

L'adenilato ciclasi può essere regolata da:

Proteine G eccitatorie/stimolatorie (stimolano

-

l’attività dell’adenilato ciclasi)

Proteine G inibitorie

-

L’attivazione di un recettore accoppiato ad una

proteina G stimolatoria (Gs), stimola, attraverso la subunità α, l’adenilato ciclasi a produrre AMPc.

Al contrario la stimolazione di un recettore accoppiato ad una proteina G inibitoria (Gi) inibisce,

sempre attraverso la sua subunità α, la formazione di AMPciclico. Entrambi gli eventi sono mediati

da subunità α rispettivamente di tipo stimolatorio o inibitorio. L’AMPc a sua volta attiva la

proteinchinasi A.

La proteinchinasi è anch'esso un enzima che catalizza l'introduzione di un gruppo fosforico su una

proteina bersaglio

Le protein-kinasi A (A = attivata da AMP ciclico) (PKA) sono costituite da 2 siti regolatori e da 2 siti

catalitici (che difatto catalizzano l'introduzione del gruppo fosforico). Due molecole di cAMP si

legano ai siti regolatori e tale legame libera le subunità catalitiche che possono agire sui vari

substrati citoplasmatici.

Quindi: il messaggio iniziale, portato dal primo messaggero, alla fine viene trasdotto con la

produzione di un secondo messaggero che ricrea il segnale nella cellula e si traduce

nell'attivazione di un enzima che provvede a fosforilare le proteine bersaglio.

La fosforilazione è un meccanismo molto efficiente e rapido per "accendere" o "spegnere" una

proteina. L'introduzione di un gruppo fosfato (carico) in una proteina può cambiarne, in specifici

siti, la conformazione sterica e quindi la sua funzione.

La prote