Clase 13- Receptor acoplado a proteina G I PDF

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Describe mecanismo completo del funcionamiento del receptor...

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Receptores acoplados a proteína G. Una gran familia de receptores son los receptores acoplados a proteína G, los cuales son una familia que permitió centrar el concepto de receptores junto con el canal colinérgico nicotínico, el β adrenérgico que es acoplado a proteína G. Existen como concepto desde mediados del siglo pasado, teniendo como representante al receptor β de adrenalina antes mencionado. En ese entonces se conocían los receptores que son canales iónicos y se les llamó receptores ionotrópicos, y los acoplados a proteína G como metabotrópicos, pues se creía que tenían función metabólica (este nombre no tiene mucho sentido en este tiempo pues los receptores que tienen mayor función metabólica son los que son enzimas como los tirosina kinasa). Existe un receptor de glutamato que está asociado a proteína G y se le conoce como m-GLU, esto pues la m proviene de metabotrópico. El sentido que tienen los receptores como estructura es mediar la comunicación celular para que algo que esté afectando a un órgano o un tejido pueda comunicarse con otro o con el mismo y generar una respuesta de adaptación, que puede ser rápida como la comunicación nerviosa que tarde milisegundos (canales iónicos). Los receptores acoplados a proteína G son más lentos, pero tardan segundos, por ejemplo un asmático que se administra salbutamol o salmeterol, va a observar broncodilatación en segundos. Otro ejemplo es el glucagón que se le administra a pacientes con shock hipoglucémico y actúa en segundos. El efecto desaparece en cuanto se va el fármaco (lo mismo con receptores que son canales iónicos) porque son dependientes el uno con el otro. Por lo anterior, es importante potenciar la vida media de estos fármacos, aunque existen también beneficios del uso de fármacos de acción corta como las benzodiacepinas de acción corta como el midozalam que es inductor del sueño. En otro tipo de fármacos no es importante la vida media como por ejemplo el omeprazol, cuya vida media es corta, pero con un efecto prolongado de 24 horas (por su mecanismo de acción). Otros ejemplos de receptores como los receptores tirosina kinasa afectan el metabolismo pues modulan la síntesis proteica moderando mediante la generación de factores de transcripción (señales que llegan al núcleo y se asocian a una proteína o DNA, esto se conoce como elementos de respuesta en el DNA), esto hace que se eche a andar toda una maquinaria dentro de la célula para generar proteínas, y es por esto mismo que los fármacos que tienen estos mecanismos de acción o que actúan como factores de transcripción directamente no dependen de su vida media. Por lo anterior es que una mujer con anticonceptivos puede saltarse un día de dosis, aunque aumenta el riesgo de embarazo. También por eso que al administrar hormonas se deben hacer aproximadamente en el horario fisiológico, pero no afecta mucho saltarse una dosis pues no dependen de la vida media. Los receptores acoplados a proteína G son de respuesta rápida, pero también pueden modular la síntesis proteica, al igual que los canales de calcio, pues en biología no se puede decir SIEMPRE. Por ejemplo la memoria son cambios plásticos mediados por canales iónicos. Los receptores acoplados a proteína G son monómeros, que poseen un extremo amino terminal y uno carboxilo terminal. Estos monómeros no se encuentran unidos a la proteína G sino, que son

acoplables a una proteína que es abundante en la membrana intracelular, que es la proteína G, cuya estructura es un heterotrímero con subunidades α, β y γ. Existen receptores acoplados, pero son muy pocos, la mayoría de ellos se acoplan al recibir la señal mediante un ligando. Los ligandos de estos receptores en su mayoría son pequeños, como aminas o aminoácidos (ej. Glutamato) *El receptor GABA-B también se acoplada a proteína G. *Al decir hormona hay que tener cuidado y decir que tipo de hormona, si son peptídicas o lipídicas, etc. Hormonas peptídicas que existen son la vasopresina, somatostatina, angiotensina, etc. Una amina (ligando) es muy pequeña en comparación a la proteína (receptor), y es capaz de generar un cambio conformacional al receptor. Péptidos también son ligandos del receptor, casi todos los péptidos monoméricos, que son cadenas de 35-40 aá. Lípidos como prostaglandinas y leucotrienos que son pedazos de membrana de 20 carbonos (liposolubles obviamente). Ejercicio: Una molécula puede o no ser hormona, también puede clasificarse como autocoide o neurotransmisor. Químicamente se pueden clasificar como aminas, péptidos, etc. El ligando selecciona al recetor en un estado de activación, no es que el ligando active al receptor, si no que este ya se encuentra activo. Es decir, implícitamente, los receptores pueden estar activados sin la necesidad de un ligando, pero esto es en tiempos muy pero muy breves dentro del ciclo de activación del receptor. Cuando el ligando llega, genera que se acople la proteína G al receptor, esta sufre un cambio estructural y expone el GDP de la subunidad α, el cual se ve sometido a la presión que ejerce el GTD cercano a la membrana y a la proteína G. Esta presión hace que se suelte el GDP y una GTP, y con ello la subunidad α libera las subunidades β y γ.

Luego de esto, se obtiene una proteína G activa que es la subunidad α unida a GTP. β y γ se separan y se convierten en segundos mensajes (chaperones) que entregan la señal de que se activó la proteína G.

La subunidad alfa y la proteína G se clasifican según la acción que vaya a realizar, normalmente la clasificación que se ve es proteína Gαs o Gs que cumple una función estimulante o proteína Gαi o Gi referido a su acción de inhibición. La proteína G, independiente del tipo de acción, siempre actúa sobre una enzima de membrana de estructura proteica grande llamada adenilato ciclasa estimulándola o inhibiéndola alostericamente, según corresponda el caso (no es lo mismo que activar e inactivar), lo que hace esta enzima es catalizar el paso de ATP a AMPc, el cual es una señal intracelular muy importante (segundo mensajero) que activa una proteína kinasa dependiente de

AMPc (PKA) que se encarga de fosforilar otras proteínas kinasas en ciclos de fosforilación rápidos, cuando se habla de estos ciclos rápidos es porque se fosforila residuos de serina y treonina (en residuos de tirosina tardan más y requieren un mejor acoplamiento estructural). Estas enzimas están relacionadas con la síntesis y metabolismo celular (lo regula), por eso se le llama metabotrópico a este tipo de receptor, también pueden activar o sensibilizar canales iónicos. Mientras tanto la subunidad alfa se aburre de tener su GTP, al tener capacidad GTPasa intrínseca transforma el GTP a GDP, al tener esta conformación se encuentra otra vez con las sub unidades β y γ, que no son las mismas que soltó anteriormente, es un encuentro totalmente al azar dependiente del mosaico de flujo (igual que la interacción ligando-receptor), es decir, vuelve a su forma inactiva hasta que vuelva a ser activada por un receptor acoplado a proteína G. Funciona igual para estimulación e inhibición. Dentro de las enzimas que activa la PKA también está la fosfodiesterasa (PDE) que cataliza el paso de AMPc a 5’AMP perdiendo su capacidad de activar a la PKA, por lo que es un sistema autorregulador. Un segundo mensajero es una molécula que media la comunicación celular subsecuentemente a la llegada de un ligando o activación de un receptor, por lo que en esta clasificación entra tanto el AMPc, como la PKA y la PDE. Algunos segundos mensajeros llegan al núcleo y de ahí regulan la transcripción, estos son factores de transcripción (no hay que categorizarlo como cosas distintas, el factor de transcripción puede ser un segundo mensajero o también un ligando). Proteína Gαq estimula a la fosfolipasa C o PLC, una proteína de membrana que no la atraviesa, sino que se encuentra asociada en la zona intracelular de la membrana. Lo que hace la PLC es catalizar la hidrolisis de fosfatidilinositol (PIP2) a inositol trifosfato (IP3) más diacilglicerol (DAG). El IP3 se une luego a estructuras receptoras (proteínas) del retículo endoplásmico que permiten el paso de calcio desde su interior al citosol, va hacia la membrana a los canales dependiente de calcio, estos se abren y como hay más calcio afuera, este entra acumulándose dentro de la célula produciéndose entre otras cosas, activación de proteína kinasa C o PKC (función complementaria a PKA) por acción tanto del calcio acumulado, como del diacilglicerol. Aparte el calcio se une a una proteína moduladora dependiente de calcio que se llama calmodulina, formando un complejo Ca-CALM. La calmodulina es una proteína que se une al citoesqueleto y permite su movimiento, aparte de eso se una a proteínas relacionadas a movimiento como la actina y permite el flujo u oleaje dentro del axón, permite la contracción de la musculatura, la salida de vesículas de la célula. La acción de la PKA también puede derivar en la activación de un secundo mensajero que se llama CREB (se ha descubierto que también se activa por PKC), a la vez es también un factor de transcripción que se trasloca al núcleo derivado de la vía del AMPc que permite modular la síntesis de proteínas, además es responsable de muchos cambios plásticos producidos por la excesiva activación de receptores acoplados a proteína G, son cambios mal adaptativos que no deberían ocurrir regularmente y pueden producir hipertrofia y perdida de la funcionalidad del tejido correspondiente. CREB significa proteína que se une al CRE, este a su vez puede interpretarse como elemento de respuesta frente al calcio o también como elemento de respuesta frente a AMPc, existe cierta divergencia con la interpretación del significado del nombre de la molécula, pero puede encontrarse de ambas maneras en los textos. Por otro lado, volviendo al complejo Ca-CALM, son responsables de despertar una enzima que hay en las células, la P38MAPkinasa y esto abre una vía de MAPk que son segundos mensajeros, vías

completas denominadas en función a la enzima determinada, en este caso P38MAPk, están encargadas de la regulación de la síntesis de proteínas, por lo que esta es otra vía por la cual el receptor acoplado a proteína G puede realizar este tipo de modulación y generar cambios plásticos que generalmente son mal adaptativos o no deseados. También existen cambios plásticos mediados por Ca-CALM que si son deseados, como por ejemplo el reforzamiento de la sinapsis generando memoria y aprendizaje, esto no es dependiente del receptor acoplado a proteína G. Subunidad αo lo que hace normalmente es regular canales haciendo que se abran, tiene un rol más directo sobre canales dependientes de ligando.

Regulación. Los receptores acoplados a proteínas G tienen a los ligandos endógenos como su agonista, pero también tiene antagonistas, la mayoría de fármacos que actúan sobre este tipo de receptor actúan como antagonista o agonista inverso.  La forma más básica de regular estos mecanismos es agregar o administrar un agonista o antagonista según se requiera al receptor.  Hay toxinas que pueden ribosilar o azucarar la subunidad alfa, una de ellas es la pertussis producida por la bacteria Bordetella pertussi. Lo que hace es, dentro del mecanismo que regula el reflejo de la tos, ribosilar la proteína Gi impidiendo que se active, es decir, inhibe la inhibición del reflejo de la tos haciéndola permanente y molesta. A nivel intestinal la Vibrio cholerae libera una toxina que ribosila la subunidad αs de la proteína G manteniéndola activada, su función es la secreción de agua desde los intestinos provocando la diarrea acuosa característica del cólera. La ribosilación es una forma de regulación toxica más que farmacológica.  Otra manera de regular estos procesos es mediante kinasas de receptores acoplado a proteína G (GRKs) que fosforilan los residuos de serina y treonina del mismo receptor acoplado a proteína G y cuando pasa esto el receptor es reconocidos por una proteína llamada arrestina, que, redundantemente, lo arresta y permite que la clastrina lo reconozca y forme unas vesículas a su alrededor favoreciendo la endocitosis del receptor. Esto pasa por la llegada de una gran cantidad de ligando (taquilaxis o desensibilización rápida) por una situación de estrés o por la administración de una droga de abuso provocando la endocitosis de receptor (“Down regulation” de receptores). Cuando la GRK es activada por la misma señalización del receptor es desensibilización homologa (más común), si viene de otro tipo de receptor acoplado a proteína G es desensibilización heterologa.  Existen proteínas reguladoras de la señalización de proteínas G (RGS), estas se unen a la subunidad alfa acelerando su actividad catalítica sobre el GTP liberando un fosfato dejándolo como GDP inactivándola rápidamente. La aceleración de la inactivación de la subunidad alfa se está estudiando para ser utilizado como blanco farmacológico, siendo un método menos drástico y más fisiológico que bloquear al receptor....