CdL in Bioinformatica BIOLOGIA GENERALE a.a

CdL in Bioinformatica BIOLOGIA GENERALE a.a. 2018-2019 Materiale integrativo alle lezioni sui seguenti argomenti: trasporto attraverso la membrana, trasduzione del segnale Elisabetta Trabetti SPECIFICITA’ dei CANALI IONICI Esempio: il canale potassio Il canale per il K+ contiene al suo ingresso atomi di O molto polari e la distanza tra questi atomi è proprio quella adatta per attirare uno ione K+ (più di quanto questo sia attirato da quelli di idratazione)  K+ si stacca dal guscio acquoso e passa nel canale. Il Na + (più piccolo con uguale carica di K+) non passa perché altra molecola di acqua si interpone tra il suo guscio di idratazione e i due atomi di O posti all’ingresso del canale. SPECIFICITA’ CANALI IONICI Il canale potassio Canale controllato dal potenziale. Neurotrasmettitore  cell nervosa  apertura canali Na +  stimolo elettrico attiva canale K+  esce K +  la cell nervosa può generare nuovo segnale Sadava D et al. Elementi di biologia e genetica. Zanichelli, 2014 La maggior parte delle proteine canale possono aprirsi o chiudersi in base alle necessità della cellula. Esistono diversi meccanismi di regolazione di apertura e chiusura dei canali. - Legame con proteina (es. neurotrasmettitore nella segnalazione nervosa e neuromuscolare) - Legame con proteine intracellulari (es. per apertura canali Ca++ in cellule nervose) - Legame di piccole molecole come il gruppi fosfato (es. canali Cl- in cellule polmonari) - Canali voltaggio dipendenti, non legame con molecola (variazione cariche elettriche tra i due lati della membrana, es. canali Na+ e K+ in cellule nervose) - Canali meccanosensori (sensibili alle variazioni di tensione della membrana, es. cellule orecchio interno sensibili alle variazioni di frequenza dei suoni) Potenziale di membrana e trasmissione dell’impulso elettrico • • • • • • Nei neuroni lo stimolo è generato da un neurotrasmettitore (ligando) che, prodotto e rilasciato da una cellula neuronale a livello di sinapsi presente tra due neuroni, controlla l’apertura di un “canale a controllo del ligando” (recettore accoppiato a canale ionico), sensibile al neurotrasmettitore stesso, posto sul neurone a valle della sinapsi. Quindi la membrana del neurone post-sinaptico viene stimolata dal neurotrasmettitore rilasciato da altro neurone. Viene così indotta l’apertura dei canali per il Na+, che entra nella cellula secondo il proprio gradiente di concentrazione, causando la depolarizzazione della membrana e di conseguenza chiusura di canali del sodio voltaggio dipendenti e apertura dei canali per il K+ Gli ioni K+ escono secondo il proprio gradiente di concentrazione e la membrana si iperpolarizza, di conseguenza si chiudono i canali per il potassio voltaggio dipendenti. Si chiudono anche i canali per il K+ e la membrana torna al potenziale di riposo. L’inversione del potenziale si trasmette alle zone vicine che contengono canali per sodio e potassio voltaggio dipendenti. La distribuzione degli ioni iniziale (elevato numero di ioni sodio all’esterno e di potassio all’interno della cellula) viene ripristinata grazie alle pompe Na+ / K+ ATPasi La membrana del neurone viene stimolata ……. a riposo Na+ secondo gradiente depolarizzata K+ secondo gradiente Potenziale di membrana e trasmissione dell’impulso elettrico Fantoni A et al. Biologia cellulare e genetica. Piccin, 2009 iperpolarizzata Ripristino gradiente elettrochimico da pompe Pompe di trasporto attivo primario o diretto La pompa Ca++ ATPasi • • • • La membrana della cellula muscolare riceve il neurotrasmettitore dal neurone Viene indotta l’apertura dei canali per il Na+, quindi l’ingresso dello ione Na+ secondo il proprio gradiente depolarizza la membrana e induce l’apertura dei canali per il Ca++ Gli ioni Ca++ entrano nella cellula muscolare secondo il proprio gradiente di concentrazione Questo ingresso ha effetto sia sulla stimolazione di ulteriore rilascio di ioni Ca++ dal RE sia sulla attivazione delle proteine della contrazione pompa Ca++ ATPasi Esempi di funzioni cellulari in cui sono coinvolti gli ioni calcio -Contrazione muscolare -Processi secrezione - Assemblaggio microtubuli Fantoni A et al. Biologia cellulare e genetica. Piccin, 2009 Le proteine carrier possono trasportare uno o due soluti Si può invertire SIMPORTO = Cotrasporto nella stessa direzione Es. Na+, glucosio Ione secondo gradiente - Soluto contro gradiente Trasporto attivo secondario o indiretto Fantoni A et al. Biologia cellulare e genetica. Piccin, 2009 ANTIPORTO = Cotrasporto in direzioni opposte Ione secondo gradiente - Soluto contro gradiente Trasporto attivo secondario o indiretto Fantoni A et al. Biologia cellulare e genetica. Piccin, 2009 Trasporto attivo indiretto di glucosio: simporto con Na+ secondo gradiente Sadava D et al. Elementi di biologia e genetica. Zanichelli, 2014 Trasporto di O2 e CO2 e anioni attraverso la membrana degli eritrociti La direzione del movimento di Ossigeno e anidride carbonica dipende dal tessuto: in tessuti periferici [O2] è bassa e [CO2 ] alta. La CO2 viene trasformata in ione bicarbonato che viene scambiato con Cl- grazie ad antiporto. Nei polmoni CO2 esce dall’eritrocita ed eliminata con la respirazione; O2 entra in eritrociti e si lega ad emoglobina Diffusione di O2 e CO2 Fantoni A et al. Biologia cellulare e genetica. Piccin, 2009 Riassumendo …. Diffusione facilitata Proteina canale Proteina carrier Proteina carrier Le pompe ioniche generano dei gradienti elettrochimici Alcune loro funzioni Trasporto di ioni e molecole: i simporti e gli antiporti utilizzano i gradienti degli ioni H+ e Na+ per importare nutrienti ed esportare rifiuti Produzione di intermedi energetici: nel mitocondrio e nel cloroplasto il gradiente H+ serve per sintesi ATP Contrazione muscolare: ++ Gradiente ioni Ca regola contrazione fibre muscolari Segnalazione nervosa: + + Gradienti Na e K implicati in conduzione potenziale azione Movimento batteri + Gradiente H genera rotazione flagelli batteri 3 destini delle proteine all’uscita dal Golgi esocitosi regolata Solo in cell specializzate - Neurotrasmettitori - Ghiandole endocrine o esocrine trasporto ai lisosomi idrolasi acide lisosomiali esocitosi costitutiva collagene dai fibroblasti Fantoni A et al. Biologia cellulare e genetica. Piccin, 2009 Esocitosi regolata - Porzioni di cellule esocrine del pancreas Porzioni di cellule esocrine del pancreas affacciate sullo spazio extracellulare centrale (lume) nel quale vengono rilasciate le molecole di zimogeno (precursore inattivo dell’enzima, es. tripsinogeno) che verranno maturate in enzimi attivi (es. tripsina). Il lume è continuo con il lume del dotto che scarica nell’intestino . Meccanismo di azione: le terminazioni nervose , al momento del pasto, rilasciano il neurotrasmettitore acetilcolina che causa nelle cellule bersaglio un aumento della concentrazione di ioni calcio nel citosol. Il calcio a sua volta innesca la esocitosi dei granuli. I granuli di zimogeno derivano dalla fusione di vescicole distaccatesi dal Golgi Ghiandola a riposo Dopo stimolazione Fantoni A et al. Biologia cellulare e genetica. Piccin, 2009 ENDOCITOSI La cellula importa il materiale dall’esterno Ci sono diversi processi di internalizzazione: 1. PINOCITOSI la cellula introduce fluidi e soluti – presente in tutte le cell MEDIATA DA RECETTORI molecole specifiche si combinano con proteine recettoriali m. IN FASE FLUIDA molecole e fluidi extracell 2. FAGOCITOSI la cellula introduce materiale particolato ingombrante A) PINOCITOSI IN FASE FLUIDA le molecole entrano insieme ai fluidi extracellulari senza essere selezionate Direttamente correlata alla concentrazione della molecola nel mezzo extracellulare Fantoni A et al. Biologia cellulare e genetica. Piccin, 2009 B) ENDOCITOSI MEDIATA DA RECETTORE le molecole entrano in quanto riconosciute da un recettore particolare della membrana plasmatica Molto efficiente perché si basa su recettori ad alta affinità Fantoni A et al. Biologia cellulare e genetica. Piccin, 2009 Compartimenti della via endocitica - Il materiale in vescicole arriva al primo compartimento della via endocitica, endosoma precoce di smistamento, a ph leggermente acido; distacco di recettore e ligando - Recettori tornano in membrana mediante endosomi riciclanti - Le molecole destinate alla degradazione (es. LDL) proseguono in corpi multivescicolari e incontrano endosomi tardivi (pre-lisosomi, inizia la degradazione) e successivamente i lisosomi dove si completa la degradazione con liberazione di molecole utili per esigenze cellulari (es. colesterolo) Fantoni A et al. Biologia cellulare e genetica. Piccin, 2009 FAGOCITOSI meccanismo specializzato per l’ingestione e la distruzione intracellulare regolata di microrganismi, cellule apoptotiche e detriti cellulari – indotta dal contatto, non costitutiva Eucarioti unicellulari e animali inferiori: nutrimento Organismi più complessi: meccanismo di difesa – cell specializzate fagociti: neutrofili, macrofagi, cellule dendritiche Riconoscimento materiale Recettori x batteri e funghi Cell non fagocitiche Fagocitosi indotta No difesa Fantoni A et al. Biologia cellulare e genetica. Piccin, 2009 • Riorganizzazione del citoscheletro di actina con formazione del fagosoma • Molteplici interazioni con endosomi e lisosomi • Maturazione graduale dell’organello in fagolisosoma: - riciclo in membrana componenti – degrada i microrganismi e rimaneggia gli Ag microbici per presentarli sulla superficie cell. Fantoni A et al. Biologia cellulare e genetica. Piccin, 2009 Esempi di ENDOCITOSI ASSORBIMENTO NUTRIENTI VITALI Molti essendo poco solubili nel sangue vengono trasportati nelle cellule per endocitosi. Lipidi (legati a LDL), ioni rame (legati a transferrina) NODULI RADICALI Fissazione azoto: endocitosi di batteri. I batteri sono mantenuti in compartimento delimitato da membrana SISTEMA IMMUNITARIO Macrofagi inglobano e distruggono i batteri per endocitosi Esempi di ESOCITOSI ORMONI Esempio: insulina, secreta da cellule β pancreas nel circolo ematico ENZIMI DIGESTIVI ENZIMI proteolitici, glicolitici, lipolitici sono secreti dal pancreas in intestino tenue ECM Maggior parte della matrice che circonda le cellule animali viene secreta per esocitosi RECETTORI ACCOPPIATI ALLE PROTEINE G struttura e regolazione GPCR, G Protein-Coupled Receptor) da Fantoni A. et al- Biologia cellulare e genetica-2009 L’aumento di cAMP può anche attivare la trascrizione di geni bersaglio: la PKA attivata può entrare nel nucleo e fosforilare un fattore di trascrizione (CREB , cAMP Responsive Element Binding protein); questi, fosforilato, lega sequenze CRE del DNA (attivazione di geni dipendenti da cAMP) Le PROTEINE G trimeriche presentano omologia di struttura, tuttavia si associano a diversi recettori, a diversi effettori e possono anche esercitare attività diverse sullo stesso effettore. Ci sono subunità α che attivano l’adenilato ciclasi: Gas e subunità α che inibiscono l’adenilato ciclasi: Gai ______________________ Esiste un bilancio tra eventi attivatori e inattivanti Possono essere presenti ALTERAZIONI nella funzione delle G protein, che portano 1) ad una mancata attivazione dell proteina o 2) ad una eccessiva attivazione. 1) Alterazioni del recettore o sostanze che impediscono l’interazione del recettore con la proteina G 2) Incapacità della proteina G di idrolizzare GTP o mancanza del segnale che fa disattivare la proteina. Gas associata a recettore cardiaco Gai associata a recettore cardiaco attiva adenilato ciclasi Adrenalina Acetilcolina Ga inibisce adenilato ciclasi, Gbg apre canali K+ PKA protein chinasi cAMPdipendente CRE cAMP Responsive Element da Fantoni A. et al- Biologia cellulare e genetica-2009 CREB cAMP Responsive Element- binding protein Alterazioni della segnalazione mediata da cAMP Patologia della pertosse. La tossina prodotta nei polmoni dal batterio Bordetella pertussis blocca nello stato inattivo una proteina G (legata cioè al GDP) che normalmente inibisce l’adenilato ciclasi; si osserva quindi un aumento anomalo del cAMP intracellulare. Patologia del colera. I sintomi sono dovuti ad alterati livelli di cAMP nelle cellule intestinali. Il batterio Vibrio Cholerae produce una tossina che nell’epitelio intestinale inibisce l’attività GTPasica di una proteina G che normalmente stimola l’adenilato ciclasi e la mantiene costitutivamente attiva; si osserva quindi un aumento anomalo del cAMP intracellulare. Nelle cellule intestinali il cAMP causa il trasporto di ioni Cl- fuori dalla cellula; le molecole di acqua seguono gli ioni Cl-, provocando diarrea e disidratazione. Recettori diversi possono produrre gli stessi secondi messaggeri Esempio: gli ormoni epinefrina e glucagone, pur agendo su recettori diversi, agiscono entrambi attraverso la stessa via del segnale per stimolare la demolizione del glicogeno e per impedirne la sintesi (stimolano così le cellule epatiche a mobilitare il glucosio) I sottotipi recettoriali possono indurre diversi effetti in cellule diverse Esempio: recettori per l’adrenalina nel cuore e nell’intestino differiscono principalmente nei domini citoplasmatici che interagiscono con proteine G, quindi attivano diverse vie di trasduzione del segnale (nel cuore il recettore attiva una proteina G che stimola l’adenilato ciclasi con aumento di cAMP che aumenta la contrazione; nell’intestino viene attivata un’altra proteina G, che a sua volta inibisce l’adenilato ciclasi, quindi bassi livelli di cAMP e rilassamento muscolo liscio) Proteine G che utilizzano i fosfolipidi come secondi messaggeri FOSFOLIPIDI INOSITOLO PIP2 fosfatidilinositolo4,5-bifosfato DAG diacilglicerolo IP3 inositolo trifosfato Raven – Johnson – Biologia cellulare. 2012 Proteine G che utilizzano i fosfolipidi come secondi messaggeri PLC fosfolipasi C PIP2 fosfatidilinositolo -4,5-bifosfato IP3 inositolo trifosfato DAG diacilglicerolo PKC proteina chinasi C RE CaMK calmodulina chinasi MLCK chinasi catene leggere delle miosine da Fantoni A. et al- Biologia cellulare e genetica-2009 Trasduzione del segnale via Ca2+ • Le cellule mantengono un gradiente di Ca2+ molto ampio • 2 tipi di pompe per il calcio (Ca2+ ATPasi e scambiatori con ioni sodio e idrogeno) • Quando i canali del calcio si aprono, l’entrata del Ca2+ nel citosol agisce da secondo messaggero Gli ioni calcio sono “secondi messaggeri” (= piccoli e di natura non proteica) che intervengono in numerose attività cellulari, tra le quali: contrazione muscolare, secrezione ormoni ed enzimi, fecondazione e sviluppo, assemblaggio microtubuli, trasmissione nervosa. Alcune risposte cellulari sono mediate dal legame degli ioni calcio alla CALMODULINA (calcium modulated protein), che attivata legherà altre molecole proteiche (esempio: la MLCK, chinasi delle miosine per la contrazione). I recettori accoppiati a proteine G modulano la concentrazione di cAMP e cGMP Esempio di trasduzione del segnale mediato da cGMP è quello responsabile della percezione visiva nei fotorecettori retinici, i coni e i bastoncelli (cellule epiteliali sensoriali della retina). Struttura bastoncello: 1) regione sinaptica connessa ai neuroni retinici per il rilascio del neurotrasmettitore, 2) regione intermedia con nucleo, 3) regione con numerosi dischi di membrana impilati. I dischi contengono la proteina recettoriale RODOPSINA che si scinde in due componenti in seguito a stimolazione luminosa: uno di questi interagisce con una proteina G, la TRASDUCINA, attivandola. Quest’ultima attiva la cGMP fosfodiesterasi con conseguente diminuzione di cGMP  chiusura di canali per il Na+  iperpolarizzazione della membrana  mancato rilascio del neurotrasmettitore che inibisce l’attivazione del neurone retinico. Quindi si ha attivazione dei neuroni retinici a valle del fotorecettore. Percezione visiva nei fotorecettori retinici (coni e bastoncelli) Proteine G e fototrasduzione da Fantoni A. et al- Biologia cellulare e genetica-2009 Trasduzione del segnale visivo RODOPSINA proteina G TRASDUCINA PDE fosfodiesterasi Luce >>>> chiusura canali Na+ > iperpolarizzazione membrana > stop rilascio neurotrasmettitore inibitorio > attivazione neurone retinico da Fantoni A. et al- Biologia cellulare e genetica-2009 I recettori associati ad attività enzimatiche La maggior parte di questi recettori sono chinasi, capaci cioè di trasferire residui fosfato su substrati intracellulari. La maggior parte delle chinasi recettoriali fosforilano residui di tirosina (RTK), alcuni serina/treonina. I RTK sono coinvolti nel controllo di processi come la crescita e il differenziamento cellulare. Circa 50 sono RTK appartenenti alla famiglia dei recettori per i fattori di crescita polipeptidici. Essi condividono le seguenti omologie di struttura: una porzione extracellulare per interazione con il ligando, un solo dominio transmembrana, una parte intracellulare con dominio enzimatico e di interazione con i substrati. Sulla base di omologie strutturali (domini particolari nella regione extracellulare, dominio chinasico suddiviso in due parti, ecc.) i RTK sono suddivisi in classi, ognuna delle quali prende il nome da un recettore prototipico. Ci sono moltissime proteine intracellulari che contengono domini in grado di legarsi alla fosfotirosina (domini SH2 = sequenze di circa 100 aa contenenti nella porzione centrale un aa basico che interagisce con il fosfato negativo; inoltre il riconoscimento tirosina fosforilata-dominio SH2 viene stabilizzato dal riconoscimento di aa vicini alla tirosina). La fosforilazione del recettore e il reclutamento dei trasduttori intracellulari rappresentano il primo passo nella trasduzione del segnale, che avviene mediante l’attivazione di diversi pathways (serie di fosforilazioni come nel caso insulina-RTK, via di RAS per i segnali mitogenici, via del fosfatidil inositolo e regolazione del calcio intracellulare, trasduzione del segnale al citoscheletro) Attivazione di recettori con attività tirosin chinasica Creano siti di attacco per numerose proteine con domini per la fosfotirosina da Fantoni A. et al- Biologia cellulare e genetica-2009 Le proteine di aggancio che legano le fosfotirosine mediano l’inizio di eventi all’interno della cellula che convertono il segnale dalla molecola ligando in una risposta. Esempio dell’intervento di proteine aggancio: il recettore dell’insulina L’ormone fa parte del sistema che mantiene un livello costante di glucosio nel sangue: - l’insulina abbassa il livello di glucosio interagendo con un RTK  una proteina responsiva all’insulina viene attivata dal recettore fosforilato e fosforilata anch’essa. La proteina responsiva all’insulina attiva poi altre proteine che causano l’attivazione della glicogeno sintasi che converte il glucosio in glicogeno, diminuendo così la concentrazione di glucosio intracellulare con conseguente importazione di molecole di glucosio dalla cellula. Inoltre il RTK attiva altre proteine che portano a: - inibizione sintesi enzimi coinvolti nella mobilitazione del glucosio - aumento della sintesi proteine trasportatrici del glucosio sulla membrana plasmatica Fattore di crescita Via di Ras Proteina G monomerica Ras Regolazione della sua attività Scambiatore del nucleotide Guanilico Recettore attivato lega GAP Adattatore con SH2 Attivazione Proteine effettrici Inattivazione Altamente conservata (lieviti – mammiferi) da Fantoni A. et al- Biologia cellulare e genetica-2009 Trasduzione di Ras - MAP chinasi Mitogen-Activated Protein RAF serina-treonina chinasi Attività genica alterata Fosforila numerosi fattori di trascrizione Cascata principale di segnalazione per la divisione e il differenziamento da Fantoni A. et al- Biologia cellulare e genetica-2009 Via dei fosfatidil inositolo e regolazione di Ca++ intracellulare PLC fosfolipasi C PIP2 fosfatidilinositolo -4,5-bifosfato IP3 inositolo trifosfato DAG diacilglicerolo PKC proteina chinasi C CaMK calmodulina chinasi MLCK chinasi catene leggere delle miosine da Fantoni A. et al- Biologia cellulare e genetica-2009 Recettori tirosin chinasici e recettori associati a proteine G possono attivare le stesse vie da Fantoni A. et al- Biologia cellulare e genetica-2009 Le proteine SCAFFOLD o di impalcatura organizzano la cascata delle kinasi Trasmissione accurata, rapida, efficiente Raven – Johnson – Biologia cellulare. 2012 La cellula quando si divide deve staccarsi dalle cellule vicine e dal substrato cui è adesa. I componenti delle giunzioni cellulari (caderine, occludine) possono venire fosforilati in seguito all’attivazione dei recettori per i fattori di crescita, contribuendo al disassemblaggio della giunzione stessa. Le giunzioni comunicanti possono venire destabilizzate dalla variazione di concentrazione dello ione Ca. Inoltre, perché possa avvenire la divisione cellulare la cellula si deve staccare dalla matrice. L’attivazione di alcuni recettori per i fattori di crescita promuove l’attivazione di una cascata di chinasi citoplasmatiche che si trovano nelle adesioni focali; la fosforilazione nei residui di tirosina delle integrine diminuisce l’affinità dell’integrina per il suo ligando contribuendo al distacco della cellula. Trasduzione del segnale mediante recettori associati a tirosina chinasi non recettoriale Recettori per le citochine JAK tirosina chinasi associata costitutivamente al recettore STAT Signal Transducer and Activator of Transcription da Fantoni A. et al- Biologia cellulare e genetica-2009 Il recettore va incontro a dimerizzazione in seguito al legame con la citochina, le tirosina chinasi citoplasmatiche associate ai recettori che formano il dimero si attivano e fosforilano il recettore in varie tirosine. Segue il reclutamento di trasduttori intracellulari in grado di riconoscere la tirosina fosforilata, tra cui STAT. Quest’ultimo, in seguito a fosforilazione dimerizza e può così traslocare nel nucleo dove regola la trascrizione genica. Trasduzione del segnale mediante recettori con attività serina/treonina chinasica Recettore II Recettore I Recettore per TGFβ Transforming Growth Factor Transfosforilazione in Ser SMAD famiglia di fattori trascrizionali da Fantoni A. et al- Biologia cellulare e genetica-2009 Prototipo della famiglia di recettori con attiviatà serina/treonina chinasica è rappresentato dai recettori per il TGFbeta. Questi, in base alle caratteristiche strutturali, vengono divisi in due classi (recettori di tipo I e II). L’inizio della trasduzione richiede l’interazione tra ligando e recettore II che poi eterodimerizza con tipo I. Avviene così la transfosforilazione in serina che recluta fattori di trascrizione, i quali fosforilati e attivati dimerizzano ed entrano nel nucleo dove regolano la trascrizione genica. Recettori della morte cellulare – induzione apoptosi (via pro-apoptotica estrinseca) Famiglia dei TNF Tumor Necrosis Factor Molecole transmembrana, non enzimatiche. Formano complessi multimerici che inducono l’aggregazione di molecole ad essi associate, tra cui le caspasi  vicine si attivano, trasducono il segnale apoptotico DD death domain Recettori intracellulari e ormoni steroidei Sono funzionalmente FATTORI di TRASCRIZIONE Ormoni sessuali Ormone tiroideo Acido retinoico Vitamina D3 Struttura dei RECETTORI per gli ormoni steroidei da Fantoni A. et al- Biologia cellulare e genetica-2009 Recettori intracellulari – struttura apolare Recettori intracellulari influenzano l'espressione genica Ormoni steroidei: es. cortisolo 3 domini del recettore: - legame ormone - legame DNA - legame coattivatori (regolaz. trascrizione geni) cortisolo-recettore nucleo geni coinvolti nella sintesi del glucosio •aumenta livello glucosio nelle cellule Recettori intracellulari agiscono da enzimi es. Recettore per NO = enzima guanilil ciclasi (sintesi cGMP) stimolato NO-recettore induce come risposta il rilassamento cell. muscolari lisce Cervello ordina rilassam. c. musc. lisce rivestono parete vasi acetilcolina (neurone) recettore accoppiato a canale (Na+) aumento Ca++ sintesi NO NO diffonde nel muscolo aumenta cGMP rilassamento vasodilatazione, aumento flusso sangue (Nitroglicerina, convertita in NO - angina) Sadava D et al. Elementi di biologia e genetica. Zanichelli, 2014 Recettori intracellulari agiscono da enzimi es. farmaco sildenafil (Viagra) Recettore = enzima cGMP fosfodiesterasi (distrugge cGMP) inibito Viagra-recettore inibisce l'enzima alti livelli cGMP rilassamento cell. musc. lisce vasodilatazione Selettiva: lega fosfodiesterasi cell. pene Recettori intracellulari Ormoni steroidei Brooker et al . Biologia. McGraw-Hill 2011 • • • • • • Recettore estrogeni nel nucleo Legame con estrogeno Cambiamento conformazionale Dimerizzazione con altro complesso Dimero si lega al DNA Attivazione trascrizione Recettori intracellulari • Esempio dell’auxina – Il legame dell’auxina nel citoplasma attiva TIR1 – Regolazione genica non diretta – Causa la demolizione di proteine inibitrici – Con il rilascio della inibizione genica, i geni sono trascritti Brooker et al . Biologia. McGraw-Hill 2011 Trasduzione negativa del segnale La segnalazione negativa è una catena molto complessa di eventi a vari livelli cellulari, comprende vie che portano ad una attenuazione del segnale; spesso lo stesso recettore attiva entrambe le vie con funzione opposta e connesse tra di loro via feedback TRANSITORIA (REVERSIBILE) Defosforilazione delle tirosina chinasi da parte delle fosfatasi che contengono domini SH2 e possono quindi legare i recettori attivati, defosforilarli e di conseguenza inibirli. I recettori attivati possono reclutare proteine che favoriscono l’inattivazione delle proteine G (stimolano la attività GTPasica), quindi viene inibita la propagazione del segnale. La proteina chinasi C, attivata dalla via della fosfolipasi C, può fosforilare su residui di serina/treonina recettori di membrana, diminuendo l’attività del recettore. Inoltre può essere indotta la trascrizione precoce di geni che codificano per regolatori negativi che possono intervenire a diversi livelli nella cascata della trasduzione DEFINITIVA (IRREVERSIBILE) Degradazione delle proteine coinvolte nella segnalazione. Recettori endocitati e degradati in lisosomi o proteasomi Integrazione tra diverse vie di trasduzione del segnale La maggior parte dei recettori utilizza le stesse vie di trasduzione, ma i recettori promuovono risposte diverse (motilità, secrezione, divisione cellulare, ecc). Inoltre lo stesso recettore può suscitare risposte diverse in diversi tipi cellulari. Ci sono delle evidenze: - nella cellula si possono attivare simultaneamente più recettori e la trasduzione che ne segue deriva dalla integrazione dei segnali che sono stati generati dai vari recettori. I segnali possono essere sinergici o antagonisti con un effetto finale integrato (complessi recettore-ligando diversi che convergono sullo stesso bersaglio per attivarlo, oppure fosforilano bersagli diversi che devono però interagire per continuare la trasduzione); - ci può essere un effetto “soglia del segnale” per cui se la risposta necessita della attivazione contemporanea di più vie si potrebbe non raggiungere tale risposta se ci sono poche molecole ligando (es. poco fattore di crescita) o pochi recettori; - in alcune cellule possono essere presenti alcuni trasduttori che sono invece assenti in altre cellule - Recettori con la stessa struttura o attività ma anche di tipologie diverse possono interagire per evocare risposte diverse da quelle che produrrebbero i singoli recettori (es. GPCR attiva vie che inibiscono l’attività di tirosinK o di tirosin-fosfatasi I recettori riconoscono segnali chimici, hanno siti di legame specifici Anche un inibitore (ANTAGONISTA) può legare una proteina recettoriale. Esistono ANTAGONISTI NATURALI E ARTIFICIALI Es. CAFFEINA – stimolante diffuso. Molecola abbastanza grande e polare e ha recettori su cell. nervose del cervello. Quando l’adenosina si accumula nel cervello evoca una risposta di ridotta attività cerebrale, in particolare l’eccitazione, portando quindi a sonnolenza, meccanismo di protezione evolutosi contro gli effetti avversi dello stress. La caffeina ha struttura tridimensionale simile all’adenosina, si lega al suo recettore ma non lo attiva = blocca la via di segnalazione, quindi mantiene l’attività e l’eccitazione delle cellule nervose, pertanto il cervello resta attivo e la persona vigile. La caffeina produce una sensazione di vitalità ed energia in quanto inibisce la fosfodiesterasi (che rimuove cAMP)  cAMP rimane più a lungo nelle cellule e il cuore batte più velocemente. L’adrenalina, o epinefrina, è un esempio della straordinaria capacità di una molecola segnale (ormone) di coordinare le varie attività cellulari negli organismi pluricellulari. L’adrenalina prepara velocemente l’organismo ad un’attività fisica estenuante, viene secreta nel circolo sanguigno da parte delle cellule endocrine del surrene. Azioni: accelera la frequenza cardiaca, restringe il calibro dei vasi sanguigni, dilata le vie aeree bronchiali, stimola il rilascio di glucosio dal fegato, inibisce la salivazione; sostanzialmente migliora la reattività dell'organismo, preparandolo in tempi brevissimi alla cosiddetta reazione di "attacco o fuga“. Stimolazione del battito cardiaco. Nelle cellule del muscolo cardiaco il primo effetto è l’attivazione dell’adenilato ciclasi (tramite GPCR) che produce cAMP, il quale attiva la PKA, che fosforila la troponina e il fosfolambano. La fosforilazione della troponina aumenta la sua capacità di legare ioni calcio e quindi la velocità di contrazione; la fosforilazione del fosfolambano stimola il funzionamento della pompa del calcio, che pompa più velocemente gli ioni all’interno del reticolo sarcoplasmatico, determinando così un aumento nella velocità di rilassamento. Quindi l’adrenalina, inducendo la fosforilazione di entrambe queste proteine, stimola sia la contrazione che il rilassamento, aumentando la velocità di contrazione del cuore.