Señalización y transporte celular
Enzimas y catálisis
Introducción
Las enzimas actúan en condiciones suaves de pH y temperatura
Moléculas sintetizadas en las células que aceleran de forma muy selectiva y eficiente las reacciones del entorno celular
Principales dianas de un gran número de fármacos.
Enzimas como catalizadores biológicos
Clasificación de las enzimas
1. Oxidorreductasas
Catalizan reacciones de óxido reducción
2. Transferasas
Transfieren un grupo químico de una molécula a otra.
3. Hidrolasas
Tipo especial de transferasas que transfieren un grupo -OH desde el agua a otro sustrato
4. Liasas
Catalizan la escisión reversible de enlaces como carbono-carbono como en el caso de las aldosas.
5. Isomerasas
Catalizan reacciones que suponen un movimiento de un grupo o un doble enlace dentro de la molécula
6. Ligasas
Catalizan la formación de enlaces carbono-carbono, requieren energía de la hidrólisis ATP.
Cofactores, coenzima y el papel de las vitaminas
Numerosas enzimas tienen un componente no proteico.
Numerosas enzimas utilizan cationes como cofactores
Las coenzimas son necesarias para transportar de forma transitoria grupos funcionales durante la reacción catalizada por la enzima
Muchas son productos derivados de vitaminas
Mecanismos de acción de enzimas
Función de las enzimas. Principios energéticos
Las enzimas (E) aceleran las reacciones biológicas actuando sobre sustratos (S) específicos que se van a transformar en el producto (P) de la reacción (E+S-E+P)
El sustrato interacciona con el centro activo de la enzima y se forma un complejo enzima-sustrato.
En las reacciones catalizadas por enzimas, el estado de transición es inestable
Dentro del centro activo hay ciertos aminoácidos que intervienen en la unión del sustrato a la enzima.
Las enzimas catalizan reacciones mediante la formación de un complejo enzima-sustrato que estabiliza el estado de transición
La velocidad está relacionada con la energía de activación
Las enzimas aceleran las reacciones químicas creando vías alternativas de menor energía de activación
La vía que pasa de un estado inicial a uno final no altera la espontaneidad de la reacción
Una energía de activación menor significa una velocidad de reacción mayor
Mecanismos químicos para la estabilización del estado de transición
Energía de fijación proporciona especificidad y catálisis
Presencia de grupos catalíticos específicos permite crear rutas alternativas de menor energía de activación
Regulación enzimática
Enzimas alostéricas están formadas por varias subunidades
La actividad de algunas enzimas se modula mediante la unión de uno o mas ligandos.
Los ligandos inducen un cambio de conformación que puede aumentar o disminuir la afinidad de la enzima por el sustrato.
La mayoría de las enzimas alostéricas son oligoméricas y están formadas por subunidades.
El modelo secuencial, el ligando se une a la primera subunidad se produce un cambio de conformación
El modelo concertado en ausencia de ligando, existe un equilibrio entre dos conformaciones de la enzima
Numerosas enzimas
La modificación covalente de una enzima es un mecanismo habitual para regular la actividad de numerosas enzimas.
Dependiendo de la enzima, la fosforilación puede dar lugar a una forma más activa o una forma menos activa.
La fosforilación es la modificación reversible mas frecuente
Muchas enzimas cambian su actividad como consecuencia de una modificación covalente en su estructura.
Estas reacciones están catalizadas por sus correspondientes enzimas específicas
La modificación es reversible por que los grupos de fosfato pueden eliminarse por la acción de otras enzimas.
Ruptura de un precursor enzimático puede dar lugar a una forma activa
La forma activa de una enzima surge tras la escisión de un fragmento de la cadena polipeptídica de un precursor inactivo
Con este tipo de inhibición es irreversible, se necesitan otros mecanismos para la inactivación de estas enzimas.
Membranas biológicas y transporte
Son estructuras de gran importancia para las células, además se componen de lípidos y proteínas y comparten una estructura común.
Membrana Celular
Crea compartimientos independientes y facilita el intercambio de sustancias
La membrana plasmática aísla a las células del medio y en ella también se sitúan receptores que reciben estímulos del exterior y transmiten la información al interior
La permeabilidad selectiva se debe a la naturaleza anfipática de los líquidos para controlar el paso de los diferentes solutos
Fosfolípidos, esfingolípidos, colesterol y proteínas (50%)
Transporte de solutos a traves de la membrana
La célula es un sistema abierto, intercambia materia y energía con el medio externo
Difusión Simple
No requiere energía
O2, CO2, moléculas apolares, moléculas polares pequeñas sin carga (agua y glicerol)
Proteínas Transportadoras
Canales Iónicos
Transportadores pasivos
Permiten el paso selectivo de iones según su tamaño y u carga.
Carrier
Se unen de forma específica a la sustancia que transportan y sufren ca,bios comformacionales que facilitan el paso de un lado a otro de la membrana
Según aporte extra de energía
Activo
En contra de gradiente (gradiente bioquímico)
Ej: Bomba de sodio-potasio
El gradiente de Na es utilizado por otras bombas de transporte activo secundario
Transporta Na al exterior de la célula y K al interior gracias a la e- de la hidrólisis
El transporte activo es necesario para mantener la composición iónica intracelular
Pasivo
A favor de gradiente (gradiente químico)
Ej: Glucosa en los hepatocitos
Otras características de la membrana celular
La membrana plasmática presentan un potencial de membrana que surge como consecuencia de la distribución de los iones en el medio extracelular e intracelular
Los receptores de membrana son proteínas que se unen a un ligando específico y se inicia una respuesta celular
Los receptores de membrana son diferentes en distintos tipos celulares.
El mismo ligando tiene diferentes efecto en tejidos distintos
El potencial se genera por la salida de los K por los canales de fuga
Señalización celular
Introducción
Los receptores de señales son proteínas, generalmente integrales de membrana que se unen específicamente a moléculas señales y desencadenan la respuesta celular
Cada tipo celular responde de una forma concreta a una determinada señal.
La respuesta celular dependerá del conjunto de proteínas que exprese dicha célula
Tipos de respuestas generales
Los factores de crecimiento son señales extracelulares que disparan la progresión del ciclo celular.
Implica la síntesis de proteínas que van a constituir las diferentes estructuras celulares
La ausencia de factores de crecimiento provoca que la célula entre en apoptosis (muerte celular programada)
La célula puede iniciar una serie de mecanismos que van a llevar a su muerte, como ruptura de DNA y la degradación de todos los componentes celulares
Conceptos básicos
Los receptores son proteínas integradas de membrana generalmente que se unen a moléculas señales
Linfocitos B responden a los antígenos sintetizando anticuerpos (Síntesis de proteínas)
La naturaleza de las señales
Iones
Aminoácidos
Azúcares
Nucleótidos
Físicas (Luz)
Péptidos
Hormonas
Tipos de señales entre células
Endócrinas
La célula emisora es una célula secretora capaz de sintetizar hormonas y liberarlas al torrente sanguíneo desde donde se distribuirán por todo el organismo
Insulina - Músculo - hígado (síntesis glucógeno) - adipocitos (bloqueo de lipólisis)
Paracrina
La célula emisora y receptora se encuentran próximas.
Óxido Nítrico (NO)
Neuronal
El tiempo que tardan las señales en llegar a la célula diana puede ser demasiado largo
Adrenalina
Dependiente de contacto
Importante durante el desarrollo y el mantenimiento de los tejidos es la señalización dependiente de contacto.
Respuesta inmune
Sistemas de transducción de señales
Molécula señal (ligando agonistas o antagonistas) receptor celular - conjunto de enzimas efectoras intracelulares- respuesta celular
Receptores acoplados a proteínas G heterotriméricas
Percepción sensitiva: vista, gusto, olfato
Liberación de ácidos gástricos, desarrollo de caracteres sexuales secundarios
Receptores con actividad enzimática
El propio dominio intracelular tiene actividad enzimática
Tirosina quinasa
Receptores de factores de crecimiento - entrada en mitosis
Receptores asociados con canales iónicos
Las consecuencias dependerá de la especificidad del canal ( qué iones deja pasar y el tipo celular)
Neuronas y fibras musculares ( Na estimula, Cl inhibe
Segundos mensajeros
Pequeñas moléculas que se generan por las enzimas efectoras y/o se acumulan en el interior de la célula como respuesta a una determinada señal extracelular y que pueden difundirse por todo el citoplasma y activar diversas proteínasseñalizadoras
La calmodulina es una proteína que actúa como un receptor intracelular de Ca + - Ca/calmodulina - activa quinasas
Integración de señales
Respuesta celular es consecuencia de la integración de señales
Las células están recibiendo continuamente cientos de señales a la vez. Cada molécula señal activará un receptor y este a su vez varias vias de señalización intracelular
Presencia del receptor en la membrana
Muchas señales no van a tener efecto alguno sobre ciertas células por el simple hecho de que estas no tienen el receptor específico
Concentración de la molécula señal
La respuesta depende en gran medida del número de receptores activados
Tipo celular
Cada tipo celular presenta un conjunto específico de proteínas efectoras y proteínas diana
Entrecruzamiento de señales
La posibilidad de trabajar con células aisladas permite reducir el número de variables y así, poco a poco se van desentrañando las rutas intracelulares que se activan por distintos ligandos
Propiedades
Tiende a recuperar su estructura
Son fluidas (Modelo del mosaico fluido)
Desplazamiento laterales, de rotación, flexión (frecuentes) y flip flop
Aumento en la fluidez: Aumento de la T, la presencia de insaturaciones, la longitud corta de las cadenas hidrocarbonadas, bajas concentraciones de colesterol.
La bicapa lipídica es asimétrica
Las proteínas
Transporte de solutos
Receptores de señales
Función Catalítica
Función de anclaje de macromoléculas, ambos lados de la membrana
Diferentes posibilidades de distribución de las proteínas sobre la capa lipídica
Proteínas integrales
Proteína periférica