El óxido
nítrico se genera a partir de arginina. Es una reacción catalizada por la NOS (óxido nítrico sintasa).
Es muy importante en el cerebro.
Arginina
genera citrulina y NO por la enzima NOS. Se consume oxígeno. Hay tres isoformas
de NOS:
-iNOS:
implicada en respuestas inflamatorias. Es inducible (se regula por niveles de
expresión). Es mínima en neuronas y músculo.
-nNOS: es la
isoforma neuronal. Se activa por Ca2+ intracelular.
-µNOS: es la
isoforma muscular. Se activa por Ca2+ intracelular.
NO es un
agente intra e intercelular. Difunde muy rápidamente por las membranas
biológicas, pero al ser muy inestable, desaparece muy rápidamente. Interviene
en procesos de vasodilatación a nivel tisular, inflamación tisular y
neuromodulación en aprendizaje y memoria.
Muchas de
estas respuestas requieren la activación de la guanilato ciclasa y la
producción de cGMP.
Potenciación e integración de la respuesta
celular: activación de proteínas quinasas
Las proteínas
quinasas actúan potenciando y coordinando respuestas metabólicas. Además, están
implicadas en la inducción de respuestas celulares que implican cambios
morfológicos (alteraciones del citoesqueleto). También intervienen en la
expresión de genes específicos precisos para una respuesta celular focalizada o
especializada, vía fosforilación de factores de transcripción. Ej: CREB, que
interviene en aprendizaje y memoria.
Todas las
quinasas utilizan ATP e introducen un P en su proteína diana. Por tanto, tienen
un dominio de unión de ATP. Son poco específicas, pues tienen varios sustratos
diferentes. Hay tres tipos de proteínas según fosforilen sobre serinas,
treoninas o tirosinas.
Las
principales familias de quinasas activadas por segundos mensajeros son:
-PkA: se
estimulan por cAMP.
-PkC:
activadas por DAG y Ca2+.
-PkCaM:
activadas por Ca2+ y calmodulina.
-PkG:
activadas por cGMP y Ca2+.
-PkB:
activadas por PIP2 y por la vía de las proteínas G monoméricas
(crecimiento celular).
-MAPK (o ERK):
se activan por proteínas G monoméricas. Intervienen en el crecimiento y
diferenciación (morfogénesis de órganos y tejidos).
En general, la
activación de estas proteínas quinasa implica cambios conformacionales en la
subunidad catalítica, que producen la eliminación de la inhibición del centro
catalítico por otros elementos estructurales de la misma. El elemento estructural
inhibidor es o bien una subunidad reguladora o bien un dominio pseudosustrato
de la subunidad catalítica, que actúan como tapón del centro catalítico.
La proteína
quinasa C tiene un dominio de pseudosustrato, un dominio C2, el dominio
proteína quinasa y un dominio C1 (rico en zinc).
La proteína
quinasa C inactiva no está unida a membranas y el dominio pseudosustrato tapa
al centro catalítico. Éste se libera gracias a DAG. Ahora se transloca a la
membrana.
La calmodulina
es el transductor más ubicuo de la señal intracelular de calcio. Es muy
polivalente. Están en todas las células eucariotas.
En las señales
de crecimiento interviene la familia de quinasas JAK (quinasas Jano activadas).
Si no se activan, no se produce crecimiento; si se sobreactivan, se produce
cáncer.
JAK tiene tres
dominios: un dominio de unión al receptor, un dominio SH2 y un dominio proteína
quinasa. Las proteínas STAT son las que activan la transcripción acoplada a la
transducción de señales. Se activan por fosforilación en tirosinas (JAK2). Las
STAT fosforiladas se sueltan del citoesqueleto y se dirigen al núcleo, donde
actúan sobre genes específicos, pues tienen dominios de unión al DNA. Por tanto,
diferentes células expresan diferentes STAT.
Finalización de la respuesta celular:
desensibilización, eliminación de segundos mensajeros y proteínas fosfatasas.
La eliminación
de la sensibilización se hace por quinasas de receptores. Un ejemplo es la
arrestina (controla el paso que realizan los ojos de captar mucha luz a captar
poca; acostumbrarnos a los malos olores). Estas quinasas actúan sobre
receptores activados.
La actividad
GTPasa de las proteínas es un reloj que controla la duración de la transducción
de la señal del receptor activado. Por tanto, las proteínas G tienen un tiempo
limitado de acción (como mucho de 30 segundos a 1 minuto).
La eliminación
de los segundos mensajeros tiene lugar por vías diferentes según sea el segundo
mensajero:
-cAMP y cGMP
por fosfodiesterasas específicas.
-IP3
y DAG completan el ciclo de los fosfatidilinositoles.
Esto hace que
termine la respuesta celular. La modulación cruzada en las vías de eliminación
de los segundos mensajeros marca la prevalencia de las distintas vías de
señalización celular en distintas respuestas celulares.
El retorno de
la concentración de Ca2+ a niveles pre-enzimáticos sólo implica
transporte. En todas las células de mamíferos, los sistemas más importantes
para resetear los niveles de Ca2+ son las bombas de Ca2+
(Ca-ATPasa) del retículo sarcoendoplasmático y de la membrana plasmática.
También hay un intercambiador de Na+-Ca2+ en la membrana
plasmática, que colabora con los otros dos. Este intercambiador es importante
en el corazón y en neuronas es secundario (pues aquí interviene en el control
de la sobreestimulación).
Las proteínas
fosfatasas eliminan las huellas de las fosforilaciones de las proteínas
quinasas. Las 3 familias más importantes son:
-PrP-1:
modulada por cAMP.
-PrP-2ª:
modulada por cGMP.
-PrP-2B
(calcineurina): modulada por calmodulina (CaM) y Ca2+. Es muy
abundante en el tejido nervioso, pues la concentración de Ca2+ es
crítica en este tejido.
La hiperestimulación celular sostenida
puede producir muerte celular o cáncer
El caso más
claro es la excitotoxicidad por glutamato (está relacionada a isquemias y
reperfusión). En este caso, el mecanismo es una gran subida de calcio y ROS,
que produce una necrosis oxidativa muy rápida. Este problema se combate con
antagonistas de glutamato.
Otro
neurotransmisor (en el sistema nervioso límbico) es la dopamina. La
excitotoxicidad por dopamina está muy relacionada en el Parkinson.
Muchos tipos
de cáncer y otras patologías están asociadas a disfunciones en las vías de
transducción de señales extracelulares.
Una
sobreestimulación en las proteínas G monoméricas produce cáncer, cólera e
hipertensión; una hipoestimulación produce, por ejemplo, ceguera nocturna.
