Calcio
  • Calcio: mensajero secundario sumamente importante, la concentración de calcio es muy baja intracelularmente y muy alta extracelularmente. El calcio puede ligarse a la proteína calmodulina. Calmodulina requiere calcio para activarse, y puede activar otros receptores, hasta factores de transcripción.
  • Calcio es indispensable para la contracción. Cuando hay aumento en calcio en las células musculares, estas se contraen.
  • Calcio tiene varias funciones como la regulación de la exositosis de los neurotrasmisores.
  • Calcio es muy importante en los procesos celulares pero este por si solo no puede actuar. Por esto existen "binding proteins" que asisten las señales citosolicas. La más importante de todas es Calmodulina la cual se encuentra en todas las células eucariotas.


Calmodulin.gif

  • Esta proteína tiene 4 sitios específicos de alta afinidad para calcio y consiste de una cadena polipéptida. Su mecanismo consiste en cambiar de conformación al reconocer calcio en sus sitos activos. Esta conformación se conoce como la conformación activa. Esta proteína también pasa por otro cambio de conformación al enlazarse con su “target protein”.
  • Existen dos tipos de maneras en que esta proteína actúa, tanto directa como indirecta:
Directa
La Calmodulina ya activada se enlaza a la membrana y por medio de una bomba de calcio controla la concentración de calcio en la célula por medio de hidrólisis de ATP.
Indirecta
Este mecanismo es mediado por proteínas de fosforilizacion que son catalizadas por kinasas (serine/ threonine) que son llamadas CaM-Kinasas

Una de las kinasas mas estudiadas es la CaM-Kinasa II la cual se muestra a continuación:


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  • En esta ilustración se presenta un ejemplo del mecanismo de activación indirecto de la CaM-kinasa II. La parte gris representa una subunidad de las 12 que la componen.
  • Este complejo esta inactivado en la ausencia de calcio y al haber calcio se activa la camodulina cambiando de conformacion. Al estos dos complejos enlazarse se activan y por medio de un proceso de autofosforilizacion que consume ATP se activa completamente el complejo.
  • Esta kinasa es funcional principalmente en el sistema nervioso y principalmente en el proceso de Synapsis el cual regula el calcio.


GPCRs que regulan canales dependientes de cGMP y el efector fosfodiesterasa de cGMP
RETINA.jpg

  • La visión depende de GPCRs que regulan canales iónicos que se activan con cGMP. (cyclic nucleotide-gated ion channels) en la retina.
  • Los dos tipos de fotoreceptores en la retina son los bastones y los conos. El ligando de estos receptores son fotones a distintos largos de onda, los bastones están asociados con la oscuridad y/o cuan brillante (blanco y/o negro) se ven los objetos, mientras que los conos están relacionados con la definición de los colores con los distintos largos de onda.
  • Dos tipos de fotoreceptores:
    • Conos: median la sensación de luz a color. Son sensitivas a diferentes largos de ondas.
    • Bastones: células sensitivas especializadas en la visión nocturna. Cuando hay mucha cantidad de luz los bastones se saturan.
  • Los procesos han sido estudiados en las células bastones. Estas células son altamente especializadas y consisten de varios segmentos, el cuerpo celular y una región sináptica que pasa señales químicas al nervio de la retina. En el segmento exterior aloja discos que contienen varias moléculas fotosensitivas de Rhodopsina.

ROD_Photoreceptor.jpg
  • En la oscuridad, la membrana del segmento exterior tiene canales catiónicos que están enlazados a cGMP y de esta manera los canales se mantienen abiertos.
  • En la luz brillante la célula se hiperpolariza, inhibiendo las señales sinápticas de los bastones (menos neurotransmisores serán enviados).
  • La hiperpolarización es producto de la activación de rhodopsina por medio de fotones, disminuye la síntesis de cGMP, cierran los canales Ca2+ y Na+ y el potencial de la membrana se torna en un valor más negativo.
Por lo tanto los canales catiónicos se cierran dependiendo de la concentración del mensajero secundario que es cGMP.
La absorbción de luz activa a la fosfodiesteraza de cGMP que hidroliza cGMP y baja su concentración y cierran los canales iónicos.
En la oscuridad el nivel alto de cGMP permite mantener los canales abiertos.


ROD_Dark_&_Light.jpg

  • Cuando el bastón recibe los fotones de la luz brillante, los siguientes procesos químicos se llevan a cabo en los discos:
Rhodopsina consiste de la proteína Opsina (O) que está enlazada covalentemente a un pigmento (11-cis-retinal)
y este complejo es el que recibe el fotón.
1. La proteína asociada a rhodopsina es “transducin” (Gt) que tiene la unidad Gαt. Cuando se absorbe el fotón la opsina lleva a cabo un cambio de conformación y se activa (O*).
2. O* se enlaza a una Gαt inactiva y se activa cuando GTP se reemplaza por GDP.
3. La Gαt activa, se dirige a la fosfodiesterasa de cGMP (PDE).
4. Gαt disocia las subunidades inhibidoras γ de PDE, activando las subunidades catalíticas.
5. Las subunidades catalíticas de PDE, α y β, convienten el cGMP en 5’-GMP.
6. La concentración de cGMP disminuye y se disocian de los canales ionicos. Los canales en la membrana plasmática de los bastones se cierran.
cGMP_and_Cationic_Channels.jpg

Terminación de la cascada de fototransdución.
*
Fosforilación de kinasa de opsina es seguida por el ligamiento de arrestin al rhodospin fosforilado. Ocurre la inactivación de la proteína G (transducin) a través de la hidrólisis de GTP a GDP.
  • También la inactivación de fosfodiesterasa (PDE) es acoplada a la inactivación de transducin. El transducin inactivado se desasocia del complejo de fosfodiesterasa (PDE) resultando en la terminación de PDE mediante la hidrólisis de cGMP.
  • Luego la activación de “guanylate cyclase” por “guanylate cyclase activating protein” (GCAP) restaura los niveles de cGMP promoviendo el abrimiento del los canales “gated” de cGMP.



Cambio Repentino: De la OSCURIDAD a la LUZ
  • En la oscuridad los fotoreceptores (bastones) se depolarizan a un potencial de membrana de -40 ya que muchos canales catiónicos (Calcio, Potasio y Sodio) permanecen abiertos.
  • Cuán rápido te adaptes al cambio repentino es el tiempo que toma para cambiar de cGMP a GMP y poder ver la intensidad y colores claramente.
  • Cuando aparece el destello de luz se nota una hiperpolarización de la celula indicando el cierre de canales catiónicos.
Intense_Flash_Response.jpg





  • Retinitis pigmentosa: condición genética que se pierden los bastones y uno se queda ciego a los 40 años.

  • En ausencia de luz, los fotoreceptores se depolarizan a un potencial de membrana negativo y la luz hyperpolariza la membrana plasmática del fotoreceptor.



Receptores Muscarínicos de Acetilcolina
· En el corazón estos receptores permiten la apertura de canales de K+.
  • Activación de estos receptores en el músculo cardiaco disminuye el número de contracciones (slows the rate).
  • Receptor esta acoplado a proteína Gαi y un ligando inicia la reacción para que el canal de K+, localizado en la membrana, se abra .
external image C:%5CUsers%5CRoxanna%5CAppData%5CLocal%5CTemp%5Cmsohtmlclip1%5C01%5Cclip_image002.jpgMammalian_Trimeric_G_Proteins_and_Effectors.jpg
  • La apertura de estos canales catiónicos y entrada de cationes al citosol aumenta y la membrana entra en un estado de hiperpolarización.
  • El estado de hiperpolarización reduce la frecuencia en la que se contrae el músculo.
· La señal del receptor de acetilcolina activado, es enviada por la subunidad Gβγ y activa el canal catiónico.
external image C:%5CUsers%5CRoxanna%5CAppData%5CLocal%5CTemp%5Cmsohtmlclip1%5C01%5Cclip_image004.jpgAcetylcholine_muscarinic_receptors_3.jpg
  • Experimento que demostró que Gβγ es la que activa el canal:
o Patch Clamp- técnica permite medir el flujo de iones en un solo canal iónico. Cuando se le añadía la proteína Gβγ en el citosol (en ausencia de acetilcolina y otros neurotransmisores) de una membrana plasmática perteneciente al músculo cardiovascular, los canales abrían sin problemas.
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