Recambio Proteico. Importancia biológica.
Dra.. María Dra María Merced Mercedes es Soberó Soberónn Loz Lozano ano
Caso Clínico Varón de 53 años con carcinoma de supraglotis Presenta astenia y anorexia desde hace varios meses. Pérdida de peso de 20 kg en el último año. Pruebas realizadas: Peso actual = 50 kg (hace un año: 72.2 kg), Talla = 164 cm, IMC = 18.59 kg/m2. Pruebas bioquímicas Hemoglobina = 12,7 g/dL, velocidad de sedimentación globular (VSG) = 22 mm, proteína C reactiva = 5 mg/dL, Na+ 112 m ol/L ol/L,, K+ 5,5 5,5 ol/L ol/L Na in io: io: 81 81 ol/L. ol/L.
Caso Clínico Varón de 53 años con carcinoma de supraglotis Presenta astenia y anorexia desde hace varios meses. Pérdida de peso de 20 kg en el último año. Pruebas realizadas: Peso actual = 50 kg (hace un año: 72.2 kg), Talla = 164 cm, IMC = 18.59 kg/m2. Pruebas bioquímicas Hemoglobina = 12,7 g/dL, velocidad de sedimentación globular (VSG) = 22 mm, proteína C reactiva = 5 mg/dL, Na+ 112 m ol/L ol/L,, K+ 5,5 5,5 ol/L ol/L Na in io: io: 81 81 ol/L. ol/L.
¿Por qué se produce la pérdida excesiva de peso en pacientes con cáncer avanzado?
Destino de los aminoácidos (AAs)
Proteínas de la dieta
Conjunto de aminoácidos (Pool de AA)
Degradación de Proteínas corporales
Síntesis de nuevas proteínas corporales
Una persona adulta, sana y alimentada adecuadamente Velocidad Síntesis de proteína
=
Velocidad degradación de proteínas
Pool aminácidos en estado “estacionario”
Para muchas proteínas la regulación de su síntesis determina su concentración en la célula. Su degradación desempeña papel minoritario. Otras proteínas, velocidad de síntesis es constitutiva. Sus niveles celulares están controlados por una degradación selectiva.
A nivel CELULAR, pool aminoácidos es utilizado en el RECAMBIO PROTEICO
RECAMBIO Proceso de síntesis y degradación simultánea de moléculas proteicas
Velocidad de recambio varía para cada proteína. Importante en tejidos de rápido crecimiento o remodelación
¿Para que utilizan las células el Recambio Proteico? 1. Control de calidad.- permite eliminar proteínas anómalas o innecesarias “Eliminación selectiva de proteínas es uno de los mecanismos más empleados en el control de procesos celulares complejos, pues permite limitar la actividad de estas moléculas a momentos específicos de la vida celular”
¿Para que utilizan las células el Recambio Proteico?
2. Regulación de etapas metabólicas: La concentración y en consecuencia la actividad de una enzima puede ser modificada. Enzimas que juegan un papel clave en la regulación de vías metabólicas tienen vidas medias particularmente cortas.
¿Para que utilizan las células el Recambio Proteico? 3. En los tejidos, las elevadas tasas de recambio proteico les permiten adaptarse a cambios ambientales. Esófago , estómago, e intestino delgado tienen un recambio proteico elevado debido a su actividad secretora, el rápido desplazamiento y muerte de las células de la mucosa del tracto gastrointestinal Hígado tiene una tasa de recambio relativamente elevado que facilita su adaptación a cambios: alteraciones en la ingesta de nutrientes Tejido muscular cardíaco y esquelético es de recambio relativamente bajo
¿Para que utilizan las células el Recambio Proteico? 4. Recambio proteico más elevado ocurre en la vida fetal y desciende progresivamente desde el recién nacido hasta el adulto. - Mayor síntesis proteica: En un niño prematuro la síntesis
proteica es dos veces mayor que en un niño en edad pre-escolar y 3 a 4 veces mayor que en un adulto. - Remodelación tisular continua
¿Para que utilizan las células el Recambio Proteico? 5. Control del ciclo celular eucariota.
La progresión a través de las fases del ciclo celular está regulada por la síntesis y degradación oportunas de proteínas ciclinas.
La degradación de proteínas dañadas o innecesarias es mediada por sistemas especializados presentes en todas las células
1. Sistema vesicular no dependiente de ATP: - enzimas hidrolasas ácidas de lisosomas. 2. Proteasas dependientes de Ca2+ 3. Sistemas citosólicos dependientes de ATP: Ubiquitina-Proteasoma: Proteínas alteradas químicamente por oxidación. Ricas en secuencia prolina-glutamato-serina-treonina (PEST ) Residuos N-terminales
Mediante ubiquitina: - Proteínas anormales - Proteínas de vida media corta (enzimas, reguladoras y limitantes - Proteínas de vida media larga (estructurales) - Proteínas de membrana Mediante lisosomas: - Proteínas de membrana - Proteínas de endocitosis:
Proteínas plasmáticas, hormonas, lipoproteínas Proteínas mitocondriales tienen otros mecanismos de degradación
Proteasas citosólicas dependientes de Ca2+ : Calpainas Superfamilia de proteasas no lisosomales dependientes de Ca2+, con una cisteína en su sitio catalítico (tiolproteasas). Poseen un dominio de unión a Ca2+ denominado calmodulin-like por ser altamente homólogo a la calmodulina, presentando las estructuras típicas manos EF de unión a Ca2+ El centro activo de las calpaínas está compuesto de una tríada catalítica formada por cisteína (C), histidina (H) y Asparagina (N)
Clasificaciones Las calpaínas se agrupan sobre la base de dos clasificaciones diferentes: 1. Presencia o ausencia de dominios EF de unión a calcio. Calpaínas que los poseen: "convencionales" o "típicas". Calpaínas que carecen de las manos EF: "atípicas". - Calpaínas típicas: Calpaínas 1, 2, 3, 8, 9, 11, 12 y 13. - Calpaínas atípicas: Calpaínas 5, 6, 7, 10, 14 y 15. 2. En la localización de las enzimas, Calpaínas ubicuas, expresadas en todas las células del organismo. Calpaínas tejido-específicas, que solamente se expresan en determinados tejidos, como el útero, el testículo o el tracto digestivo. Calpaínas ubicuas: Calpaínas 1, 2, 5, 7, 10, 12, 14 y 15. Calpaínas tejido-específicas : Calpaínas 3, 6, 8, 9, 11 y 13. •
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Proteasas citosólicas dependientes de Ca2+ : Calpainas
Estudios cinéticos han demostrado que la calpastatina es un inhibidor competitivo de dos proteasas dependientes de Ca2, la μ-calpaína y la mcalpaína
Proteasas citosólicas dependientes de Ca2+ : Calpainas En presencia de Ca2+ una molécula de calpastatina puede inhibir hasta 4 moléculas de calpaína. Este ión es esencial para que esta interacción se produzca, ya que en presencia del mismo se forman α hélices en los subdominios A y C de la calpastatina y se evidencian estructuras abiertas en la superficie de los dominios IV y VI de las calpaínas, promoviendo la interacción entre ambas proteínas
IV y VI: dominios de la μ -calpaina en contacto con subdominios A y C de la calpastatina. Subdominio B de la calpastatina interactúa con los dominios I y I
Sistema citosólico Ubiquitina-Proteasoma
Premio Nóbel Química 2004 Por el descubrimiento de la degradación de proteínas mediada por ubiquitina
Aaron Ciechanover
Avram Hershko
Irwin A. Rose
Ubiquitina
Ubiquitina Proteína pequeña, de 76 aminoácidos, altamente conservada en eucariotes. Extremo C-terminal presenta dos Gly consecutivas; la última se une a cadenas laterales de Lys de otra Ub, o de una proteína, mediante un enlace isopeptídico.
Presenta varios residuos internos de Lys (K), el más importante: K48. A grupo NH2 de esta lisina se puede unir una segunda molécula de ubiquitina y al de esta, una tercera y así sucesivamente hasta formar una cadena de poliubiquitina. Por lo menos 4 ubiquitinas constituyen la señal para la destrucción por proteólisis.
Ubiquitina
1) Unión de Ub al sitio activo de E1 por enlace tioéster - Activación dependiente de ATP, de la Ub por parte de enzima conjugadora de Ub (E1) - Cada molécula E1 carga 2 moléc.Ub activadas: una ligada con enlace
adenilato (enlace no-covalente) y la otra con enlace tiol-éster (enlace covalente). - Ub enlazada a E1 como tiol-éster es transferida a la enzima conjugadora E2.
3) Ubiquitina ligasa (E3) liga el E2-Ub y el sustrato (proteína blanco). Luego transfiere la Ub directamente desde la E2 hacia el sustrato. Son numerosas en el ser humano. Son de 3 tipos según dominio de ubiquitinación presente en ellas: RING, HECT, U-box. 2) Transferencia de Ub desde E1 hacia enzima conjugante de Ub (E2), también mediante enlace tioéster.
Proteína MDM2 es un ejemplo de ubiquitina ligasa E3 tipo RING. Ubiquitinación y degradación por el proteosoma, de p53
La poliubiquitinación no necesariamente funciona como señal de degradación, sino que la señalización es más compleja, pudiendo funcionar como: - señal de regulación de la localización celular, - la función o la interacción de la proteína blanco con sustratos
4. Reacción de deubiquitinación Una regulación adicional del sistema es llevada a cabo por las enzimas desubiquitinadoras, E4 deubiquitinas (DUBs), las cuales regulan la longitud de cadenas de poliUb y liberan las moléculas de Ub unidas a las proteínas sustrato haciendo de la ubiquitinación un proceso dinámico y reversible.
Proteasoma - Complejo multiproteínico gigantesco con actividad endoproteasa. - Localizado en núcleo o en el citoplasma celular. - Forma de un cilindro hueco y en él se distinguen dos componentes: 1. Partícula reguladora de 19S. Ocupa los extremos del cilindro. Se distinguen 2 estructuras: a.“base” (subunidades con actividad de ATPasa (Rpt1-Rpt6) y subunidades sin actividad de ATPasa (Rpn1, Rpn2 y Rpn10). b.“pestaña” (subunidades sin actividad de ATPasa (Rpn39,11-12)).
19 S 20 S región catalítica 19 S
Proteasoma
2. Partícula central formada por dos anillos heptagonales de subunidades (ocluyen el canal central) y dos anillos de subunidades β (actividad treonín proteasa)
19 S 20 S región catalítica 19 S
Proteína sustrato debe tener al menos 4 Ub unidas para reconocimiento. Complejo regulador superior.Rpn10 se asocia con poliUb, y Rpn1-Rpn2 se unen a la proteína. Enzimas desubiquitantes separan las Ub y las subunidades con actividad ATPasa, utilizando la energía de ATP, producen desplegamiento de la proteína y la van pasando hacia la cámara interior de la partícula central mediante cambios de conformación de las subunidades que obstruyen la entrada.
Partícula central.- A medida que la proteína va atravesando la cámara, se produce la hidrólisis de los enlaces peptídicos y los péptidos así formados son liberados a través de la partícula reguladora inferior. Péptidos formados tienen vida media muy corta, pues son atacados rápidamente por proteasas y aminopeptidasas. Cada proteasoma procesa solamente un sustrato a la vez.
Significado fisiológico del sistema ubiquitina-proteasoma Ayuno, estados de desnutrición grave, caquexia cancerosa Intensa degradación de proteína muscular. Destrucción de proteínas mal plegadas Destrucción de proteínas extrañas en péptidos más pequeños para ser anclados a las membranas para su reconocimiento por el sistema inmunitario.
Significado fisiológico del sistema ubiquitina-proteasoma
El producto del gen supresor tumoral, proteína p53, inhibe la actividad del factor inducido por hipoxia (HIF-1 ), convirtiéndolo en un objetivo para la degradación proteosómica
Significado fisiológico del sistema ubiquitina-proteasoma En condiciones de oxigenación normal (normoxia), el HIF es continuamente sintetizado y degradado Para ser degradado: - Hidroxilación de 2 prolinas en el dominio oxígeno dependiente (ODD) del HIF. - Reconocimiento por pVHL y la posterior activación de la vía de degradación de la ubiquitina
¿Qué determina que una proteína sufra un proceso de ubiquitinización? La vida media de proteína está determinada por residuo amino terminal Aminoácido N-terminal Ser, Met, Gly, Ala, Thr, Val
Semivida > 20 h
Ile, Gln
30 minutos
Tyr, Glu
10 minutos
Pro
7 minutos
Asp, Leu, Phe, Lys
3 minutos
Arg
2 minutos
Se han conservados por billones de años de evolución y son los mismos para degradación de proteínas tanto en bacterias como en humanos
Secuencias PEST
Proteínas con vida media menor de 2 horas son ricas en regiones que contienen aa prolina, glutamato, serina y treonina (P, E, S y T, respect.).
Son regiones, de 12 a 60 residuos de longitud, conocidas como secuencias PEST .
Forman parte de un esquema de reconocimiento para sistemas enzimáticos que degradan proteínas de vida media corta, que posiblemente incluya el sistema de marcado de ubiquitina.
Son pocas las proteínas de vida media larga que contienen estas regiones.
