Recambio Proteico.Importancia biológica. Dra. María Mercedes Soberón Lozano 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 mmol/L, K+: 5,5 mmol/L, Na urinario: 81 mmol/L. ¿Por qué se produce la pérdida excesiva de peso en pacientes con cáncer avanzado? Destino de los aminoácidos (AAs) Proteínas de la dieta Degradación de Proteínas corporales Conjunto de Síntesis de aminoácidos nuevas (Pool de AA) proteínas corporales . Otras proteínas. Sus niveles celulares están controlados por una degradación selectiva. sana y alimentada adecuadamente Velocidad Velocidad degradación Síntesis de proteína = de proteínas Pool aminácidos en estado “estacionario” Para muchas proteínas la regulación de su síntesis determina su concentración en la célula. velocidad de síntesis es constitutiva. Una persona adulta. Su degradación desempeña papel minoritario. . Importante en tejidos de rápido crecimiento o remodelación . 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. . 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. ¿Para que utilizan las células el Recambio Proteico? 1. pues permite limitar la actividad de estas moléculas a momentos específicos de la vida celular” . 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? 2. . Regulación de etapas metabólicas: La concentración y en consecuencia la actividad de una enzima puede ser modificada. 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 . estómago. Esófago . En los tejidos. las elevadas tasas de recambio proteico les permiten adaptarse a cambios ambientales. e intestino delgado tienen un recambio proteico elevado debido a su actividad secretora. ¿Para que utilizan las células el Recambio Proteico? 3. . . Recambio proteico más elevado ocurre en la vida fetal y desciende progresivamente desde el recién nacido hasta el adulto. ¿Para que utilizan las células el Recambio Proteico? 4.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 . 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. . ¿Para que utilizan las células el Recambio Proteico? 5. Proteasas dependientes de Ca2+ 3.enzimas hidrolasas ácidas de lisosomas. 2. La degradación de proteínas dañadas o innecesarias es mediada por sistemas especializados presentes en todas las células 1. Ricas en secuencia prolina-glutamato-serina-treonina (PEST) Residuos N-terminales . Sistema vesicular no dependiente de ATP: . Sistemas citosólicos dependientes de ATP: Ubiquitina-Proteasoma: Proteínas alteradas químicamente por oxidación. Proteínas anormales .Proteínas de endocitosis: Proteínas plasmáticas.Proteínas de vida media larga (estructurales) . lipoproteínas Proteínas mitocondriales tienen otros mecanismos de degradación .Proteínas de membrana Mediante lisosomas: . Mediante ubiquitina: . hormonas.Proteínas de membrana . reguladoras y limitantes .Proteínas de vida media corta (enzimas. Proteasas citosólicas dependientes de Ca2+ : Calpainas Superfamilia de proteasas no lisosomales dependientes de Ca2+. histidina (H) y Asparagina (N). con una cisteína en su sitio catalítico (tiolproteasas). 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). . Poseen un dominio de unión a Ca2+ denominado calmodulin-like por ser altamente homólogo a la calmodulina. • Calpaínas tejido-específicas : Calpaínas 3. 2. . 8. 7. 10. . 2. 11 y 13. 12 y 13. 7. Calpaínas tejido-específicas. Presencia o ausencia de dominios EF de unión a calcio. 6. 3. 10. Calpaínas ubicuas. 2. En la localización de las enzimas. 9. 14 y 15. 8. 14 y 15. . expresadas en todas las células del organismo. que solamente se expresan en determinados tejidos. 12. • Calpaínas ubicuas: Calpaínas 1. como el útero. 9. 11. 6.Calpaínas típicas: Calpaínas 1.Calpaínas atípicas: Calpaínas 5. Calpaínas que los poseen: "convencionales" o "típicas". 5. Calpaínas que carecen de las manos EF: "atípicas". Clasificaciones Las calpaínas se agrupan sobre la base de dos clasificaciones diferentes: 1. el testículo o el tracto digestivo. la μ-calpaína y la m- calpaína .Proteasas citosólicas dependientes de Ca2+ : Calpainas Estudios cinéticos han demostrado que la calpastatina es un inhibidor competitivo de dos proteasas dependientes de Ca2. 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 IV y VI: dominios de la μ-calpaina en contacto con calpaínas. . Este ión es esencial para que esta interacción se produzca. Proteasas citosólicas dependientes de Ca2+ : Calpainas En presencia de Ca2+ una molécula de calpastatina puede inhibir hasta 4 moléculas de calpaína. promoviendo la interacción subdominios A y C de la calpastatina. Subdominio B entre ambas proteínas de la calpastatina interactúa con los dominios I y II de la μ-calpaína. Sistema citosólico Ubiquitina-Proteasoma . Rose Ubiquitina . Premio Nóbel Química 2004 Por el descubrimiento de la degradación de proteínas mediada por ubiquitina Aaron Ciechanover Avram Hershko Irwin A. Extremo C-terminal presenta dos Gly consecutivas. . la última se une a cadenas laterales de Lys de otra Ub. mediante un enlace isopeptídico. o de una proteína. altamente conservada en eucariotes. de 76 aminoácidos. Ubiquitina Proteína pequeña. el más importante: K48. Por lo menos 4 ubiquitinas constituyen la señal para la destrucción por proteólisis. A grupo NH2 de esta lisina se puede unir una segunda molécula de ubiquitina y al de esta. Ubiquitina Presenta varios residuos internos de Lys (K). . una tercera y así sucesivamente hasta formar una cadena de poliubiquitina. . . de la Ub por parte de enzima conjugadora de Ub (E1) .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 E2.1) Unión de Ub al sitio activo de E1 por enlace tioéster .Activación dependiente de ATP.Cada molécula E1 carga 2 moléc. también mediante enlace tioéster. Son de 3 tipos según dominio de ubiquitinación presente en ellas: RING. 2) Transferencia de Ub desde E1 hacia enzima conjugante de Ub (E2). Son numerosas en el ser humano. 3) Ubiquitina ligasa (E3) liga el E2-Ub y el sustrato (proteína blanco). HECT. U-box. Luego transfiere la Ub directamente desde la E2 hacia el sustrato. . Proteína MDM2 es un ejemplo de ubiquitina ligasa E3 tipo RING. Ubiquitinación y degradación por el proteosoma. de p53 . señal de regulación de la localización celular. pudiendo funcionar como: . sino que la señalización es más compleja. .La poliubiquitinación no necesariamente funciona como señal de degradación.la función o la interacción de la proteína blanco con sustratos . 4. 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. Reacción de deubiquitinación Una regulación adicional del sistema es llevada a cabo por las enzimas desubiquitinadoras. E4 deubiquitinas (DUBs). E 1 E 1 . “pestaña” (subunidades sin 19 S actividad de ATPasa (Rpn3- 9.11-12)). 19 S Se distinguen 2 estructuras: a.Complejo multiproteínico gigantesco con actividad endoproteasa. . Partícula reguladora de 19S. Rpn2 y Rpn10). .Localizado en núcleo o en el citoplasma celular.“base” (subunidades con actividad de ATPasa (Rpt1-Rpt6) y 20 S región subunidades sin actividad de catalítica ATPasa (Rpn1. Ocupa los extremos del cilindro. . Proteasoma .Forma de un cilindro hueco y en él se distinguen dos componentes: 1. b. Partícula central formada por dos anillos heptagonales de 19 S subunidades (ocluyen el canal central) y dos 20 S región anillos de subunidades β catalítica (actividad treonín proteasa) 19 S . Proteasoma 2. - Rpn10 se asocia con poliUb. utilizando la energía de ATP. Complejo regulador superior.Proteína sustrato debe tener al menos 4 Ub unidas para reconocimiento. 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. . y Rpn1-Rpn2 se unen a la proteína. Enzimas desubiquitantes separan las Ub y las subunidades con actividad ATPasa. se produce la hidrólisis de los enlaces peptídicos y los péptidos así formados son liberados a través de la partícula reguladora inferior. Cada proteasoma procesa solamente un sustrato a la vez. .Partícula central. Péptidos formados tienen vida media muy corta.A medida que la proteína va atravesando la cámara.. pues son atacados rápidamente por proteasas y aminopeptidasas. Significado fisiológico del sistema ubiquitina-proteasoma Ayuno. 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. . estados de desnutrición grave. inhibe la actividad del factor inducido por hipoxia (HIF-1). proteína p53. convirtiéndolo en un objetivo para la degradación proteosómica . Significado fisiológico del sistema ubiquitina-proteasoma El producto del gen supresor tumoral. Hidroxilación de 2 prolinas en el dominio oxígeno dependiente (ODD) del HIF. el HIF es continuamente sintetizado y degradado Para ser degradado: .Significado fisiológico del sistema ubiquitina-proteasoma En condiciones de oxigenación normal (normoxia). .Reconocimiento por pVHL y la posterior activación de la vía de degradación de la ubiquitina proteína Von Hippel Lindau (pVHL) . Met. Gln 30 minutos Tyr. Ala. Gly. 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 . ¿Qué determina que una proteína sufra un proceso de ubiquitinización? La vida media de proteína está determinada por residuo amino terminal Aminoácido N-terminal Semivida Ser. Leu. Thr. Glu 10 minutos Pro 7 minutos Asp. Val > 20 h Ile. Son pocas las proteínas de vida media larga que contienen estas regiones. conocidas como secuencias PEST.). respect. Son regiones. de 12 a 60 residuos de longitud. E. Forman parte de un esquema de reconocimiento para sistemas enzimáticos que degradan proteínas de vida media corta. serina y treonina (P. que posiblemente incluya el sistema de marcado de ubiquitina. Secuencias PEST Proteínas con vida media menor de 2 horas son ricas en regiones que contienen aa prolina. . S y T. glutamato. ¡Fin de la clase! .