La trasduzione del segnale è un fenomeno in cui un processo biochimico intracellulare viene avviato in risposta all'interazione di una molecola segnale che agisce all'esterno della cellula stessa. Perchè il segnale passi dall'esterno all'interno della cellula la molecola che lo trasporta (detta molecola segnale) lega un recettore di membrana, il quale è in comunicazione con una molecola all'interno del citoplasma responsabile della trasmissione della catena di reazioni.
Le cellule comunicano attraverso piccoli messaggi molecolari. Ogni cellula è in attesa del suo particolare messaggero, raccogliendolo e interpretandolo. Questi messaggeri sono diversi, come i neurotrasmettitori, gli ormoni, e altre molecole di segnalazione che regolano il metabolismo e portano il segnale nervoso da un neurone al successivo.
Il Ruolo Centrale delle Proteine G
Le proteine G occupano un ruolo centrale in questa catena di comunicazione. Molti farmaci e tossine agiscono sui recettori accoppiati alle proteine G. Queste proteine utilizzano il GTP per diventare attive.
Come Funzionano le Proteine G
La proteina G è una proteina trimerica costituita dalle subunità α, ß e γ. Questa proteina ha un'azione GTPasica, perché è in grado di idrolizzare il GTP e trasformalo in GDP. Nello stadio iniziale la proteina G è legata al GDP, quindi è inattiva. Quando l'agonista si lega al recettore si ha il distacco del GDP e la subunità α si lega al GTP, di conseguenza viene attivata. Una volta attivata, la proteina G può andare a legarsi con l'effettore producendo delle reazioni sul canale o sull'enzima. Terminata l'azione, la subunità α trasforma il GTP in GDP, ritornando alla situazione iniziale per essere di nuovo attivata.
Le proteine G possiedono due tipologie di subunità attive: la subunità αs e la subunità αi. La prima è un inibitore, la seconda uno stimolatore dell'attività dell'adenilato ciclasi.
Leggi anche: La Dieta GIFT
L'Adenilato Ciclasi e l'AMP Ciclico
Con il termine adenilato ciclasi ci si riferisce ad una famiglia di enzimi, presenti in numerose isoforme, che occupa un ruolo centrale nel mediare gli effetti di un certo numero di ormoni sui loro tessuti bersaglio. L'adenilato ciclasi è ritenuto un elemento chiave della cosiddetta via "a due messaggeri" dell'azione ormonale.
Secondo questo modello, l'ormone si legherebbe ad un sito specifico sulla superficie cellulare, azionando un meccanismo che porta all'attivazione dell'adenilato ciclasi, la quale determina un aumento di adenosina 3′,5′-monofosfato (AMP ciclico). L'aumento di AMP ciclico avvia una serie di reazioni intracellulari che portano alla risposta fisiologica appropriata della cellula.
L'adenilato ciclasi è coinvolta nel meccanismo di trasduzione del segnale mediato da proteine G. Una volta attivata dall'azione della proteina G, l'adenilato ciclasi esplica la propria funzione enzimatica sintetizzando AMP ciclico.
Le varie isoforme dell'adenilato ciclasi rispondono differentemente a varie categorie di molecole segnale. Tra queste, sicuramente glucagone, adrenalina e dopamina sono coinvolte in questa via di trasduzione del segnale ma in maniera differente in base ai distretti tissutali.
L'adenilato ciclasi converte l'ATP in cAMP in una reazione che procede per spostamento diretto del pirofosfato mediante attacco in linea del carbonio 3 sul fosfato α, con inversione di configurazione e senza formazione di un intermedio covalente legato all'enzima.
Leggi anche: Benefici della Dieta GIFT
La reazione diretta richiede ATP e ioni magnesio come cofattore enzimatico. Tali strutture contengono, nel sito attivo, due cofattori metallici, Mg2+ e Mn2+, sebbene sia molto probabile che Mg2+ sia la specie fisiologicamente rilevante. Si ritiene che questi cofattori svolgano ruoli cruciali nella reazione enzimatica.
È probabile che uno dei due ioni interagisca con il gruppo OH al 3' per determinare l'astrazione di un protone e per stabilizzare la carica in via di sviluppo sul 3′O durante l'attacco nucleofilo. Un secondo ione metallico lega la frazione trifosfato caricata negativamente di ATP e stabilizza i prodotti cAMP e pirofosfato (PPi) nel sito di legame.
Effetti a Cascata
L'AMP ciclico nella cellula determina l'attivazione della proteina chinasi A (PKA). Questo enzima è in grado di fosforilare altre proteine determinandone l'attivazione.
Meccanismi di Trasduzione del Segnale
Per meccanismi di trasduzione si intendono tutti quei sistemi intracellulari di tipo enzimatico che permettono di convertire il segnale extracellulare prodotto dal farmaco o dalla sostanza endogena in segnale intracellulare mediante l'attivazione di un effettore. Una volta attivato l'effettore e convertito il segnale, la cellula darà la sua risposta biologica.
Tipi di Recettori
- Recettori di Tipo 1: L'accoppiamento è diretto; cioè significa che non vi è necessità di alcun mediatore che trasformi il segnale da extracellulare ad intracellulare. L'agonista si lega al recettore che si trova in prossimità di un canale ionico. Una volta attivato il recettore, il canale ionico si apre e lascia passare ioni (esempio ioni calcio, potassio, cloro, sodio). In base all'entrata o all'uscita degli ioni la membrana cellulare può andare in contro ad una depolarizzazione o iperpolarizzazione. Quando si parla di depolarizzazione la membrana viene eccitata, invece quando si parla di iperpolarizzazione la membrana viene inibita.
- Recettori di Tipo 2: Necessitano di un intermediario per la trasduzione del segnale e in questo caso l'intermediario è la proteina G. Se la proteina G attiva il canale ionico i processi che seguono l'attivazione del canale sono quelli spiegati nei recettori di tipo 1. Se invece la proteina G attiva l'enzima si produrranno dei secondi messaggeri che andranno a generare una serie di effetti cellulari.
- Recettori di Tipo 3: Sono sempre dei recettori di membrana, accoppiati a delle chinasi. Il recettore, una volta attivato dal legame con un agonista (ad esempio fattori di crescita, insulina o citochine), va ad attivare una chinasi che catalizza delle reazioni. In successione a questo evento si vanno a formare una serie di fosforilazioni proteiche, con conseguente modificazione dei geni a livello del DNA.
- Recettori di Tipo 4: Diversamente dai recettori precedenti, questi recettori sono dei recettori intracellulari o citoplasmatici. Spesso questi recettori sono utilizzati dagli ormoni steroidei.
Secondi Messaggeri
I principali secondi messaggeri in una cellula sono i nucleotidi ciclici (cAMP e cGMP) e il rilascio di calcio intracellulare. Questi secondi messaggeri vanno ad innescare delle reazioni all'interno della cellula che portano ad una risposta cellulare.
Leggi anche: Funzioni delle sequenze segnale proteiche
Tempo di Azione
Il tempo d'azione dei recettori varia:
- Recettori di tipo 2: Impiega un po' più di tempo perché il recettore deve attivare la proteina G, che a sua volta provvede ad attivare o il canale o l'enzima.
- Recettori di tipo 3: Il tempo d'azione è molto lungo, si parla di ore o di giorni perché il bersaglio è proprio la trascrizione genica a livello del DNA.
- Recettori di tipo 4: Necessitano di molto tempo perché si devono produrre le proteine indotte dalla modificazione genica apportata dalla sostanza introdotta nella cellula.
tags: #trasduzione #del #segnale #proteine #G #meccanismo