1. Receptores
C
Receptor
RECEPTORES ACOPLADOS A
PROTEINAS G Y PROTEÍNAS
G HETEROTRIMÉRICAS
Receptores acoplados a proteinas G
(GPCR)
Son proteínas
transmembranales.
Conocidas como
receptores 7TM.
Regiones inmersas en
la membrana son
conservadas.
Reconocen una
amplia variedad de
ligandos y proteínas
G.
Superfamilia +700
Figura 1. Ilustración de un receptor de membrana acoplado a una proteína G.
GPCR en plantas
GPCR in plants
Do Plants Contain G Protein-Coupled Receptors?1
Bruck Taddese2, Graham J.G. Upton, Gregory R. Bailey, Siân R.D. Jordan, Nuradin Y. Abdulla, Philip J. Reeves, and Christopher A. Reynolds*
Plant Physiol. Vol. 164, 2014
56 posibles secuencias
GCR1: estructura similar pero no demostrado aún!
2. Proteínas G heterotriméricas
Compuesta de tres
subunidades:
α
subunidad: 39 - 46 kD
Actividad GTPasa
hidroliza al GTP
Interactúa con receptores de
membrana
β
subunidad: 35 - 39 kD
γ
subunidad: ~ 8 kD, la
más variable
Se requieren para el buen
funcionamiento de la
proteína.
Gran diversidad
Figura 2. Estructura terciaria de una proteína G.
Funcionamiento de proteínas G
heterotriméricas
En plantas?
Genes codificantes para receptores 7TM han sido
aislados en:
Arabidopsis
, pino, trigo y álamo.
Genes codificantes de proteínas G triméricas también
se han encontrado
Proteínas G se han relacionado con la señalización del
AIA, inducción de las giberelinas sobre genes
α
amilasa, respuesta a distintos tipos de luz y patógenos,
Cierre estomático (regula canales de K y Ca)
3. Efectores
Efectores
2 tipos: canales iónicos y enzimas
(adenyl ciclasas).
Regulan cn de cAMP, cGMP, DAG, IP3, Ca (mensajeros
secundarios) y estos regulan Kinasas y PPasas
Canales iónicos: especificidad variable
Canales de potasio en células guarda
Enzimas: regulan la concentración de mensajeros
secundarios
inositol trifosfato (IP
3).
Fosfodiesterasas y ciclasas
cAMP, cGMP
Enzimas guanilato
cGMP
Ruta del fosfoinositol
DAG y Ca
respuesta ante estrés
Estos a su vez regulan la actividad de kinasas y fosfatasas
En plantas
no PLC sino PLD y DGPP PLD activado por divesas señales
Fosforilación de proteínas
Mecanismo de respuesta ante distintos estímulos.
Proteínas kinasas: transferencia de grupo P a uno o
más aminoácidos en una determinada proteína.
Clasificadas en: serina/treonina kinasas y tirosina kinasas.
Algunas kinasas pueden ser de los 2 tipos.
Proteínas fosfatasas: desfosforilan los mismos
aminoácidos.
Ambas proteínas regulan enzimas de manera
Fosforilación de proteínas
Regulan:
Actividad de kinasas dependientes de ciclinas
división celular, factores de transcripción y enzimas.
Pueden ocurrir eventos múltiples o cascadas de
fosforilaciones o desfosforilaciones
Aprox 300 aa: dominio catalítico y dom regulatorio
Kinasas son muy variables y muestran gran
especificidad por distintos sustratos
Separadas por familias según su estructura,
4. Proteínas kinasas
Proteínas kinasas del grupo AGC
Son
activadas por mensajeros secundarios:
cAMP y cGMP activan kinasa A y G respectivamente.
Fosfatidilserina y Ca + DAG activan la kinasa C.
Han sido encontradas en plantas de manera esporádica.
Proteínas calmodulina/Ca
2+
Ca
2+se une al calmodulina y la activa, CaM luego activa
kinasas generando un cambio conformacional (o
fosfatasas)
formación de complejo proteico.
En plantas en respuesta a luz, presión, GA, ABA
AGC kinasas en plantas
PA: àcido fosfatìdico Mensajero 2rio
Principales grupos de proteínas
kinasas (cont.)
Kinasas dependientes del calcio:
Gran diversidad en plantas, no se han identificado en
animales.
Ca
2+reprime el mecanismo de autoinhibición del sitio
activo de la proteína permitiendo su activación.
Pueden estar adheridas a la membrana o contenidas
dentro del citoplasma.
Genes muestran especificidad de tejido y etapa de
5. Proteínas fosfatasas
Se clasifican en dos tipos:
PP1
PP2: se dividen en tres subgrupos basados en la
especificidad por el sustrato, sensibilidad a inhibidores y
regulación por cationes:
PP2A, PP2B y PP2C
Pueden formar holoenzimas
Moléculas inhibitorias: ácido okadaico, caliculina A
(espongas marinas)
Todos los tipos han sido identificados en plantas. ABI1 y
ABI2 asociados a respuesta a ABA
Regulación de proteínas kinasas
cascadas de MAPK,
6. ENZIMAS RECEPTORAS TRANSMEMBRANALES
•
Receptores transmembrana combinan:
-percepción de señales y
-actividad enzimática en un solo péptido (Dominios
extra e intra-celular y transmembrana de paso simple)
•
Animales = Receptores
Tirosina
Kinasas.
Ocurre
transautofosforilación (dimerizan y se autoP)
•
Plantas = son receptores
kinasas
serinas/treoninas
y
una poco común receptor
kinasa
histidina (ej. ETR1 y
KINASAS TIPO RECEPTORES (
RLKs
) EN PLANTAS
Arabidopsis
= 300 secuencias codificantes
p/
receptores kinasas Ser/Tre
.
Receptores más comunes en plantas
No se conoce mucho de ellos
RLKs = 20 familias y muchas subfamilias.
2 tipos comunes: S y LRR
-
S: motivo de 10 S, asociado
autoincompatibilidad polen-pistilo
-
molécula de LRR (motivo de leucinas) =
interacciones proteina-proteina.
-Kinasas varían en especificidad de
sustrato
PROTEÍNAS RELACIONADAS A RLKs
Son proteínas truncadas
•
SLG (similar al SRK
de
Brassica)
•Cf-9 (resist. a hongo
en tomate)
•PTO
(resist.
a
Pseudomonas
sp. en
tomate)
7. PEQUEÑAS PROTEÍNAS DE UNIÓN A GTP
animales
Señal Receptor tirosina kinasa autofosforilan por
ATP traducción de señal por
peq. Proteinas G
(GTP-asas)
cascadas de fosforilación/moleculas efectoras/mensajeros
secundarios.
•
proliferación
celular
*
,
•
transporte
de
vesículas y secreción,
•
establecimiento de
la polaridad
•
Familias
en
mamíferos
RAS
*
,
RHO
, RAB, RAN y
En plantas,
Ortólogos de
Rho
y
Rab
son conocidas en
Arabidopsis
, maíz y tomate.
Subfamilia
Rop GTPasas
(Rho) única en plantas, muchos genes:
• Localizado en PM, reg. perinuclear y citosol
•
No ortólogo de RAS
•
Si se detectan muchas Proteínas G pequeñas,
•
Vías de señalización: crecimiento del tubo polínico, defensa, síntesis de la
pared celular en algodón, desarrollo vacuolar y en señalización por el
receptor kinasa
CLAVATA
(
CLV1,2,3
).
•
Mutantes de Rop: respuestas pleiotrópicas (involucrado muchos procesos)
-
CLVs
regulan a
WUCHSEL
(tamaño de los meristemos)
CLAVATA
(RLK) –
Rop GTPasa
(peg. Prot. G) –
WUCHSEL
(cascada o
regulación) –
tamaño de meristemos
(fenotipo).
8. CASCADA POR PROTEÍNAS KINASAS
ACTIVADAS POR MITOGENOS (MAPK)
•
Solo en eucariotes
•
Células quiescentes de
mamíferos
son activadas para
dividirse por “agentes inductores de la mitosis” (mitógenos)
a través de una proteína kinasa conocida como MAPK
(mitogen-activated protein kinase) que aumenta en células
en Go activadas.
•
MAPK activa FT que se unen a DNA
•
MAPK fosforilada en 2 residuos, así se controla su actividad
•
Fosforilación (activación):
•
MAPK MAPKK MAPKKK P (Kinasas específicas)
•
Una solo célula eucariótica puede tener docenas de
cascadas MAPK para funciones diferentes.
http://www.youtube.com/watch?v=r7GoZ9vFC Y8
En Plantas
,
MAPK
ns presentes en plantas, poca a muchas similitud
Son activadas por auxinas (división celular), heridas
(WIPK, en minutos no requiere protein synthesis), ácido
salicílico (SIPK) y también por estrés abiótico (frio, calor,
salinidad): específicas para cada estímulo
Esta señalización MAPK aparentemente proviene de los
los
receptores histidina kinasa
No ha sido posible unir las cascadas de MAPK a
9. Ros signaling
(reactive oxygen species)
Ca regula fenómenos de crecimiento y desarrollo
en las plantas.
Ca:
Señalización de hormonas.
Crecimiento del tubo polínico.
Tigmotropismo.
Niveles intracelulares de Ca.
En citosol calcio se encuentra Ca
+2.
En vacuola fijado como cristales de Oxalato de Ca
o fijado a las paredes celulares.
Ca Cn`s provoca necrosis y muerte celular.
Estado de la célula Estado de Cn de Ca Cantidad de Cn de Ca
Inactiva aprox. 10-100 nM
Activa 1-5 μM
Lugares de almacenamiento
Vacuola almacena la mayor
cantidad de Ca.
Retículo endoplásmatico
(RE).
Plastidios y mitocontria
almacenan Ca con límite.
Ca extracelular, la mayor
parte se almacena en
pared celular.
Tomado de: http://www.biologia.edu.ar/plantas/ cell_vegetal.htmCanales y bombas de Ca.
Cn Ca
+2
en citosol regulado por:
-
Canales.
-
Bombas.
Tipo de Canal Ligandos activadores Proceso que interviene. Canales activados por voltaje --- - Entrada de Ca desde fuentes externas. - Entrada de Ca desde fuentes internas. Canales activados por una estimulación externa --- - Entrada de Ca desde fuentes externas. Canales activados por un ligando - Inositol trifosfato (IP3 ). - adenosina cíclica 5 difosforibosa (cADPR). - Entrada de Ca desde fuentes internas. Cuadro 2. Características de los canales de Ca en las células
Remoción de Ca de citosol hacia organelas Contra gradiente Uso de bombas ATPasas o de H+
Figura 1. Esquema de los canales y bombas de Calcio presentes en una célula vegetal (Srivastava 2002).
Elementos de la señalización del Calcio
La señalización del Ca: se
da a través de una
liberación transitoria de
Ca
2+(señal primaria),
luego conduce a una serie
de oscilaciones lo que
conlleva a un gradiente de
Ca.
Frecuencia de oscilaciones:
especificidad de la señal
Figura 2. Esquema hipotético de la dinámica de la señalización del calcio dentro de una célula (Srivastava 2002)
Señalización del Ca en plantas
Respuestas de plantas mediadas por hormonas.
Estrés biótico y abiótico.
Factores ambientales (Viento, luz, etc).
Inductores de aumento Niveles de Ca
2+
En las células
guarda, ABA induce
un incremento en la
cn de Ca
2+
cyt
lo que
conduce a la
pérdida de
Turgencia y al cierre
del poro estomático.
Tomado de:
http://www.botanica.cnba.uba.ar/Pakete /6to/membr-casos/Fisiol-estomas.html
Plantas expuestas a niveles de ozono, dispara una
respuesta de estrés y la expresión del gen
Glutationa S- transferasa (GST), el cual está
relacionado con un incremento en Ca
2+
cyt
.
Plantas sensibles a estímulos mecánicos y elicitores
fúngicos se correlacionan con un incremento del Ca.
Algunos videos de interés
http://www.youtube.com/watch?v=pH_ibPHK0 y0 http://www.youtube.com/watch?v=D-usAds_-lU http://www.youtube.com/watch?v=3I2bSMm06 IAPlant Signal Transduction
http://www.youtube.com/watch?v=xT0mAQ47 26s De-etiolación Trimeric G-prot ST amplificación Activación de Proteína G https://www.youtube.com/watch?v=z-32M043rfI https://www.youtube.com/watch?v=JJuMyPjvVk Y https://www.youtube.com/watch?v=MkUgkDLp2iE Factores de transcripción Traducción
Videos
https://www.youtube.com/watch?v=gG7uCskUOrA De ADN a proteína
https://www.youtube.com/watch?v=M568QP1K3sM
https://www.youtube.com/watch?v=r7GoZ9vFCY8 The MAP-Kinase (MAPK) signalling pathway