Transporte y almacenamiento del hierro

La principal proteína sérica implicada en el transporte de Fe es la transferrina, una glucoproteína sintetizada en el hígado y formada por una sola cadena polipeptídica que contiene dos centros fijadores de Fe. Presenta afinidad más elevada por Fe 3+ , su fijación va a depender de la presencia de un anión, el carbonato.

La transferrina tiene dos lugares de unión de alta afinidad por el Fe 3+ , por lo tanto la podemos encontrar sin estar unida al hierro, con el hierro unido a uno de los lugares de unión o con ambos lugares ocupados.

El transporte de hierro a las células está regulado por la expresión de los receptores de la transferrina en su superficie, va a tener mayor afinidad si están ocupados ambos sitios con un Fe 3+ , y entonces se producirá la internalización por endocitosis a la célula que tenga el receptor de este complejo proteico. La liberación de Fe se hará en el medio ácido del lisosoma, y una vez liberado, el complejo receptor- apotransferrina (ya no tiene hierro unido a ella), volverá a la superficie celular, y esta última será liberada para volver a hacer el mismo camino.

En cuanto al almacenamiento , la ferritina es la proteína principal implicada, esta tiene la capacidad de incorporar y eliminar hierro según las necesidades del organismo. Esta proteína está presente en casi todos los tipos de células. Está formada por 24 cadenas polipeptídicas dispuestas circularmente alrededor de un núcleo de hierro (III), el cual está formado a su vez por un máximo de 8 subunidades que van a permtir un rápido intercambio del hierro. Otra proteína de almacenamiento es la hemosiderina, , que cuando la capacidad de almacenamiento de la ferritina queda superada (hierro en exceso) van a formarse depósitos de hierro en esta.

Regulación celular del metabolismo del hierro

En ausencia de hierro, las proteínas represoras IRP se unen a las secuencias IRE y protegen al ARNm de la degradación de la ribonucleasa, permitiendo así la síntesis del receptor de transferrina. En presencia de hierro, las IRP se separan de las IRE provocando la desestabilización del ARNm, lo que conduce a una reducción de la síntesis de esta proteína y por tanto, de la entrada de hierro en la célula

La ferritina es necesaria para el almacenamiento y detoxificación del hierro y su síntesis está también sometida a un mecanismo de control postranscripcional regulado por el hierro que, al igual que en el caso del receptor de la transferrina, se realiza a partir de los elementos IRE e IRP. Cuando los niveles intracelulares del hierro son bajos, los IRP se unen al IRE y se facilita la síntesis de ferritina para permitir el almacenamiento de este.

Regulación de los niveles de hierro en sangre= hepcidina

La clave de la regulación de la concentración de hierro en sangre está en un péptido producido por el hígado fundamentalmente y que denominamos : hepcidina. La producción de este péptido está regulada por la concentración de hierro en sangre.

La transferrina cargada de hierro es reconocida por el TfR2 hepático (receptor) que transduce una señal al interiro del hepatocito que induce la expresión del gen de la hepcidina.

Vemos que la hepcidina se produce en el hígado y que su producción es inducida por altos niveles de hierro en sangre, lo que va a significar que este péptido va a actuar directamente en la regulación de los niveles plasmáticos de hierro.

El receptor de la hepcidina es un transportador de hierro, la ferroportina y es el encargado de liberar el hierro en el enterocito y que este finalmente sea absorbido. La unión de la hepcidina a la ferroportina hace que el hierro se internalice y por lo tanto no pueda liberarse hierro en las células.

La hepcidina la podemos encontrar en células que almacenan una gran cantidad de hierro, los enterocitos, los macrófagos y los hepatocitos.

Síntesis de glucógeno

El glucógeno es un homopolisacárido de glucosas unidas por enlaces glucosídicos alfa 1,4 y con ramificaciones cada 10 glucosas con enlaces alfa 1,6. Cuantas más ramificaciones haya, más solubble será la molécula. La partícula de glucógeno presenta una molécula central de glucogenina y cadenas de glucógeno que se disponen de forma ramificada.

1. Formación de un azúcar nucleótido : reacción de condensación entre un nucleótido tirofosfato un azúcar fosfato.
2. Glucogenina: cataliza la primera etapa de la síntesis de una molécula de glucógeno. Esta proteína cataliza la formación de una cadena lineal de glucógeno unida a un residuo de Tyr de dicha proteína. Utiliza como sustrato UDP-glucosa y cataliza dos reacciones: Ataque de OH de Tyr al C1 de la UPD-glucosa formándose un residuo de Tyr glucosilado, y el ataque del OH del C4 de la glucosa unida a Tyr, al C1 de la glucosa de otra UPD-glucosa , repitiéndose así hasta formar una cadena de 8 glucosas
3. Glucógeno sintasa: utiliza como sustrato UPD- glucosa y es la responsable de la síntesis de glucógeno una vez que ya haya sido iniciada por la glucogenina. Cataliza el ataque del OH del C4 de la glucosa al C1 de la UPD- glucosa, formando enlaces glucosídicos alfa 1,4
4. Enzima ramificante del glucógeno: la glucógeno sintasa no puede formar las ramificaciones alfa 1,6. Por eso, una vez formada la cadena de como mínimo 11 residuos , entra en acción una enzima ramificante. Esta elimina un bloque de unas 7 glucosas de una cadena de crecimiento y lo transfiere a otra posición donde produce un enlace alfa 1,6.

Degradación del glucógeno

1) Glucógeno fosforilasa: cataliza la fosforolisis sucesiva de residuos de glucosa del extremo no reductor del glucógeno hasta acercarse a 4 residuos de un punto de ramificación. Origina como producto glucosa-1P.

2) Enzima desramificante: la glucógeno fosforilasa libera de forma secuencial glucosa de los extremos no redcutores hasta acercarse a las ramificaciones alfa 1,6. Estos residuos cerca de alfa 1,6, se liberan por el enzima desramificante, que es bifunncional ya que aparte de liberar la glucosa (actividad glucosidasa), transfiere grupos de tres glucosas desde la ramificación a un extremo no reductor uniéndolos por enlaces alfa 1,4.

Absorción de azúcares , sistema de transporte intestinales

Existe una superfamilia de proteínas de membrana que facilitan el transporte de D-glucosa, se denominan GLUT y presentan 12 dominios transmembrana. Se conocen dos tipos de transporte que catalizan la captación de monosacáridos desde la luz intestinal a la célula:

• Sistema de cotransporte Na+ monosacárido: con elevada especifidad para D- glucosa y D-galactosa (membrana apical): SGLT 1
• Sistema de transporte de monosacáridos: con especifidad para la D- fructosa e independiente de Na+ (GLUT5) membrana apical

Además en la membrana plasmática contraluminal (basolateral) se encuentra un sistema de transporte de monosacáridos independiente de Na+ que acepta los tres monosacáridos (GLUT2). Está presente en intestino , hígado y riñón, donde transporta la glucosa a la sangre.

GLUT 7: Glucosa y fructosa en membrana apical

Digestión de azúcares: enzimas implicadas:

alfa-amilasa, hidroliza úncamente los enlaces glucosídicos alfa 1,4 entre glucosas. Es decir, va a actuar sobre las cadenas de amilopectinas del almidón. Esta enzima no hidroliza el extremo no reductor y tampoco los enlaces inmediatos a las ramificaciones

Oligosacaridasas:

• sacarasa e isomaltasa: isomaltosa + sacarosa= glucosa + fructosa
• lactasa: lactosa = glucosa + galactosa
• glucoamilasa: alfadextrina= glucosa + isomaltosa

Bases moleculares del mantenimiento de la glucosa en sangre:

La concentración de glucosa en plasma es de 80-120 mg/dl. Si existen niveles elevados de glucosa, aumentará la secreción de insulina y disminuirá la secreción de glucagón; y viviciversa, cuando los niveles de glucosa están bajos.

Hexoquinasa: es la enzima que cataliza la primera reacción de la glucólisis, fosforilando la glucosa a glucosa 6 fosfato con gasto de ATP. El producto de esta reacción, la G6P , es a la vez un fuerte inhibidor de esta enzima. Esta acción reguladora es muy importante ya que se evita que las hexoquinasas utilicen todo el P1 celular para fosforilar hexosas. En el hígado, vamos a encontraros con las enzimas glucoquinasas, que al igual que la hexoquinasa, va a fosforilar la glucosa, es más específica y no está sujeta a inhibición por G6P. Todo ello contribuye a la capacidad del hígado para tamponar los niveles de glucosa en sangre, este solo utiliza la glucosa a una velocidad significativa cuando los niveles de sanguíneos son muy altos. Aunque la glucoquinada no es inhibida por la G6P, su actividad es sensible a la inhibición indirecta por la fructosa 6P, ya que favorece la unión de la glucoquinasa a una proteína inhibidora (situada en el núcleo de los hepatocitos). Este efecto inhibidor es contrarrestado por la glucosa, translocando la glucoquinasa del núcleo del citosol.

Glucógeno fosforilasa hepática como sensor de glucosa. La síntesis y degradación del glucógeno hepático es regulada de forma coordinada por los niveles de glucosa en sangre. La glucógeno fosforilasa actúa como sensor de glucosa en el hígado, pero no en el músculo. En el músculo actúa como sensor de carga energética al ser regulada de forma alostérica por AMP. La isoforma hepática no es regulada por AMP. La glucosa se une al sitio alostérico del isoenzima de la fosforilasa a hepátice e induce un cambio conformacional que expone los residuos fosforilados de serina a la acción de PP1.

Músculo: control de la glucemia. Contribuye a dicho control retirando glucosa del torrente sanguíneo de forma dependiente de insulina. Esta es liberada por el páncreas cuando los niveles de glucosa son elevados. Los efectos de la insulina sobre el músculo recaen en el transporte (GLUT4) y en la actividad de la hexoquinasa al inducir el gen.

Hígado: control de la glucemia. El hígado provee de glucosa al resto del organismo. Inicialmente liberando glucosa del glucógeno almacenado (glucogenólisis). Más tarde, una vez agotadas estas reservas de glucógeno, mediante la gluconeogénesis. El hígado, gracias a que expresa la glucosa 6 fosfatasa, es el tejido que puede bombear glucosa a la sangre. El sitio catalítico de la glucosa 6 fosfatasa mira hacia el lumen del RE. El T1 transporta la G6Pdesde el citosol al lumen y los productos , glucosa y P1, pasan de nuevo al citosol a través de T2 y T3. La glucosa sale de la célula a través de GLUT2.

Regulación hormonal de la biosíntesis de colesterol:

SREBP (proteínas de unión al elemento regulador de esterol) – SER : ATCACCCCAG

En humanos hay 2 genes SREBP que dan origen a 3 proteínas:

• 1a y 1c : gen 1. Tiene dos promotores que dan lugar a dos ARNm que solo le diferencia en el 1 exón. Solo varían en una pequeña secuencia de neurotransmisores, en el resto es igual.
• 2 gen 2: Se sintetizan como precursores inactivos en las membranas del retículo endoplasmático.

El hígado es el órgano central en el metabolismo de lípidos. En él se sintetizan la mayor parte del colestor y AG.

Todas las SREBP (1a, 1c y 2) se expresan en el hígado.

Cuando se sobreexpresan en animales de experimentación:

• Sobreexpresión 1 a : x5 síntesis de colesterol, 2x síntesis de AG
• Sobreexpresión 1c: -síntesis de colesterol, x4 síntesis de AG
• Sobreexpresión 2: x20 síntesis de colesterol, x4 síntesis de AG
• SREBP -1: + síntesis de AG
• SREBP -2 : + síntesis de colesterol

Se encuentran en el retículo endoplasmático y han de activarse (RI)

HMG-COAR

MADURACIÓN ARNm

El ARNm de eucariotas va a pasar por un proceso de maduración ( el de procariotas no) consitituido por 3 fases:

1. Formación caperuza 5´ (modificación de pre-mRNA)

CAP es guanasina metilada. Es necesario que se forme porque la endonucleasa lo eliminaríia si no tuviera tanto CAP

Se trata de la adicción del CAP al extrmo 5´. CAP posee dos f(x) :

• Facilita el direccionamiento en la salida de las moléculas maduras del núcleo al citosol 5´-3´
• Forma parte del complejo de luicio en la fase de traducción

Es fundamental la metilación en la posición 7del guanilato añadido por la guanil transferasa. También se puede metilar los nucleótidos 1 o 2 (hidroxila 2` de ribosa)

2. Formación de la POLI A 3`. Necesario para que el ARNm pueda salir sin ser degradado del núcleo. Se trata de la adición de la cola dela PoliAs al extremo 3` . Función :- Preservar secuencias codificantes de mecanismos degradativos ( ya que los ARNasas actuarán primero sobre esta y después sobre el propio ARNm

Formación del complejo de inicio de la traducción

Existe una secuencia señal de poliadenilación y corte: AAUAAA. Es reconocida por un conjunto de factores estimulantes de poliadenilación (PSF y corte (CSTF , CFI, CFII) y facilitarán las reacciones.

1. Indican la finalización de la transcripción por ARNpol II

2.Actúa la PAP (poliA polimerasa) uniéndose a la secuencia donde añadirá los adenilatos. Una vez unido intervienen los factores de este.

3. Adición de adenilatos del extremo 3´ por la poli A polimerasa adicionará el resto de adenilatos en una fase más rápida

3. SPLICING: eliminación de intrones y el empalme de exones. Las secuencias consenso que intervienen en la transesterificación están en los extremos del intrón.

-Ataque nucleofílico al extremo 5´ del intrón con la secuencia de consenso por parte del OH en 2` del adenilato . Se libera el primer exón y se forma el enlace fosfodiester entre el nucleótido en el extremo 5´del intrón y el adenilato.

– Segundo ataque nucleofílico por parte del OH en 3` del exón liberado en la secuencia consenso 3` del intrón. Así se elimina el intrón y quedan dos unidades de exones.

Intrones: secuencias del ARN no codificantes

Exones: secuencias ARN codificantes

Se lleva a cabo por las endonucleasas (U1,U2,U4,U6)

El splicing alternativo sería igual solo que los exones no tienen por qué quedarse en el mismo orden.

REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA EN EU X LOS MICROARNs

Los microARNs (mi RNA) son una clase de RNAs no codificante de 20-50 nt de longitud en su forma madura. Son transcritos por la RNA pol III. Se caracterizan por tener secuencia polindrómica.

Su función es inhibir la expresión génica ya que forma parte de complejos lipoproteicos silenciadores y ellos actaan de guía. Esto permite a dichos complejos localizar los mRNAs blancos a través de la complementariedad de secuencias entre el miRNA y mRNA. El resultado es el bloqueo de la traducción de los mRNA y los degrada. Los miRNA son una forma de RNAi (de inteligencia). En el genoma huamano hay por lo menos 500 miRNAs y cada uno de ellos es capaz de reprimir cientos de genes, por lo que estos RNAs participan en la regulación de los procesos celulares.

-consecuentemente los transcritos primarios de miRINA tendrán cap en 5` y cola de poli A en 3´ .

– los miRNAs pueden ser codificados como parte de otros genes , y protno tomarán parte del trancrito primario de dicho gen y estarán sujetos a la regulación de la expresión del gen hospedador a nivel de transcripción

La secuencia polindrómica toma una horquilla. Tras la transcripción, se forma la horquilla del transcrito primario (pri-miRNA) y esto es lo que hace que se reconozcan y procesen.

El procesamiento se dará en dos etapas:

1. en el núcleo una RNAsa III llamada Drosha digiere el pri-miRINA dando lugar al pre-miRINA, RNA de 65 nt con una horquilla cuando el tallo está formado por la secuencia del miRNA y su complementaria y con 2 nucleótidos que sobresalen 3` . Los pre-miRINAs se exportan al citoplasma a través de la exportina 5.

2. En el citosol en pre-miRNA es digerido por otra RNAsa III , la Dicer, que elimina el lozo de la horquilla . El duplex miRNA / miRNA ´ se asocia con las proteinas argonauta formando una RNP. Este complejo activo se forma finalmente elimminado el miRNA` (complejo).