Te5: Membrana celular, proteínas de

membrana, señalización celular

Carla Gallo
Departamento de Ciencias Celulares y Moleculares
Facultad de Ciencias y Filosofía
Nuestro protagonista…

Receptor de
insulina
Conceptos
• “Receptor”
• Proteína de membrana
• Interactúa con una molécula externa a la membrana que se conoce como “señal”

• “Señal” (insulina)
• Molécula que al interactuar con un receptor genera una serie de cambios dentro de la célula
• También se le conoce como “ligando”, por su unión específica al receptor

• “Hormona” (insulina)
• Señal que es producida en un lugar distante a su sitio de acción
• Viaja por el torrente sanguíneo hasta llegar a su receptor
• Las células que expresan los receptores se llaman “tejido blanco” o “tejido diana”
 ¿Cuál es su función?

Receptor de insulina
 Hambre
Cerebro Producción de glucosa en el hígado
Producción de lipoproteínas

Hígado Músculo
Páncreas
a
Metabolismo de glucosa
Síntesis de glucosa
Síntesis de glucógeno
Síntesis de glucógeno
Masa muscular
Acumulación de lípidos
Disfunción mitocondrial
Inflamación Tejido adiposo
Metabolismo de glucosa Inflamación
Lipogénesis Macrófagos M2 a M1
Lipólisis

Tomado de: Yee et al. 2020.

 Arreglo dinámico de
Pensemos en las moléculas:

membranas lípidos, proteínas,

fluido, ordenado
▪ El receptor de insulina atraviesa la membrana: parte de éste
se encuentra hacia el lado extracelular (arriba) y parte hacia
el lado intracelular (abajo).
▪ La insulina se une hacia el lado extracelular.
▪ Aunque la estructura de la molécula de insulina se conoce
desde hace aproximadamente 50 años, recién ahora se
empieza a comprender cómo ésta interactúa con su receptor.
▪ Se podría decir que la interacción de las dos subunidades del
receptor luego de la unión de la insulina es un “apretón de
manos” molecular.
▪ Al unirse la insulina por el lado externo y acercarse ambas
subunidades, se desenrolla también su parte interna,
haciendo contacto entre ellas y activándose mutuamente.
▪ Esto permite que la “señal” de la insulina entre a la célula.
▪ Una serie de proteínas especializadas interactúan con la
porción intracelular del receptor, generando una cascada de
señalización.
▪ Este proceso de señalización complejo permite
eventualmente que se inserten transportadores de glucosa
en la membrana, permitiendo la entrada de esta molécula a
la célula.
▪ La cascada de señalización tiene la posibilidad de ser
controlada (“encenderse” o “apagarse”) en muchos puntos
de la vía.
▪ En la diabetes tipo 2, lo que estaría ocurriendo es que la
insulina se une a su receptor, pero la señal no es procesada
hacia el interior de la célula.
▪ Por ello, la glucosa no puede ingresar y los niveles de glucosa
en sangre se mantienen elevados.
▪ Conocer cómo funciona el receptor de insulina permitirá
buscar mejores tratamientos, p.ej. insulinas que interactúen
más tiempo con el receptor, que actúan más rápido, etc. https://youtu.be/VbwRYFMPZS4?t=53

https://www.proteinatlas.org/ENSG00000171105-INSR
▪ La superficie de las células
se encuentra cubierta de
receptores de insulina.

▪ La activación de la cascada
de señalización intracelular
por efecto de la unión de la
insulina al receptor
promueve la exocitosis de
GLUT-4 (transportadores de
glucosa).

▪ La glucosa puede ingresar a

la célula y ser almacenada
como fuente de energía.
https://youtu.be/OYvav8aDGCc?t=118
El receptor de insulina se encuentra básicamente en todos los tejidos del cuerpo

https://www.proteinatlas.org/ENSG00000171105-INSR/tissue#cbox
https://www.proteinatlas.org/ENSG00000171105-INSR/cell+line
Receptor de insulina

núcleo
receptor de insulina
microtúbulos

Vesículas:
o Regulación a la baja (downregulation)
o Reciclamiento
o Síntesis

https://www.proteinatlas.org/ENSG00000171105-INSR/subcellular#img
Conceptos importantes
• Organización de proteínas de membrana
• Proteínas integrales y periféricas
• Interacción con lípidos de membrana
• Geometría, polaridad
• Dominios de unión
• Lípido – proteína
• Proteína - proteína
• Sistemas de señalización
• “Interruptores” de encendido/apagado: fosforilación
• Endocitosis/exocitosis → vesículas
• Cascadas de activación
• Mensaje extracelular → expresión de genes
 1 – 27: péptido señal

28 – 758 subunidad α

763 – 956

957 – 979

763 – 1382 subunidad β

980 – 1382

¿Qué podemos observar en otras proteínas, en

cuanto a dominios (extracelular, intracelular,
transmembrana)?
- Número
- Distribución
- Propiedades de grupos R de los aminoácidos
https://www.uniprot.org/uniprot/P06213#interaction
 PKB

PKB
PKB

IRS-1 = Insulin Receptor Substrate 1

Señales
• La unión de la insulina produce la fosforilación de varias
proteínas intracelulares, entre otras:
• Sustrato del receptor de insulina (IRS) 1, 2, 3 y 4
• SHC
• GAB1
• CBL

• Cada una de estas proteínas fosforiladas sirve como

proteína de acoplamiento para otras proteínas de
señalización que contienen dominios de homología Src-2
(dominio SH2)
• reconocen específicamente residuos de fosfotirosina
• Ejemplo: subunidad reguladora p85 de PI3K y SHP2
Señales
• La fosforilación de las IRS conduce a la activación de dos vías de
señalización principales:
• la vía PI3K-AKT/PKB, que es responsable de la mayoría de las
acciones metabólicas de la insulina, y
• la vía Ras-MAPK, que regula la expresión de algunos genes y
coopera con la vía PI3K para controlar el crecimiento y la
diferenciación celular.
• La unión de los dominios SH2 de PI3K a las fosfotirosinas en IRS1
conduce a la activación de PI3K y a la generación de fosfatidilinositol-
(3, 4, 5)-trifosfato (PIP3)
• PIP3 es un segundo mensajero lipídico que activa varias
serina/treonina kinasas dependientes de PIP3. quinasas, tales
como PDPK1 y posteriormente AKT/PKB
• El efecto neto de esta vía es producir una translocación del
transportador de glucosa GLUT4 desde las vesículas citoplasmáticas a
la membrana celular para facilitar el transporte de glucosa.
Señales
• Además, tras la estimulación con insulina, la AKT/PKB activada es
responsable del efecto antiapoptótico de la insulina al inducir la
fosforilación de BAD; regula la expresión de enzimas gluconeogénicas y
lipogénicas mediante el control de la actividad de la clase de factores
de transcripción de hélice alada o cabeza de horquilla (FOX o FKHR).
• Otra vía regulada por la activación de PI3K-AKT/PKB es la vía de
señalización mTORC1 que regula el crecimiento y el metabolismo
celular.
• AKT media la síntesis de proteínas estimulada por insulina
mediante la fosforilación de TSC2, activando así la vía mTORC1.
• La vía Ras/RAF/MAP2K/MAPK está implicada principalmente en la
mediación del crecimiento celular, la supervivencia y la diferenciación
celular de la insulina.
• El IRS1 fosforilado recluta el complejo GRB2/SOS, que
desencadena la activación de la vía Ras/RAF/MAP2K/MAPK.
Señales
• Además de unirse a la insulina, el receptor de insulina puede
unirse a factores de crecimiento similares a la insulina (IGFI e
IGFII)
• El subtipo IR-A se expresa en cáncer
• Se pueden formar receptores híbridos

metabolismo proliferación
motilidad
supervivencia celular
angiogénesis
actividad del receptor de insulina
C18:0

C16:0

C14:0
C16:0
C18:1
C18:1

C12:0

ancho de la bicapa / rigidez

A. Membrana plasmática normal (no tratada), la unión a la insulina promueve un cambio B. En las membranas intercambiadas con DOPC con un entorno en gran
conformacional que acerca los dominios de kinasa. Esta conformación activa se apoya en los parte Ld, el IR no está protegido de las fosfatasas, lo que da como resultado
dominios Lo donde IR está protegido de las fosfatasas y continúa la autofosforilación. En los una autofosforilación reducida.
dominios Ld, las fosfatasas suprimen la autofosforilación de IR.

C. En las membranas intercambiadas con DSPC, que son en gran parte

D. Incluso en ausencia de insulina en las membranas intercambiadas con DSPC, IR
formadoras de dominios Lo con membranas más anchas, la conformación activa
puede formar su conformación activa y moverse dinámicamente entre los dominios
de IR estimulada por insulina se ve favorecida y fuertemente localizada en
Lo y Ld, con IR inactivado por fosfatasas cuando se mueve al dominio Ld.
dominios Lo y, por lo tanto, protegida de la actividad de la fosfatasa.

En C y D, las conformaciones IR activas e inactivas coexisten en los dominios Ld, pero solo se muestra una conformación para mayor claridad.
https://youtu.be/B_zD3NxSsD8?t=47
Mecanismos de endocitosis, clasificación, tráfico endosomal y reciclaje del receptor de insulina (INSR)

▪ El complejo insulina-INSR
se internaliza a través de
vías dependientes e
independientes de clatrina.
▪ El complejo se
descompone en el
endosoma temprano (EE).
▪ La insulina se reubica en
el endosoma tardío para
su degradación.
▪ El INSR se transporta al
endosoma tardío para su
degradación o se recicla
de nuevo a la membrana
plasmática.
▪ INSR se puede reciclar
directamente de EE a
través de un mecanismo
de reciclaje rápido o pasar
por el compartimento de
reciclaje endosómico a
través de un proceso de
reciclaje lento.
▪ Una serie de proteínas y
lípidos de membrana
están involucrados en los
https://www.mdpi.com/1422-0067/20/20/5007/htm diferentes procesos
 Células β del páncreas

▪ INCEPTOR potencia la
endocitosis del receptor de
insulina (INSR), por interacción
con éste y el complejo
adaptador AP2.

▪ Disminuye el número de INSR

en la superficie celular.

▪ INCEPTOR puede tener

funciones adicionales en la
protección del INSR de
degradación y en la restricción
de su salida a la superficie
celular.

Inceptor
Conceptos importantes
• Organización de proteínas de membrana
• Proteínas integrales y periféricas
• Interacción con lípidos de membrana
• Geometría, polaridad
• Dominios de unión
• Lípido – proteína
• Proteína – proteína
• Sistemas de señalización
• “Interruptores” de encendido/apagado: fosforilación
• Endocitosis/exocitosis → vesículas
• Cascadas de activación
• Mensaje extracelular → expresión de genes
Proteínas de membrana
Organización, interacción con lípidos
 Fatty acid /
isoprenoid anchor

Tomado de: www.erin.utoronto.ca/~w3bio315/picts/lectures/lecture2

Interacciones lípido - lípido

Harayama T, Riezman H. Understanding the diversity of membrane lipid composition. Nat Rev Mol Cell Biol. 2018 May;19(5):281-296. Erratum in: Nat Rev Mol Cell Biol. 2019 Nov;20(11):715.
Interacciones lípido - proteína

Harayama T, Riezman H. Understanding the diversity of membrane lipid composition. Nat Rev Mol Cell Biol. 2018 May;19(5):281-296. Erratum in: Nat Rev Mol Cell Biol. 2019 Nov;20(11):715.
 Topología de las proteínas de membrana

E. coli
Streptomyces
lividans

Interfase
lípido-agua
Tyr fase acuosa
Lys, Arg , Glu, Asp
Trp (cargados)
Microdominios
Harayama T, Riezman H. Understanding the diversity of membrane lipid composition. Nat Rev Mol Cell Biol. 2018 May;19(5):281-296. Erratum in: Nat Rev Mol Cell Biol. 2019 Nov;20(11):715.
Señalización celular
Sistemas
Componentes de los sistemas de señalización celular

https://www.open.edu/openlearn/science-maths-technology/general-principles-cellular-communication/content-section-1
https://www.open.edu/openlearn/science-maths-technology/cell-signalling/content-section-1.5
Dominios modulares
de unión
• La proteína 1 contiene tres dominios de unión diferentes, además de un
dominio de proteína quinasa catalítica. Se mueve a la membrana
plasmática cuando las señales extracelulares conducen a la creación de
varios sitios de acoplamiento fosforilados en la cara citosólica de la
membrana. Su dominio SH2 se une a tirosinas fosforiladas en la
proteína receptora, y su dominio PH se une a fosfolípidos de inositol
fosforilados en la hoja interna de la bicapa lipídica.

• La proteína 1 fosforila la proteína 2 en las tirosinas, lo que permite

que la proteína 2 se una al dominio PTB en la proteína 1 y al dominio
SH2 en una proteína adaptadora.

• La proteína adaptadora une la proteína 2 con la proteína 3,

provocando la fosforilación de la proteína 3 por la proteína 2. La
proteína adaptadora que se muestra consta de dos dominios de unión:
un dominio SH2, que se une a una fosfotirosina en la proteína 2, y un
dominio SH3, que se une a un motivo rico en prolina en la proteína 3.
Dinámica de
los dominios
modulares
de unión
Sistemas de
señales celulares
 Receptor Receptor
activo desensibilizado Receptor Ligand
Ligando

Desacoplamiento
Cascada de de la cascada
señalización

Endosoma

Lisosoma

Inactivación del receptor Internalización del receptor Dada de baja del receptor

Principales mecanismos para la terminación de la transducción de señales.

Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 7e edited by Thomas M. Devlin © 2011 John Wiley & Sons, Inc.
 La próxima
clase…
Transcripción y regulación
de expresión a nivel de RNA