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BIOLOGIA (RINALDI) – LEZIONE 22 – 19/03/2021 pag. 1 LA TRASDUZIONE DEL SEGNALE La trasduzione del segnale identifica una serie di eventi che, partendo dall’esterno della cellula porteranno al suo interno, a spiegare vari meccanismi d’azione, vari effetti metabolici che si ripercuotono anche sull’espressione genica. Quindi ci sarà un ligando, o una qualsiasi molecola extracellulare che si lega a un recettore (in questo momento è un recettore di membrana, ma non è detto che sia di membrana, quindi è un fattore di crescita epidermico) e all’interno della cellula, una serie di eventi, che come vedete sono molteplici pur partendo dall’interazione di un singolo ligando con il suo recettore all’interno della cellula, una serie di risposte che porteranno poi ad attivare o meno un’eventuale espressione genica, quindi agire su quello che è il metabolismo, la serie di eventi metabolici nella cellula. Normalmente, non è così che avviene la trasduzione, cioè in modo lineare (un ligando, un recettore, un effetto), perché nella maggior parte dei casi, interagendo un ligando con il recettore, si ha una risposta che non è lineare ma è spesso divergente, cioè ramificata come in questo caso, perché come vi dicevo prima, partendo da un singolo ligando che si lega al suo recettore, è possibile evocare diverse risposte in contemporanea. Queste risposte possono fra di loro essere interconnesse, quindi (la trasduzione) non soltanto divergente ma anche ramificata e quindi interconnessa. Ecco perché si parla di network, di traffico propriamente detto. Però come vedete, è un solo ligando che si lega al suo recettore e che evoca una serie di risposte che si possono interconnettere. Cosa succede quando il ligando, quindi la generica molecola x extracellulare, si lega al recettore di membrana? Questo subisce sul versante citosolico una variazione di conformazione, perché in questo momento il ligando e il recettore non stanno attraversando la cellula, e quindi la membrana, ma si fermano sulla membrana stessa. Per cui la risposta che deve evocare all’interno della cellula lo farà questa parte citosolica del recettore, che proprio in virtù del fatto che si è legata al ligando, cambia la sua conformazione. E questo come vi dicevo determinerà modifiche all’interno della cellula, perché deve evocare una serie di risposte.
BIOLOGIA (RINALDI) – LEZIONE 22 – 19/03/2021 pag. 2 Quali possono essere i segnali extracellulari, quindi le molecole segnale? • Amminoacidi, • Neurotrasmettitori, • Ormoni, • Gas. Accenneremo ad alcune vie di trasduzione prendendo in considerazione alcune di queste molecole. Possono essere ormoni steroidei, quindi essendo derivati dal colesterolo, sono molecole lipofile, quindi hanno la capacità di attraversare il doppio strato fosfolipidico, motivo per cui io non avrò un complesso ligando-recettore che si ferma sulla membrana evocando risposte dentro, ma sarà un ormone che direttamente attraversa la membrana e interagisce con recettori di natura citoplasmatica. Quindi sono intracellulari, addirittura possono essere recettori nucleari. Quindi se è un ormone di natura steroidea, il suo recettore non è sulla membrana, ma sarà all’interno della cellula. E quindi gli ormoni steroidei avranno questa capacità, in quanto lipofili di attraversare il doppio strato fosfolipidico. Diverso invece se le molecole segnale proteine, che come sapete sono idrofile, non liposolubili e quindi in quanto tali dovranno interagire con un recettore che è presente sulla membrana. Quindi, l’interazione ligando-recettore forma un complesso che dovrà attivare dentro la cellula una serie di segnali a cascata e quindi di risposte. Questi sono i recettori di membrana per molecole idrofiliche, quindi non liposolubili, come possono essere le proteine, per cui come dicevo prima il complesso ligando-recettore è sulla membrana. Questo complesso non attraverserà la membrana plasmatica, ma dovrà evocare sul versante citosolico una serie di risposte che dovranno arrivare poi al nucleo, per agire sull’espressione genica. Qui in basso, invece, abbiamo un altro meccanismo d’azione dei recettori intracellulari, per cui la molecola segnale, il ligando, è di natura lipofila, vedi gli ormoni steroidei o tiroidei, che attraversano il doppio strato fosfolipidico per potersi legare ad un recettore specifico che è già intracellulare. Quindi, non c’è la necessità in questo secondo caso di evocare gli effetti a cascata con molecole all’interno della cellula, perché già il complesso attraversa la membrana e si trova all’interno della cellula. Quindi non ho bisogno in effetti di trasduttori, “secondi messaggeri”.

BIOLOGIA (RINALDI) – LEZIONE 22 – 19/03/2021 pag. 4 In assenza di ligando, questi recettori dove sono? È chiaro che sono sempre e comunque presenti nella cellula, però inibiti in quella che è la loro funzione, bloccati, proprio perché manca il segnale che è l’ormone e quindi il recettore risulta legato ad una proteina inibitrice che lo mantiene inattivo. È solo la presenza dell’ormone a consentire a questo recettore di cambiare la sua conformazione, quindi di risultare meno affine all’inibitore da cui si distacca per poter formare il complesso ligando-recettore, che poi agisce al livello nucleare. Quindi, in assenza di ormone i recettori ci sono, ma sono inattivi perché legati a proteine inibitrici dalle quali si distaccano solo quando è presente il ligando che consente questa variazione conformazionale. Vuol dire che il recettore si distacca dalla proteina inibitrice ed agisce insieme con il suo ligando corrispondente da fattore trascrizionale. Cosa succede nel caso in cui il ligando sia di natura proteica? In questo caso si può avere a che fare con tre tipi di recettori diversi: • CANALE IONICO: qualora il ligando sia per esempio un neurotrasmettitore come l’acetilcolina, si lega a un sito del canale e ne determina l’apertura. Questo è un meccanismo controllato di apertura e chiusura di un canale ionico in presenza di un ligando, ad esempio un neurotrasmettitore. In presenza del ligando, quindi, il canale si apre e consente l’ingresso degli ioni. Vi è quindi un meccanismo di controllo “apri e chiudi” per questo canale ionico da parte di un ligando, come l’acetilcolina. Ad esempio, in una cellula nervosa questo tipo di controllo garantirà la formazione di evocare risposte di potenziali d’azione nel caso specifico che il ligando sia l’acetilcolina e che la cellula sia quella nervosa. Quindi, canali ionici a controllo di ligando. In realtà abbiamo già trattato dei canali ionici a proposito dei trasportatori di membrana e della permeabilità, definendoli come una categoria di proteine canale per il trasporto. In questo caso, trasportano ioni quindi sono specifici per gli ioni. Tra le proteine canale, oltre ai canali ionici si è parlato anche di porine e acquaporine.