1. Proteínas Fijadoras de GTP
Las proteínas fijadoras de GTP funcionan como interruptores moleculares. Pueden clasificarse
en dos grupos. Las proteínas grandes, fijadoras de GTP, que forman heterotrímeros
(“proteínas G”) transmiten señales de receptores asociados a una proteína G (GPCR, p 400). Las
pequeñas GTPasas monoméricas intervienen en la transducción de señales de otros receptores
ubicados en la superficie celular. Entre estas últimas figuran la súper familia Ras GTPasa,
GTPasas similares a Ras y los miembros de la familia Rho. Ambas formas de proteínas
fijadores de GTP se encuentran también como elementos reguladores del transporte celular, de
la traducción y de la división de la célula.
A. Activación e inactivación de proteínas fijadoras de GTP.
Una vez que han fijado GTP, las proteínas fijadoras de GTP se encuentran activadas y
transmiten señales. Debido a que poseen una actividad GTPasa intrínseca, hidrolizan
lentamente el GTP fijado hasta transformarlo en GDP y así quedar inactivas. En el
complejo con GDP las proteínas se hallan entonces en estado de reposo.
La actividad GTPasa puede acelerarse mediante proteínas activadoras de la GTPasa
(GAP; también RGS por regulador de la señalización por proteína G). Para ser
activadas nuevamente, las proteínas fijadoras de GTP deben sustituir su GDP por GTP
del citoplasma. Esto se produce con ayuda de factores intercambiadores de
nucleótidos de guanina (GEF).
B. Transducción de señales a través de proteínas G
Las grandes proteínas G transmiten señales de los receptores asociados a proteínas
G (GPCR, receptores de 7 hélices) hasta las enzimas de la membrana o los canales
iónicos (p. 400). Son heterotrímeros formados por tres subunidades diferentes (α, β y γ).
La subunidad α puede fijarse a GDP o GTP (de allí se originó el nombre “proteína G”)
y posee actividad de GTPasa.
1. En estado de reposo, las proteínas G transportan un GDP. Una vez que un
GPCR ha sido activado por fijación de una molécula señalizadora, este
cambia su conformación de manera tal que la correspondiente proteína G, se
fija en la cara interna. Esto permite a la subunidad α de la proteína G
intercambiar el GDP por un GTP. La proteína G se separa entonces del
receptor y se fragmenta en la unidad α y en la unidad βγ. Mientras el receptor
porte su ligando, podrán activarse otras proteínas C.
2. Los componentes de la proteína G se fijan a otras proteínas de membrana y
modifican su actividad: se abren o se cierran canales iónicos, se activan o
inactivan enzimas. Por ejemplo, en el caso del receptor 𝛽2 de las
catecolaminas, la subunidad α de la proteína G, provoca por fijación con la
adenilatociclasa, la formación enzimática del segundo mensajero AMPc.

2. Este activa la proteincinasa A, que a su vez activa o inhibe a otras proteínas
(p, 400).
3. La actividad GTPasa interna de la subunidad α hidroliza el GTP fijado en
GDP en segundo o minutos y con ello pone fin al efecto de la proteína G
sobre la adenilatociclasa. En este proceso participan proteínas auxiliares
(reguladores de la señalización por proteína G, RGS=GAP).
4. La unidad βγ de la proteína G puede estimular una proteincinasa (Βark, no se
muestra en el gráfico) para fosforilar el receptor. Esto provoca la reducción de
su afinidad por la hormona y produce la fijación de la proteína bloqueadora
arrestina.
5. Las proteínas G tipo 𝐺5 y 𝐺1 conforman el objetivo de las toxinas de origen
bacterial. La toxina del cólera es una enzima que se forma en el intestino a
partir de la bacteria Vibrio cholerae y se introduce en las células del epitelio
intestinal. Allí transmite ADP ribosa de NAD hacia la subunidad α de 𝐺5, de
manera tal que su actividad GTPasa se bloquea. El nivel permanentemente
elevado de AMPc es responsable de una intensa pérdida de agua y de iones de
cloro (𝐶𝑙−) (→ diarrea).
La toxina pertussis de la bacteria Bordetella pertussis que provoca tos ferina,
cataliza la ribosilación del ADP de la subunidad α de 𝐺1(no se muestra en el
gráfico). Esto impide la interacción con el GPCR. Por ese motivo cesa el
efecto inhibidor de 𝐺1.
C. Efecto de proteínas G triméricas
Según su acción, se pueden diferenciar varios tipos de proteínas G. Las proteínas G de
tipo estimulante (𝐺1) están ampliamente difundidas. Estas activan las adenilatociclasa
(véase más adelante) o afectan los canales iónicos. Las proteínas G inhibidoras (𝐺1)
inhiben la adenilatociclasa. Las proteínas G de la familia 𝐺𝑞 activan la fosfolipasa C-β.

3. Segundo mensajero I
Los segundos mensajeros son señales químicas intracelulares, cuya concentración es controlada
por hormonas, neurotransmisores y otras señales extracelulares. Se generan a partir de sustratos
fácilmente disponibles y tienen un breve periodo de vida. Los segundos mensajeros más
importantes son AMPc, GMPc, inositol trifosfato (Ins𝑃3), diacilglicerol (DAG), 𝐶𝑎2+ y
monóxido de nitrógeno (NO), que trataremos en esta página y la siguiente.
A. AMP cíclico (AMPc)
El más ampliamente conocido, es el segundo mensajero AMPc, reconocido como
sustancia señal intracelular del metabolismo del glucógeno.
Metabolismo. El nucleótido AMPc (adenosín monofosfato cíclico 3´, 5´) se forma
en la cara interna de la membrana plasmática por intermedio de las adenilatociclasas
[1] unidas a la membrana. Estas constituyen una familia de enzimas que ciclizan el ATP
para transformarlo en AMPc liberando difosfato (P𝑃𝑖). La degradación del AMPc en
AMP se produce por hidrolisis y es catalizada por fosfodiesterasas AMPc-específicas
[2]. La enzima es responsable de que el AMPc se desactive rápidamente y de que su
concentración sea baja. Las metilxantinas, como por ejemplo la cafeína, pueden inhibir
esta enzima. Por el contrario, la insulina activa la fosfodiesterasa y reduce el nivel del
AMPc.
La concentración actual del AMPc depende, en primer lugar, de la actividad de las
adenilatociclasas. Estas actividad es controlada por proteínas G que a su vez son
reguladas por señales extracelulares a través de receptores asociados a proteínas G. En
este proceso, 𝐺5 ejerce una función estimulante y 𝐺1 una función inhibidora (p. 404).
También el complejo formado por 𝐶𝑎2+ y calmodulina activan determinadas
adenilatociclasas.
Acción. El AMPc es un efector alostérico de las proteincinasas tipo A (PK-A, [3]).
Se acumula en las subunidades reguladoras de la enzima, desencadenando así un
cambio en la conformación que produce una liberación de la enzima activa. Las
proteincinasas PK-A intervienen en la mayoría de sus acciones. En las neuronas
olfatorias el AMPc regula también los canales ionicos en forma directa.

4. B. Ejemplos de acciones hormonales donde interviene el AMPc.
El cuadro enumera las hormonas en cuyas acciones interviene AMPc.
En forma análoga al AMPc, también el GMPc oficia como segundo mensajero. No
obstante, en los mamíferos no posee la misma importancia del AMPc, pero participa en
el proceso de la visión (p. 368) y en la transducción de señales del monóxido de
nitrógeno (NO) y del péptido natriurético auricular (ANP).
C. Inositol 1,4,5-trifosfato (InsP3) y diacilglicerol (DAG)
Estos segundos mensajeros no se generan a partir de un nucleótido, sino de un lípido de
la membrana. Las proteínas G del tipo 𝐺𝑞 activan para ello la fosfolipasa C-β (PLC-β,
[4]) unida a la membrana. Esta enzima produce por hidrolisis dos segundos mensajeros,
el hidrófilo Inositol 1, 4,5-trifosfato (𝐼𝑛𝑠𝑃3) y el diacilglicerol (DAG) de características
hidrófobas, a partir del fosfolípido de la membrana, fosforilado dos veces, fosfatidil
inositol bifosfato (𝑃𝑡𝑑𝑙𝑛𝑠𝑃2).
El 𝐈𝐧𝐬𝐏𝟑 migra por medio del citosol hacia el retículo endoplasmático (RE) y abre allí
canales de 𝐶𝑎2+ regulados por el 𝐼𝑛𝑠𝑃3, los que permiten el ingreso del calcio (𝐶𝑎2+),
almacenado en el retículo endoplasmatico, el citoplasma (p. 386). Esto provoca el
aumento abrupto del nivel intracelular de calcio. Este actúa entonces, sobre la misma
calmodulina como segundo mensajero o como activador de enzimas, al igual que la
proteincinasa C.

5. La acción del 𝐼𝑛𝑠𝑃3 puede ser interrumpida por los siguientes procesos: 1. El 𝐼𝑛𝑠𝑃3 se
desfosforila y pasa a ser 𝐼𝑛𝑠𝑃2 por efecto de una fosfatasa específica. 2. De manera
alternativa, el 𝐼𝑛𝑠𝑃3 se fosforila tranformandose en 𝐼𝑛𝑠𝑃4 por acción de una
determinada cinasa. 3. El nivel de calcio (𝐶𝑎2+) vuelve a descender por bombeo.
Al contrario de lo que ocurre con el 𝐼𝑛𝑠𝑃3, el DAG lipofílico permanece en la
membrana y puede activar allí proteincinasas del tipo C (PK-C, p. 408 y ss.), las que
ante la presencia de calcio (𝐶𝑎2+) fosforilan determinadas proteínas, transmitiendo de
esta manera la señal. Por hidrólisis, el DAG puede también suministrar acido
araquidónico, que es en sí mismo una sustancia señal y del cual se generan
eicosanoides.
D. Ejemplos de acciones donde intervienen el 𝑰𝒏𝒔𝑷 𝟑 y el DAG.
El cuadro identifica moléculas de señalización por la activación del 𝐼𝑛𝑠𝑃3 y el DAG.
Señal Tejido diana Respuesta
Acetilcolina Páncreas Estimulación de la secreción de
amilasa.
Musculatura lisa Contracción muscular. P.342
Trombina Trombocitos Agregación plaquetaria. P. 294
Vasopresina Hígado Glucogenólisis. P. 136
Segundo mensajero II
A. Iones de calcio
Nivel de calcio. También el calcio (𝐶𝑎2+) es una sustancia señal. La concentración
de iones de calcio (𝐶𝑎2+) en el citoplasma es normalmente muy pequeña (10 – 100 nM)
debido a la acción de bombas de calcio (𝐶𝑎2+) impulsadas por ATP y de
intercambiadores de
(𝑁𝑎+)
(𝐶𝑎2+)⁄ que son los responsables de mantenerla baja.
Además numerosas proteínas en el citoplasma y en las organelas fijan calcio (𝐶𝑎2+) y
actúan así como amortiguadores de éste.
Determinadas señales (por ejemplo un potencial de acción, la tracción mecánica o un
segundo mensajero como 𝐼𝑛𝑠𝑃3 o AMPc) pueden provocar un repentino incremento del
nivel citoplasmático de calcio (𝐶𝑎2+) de 500 – 1000 nM, pudiendo abrir canales de
calcio (𝐶𝑎2+) en la membrana plasmática o en la membrana del retículo
endoplasmático o sarcoplasmático. La rianodina, un alcaloide vegetal, también se
comporta de esta manera en ensayo sobre un determinado tipo de canal en el retículo
endoplasmático. Los ligando fisiológicos para el receptor de rianodina son canales de
calcio del tipo I de la membrana plasmática, o iones de calcio que intensifican la señal
de 𝐶𝑎2+.

6. Cuando los canales de calcio (𝐶𝑎2+) se abren aumenta el nivel de calcio (𝐶𝑎2+) en el
citoplasma, aunque siempre por un tiempo muy breve (“picos de 𝐶𝑎2+") y sobrevienen
oscilaciones de calcio (𝐶𝑎2+). Al aumentar la señal externa no se incrementa la altura,
sino la frecuencia del pico de calcio. Elevadas concentraciones de calcio en el
citoplasma, producen con el tiempo un efecto citotóxico.
Acciones del calcio. Proteínas especiales fijadoras de calcio (“sensores de 𝐶𝑎2+"),
entre las que figuran la calmodulina, la anexina y la troponina C en los músculos,
intervienen en las acciones bioquímicas del calcio en el citosol. La más importante de
estas proteínas es la calmodulina, una proteína relativamente pequeña (17 kDa) que se
halla presente en todas las células animales. La fijación de 4 iones de calcio (color
celeste) produce un elemento regulador multifacético. Cambiando drásticamente la
conformación (compárese 2a con 2b), la calmodulina del calcio interactúa con otras
proteínas y modula sus propiedades. A través de este mecanismo, los iones de calcio
controlan la actividad de las enzimas, las bombas iónicas y los componentes del
citoesqueleto. En algunos casos la calmodulina es el elemento constitutivo de la
proteína regulada.
B. Monóxido de nitrógeno (NO) como mediador
El gas monóxido de nitrógeno (NO) es un radical de vida corta que ejerce funciones de
mediador efectivo y segundo mensajero. Con frecuencia las células nerviosas emplean
monóxido de nitrógeno como sustancia señal. Los macrófagos y neutrófilos fabrican
grandes cantidades de NO durante los procesos de inflamatorios con el objeto de
eliminar las bacterias intrusas.
Biosíntesis. El NO se genera en las células endoteliales de los vasos sanguíneos a
través de una complicada reacción a partir de arginina. Como catalizador actúa la
enzima NO sintasa (NOS) de la que existen variadas formas, eNOS en las células
endoteliales, nNOS en las células nerviosas y musculares e iNOS en los macrófagos. La
enzima eNOS y la enzima nNOS se expresan constitutivamente y son controladas por la
calmodulina de calcio (𝐶𝑎2+), la que se origina cuando se eleva el nivel de calcio
(𝐶𝑎2+). Por el contrario, la enzima iNOS es inducible a través de señales externas.

7. Degradación. La vida media del monóxido de nitrógeno es muy breve (entre 5 y 10
s). Se inactiva debido a la reacción de oxígeno y agua.
Acción. El NO formado por el eNOS en el endotelio se difunde en las células del
musculo liso y provoca allí la formación del segundo mensajero GMPc al activar la
guanilato ciclasa. El GMPc produce finalmente la relajación de la musculatura lisa por
activación de una determinada proteincinasa (PK-G). A través de este proceso se
dilatan, por ejemplo, los vasos sanguíneos.
La dilatación de los vasos sanguíneos inducida por el GMPc, interviene también en la
acción de bajar la tensión arterial que produce el péptido natriurético auricular (ANP).
En este caso, el GMPc se forma directamente por efecto de la actividad de la guanilato
ciclasa del receptor de ANP.
Aspectos médicos. El trinitrato de glicerina (“nitroglicerina”), empleado como
medicamento contra la angina pectoris, libera NO en el torrente sanguíneo, provocando
menor carga de trabajo del musculo cardiaco y su mejor irrigación.
La erección durante la excitación sexual es producto de la liberación local de NO. El
monóxido de nitrógeno eleva en el pene la concentración de GMPc y provoca así la
relajación de un musculo que favorece el ingreso de sangre a la región del pene. Al
mermar la excitación, el GMPc se degrada rápidamente por acción de una
fosfodiesterasa GMPc específica. El sildenafil y fármacos análogos retardan esta
degradación del GMPc, manteniendo así su erección.