PARCIAL RESUELTO DE QUIMICA BIOLÓGICA (2)

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REGULACION TRANSCRIPCIONAL DE LOS AMINOACIDOSEj: la activación/inactivación del complejo α-CAR por fosforilacion/desfosforilacion; o el primer paso del ciclo de la urea.
REGULACIÓN TRANSCRIPCIONAL DE GLUTAMINA
· Glutamina sintetasa:
En tejidos periféricos (músculo esquelético, riñón, pulmón, cerebro, y tejido adiposo) la desaminación de AA lleva a la formación de glutamato, el cual es convertido a glutamina, por acción de la GLUTAMINA SINTETASA. En estos tejidos la expresión de la GS es controlada a nivel transcripcional por GLUCOCORTICOIDES. 
La inducción de GS mediada por glucocorticoides ocurre particularmente en condiciones de trauma (estrés por ejemplo) u alto grado de catabolismo (la conversión de glutamina a glutamato es mayor), y resulta en una síntesis incrementada de glutamina a expensa de los AA que suministran grupos amino.
Regulación transcripcional:
El descubrimiento de que la expresión de la glutamina sintetasa estaba regulada por la vía de los glucocorticoides, se logró estudiando el gen de la glutamina sintetasa. Este grupo de investigadores encontraron que en el gen había 2 regiones muy importantes: 
Según como se expresen estos 2 elementos reguladores (GR y NRSF), la concentración de GS va a aumentar o disminuir.
Para demostrar esto, hicieron un estudio en 3 células para ver si se expresaba uno o el otro de los factores, se terminaba induciendo o inhibiendo la síntesis de GS:
A) Células no neurales: se expresan moléculas activas de GR y de NRSF, que reprime la inducción hormonal y por lo tanto mantiene a niveles bajos la expresión de GS.
B) Células gliales (células cerebrales): expresan altos niveles de moléculas activas de GR y no expresan NRSF por lo que la expresión de GS es alta.
C) Neuronas: no se expresa ni NRSF ni GR la expresión de GS es baja (mínima).
 
· Glutaminasa:
 La homeostasis de la glutamina (y glutamato) en el organismo, es controlada en el Hígado y en menor medida en los Riñones por la actividad GLUTAMINASA (también participa la glutamina sintetasa en el mantenimiento de la homeostasis). Esta enzima cataliza en la liberación del NH4+ y provisión de sustratos gluconeogenicos 
A) Glutaminasa tipo hepática: la expresión de la glutaminasa tipo hepática se encuentra aumentada cuando hay: 
* Un ayuno prolongadoCuando la degradación de AA está aumentada
* Diabetes 
*Dietas ricas en proteínas 
Regulación transcripcional 
Transcripción inducida por el glucagon vía AMPc: se lleva a cabo mediante la activación mediada por AMPc de la Proteína Kinasa A, la cual fosforila a CREB (Proteína de Enlace del Elemento de Respuesta de AMP Cíclico) uniéndose a la secuencia Elemento de respuesta de AMP cíclico (CRE) presente en el gen de la glutaminasa.
Transcripción inducida por Glucocorticoides: es mediada por receptores; se unen al GR, se translocan al núcleo y se unen a la región GRE presente en el gen.
B) Glutaminasa tipo renal: responde principalmente a la acidosis metabólica desencadenada por: una diabetes incontrolada o un ayuno muy prolongado
El catabolismo de la glutamina en la acidosis metabólica tiene un doble rol, contribuyendo a la restauración de la homeostasis metabólica:
1º) La generación de NH4+ por la conversión de glutamina a glutamato y α-ketoglutarato facilitando la excreción de ácidos (camino inverso al ciclo de la urea).
2º) El catabolismo de α-ketoglutarato está ligado a la gluconeogesis aumentada, principalmente aumentada por la actividad de la vía de la Fosfoenol Piruvato Carboxikinasa (PEPCK). El rol de la PEPCK en esta regulación es:
_ Regula la gluconeogenesis en el hígado y riñón.
_ Su actividad cambia por varias señales dietarias y hormonales.
_ En el riñón es regulada por glucocorticoides y acidosis. 
Regulación transcripcional:
Cassuto y col. han demostrado en líneas celulares de riñón que el gen de la PEPCK tiene 2 regiones importantes:
_Una mutación en el sitio de unión del Factor Nuclear de hepatocito-1 (HNF-1) en el gen promotor de PEPCK (este sitio P2 todavía no se ha identificado) reduce marcadamente tanto la actividad basal del gen promotor como su respuesta a pH acido. 
_Receptores Nucleares estimulan la transcripción del gen promotor de la PEPCK. Esta estimulación esta marcadamente reducida por una mutación en la Unidad de Respuesta a Glucocorticoides (GRU) ubicada dentro del dominio de respuesta a glucocorticoides. 
2) REGULACIÓN TRANSCRIPCIONAL DE LA UREA Y HOMEOSTASIS DEL AMONIO:
 
La producción de UREA en el hígado se produce vía la actividad de las 5 enzimas del CICLO DE LA UREA: 
- Carbamoil Fosfato Sintetasa-1 (CPS-1)
- Ornitina Transcarbamoilasa (OTC)Constituye la principal vía de detoxificación del amonio
- Argininosuccinato sintetasa (ASS) 
- Argininosuccinato liasa (ASL) 
- Arginasa 
Las regulaciones en el ciclo de la urea son de 2 tipos: 
*A corto plazo: son principalmente regulaciones alostéricas, tal como la activación de CPS-1 en presencia de n-acetilglutamato (todas las regulaciones vistas en el ciclo de la urea).
*A largo plazo: son regulaciones transcripcionales coordinadas en la expresión de las 5 enzimas del ciclo en respuesta a cambios dietarios o metabólicos durante el desarrollo y la adultez.- Mediante análisis de secuencia se encontraron la presencia de dos sitios de unión al HNF4α en la región promotora de la OTC, demostrando que el HNF4α es crítico en la homeostasis de la urea por regulación directa sobre la OTC (pueden unirse los 2, uno o el otro).
Hay 3 factores de transcripción que participan en el ciclo de la urea:
- Es un regulador positivo del ciclo de la urea, ya que produce una ``up-regulation´´ mediada por el HNF4α sobre la OTC (ornitina-trans-carbamilasa).
-Es un regulador negativo del ciclo de la urea, ya que se produce una ``down-regulation´´ mediada por el PPARα sobre la CPS-1, OTC, ASS y ASL (inhibe las enzimas). El mecanismo por el cual el PPARα ejerce su down regulation sobre la expresión de genes de enzimas no se ha conocido 
- Es un regulador positivo del ciclo de la urea, ya que se produce una up-regulation mediada por el C/EBP (proteína de unión a la secuencia caps) sobre la CPS-1 y Arginasa. El factor C/EBP es crítico en la expresión de los genes de las enzimas del ciclo de la Urea. Se ha encontrado una caída dramática en la expresión de CPS-1 y Arginasa en ratones con deficiencia en C/EBP (ratones knock out en el gen de la proteína mediante mutaciones).
- El factor C/EBP media la respuesta secundaria a glucocorticoides, proponiendo que activan al gen C/EBP, el cual activa el gen de la arginasa por unión a la región enhancer. La misma dependencia de C/EBP sobre la respuesta glucocorticoides tiene la CPS-1. El gen promotor de la CPS-1 contiene un complejo modelo regulatorio compuesto por múltiples sitios para receptores glucocorticoides.
- También se ha demostrado que los niveles de C/EBP en hígado y cultivo de hepatocitos son up-regulados por Glucagon/AMPc. No obstante, los mecanismos moleculares aún no han sido dilucidados. 
3) DEPRIVACIÓN DE AA E INDUCCIÓN DEL GEN DE EXPRESIÓN:
Tres genes han sido extensamente explorados por su habilidad para responder a la deprivación de AA: 
· PROTEINAS CHOP: PROTEINAS HOMOLOGAS AL C/EBP:
-Se encuentran inducidas por altos niveles de stress celular, causado por una gran variedad de agentes y deprivación de nutrientes
-La activación de CHOP esta generalmente ligada a la activación de la secuencia o elemento de respuesta al stress del RE (ERSE), mediado principalmente por la acumulación de proteínas mal formadas en el RE. 
-Se ha demostrado que la limitación de AA (la deprivacion de AA lleva a esto) regula la expresión de CHOP a través de una específica cadena de señales independientes de la cascada de señalización del RE. 
-La regulaciónde la expresión de CHOP por la concentración de AA tiene tanto componentes transcripcionales y post-transcripcionales. Recientemente se ha localizado el Elemento de Respuesta de AA (AARE) en el promotor de CHOP. 
· GEN CODIFICANTE DE LA ASPARAGINA SINTETASA (AS) 
-Es usado como modelo para explorar la respuesta transcripcional a AA. Cataliza la conversión de Aspartato a Asparagina (dependiente de glutamina y ATP) 
-El ARNm de AS se acumula en cultivo de células de mamíferos en respuesta a la inanición de Aspartato. La deprivación de un AA individual también induce la acumulación de AS sugiriendo que AS responde a la señal de deprivación de AA. 
-Dos elementos de respuesta llamados “Elementos de respuesta sensores a Nutrientes”: NSRE-1 y NSRE-2, se han encontrado en una región promotora de la AS humana y son requeridos para la activación de AS y para formar la unidad de respuesta sensor a nutrientes, que media no solo la respuesta a la deprivación de AA sino también la respuesta a la deprivación de glucosa. 
AS: tiene 2 elementos de respuesta, y estos elementos de respuesta son sensores a la cantidad de AA que hay en el organismo. La principal respuesta de estos elementos es a la deprivacion de AA, lo que lleva a la aparición de los factores de transcripción ATF 4 y C/EBPβ, y otros factores de transcripción que activan el gen de la AS.
En mucho menor medida también se ha visto que la acumulación de proteínas mal fromadas en el RE, activa estos factores de transcripción al gen promotor de la enzima y hacen que aumente su actividad.
CHOP: Cuando ocurre una deprivacion de los AA por una falta de proteínas en la ingesta por ejemplo, se descubrieron hasta el momento 2 factores de transcripción ATF2 y ATF4. Estos factores se unen al gen de las proteínas CHOP y lo activan.
Tambien como ya se dijo, son activadas por el estrés del retículo endoplasmatico. Hay 2 factores de transcripción hasta el momento: el ATF 6 y el NF-Y que se unen al sitio ERSE y activan al gen de las proteínas CHOP.
Como son factores de transcripción diferentes que se unen a sitios diferentes, no tienen relación entre sí, es decir, se puede unir uno, el otro o los 2. Si ninguno se une, las proteínas se expresan en mucha menor cantidad que la necesaria.
· PROTEÍNAS TOR (PROTEÍNA DIANA DE LA RAPAMICINA): 
-Las Proteínas TOR regulan el balance entre la síntesis y degradación de proteínas. La señalización TOR está activa en presencia de nutrientes suficientes para la síntesis proteica.
-La inhibición de Proteínas TOR por rapamicina en levaduras simula la deprivación de nutrientes (quiere decir que si no hay nutrientes están inactivadas). 
-Las TOR modulan la transcripción de genes involucrados en la biosíntesis de AA y en la actividad de transportadores de AA. Además inhiben la autofagia en levaduras y células mamarias, un proceso que degrada proteínas citoplasmáticas y organelas para proveer de AA cuando los niveles de nutrientes son bajos. 
-Cuando una suficiente cantidad de nutrientes es sensada, las proteínas TOR actúan como una señal permisiva para el crecimiento y la síntesis proteica. 
Las proteínas TOR regulan el equilibrio entre la síntesis y degradación de proteínas. 
· Cuando la presencia de nutrientes es suficiente, la señalización TOR está activa: 
- Estimula la transcripción de genes involucrados en la biosíntesis de aminoácidos, la traducción de los ARNm que codifican para componentes de la maquinaria de translación y la biosíntesis de ribosoma 
- Estimula la estabilización de transportadores de aminoácidos de alta afinidad.
· Cuando los niveles de nutrientes son bajos la proteínas TOR:
- Inhiben la autofagia
- Reprimen la transcripción de un subconjunto de los genes necesarios para la biosíntesis de aminoácidos (inanición)
- Desestabiliza transporte general de aminoácidos