ATP de almacenamiento

ATP generalmente alcanza altas concentraciones dentro de las células, en el intervalo milimolar.

No obstante, debido a la alta tasa de procesos dependientes de ATP, junto con su baja estabilidad en el agua,

contenido de ATP podría rápidamente se agotarán si no se repone inmediatamente por la glicolisis y la

fosforilación oxidativa.

Por lo tanto, el ATP no puede almacenarse fácilmente dentro de las células, y el almacenamiento de fuentes de

carbono para la producción de ATP (tales como triglicéridos o glucógeno) es la mejor opción para el

mantenimiento de la energía.

Sorprendentemente, en 1974, Dowdall [ 79 ] y colaboradores encontraron una considerable cantidad de ATP

(junto con la acetilcolina) en vesículas colinérgicas del órgano eléctrico de Torpedo marmorata . Varios

hallazgos similares se hicieron en los años siguientes en otras especies de mamíferos y no mamíferos. La

característica común es que el ATP se puede almacenar en grandes vesículas de núcleo denso junto con

neurotransmisores.

Se encontró co-almacenado con la acetilcolina en la corteza de cobaya, ganglio cervical superior de la

pantorrilla, y terminales nerviosas motoras de diafragma de rata [ 76 ]; con noradrenalina, se encontró en los

vasos sanguíneos humanos, músculos lisos, y las células endoteliales [ 80 ]; también se encontró en las células

cromafines adrenales junto con la serotonina, con el neuropéptido Y y glutamato en los astrocitos, y con la

dopamina en las neuronas diferenciadas PC12 [ 81 - 84 ]. Por otra parte, en otros tipos de células en el tejido

nervioso, en particular los astrocitos, se encontró ATP también en pequeñas vesículas sináptica-como [ 85 ].

El co-almacenamiento de ATP con los neurotransmisores apoyan la idea de que el ATP es un mediador

fundamental de la neurotransmisión purinérgica en los nervios simpáticos y parasimpáticos, donde se puede

inducir varias respuestas purinérgicos (es decir, el control de las funciones autonómicas, las interacciones

gliales neuronales, el dolor y el control de tono de los vasos ). De hecho, este almacenamiento es una forma

selectiva de la señalización de exocitosis en la que ATP participa como un neurotransmisor. La liberación de

ATP a partir de tiendas vesiculares se controla por citoplasmática trifosfato de inositol 3 (IP3) la señalización

mediada por calcio, así como otros mecanismos comunes exocitosis [ 86 ]. ATP en sí es entonces capaz de

inducir la liberación de calcio mediada por IP3 en varios tipos de células [ 87 , 88 ]. En los astrocitos, se

propuso que el ATP también se podría almacenar de forma independiente en vesículas que responden a un

mecanismo de control seleccionado, independiente de cualquier otro neurotransmisor [ 81 ]. También se

demostró que el ATP exocitosis es capaz de promover las ondas de calcio a través de capas de astrocitos y en

comunicación con otros tipos de células, tales como células de Muller [ 89 ], de una manera independiente de

la unión estrecha.Almacenado exocitosis ATP se produce por diferentes mecanismos. En las células HUVEC, se

demostró que el ATP exocitosis podría ser inducido por el estrés pura [ 90 ]. En estas condiciones, se observa

una rápida liberación de todas las vesículas, pero esto está parcialmente bloqueado por la eliminación de calcio

extracelular, lo que sugiere que podrían existir mecanismos independientes del calcio. Liberación de ATP

similares podría ser inducida también en astrocitos [ 81 ] y las células gliales de la retina [ 89 ].

La concentración de ATP dentro de estas tiendas aparece significativamente diferentes, depende del tipo de

célula, pero puede alcanzar altos niveles de alrededor de 150-200 mM [ 91 ]. Además, se encontraron otros

nucleótidos para ser co-compartimentada, especialmente GTP, UTP, y ADP, lo que sugiere que el transporte en

el interior de las vesículas no se debe directamente a un intercambiador de nucleótidos. Por otra parte, estas

actividades de transporte de ATP fueron descritas originalmente por Bankston y Guidotti como una actividad

dependiente del potencial de membrana que requiere potencial positivo dentro de las vesículas [ 83 ], fue sólo

recientemente, sin embargo, que un transportador de nucleósidos vesicular fue identificado [ 92 ].

Se encontró una isoforma de la familia de transportadores SLC17 fosfato, SLC17A9, que se expresa en todos los

órganos de ratón, pero especialmente en las glándulas suprarrenales y la tiroides. A través de microscopía

electrónica, se encontró la proteína a asociarse con gránulos cromafines de la médula, y, si unido a liposomas,

que era capaz de inducir la captación de ATP radiactivo solamente después de la inducción anterior de una

membrana de potencial positivo en el interior. Incluso si los mecanismos específicos para la homeostasis del

almacenamiento de ATP se identifican en detalle (como la importación y la exocitosis de vesículas), la fuente

de ATP y sus enlaces con el metabolismo celular siguen sin estar claros. No mucho se han publicado datos

sobre el contacto entre las vesículas de catecolamina de almacenamiento y las mitocondrias en la médula

suprarrenal de ratas. Como se mencionó anteriormente, las mitocondrias se puede encontrar en estrecha

relación con otros orgánulos, favoreciendo el intercambio de iones y otras moléculas. Cuando está en contacto

con el retículo endoplasmático, por ejemplo, las mitocondrias a favor de entrega de ATP a la SERCA y la

actividad de bombeo de calcio en el lumen del RE [ 93 ]. Uno puede imaginar un mecanismo similar se

produzca en las vesículas que contienen ATP, con el fin de mantener una elevada concentración de ATP. Más

de un informe apoya esta idea, mostrando cómo la importación de ATP en las vesículas puede ser total o

parcialmente inhibido por el bloqueador ANT atractilosida [ 83 , 92 , 94 ]. Esta proteína se encuentra en el

IMM, en estrecha proximidad a la sintasa de ATP y los intercambios con ADP entre la matriz mitocondrial y el

IMS ATP.

Estas observaciones sugieren que una ruta de entrega de ATP preferencial entre vesículas mitocondrias y ATP

que contiene podría existir, incluso si no se ha demostrado todavía adecuadamente. Si verificado, esto podría

proporcionar una conexión directa entre el metabolismo celular y el almacenamiento de ATP que podría

extenderse a la señalización purinérgica toda la exocitosis mediada por ATP (Fig. 1 ).

Recientemente, otros informes sugieren una relación entre la ATP extracelular y las mitocondrias. Este es el

caso de la ATP sintasa se ha mencionado anteriormente. Se ha informado de cómo este complejo podría

localizar a la membrana plasmática en las células endoteliales, hepatocitos, adipocitos, así como algunas

células tumorales. Sobre todo, parece concentrarse en la estructura denominada caveole. En este sitio, la ATP

sintasa se ha sugerido para promover la síntesis de ATP y también como canales de protones y ligando del

receptor de proporcionar un papel para numerosos procesos biológicos incluyendo tumor maligno de células

[ 95 ]. Especificidad para la reacción de síntesis de ATP se ha sugerido mediante el control de los niveles de

ATP extracelular en presencia de oligomicina o otros inhibidores selectivos; sin embargo, algunos autores

sugieren que la presencia de otros nucleótidos de conversión de enzimas tales como adeylate quinasa (AK) o

nucleósido difosfato quinasa (NDPK) podría generar artefactos que conducen a una mala interpretación de un

papel de ATP sintasa en la membrana plasmática (para una revisión más detallada, ver [ 96 ]). El mecanismo

de translocación de la ATP sintasa de membrana plasmática aún no se ha dilucidado, pero más de un autor

proporciona evidencias que sugieren que podría trasladar directamente del IMM [ 97 , 98 ].

La presencia concomitante de ectópico ATP sintasa, AK y NDPK centra la atención en el concepto de equilibrio

a corto y phosphotransfer redes [ 99 ]. Este concepto se basa en la idea de que la mayor parte de ATP,

sintetizado dentro mitocondrial crestas, no se difunden fácilmente a toda la célula. Se ha planteado la hipótesis

de que a continuación, reacciones secuenciales (especialmente catalizada por AK, NDPK, y la creatina quinasa)

permiten un transporte facilitado de grupos fosforilo entre los nucleótidos de adenina resultantes de la

difusión de ATP prácticamente más eficiente [ 100 ]. Recientemente, se ha examinado la posibilidad de que la

misma red reacción preferencial podría existir en la superficie de la membrana de plasma que permite la

generación de una capa pericelular de los nucleótidos de adenosina [ 96 ]. En esta óptica, se podría imaginar

que el transporte vesicular o ATP sintasa actúan como fuente de ATP, mientras que ectópico AK o NDPK

ejercen una red phosphotransfer que permiten el mantenimiento de ATP en el espacio extracelular. Sería

interesante investigar si existen redes similares dentro de las vesículas de almacenamiento de ATP y si están

involucrados en preferencial ATP de almacenamiento o mantenimiento de nivel ATP.

Nucleótidos de adenosina extracelular son capaces de inducir la activación de AMPK través de una vía

dependiente de P2Y. Este fenómeno ha sido ya demostrado en las células HUVEC, provocada por el ATP y

ADP, y astrocitos después de la estimulación con ADP sólo [ 101 , 102 ]. En este último, los autores también

muestran cómo la exposición ADP durante 24 h inducida por un aumento dependiente de la AMPK del

potencial de membrana mitocondrial y la síntesis de ATP intracelular. Estos datos sugieren un posible

mecanismo de retroalimentación por el que los nucleótidos de adenosina extracelular son capaces de promover

la generación de ATP, posiblemente para aumentar los niveles de ATP viable y sostener la ejecución señal

purinérgico.

Por último, la co-presencia común con los nucleótidos de adenosina de otras moléculas durante purinérgicos

señales deben ser mencionados. ATP, sobre todo, a menudo se almacena y se libera en la co-presencia de NAD

+ [ 85 , 103 ]. Durante mucho tiempo, extracelular NAD + se ha tratado como una señal clave de la lisis celular

con propiedades de activación potentes sobre varias células del sistema inmune [ 104 - 106 ] y como un

inductor de las señales de calcio intracelular [ 107 ]. Su regulado co-almacenamiento y co-liberación con ATP

permite nosotros proponemos un papel más refinado en la señalización purinérgicos, y ATP y NAD +,

especialmente, parecen mostrar actividad sinérgica por la activación de varios miembros de la familia de

receptores purinérgicos, como P2X7 y P2Y [ 108 ]. Esta cooperación extracelular parece sorprendente si se

considera el hecho de que el NAD +, como ATP, en su ubicación intracelular tiene una actividad metabólica

(véanse los capítulos previsualizaciones); no obstante, en contraste con ATP, los estudios claras sobre

extracelular NAD + y la regulación del metabolismo (o incluso durante su cooperación con ATP) aún

faltan. Debe tenerse en cuenta que el receptor de P2X7 ha sido ampliamente caracterizada tiene un regulador

de complejo inflamasoma, especialmente durante la estimulación ATP (para una revisión, véase [ 109 ]) y que,

recientemente, los componentes NLRP3 inflamasoma se han encontrado se encuentra en las mitocondrias

[ 110 ] donde, al parecer, pueden detectar disfunciones mitocondriales a través de la producción de ROS. Estas

observaciones sugieren que las señales purinérgicos mediados por ATP y NAD + se pueden detectar las

mitocondrias y, posiblemente, verificar todo el estado metabólico de la célula.

El vínculo entre inflamasoma y el metabolismo podría tener un significado especial. De hecho, NLRP3

inflamasoma podría ser activado por la necrosis que conduce a la condición de inflamación estéril

[ 111 ,112 ]. Por otra parte, es bien conocido que el ATP extracelular es capaz de inducir la apoptosis o necrosis

o bien [ 113 - 115 ] y ATP intracelular que está implicado en el interruptor principal entre necrosis y la

apoptosis [ 116 ]. Se podría entonces imaginó que, durante la activación purinérgico, sentidos inflamasoma

mitocondrias y participa en la decisión entre la muerte celular necrótica o apoptótica.