Comunicación celular
Comunicación Celular
La supervivencia de los organismos pluricelulares depende de que sus células actúen sincrónicamente
en los tejidos y que éstos cumplan las funciones específicas.
Los órganos y los sistemas de órganos deben
funcionar organizadamente para mantener las condiciones fisiológicas adecuadas para la
vida del individuo.
Comunicación Celular
Se define como un proceso por el cual las células transmiten información para promover o modificar
respuestas celulares en otras células.
Las respuestas pueden ser:
excitatorias ( contracción muscular, inflamación) inhibitorias
moduladoras (funciones de aprendizaje y memoria)
Fases de la comunicación celular
1.- Fase intercelular: liberación de una sustancia portadora de un mensaje a partir de la célula efectora hasta la llegada de éste al interior de la célula que va a dar respuesta al mensaje, célula diana.
2.- Fase intracelular: todos los procesos y las substancias implicadas en la producción de la
respuesta celular ( segundos mensajeros, enzimas, proteínas estructurales, genes y otras.)
Fases de la comunicación celular
Conceptos:
Mensajero: primer mensajero o mensajero extracelular.
Receptor: molécula específica para el mensajero se encuentran en la membrana de la célula receptora y la
información llega al interior de la célula o en otros casos difunde por la membrana o es transportado por algún componente celular hasta llegar al sitio de
recepción celular: núcleo u otro organelo.
Se une a sitios específicos de un receptor de la membrana plasmática.
Es capaz de disparar una serie de procesos complejos, a veces en cascada que conducen a una respuesta.
Ligando
Molécula señal, específica para cada tipo de célula.
Comunicación celular
El proceso de transmisión de señal afecta a una secuencia de reacciones bioquímicas dentro de la célula que se lleva a cabo a través de enzimas unidas a otras sustancias
llamadas segundo mensajero.
Cada proceso se realiza en intervalos de tiempo muy
pequeños, como milisegundos, o en periodos más largos como algunos segundos.
1.- Un teléfono convierte una señal eléctrica en una señal sonora.
2.- Una célula blanco convierte una señal extracelular (molécula A) en una señal intracelular (molécula B).
La Transducción de Señales
En muchos procesos de transducción de señales se
implican cada vez más en el evento un número creciente de enzimas y sustancias desde el inicio del estímulo.
Parte desde la adhesión de un ligando al receptor de
membrana, hasta la activación en el receptor, que convierte el estímulo en respuesta.
Dentro de la célula, provoca una cadena de pasos (cascada de señalización o ruta del segundo mensajero) cuyo
resultado es la amplificación de la señal, (una gran respuesta celular).
Respuesta celular
Los receptores celulares presentan en su estructura dos regiones o dominios funcionales bien diferenciados.
Uno de reconocimiento o detección de los estímulos, que presenta una diversidad paralela a la de los
estímulos, y otro dominio efector que pertenece a unos pocos tipos fundamentales, por lo que la secuencia de eventos que son capaces de iniciar son limitados.
La detección de estímulos y la respuesta a los
mismos en todas los seres vivos, depende dentro de las células de las señales de transducción.
Respuesta celular
Las señales externas a la célula de diferente naturaleza físico-química producen una regulación de determinados genes en su núcleo celular, por medio de un conjunto de mecanismos que comprenden:
1.- La captación de las señales externas en la superficie celular mediante los receptores celulares.
2.- La generación y la transmisión intracelular de las señales por medio de interacciones proteína - proteína.
3.- La ejecución de la respuesta a través de una modificación de la actividad de los genes.
Etapas de la respuesta celular
Respuestas Celulares
Las respuestas desencadenadas por las señales de
transducción incluyen la regulación de la expresión genética como la activación de genes, la regulación de una vía
metabólica como la producción de energía por medio del
metabolismo, la locomoción celular por medio de cambios en el citoesqueleto.
La activación de genes provoca muchos efectos, desde la expresión de genes en proteínas ( enzimas, factores de transcripción reguladoras de la actividad metabólica).
.
Respuestas Celulares
Los factores de transcripción pueden activar aún más genes, un estímulo inicial puede activar a través de la transducción de señales, la expresión de una gama entera de genes y una gran diversidad de eventos fisiológicos.
El conjunto de activación mencionado se denomina programa genético.
Un ejemplo de programa genético es la secuencia de
eventos que tiene lugar cuando el óvulo es fecundado por un espermatozoide.
Diversidad de señales
Existen distintos receptores en una misma célula.
Las células son sensibles en forma simultánea a muchas señales
extracelulares.
Las señales al actuar en conjunto, pueden sumarse e inducir a
respuestas mayores.
La presencia de una señal puede modificar las respuestas a otras señales.
En ausencia de señales la mayoría de las células están programadas para autodestruirse.
La misma señal química puede inducir
diferentes respuestas en diferentes células blanco
Mensajeros:
• Hormonas
• Neurotransmisores
• Citoquinas (factores de crecimientos que regulan la formación de células sanguíneas)
• Factores de crecimiento
• Moléculas de adhesión
• Componentes de la matriz extracelular
Receptor = cerradura Ligando = llave
Receptores: se unen específicamente moléculas señalizadoras
Señales intercelulares
Endocrinas: Las hormonas son producidas por células del sistema
endocrino y circulan por el torrente sanguíneo hasta alcanzar todos los lugares del cuerpo.
Paracrinas: Sólo actúan sobre células diana que se encuentran en la
vecindad de las células emisoras, como por ejemplo los neurotransmisores.
Autocrinas: Afectan sólo a las células que son del mismo tipo celular como las células emisoras. Un ejemplo de señales autocrinas se encuentra en las células del sistema inmune.
Yuxtacrinas: Son transmitidas a lo largo de la membrana celular a través de proteínas o lípidos que integran la membrana celular y son capaces de
afectar tanto a la célula emisora como a las células inmediatamente adyacentes.
1.-Síntesis celular del mensajero químico.
2.-Secreción del mensajero por la célula emisora.
3.-Transporte del mensajero hasta la célula blanco.
4.-Detección / recepción del mensajero (señal) por un receptor celular (proteína)
5.-Transmisión intracelular de la señal (transducción de señal) y cambio en el status celular (metabolismo, expresión génica, etc.)
6.-Eliminación (degradación) de la señal (interrupción del proceso).
Etapas de la señalización celular
Tipos de Comunicación: Comunicación local
yuxtacrinas
Tipos de Comunicación: Comunicación a distancia
Endocrina
Nerviosa.
Membrana plasmática
Señal no unida al receptor
Receptor de superficie inactivo
Extracelular
Intracelular
Señales y receptores
Respuesta celular Respuesta celular
Señal unida al receptor
Receptor de superficie activo
Membrana plasmática Extracelular
Intracelular
Señales y receptores
1. Endocrina u hormonal
Célula endocrina Receptor
Torrente sanguíneo
Célula blanco
Hormona
2. Neurotransmisión
neurona
sinapsis
célula blanco
neurotransmisor
3. Secreción neuroendocrina
Célula
neurosecretora
Célula blanco
distante
4. Comunicación paracrina
Mediador local
Célula emisora
Células blanco
5. Comunicación yuxtacrina o dependiente de contacto
Célula emisora
Células blancoMolécula señal unida a
membrana
Sitios blanco en la misma célula
6. Autocomunicación o comunicación
autocrina
Ejemplos de comunicación celular
Tipo de
comunicación
Señales y receptores
Las moléculas señalizadoras son hidrofílicas y no tienen la habilidad de difundir a través de la MP.
Necesitan de un receptor de
superficie celular que genera una señal intracelular en la célula diana.
Algunas moléculas señalizadoras hidrofóbica (hormonas) pueden difundir a través de la MP y unirse a receptores intracelulares
localizados en el núcleo o en el citoplasma de la célula diana.
I
II
I.- Receptores transmembrana
Son proteínas que se extienden por todo el espesor de la membrana plasmática de la célula, con un extremo del receptor fuera de la célula (dominio extracelular) y otro extremo del receptor dentro (dominio intracelular).
Cuando el dominio extracelular reconoce a una
hormona, la totalidad del receptor sufre un cambio en su conformación estructural que afecta a dominio
intracelular, confiriéndole una nueva acción.
En este caso, la hormona no atraviesa ella misma la membrana plasmática para penetrar en la célula.
II.- Receptores citoplasmáticos y nucleares
Son proteínas solubles localizadas en el citoplasma o en el núcleo celular. La hormona que pasa a través de la
membrana plasmática, normalmente por difusión pasiva, alcanza el receptor e inicia la cascada de señales.
Los receptores nucleares son activadores de la
transcripción activados por ligandos, que se transportan con el ligando u hormona, que pasan a través de la
membrana nuclear al interior del núcleo celular y activan la transcripción de ciertos genes y por lo tanto la
producción de una proteína.
Los ligandos de los receptores nucleares son hormonas lipofílicas como las hormonas esteroideas, por ejemplo la testosterona, la progesterona y el cortisol, derivados de la vitamina A y vitamina D.
II.- Receptores citoplasmáticos y nucleares
Regulación de la fuerza de la señal
1.- Biosíntesis y secreción de hormonas por los órganos endocrinos: Por ejemplo el hipotálamo (factores
liberadores de hormonas) que actúan sobre la hipófisis y activa la producción de hormonas hipofisiarias, las cuales activan los órganos endocrinos que finalmente producen las hormonas para los tejidos diana.
Este sistema jerarquizado permite la amplificación de la señal original que procede del hipotálamo.
La liberación de hormonas enlentece la producción de estas hormonas por medio de una inhibición reactiva (feedback), para evitar una producción aumentada.
Modelo propuesto de la activación del receptor de GnRH
GnRH
Proteína G Fosfolipasa C
Proteinquinasa C
Diacilglicerol
Inositol trifosfato
Binding Proteín
LIBERACION DE GONADOTROFINAS SINTESIS DE
GONADOTROFINAS
Ac. Araquidónico
Calcio
2.- Disponibilidad de la hormona en el citoplasma: Muchas hormonas pueden ser convertidas en formas de depósito por la célula diana para su posterior uso. Este reduce la cantidad de hormona disponible.
3.- Modificación de las hormonas en el tejido diana:
Algunas hormonas pueden ser modificadas por la célula diana, de modo que no activan el receptor hormonal y así reducen la cantidad de hormonas disponibles.
Regulación de la fuerza de la señal
1.- Liposolubles con receptores de superficie celular.
2.- Hidrosolubles con receptores de superficie celular
(polipéptidos y las aminas).
3- Liposolubles con receptores intracelulares (esteroides tiroxina y ácido retinoico).
4.- Gases, como el óxido nítrico (NO) y el monóxido de carbono (CO).
Mensajeros químicos
Mensajeros hidrosolubles que unen receptores de superficie celular
I.- Péptidos y proteínas:
•Insulina
•Glucagón
•Hormona antidiurética
•Oxitocina
•Angiotensina
•Factores de liberación de las hormonas hipofisiarias
•Endorfinas
•Factores de crecimiento y de transformación
B.
Mensajeros hidrosolubles que unen receptores de superficie
celular
Aminas
Mensajeros hidrosolubles que unen receptores
de superficie celular
Receptores-canales o receptores ionotrópicos o canales iónicos
regulados por un ligando.
I.- Esteroides:
1.-hormonas sexuales masculinas y femeninas 2.- hormonas de corteza de las glándulas
suprarrenales (cortisol, cortisona, aldosterona)
3.- Vitamina D
Primeros mensajeros liposolubles con
receptores intracelulares.
C B
Primeros mensajeros liposolubles con receptores intracelulares.
Tiroxina, T4 (Tetrayodotironina) T3 Triyodotironina
Retinoides
• Receptores con actividad tirosina quinasa
• Receptores acoplados a proteína G
Sistema adenilato ciclasa- AMPc
Sistema fosfolípidos de membrana
Sistema del calcio
• Los mensajeros hidrosolubles interaccionan con receptores de la superficie de las células diana.
• El acoplamiento ligando-receptor desencadena una señal intracelular mediada por SEGUNDOS
MENSAJEROS. TIPOS:
Primeros mensajeros liposolubles con
receptores intracelulares.
Vías de señalización intracelular
Moléculas de señalización intracelular
(en células eucariontes)
a.- Proteínas G heterotriméricas b.- GTP-asas
c.- Nucleótidos cíclicos (AMPc) (GMPc) d.- Ca++
e.- Derivados fosfoinositoles: fosfatidil inosiltol trifosfato diacilglicerol
inositoltrifosfato f.- Proteínas quinasas y fosfatasas.
Proteínas G Heterotriméricas
Proteínas Gs
Proteínas Gi
Proteínas Gq
Estimuladoras de la
Adenilciclasa
Inhibidoras de la Adenilciclasa
Activa la Fosfolipasa C
A B
Receptores acoplados a proteínas G
Receptores con actividad enzimática intrínseca.
Receptor del factor de
crecimiento de fibroblástos (FGF),
C -S-S-
-S-S- -S-S-
C N
C N
N
C N
C
Receptor de insulina,
Receptor del factor de
crecimiento tipo insulínico 1 (IGF- 1)
Receptor del factor de crecimiento epidérmico (EGF)
C N
C N
Receptor del factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF),
Receptor de factor
estimulante de colonias 1 (CSF- 1)
N
Cadenas
Cadena
Membrana Citoplasma Espacio extracelular
Amplificación
CASCADA DE SEÑALIZACIÓN
TRANSDUCCIÓN DE SEÑALES
EJEMPLOS DE PROCESOS FISIOLÓGICOS
ESTÍMULO RECEPTOR EFECTOR RESPUESTA
EPINEFRINA -ADRENÉRGICO ADENILIL-
CICLASA DESDOBLA
GLUCÓGENO
SEROTONINA R. SEROTONINA ADENILIL-
CICLASA SENSIBILIZACIÓN Y APRENDIZAJE
LUZ RODOPSINA FOSFODIESTERAS
A GMPc EXCITACIÓN VISUAL
ACETILCOLINA MUSCARÍNICO CANAL DE
POTASIO NEUROMUSCULAR
