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.
Ligando Molécula señal, específica para cada tipo de célula. 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.
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.
La Transducción de Señales 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).
Respuesta celular 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.
Etapas de la 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.
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). .
El conjunto de activación mencionado se denomina programa genético. 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
Receptor = cerradura Ligando = llave Receptores: se unen específicamente moléculas señalizadoras 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
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.
Etapas de la señalización celular 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).
Tipos de Comunicación: Comunicación local yuxtacrinas
Tipos de Comunicación: Comunicación a distancia Endocrina Nerviosa.
Señal no unida al receptor Receptor de superficie inactivo Señales y receptores Señal no unida al receptor Extracelular Membrana plasmática Receptor de superficie inactivo Intracelular
Señal unida al receptor Receptor de superficie activo Señales y receptores Señal unida al receptor Extracelular Membrana plasmática Receptor de superficie activo Intracelular Respuesta celular
1. Endocrina u hormonal Hormona 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 Célula emisora Células blanco Mediador local
5. Comunicación yuxtacrina o dependiente de contacto Célula emisora Células blanco Molécula señal unida a membrana
6. Autocomunicación o comunicación autocrina Sitios blanco en la misma célula
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.
II.- Receptores citoplasmáticos y nucleares 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.
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 Proteína G Fosfolipasa C Diacilglicerol Proteinquinasa C Calcio Inositol trifosfato Ac. Araquidónico Binding Proteín SINTESIS DE GONADOTROFINAS LIBERACION DE GONADOTROFINAS
Regulación de la fuerza de la señal 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.
Mensajeros químicos 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 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 Factor de crecimiento epidérmico (EGF)
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.
Primeros mensajeros liposolubles con receptores intracelulares. 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. Tiroxina, T4 (Tetrayodotironina) T3 Triyodotironina Retinoides
Primeros mensajeros liposolubles con receptores intracelulares. 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: Receptores con actividad tirosina quinasa Receptores acoplados a proteína G Sistema adenilato ciclasa-AMPc Sistema fosfolípidos de membrana Sistema del calcio
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.
Receptores acoplados a proteínas G B
Receptores con actividad enzimática intrínseca. Receptor del factor de crecimiento de fibroblástos (FGF), C -S-S- N Receptor de insulina, Receptor del factor de crecimiento tipo insulínico 1 (IGF-1) Receptor del factor de crecimiento epidérmico (EGF) Receptor del factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF), Receptor de factor estimulante de colonias 1 (CSF-1) Cadenas Cadena Membrana Citoplasma Espacio extracelular
Amplificación
CASCADA DE SEÑALIZACIÓN
TRANSDUCCIÓN DE SEÑALES
EJEMPLOS DE PROCESOS FISIOLÓGICOS ESTÍMULO RECEPTOR EFECTOR RESPUESTA EPINEFRINA b-ADRENÉRGICO ADENILIL-CICLASA DESDOBLA GLUCÓGENO SEROTONINA R. SEROTONINA SENSIBILIZACIÓN Y APRENDIZAJE LUZ RODOPSINA FOSFODIESTERASA GMPc EXCITACIÓN VISUAL ACETILCOLINA MUSCARÍNICO CANAL DE POTASIO NEUROMUSCULAR
Activación de la proteinaquinasa A dependiente de AMPc
Efecto de la proteinquinasa A en la gluconeogénesis