Comunicación celular Capítulo 6 2nd edit BTT2 3/06 AD R.J. Mayer Ph.D.

Las células se comunican entre si Dentro de un organismo Una célula con el ambiente que la rodea. Entre organismos diferentes Intra-específico Inter-específico

Co 9

Glucose Yeast Glucose Glucose cell receptor transporter Exposure Fig. 9.1 Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display. Glucose Yeast cell Glucose receptor Glucose transporter Exposure to glucose Metabolic enzyme

Growing shoot tip of plant Phototropism Fig. 9.2 Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display. Growing shoot tip of plant Phototropism

Objetivo de aprendizaje 1 ¿Qué eventos ocurren durante la comunicación celular?

Señales Celulares Síntesis, secreción, transpote de señales celulares. neurotransmisores, hormonas, etc. el ligando se une a un receptor específico 2. La recepción de información por las células blanco (target cells).

Señales Celulares 3. Transducción de señales el receptor convierte la señal extracelular en una intracelular ocurre un cambio en la célula 4. Respuesta de la célula a la señal

Señales celulares

Conceptos clave Las células se comunican utilizando compuestos tales como: neurotransmisores hormonas otras moléculas regulatorias.

Objetivo de aprendizaje 2 Describe tres tipos de moléculas que actuan como señales: Reguladores locales neurotransmisores hormonas

Reguladores locales Regulación paracrina Envuelve reguladores locales se difunden por el fluido intersticial actuan en células cercanas Envuelve reguladores locales histaminas factores de crecimiento prostaglandinas óxido nítrico

Signaling molecule Gap junction Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display. Signaling molecule Gap junction

Membrane-bound signaling molecule Target cell Receptor Fig. 9.3b Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display. Membrane-bound signaling molecule Target cell Receptor

Fig. 6-3, p. 137 Figure 6.3: Some types of cell signaling. Various cells communicate in different ways. Fig. 6-3, p. 137

Hormone Target cell Bloodstream Endocrine cell Fig. 9.3e Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display. Hormone Target cell Bloodstream Endocrine cell

Señales locales

Neurotransmisores Señales químicas Producidas por neuronas (nerve cells)

Fig. 9.3d Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display. Target cell

Fig. 9.3c Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display. Target cell

Hormonas Mensajeros químicos Secretadas por glándulas endocrinas en plantas y animales Secretadas por glándulas endocrinas en animales Transportadas por la sangre a las células blanco

Hormonas

Conceptos clave Una molécula de señal se une a un receptor en la superficie de la célula o dentro de una célula blanco.

Objetivo de aprendizaje 3 ¿Qué mecanismo de recepción hace de este proceso una altamente específico?

Receptores Forma específica solamente puede interactuar con una molécula específica las diferentes células tienen receptores diferentes La misma célula puede tener receptores diferentes etapas diferentes condiciones diferentes

Fig. 9.4 Signaling molecule Intracellular targets Cellular response Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display. Signaling molecule Intracellular targets Cellular response Enzyme Altered metabolism or other cell functions Activated receptor protein Structural proteins Altered cell shape or movement Transcription factor Altered gene expression, which changes the types and the amounts of proteins in the cell Inactive receptor protein Signal transduction pathway Nucleus

Ligand (signaling molecule) binding Inactive receptor Activated receptor Cytosol

Extracellular signal- binding domain Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display. Signaling molecule Extracellular signal- binding domain Extracellular environment Cytosol Intracellular catalytic domain (a) Structure of enzyme-linked receptors

(b) A receptor that functions as a protein kinase Fig. 9.6b Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display. Signaling molecule Inactive receptor Activated receptor Unphosphorylated protein ATP + ADP Phosphorylated protein (b) A receptor that functions as a protein kinase

Receptores

Objetivos de aprendizaje 4 & 5 Compara: Receptores unidos a canales iónicos (ion channel–linked receptors) Receptores unidos a proteínas G (G protein–linked receptors) Receptores unidos a enzimas (enzime linked receptors) Receptores intracelulares

Receptores unidos a canales iónicos “Ion Channel–Linked Receptor” Moléculas de señales que se unen a receptores de canales iónicos (ion channel–linked receptors) los canales iónicos se abren o se cierran

Receptores unidos a canales iónicos Ion Channel–Linked Receptor Convierten señales químicas en señales eléctricas Los canales iónicos se cierran hasta que el ligando se une e.g. Gamma-aminobutyric acid (GABA) abre canales de iones evita transmisión de impulsos

Figure 6.5: Three types of cell-surface receptors. Fig. 6-5, p. 139

Receptores unidos a canales iónicos Ion Channel–Linked Receptor

Receptor protein (GPCR)    GDP Inactive G protein Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display. Receptor protein (GPCR)    GDP Inactive G protein

Receptor protein Signaling (GPCR) molecule    GDP Inactive G Fig. 9.7-2 Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display. Receptor protein (GPCR) Signaling molecule    GDP Inactive G protein

Receptores unidos a proteínas G (G Protein–Linked Receptors) Proteínas transmembranales acoplan moléculas señal con mecanismos de transducción Cola del receptor (receptor tail) se extienden al citosol lugar donde encaja la proteína G (se une al GTP)

Receptores unidos a proteínas G (G Protein–Linked Receptors) El ligando se une al receptor guanosine diphosphate (GDP) es liberado remplazado por GTP Proteína G activada inicia transducción de señal activa las enzimas cambia la función celular

Receptores unidos a proteínas G (G Protein–Linked Receptors) other two parts.

Receptores enlazados a enzimas “Enzyme-Linked Receptors” Proteínas transmembranales Sitio activo (binding site) fuera de la célula Sitio activo dentro de la célula para la enzima Tyrosine kinases la enzima es parte de un receptor

Enzyme-Linked Receptors Receptores enlazados a enzimas Enzyme-Linked Receptors Cinasas de Tirosina (Tyrosine kinases) fosforilan proteinas activan las rutas de IP3 y Ras Proteinas Ras Fosforila el amino ácido tirosina en algunas proteínas de la célula = cambios celulares Scaffolding proteins Organizan las cinasas en complejos de señales

Enzyme-Linked Receptors

“Scaffolding Protein”

Receptores intracelulares Estan localizados en el citosol o núcleo Ligandos moléculas pequeñas hidrofóbicas se difunden a través de la membrana plasmática

Receptores intracelulares En el citosol o en el núcleo Hormonas esteroides se conbinan con receptores intracelulares Factores de transcripción activan o inactivan algunos genes específicos

Objetivo de aprendizaje Trazar eventos en la traducción de señales para mensajeros secundarios AMP cíclico Trisfosfato de inositol diacylglycerol iones de calcio

Mensajeros: Primarios y Secundarios Mensajero primario la señal molecular La proteína G pasa la información a un mensajero secundario una señal intracelular

Mensajeros secundarios (transducción de señales)

AMP cíclico (cAMP) Mensajero secundario Las proteínas G activan la adenyl ciclasa (adenylyl cyclase). forma AMP cíclico (cAMP) a partir del ATP AMP cíclico activa protein kinase A esta enzima fosforila proteínas las reacciones causan respuestas

Proteina G y cAMP

Fig. 6-8, p. 143 Figure 6.8: Synthesis and inactivation of cyclic AMP. Cyclic AMP (cAMP) is a second messenger produced from ATP. The enzyme adenylyl cyclase catalyzes the reaction. Cyclic AMP is inactivated by the enzyme phosphodiesterase, which converts it to adenosine monophosphate (AMP). Fig. 6-8, p. 143

Figure 6.7: Signal transduction involving a G protein and cyclic AMP. Fig. 6-7a, p. 142

Signaling molecule binds with G protein–linked receptor Extracellular fluid Signaling molecule Adenylyl cyclase G protein Receptor Plasma Membrane Cytosol Figure 6.7: Signal transduction involving a G protein and cyclic AMP. GDP 1 Signaling molecule binds with G protein–linked receptor in plasma membrane. Fig. 6-7a, p. 142

Signaling molecule Adenylyl G protein cyclase separates Receptor GTP 2 Figure 6.7: Signal transduction involving a G protein and cyclic AMP. GTP 2 Signal molecule–receptor complex activates G protein. GDP is replaced by GTP. Fig. 6-7b, p. 142

G protein activates adenylyl cyclase, which then catalyzes Signaling molecule Adenylyl cyclase activated Receptor cAMP GTP Figure 6.7: Signal transduction involving a G protein and cyclic AMP. ATP G protein activates adenylyl cyclase, which then catalyzes synthesis of cAMP. 3 Fig. 6-7c, p. 142

Alters some cell activity Activates specific gene cAMP Protein kinase 1 Protein kinase 2 Protein kinase 3 P P P Protein Phospho- rylated protein Protein Phospho- rylated protein Protein Phospho- rylated protein Figure 6.7: Signal transduction involving a G protein and cyclic AMP. Alters metabolism Alters some cell activity Activates specific gene 4 cAMP activates protein kinase A, which then phosphorylates specific proteins, leading to some response in cell. Fig. 6-7d, p. 142

Mensajeros secundarios PIP2 se rompe en: inositol trisphosphate (IP3) diacylglycerol (DAG) IP3 dona fosfatos a las proteínas se une a canales de calcio en el RE DAG Activa la proteína cinasa C (protein kinase C enzymes) las enzimas fosforilan las proteínas blanco

Mensajeros secundarios

Iones de calcio Se combinan con la proteína calmodulina (eucariotas) Afecta la actividad de: protein kinases phosphatases

Conceptos claves En la transducción de señales, una molécula receptora convierte una señal extracelular en una señal intracelular que causa un cambio en la célula

Objetivo de aprendizaje 7 ¿Qué tres tipos de respuestas tienen las células a las señales?

Tres respuestas celulares Los canales iónicos se abren o se cierran La actividad enzimática cambia causa cambios metabólicos Algunos genes específicos se reprimen o se activan afectan el desarrollo o la actividad

Receptores intracelulares

Activación de genes

Conceptos clave Las células responden cerrando o abriendo canales iónicos, activando o inhibiendo enzimas o alterando la actividad de genes específicos.

Objetivo de aprendizaje 8 Conocer la diferencia entre la amplificación de señales y la terminación de señales.

Modifying Cell Signals Amplificacion de señales mejora la fuerza de la señal en el proceso de transducción de las señales (signal transduction pathway) Terminación de señales inactiva el proceso después de la señal permite que el sistema responda a nuevas señales

Amplificación de señales

Objetivos de aprendizaje 9 What evidence supports a long evolutionary history for cell signaling molecules? Entender la evidencia que apoya que ha habido una larga historia de la evolución de las señales celulares.

La evolución de moléculas señal Evolucionaron en las células procariotas Los receptores y las moléculas senales son iguales en todos los reinos Las proteínas envueltas en comunicación celular surgieron antes de que evolucionaron los animales en coanoflagelados