19/04/2012
COMUNICACIÓN CELULAR
Las células se comunican entre sí mediante un complejo sistema de señales químicas qu ímicas •
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Una señalización defectuosa puede causar o contribuir al desarrollo de diversas enfermedades, enfer medades, incluso el cáncer y la diabetes. El mejor conocimiento de los mecanismos de comunicación celular sugiere nuevas estrategias para prevenir o tratar enfermedades. Secuencia: – – – –
Envío de señales Recepción Transducción de señales Respuesta a las señales
19/04/2012
Las células se comunican mediante señalización celular, que supone: 1) síntesis, liberación y transporte de moléculas de señalización, que pueden ser neurotransmisores, hormonas y otras moléculas reguladoras (una molécula de señalización que se une a un receptor específico se denomina ligando); 2) recepción de la información por las células diana; 3) transducción de la señal, proceso en el cual un receptor convierte una señal extracelular en otra señal intracelular que origina algún cambio en la célula (normalmente, la transducción de señal afecta a una serie de moléculas que transmiten la información); y 4) respuesta por parte de la célula.
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Moléculas de señalización •
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Los reguladores locales actúan por regulación paracrina, es decir, se difunden a través del líquido intersticial y actúan sobre las células vecinas. Entre los reguladores locales se incluyen histamina, factores de crecimiento, sustancias denominadas prostaglandinas y óxido nítrico, una molécula de señalización gaseosa que pasa al interior de las células. La mayoría de las neuronas se comunican entre sí liberando compuestos químicos denominados neurotransmisores . Las hormonas son mensajeros químicos en plantas y animales. En los animales, son secretadas por glándulas endocrinas, aquellas carentes de conductos. La mayoría de las hormonas se difunden a los capilares y son transportadas por la sangre hasta las células diana.
Algunos tipos de señalización celular
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Los mecanismos de recepción son un proceso muy específico •
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Cada tipo de receptor tiene una forma específica. Sólo la molécula de señalización que se ajusta al receptor específico puede afectar a la célula. Tipos diferentes de células pueden tener tipos diferentes de receptores. La misma célula puede sintetizan receptores diferentes en distintos estadios de su ciclo vital y en respuesta a condiciones distintas.
Tipos de receptores •
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receptores asociados a canales iónicos,
receptores acoplados a proteína G, receptores con actividad enzimática receptores intracelulares
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Cuando una molécula de señalización se une a un receptor asociado a canales iónicos, el canal se abre o, en algunos casos, se cierra.
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Tipos de receptores •
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receptores asociados a canales iónicos,
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receptores acoplados a proteína G,
receptores con actividad enzimática receptores intracelulares
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Los receptores acoplados a proteína G son proteínas transmembrana compuestas por siete hélices alfa conectadas por bucles que se extienden hacia el interior del citosol o al exterior de la célula. Estos receptores se acoplan con ciertas moléculas de señalización a las rutas de transducción de señal dentro de la célula. La cola del receptor que se extiende hacia el interior del citosol tiene un sitio de unión para una proteína G específica, una proteína reguladora que se une a GTP
Tipos de receptores •
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receptores asociados a canales iónicos, receptores acoplados a proteína G, receptores con actividad enzimática
receptores intracelulares
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Los receptores con actividad enzimática son proteínas transmembrana con un sitio de unión para una molécula del exterior de la célula. Algunos de ellos actúan directamente como enzimas. Muchos receptores con actividad enzimática son tirosincinasa en los que la enzima es parte del receptor.
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Tipos de receptores •
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receptores asociados a canales iónicos, receptores acoplados a proteína G, receptores con actividad enzimática receptores intracelulares
Tipos de receptores
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Los receptores intracelulares se localizan en el citosol o en el núcleo. Sus ligandos son moléculas pequeñas de carácter hidrófobo que se difunden a través de la membrana plasmática.
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Secuencia de acontecimientos en la transducción de señales •
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En muchos casos, la molécula de señalización sirve como primer mensajero. La información se transmite, a través de la proteína G, a un segundo mensajero que es un agente de señalización intracelular. –
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AMP cíclico (cAMP) Trifosfato de inositol (IP3) Diacilglicerol (DAG) Iones calcio
Secuencia de acontecimientos en la transducción de señales •
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Cuando determinadas proteínas G experimentan un cambio conformacional, se unen a una enzima de la cara citoplasmática de la membrana celular, la adenilil ciclasa, y la activa. Esta enzima cataliza la formación de AMP cíclico (cAMP) a partir de ATP. El AMP cíclico activa a la proteincinasa A una enzima que fosforila determinadas proteínas. La proteína fosforilada desencadena una cadena de reacciones que induce algún tipo de respuesta celular.
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Secuencia de acontecimientos en la transducción de señales •
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Determinadas proteínas G activan a la enzima fosfolipasa C unida a membrana. Esta enzima divide el fosfolípido, PIP2 (fosfatidinilnositol-4,5-bifosfato) en dos productos: trifosfato de inositol (IP3) y diacilglicerol (DAG). El IP3 es un segundo mensajero que puede ceder grupos fosfato a proteínas. Se une a canales de calcio en el retículo endoplásmico, lo que hace que estos canales se abran y liberen iones calcio al citosol. El DAG es un segundo mensajero que activa a enzimas proteincinasa C. Estas enzimas fosforilan diversas proteínas diana.
Secuencia de acontecimientos en la transducción de señales •
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Los iones calcio también actúan como segundos mensajeros. Normalmente se combinan con la proteína calmodulina, afectando entonces a la actividad de proteincinasas y proteinfosfatasas.
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Secuencia de acontecimientos en la transducción de señales
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La transducción de señales es un proceso rápido y preciso. Las enzimas deben organizarse de modo que estén disponibles cuando se necesiten en las rutas de señalización. Las proteínas de andamiaje organizan grupos de moléculas de señalización intracelular en complejos de señalización
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Tipos de respuestas •
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Hay tres tipos de respuestas: abertura o cierre de canales iónicos; cambios en la actividad enzimática que inducen cambios metabólicos y otros efectos, y activación o represión de genes específicos. Estas respuestas pueden afectar a muchos aspectos del desarrollo y actividad celular, incluso a la forma, crecimiento, división, diferenciación y metabolismo celular.
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amplificación y terminación de señales •
La amplificación de señal es el proceso de potenciación de la fuerza de una señal transmitiéndola a través de una ruta de transducción de señales.
amplificación y terminación de señales •
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La terminación de la señal es el proceso de inactivación del receptor y de cada uno de los componentes de la ruta de transducción de señales una vez que han llevado a cabo su labor. La terminación de la señal permite a las moléculas del sistema responder a nuevas señales.
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CASOS •
El óxido nítrico es una molécula de señalización gaseosa que pasa al interior de las células diana. En muchas células, el óxido nítrico se une directamente a la enzima guanilil ciclasa. Esta enzima cataliza la producción de GMP cíclico, que causa la relajación del músculo liso de las paredes de los vasos sanguíneos. Cuando se relaja el músculo liso, los vasos sanguíneos se dilatan y la presión arterial disminuye.
CASOS •
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Durante la excitación sexual, las neuronas del pene producen óxido nítrico, que provoca la relajación del músculo liso en el recubrimiento de los vasos sanguíneos del pene. Los vasos sanguíneos se dilatan y el tejido eréctil del pene se engrasa por la sangre, de modo que se produce la erección del pene. El fármaco sildenafilo (Viagra) inhibe a la enzima que cataliza la degradación del GMP cíclico. Como resultado de esto, aumenta el GMP cíclico en el tejido eréctil del pene, lo que produce una erección sostenida.
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CASOS •
Las proteínas Ras son un grupo de proteínas G pequeñas que, como otras proteínas G, se activan cuando se unen a GTP. Cuando se activan, las Ras desencadenan una cascada de reacciones denominadas ruta Ras. En esta ruta, se fosforila la tirosina de proteínas específicas de la célula, lo que lleva a respuestas celulares críticas.
CASOS •
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Una reacción de la ruta Ras activa una serie de moléculas conocidas como cinasas MAP (MAP es el acrónimo de la expresión inglesa mitogen-activated protein, proteína activada por mitógeno). Estas cinasas fosforilan diversas proteínas, como una proteína nuclear que se combina con otras para formar un factor de transcripción, proteína que activa o inhibe la expresión de genes específicos. Cuando determinados genes se activan, se sintetizan las proteínas necesarias para el crecimiento, la división y la diferenciación (especialización) celular. La cascada de la cinasa MAP es la cascada de señalización principal para la división y diferenciación celular. Los genes Ras codifican las proteínas del mismo nombre. Determinadas mutaciones en estos genes dan lugar a una división celular no regulada que puede originar un cáncer. De hecho, se han identificado mutaciones en los genes Ras de aproximadamente el 30% de todos los cánceres humanos.
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CASOS •
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El fracaso de las señales de terminación puede tener consecuencias graves. Por ejemplo, la bacteria que provoca el cólera se ingiere cuando se consume agua contaminada. El cólera está extendido en áreas donde el agua está contaminada con heces humanas. La bacteria del cólera libera una toxina que activa a las proteínas G de las células del epitelio de revestimiento del intestino. La toxina altera mediante reacción química a la proteína G, de modo que ya no pueda volver a desactivarse por sí misma. En consecuencia, la proteína G estimula de forma continua la síntesis de cAMP por parte de la adenilil ciclasa. Las células provocan una disfunción intestinal, lo que permite un mayor flujo de iones cloro hacia el intestino. Le siguen el agua y otros iones, dando lugar a la diarrea acuosa grave que caracteriza al cólera.
Las células se comunican entre sí mediante la señalización usando compuestos como neurotransmisores, hormonas y otras moléculas reguladoras. Una molécula de señalización se une a una molécula receptora en la superficie celular o en el interior de la célula diana. En la transducción de la señal, una molécula receptora convierte una señal extracelular en una señal intracelular que induce algún tipo de cambio en la célula. La célula responde a las señales abriendo o cerrando canales iónicos, activando o inhibiendo enzimas o alterando la actividad de genes específicos.
