INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Escuela Nacional de Ciencias Biológicas Unidad Zacatenco Químico Farmacéutico Industrial
FISIOLOGÍA CELULAR PRÁCTICA 7. MODULACIÓN DE UNA FUNCIÓN CELULAR POR SEÑALES QUÍMICAS Integrantes Bonilla Cruz Miriam Díaz Pérez Daniel Gonzáles Correas Sandra Peña Legorreta Eduardo Rodríguez Márquez Daniela Sánchez Gonzáles Diego Elías Profesores: Sonia Guzmán Velázquez Oriana Hidalgo Alegría Luz Adriana Pichardo Macías Abraham Miranda Grupo 3FV2 – Equipo No. 6
Ciclo escolar: Enero 2018 – Junio 2018 Fecha: 16 de mayo de 2018 Fisiología Celular
INTRODUCCIÓN Las células individuales, al igual que los organismos pluricelulares tienen la necesidad de conocer su entorno y en medida que este cambie o no, deben tener la capacidad de responder al mismo; desde funciones básicas como la permeabilidad a los iones hasta localizar nutrientes la célula debe estar comunicada con otras células. Las células llevan a cabo estas interacciones mediante un fenómeno conocido como emisión de señales celulares, en el cual se pasa información a través de la membrana plasmática al interior de la célula y con frecuencia al núcleo celular. En la mayor parte de los sistemas las señales celulares incluyen: Una comunicación celular donde las señales pueden actuar a distancias largas o c ortas La célula señalizadora produce un tipo especial de molécula señalizadora que es detectada por una célula diana (célula blanco) La célula diana tienen proteínas receptoras que reconocen y responden en forma especifica a la molécula señalizadora. La transducción de la señal comienza cuando la proteína receptora de la célula diana recibe una señal celular y la convierte en señales intracelulares que modificaran el comportamiento celular. Las células de los organismos pluricelulares cuentan con centenares de tipos de moléculas extracelulares en el envió de señales como proteínas, péptidos, nucleótidos, esteroides, entre otros, pero estas moléculas solo tienen estilos básicos de comunicación que trasmiten el mensaje, siendo: Autocrina: La célula que produce el mensajero expresa receptores en su superficie los cuales pueden responder a ese mensaje. En consecuencia, las células que liberan el mensaje se estimularán o inhibirán a sí mismas. Paracrina: Las moléculas mensajeras viajan sólo cortas distancias por el espacio extracelular hasta células en estrecha proximidad con la célula que genera el mensaje. Las moléculas mensajeras paracrinas suelen estar limitadas en su capacidad de viajar por el cuerpo porque son inherentemente inestables, o son degradadas por enzimas, o se unen a la matriz extracelular. Endocrina: Las moléculas mensajeras llegan a sus células blanco a través del torrente sanguíneo. Los mensajeros endocrinos también se llaman hormonas. De igual manera los tipos de receptores y moléculas señal se dividen en: Receptores intracelulares (hidrofóbicos): Hormonas, esteroides, óxido nítrico y monóxido de carbono. Receptores extracelulares: Neurotransmisores, hormonas peptídicas y factores de crecimiento. Dentro de esta practica nos centraremos en las intracelulares (hormonas) familias a la que pertenece el estradiol, que es una hormona esteroide sexual femenina por lo tanto secretada por el colesterol. Una de las funciones fundamentales del colesterol es la síntesis de Hormonas Esteroideas. Éstas son una familia de hormonas con una estructura común: el anillo de esterano o ciclopentano-perhidro-fenantreno característico del propio colesterol. Fisiología Celular
El estradiol es producido en ovarios, teniendo como funciones la maduración de órganos sexuales, aumento en cantidad de receptores de oxitocina, y el aumento en la vascularización y síntesis de grasa. Son cinco las familias de hormonas esteroideas: progestágenos, estrógenos, andrógenos, mineralocorticoides y glucocorticoides. Los precursores de la vitamina D también se incluyen por provenir del colesterol, aunque su estructura difiere del anillo de esterano. A diferencia de otros tipos de hormonas, las esteroideas se acumulan en cantidades muy pequeñas en la célula en espera de la señal para ser liberadas al torrente sanguíneo. Por lo tanto, cuando éstas son necesarias, deben ponerse en marcha los mecanismos celulares de síntesis. Vía de señalización del estradiol Mecanismo molecular mediante el cual el receptor de estrógenos (RE) regula la expresión de los genes. Estradiol-17b se liga al RE y sufriendo un cambio conformacional de modo que se une al dímero estrógenoelemento de respuesta (ERE) y recluta las proteínas co-activadoras (Co-Act), lo que permite la estimulación de la expresión génica.
Figura 1 Cascada de señalización de estradiol
Oxitocina/ Vía de señalización También conocida como la hormona del amor, hormona péptida especialmente conocida por su función en el parto y la lactancia. La glándula pituitaria del cuerpo libera grandes cantidades de ella durante el parto, provocando contracciones en el útero para facilitar el parto.
Los receptores de oxitocina se encuentran en: el útero, glándula mamaria, cerebro, riñón, corazón, hueso, células endoteliales y tejido ovárico. median las contracciones, secreción de leche e inducen un comportamiento materno específico. La activación del receptor de oxitocina (receptores específicos de oxitocina) conduce a tres mecanismos diferentes de unión a las proteínas GTP. El mecanismo principal está mediado por el camino de ida Gq/PLC/InsP3.
Fisiología Celular
Cuando la oxitocina se une a receptores específicos de oxitocina, se activa Gαq/11 y luego fosfolipasa C (PLC),
que induce la escisión de PIP2 a inositotrifosfato (InsP3) y diacilglicerol (DAG). InsP3 induce la liberación de Ca2+ de los depósitos de Ca2+ a través de InsP3R y, en algunas células, a causa del Ca2+ induce la liberación de Ca2+ (CICR ) a través del receptor de rianodina (RyR). La activación de Gq también provoca la despolarización de la membrana*, que, a su vez, activa canales de calcio (VGCCs) y luego da la entrada a Ca2+ a través VGCCs. Así, el aumento de Ca2+ citosólico ([Ca2+]i) estimula CaMK después de la unión a la proteína de unión de Ca2+ Calmodulina. El complejo Ca2+/CaM activa entonces CaMK y provoca diversas respuestas celulares, tales como las contracciones del músculo liso, o induce la activación de varios tipos de enzimas, tales como NOS o de PI3K. DAG causa la activación de la proteína cinasa C (PKC) y también diversas respuestas celulares.
Figura 2 Cascada de señalización de receptores oxitocina
OBJETIVOS
Determinar el porciento de efecto en la contracción de los cuernos uterinos en ratas prepúberes Determinar el efecto en la contracción al tratar una con estradiol y otra con aceite vegetal Determinar el efecto en la contracción al suministrarles concentraciones crecientes de oxitocina. FUNDAMENTO
Se utilizaron ratas prepúberes ya que sus órganos sexuales aún no están completamente desarrollados, por lo tanto, su concentración de estradiol es baja y de igual manera su producción de estrógenos no está establecida del todo, por lo que se podrá evaluar los efectos del estradiol administrado. La rata utilizada fue hembra, ya que la oxitocina tiene efectos sobre la glándula mamaria y sobre el útero. El control prepuberal de la secreción de gonadotrofinas por parte del sistema GABAérgico es cualitativamente diferente que en el animal peripuberal o Fisiología Celular
adulto. En el estadio prepuberal el GABA ejerce un efecto predominantemente estimulante de la secreción de gonadotrofinas. Al momento del sacrificio de la rata el uso de anestésicos se descartó, ya que estos disminuyen la excitabilidad produciendo un efecto negativo en la contractibilidad de las células excitables. El estradiol es una molécula señal o primer mensajero capaz de atravesar la membrana plasmática de las células, por lo que, sus receptores se encuentran en el citosol y en el núcleo celular. Los receptores para estradiol (RE) son de dos tipos, los receptores α y β, los cuales están implicados en factores de transcripción del DNA.
La vía de señalización para el estradiol es la siguiente: Como primera instancia el estradiol se une a sus receptores α y/o β, que se pueden encontrar tanto en el citosol como en el núcleo celular. Si el estradiol se une
a sus receptores en el citosol, la vía de señalización prosigue de la siguiente manera; el estradiol se une a cada uno de los receptores en el sitio E, dichos receptores se encuentran como monómeros, al unirse el estradiol se desprenden las proteínas de choque térmico o chaperonas, los monómeros se unen formando dímeros, estos dímeros translocan al núcleo celular. En el núcleo celular el dímero se une al elemento de respuesta de dicho ligando, el cual es una secuencia de nucleótidos específica del DNA, al mismo tiempo en el promotor basal, también conocido como caja TATA, es una secuencia especifica de nucleótidos del DNA, en este punto se inicia la transcripción. La RNA polimerasa se une a una de las hélices del DNA para comenzar la transcripción, al sintetizar bases nitrogenadas complementarias a las de hélice del DNA, la transcripción finaliza en el promotor distal. Este RNA sintetizado, es llamado RNA mensajero el cual, será trasladado al citosol con el fin de sintetizar nuevas proteínas. Con base en esto, decimos que el estradiol es el responsable de la síntesis de proteínas, como son; la síntesis de receptores de oxitocina, así como la síntesis de cadenas de miosina, que participan durante la contracción muscular. La oxitocina al ser un péptido no puede atravesar la membrana celular, por lo que, sus receptores se encuentran en la superficie celular. Los receptores para oxitocina están acoplados a proteínas Gq. Por lo que, su vía de señalización se da de la siguiente manera: La oxitocina se une al receptor metabotrópico, generando un cambio conformacional en el asa número tres intracelular del receptor, dicho cambio de conformación provoca una interacción entre la subunidad αq de la proteína G con el asa número 3 intracelular del receptor metabotrópico, de tal interacción la subunidad αq es
capaz de intercambiar la molécula de GDP que tenía unida previamente, por una molécula de GTP y de esta manera, es activada la subunidad αq. Al activarse la subunidad αq de la proteína G, dicha subunidad pierde afinidad por las subunidades β-γq de la proteína G. La subunidad αq de la proteína G activa a la fosfolipasa Cβ (PLCβ). La PLCβ hidroliza al fosfatidil inositol trifosfato de la membrana plasmática en inositol trifosfato (IP3) y
en diacilglicerol (DAG). Dos moléculas de IP3 se unen a sus receptores, ubicados en el retículo endoplásmico, los cuales permiten la salida de calcio al citosol, sin embargo, dicho calcio se une a la calmodulina, formando el complejo calcio-calmodulina. El complejo calcio-calmodulina provoca la contracción del musculo liso. El útero es un órgano reproductor femenino, está formado por células excitables, que son células del musculo liso. La administración del estradiol se realizó una semana antes del sacrificio de la rata, por el proceso de transcripción de genes, el cual requiere de varios días para que se lleve a cabo. Fisiología Celular
El proceso de transcripción de genes era necesario para el aumento de síntesis de proteínas, dicho aumento propicia una mejor expresión de receptores, el aumento en cantidad de grasa y un aumento en la vascularización. Las cantidades de estradiol que se administraron fueron suficientes para asegurarnos que su efecto se llevara a cabo, ya que el estradiol, al ser una sustancia lipofílica, podría salirse por los poros. La solución García de Jalón presenta las siguientes características: es hipocálcica y fisiológica, es un medio iónico y enérgico, es decir, con presencia de glucosa; las propiedades anteriores se asemejan al medio donde se encuentra el útero. La temperatura de esta solución al igual que su característica hipocálcica con el fin de evitar contracciones espontáneas. Mantener cierta temperatura es muy importante, ya que en el caso de que presente variaciones repercutirá en la actividad contráctil, evitando una buena interpretación del efecto de la oxitocina sobre dicha actividad. El proceso de aireación es importante al momento de mantener la viabilidad del músculo para la producción del ATP. Los lavados que se realizaban antes de iniciar la lectura de las contracciones se hicieron con la finalidad de evitar la saturación en los receptores. Respecto a la tensión del hilo, fue necesaria para simular el tono natural de la rata. El cuerno uterino se amarró a un hilo con el fin de detectar la actividad contráctil. Al amarrar ambos cuernos evita ocluir la luz gracias a una de las capas que presenta el útero, la de músculo longitudinal, de esta manera detecta la contracción. El orden de aplicación de las diferentes concentraciones de oxitocina debe ser de manera ascendente para evitar una saturación en el receptor, ya que, al hacerse de forma descendente hay una mayor probabilidad de que el receptor se sature evitando que haya un registro de las concentraciones menores.
Fisiología Celular
