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 = cerraduraLigando = 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 celularRespuesta 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

neuronasinapsis

célula blanconeurotransmisor

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 blanco

Molécula 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 sonhidrofílicas y no tienen la habilidadde difundir a través de la MP.Necesitan de un receptor desuperficie celular que genera unaseñal intracelular en la célula diana.

Algunas moléculas señalizadorashidrofóbica (hormonas) puedendifundir a través de la MP y unirsea receptores intracelulareslocalizados en el núcleo o en elcitoplasma 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

Factor de crecimiento epidérmico (EGF)

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-AMPcSistema 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 GHeterotriméricas

ProteínasGs

ProteínasGi

ProteínasGq

Estimuladorasde la

Adenilciclasa

Inhibidorasde la

Adenilciclasa

Activa laFosfolipasa 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 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