Comunicación celular
La comunicación celular implica que debe existirun sistema de generación de señales que puedanser transmitidas a todo el cuerpo, recibidas y reconocidas como tales para brindar la respuestadeseada.
Las señales que permiten que unas células influyan en el comportamiento de otras son fundamentalmente de naturaleza química. Son
Moléculas que actúan como verdaderos mensajeros químicos.
La comunicación celular implica varias etapas
Para que se establezca el “diálogo” entre dos células deben darse las
siguientes etapas y acontecimientos:
1. Síntesis (fabricación) del mensajero químico
Cada uno de los diferentes tipos de mensajeros químicos, llamados hormonas, es
sintetizado por células de tejidos especializados denominados glándulas
endócrinas.
2. Secreción del mensajero químico
Las hormonas deben ser expulsadas desde el citoplasma hacia el espacio
extracelular (secreción).
3. Transporte del mensajero hasta su destino
El mensajero debe viajar hasta la célula blanco, es decir, aquella célula (o grupo
de células) sobre la que ejercerá un efecto. Las hormonas son transportadas por el
torrente sanguíneo y recorren todo el cuerpo. Las células blanco pueden ser
llamadas también células diana.
4. Detección del mensajero por la célula blanco
Los mensajeros químicos deben ser reconocidos por moléculas presentes en las
células blanco llamadas receptores.
5. Transmisión intracelular de la señal recibida
Una vez detectado el mensajero químico, la señal debe ser transmitida al interior
de la célula y generar un cambio en la misma.
6. Degradación del mensajero químico
Luego de que el cambio ha sido desencadenado, el mensajero químico debe ser
degradado (eliminado) para que la acción no perdure en el tiempo más allá de lo
necesario.
La comunicación celular puede establecerse de variadas formas
Existen varias maneras en que las células dialogan entre sí.
En la comunicación autócrina, los productos secretados por la célula influyen
sobre ella misma (es en realidad una autocomunicación).
En la comunicación parácrina, los mensajeros de una célula emisora hacen
efecto sobre células blanco adyacentes o relativamente cercanas.
Algunas células del tejido nervioso descargan mensajeros químicos hacia la
sangre. Las neurohormonas viajan por el torrente sanguíneo hasta la célula
blanco. Este tipo de comunicación se denomina neuroendócrina.
En el caso de la comunicación endócrina, las hormonas son volcadas hacia el
sistema circulatorio y viajan por la sangre hasta encontrar a las células blanco.
Diferentes formas de comunicación celular. La secreción endócrina y
neuroendócrina viajan por la circulación sanguínea hasta encontrar a las células
blanco.
Recordamos que:
Las hormonas son productos de secreción de las glándulas endócrinas.
Transportadas por la sangre, actúan como mensajeros químicos que
controlan la actividad de ciertas células u órganos.
Para pensar...
La transmisión del impulso nervioso es un fenómeno eléctrico. Sin embargo,
también puede considerarse como un tipo de comunicación química.
Ademásdelashormonas,los
neurotransmisores que participan en las
sinapsis nerviosas, también forman parte
de los mensajeros químicos.
Es una forma de comunicación denominada
neurotransmisión.
Las hormonas son compuestos químicos muy variados
Las principales glándulas endocrinas del cuerpo de los vertebrados secretan
diferentes tipos químicos generales de hormonas: péptidos o proteínas,
derivados de aminoácidos, esteroides y prostaglandinas.
Algunashormonastienenuna estructura química muy sencilla ya que
son formadas a partir de un solo aminoácido modificado. Se las suele
denominar aminas. Como ejemplo,podemos mencionar a las hormonas
norepinefrina y la tiroxina (ver figura) de cuyosmodosdeacciónnos
ocuparemos más adelante.
Recordemos que los péptidos son cadenas de aminoácidos cortas.
Cuando la cadena de aminoácidos es relativamente grande se denomina proteína.
En forma general, tanto a los polipéptidos como a las proteínas las agrupamos bajo
el nombre de hormonas peptídicas.
En la figura vemos como ejemplo a la hormona oxitocina, formada por la unión
de nueve aminoácidos. Otro ejemplo de hormona peptídica es la insulina.
Las hormonas esteroideas tienen una estructura química parecida a la
del colesterol. De hecho, muchas de ellas derivan de la modificación
química de la molécula de colesterol. Por ejemplo, las hormonas sexuales
testosterona y estradiol.
Las prostaglandinas son hormonas
derivadasdeácidosgrasos
modificados.
Tanto las hormonas esteroideas como
las prostaglandinas son compuestos
químicos derivados de los lípidos.
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Armá un cuadro que muestre los diferentes tipos de hormonas según su
estructura química. Describí brevemente su naturaleza.
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Capítulo 12. Comunicación celular
Mecanismos generales de comunicación celular
1. La comunicación celular puede establecerse de distintas formas que incluyen: a) la comunicación paracrina: la señal actúa sobre células vecinas; b) endocrina: la señal viaja por el torrente sanguíneo y alcanza células lejanas; c) autocrina: la señal llega a la misma célula de la cual salió; d) neurotransmisión: la señal es liberada por la célula emisora al espacio sináptico, donde es captada por la célula receptora; e) contactos célula-célula: la señal permanece anclada a la membrana de la célula emisora mientras interactúa con la célula receptora y f) mediante gaps: la señal se difunde desde la célula emisora a la receptora.
El reconocimiento de la señal
2. En cada organismo existen distintos tipos de señales químicas que reciben el nombre de ligandos y forman complejos con receptores específicos. Cada tipo celular es sensible a distintas señales y cada interacción ligando-receptor está asociada a una función particular. Cada célula responde a un conjunto de señales.
3. El complejo ligando-receptor transmite el mensaje al interior de la célula e inicia un camino que lleva a la ejecución de una respuesta biológica específica. Por este proceso completo se transduce la señal.
4. Ciertas moléculas pequeñas y/o hidrófobas atraviesan la membrana celular y se unen a receptores internos. Estos complejos suelen unirse alDNA y actuar como factores de transcripción.
5. Los receptores de membrana son variados. Pueden formar parte de canales iónicos, presentar actividad enzimática o estar asociados con enzimas. Existen receptores que activan una proteína adaptadora, la proteína G, que transmite el mensaje al siguiente intermediario.
Fig. 12-2. Ubicación de los receptores
Los receptores pueden encontrarse en el interior de la célula o bien anclados en la membrana plasmática. (a) Receptor intracelular; (b) receptor de membrana.
Los receptores intracelulares
6. Los glucocorticoides y los mineralocorticoides, las hormonas sexuales y las hormonas tiroideas son ejemplos de ligandos que se unen a receptores intracelulares que actúan como factores de transcripción. Todos los receptores intracelulares tienen una zona de unión al DNA y otra de reconocimiento del ligando.
7. Las proteínas chaperonas mantienen el plegamiento específico de los receptores que se encuentran libres en el citoplasma. Luego de la unión de una hormona al receptor, el complejo se transloca al núcleo, se separa de la chaperona y forma un dímero con otro complejo similar. Estos dímeros interactúan con secuencias específicas del DNA, disparando la transcripción génica.
Los receptores de membrana
8. Los receptores ionotrópicos se encuentran en la membrana celular y permiten el pasaje de iones al interior o exterior de la célula. En general, responden a neurotransmisores y controlan procesos de contracción muscular y transferencia neuronal de información.
9. Existen dos tipos de receptores de membrana asociados con enzimas: los que se activan y funcionan como enzimas y los que activan enzimas del lado interno de la membrana celular. En la gran mayoría de los casos, la actividad enzimática asociada es de proteincinasa. Estos receptores participan en cascadas de señalización, cuyas respuestas biológicas se relacionan con la regulación de la proliferación, la diferenciación, la producción de la matriz extracelular, la reparación de tejidos y la regulación inmunitaria.
10. Luego de la interacción entre el ligando y el receptor, se produce la formación de varios complejos ligando-receptor en la membrana celular. Los dominios catalíticos permiten la fosforilación recíproca en residuos de tirosina, serina o treonina (según de qué receptor se trate). Esta autofosforilación es seguida por el reclutamiento de moléculas señalizadoras citosólicas, que transmiten el mensaje al interior de la célula. Otros receptores presentan actividad guanilato ciclasa, que cataliza la producción de cGMP a partir de GTP.
Fig. 12-5. Receptores con actividad de tirosina cinasa
(a) Antes de que se una la molécula señal, los receptores existen como polipéptidos individuales. La parte intracelular de estos receptores contiene múltiples tirosinas. (b) Cuando se une la molécula señal, por ejemplo un factor de crecimiento, se produce la asociación de dos receptores, formándose un dímero. (c) La dimerización activa la región del receptor con función de enzima, la tirosina cinasa (que no estaba fosforilada y por lo tanto, inactiva). Las tirosinas de la tirosina cinasa adicionan un grupo fosfato que provienen del ATP. (d) Ahora el receptor está activado y puede fosforilar proteínas intracelulares. La fosforilación en tirosina de estas proteínas modifica su conformación. Cuando se trata de enzimas, la fosforilación les cambia la actividad. En el caso de proteínas sin actividad enzimática, la fosforilación les permite la interacción con otras proteínas. Por ambos mecanismos se transduce la señal del ligando al interior celular. Esto activa una serie de vías que conducen a la respuesta celular.
11. Algunos receptores de membrana están acoplados a proteínas G, que intermedian la interacción entre aquellos y otras proteínas de membrana. La cantidad de ligandos que se une a este tipo de receptores es enorme (entre ellos, las hormonas adrenalina, glucagón, adrenocorticotrofina, luteinizante, foliculoestimulante y angiotensina II).
Fig. 12-7. Receptores acoplados a proteínas G
(a) Este tipo de receptores consiste en un polipéptido que atraviesa la membrana plasmática siete veces. Este esquema muestra la topología del receptor b2-adrenérgico que se ha estudiado ampliamente. (b) Una señal interactúa con el receptor que se activa y cambia de forma. La proteína G inactiva se une al receptor y se activa. Luego se desplaza hacia otra proteína de membrana que se encuentra en estado inactivo. Cuando la proteína G se une a esta proteína, altera su actividad. Esto conduce a una respuesta. (c)Estructura de una proteína G trimérica unida a GDP. Este modelo se obtuvo mediante análisis de cristalografía de rayos X.
Transmisión de la señal al interior de la célula
12. Cuando un ligando interactúa con su receptor de membrana, la señal es transmitida al interior de la célula. Entonces se dispara una cascada de eventos que incluye la síntesis de segundos mensajeros y la fosforilación de enzimas catalizada por proteincinasas.
Fig. 12-8. Fosforilación en cascada
La cascada involucra la fosforilación de enzimas por proteincinasas. Supongamos que la proteincinasa 1 activa fosforila 100 moléculas de proteincinasa 2, activándolas. Cada una de ellas fosforilará otras 100 moléculas de proteincinasa 3, activándolas. Cada una de ellas fosforilará a otras 100 moléculas de proteína blanco inactiva responsable de una respuesta celular. En suma, la activación de una molécula de proteincinasa 1 produce la fosforilación de 100 x 100 x 100 moléculas de proteína blanco inactiva. De esta manera, se amplifica la señal.
13. Los segundos mensajeros son moléculas pequeñas que se generan en gran cantidad y rápidamente en respuesta a la activación de un receptor. Llevan la señal a otras partes de la célula y la amplifican mediante la activación de cinasas y otras enzimas. Los nucleótidos cíclicos, el ion Ca2+ y ciertos lípidos son ejemplos de segundos mensajeros.
Fig. 12-15. Los fosfolípidos son segundos mensajeros
La hidrólisis del fosfatidilinositol difosfato libera por un lado el inositol trifosfato (IP3) y por el otro diacilglicerol (DAG). La fosfolipasa C es la enzima que cataliza esta reacción. Esta enzima puede ser activada por proteínas Gq como se muestra en el esquema o mediante la interacción con receptores. El IP3 liberado al citoplasma interactúa con receptores localizados en los depósitos de Ca2+ del retículo endoplasmático y estimula la liberación de este ion al citoplasma. Sobre el margen superior izquierdo del esquema se observa la estructura del fosfatidilinositol difosfato.
14. La fosforilación y desfosforilación de proteínas son parte de latransducción del mensaje. Esto significa que la mayoría de los mensajes que se transmiten al interior de las células producen la activación de cinasas que regulan su función mediante la fosforilación de diversos sustratos.
15. Los caminos de transducción pueden ser lineales, pero también pueden existir puntos potenciales de regulación y de intersección entre distintos caminos. La respuesta celular está conformada por un circuito complejo de activación que involucra más de un camino de señalización. Una molécula señal puede ser reconocida por diferentes receptores asociados a distintos mecanismos de transducción. También puede ocurrir que un mismo receptor active diferentes vías.
síntesis del tema
La comunicación celular es la base de la coordinación de funciones
El sistema nervioso y el sistema endócrino (uhormonal) constituyen una rápida y amplia red de comunicación celular que permiten coordinar las actividades de cada una de las células del organismo para que funcionen como un todo y garanticen la supervivencia del individuo.
propuesta de enseñanza
la utilización de un método que se adecue mas al tema y a la enseñanza seria prácticamente una utopía en la universidad de antioquia, debido a la poca pedagogía utilizada, y al poco interez de brindar una enseñanza adecuada para aprendizaje apto.
la utilización de métodos didácticos en una clase serviría de mucho aunque no es suficiente.
bibliografia
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