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Mecanismos de señalización celular (Mecanismos generales de señalización…
Mecanismos de señalización celular
Mecanismos generales de señalización intracelular
Permite el funcionamiento coordinado de las células en los tejidos
Estrategias de comunicación celular
Secreción de moléculas
Célula emisora secreta una molécula reconocida por receptores específicos de la célula diana
Puede ser:
Autocrina
Local, en la cual la señal es reconocida por una célula diana de misma estirpe
Endocrina
Las señales son hormonas secretadas por células especializadas de órganos endócrinos, la célula diana suele estar alejada de la señalizadora
Parácrina
Local, a corta distancia, donde la molécula señal es reconocida por una célula diana de distinta estirpe
Neurotransmisores
Característicos de las neuronas, son moléculas hidrófilas que se unen a las células diana para causar su efecto
Contactos directos célula-célula o célula sustrato
Célula se comunica con la célula vecina a través de contacto directo entre moléculas de la membrana de ambas células
Las células responden vía receptores específicos, los cuales pueden estar localizados en:
Citoplasma
Reconocen moléculas hidrófobas
Membrana
Reconocen moléculas hidrófilas
Las señales extracelulares se transforman en señales intracelulares
Cascada de señalización celular
La transmisión de señales intracelulares desde el receptor de membrana hasta el núcleo tiene lugar a modo de cascada
La inactivación puede ocurrir de varios modos:
Endocitosis de los receptores
Proteínas bloqueantes
La respuesta celular es el resultado de la integración de las múltiples señales
Una misma molécula señalizadora puede causar respuestas distintas
Las señales de otras células pueden regular diferentes funciones celulares como:
Muerte
Proliferación
Movimiento
Diferenciación
Metabolismo
Tipos de señalización celular mediador por la secreción de moléculas
Señalización a través de mediadores locales
Suelen tener un gran potencial de estimulación y son destruidas rápidamente
Factores de crecimiento
Regulan la proliferación de las células en un tejido
Gases: Óxido nítrico
Participa en numerosos procesos señalizadores del sistema nervioso, inmunitario y cardiovascular
Tiene una vida media muy corta de 5 a 10 segundos
Es reconocido por la enizma guanilato ciclasa, la cual produce GMPc, que actúa para causar vasodilatación
Citoquinas
Funciones:
Participación en los procesos inflamatorios
Control de la hematopoyesis en médula ósea
Activación y proliferación de células del sistema inmunitario
Inducción de la curación de heridas
Principales células productoras
Macrófagos
Linfocitos
Eicosanoides
Moléculas de naturaleza lipídica
Tipos:
Tromboxanos
Función importante en agregación plaquetaria
Leucotrienos
Abundantes en leucocitos
Su síntesis es dependiente de enzimas lipooxigenasas
LTB4
Tiene efecto quimiotáctico en leucicitos y es vasodilatador
Prostaglandinas
Enzima ciclooxigenasa origina diferentes prostaglandinas
COX-2
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COX-1
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Ejemplos:
PGE2
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PGF2alfa
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PGI2
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Se sintetizan a partir de ácido araquidónico
Señalización por neurotransmisores
Moléculas pequeñas
Hidrófilas
Producidos por neuronas
Tras ser liberados se unen a receptores específicos de la célula diana
Algunos actúan como hormonas
Se almacenan en vesículas secretoras de la neurona presináptica
Tras la llegada del potencial de acción las vesículas se fusionan con la membrana plasmática
Sus receptores de membrana suelen ser canales iónicos
Señalización hormonal
Hormonas liposolubles
Viajan en la sangre con ayuda de moléculas transportadoras
Reconocidas por receptores intracelulares
Hidrófobas, muchas derivadas del colesterol
Hormonas sexuales y corticoides
Hormonas peptídicas
Reconocidas por receptores de membrana
Insulina, hormona del crecimiento, adrenalina, foliculoestimulante...
Hidrosolubles
Receptores de señales y señalización intracelular
Señalización por medio de receptores intracelulares
Se encuentran en el citoplasma inactivos
La sustancia señalizadora produce una unión a su receptor los activa
El receptor se transloca al interior del núcleo y se une a regiones específicas de ADN para activar genes de respuesta celular
Señalización por medio de receptores membrana
Proteínas anfipáticas que recogen señales extracelulares y las transmiten al interior celular
Receptores asociados a proteínas de canal
La unión del ligando abre el canal y permite el paso a favor del gradiente de un determinado ión
Receptores asociados a proteínas G: transducción de la señal
Estructura y activación
Proteínas G
Sirven de mediadores entre el receptor y una enzima
Proteínas ancladas a la membrana por el lado intracelular
Reciben su nombre porque se unen a nucleótidos de guanina
Proteínas cuya estructura de aminoácidos atraviesa la membrana siete veces
En este tipo de señalización intervienen tres elementos:
Proteína G que actúa como acopladora
Otra proteína de membrana encargada de recoger la señal de la proteína G y enviarla al interior celular
Receptor de membrana que se une al ligando
Activación de la adenilato ciclasa
El complejo alfa-GTP de la proteína G activa la adenilato ciclasa
Se encuentra anclada en la membrana plasmática, sobresaliendo en el lado intracelular
Utiliza ATP como sustrato para generar AMPc, que actúa como segundo mensajero
Efectos de respuesta lenta
Efectos de respuesta rápida
No implican transcripción de genes
En muchas células el AMPc actúa mediante la unión a la proteína quinasa A (PKA) produciendo su activación
PKA es un tetrámero formado por dos unidades homodiméricas que cuando pertenecen juntas la mantienen inactiva
La unión del AMPc produce su separación, activándola
La enzima fosfodiesterasa del AMPc elimina el exceso de AMPc para la inactivación
Activación de la enzima fosfolipasa C-beta
Puede ser activada por el complejo alfa-GTP, fragmentando el fosfolípido de membrana fosfatidilinositol-4,5-bifosfato
Genera dos moléculas:
Diacilglicerol
Puede seguir dos caminos:
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Inositol trifosfato
Molécula hidrófila
Queda libre en el citosol y se una a un receptor de tipo canal iónico en el REL, permitiendo la salida de Ca+2
Papel del Ca+2 en la señalización intracelular
Segundo mensajero ampliamente utilizado en las células
Involucrado en procesos de:
Neurotransmisión
Control del citoesqueleto
Contracción muscular
Metabolismo
Exocitosis
Movimiento
Proliferación celular
Aumenta cuando:
En las células eléctricamente excitables se despolariza la membrana
Muchos de los efectos del Ca+2 están modulados por la proteína calmodulina
Activación de la enzima guanilato ciclasa
Genera GMPc a partir del GTP
Interviene en procesos de señalización mediados por el NO, como vasodilatación de las células musculares vasculares o la señalización que tiene lugar durante la visión
La fosfodiesterasa disminuye las concentraciones de GMPc, provocando un cierre de los canales de Na+
Regulación de canales iónicos por proteínas G
Finalmente se da la opción de que la pa proteína G no interacciona con una enzima de membrana, sino que regula la apertura de un canal iónico
Receptores enzimáticos o catalíticos. Vías de transducción de la selak
Poseen un dominio extracelular NH2-terminal que es capaz de unirse al ligando, un dominio transmembrana y un dominio intracelular con actividad catalítica
Receptores tirosina-quinasa
Se autofosforilan en residuos de tirosina tras ser activado el ligando
Reconocen mediadores locales y hormonas peptídicas de gran importancia
Receptores serina-treonina-quinasa
Fosforilan residuos de serina o treonina
Recepores con actividad fosfatasa
Receptores con actividad guanilato ciclasa
Receptores asociados a proteínas TK
no poseen actividad enzimática pero se asocian a proteínas citosólicas con actividad tirosina quinasa
Traducción de la señal mediante la vía de Ras-MAPK
Ras es una proteína situada en la membrana plasmática perteneciente a la familia de las GTPasas pequeñas involucradas en la transmisión de señales intracelulares
Ras es producida en ribosomas libres del citosol y, para que sea activa tiene que sufrir cambios postraducionales
La activación de Ras depende de determinados GEF, encargados de añadir el grupo GTP a la proteína
Vías alternativas activadas por los receptores tirosina-quinasa
La fosforilación del dominio citoplasmático de los receptores catalíticos y la unión de proteínas adaptadoras puede tener diferentes consecuencias aguas abajo en la cascada de señalización
Ejemplo:
Algunos receptores TK pueden activar la proteína fosfolipasa C-gama, una variante de la C-beta, que genera IP3 y DAG por lo que aumenta los niveles de Ca+2 intracelular
La activación de diferentes tipos de receptores puede desencadenar el aumento en el citosol de los mismos segundos mensajeros
Vías activadas por receptores no enzimáticos asociados a proteínas intracelulares quinasas
Citoquinas, interferones y algunas hormonas peptídicas actúan a través de estos receptores
La unión del ligando dimeriza las unidades monoméricas del receptor, lo que provoca el reclutamiento de proteínas TK y la consiguiente fosforilación
Estas proteínas pertenecen a la familia JAK
La fosforilación de JAK atrae hacia el receptor diferentes proteínas transmisoras de señal
Señalización a través de contactos célula-célula
La mayoría de las células necesitan estar ancladas al sustrato o a otras células
Integrinas
Tienen funciones de señalización intracelular, como receptores capaces de detectar cambios en los contactos célula sustrato
Quinasa citoplasmática de adhesión focal
Reconoce las modificaciones en la interacción integrina-sustrato
Se autofosforila y atrae otras proteínas adaptadoras que producen la transmisión se señal hacia el núcleo
Se expresan genes en respuesta que se relacionan con:
Apoptosis
Diferenciación
Adhesión
Movilidad celular
Proliferación
Calvo A., 2015, "Biología celular biomédica"