Unidad 6. Señalización Celular: Tipos. Receptores Celulares PDF

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la señalización celular con sus diferentes tipos y receptores celulares...

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UNIDAD 6. SEÑALIZACIÓN CELULAR: TIPOS. RECEPTORES CELULARES 1. INTRODUCCIÓN

Todas las células reciben señales desde su medio y responden a estas señales.

La comunicación intercelular es esencial tanto para los organismos unicelulares como para los multicelulares ya que las células deben de comunicarse entre sí y con el medio que las rodea para poder llevar a cabo sus funciones vitales.

El proceso por el cual una señal sobre una superficie celular se convierte en una respuesta celular es una serie de pasos denominada vía de transducción de señales.

Las células de Saccharomyces cerevisiae utilizan señales químicas para identificar células de tipo de apareamiento opuesto e iniciar el proceso de apareamiento. Los dos tipos de apareamiento o señales químicas correspondientes se denominan a y α.

2. TIPOS DE SEÑALIZACIÓN

A) INTERACCIÓN DIRECTA • UNIONES CELULARES • RECONOCIMIENTO INTERCELULAR B) COMUNICACIÓN POR MENSAJEROS (químicos) • SEÑALIZACIÓN ENDOCRINA • SEÑALIZACIÓN PARACRINA • SEÑALIZACIÓN AUTOCRINA • SEÑALIZACIÓN SINÁPTICA

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A. INTERACCIÓN DIRECTA

• Uniones celulares: son uniones que contactan los citoplasmas de la células, tanto las células animales como las vegetales tienen uniones celulares que permiten a las moléculas pasar rápidamente entre células adyacentes sin cruzar las membranas plasmáticas.

• Reconocimiento intercelular: reconocimiento entre receptores que uno actúa como receptor y otro como ligando, dos células de un animal pueden comunicarse mediante la interacción entre moléculas que se proyectan desde su superficie. ej: los macrófagos,

B. COMUNICACIÓN POR MENSAJEROS

Es indirecta, los diferentes tipos de señalización mediante moléculas secretadas se suelen dividir en tres grandes clases en función de la distancia recorrida por la molécula señalizadora.

Comunicación endocrina Las moléculas señalizadoras (hormonas) son secretadas por células endocrinas especializadas y se transportan a través de la circulación, actuando sobre células diana localizadas en lugares alejados del organismo. EJ: hormonas esteroideas (estrogenos) son producidos por el ovario y estimulan el desarrollo y el mantenimiento del sistema reproductor femenino y delos caracteres sexuales secundarios (desarrollo de las mamas o del ciclo menstrual)

Comunicación paracrina Una molécula liberada por una célula actúa sobre las células diana vecinas. Actúan localmente, afectando al comportamiento de las células próximas. EJ: comunicación sináptica: comunicación química a través de células nerviosas. Neurotransmisor liberado al espacio sináptico interacciona con neurona postsináptica. Factores de crecimiento secretados por una célula actuando en células vecinas

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Comunicación autocrina En algunas células responden frente a señales que producen ellas mismas estimulando su propio desarrollo. EJ: células cancerígenas, células embrionarias.

Comunicación sináptica Comunicación químuca a través de células nerviosas. Neurotransmisor liberado al espacio sináptico interacciona con neurona postsináptica.

¿QUÉ SUCEDE CUÁNDO UNA CÉULA ENCUENTRA UNA SEÑAL?

La señal (ligando) debe ser reconocida por una molécula receptora específica formándose el complejo ligando-receptor, la señal se complementa con el receptor. Este complejo ligandoreceptor transmite el mensaje al interior de la célula e inicia un camino que producirá una respuesta biológica específica. La información que lleva debe ser cambiada por otra forma (transducida) dentro de la célula antes de que la célula pueda responder. Cada célula del organismo programada para responder a un conjunto específico de señales

• Cada célula tiene distintos tipos de receptores y son sensibles a muchas señales extracelulares.

• Las señales pueden actuar conjuntamente, sumarse e inducir respuestas mayores. Recibe unas señales para dividirse en mitosis.

• Una señal puede modificar la respuesta a otras señales.

• Las células están programadas para destruirse en ausencia de señales. Recibe unas señales para que llegue a apoptosis.

Desde la perspectiva de la célula que recibe el mensaje, la señalización celular puede dividirse en tres etapas: la recepción de señales, la transducción de señales y la respuesta celular.

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• Recepción de la señal: es la detección por parte de la célula diana de una molécula señal proveniente del exterior de la célula, una señal química detecta cuando se une a una molécula o a una proteína receptora ubicada en la superficie o dentro de la célula.

• Transducción del mensaje: proceso por el cual una célula convierte una señal o estimulo en otra señal o respuesta especifica. La última molécula es la que va a desencadenar la respuesta.

• Respuesta de la célula: finalmente la señal traducida desencadena una respuesta celular especifica que puede ser cualquiera actividad celular, como la catálisis por una enzima, el reordenamiento del citoesqueleto, la activación de genes específicos en el núcleo, etc. Lo que va a garantizar es que todas las señales de la célula vayan coordinadas.

Cuando la recepción tiene lugar en la membrana plasmática, la etapa de transducción es una vía de varios pasos, en la que cada molécula en la vía ocasiona un cambio en la siguiente molécula. La última molécula en la vía desencadena la respuesta celular.

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3. ETAPAS DE LA SEÑALIZACIÓN CELULAR RECEPCIÓN DE LA SEÑAL

• Induce un cambio conformacional. • Una molécula señal se une a una proteína receptora y la induce a cambiar de forma • Los receptores intracelulares pueden encontrarse en el citoplasma o en el núcleo, la molécula señal es transportada dentro de la célula gracias a las proteínas transportadoras.

A. RECEPTORES INTRACELULARES

1. Proteínas receptoras se encuentran en el citoplasma o en el núcleo de las células diana. 2. El mensajero químico debe atravesar la membrana de la célula diana para alcanzar al receptor. 3. Moléculas señal ➞ Hidrófobas y/o pequeñas: hormonas esteroideas, hormonas tiroideas y oxido nítrico. 4. Todos los receptores intracelulares tienen una zona de unión al ADN y otra de reconocimiento del ligando. La hormona esteroidea interactuando con un receptor intracelular

¿Cómo activa el complejo receptor de hormonas a los genes?

Los genes, en el ADN de una célula funcionan al ser transcritos y procesados en ARNm, el cual abandona el núcleo y es traducido por los ribosomas en el citoplasma.

Los factores de transcripción (proteínas específicas) controlan cuales son los genes que se activan, es decir, que genes son transcritos a ARNm en una célula concreta en un momento particular.

1. La testosterona secretada por las células del testículo, viaja a través de la sangre y entra en las células de todo el cuerpo.

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2. En el citoplasma de las células diana, las únicas que contiene moléculas receptoras para la testosterona,

la

hormona

se

une

a

la

proteína

receptora

y

la

activa.

3. Con la hormona unida, la forma activa de la proteína receptora entra en el núcleo, con un transporte especial que permite que las proteínas entre en el núcleo, y activa genes especifico que controlan las características del sexo masculino.

4. El receptor de testosterona cuando se activa, actúa como factor de transcripción que activa genes específicos, por lo que por si mismo lleva a cabo la transducción completa de la señal.

B. RECEPTORES EN LA MEMBRANA PLASMÁTICA

- RECEPTORES ASOCIADOS A PROTEÍNA G - RECEPTOR TIROSINCINASA - RECEPTORES ASOCIADOS A CANALES IÓNICOS

RECEPTORES ASOCIADOS A PROTEÍNA G

Estructura Receptor de la membrana plasmática que funciona con la ayuda de una proteína denominada proteína G, receptor transmembrana, con 7 dominios transmembrana, con un sitio de unión a la señal y otro a la proteína G. La proteína G se sitúa en la membrana plasmática ligeramente unida al lado citoplasmático, proteína asociada al a monocapa, es un heterodímero formado por una subunidad 𝛂 con actividad GTPasa y está unida al GDP y dos subunidades β y gama que forman un trimero, en reposo la proteína G está asociada a la GDP y el trímero asociado La subunidad puede fosforilar y a consecuencia la proteína se activa.

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¿Cómo funciona esta proteina?

1. Ligeramente unida al lado citoplasmático de la membrana, la proteina G funciona como un interruptor molecular que está encendido o apagado, según cual de los dos nucleótidos guanina está encendido o apagado, según cual de los dos nucaeótidos guaina está adheridos, GDP o GTP, de allí el término proteína G (el GTP, o guanosina trifosfato, es similar al ATP). Cuando el GDP está unido a laproteina G, ésta se encuentra inactiva. El receptor y la proteína G trabajan junto a otra proteína, generalmente, una enzima. 2. Cuando la molécula señal apropiada se une al lado extracelular del receptor, el receptor se activa y cambia de forma. Su lado citoplasmático se une a una proteína G inactiva y ocasiona que un GTP desplace al GDP. Esto activa a la proteína G. 3. La proteína G activada se disocia del receptor y se difunde a lo largo de la membrana, luego se une a una enzima y altera su actividad. Cuando la enzima está activada puede desencadenar el siguiente paso en una vía que conduce a una respuesta celular. 4. Los cambios en la enzima y en la proteína G son solo temporales debido a que proteína G también funciona como una enzima GTPasa y pronto hidroliza su GTP unido a GDP. Ahora nuevamente inactiva, la proteína G deja ala enzima, que regresa a su estado original. La proteína G ahora está disponible para ser reutilizada. La función GTPasa de la proteína G permite que la vía se apague rápidamente cuando la molécula señal deja de estar presente.

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• RECEPTOR TIROSINCINASA

Estructura: Formado por dos monómeros, dos cadenas polipeptidicas con una hélice alfa que atraviesa la membrana. Cada cadena tienen sitios de unión a la señal y cada cadena polipeptidica tiene mínimo tres residuos de tirosina. Tiene actividad de tirosincinasa.

¿Cómo funciona?

1. Muchos receptores tirosincinasa tienen la estructura descrita esquemáticamente aquí. Antes de que la molécula señal se una, los receptores existen como polipétidos individuales. Nótese que cada uno tiene sitio de unió para a señal extracelular, una hélice que atraviesa la membrana y una cola intracelular que contiene múltiples tirosinas. 2. La union de una molécula señal (como un factor de crecimiento) determina que dos polipéptidos receptores se asocien estrechamente ente si para formar un damero (dimerización) 3. La dimerización activa la región tirosincinasa de cada polipéptido cada tirosincinasa agrega un fosfato de una molécula de ATP a la tirosina sobre la cola del otro polipéptido. 4. Una vez que la proteina receptora está completamente, es reconocida por las proteínas transmisoras específicas dentro de la célula. Cada una de estas proteínas se una a una tirosina fosforilada específica, para atravesar un cambio estructural resultante que se activa la proteína unida. Cada proteína activada desencadena una vía de transducción, que conduce a una respuesta celular.

- cinasas: Añaden residuos de fosfato a los aminoácidos - fosfatasa: Son capaces de eliminar grupos de fosfato

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RECEPTORES ASOCIADOS A CANALES IÓNICOS

1. Aquí se muestra un receptor asociado a un canal tónico regulado por ligando qu permanece cerrado hasta que un ligando se une a él.

2. Cuando el ligando se abre, iones especificos pueden fluir a través del canal y cambiar rápidamente la concentración de ese ion en particular dentro de la célula. Este cambio puede afectar Directamente la actividad de la célula en cierta forma.

3. Cuando el ligando se disocia de este receptor, la entrada secierra y los iones no entran más a la célula.

TRANSDUCCIÓN

Transmisión del mensaje del ligando al receptor, al interior de la célula.

Es una cascada de interacciones moleculares que transmiten señales desde los receptores hacia las moléculas diana en el interior de la célula.

Se produce por dos mecanismos:

- Fosforilación y defosforilación proteica - A través de la síntesis de segundos mensajeros (moléculas pequeñas e iones)

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La unión de una molécula señal especifica a un receptor en la membrana plasmática desencadena el primer paso en la cadena de interacciones moleculares, la vía de transducción de señales, que conduce a una respuesta particular dentro de la célula.

Las moléculas que transmiten una señal del receptor a la respuesta son en su mayoría proteínas.

• Al igual que la caída de fichas de dominó, el receptor activado por la señal, activa otra proteína, que a su vez activa otra, y así sucesivamente, hasta que se activa la proteína que produce la respuesta.

• En cada paso, la señal se transduce en una forma diferente, por lo general un cambio de forma en una proteína provocado, a veces por una fosforilación. La proteína se va a activar porque se desfosforila.

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Tener en cuenta que en la mayoría de los casos la molécula señal original no pasa físicamente a lo largo de la vía de señalización, ni si quiera entra dentro de la célula. Cuando decimos que la señal es transmitida a lo largo de una vía queremos decir que se pasa cierta información. En cada paso, la señal es transducida a una forma diferente, por lo general un cambio de estructura de la proteína. Muy a menudo el cambio de estructura es ocasionado por la fosforilación.

Las proteínas de señalización que agregan grupo fosfato y actúan como: interruptores moleculares encendiendo

o

apagando actividades , según sea necesario

La actividad de as proteínas se puede regular mediante la agregación o eliminación de grupos fosfatos. Hay dos modos de fosforilar una proteína:

- A traves de ATP, el fosfato es transferido enzimáticamente a través de ATP - A través de GDP, GTP: aquí el fosfato forma parte del nucleótido de guanina, ya sea la guanosina trifosfato o la adenosina difosfato, que se une estrechamente a la proteína. Estas proteínas fijadoras de GTP están en su forma activa con GTP unido, la proteína misma hidroliza luego el GTP a GDP con la liberación del fosfato y cambia a una conformación inactiva, este proceso es reversible

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1. FOSFOLIRACIÓN Y DESFOSFORILACIÓN PROTEICA

Implica la activación previa de los receptores tirosincinasa, el ligando se une a su receptor (tirosincinasa) y se produce la dimerización del receptor, como el receptor tiene activación enzimatica se fosforilan los residuos de tirosina lo que produce la activación completa del receptor. El receptor activado se une a proteínas transmisoras y las activa, ¿cómo se transmite la señal? La señal se transmite mediante una cascada de fosforilaciones proteicas llevadas a cavo por la enzima proteincinasa (enzima que transfiere grupos fosfatos del ATP a las proteínas, tiene una actividad capaz de cambiar los grupos fosfatos) estas fosforilaciones inducen cambios estructurales, cada cambio estructural es el resultado de la interacción de los grupos fosfatos con los aminoácidos de la proteína, en este caso los aminoacddos que se fosforilan son serina y treonina. El agregado de grupos fosfatos cambia una proteína de la forma inactiva a la forma activa. Las desfosforilaciones proteicas se suceden hasta que finalmente se activa la proteína que activa la respuesta celular.

La proteína transmisora una vez activada cataliza la activación de la enzima proteincinasa pasando de su forma inactiva a su forma activa, esta proteincinasa activada cataliza la activación de una segunda proteincinasa mediante el agregado del grupo fosfato del ATP y así sucesivamente hasta que se genera la respuesta celular. Cuando la señal no esté presente (cuando el ligando no este unido al receptor) el proceso debe detenerse o ser reversible para que las proteínas puedan reutilizarse cuando llegue otra señal de activación, de esto se encargan las proteinfosfatasas (son enzimas que pueden eliminar grupos fosfato de las proteínas), al desfosforilarse se inactivan las proteínas y así se desactiva la transducción de señales

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2. SEGUNDOS MENSAJEROS

• No todos los componentes de las vías de transducción son proteínas. Muchas vías de señalización involucran segundos mensajeros.

• Son moléculas pequeñas y solubles en agua que pueden esparcirse con rapidez a través de toda la célula por difusión.

• Los segundos mensajeros participan en vías inducidas tanto por los receptores acoplados a proteína G como por receptores tirosincinasas.

• Los segundos mensajeros más ampliamente utilizados son el AMPcíclico y los iones calcio. Muchas proteínas transmisoras son sensibles a la concentración citosólica de estos segundos mensajeros.

a) AMPcíclico: adenosinmonofosfato cíclico

• Es un nucleótido que funciona como segundo mensajero en varios procesos biológicos. Formada por un monosacarido, una base nitrogenada y un grupo fosfato.

• Es un derivado del adenosín trifosfato (ATP), y se produce mediante la acción de la enzima adenilato ciclasa (membrana celular) a partir del adenosín trifosfato. Cataliza la hidrolisis del ATP que hace que pierda dos grupos de fosfato liberando dos fosfatos dando lugar a una ciclación. Es una molécula activa.

• La descomposición de la AMPc hacia 5 h-AMP es catalizada por la enzima fosfodiesterasa que hidroliza el grupo fosfato rompiendo el ciclo convirtiéndose en adenosinmonofosfato(AMP).

El primer mensajero activa a un receptor asociado a proteína G, la que activa a una proteína G específica. A su vez, la proteína G activa la adenilato ciclasa (proteina transmisora), que cataliza la 13

conversión de ATP en AMPciclico. El AMPciclico activa a otra proteína, generalmente una proteincinasa A. Tenemos una molécula señal que sería el ligando, este receptor puede ser cit, el ligando se une al receptor activando a la proteína G activando a su vez una proteína transmisora (adenilato ciclas a) es la enzima que cataliza la hidrolisis del ATP perdido dos grupos fosfatos convirtiéndose a AMP cíclico, es el que va activar ala proteína cinasa la cual va a desencadenar una cascada de fosforilación proteica cuando finalmente se produce una respuesta celular.

b) Los iones calcio y el inositol trifosfato (IP) EL Ca

+2

puede funcionar como segundo mensajero debido a que su concentración en el citosol

(intracelular) es mucho menor que la concentración fuera de la célula.

¿Cómo se mantiene las concentraciones de Ca

+2

en una célula?

Las bombas de proteínas en la membrana plasmática y la membrana del retículo endoplásmico, accionadas por ATP, bombean el calcio desde el citosol hacia el espacio extracelular y la luz del retículo endoplasmático. Las bombas mitocondriales movilizan el calcio hacia dentro de la mitocondria cuando el nivel de calcio en el citosol aumenta de manera significativa.

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RESPUESTA

La señalización celular conduce a la regulación de las actividades citoplasmaicas o a la transcripción.

Si la respuesta es a nivel citoplasmático va a regular una enzima Si la respuesta es a nivel del núcleo va a regular la síntesis de una broteína

A) Respuesta citoplasmática a una señal: estimulación de la degradación de glucógeno por la epinefrina.

• En este sistema de señalización, la ho...