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Comunicación y señalización
celular
Fisiología
¿Qué intenta explicar la fisiología?
La fisiología pretende explicar los factores físicos y químicos responsables del origen, el desarrollo y progresión de la vida. Estudia la interacción de alrededor de 100 billones de células de diferentes morfologías y funciones con un único fin: el mantenimiento de las condiciones estáticas o constantes en el medio interno, es decir, nuestro cuerpo. Estas condiciones homeostáticas son sinónimo de condiciones saludables. Cualquier desequilibrio en ese medio interno da lugar a una descompensación que, si no se repara, puede ocasionar una enfermedad.
Ejemplos de procesos fisiológicos
Hipótesis de homotoxicología : Considera a la enfermedad como el resultado de un proceso de intoxicación progresiva del organismo y emplea medicamentos homeopáticos combinados para favorecer la desintoxicación. El proceso de homotoxicología se resume en tres fases: desintoxicación y drenaje, inmunomodulación y activación celular.
Síndrome metabólico : La resistencia a la insulina provoca un síndrome metabólico caracterizado por obesidad, insulino-resistencia, hipertensión y metabolismo lipídico alterado.
Homeostasis y Allostasis
La homeostasis es la regulación del cuerpo para mantener unas condiciones constantes, mientras que la allostasis es la regulación del cuerpo para mantener unas condiciones constantes, pero adaptada al medioambiente, ya sea para sobrevivir en ese momento o por condiciones no-normales.
Sistemas de regulación del cuerpo
Retroalimentación negativa : Es un tipo de realimentación en el cual el sistema responde en una dirección opuesta a la señal, con el fin de estabilizar la salida y mantenerla en condiciones constantes.
Retroalimentación positiva : Normalmente está dentro de la retroalimentación negativa. Produce una serie de eventos que aumentan más el trastorno, para llegar a la homeostasis. Ejemplos: coagulación, contracciones durante el parto, inflamación.
Composición de la membrana celular
La membrana celular está constituida por:
Lípidos (mayoritariamente fosfolípidos, cardiolipinas, esfingomielina, etc.) Proteínas (enzimas y proteínas transportadoras) Carbohidratos (glucocálix celular, selectinas, etc.) Cargas negativas de los fosfolípidos que repelen sustancias negativas Formas de anclaje con otras células (cadherinas, integrinas, selectinas) Receptores de sustancias (como la insulina) Reacciones inmunitarias (como la mucina en la saliva)
Transporte de iones y moléculas
La célula mantiene condiciones idóneas de solutos a pesar de las distintas concentraciones y variadas, gracias a:
La bicapa lipídica, que permite separar los medios con distintas concentraciones. Los transportadores (generalmente proteínas), que permiten el paso de sustancias a través de la bicapa lipídica cuando estas no pueden atravesarla por osmosis.
Los transportadores permiten el cambio de voltaje (potencial de membrana) y, por tanto, la entrada y salida de sodio u otras sustancias de la célula, lo cual es necesario para mantener la homeostasis.
Tipos de transporte
Transporte pasivo : Difusión a favor del gradiente de concentración. Transporte activo : Requiere energía para ir en contra del gradiente de concentración.
Difusión simple a través de la bicapa lipídica
Generalmente, las sustancias liposolubles (de mayor concentración a menor concentración) pueden atravesar fácilmente la bicapa, ya que no se ven repelidas por esta. Ejemplos: gases, alcoholes, sustancias lipofóbicas, agua, urea, glucosa, iones.
Difusión simple por movimiento browniano
Dentro de la célula, las moléculas van chocando unas con otras debido al movimiento browniano, hasta que cambian de concentración, pero la cantidad total se mantiene.
Coeficiente de difusión
Área superficial de la membrana : Cuanta mayor superficie de membrana, mayor difusión. Temperatura : A mayor temperatura, mayor difusión. Gradiente de concentración : Cuanta mayor diferencia de gradiente, mayor difusión. Tamaño de las partículas : Mientras más grandes sean las partículas, más difícil será su difusión. Estado de la sustancia : Sólido: Difícil difusión Líquido: Difusión rápida Gas: Difusión muy rápida
Transporte Mediado por Vesículas
Endocitosis
Introducción de sustancias al medio intracelular. Puede ser por Pinocitosis o Fagocitosis.
Exocitosis
Proceso de transporte activo por el cual las células expulsan macromoléculas de su citoplasma, transportándolas mediante vesículas hacia el medio externo y liberándolas mediante la deformación temporal de la membrana plasmática.
Transcitosis
Proceso similar a la endocitosis, donde la sustancia endocitada atraviesa la célula.
Equilibrio Iónico y Potencial de Membrana
Composición del Líquido Extracelular e Intracelular
Potencial de Membrana en Reposo
Diferencia de voltaje entre el exterior y el interior de la célula. Varía entre células, por ejemplo, en algunas neuronas es de -90 mV ( veces más negativo en el interior de la célula que el líquido extracelular).
Mantenimiento del Potencial de Membrana en Reposo
Actividad de la bomba Na-K Canales de fuga de Na/K Aniones indifusibles
Actividad de la Bomba Sodio/Potasio
Entran 2 iones de potasio y salen 3 iones de sodio al medio extracelular. Produce un déficit de iones positivos al interior, lo que genera una carga más negativa en el citosol y una mayor carga positiva en el medio extracelular.
Gradientes de Concentración
Na exterior: 142 mEq/L Na interior: 14 mEq/L K exterior: 4 mEq/L K interior: 140 mEq/L
Fases del Potencial de Acción
Reposo o umbral: Potencial de membrana de -90 mV a -56 mV. Despolarización: Apertura de canales de Na, pérdida de carga o polaridad. Repolarización: Cierre de canales de Na y apertura de canales de K.
Periodo Refractario
Absoluto: Durante este momento, no se puede transmitir otra señal. Relativo: Se puede despolarizar, pero dependerá de que el receptor no esté alterado iónicamente.
Canales que Intervienen en el Potencial de Acción
Canales de sodio con abertura de voltaje (despolarización) Canales de potasio con abertura de voltaje (repolarización) Bomba de Sodio y Potasio (periodo refractario relativo) Canales de escape de sodio y potasio
Iniciación del Potencial de Membrana
Abertura mecánica: Modificación de la estructura de la membrana. Químicos: Uso de neurotransmisores para la apertura o cierre de canales. Electricidad: Despolarización transmitida por potencial de acción.
Diferencias en Potenciales de Membrana
Activación de canales de sodio (rápido) Activación de canales de calcio (lento)
Conducción a Saltos
Presencia de vainas de mielina en las fibras nerviosas, que impiden que el potencial de membrana se escape y permiten la propagación a saltos.
MOLÉCULAS DE SEÑALIZACIÓN CELULAR
Normalmente, suelen ser proteínas y péptidos. Estas sustancias son las encargadas de transmitir la señal, y pueden ser:
Proteínas Péptidos Aminoácidos Nucleótidos Esteroides Retinoides (derivados de síntesis de la vitamina A natural o retinol) Derivados de ácidos grasos Gases disueltos
Existen diferencias en cuanto a solubilidad: Tanto las moléculas solubles como las insolubles, tienen receptores de membrana, aunque las hidrosolubles normalmente su acción será sobre el citoplasma (neurotransmisores), y las liposolubles (neuropéptidos), tendrán su receptor en el núcleo. Generalmente encontramos los señalizadores en baja cantidad, y tienen una alta o gran afinidad por su receptor.
FORMAS DE SEÑALIZACIÓN INTERCELULAR (Entre el
espacio extracelular)
Contacto dependiente Paracrina (afecta a células vecinas) Autocrina (la propia célula se ve afectada o capta otra vez sus neurotransmisores) Endocrina (hormonas a la sangre para llegar a células lejanas) Sinapsis (comunicación con otra célula con neurotransmisores o de forma eléctrica)
DIFERENCIAS Y ESPECIFICIDAD DE SEÑALES
ENDOCRINAS Y SINÁPTICAS
Endocrina: - Especificidad en los receptores.
Sinapsis: - Especificación por contactos sinápticos. Distancia recorrida por el neurotransmisor (100 nm)
La señal sináptica, es más importante que la endocrina.
LA SEÑALIZACIÓN AUTOCRINA PUEDE COORDINAR
DECISIONES POR GRUPOS DE CÉLULAS IDÉNTICAS
En algunos casos las señales autocrinas pueden ser captadas por células del mismo tipo, incluso a la misma célula. La paracrina, afecta a células vecinas, pero no tiene porque, que sean del mismo tipo que ella. Ejemplo: diferenciación durante el desarrollo, inflamación, etc. La señalización autocrina juega un papel crítico en la activación de cáncer y también en el suministro de señales de un crecimiento autosostenido a los tumores. La
interleucina 6 es una citoquina importante para la respuesta inmune, la supervivencia celular, la apoptosis y la proliferación. Varios estudios han descrito la importancia de la señalización autocrina de IL-6 en los cánceres de pulmón y de mama. Cada célula, está programada para dar una respuesta a combinaciones específicas de señales. Si una célula, no recibe ninguna señal, intuye que no está en el sitio adecuado, y por lo tanto se autoelimina con la apoptosis.
CÉLULAS DIFERENTES PUEDEN RESPONDER DE FORMA
DIFERENTE A LA MISMA SEÑAL EXTRACELULAR
La diferencia puede radicar en: - Diferencias en tipos de receptores - Diferentes formas de integrar e interpretar señales.
Diferencias en tipos de receptores: Acetilcolina en el tejido muscular y en el tejido muscular del corazón. En el tejido muscular, los receptores de acetilcolina son canales iónicos, mientras que en el corazón, los receptores de acetilcolina están asociados a proteínas G. Entonces, en la célula muscular, se produce una disminución de la contracción ya que hay vasodilatación, y en el corazón un aumento de la contracción muscular.
Diferentes formas de integrar e interpretar la señal: Insulina en tejido muscular, tejido adiposo, páncreas endocrino. En el tejido muscular, provocará la entrada de glucosa, en el tejido adiposo, provocará la entrada de grasa, y en el páncreas endocrino, actuará como señalizador para saber cuánta insulina o glucagón se debe de segregar).
ALGUNAS MOLÉCULAS SEÑALIZADORAS SE UNEN A
RECEPTORES EN EL NÚCLEO Y DIRECTAMENTE
REGULAN LA TRASCRIPCIÓN GÉNICA
Los receptores nucleares activados, se unen al ADN para activar la transcripción de genes específicos. Esto sucede porque por ejemplo, ese receptor nuclear activado, puede provocar que en el ADN se descondense, dando lugar a la lectura de nuevos genes. Además puede existir diferencia en cuanto a solubilidad;
Hidrosolubles: Se degradan rápidamente, duración segundos-minutos Liposolubles: Se degradan lentamente, duración horas-días
Las moléculas liposolubles, se difunden a través de la membrana plasmática e interaccionan con sus receptores en el citosol o núcleo celular, afectando principalmente a la transcripción de genes específicos. (Neuropéptidos) A esta clase pertenecen las hormonas esteroideas (cortisol, progesterona, estradiol, y testosterona), ácido retinoico y tiroxina. Una vez sintetizados, mediante una vesícula y transporte anterógrado, se irán hacia el botón sináptico.
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Normalmente, las moléculas señalizadoras hidrosolubles actúan a nivel de estos receptores de membrana, ya que no pueden difundirse a través de ella.
Mediadores intracelulares o segundos mensajeros
La mayoría de los receptores de membrana transmiten las señales a través de una red de proteínas y otras moléculas señalizadoras (mediadores intracelulares o segundos mensajeros) en el citosol.
Algunos ejemplos de segundos mensajeros son:
AMPc (AMP cíclico) Ca+ Diacilglicerol (diacilglicerol + Inositoltrifosfato = Fosfatidilinositolbifosfato)
Clasificación de los segundos mensajeros
Relevo: Pasan la señal, en forma de cascada. Adaptadoras: Unen señales sin modificarlas. Amplificadores: Normalmente enzimas, aumentan la señal que reciben (cascadas de señalización). Amplificadoras y transductoras: Con una señal, la amplifican y la convierten en otra. Bifurcadoras: Dividen la señal en 2. Integradoras: Son proteínas que integran varias señales para activarse.
Activación y desactivación de moléculas por fosforilación y
desfosforilación
La activación de moléculas suele deberse a la adición de fosfatos (fosforilación), mientras que la desactivación se produce por la eliminación de estos (desfosforilación).
No siempre que hay una fosforilación se produce una activación, pero en el 80% de los casos sí. La fosforilación es realizada por proteínas kinasas, que utilizan ATP, mientras que la desfosforilación es llevada a cabo por proteínas fosfatasas.
Complejidad de las cascadas de señalización
Los complejos de señales intracelulares aumentan la velocidad, eficiencia y especificidad de la respuesta celular.
Existen diferentes curvas que representan la velocidad de la respuesta a una señal:
Curva verde (1): Rápida Curva azul (2): Más lenta Curva roja (8): Muy lenta
Curva negra (16): Necesita todas las cascadas de reacción para activarse
Mecanismos que explican el incremento gradual de la
respuesta
Dos posibles mecanismos:
Necesidad de varios efectores intracelulares para inducir la señal. Activación de enzimas con una alta tasa de actividad.
Ajuste de la sensibilidad celular a una señal
Las células pueden ajustar su sensibilidad a una señal mediante el principio homeostático de retroalimentación negativa. Esto les permite mantener su estado normal dentro de un rango de valores considerados normales.
La desensibilización puede darse por:
Internalización del receptor (secuestro) Destrucción del receptor Inactivación del receptor Inactivación de proteína intracelular señalizadora Producción de proteínas inhibitorias que inhiben el segundo mensajero
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