¡Descarga Comunicación Intercelular: Tipos de Señales y Respuestas en Células Blancas - Prof. Torrob y más Apuntes en PDF de Biología Celular solo en Docsity!
Tema 4 F 0 B 7 Principales moléculas que participan en la señalización celular.
La comunicación entre células esta mediada por moléculas de señal extracelular, algunas operan a larga distancia (endocrinas y nerviosas), otras sólo hacia su vecindad inmediata (paracrinas) o a sí mismas (autocrina). Incluyen péptidos pequeños, proteínas, aminoácidos, nucleótidos, esteroides… F 0 B 7 Tipos de señalización según la distancia entre la célula emisora de la Señal y la célula blanco.
En la señalización autocrina, la señal es de vida corta y actúa sobre la misma célula que la ha emitido. En las señales paracrinas, la molécula no se difunde muy rápidamente por lo que generalmente es captada por las células vecinas, es de vida corta. Las señales entre neuronas actúan a elevadas concentraciones y se unen a su receptor con baja afinidad, lo que les permite soltarse rápidamente y terminar así la señal. El sistema usado por las células endocrinas también tiene su efecto a largas distancias, secretan sus moléculas (hormonas) al torrente circulatorio y así pueden ser conducidas y actuar en cualquier parte del cuerpo. Este sistema es más lento y menos preciso que el de las neuronas y actúa a concentraciones muy bajas ya que se diluye mucho. F 0 B 7 Tipos moleculares que pueden funcionar como moléculas señal.
Las moléculas que actúan como moléculas señal son las hormonas esteroides, tiroideas, cortisol y gases óxido nítrico y monóxido de carbono, éstas son lo suficientemente pequeñas e hidrófobas para atravesar la membrana plasmática de las células blanco.
F 0 B 7 Formas de emitirse la señal por parte de la célula señalizadora. Pueden ser liberadas por exocitosis desde la célula señalizadora, también pueden ser emitidas por difusión a través de la membrana plasmática, estar presentes en la superficie exterior de una célula proporcionando la señal a otras en contacto o partir de una proteína transmembrana y liberarse por corte proteolítico pudiendo actuar en blancos más o menos lejanos. F 0 B 7 Tipos y características de las moléculas señal que activan receptores intracelulares.
Las hormonas esteroides (cortisol, hormonas sexuales esteroides, vitamina D y ecdisoma) que están hechas de colesterol.
- El cortisol participa en el metabolismo de muchos tipos celulares.
- (^) Los esteroides sexuales son responsables de las características sexuales secundarias que difieren a machos y a hembras.
- La vitamina D se sintetiza en la piel por los rayos solares y regula el metabolismo de Ca2+.
- Las hormonas tiroideas aumentan la tasa metabólica de muchos tipos celulares.
- Los retinoides son mediadores locales en el desarrollo de vertebrados. F 0 B 7 Proceso de relajación de las células de músculo liso mediado por oxido Nítrico (NO).
El NO actúa localmente porque tiene una vida muy corta, y participa en la relajación del musculo liso, entre otras señales en animales. Primero se activa una terminación nerviosa que produce acetilcolina, esto activa el NO sintasa y con la arginina se produce una rápida difusión a través de las membranas. El NO se une obligado al guanilato ciclasa y se produce una relajación de las células del musculo liso rápidamente. F 0 B 7 Señalización mediada por uniones intercelulares gap.
Son canales estrechos llenos de agua que conectan los citoplasmas de células epiteliales adyacentes. Permiten el intercambio de iones y pequeñas moléculas solubles en agua. Es la forma de comunicación más íntima ya que los citoplasmas se continúan. Suele ser bidireccional, con lo que se homogenizan las condiciones de las células así comunicadas. F 0 B 7 ¿De qué depende el tipo de respuesta de la célula blanco ante una señal o Combinación de señales?
Dependen:
- De la señal que recibe.
- De las características de la célula blanco (es decir, de los receptores que expresa cada una y de la maquinaria intracelular con la que integra e interpreta las señales que recibe). F 0 B 7 Si varias células reciben la misma señal ¿responderán necesariamente igual a la misma?
No porque no todas las células blanco responden igual a la misma molécula señal, aunque tengan el mismo receptor para esa señal. F 0 B 7 ¿Qué es un morfógeno y cómo responden las células a él?
Otros están unidos al ADN incluso en ausencia de ligando. En ambos casos, los receptores inactivos están unidos a complejos proteicos inhibidores. La unión del ligando altera la conformación del receptor, haciendo que se libere el complejo inhibidor. Esto produce que el receptor se una a proteínas coactivadoras. En otros casos, la activación del receptor inhibe la transcripción; el receptor sólo, activa la transcripción, y unido a su ligando es un represor génico. F 0 B 7 ¿Cuáles son los tipos principales de receptores celulares superficiales y en qué se diferencian?
Los receptores de la superficie celular pertenecen a:
- Receptores acoplados a canales iónicos: están implicados en señales sinápticas rápidas en células eléctricamente excitables, y son activados por neurotransmisores.
- Receptores acoplados a proteína G: actúan regulando la actividad de una proteína blanco, unida a la membrana plasmática, que suele ser una enzima o canal iónico. La interacción entre la proteína y el receptor se hace a través de una proteína trimérica de unión a GTP que se llama proteína G.
- Receptores acoplados a enzimas: funcionan o como enzimas o asociados directamente con enzimas que ellos activan. Son proteínas quinasas o están asociados a ellas, y cuando están activados fosforilan a una serie de proteínas especificas de la célula blanco. F 0 B 7 Moléculas señal intracelulares, tipos y funcionamiento.
Son una combinación de moléculas de señal intracelulares que trasmite las señales recibidas en la superficie celular al interior celular. La cadena resultante afecta a proteínas efectoras que son responsables de modificar el comportamiento de la célula. Las moléculas señal intracelulares pequeñas son los segundos mensajeros. F 0 B 7 ¿A qué se llama segundos mensajeros? Menciona cuatro. Son moléculas señal intracelulares pequeñas generadas en respuesta a la activación del receptor y se difunden extendiendo la señal a otras partes. Pueden ser soluble y se difunden en el citosol, o solubles en lípidos y se difunden en la membrana plasmática. AMPc, Ca2+, diacilglicerol, F 0 B 7 ¿A qué se llama interruptores moleculares? ¿Cómo funcionan?
Son proteínas señal intracelulares. Cuando reciben la señal cambian de una conformación inactiva a una activa, hasta que otro proceso las vuelve a
apagar. Hay dos tipos de interruptores moleculares: proteínas activadas por fosforilacion y las activadas por unión GTP F 0 B 7 ¿Cómo se encienden y apagan los interruptores moleculares que se activan por fosforilación? ¿y los que se activan por unión a GTP?
Por fosforilación, el interruptor es encendido por una proteín quinasa, que añade uno o más grupos fosfato a la proteína, y es apagado por una fosfatasa que quita los grupos fosfato. Por unión a GTP, cambian de un estado encendido, cuando tienen unido GTP, a un estado apagado, cuando tienen unido un GDP. Además en un estado encendido tienen actividad GTPasa y se apagan a sí mismas hidrolizando el GTP unido a ellas. F 0 B 7 ¿Qué son complejos señal intracelulares y para qué sirven?
Están formados por proteínas andamio que juntan grupos de proteínas de señal interactuantes. Sirven para elaborar respuestas específicas a muchas combinaciones de señales extracelulares que pueden llegar en algunos casos. F 0 B 7 ¿Qué son dominios moleculares de interacción? Di para que sirven y tipos.
Se encuentran en muchas proteínas señal intracelulares y son módulos proteicos compactos que se unen a un motivo estructural concreto de otra proteína o lípido con el que la señal interactúa. Hay varios tipos de dominios:
- Dominios SH2.
- Dominios PTB, de unión a fotirosina.
- Dominios SH3, que se unen a secuencias de aminoácidos cortas ricas en prolina.
- Dominios PH, se pueden unir a fosfoinositidos. F 0 B 7 ¿Cómo se puede desensibilizar una célula ante un exceso de señal en Cantidad o tiempo?
El caso de que la célula blanco esté expuesta a un exceso de señal, tanto en cantidad como en duración, se da cuando la retroalimentación es negativa, opera con un retraso corto que produce la adaptación o desensibilizacion. Al principio se produce una respuesta fuerte pero decae rápidamente aunque el estimulo persista. F 0 B 7 Explica como son los receptores acoplados a proteínas G y las proteínas G y cómo funcionan.
F 0 B 7 Explica brevemente la función y el funcionamiento del Ca2+ como segundo mensajero.
La mayoría de señales desencadenan un aumento de Ca2+ citosolico. Para que funcione como señal, el Ca2+ tiene que estar en el citosol a concentraciones muy bajas y aumentar 10 o 20 veces en respuesta a la señal.las señales abren canales iónicos, entra el Ca2+ al citosol a favor de gradiente, los canales que se abren en el retículo endoplasmatico son recptores IP3 o canales rianodina, su función se amplifica por el Ca2+ y se inactivan cuando las concentraciones de este son muy elevados. Los niveles de CA2+ se mantienen bajos gracias a las bombas de Ca2+ y antiportadores Na+/Ca2+. F 0 B 7 Características y funcionamiento de los receptores tirosina quinasa. ¿Qué tipo de ligandos los activan y qué respuestas desencadenan?
Los receptores tirosina quinasa fosforilan tirosinas en sí mismos y en un pequeño grupo de proteínas señal intracelulares. Muchos factores de crecimiento actúan a través de estos receptores, y también los utilizan proteínas señal extracelulares unidas a la superficie celular como las efrinas. La unión del ligando desencadena la autofosforilación y la fosforilación de proteínas señal intracelulares que se unirán a las tirosinas fosforiladas del receptor. La fosforilacion cruzada de estos receptores contribuye a la activación del receptor de dos maneras:
- La fosforilacion de tirosinas en el dominio quinasa del receptor aumenta la actividad quinasa de la enzima.
- La fosforilacion de tirosinas fuera del dominio quinasa produce sitios de anclaje de alta afinidad para se unan proteínas señal intracelulares. F 0 B 7 Ruta receptor TK-Ras-módulo MAP-quinasa para activar la transcripción del gen c-fos.
Las Ras son proteínas señal intracelulares en la ruta de estos receptores, son una gran familia de varias familias de GTPasas monomericas de las que solo las familias RAS y RHO transmiten señales de receptores superficiales. Contiene uno o más grupos lipidicos que ayudan a anclar la proteína a la cara citoplasmica de la membrana, funciona como un interruptor molecular. Los receptores TK activan RAS activando Ras-GEF o inhibiendo Ras-GAP. Ras esta implicada en señales al nucleo de estimulo de la proliferación celular y la diferenciación. La fosforilacion de la tirosina y la activación de Ras, son de vida corta, deben convertirse en otras de mayor duración que puedan sostener la señal y transmitirla al nucleo. Para ello se utiliza el modulo MAP quinasa, sistema de tres proteínas que actúan en serie. F 0 B 7 Explica la ruta de las JAK-STATs que se desencadena por receptores activados por citoquinas.
Los receptores de citoquinas están asociados a tirosin quinasas. Inducen la proliferación y la diferenciación celular, quimiotaxis y secreción láctea. Se asocian con tirosin quinasas citoplasmicas Janus( JAKs). Estas se fosforilan mutuamente y al receptor, se crean sitios de anclaje para las proteínas STATs, que están en el citosol y son reguladoras de genes latentes. Las STATs se anclan al receptor y se activan, por su dominio SH se unen a otra molécula de STAT y se forma un homo o heterodrimero que se transloca al nucleo, allí las STATs con otras proteínas reguladoras se unen a un elemento regulador de ADN y estimulan su transcripción.. activan genes que codifican proteínas inhibidoras, que apagan la respuesta. F 0 B 7 Ruta de los receptores serin/treonin quinasa Smads ¿qué ligandos la activan?
Estos receptores son enzimáticos y sus ligandos son de la familia del factor de crecimiento transformante β (TGF β). Regulan funciones celulares en desarrollo. Hay dos tipos de estos receptores ( tipo I y tipo II ). Cada miembro de la superfamilia TGF β se une a una combinación característica de dimeros receptores de tipo I y II, juntando los dominios quinasa de modo que el receptor tipo II puede fosforilar y activar al receptor tipo I. El receptor TGFβ 1/activina activado se une y fosforila a proteínas reguladoras de genes latentes de la familia Smad: Smad2 y Smad3. El receptor BMP activado fosforila a Smad1, Smad5 o Smad8. Cuando una de estas Smad (RSmads) es fosforilada, se disocia del receptor y se une a Smad4 que puede formar un complejo con cualquiera de las R- Smad. Este complejo se transloca al núcleo donde se asocia con otras proteínas reguladoras de genes y regula la transcripción de genes blanco
reposo. Esto lleva a resintetizar la proteína IκB que se une a NFκB y lo inactiva produciéndose una retroalimentación negativa.
Tema 5
F 0 B 7 Funciones del citoesqueleto.
- separa los cromosomas en la mitosis (huso mitótico)
- escinde en dos a la célula en división (anillo de partición)
- dirige y conduce el tráfico intracelular de los orgánulos transportando materiales
- sostiene a la membrana plasmática
- proporciona las uniones mecánicas que permiten a las células soportar tensión y presión sin romperse, según cambia el ambiente
- permite nadar a los espermatozoides y arrastrarse a los fibroblastos
- proporciona a las células musculares la maquinaria para la contracción y a la neurona para extender su axón y dendritas
- controla la gran diversidad de formas de las células eucarióticas
- guía el crecimiento de la pared vegetal.
F 0 B 7 Componentes proteicos del citoesqueleto.
Existen cientos de proteínas accesorias que regulan su distribución espacial y su comportamiento dinámico. Incluyen a las proteínas motoras, notables máquinas moleculares que convierten la energía de la hidrólisis de ATP en fuerza mecánica.
F 0 B 7 Características generales del citoesqueleto.
Los sistemas citoesqueléticos son dinámicos y adaptables. Pueden durar menos de un minuto o persistir toda la vida de la célula. Sus componentes macromoleculares individuales están en estado constante de flujo. Estas características permiten a las células eucarióticas construir una gran cantidad de estructuras a partir de 3 filamentos básicos: microtubulos, fliamentos de actina y filamentos intermedios.
F 0 B 7 Subunidades de filamentos de actina, microtúbulos y FIs.
Las subunidades de los filamentos de actina (actina) y las de los microtúbulos (tubulina) son globulares y compactas. Las subunidades de los FIs son alargadas y fibrosas. Estos tres tipos de subunidades se ensamblan entre sí formando hélices, mediante contactos proteicos extremo-extremo y lado-lado. Las subunidades de actina, están formadas por una única cadena polipeptídica globular, por
lo que es un monómero y tiene un sitio de unión para ATP o ADP. Son enzimas y catalizan la hidrólisis del ATP unido. Está en todas las células eucarióticas y en vertebrados hay 3 isoformas de actina sutilmente diferentes: α,β y γ. Las subunidades de tubulina, son heterodímeros formados por dos proteínas muy semejantes, llamadas tubulina-α y β. Cada monómero tiene un sitio de unión a una molécula de GTP. Las subunidades de los microtúbulos son enzimas porque pueden catalizar la hidrólisis de GTP. La tubulina aparece en todas las células eucarióticas y existe en múltiples isoformas. Las subunidades de los filamentos intermedios, tienen un dominio central alargado α-hélice central y dos dominios globulares N- y C- terminales. El dominio en α-hélice forma un sobreenrollamiento (una superhélice) en paralelo con otro monómero formando dímeros. Un par de dímeros paralelos se asocia de forma antiparalela, para dar lugar a un tetrámero escalonado (protofilamento). Las proteínas de los filamentos intermedios no están conservadas.
F 0 B 7 Ensamblaje de los filamentos de actina.
Las subunidades de actina se ensamblan entre sí, cabeza con cola. Generan filamentos con polaridad estructural. El filamento puede tener los 2 extremos distintos: uno con ATP unido (forma T) y el otro con ADP unido (forma D). Cuanto más tiempo estén las subunidades formando el filamento, más probable es que sea hidrolizado su ATP. El monómero de actina pasa de forma T a forma D. El que la subunidad del extremo de un filamento esté en la forma T o en la D depende de las tasas de hidrólisis y adición de subunidades. El extremo
- en la conformación T tiende al ensamblaje y el - en la conformación D tiende al desensamblaje.
F 0 B 7 Recambio rotacional de los filamentos de actina.
A una concentración intermedia de subunidades libres, el filamento añade subunidades en el extremo + y simultáneamente, pierde subunidades en el extremo - Esto conduce a la propiedad del treadmilling (recambio rotacional). El crecimiento en el extremo + balancea El acortamiento en el extremo –. Las subunidades ciclan rápidamente entre el estado libre y el filamentoso. La longitud total del filamento permanece constante.
F 0 B 7 Nucleación de filamentos de actina.
El cambio repentino entre un estado de crecimiento y de acortamiento a una concentración de subunidades libres uniforme, se llama inestabilidad dinámica. El cambio rápido de crecimiento a acortamiento se llama catástrofe y el cambio de acortamiento a crecimiento, rescate. La diferencia estructural entre un extremo en forma T y uno en forma D es notable. Las subunidades de tubulina, con GTP unido al monómero β, producen protofilamentos rectos que contactan entre sí. F 0 B 7 ¿Qué es el complejo^ γ-TurC y cómo funciona?
En la nucleación de microtúbulos está implicado un complejo proteico llamado γ- TuRC. Este complejo está formado por varias proteínas y, entre ellas, la tubulina-γ. Está implicado en la nucleación de microtúbulos en un amplio rango de organismos, desde levaduras a humanos. Se encuentra generalmente dentro de una estructura llamada MTOC (centro organizador de microtúbulos).Los complejos de tubulina-γ ( γ-TuRC ) tienen forma de anillo. Hay 2 proteínas conservadas que se unen a la tubulina-γ directamente. Además hay varias otras proteínas que ayudan a formar el anillo de moléculas de tubulina-γ. Este anillo se puede ver en el extremo – de los microtúbulos nucleados por el complejo, por lo que se cree que sirve como molde para crear los microtúbulos de 13 protofilamentos. F 0 B 7 ¿Qué es un centrosoma y cuál es su composición?
La mayoría de las células animales tienen un único MTOC bien definido llamado centrosoma que se ubica cerca del núcleo. Desde este punto focal emanan los microtúbulos citoplásmicos con una conformación astral. Estos microtúbulos están continuamente creciendo y acortándose por inestabilidad dinámica, sondeando todo el volumen tridimensional de la célula. Un centrosoma está compuesto por:
- matriz fibrosa centrosomal
- más de 50 copias de γ-TuRC y
- otras proteínas más, la mayoría de las cuales no se conoce todavía
- en muchas células, centriolos. F 0 B 7 Características de los FIs que les diferencias de microtúbulos y de filamentos de actina.
Los microtubulos están compuestos de subunidades de la proteína tubulina, estas subunidades se llaman alfa y beta, también forman las fibras del huso para separar los cromosomas durante la mitosis. Cuando se disponen en forma geométrica dentro de flagelos y cilias, son usados para la movilidad.
Los filamentos proveen fuerza de tensión a la célula. Los microfilamentos son finas fibras de proteínas que están compuestos predominantemente de un tipo de proteína contráctil llamada actina, la cual es la proteína celular más abundante. La asociación de los microfilamentos con la proteína miosina es la responsable por la contracción muscular. Los microfilamentos también pueden llevar a cabo movimientos celulares, incluyendo desplazamiento, contracción y citocinesis.
F 0 B 7 Funciones y características de la timosina y de la profilina.
Ambos son monómeros de actina. Timosina: es la más abundante
**- bloquea los monómeros de actina cuando se une a ellos
- impide su unión a filamentos y la hidrólisis de su ATP Profilina:
- permite que los monómeros queden libres para unirse a filamentos
- se une a la parte del monómero de actina opuesta a la hendidura que contiene el ATP
- bloquea el lado por el que el monómero se une al extremo – del filamento y
- deja libre el lado por el que se une al extremo + El complejo profilina-monómero de actina queda listo para unirse al extremo + de un filamento. Cuando se añade al filamento, el monómero cambia de conformación y libera a la profilina. La profilina se activa por señales intra y extracelulares.**
F 0 B 7 Proteínas que cortan filamentos citoesqueléticos y cómo funcionan.
El corte de filamentos cambia las propiedades mecánicas y físicas del citoplasma. Los nuevos extremos de los filamentos cortados pueden unir subunidades y alargarse, se generarán muchos filamentos nuevos y el corte de un filamento viejo puede provocar su despolimerización Corte de filamentos de actina: Se lleva a cabo, en su mayor parte, por la superfamilia de proteínas gelsolina:
- requiere altos niveles de Ca2+ citosólico
- se une al costado de un filamento de actina
- cuando ocurre una fluctuación termal se crea una hendidura entre las subunidades del protofilamento.
- entonces la gelsolina mete un subdominio enla hendidura y rompe el filamento. Corte de microtúbulos: La catanina:
- corta los 13 protofilamentos de un microtúbulo
Hay muchas proteínas motoras diferentes que difieren en:
- el tipo de filamento al que se unen (actina o microtúbulos)
- la dirección en la que se mueven a lo largo del filamento y
- la carga que llevan.
F 0 B 7 Funcionamiento básico de una proteína motora.
Son proteínas que se asocian al citoesqueleto. Se unen a un filamento citoesquelético polarizado, y usan la energía derivada de ciclos repetidos de hidrólisis de ATP, para moverse regularmente a lo largo de él.
F 0 B 7 Funciones de las proteínas motoras.
Sus funciones son:
- mover orgánulos membrananosos a su ubicación adecuada dentro de las células
- hacer que los filamentos del citoesqueleto ejerzan tensión o resbalen uno respecto a otro, generando procesos como la contracción muscular, el batido ciliar y la división celular
F 0 B 7 ¿Cómo se regulan las proteínas motoras?
La actividad de la miosina también se regula por fosforilación. Esta fosforilación puede ocurrir en las cadenas pesadas y/o en las ligeras. Esto afecta a su actividad motora y a la formación del filamento grueso. En el caso de las células musculares la miosina-II cuando está inactiva está plegada. La fosforilación de la cadena reguladora (cadena ligera) hace que la miosina-II asuma el estado extendido. Entonces, puede formar filamentos bipolares
F 0 B 7 Describe todos los procesos implicados en la contracción muscular
La fuerza que genera la interacción molecular entre los filamentos gruesos de miosina y los finos de actina, tiene lugar cuando pasa una señal desde un nervio motor a su músculo esquelético. Entonces:
- la señal del nervio desencadena un potencial de acción en la membrana plasmática de la célula muscular
- la señal eléctrica se transmite rápidamente a toda la célula a través de una serie de pliegues membranosos, los túbulos transversales o túbulos T, que rodean a cada miofibrilla
- este potencial de acción abre canales de Ca2+ en la membrana del túbulo T, y se produce una pequeña entrada de Ca2+ al citosol de la célula muscular
- este Ca2+ atraviesa un pequeño espacio de citoplasma hasta la membrana del retículo sarcoplásmico
- en ella desencadena la apertura de canales de liberación de Ca2+ del retículo sarcoplásmico.
- sale gran cantidad de Ca2+ al citosol
- este flujo de Ca2+ inicia entonces la contracción de cada miofibrilla; todas las miofibrillas de la célula se contraen a la vez
- cuando la célula está en reposo, la proteína tropomiosina está situada a lo largo del filamento de actina impidiendo que se le unan las cabezas de miosina del filamento grueso
- esta posición de la tropomiosina se debe a la troponina (cadenas T, I y C); la troponina I se une a actina y a Fig 16-78A y B de Alberts, 08 troponina T y, este complejo saca a la tropo miosina de su surco
- cuando aumenta el Ca2+, la troponina C se une a 4 moléculas de Ca2+; la troponina I libera la sujeción de la actina.
- esto permite a las moléculas de tropomiosina encajarse a lo largo del surco de la hélice de actina
- así las cabezas de la miosina II de los filamentos gruesos bipolares pueden caminar sobre los 2 juegos de filamentos de actina de orientaciones opuestas
- los filamentos de actina se deslizan sobre los de miosina y
- el sarcómero se acorta a lo largo del filamento de actina El sarcómero se contrae sin que ninguno de los filamentos cambie su longitud. El aumento de la concentración de Ca2+ en el citosol debe ser transitorio. Para ello es bombeado rápidamente de vuelta al retículo sarcoplásmico mediante una bomba de Ca2+ muy abundante, dependiente de ATP que hay en su membrana. Como consecuencia, las células se relajan
