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TEMA 3 : LA SEÑALIZACIÓN CELULAR
Una célula diana (receptora) es aquella célula en la que una hormona se une a un receptor. Es decir, dicha célula tiene unos receptores específicos donde las hormonas pueden unirse y ejercer su efecto. Una célula emisora secreta un ligando (es una molécula que envía una señal al unirse al centro activo de una proteína). Comunicación celular. En los organismos pluricelulares, las células necesitan comunicarse entre sí para poder regular su desarrollo y su organización tisular. Los organismos pluricelulares están expuestos a centenares de señales diferentes de su entorno. Las células animales se comunican de 3 maneras: a) Señalización remota por moléculas segregadas por células señal. Endocrina La célula emisora es una célula secretora capaz de sintetizar hormonas y liberarlas a la sangre, desde dónde se distribuirán a todo el organismo. Las hormonas son almacenadas en vesículas secretoras hasta que la célula recibe la orden de secretarlas; esta orden puede venir dada en forma de impulso nervioso o por otros mecanismos. Ej; hormonas, insulina y glucagón. b) Señalización por contacto, a través de moléculas unidas a la membrana plasmática. Paracrina La célula emisora y las celular receptoras se encuentran al lado. La señal queda atrapada en la matriz extracelular y rápidamente es reconocida por los receptores de la célula diana o degradada por enzimas presentes en la matriz. Ej; factores de crecimiento, EGF.
c) Señalización por contacto vía uniones GAP. Autocrina La célula libera una señal química que se enlaza a un receptor de su propia membrana. Es decir, que la célula emisora también presentan receptores en su superficie que reconocen a la molécula secretada. d) Señalización química. Sinapsis neuronal Es muy rápida, dura poco, es más lenta y sus efectos perduran en el tiempo. Este proceso lo llevan a cabo las neuronas, capaces de emitir largas prolongaciones de su membrana plasmática (dendritas y axón) y ponerse en contacto con otras células mediante la sinapsis neuronal. Cuando el impulso nervioso (señal eléctrica) llega al terminal presináptico provoca la liberación de neurotransmisores (señal química) en la hendidura sináptica y estos alcanzan a la célula diana (célula postsináptica) en cuestión de nanosegundos. A diferencia de las hormonas y otras señales químicas, los neurotransmisores tienen muy baja afinidad por su receptor. La célula diana puede ser otra neurona que va a transmitir un nuevo impulso nervioso en respuesta a la llegada del neurotransmisor, una célula muscular o una célula secretora. De esta forma el sistema nervioso se comunica con el resto del organismo para que lleve a cabo sus órdenes. Pasos en la comunicación mediante mensajeros moleculaes
1. Síntesis 2. Liberación 3. Transporte a célula diana (presentan receptores) 4. Detección en la célula diana 5. Transducción de la señal por los receptores 6. Respuesta célula diana (se comporta de una manera distinta a como cuando no tenía el receptor) Diferentes células pueden responder de forma diferente a la misma molécula señal extracelular. La célula señal secreta una señal química que se une específicamente a un receptor en la célula diana, iniciando una respuesta celular concreta. El mecanismo por el cual el receptor transforma una señal extracelular en una nueva señal intracelular se conoce como transducción de señal. Cada célula está programada para responder a combinaciones específicas de moléculas señal extracelulares. Dependiendo de la diferenciación (los genes que se expresen):
- Supervivencia de la célula.
- División celular somática. Mitosis
- Diferenciación (se expresan unos genes que antes no se expresaban)
- Muerte celular. Apoptosis (regulación del nº de células)
Estructura molecular del gen Un gen es una secuencia completa de ADN necesaria para dirigir la síntesis de un polipéptido funcional, o un ARN con función estructural o catalítica. ❖ ADN codificante : exones (minoritario) el ADN al final será transcrito a una molécula de ARN, que va a los ribosomas para ser transferido a una proteína. ❖ ADN no codificante : señales de control, intrones y espaciadores. ❖ Señales de control : (promotor)
- Puntuación: inicio y fin de transcripción/traducción.
- Regulación de la expresión.
- Extremos 5´ 3´.
- Intrones. Factores de transcripción El factor de transcripción son proteínas que participan en la regulación de la transcripción del ADN pero que no forma parte de la ARN polimerasa. Los factores de transcripción actúan reconociendo y uniéndose a secuencias concretas de ADN (elementos respuestas)
- ADN polimerasa ---------- REPLICACIÓN
- ARN mensajero ----------- TRANSCRIPCIÓN (los ribosomas interpretan el código genético y lo transforman en proteínas que van a la parte del cuerpo que lo necesita. Este proceso que modifica el ARN mensajero en una proteína se le denomina traducción). Hormonas con receptores nucleares Tienen receptores en el interior de la célula. Receptores de hormonas esteroideas Hormonas esteroideas: cortisol, aldosterona, testosterona, progesterona, estradiol. Son sintetizadas a partir de un precursor común, el colesterol. Son transportadas en sangre unidas a proteínas transportadoras. Pueden atravesar la membrana plasmática. Se unen a receptores intracelulares (por lo cual, son hidrofóbicos) de la célula diana, que pueden estar localizados: citosol y/o núcleo. Tras ello, la célula se comporta de una manera diferente. MUY IMPORTANTE
Mecanismo de acción de las hormonas esteroideas
- La hormona (H), transportada al tejido diana en proteínas de unión séricas, difunde a través de la membrana plasmática y se une a su receptor proteico específico (Rec) en el núcleo-
- La unión de la hormona cambia la conformación de Rec; forma homo- o heterodímeros con otros complejos receptor-hormona y se une a regiones reguladoras específicas llamadas elementos de respuesta a hormonas (HRE) del ADN adyacente a los genes específicos.
- La unión regula la transcripción de los genes adyacentes, aumentando o disminuyendo la velocidad de formación de ARNm.
- Los niveles alterados del producto del gen regulado por la hormona producen la respuesta celular a la hormona. MUY IMPORTANTE En mucho de los casos la respuesta de las hormonas tienen lugar en dos etapas: ➢ Respuesta primaria temprana a la hormona. Las hormonas esteroideas se unen a sus respectivos receptores, los complejos hormona esteroidea-receptor activan los genes de la respuesta primaria. Esto produce la inducción de la síntesis de unas pocas proteínas diferentes en dicha respuesta primaria. ➢ Respuesta secundaria retardada a la hormona. Una proteína de la respuesta primaria inactiva los genes de la respuesta primaria. Luego, esa proteína de la respuesta primaria activa los genes de la respuesta secundaria. Y da lugar a las proteínas de la respuesta secundaria. Receptores de superficie (Hidrofílicos) Estos receptores proteicos se sitúan en la superficie de las células diana que afectan. Actúan como transductores de señal; transforma un evento extracelular de unión de la molécula señal en señales intracelulares que alteran la célula diana. Ejemplos: insulina, glucagón, adrenalina, hormona estimulante de folículos (FSH), hormona luteinizante (LH), etc. Generalmente son péptidos o polipéptidos que no pueden atravesar la membrana plasmática.
Proteínas mensajeras: transportan la señal de una parte de la célula a la otra: como la del citosol al núcleo. Localización de los diferentes receptores
- Canal iónico de entrada regulada. Se abre o se cierra en respuesta a la concentración del ligando señal (S) o del potencial de membrana.
- Receptor serpentina. La unión de un ligando externo al receptor (R) activa una proteína intracelular (G) fijadora de GTP, que regula un enzima (Enz) que genera un segundo mensajero intracelular (X).
- Receptor esteroideo. La unión de un esteroide a una proteína receptora nuclear permite al receptor regular la expresión de genes específicos.
Mecanismo y acción de la insulina Proteína G Proteína formada por 3 cadenas peptídicas:
- La cadena alfa : une al GTP e hidroliza GTP a GDP, es decir tiene actividad GTPasa. La subunidad alfa unida al GTP puede activar diferentes enzimas: Adenilato ciclasa, fosfolipasa C.
- Un complejo estable formado por una cadena beta y una cadena lambda. La porción alfa se separa de la G porque sustituye GDP en GTP, y esta porción se activa. También se desactiva a sí misma porque vuelve a unirse con la porción beta y lambda para volver a su estado inicial. Mecanismos de señalización intracelular ➢ Segundos mensajeros. Se generan en gran cantidad en respuesta a la actividad del receptor y difunde rápidamente lejos de su fuente transmitiendo la señal hacia otras partes de la célula. Estos transmiten la señal uniéndose o modificando el comportamiento de determinadas proteínas señalizadoras o proteínas dianas. Pueden ser: ✓ Hidrosolubles: difunden rápidamente por el citosol como el AMPc, el ión Calcio e inosito trifosfato (IP3).
Señalización activando fosfolipasa C. La fosfolipasa C es una enzima que cataliza la hidrólisis de fosfolípidos. Los fosfolípidos están formados por: ✓ Glicerofosfolípidos (formados por glicerol) Ácido graso + Ácido graso + PO4 alcohol ✓ Esfingolípidos (formados por esfingosina) Ácido graso + PO4 colina PIP2, fosfatidil inositol bifosfato Hidrólisis de PIP2, por acción de la fosfolipasa C
Mecanismo de acción a través de IP3 y DAG Proteína quinasa C (PKC) Calcio como segundo mensajero A favor de gradiente. La concentración del Ca2+ libre en el citosol de cualquier célula, es extremadamente baja, mientras que su concentración en el fluido extracelular y en los compartimentos intracelulares secuestrante de Ca2+, es alta. Existen unas proteínas que son sensibles al Ca2+, se pueden clasificar en: a) Extracelulares: poseen baja afinidad por el calcio. Proteínas ácidas de la saliva, cuya función es el mantenimiento de la integridad de los dientes. b) Membranales: los canales iónicos.
- DOC, voltaje dependiente.
- ROC, estímulo dependiente. c) Intracelulares: modulan los eventos celulares en respuesta al calcio.
- Tropomina: regulación de la contracción del músculo esquelético y cardiaco.
- Calmodulina: cuando une calcio, la calmodulina sufre un importante cambio de conformación. En algunos casos la calmodulina actúa como una subunidad reguladora de un complejo enzimático. Cuando una señal abre transitoriamente los canales de calcio, el calcio, fluye precipitadamente al citosol, incrementando la concentración local de calcio y activando mecanismos celulares sensibles al calcio.
