¡Descarga Tema 5: Comunicación intracelular y más Ejercicios en PDF de Biología solo en Docsity!
Tema 5: Comunicación intracelular
1.Tipos de comunicación celular
Existen sólo dos tipos básicos de señales fisiológicas para realizar esta comunicación: eléctricas y químicas.
♦ Las señales eléctricas son cambios en el potencial de membrana
♦ Las señales químicas son moléculas situadas sobre las células, sobre la matriz extracelular o secretadas por las células o en el líquido extracelular. Responsable de la mayoría de comunicaciones intracelulares.
La célula que recibe la señal se llama DIANA O BLANCO.
Para que una señal química haga su efecto debe de interaccionar con una molécula receptora situada en la célula diana. Si bien la naturaleza química de las señales puede variar, los receptores son siempre proteínas. Cuando la molécula señal se acopla a su proteína receptora esta última cambia su forma y produce un cambio en la célula diana.
Nuestro cuerpo utiliza cuatro métodos básicos para la comunicación química entre células:
♦ Uniones en hendidura o comunicantes , que permiten la transferencia directa de señales eléctricas entre células.
♦ Señales dependientes del contacto , que ocurren cuando las moléculas de una membrana celular se unen a las moléculas de la membrana de otra célula
♦ Comunicaciones locales mediante sustancias químicas que difunden a través del líquido extracelular
♦ Comunicaciones a larga distancia. Una molécula señal es liberada a la sangre y su diana puede estar muy alejada del lugar de liberación.
Una molécula dada puede funcionar como señal en más de un tipo de comunicación. Por ejemplo, una molécula puede actuar cerca de la célula que la libera (comunicación local) y en lugares distantes del cuerpo (comunicación a larga distancia).
Las uniones en hendidura (gap juntions) crean puentes citoplasmáticos.
La forma más simple de comunicación entre células es la transferencia directa de señales químicas y eléctricas a través de las uniones en hendidura o canales proteicos comunicantes que forman puentes citoplasmáticos entre células adyacentes. Una unión en hendidura se forma a partir de la unión de proteínas conexinas, en dos células adyacentes.
Las conexinas unidas generan un canal proteico (conexón) que puede abrirse y cerrarse. Cuando el canal está abierto, las células conectadas funcionan como si fuesen una sola con varios núcleos (un sincitio). Las
moléculas más grandes no pueden pasar a través de las uniones en hendidura. Además, las señales eléctricas pueden pasar directamente de una célula a otra. El movimiento de las moléculas a través de las uniones en hendidura puede modularse o impedirse por completo.
Señales dependientes del contacto
Para algunas formas de comunicación entre las células es necesario que las moléculas de la membrana de una de ellas se unan a proteínas de la membrana de la otra. Así controlan las células de un tejido cuando tienen que dividirse o no. Si una célula muere, pierde el contacto con su vecina y comienza a dividirse para reemplazarla.
Las señales paracrinas y autocrinas llevan a cabo las comunicaciones locales
La comunicación local se logra mediante señales paracrinas y autocrinas.
♦ Señal paracrina (para-, a un lado; kinen, secretar) es una sustancia química que actúa en células ubicadas en la región vecina a la célula que la secretó.
♦ Señal autocrina actúa sobre la misma célula que la secretó. En algunos casos, una molécula puede actuar a la vez como señal paracrina y como señal autocrina.
Estas alcanzan a sus células diana difundiendo a través del líquido intersticial. Como la distancia es un factor limitante para la difusión, el alcance efectivo de las señales paracrinas se restringe a las células adyacentes. Todas las células del organismo pueden liberar señales paracrinas. La neurotransmisión sería un tipo de comunicación paracrina ya que la neurona libera su neurotransmisor sobre la célula diana. No obstante, hay axones que pueden medir metros por lo que, en cierto sentido, podría decirse también que es una comunicación a larga distancia
Las señales a larga distancia: Sistema endocrino
Libera hormonas a la sangre dónde viajan, dentro del torrente sanguíneo por todo el cuerpo hasta sus células diana, es decir, células con receptores para la hormona.
2.Sistema endocrino: Hormonas
Según su naturaleza química se distinguen tres tipos:
♦ Peptídicas: la mayoría
♦ Derivadas de aminoácidos: médula adrenal, tiroides, melatonina.
♦ (^) Esteroideas: sexuales, corteza, adrenal
Las hormonas se sintetizan en las células endocrinas.
Receptores de membrana
Se almacenan dentro de vesículas y se liberan cuando la glándula es estimulada
Peptídicas y catecolaminas
de carga opuesta se detecta como una acumulación de carga eléctrica, o un potencial de membrana.
Para comprender el origen y el mantenimiento de un potencial de membrana deben tenerse presentes los desplazamientos de iones hacia el interior y el exterior de una célula animal típica en un estado no estimulado o "de reposo “.
¨El medio extracelular posee una composición química diferente al medio intracelular. ¨
Las cargas negativas de las moléculas orgánicas confinadas en el interior de la célula son equilibradas en gran medida por el K+, el ion que predomina en el medio intracelular.
La concentración intracelular elevada de K+ es generada en parte por la bomba de Na+-K+ que bombea en forma activa el K+ hacia el interior de la célula. Este fenómeno determina una diferencia importante de concentración para el K+ a través de la membrana plasmática, con la concentración de K+ mucho mayor en el interior de las células que en el exterior.
Sin embargo, la membrana plasmática también contiene un conjunto de canales de K+ conocidos con el nombre de canales fuga de K+. Estos canales fluctúan en forma aleatoria entre los estados abierto y cerrado independientemente de las condiciones presentes en el interior o el exterior de las células y cuando están abiertos permiten el libre desplazamiento del K+.
En una célula en reposo estos canales representan los principales canales iónicos abiertos en la membrana plasmática, lo que determina que la membrana plasmática en reposo sea mucho más permeable al K+ que a otros iones.
Potencial de reposo
El potencial de membrana se mide como una diferencia de voltaje a través de la membrana. Este parámetro se expresa como valor negativo debido a que el interior de la célula es negativo con respecto al exterior (las cargas intracelulares negativas predominan ligeramente en relación con las cargas positivas).
El valor del potencial de membrana en reposo en las células animales refleja sobre todo el gradiente de concentración de K+ a través de la membrana plasmática, dado que en el estado de reposo esta membrana es permeable sobre todo al K+ y el K+ es el principal catión intracelular. La ecuación de Nernst expresa el equilibrio en forma cuantitativa y permite calcular el potencial de membrana en reposo teórico.
Muchos de los solutos del organismo son aniones , y por consiguiente portan una carga eléctrica neta. A la diferencia de potencial entre el interior y el exterior se le llama potencial de equilibrio.
♦ Potasio(k+): Principal catión y atraviesa la membrana
♦ Sodio(na+): domina en el líquido extracelular
♦ Cloro(cl-): permanecen con el sodio en el líquido extracelular
♦ Fosfato y proteínas negativas: aniones principales del líquido intracelular
Potenciales postsinápticos
Se producen cuando el potencial de membrana cambia debido a que se abren los canales asociados a los receptores. Esta acción la producen los ligandos. Existen dos tipos:
♦ Potencial Excitador Postsináptico (PEP): Se produce cuando se despolariza la membrana por el paso de na+ al abrir un canal.
♦ Potencial Inhibidor Postsináptico (PIP): Se produce cuando se hiperpolariza la membrana tras abrir un canal de cl- o k+ y posteriormente el paso de este.
Características de los potenciales postsinápticos (PP):
♦ Se propagan
♦ Su amplitud disminuye con el tiempo y a medida que se propaga
♦ (^) Cuando se encuentran dos PP, se suman. Se distinguen dos maneras de sumarse: en el espacio y en el tiempo.
▲ En el espacio: se producen en sitios diferentes y chocan
▲ En el tiempo: se produce en el mismo sitio unos e inmediatamente el otro
En el soma y las dendritas es donde más se producen potenciales postsinápticos.
Potencial de acción. Conducción del potencial de acción.
Un potencial de acción (PA) es un cambio muy rápido del potencial de membrana desde su valor en reposo hasta un valor positivo y la recuperación inmediata del potencial en reposo.
Integración de los PP
Los PPs que se han producido en la las dendritas y el soma de la neurona viajan al axón donde todos los PPs se integran en uno al llegar al cono axónico. Esta integración hará que se produzca un potencial de integración o no. Regresando al cono axónico, si la suma de los PPs da como resultado un PEP y de un valor determinado , se producirá un potencial de acción (PA). Si no se produce esa despolarización mínima no se producirá un PA. Esa despolarización mínima se conoce como valor umbral.
que envía una señal) y un elemento postsináptico (célula que recibe la señal).
Tipos de sinapsis
Según la proximidad entre el elemento pre- y postsináptico
♦ Sinapsis eléctrica: pegados, membranas comunicadas por las uniones gap
♦ Sinapsis química: separados por un pequeño espacio, hendidura sináptica
Según se comuniquen entre sí las neuronas
Cuando un PA llega a un botón terminal se produce la liberación del neurotransmisor.
Cuando un PA llega al botón terminal , en lugar de abrirse canales de sodio dependientes de voltaje, se abren canales de calcio dependientes de voltaje. El calcio entra al botón terminal y desencadena la liberación del neurotransmisor. A este proceso se le denomina exocitosis calcio dependiente.
Cuantos más potenciales de acción lleguen al botón terminal, más calcio entra en el botón terminal y más neurotransmisor es liberado.
5.Neurotransmisores y neuromoduladores
El sistema nervioso utiliza una combinación de señales químicas y eléctricas para comunicarse a largas distancias. La señal eléctrica viaja a lo largo de la célula nerviosa hasta alcanzar su extremo, donde se traduce en una señal química secretada por la neurona.
♦ Neurotransmisor: una molécula difunde una neurona a través del espacio extracelular para llegar a la célula diana y generar un efecto rápido.
♦ Neuromodulador: la molécula actúa más lentamente (como una señal autocrina o paracrina)
♦ Neurohormona: Señales químicas liberadas por neuronas a la sangre para actuar a larga distancia.
Las semejanzas entre las neurohormonas y las hormonas desvanecen la distinción entre los sistemas nervioso y endocrino presentándolos como un continuo en lugar de dos sistemas diferentes.
Naturaleza química de los neurotransmisores
♦ Es sintetizada en la neurona
♦ Está presente en el terminal presináptico y se libera en cantidad suficiente como para ejercer una acción definida en la neurona postsináptica u órgano efector.
♦ Cuando se administra como fármaco, en concentraciones razonables, imita exactamente la acción del transmisor de liberación endógena.
♦ Existe un mecanismo específico para eliminarla de su lugar de acción (la hendidura sináptica). El sistema nervioso emplea para la transmisión de señales tres tipos fundamentales de sustancias químicas: moléculas de pequeño tamaño, péptidos neuroactivos (neuropéptidos) y neurotransmisores difusibles.
Vida de un neurotransmisor
Síntesis y almacenamiento:
Los neurotransmisores de pequeño tamaño se sintetizan en pocas reacciones químicas a partir de una sustancia precursora. Se pueden sintetizar en cualquier lugar de la neurona y durante su síntesis o tras ella son introducidos en vesículas (los difusibles no) por medio de transportadores específicos situados en la membrana de las mismas.
Los neuropéptidos se sintetizan en el soma: primero en el RER y por último en el aparato de Golgi de dónde salen empaquetados en vesículas grandes de núcleo denso. Estas vesículas son transportadas por todo el axón (transporte anterógrado rápido) hasta el botón terminal.
La mayoría de las neuronas tienen ambos tipos de vesículas. Las vesículas sinápticas pequeñas son típicas de neuronas que utilizan como neurotransmisores la acetilcolina, el ácido glutámico, el GABA y la glicina, mientras que las vesículas grandes de núcleo denso son típicas de neuronas catecolaminérgicas y serotoninérgicas.
Liberación:
Exocitosis calcio dependiente
♦ Llega un potencial de acción al botón terminal
♦ En lugar de abrirse canales de na+ dependiente de voltaje se abren canales de ca++
♦ Entra ca++
♦ El ca++ se une a la calmodulina
♦ El complejo de ca++.- calmodulina activan las protinkinasas que fosforilan proteínas del botón terminal
♦ Se libera el neurotransmisor a la hendidura sináptica
Acción sobre los receptores:
Vías de señalización : La unión de molécula señal al receptor que está en la célula diana iniciará una respuesta
Molécula de señal intracelulares
Proteína receptoraMolécula señal
de la membrana cambiando el potencial eléctrico de la misma (en este caso, la respuesta es muy rápida).
♦ Receptores de acción lenta. En este grupo se encuentran los receptores asociados a enzima, los asociados a proteína G (receptores metabotropos) y receptores-integrinas. En los tres casos, la interacción de la información de la molécula señal debe transmitirse a través de la membrana para iniciar la respuesta intracelular (respuesta más lenta). Su señal puede amplificarse de manera que pueda producir al mismo tiempo efectos diferentes dentro de la célula diana.
El proceso comienza cuando el ligando se combina con su receptor. El complejo receptor-ligando activa entonces a una enzima amplificadora, una molécula que activa a varias otras. Al finalizar el proceso, el efecto del ligando se ha amplificado mucho más que si hubiese una relación 1:1 en cada paso. La amplificación le da al organismo "más rendimiento por el mismo dinero" permitiendo que una pequeña cantidad de ligando genere un gran efecto.
Una molécula de señal extracelular se une a un receptor de membrana (proteico o glucoproteico) y lo activa.
El receptor membrana activado puede:
♦ Ser proteincinasas (o proteinkinasas), que son enzimas que al activarse transfieren un grupo fosfato del ATP a una proteína y desencadenar así, una cascada de reacciones intracelulares.
♦ Activar enzimas que generan segundos mensajeros intracelulares. Las moléculas de segundo mensajero pueden entonces:
▲ Alterar la apertura de canales de iones. La apertura o el cierre de éstos genera señales eléctricas modificando el potencial de la membrana celular.
▲ Cambiar la actividad de enzimas, especialmente de las proteincinasas o proteinfosfatasas, enzima que añaden o quitan un grupo fosfato a otras proteínas. La fosforilación o desfosforilación de una proteína puede cambiar su configuración y generar una respuesta.
Las proteínas modificadas pueden controlar algunos de los siguientes elementos:
♦ Enzimas metabólicas
♦ Proteínas motoras para la contracción del citoesqueleto ♦ Proteínas que regulan la actividad de genes y la síntesis de otras proteínas
♦ Proteínas de membrana, de transporte y receptoras
Se desencadenan reacciones en cascadas
La transducción de la señal desencadena una serie de reacciones químicas en cascada.
A. Receptores asociados a proteína G: los segundos mensajeros
La mayoría de los sistemas de transducción de señales usan proteína G.
Los receptores asociados a la proteína G son una gran y compleja familia de proteínas que atraviesan la membrana, cruzando la bicapa de fosfolípidos siete veces. El extremo citoplasmático de la proteína receptora está unido a una molécula transductora de membrana de tres partes conocida como proteína G.
Hay diferentes tipos de proteínas G (Gs, Gi, etc) pero todas tienen una estructura en común. Los tipos de ligandos que se unen a los receptores asociados a la proteína G son, entre otros, hormonas, factores de crecimiento, moléculas olfatorias, pigmentos visuales y neurotransmisores
Receptores asociados a la proteína G
♦ Proteínas asociadas a la membrana
♦ En la cara citoplasmática, el receptor interacciona con una proteína G (formada por 3 subunidades)
♦ Cuando la proteína G es activada:
▲ Abre canales iónicos de membrana
▲ Altera la actividad enzimática del interior celular
La proteína G tiene este nombre debido a que se une a un nucleótido de guanosina. La proteína G inactiva se une a difosfato de guanosina (GDP). El intercambio de GDP por trifosfato de guanosina (GTP) activa a la proteína G. Entonces, puede ocurrir que:
♦ Se abra un canal iónico en la membrana
♦ Que se modifique la actividad enzimática del lado citoplasmático de la membrana celular.
La proteína G está formada por 3 subunidades: α, β y γ. El GDP está unido a α. La proteína G se mueve libremente por la membrana celular, pero si choca con un receptor al que se le ha unido un ligando, la proteína G se une al complejo y cambia su GDP por GTP. Entonces α (con el GTP) se separa de las subunidades β y γ y activan a diferentes enzimas (proteínas efectoras). Dependiendo del tipo de enzimas que se activen se sintetizará un segundo mensajero u otro. También en vez de activar enzimas pueden activar directamente canales de membrana.
Las dos enzimas efectoras más frecuentes para los receptores unidos a proteínas G son el adenilato ciclasa y la fosfolipasa C.
Algunos receptores asociados a la proteína G se unen a una enzima de amplificación diferente: la fosfolipasa C. Cuando una molécula de señal activa a esta vía, la fosfolipasa C (PL-C) convierte a un fosfolípido de la membrana (fosfatidilinositol difosfato) en dos moléculas diferentes que actúan como segundos mensajeros: diacilglicerol (DAG) e inositol trifosfato (IP3).
Cada una de estas respuestas implica mecanismos diferentes.
Las respuestas rápidas están mediadas, generalmente, por canales iónicos. Las lentas están mediadas por la síntesis de segundos mensajeros o activación enzimática. Las respuestas a largo plazo implican la activación o desactivación génica y la síntesis o el cese de la síntesis de determinadas proteínas. Una misma molécula señal, dependiendo del tipo de receptor al que se una puede producir los tres tipos de respuestas.
Inactivación:
El neurotransmisor liberado inmediatamente debe de ser inactivado para que la información pueda seguir fluyendo.
Inactivación del neurotransmisor:
Existen tres tipos de inactivación:
♦ Extracelular , mediante enzimas asociadas al lado externo de la membrana postsináptica
♦ Recaptación por la neurona
▲ Reciclaje
▲ Degradación
♦ Captación por astrocitos, degradación en su interior
Farmacología:
♦ Agonistas : mismo efecto que el neurotransmisor incluso mayor
♦ Antagonistas : efecto contrario al del neurotransmisor
♦ Neuromoduladores positivos y negativos
