Comunicación Celular: Fases y Respuestas

Comunicación Celular

• La supervivencia de los organismos multicelulares depende de la acción sincrónica de sus células en los tejidos, cumpliendo funciones específicas.
• Los órganos y sistemas deben funcionar de manera organizada para mantener las condiciones fisiológicas necesarias para la vida individual.
• Se define como un proceso en el que las células transmiten información para promover o modificar respuestas celulares en otras células.
• Las respuestas pueden ser excitatorias (contracción muscular, inflamación), inhibitorias o moduladoras (funciones de aprendizaje y memoria).

Fases de la Comunicación Celular

• Fase intercelular: Liberación de una sustancia que porta un mensaje desde la célula efectora hasta el interior de la célula diana.
• Fase intracelular: Comprende todos los procesos y sustancias (segundos mensajeros, enzimas, proteínas estructurales, genes, etc.) implicados en la producción de la respuesta celular.
• Mensajero: Se refiere al primer mensajero o mensajero extracelular.
• Receptor: Es una molécula específica para el mensajero, ubicada en la membrana de la célula receptora
• La información llega al interior de la célula o puede difundirse por la membrana o ser transportada por un componente celular al sitio de recepción (núcleo u orgánulo).

Ligando

• Es una molécula señal específica para cada tipo de célula.
• Se une a sitios específicos en un receptor de la membrana plasmática.
• Puede desencadenar una serie de procesos complejos, a veces en cascada, que resultan en una respuesta.

Comunicación Celular y Transducción

• La transmisión de la señal afecta una secuencia de reacciones bioquímicas dentro de la célula, mediada por enzimas y otras sustancias llamadas segundo mensajero.
• Los procesos ocurren en intervalos cortos (milisegundos) o más largos (segundos).
• La transducción de señales implica la conversión de una señal eléctrica en una señal sonora, como en un teléfono.
• Una célula blanco convierte una señal extracelular (molécula A) en una señal intracelular (molécula B).

Respuesta Celular

• En la transducción de señales, participan un número creciente de enzimas y sustancias.
• El proceso inicia con la adhesión de un ligando al receptor en la membrana y finaliza con la activación del receptor, traduciendo el estímulo en una respuesta.
• Dentro de la célula, se genera una cascada de señalización que amplifica la señal resultante en una respuesta celular significativa.
• Los receptores celulares tienen dos dominios funcionales: uno de reconocimiento de estímulos y otro efector.
• La detección de estímulos y la respuesta en los seres vivos dependen de las señales de transducción dentro de las células.

Etapas de la Respuesta Celular

• Las señales externas de naturaleza físico-química regulan genes en el núcleo celular mediante mecanismos que incluyen:
• Captación de señales externas en la superficie celular a través de receptores.
• Generación y transmisión intracelular de señales por interacciones proteína-proteína.
• Ejecución de la respuesta mediante la modificación de la actividad de los genes.

Respuestas Celulares y Programa Genético

• Las señales de transducción desencadenan respuestas como la regulación de la expresión genética, la activación de genes, la regulación de vías metabólicas, la locomoción celular y cambios en el citoesqueleto.
• La activación de genes conlleva la expresión de proteínas reguladoras de la actividad metabólica.
• Los factores de transcripción pueden activar más genes, generando una gran diversidad de eventos fisiológicos.
• El conjunto de activación se denomina programa genético.
• Un ejemplo de programa genético es la fecundación del óvulo por un espermatozoide.

Diversidad de Señales

• Una misma célula puede tener distintos receptores.
• Las células son sensibles a múltiples señales extracelulares simultáneamente.
• Las señales pueden actuar sinérgicamente para inducir a respuestas mayores.
• La presencia de una señal puede alterar las respuestas a otras señales.
• En ausencia de señales, las células están programadas para la autodestrucción.
• La misma señal química puede inducir respuestas diferentes en diferentes células blanco

Receptores y Mensajeros

• Receptores: Se unen específicamente a moléculas señalizadoras.
• Mensajeros: Incluyen hormonas, neurotransmisores, citoquinas (que regulan la formación de células sanguíneas), factores de crecimiento, moléculas de adhesión y componentes de la matriz extracelular.
• Receptor = cerradura, ligando = llave.

Señales Intercelulares

• Endocrinas: Hormonas producidas por células del sistema endocrino que circulan por el torrente sanguíneo hasta alcanzar todo el cuerpo.
• Paracrinas: Actúan sobre células diana en la vecindad de las células emisoras, como los neurotransmisores.
• Autocrinas: Afectan a las células del mismo tipo que las emisoras, como en el sistema inmune.
• Yuxtacrinas: Se transmiten a través de proteínas o lípidos en la membrana celular, afectando tanto a la célula emisora como a células adyacentes.

Etapas de la Señalización Celular

• Síntesis del mensajero químico.
• Secreción del mensajero por la célula emisora.
• Transporte del mensajero hasta la célula blanco.
• Detección/recepción del mensajero (señal) por un receptor celular (proteína).
• Transmisión intracelular de la señal (transducción) y cambio en el estado celular.
• Eliminación/degradación de la señal (interrupción del proceso).

Tipos de Comunicación

• Comunicación Local: Yuxtacrinas
• Comunicación a Distancia:
  • Endocrina: A través del torrente sanguíneo
  • Nerviosa: Mediante neurotransmisores a través de la sinapsis

Señales y Receptores

• Extracelular: Señal no unida al receptor / Señal unida al receptor
• Membrana plasmática: Receptor de superficie inactivo / Receptor de superficie activo
• Intracelular: Respuesta celular

Tipos de Comunicación

• Endocrina u hormonal: Implica la liberación de hormonas de una célula endocrina,que viajan por el torrente sanguíneo para unirse a receptores en las células blanco.
• Neurotransmisión: Neurotransmisores son liberados en la sinapsis de una neurona, que interactúan con receptores en la célula.
• Secreción neuroendocrina: Células neurosecretoras liberan sustancias que viajan a células blanco distantes.
• Comunicación paracrina: Células emisoras liberan mediadores locales que actúan sobre células blanco cercanas.
• Comunicación yuxtacrina: La señalización se produce por contacto directo entre células, a través de moléculas señal unidas a la membrana.
• Autocomunicación: Las células se estimulan a sí mismas.

Ejemplos de Comunicación Celular

• Comunicación directa (GAP JUNCTIONS)
• Señalización sináptica
• Señalización paracrina
• Señalización autocrina

Señales y Receptores

• I. Algunas moléculas señalizadoras son hidrofílicas y requieren receptores en la superficie celular, que generan una señal intracelular en la célula diana.
• II. Algunas moléculas señalizadoras son hidrofóbicas (Ej: hormonas), pueden difundir a través de la membrana plasmática para unirse a receptores intracelulares en el núcleo/citoplasma de la célula diana.

Receptores Transmembrana y Nucleares

• I.- Receptores transmembrana: Son proteínas que se extienden a través de la membrana plasmática, con dominios extracelulares e intracelulares.
• Cuando el dominio extracelular reconoce una hormona, el receptor cambia su conformación, activando el dominio intracelular. La hormona no necesita entrar en la célula.
• II.- Receptores citoplasmáticos y nucleares: Son proteínas solubles en el citoplasma/núcleo celular.
• La hormona entra por difusión pasiva
• Receptores nucleares: activan la transcripción de genes, que implica la producción de proteínas.
• Los ligandos son hormonas lipofílicas como hormonas esteroideas (Ej: testosterona, progesterona, cortisol) y derivados de vitamina A y D.

Regulación de la Fuerza de la Señal

• Biosíntesis y secreción de hormonas por los órganos endocrinos: El hipotálamo segrega factores liberadores de hormonas, actuando sobre la hipófisis y activan la producción de hormonas que activan los órganos endocrinos y producen hormonas para los tejidos diana.
• Sistema jerarquizado permite la amplificación de la señal desde el hipotálamo.
• La liberación de hormonas disminuye la propia producción por inhibición reactiva (feedback)
• Disponibilidad de la hormona en el citoplasma: Algunas hormonas son convertidas en formas de depósito por la célula diana.
• Modificación de hormonas en el tejido diana: Algunas hormonas son modificadas por la célula diana, impidiendo la activación del receptor hormonal.

Modelo de Activación del Receptor GnRH

• GnRH activa una proteína G, que activa la fosfolipasa C, aumenta el diacilglicerol y la proteína quinasa C, aumenta el calcio, que aumenta en inositol trifosfato
• La liberación de diacilgricerol/protein quinasa C lleva a sintesis de gonadotrofinas
• El Aumento de calcio/inositol trifosfato lleva a liberación de gonadotrofinas

Mensajeros Químicos

• Liposolubles: Se unen a receptores de superficie celular.
• Hidrosolubles: Se unen a receptores de superficie celular (polipéptidos y aminas).
• Liposolubles con receptores intracelulares: Esteroides, tiroxina y ácido retinoico.
• Gases: Óxido nítrico (NO) y monóxido de carbono (CO).

Mensajeros Hidrosolubles (Péptidos y Proteínas)

• Insulina
• Glucagón
• Hormona antidiurética
• Oxitocina
• Angiotensina
• Factores de liberación de las hormonas hipofisiarias
• Endorfinas
• Factores de crecimiento y de transformación

Mensajeros Hidrosolubles (Aminas)

• Acetilcolina

• Glicina

• Glutamato

• Dopamina

• Norepinefrina

• Epinefrina

• Serotonina

• Histamina

• Ácido y-aminobutírico (GABA)

Moléculas de Señalización Intracelular (en células eucariotas)

• Proteínas G heterotriméricas
• GTPasas
• Nucleótidos cíclicos (AMPc) (GMPc)
• Ca++
• Derivados fosfoinositoles: fosfatidil inosiltol trifosfato, diacilglicerol, inositoltrifosfato
• Proteínas quinasas y fosfatasas.

Receptores

• Receptores acoplados a un canal iónico
• Receptor asociado a proteínas G
• Receptores asociados a enzimas

Proteínas G

-Proteínas G heterotriméricas

• Tres tipos:
  • Gs: Estimuladoras de la Adenilciclasa
  • Gi: Inhibidoras de la Adenilciclasa -Gq: Activa la Fosfolipasa C

Tipos de Receptores

• Receptores acoplados a proteínas G (GPCRs).
• Receptores con actividad enzimática intrínseca

Ejemplos de Procesos Fisiológicos

• Epinefrina, receptor adrenérgico, effector es Adenilil-ciclasa, Desdobla glucógeno
• Serotonina, Receptor R Serotonina Effector Adenilil-ciclasa, Sensibilización y aprendizaje
• Luz, Receptor Rodopsina, Effector Fosfodiesterasasa GMPc, Excitación visual
• Acetilcolina, Receptor Muscarínico, Effector canal de potasio, Neuromuscular