Biología Celular y Molecular II 2025-10 PDF

BIOLOGÍA Señalización celular y CELULAR Y transducción de MOLECULAR II señales: comunicación intercelular María José Vallejo, MSc. [email protected]...

BIOLOGÍA Señalización celular y CELULAR Y transducción de MOLECULAR II señales: comunicación intercelular María José Vallejo, MSc. [email protected] 2025-10 Capítulo 15  CONTENIDO Aplicación Tema 3 Sensibilidad de hacinamiento Transducción de la señal por receptores unidos a proteína g Tema 1 Tema 4 Los elementos básicos de los Segundos mensajeros sistemas de señalización celular Tema 2 Tema 5 Estudio de los mensajeros Especificidad de las reacciones extracelulares y sus receptores acopladas con la proteína g  CONTENIDO Aplicación Tema 8 Fosforilación de proteína Sensibilidad de hacinamiento tirosina como mecanismo para la transducción de señal Tema 6 Tema 9 Regulación de las concentraciones de La vía de cinasa de glucosa sanguínea ras-map Tema 7 Tema 10 La función de los gpcr en la Señalización del receptor para insulina percepción sensitiva  CONTENIDO Aplicación Tema 13 Sensibilidad de hacinamiento Función del óxido nítrico como mensajero intercelular Tema 11 Tema 14 La función del calcio como Apoptosis (muerte celular mensajero intracelular programada) Tema 12 Convergencia, divergencia y comunicación cruzada entre diferentes vías de señalización  Objetivos Explicar cómo las células emiten y reciben señales, incluyendo la función 1 de los receptores de membrana y las vías de transducción de señales Describir las principales vías de transducción de señales, como la vía de 2 los receptores acoplados a proteínas G, la vía de la tirosina quinasa y las cascadas de MAP quinasa Examinar ejemplos específicos de señalización intercelular, como la 3 detección de hacinamiento en bacterias y la señalización paracrina y autocrina en células animales. Estrategia de caza del calamar hawaiano: El calamar hawaiano utiliza bioluminiscencia, producida por bacterias en simbiosis, para camuflarse y evitar asustar a sus presas en aguas poco profundas iluminadas por la luna. Simbiosis con Aliivibrio fischeri: La luz del calamar es generada por bacterias Aliivibrio fischeri alojadas en un órgano especializado. Estas bacterias solo producen luz en condiciones de alta densidad, como dentro del calamar, a través de la detección de hacinamiento. Comunicación bacteriana: La detección de hacinamiento permite a las bacterias coordinar actividades mediante moléculas de señalización. Inicialmente se creía rara, pero estudios recientes muestran que es común entre muchas especies bacterianas para coordinar actividades como la secreción de factores de virulencia y la formación de biopelículas. Diferencias entre bacterias grampositivas y gramnegativas: Las bacterias grampositivas usan péptidos para la señalización, mientras que las gramnegativas, como A. fischeri, liberan moléculas pequeñas como AHL (N-acil homoserina lactona). Estas moléculas se unen a factores de transcripción, activando la producción de genes específicos, como los de luminiscencia en A. fischeri.  Los elementos básicos de los sistemas de señalización celular Interdependencia y comunicación celular: Al igual que los seres humanos, las células en organismos multicelulares no funcionan de manera aislada. Se especializan en diferentes funciones y coordinan actividades mediante señalización celular para responder adecuadamente a estímulos ambientales.  Los elementos básicos de los sistemas de señalización celular Importancia y alcance de la señalización celular: La señalización celular afecta todos los aspectos de la estructura y función celular, integrando diversos procesos celulares y regulando el crecimiento y división celular. Su estudio es crucial para entender cómo la desregulación puede llevar a la formación de tumores malignos. Modos de comunicación celular: Las células se comunican mediante moléculas mensajeras extracelulares que pueden actuar localmente (señalización autocrina y paracrina) o a distancia en todo el cuerpo. Estas moléculas pueden estimular o inhibir las células que las producen o las cercanas, con sus movimientos regulados por estabilidad, degradación enzimática, o unión a la matriz extracelular. Los elementos básicos de los sistemas de señalización celular  Los elementos básicos de los sistemas de señalización celular Señalización endocrina y hormonas: En la señalización endocrina, las moléculas mensajeras, conocidas como hormonas, viajan a través del torrente sanguíneo para alcanzar células diana en lugares distantes del cuerpo. Los elementos básicos de los sistemas de señalización celular Receptores y respuesta celular: Las células responden a moléculas mensajeras específicas a través de receptores que se unen a estos mensajeros. Diferentes tipos de células pueden responder de manera distinta al mismo mensaje debido a las variaciones en las proteínas intracelulares involucradas en la respuesta.  Los elementos básicos de los sistemas de señalización celular Transducción de señales en la membrana plasmática: La unión de una molécula mensajera a un receptor en la superficie de la célula provoca un cambio conformacional en el receptor, transmitiendo la señal al interior de la célula a través de dos vías principales: la generación de segundos mensajeros o el reclutamiento de proteínas de señalización.  Los elementos básicos de los sistemas de señalización celular Vías de señalización y proteínas moduladoras: Las vías de señalización están compuestas por una serie de proteínas que actúan en sucesión, donde cada proteína modifica la siguiente en la cadena, activándola o inhibiéndola. Las proteínas señalizadoras pueden tener dominios de interacción para mediar interacciones proteína- proteína y/o dominios catalíticos para participar activamente en la transducción de señales.  Los elementos básicos de los sistemas de señalización celular Modificación de proteínas mediante fosforilación: La modificación conformacional de las proteínas señalizadoras es realizada principalmente por proteínas cinasas, que añaden grupos fosfato, y fosfatasas, que los eliminan. El genoma humano contiene numerosos genes que codifican para estas enzimas, permitiendo una amplia variedad de modificaciones y regulaciones en las vías de señalización celular Vía de señalización activada por un segundo mensajero difusible: En esta vía, una molécula señalizadora externa activa la producción de un segundo mensajero dentro de la célula, que luego propaga la señal. La mayoría de las vías de señalización combinan estos mecanismos. Además, estas vías no son lineales, sino que forman una red compleja y ramificada, interconectándose para coordinar diversas respuestas celulares. 1) La liberación de una molécula mensajera por una célula que envía mensajes a otras células en el cuerpo: (esteroides, neurotransmisores, glucagón e insulina o hasta grandes glucoproteínas unidas a la superficie de otras células) 2) Las células sólo pueden responder a un mensaje particular si expresan receptores que identifican específicamente y se unen a la molécula mensajera 3) La molécula mensajera extracelular se une a un receptor en la superficie exterior de la célula reaccionante; dicha interacción induce a un cambio de conformación en el receptor que hace que la señal se retransmita a través de la membrana, al dominio citoplásmico del receptor 4) Un tipo de receptor transmite una señal del dominio citoplásmico a una enzima cercana 5) La cual genera un segundo mensajero. Como esto induce (efectúa) una reacción celular mediante la generación de un segundo mensajero, la enzima se conoce como efector. Los segundos mensajeros son sustancias pequeñas que casi siempre activan (o inactivan) proteínas específicas. 6) Se activa una proteína colocada en el punto más alto de la vía de señalización. Las vías de señalización constituyen las “supercarreteras” informativas de las células 7) Cada vía consiste en una serie de proteínas peculiares que operan en sucesión. Casi todas las “proteínas señalizadoras” poseen múltiples dominios que les permiten interactuar en forma dinámica con diferentes “equivalentes” de manera simultánea o seriada. 8) las señales transmitidas por estas vías de señalización llegan a las proteínas blanco. 9) que intervienen en procesos celulares básicos 4a) Otro tipo de receptor transmite una señal mediante la transformación de su dominio citoplásmico en una estación de reclutamiento para las proteínas de señalización celular. Las proteínas interactúan entre sí o con componentes de una membrana celular mediante tipos específicos de dominios de interacción. Vía de señalización activada por el reclutamiento de proteínas a la membrana plasmática: Aquí, la señalización se produce a través del reclutamiento y activación de proteínas en la membrana celular. Vía de transducción de señal que consiste en proteínas cinasas y proteínas fosfatasas cuyas acciones catalíticas cambian las conformaciones y, por tanto, las actividades de las proteínas que modifican. Células de cáncer de mama triple negativo: Estas células no expresan los receptores de estrógeno, progesterona y HER2. Los paneles a la izquierda muestran una alta frecuencia de fosforilación de tirosina (pTyr) en ciertas proteínas, indicada por un sombreado rojo intenso. Células de cáncer de mama que expresan los tres receptores: Los paneles a la derecha muestran una menor frecuencia de fosforilación de tirosina en comparación con las células triple negativas. La mayor fosforilación de tirosina en las células triple negativas se asocia con la pérdida de actividad de la proteína tirosina fosfatasa (PTPN12), lo que podría ser un factor en la progresión de este tipo de cáncer. Transducción de la señal por receptores unidos a proteína G Los receptores de siete transmembranas, como los que se unen a la epinefrina y al glucagón, tienen siete hélices que cruzan la membrana celular. Cuando un ligando se une al receptor, este interactúa con una proteína G heterotrimérica (compuesta por subunidades α, β y γ). Las subunidades α y γ están ancladas a la membrana por grupos de lípidos. Esta interacción activa un efector, como la adenilil ciclasa, que transduce la señal dentro de la célula. Además, muchos de estos receptores GPCR pueden formar complejos con dos o más moléculas receptoras.  Transducción de la señal por receptores unidos a proteína G La rodopsina es una proteína receptora de luz localizada en las células fotorreceptoras de la retina, específicamente en los bastones. Su función principal es la transducción de señales visuales, permitiendo la visión en condiciones de baja luminosidad. El 11-cis-retinal es un derivado de la vitamina. Es el cromóforo de la rodopsina, un pigmento visual. Forma parte de los complejos que detectan la luz en las células fotorreceptoras del ojo Transducción de la señal por receptores unidos a proteína G La transducción de señales a través de un receptor de siete transmembranas y una proteína G heterotrimérica puede ilustrarse con la activación de la rodopsina GPCR, basada en estructuras cristalográficas de rayos X: 1. Estado inactivo: A la izquierda, las rodopsinas están en su conformación inactiva (adaptada a la oscuridad), con la proteína G heterotrimérica (transducina) no unida. El cofactor retinal está incrustado en la rodopsina. Transducción de la señal por receptores unidos a proteína G Cambio conformacional: La isomerización provoca un cambio en la conformación de la rodopsina, inclinando y rotando la sexta hélice transmembrana hacia afuera (indicada por la flecha curva roja). Este cambio expone un sitio de unión para la subunidad Gα de la proteína G. Estado activo: A la derecha, la rodopsina en su conformación activa muestra la subunidad Gα unida a la superficie citoplásmica del receptor, indicando la transducción de la señal. Transducción de la señal por receptores unidos a proteína G Transducción de la señal por receptores unidos a proteína G 1. Unión del ligando: El ligando se une al receptor, cambiando su conformación y aumentando su afinidad por la proteína G. 2. Intercambio de nucleótidos: La subunidad Gα de la proteína G libera GDP y lo reemplaza por GTP. 3. Disociación y activación: La subunidad Gα se separa del complejo Gβγ y se une a un efector (por ejemplo, la adenilil ciclasa), activándolo. El dímero Gβγ también puede activar otros efectores como canales iónicos o enzimas. 4. Producción de cAMP: La adenilil ciclasa activada produce cAMP. Transducción de la señal por receptores unidos a proteína G 5. Desactivación de Gα: La actividad GTPasa de Gα hidroliza GTP a GDP, desactivando Gα. 6. Reformación del complejo: Gα se vuelve a asociar con Gβγ, reformando la proteína G trimérica y deteniendo la actividad del efector. 7. Fosforilación del receptor: El receptor es fosforilado por una quinasa específica de receptores (GRK). 8. Unión de arrestina: La arrestina se une al receptor fosforilado, inhibiendo su capacidad de activar más proteínas G y marcándolo para ser internalizado por endocitosis. Transducción de la señal por receptores unidos a proteína G La internalización de los GPCR mediada por arrestina ocurre en varios pasos: 1. Unión de arrestina: Los GPCR se unen a arrestina. 2. Endocitosis: Los GPCR unidos a arrestina son atrapados en fosas recubiertas de clatrina que brotan hacia el citoplasma y se convierten en vesículas recubiertas de clatrina. Transducción de la señal por receptores unidos a proteína G La internalización de los GPCR mediada por arrestina ocurre en varios pasos: 3. Entrega a endosomas: Las vesículas entregan los GPCR a los endosomas. Aqui, las arrestinas pueden actuar como andamios para ensamblar complejos de señalización, activando la cascada de MAPK (Mitogen-Activated Protein Kinase - quinasa de proteína activada por mitógenos) y el factor de transcripción ERK (Extracellular Signal-Regulated Kinase-quinasa regulada por señales extracelulares). Transducción de la señal por receptores unidos a proteína G 4. Degradación o reciclaje: Los GPCR pueden ser entregados a los lisosomas para su degradación o ser devueltos a la membrana plasmática mediante un endosoma reciclador. 5. Reactivación: Los GPCR reciclados en la membrana pueden interactuar con nuevos ligandos extracelulares. 6. Este proceso regula la disponibilidad y la señalización de los GPCR en la célula  Descubrimiento e identificación de las proteínas transportadoras de GTP A finales de las décadas de 1950 y 1960, Martin Rodbell y Lutz Birnbaumer, en los National Earl Sutherland y su equipo en la Case Institutes of Health Western Reserve University descubrieron que ciertas hormonas, como la epinefrina, actúan uniéndose a un receptor específico en la superficie Llevaron a cabo una serie de celular. experimentos con membranas plasmáticas aisladas de adipocitos y células hepáticas para comprender Esta unión activa la enzima adenilil la relación entre los receptores ciclasa en el borde interno de la hormonales y la adenilil ciclasa. membrana, lo que resulta en la producción de un segundo mensajero, el AMP cíclico. Este segundo mensajero se difunde en el citoplasma e inicia la respuesta celular. Descubrimiento e identificación de las proteínas transportadoras de GTP Martin Rodbell y Lutz Birnbaumer –Pregunta de investigación : Las células responden a varias hormonas con la producción de cAMP, poseen una sola adenilil ciclasa activada por diferentes hormonas, o si había diferentes adenilil ciclasas para cada hormona. Se utilizan células adiposas para estos estudios porque eran fáciles de aislar, respondían a varias hormonas que aumentaban rápidamente las concentraciones de cAMP y su membrana plasmática podía aislarse fácilmente mediante lisis osmótica.  Descubrimiento e identificación de las proteínas transportadoras de GTP Experimento utilizó: 1. ACTH (Hormona Adrenocorticotropa): Estimula la liberación de hormonas corticosuprarrenales, como el cortisol, desde la corteza suprarrenal. Juega un papel importante en la regulación del metabolismo de carbohidratos, proteínas y grasas, así como en la respuesta al estrés. 2. Epinefrina (Adrenalina): Actúa como una hormona y un neurotransmisor. Prepara el cuerpo para la acción rápida en situaciones de estrés o emergencia al aumentar la frecuencia cardíaca, la presión arterial, la liberación de glucosa y la dilatación de los bronquios, entre otras respuestas. 3. Glucagón: Se libera en respuesta a niveles bajos de glucosa en sangre y estimula la liberación de glucosa desde el hígado, elevando así los niveles de glucosa en sangre. Tiene un efecto opuesto a la insulina.  Descubrimiento e identificación de las proteínas transportadoras de GTP Experimento utilizó: 1. TSH (Hormona Estimulante de la Tiroides): Estimula la tiroides para producir y liberar las hormonas tiroideas, como la tiroxina (T4) y la triyodotironina (T3). Estas hormonas son importantes para regular el metabolismo, el crecimiento y la función de los órganos. 2. LH (Hormona Luteinizante): En las mujeres, desencadena la ovulación y estimula la producción de progesterona en el cuerpo lúteo. En los hombres, estimula las células de Leydig en los testículos para producir testosterona. 3. Prolactina: Principalmente conocida por su papel en la lactancia, estimula la producción de leche en las glándulas mamarias. También desempeña funciones en la regulación del ciclo menstrual y el sistema inmunológico, entre otros procesos. ¿Estimulaban la actividad de la adenilil ciclasa en la membrana celular aislada de adipocitos? Descubrimiento e identificación de las proteínas transportadoras de GTP El estudio investigó los efectos de diferentes concentraciones de ACTH, epinefrina y glucagón en la actividad de la adenilil ciclasa en la célula grasa fantasma. La línea punteada en el gráfico representa la actividad basal de la adenilil ciclasa en ausencia de hormonas añadidas. Cabe destacar que inicialmente la adenilil ciclasa se denominó como adenil ciclasa y más tarde se le dio el nombre de adenilato ciclasa. ¿Estimulaban la actividad de la misma adenilil ciclasa en la membrana celular aislada de adipocitos? Descubrimiento e identificación de las proteínas transportadoras de GTP Al combinarse en grupos de dos o tres, sus efectos sobre la actividad de adenilil ciclasa no son aditivos, lo que sugiere que cada una estimula la misma población de moléculas de adenilil ciclasa. Aunque las diferentes hormonas interactúan con receptores espaciales diferentes, se propone que, aunque diversos receptores hormonales estimulan una población común de moléculas de adenilil ciclasa, estos receptores y sus efectores existen por separado en la membrana plasmática de los adipocitos. Descubrimiento e identificación de las proteínas transportadoras de GTP 1971- Rodbell et al Estimulación de la adenilil ciclasa en membranas plasmáticas aisladas de hepatocitos en respuesta a glucagón y epinefrina Inicialmente, midieron la unión de glucagón marcado a sus receptores en las membranas plasmáticas aisladas. Descubrimiento e identificación de las proteínas transportadoras de GTP 1971- Rodbell et al Conclusiones: El GTP induce la disociación del glucagón de las membranas, incluso a concentraciones muy bajas (0.05 mM), mientras que otros trifosfatos de nucleósido como ATP, UTP y CTP no lo hacen a concentraciones inferiores a 100 mM. Descubrimiento e identificación de las proteínas transportadoras de GTP 1971- Rodbell et al Conclusiones: Los guanil nucleótidos, como el GTP, provocan un cambio en el estado o las propiedades del receptor de glucagón, disminuyendo su afinidad por el glucagón. Descubrimiento e identificación de las proteínas transportadoras de GTP ¿Los efectos de los guanil nucleótidos en la unión de glucagón estaban relacionados con las acciones del glucagón sobre la adenilil ciclasa? Resultados: El estudio evaluó el efecto del ion fluoruro, el glucagón y una combinación de glucagón y GTP en la formación de AMP cíclico por una preparación de membranas plasmáticas de células hepáticas aisladas. Se observó una marcada estimulación por GTP a una concentración de 0.01 mM. Además, se descubrió que el ion fluoruro es un activador efectivo de la adenilil ciclasa, lo que fue utilizado en estudios posteriores Descubrimiento e identificación de las proteínas transportadoras de GTP Don Cassel y Zvi Selinger - Hebrew University of Jerusalem Resultados: Observaron que la adición de isoproterenol (una hormona similar a la epinefrina) a un sistema de análisis de GTPasa de membrana plasmática causaba un aumento del 30% al 70% en la hidrólisis de [32P]GTP Conclusión: La hidrólisis de GTP por acción de la GTPasa desactiva la adenilil ciclasa activada, devolviendo la enzima a su estado basal inactivo.  Descubrimiento e identificación de las proteínas transportadoras de GTP Establecieron una conexión importante entre la proteína transportadora de GTP, también conocida como "proteína G", y la toxina del cólera. Esta enfermedad causa diarrea excesiva y pérdida de agua debido a una toxina bacteriana que estimula la adenilil ciclasa en las células del epitelio intestinal. Se descubrió que la toxina del cólera imita la acción de las hormonas al actuar sobre uno de los componentes presentes en el sistema de adenilil ciclasa. *CFTR es una proteína de membrana cuya En 1977, Cassel y Selinger demostraron que la toxina del cólera función es clave para controlar la secreción de sodio, cloro, agua y bicarbonato inhibe la actividad de la GTPasa de la membrana, lo que resulta en una estimulación prolongada de la adenilil ciclasa Descubrimiento e identificación de las proteínas transportadoras de GTP El efecto de la toxina del cólera en las actividades de la GTPasa estimulada por catecolamina y de la adenilil ciclasa se evaluó en varias concentraciones de GTP. Se analizaron membranas pretratadas en ausencia (círculos vacíos) o presencia (círculos cerrados) de toxina en cuanto a las actividades de la GTPasa y la adenilil ciclasa en las concentraciones de GTP indicadas. En presencia de la toxina, se observó una actividad más baja de la GTPasa (izquierda), lo que condujo a un nivel elevado de la actividad de la adenilil ciclasa (derecha).  Con los experimentos previos se demostró la existencia de un componente regulador del sistema hormonal-adenilil ciclasa que se activa por la unión de GTP y se desactiva por la hidrólisis de GTP. ¿Es la proteína transportadora de GTP una parte integral del sistema de adenilil ciclasa o es un componente separado? ¿Cuál es su estructura y cómo interactúa con los otros componentes importantes del sistema, el receptor y la adenilil ciclasa? Expermiento: 1. Este proceso implicó extraer proteínas de la membrana plasmática hepática en detergentes y someter la mezcla a seis procedimientos cromatográficos sucesivos. 2. Durante la purificación, la actividad específica del extracto se incrementó casi 2,000 veces, lo que correspondió a una purificación de 5,000 a 10,000 veces a partir de membranas plasmáticas o casi 100,000 veces el contenido proteínico celular. 3. La electroforesis en gel de poliacrilamida (SDS-PAGE) reveló tres polipéptidos diferentes (52, 45 y 35 kDa), indicando que la proteína reguladora era un complejo con múltiples subunidades. 4. De estas subunidades, la subunidad de 45 kDa α contenía el sitio de unión para GTP. Descubrimiento e identificación de las proteínas transportadoras de GTP Conclusión de Gilman : la activación de la adenilil ciclasa se producía mediante la disociación de la proteína transportadora de GTP en sus subunidades, y que la subunidad α disociada unida a GTP activaba la enzima productora de cAMP. Trastornos relacionados con los receptores unidos a proteína G 1. Mutaciones (números 1, 2, 5, 6, 7 y 8) resultan en una estimulación constitutiva del efector 2. Mutaciones (3 y 4) bloquean la capacidad del receptor para estimular al efector. Mutaciones en los sitios 1 y 2 afectan al receptor de la hormona estimulante de melanocitos (MSH) Mutación en el sitio 3 al receptor de la hormona adrenocorticotropa (ACTH) Mutación en el sitio 4 al receptor de vasopresina Mutación en los sitios 5 y 6 al receptor de la hormona estimulante de la tiroides (TSH), Mutación en el sitio 7 al receptor de la hormona luteinizante (LH) Mutación en el sitio 8 a la rodopsina, el pigmento sensible a la luz de la retina.  Retinitis pigmentosa Esta condición cambia cómo la retina responde a la luz y dificulta la visión 1. Receptor adrenérgico β2 se relacionan con una mayor probabilidad de sufrir asma o elevación de la presión sanguínea 2. Receptor para dopamina se relacionan con un mayor riesgo de abuso de sustancias o esquizofrenia 3. Receptor de quimiocina (CCR5) se acompañan de una mayor supervivencia en las personas infectadas con el virus de inmunodeficiencia humana (VIH).  Segundos mensajeros serotonina (5-hidroxitriptamina) La formación localizada de cAMP en una célula viva en respuesta a la adición de una molécula mensajera extracelular se ilustra en una serie de fotografías de una célula nerviosa sensorial de la liebre marina Aplysia  Existen otros segundos mensajeros como el Ca2+, fosfoinosítidos, trifosfato de inositol, diacilglicerol, Segundos mensajeros GMP cíclico (cGMP) y óxido nítrico. serotonina (5-hidroxitriptamina) La concentración de cAMP libre se representa por color: azul para baja concentración, amarillo para concentración intermedia y rojo para alta concentración. A pesar de la presencia continua del neurotransmisor, los niveles de cAMP disminuyen en 109 segundos. Segundos mensajeros derivados de fosfatidilinositol (PI) La estructura general de un fosfolípido Los fosfolípidos están sujetos al ataque por cuatro tipos de fosfolipasas que rompen la molécula en los sitios indicados. La PLC (fosfolipasa C), que hidroliza al grupo principal fosforilado del diacilglicerol  Segundos mensajeros derivados de fosfatidilinositol (PI) Pasos 1 y 2 : los grupos fosfato se agregan al fosfatidilinositol (PI) mediante cinasas lipídicas para formar PIP2  Segundos mensajeros derivados de fosfatidilinositol (PI) Paso 3: Cuando un receptor es estimulado por un ligando, activa una proteína G heterotrimérica que contiene una subunidad Gαq  Segundos mensajeros derivados de fosfatidilinositol (PI) Paso 4: Se activa la enzima fosfolipasa C-β específica para PI Paso 5: Esta enzima cataliza la hidrólisis de PI(4,5)P2 en diacilglicerol (DAG) e inositol 1,4,5-trifosfato (IP3)  Segundos mensajeros derivados de fosfatidilinositol (PI) Paso 6: El DAG recluta la proteína cinasa PKC a la membrana y la activa Paso 7: El IP3 (inositol 1,4,5-trifosfato) se difunde en el citosol  Segundos mensajeros derivados de fosfatidilinositol (PI) Paso 8: Se une a un receptor IP3 y canal de Ca2 en la membrana del retículo endoplásmico Paso 9: La unión de IP3 a su receptor provoca la liberación de iones de calcio en el citosol Segundos mensajeros derivados de fosfatidilinositol (PI) La concentración de calcio libre en respuesta a la estimulación hormonal. Una célula hepática fue inyectada con aequorina, una proteína que se extrae de ciertas medusas y que emiten luz cuando se unen a los iones de calcio. La intensidad de la luminiscencia está relacionada con la concentración de iones de calcio libres. La exposición de la célula a la vasopresina resulta en picos controlados en la concentración de calcio libre a intervalos periódicos. A pesar de que concentraciones más altas de la hormona no aumentan la altura (amplitud) de los picos, sí incrementan su frecuencia. Segundos mensajeros derivados de fosfatidilinositol (PI) Regulación de las concentraciones de glucosa sanguínea Las reacciones relacionadas con el almacenamiento o movilización de la glucosa implican la actividad de enzimas clave como la glucógeno fosforilasa y la glucógeno sintasa. La glucógeno fosforilasa se activa en respuesta al glucagón y la epinefrina La glucógeno sintasa se activa en respuesta a la insulina. Movilización de glucosa: ejemplo de una respuesta inducida por cAMP La adenilil ciclasa cataliza la formación de AMP cíclico a partir de ATP. Esta enzima, una proteína integral de membrana, consta de dos partes, cada una con seis hélices transmembrana. El sitio activo de la enzima se encuentra en la superficie interna de la membrana, en una hendidura entre dos dominios citoplásmicos similares. La rotura del cAMP se realiza mediante una fosfodiesterasa, que convierte el nucleótido cíclico en un 5' monofosfato. Pasos 1 y 2: La hormona se une con su receptor, lo que activa la subunidad Gαs, la cual promueve un efector de la adenilil ciclasa. La enzima activada cataliza la formación de cAMP. Paso 3: Una vez formadas, las moléculas de cAMP se difunden en el citoplasma, donde se unen con un sitio alostérico en una subunidad reguladora de una proteína cinasa dependiente de cAMP (proteína cinasa A, PKA) Pasos 4 y 5: Los sustratos de la PKA en una célula hepática incluyen dos enzimas que tienen una función crucial en el metabolismo de la glucosa, la glucógeno sintasa y la fosforilasa cinasa La fosforilación de la glucógeno sintasa inhibe su actividad catalítica, con lo que se impide la conversión de glucosa en glucógeno. La fosforilación de la fosforilasa cinasa activa la enzima para que catalice la transferencia de grupos fosfatos a las moléculas de glucógeno fosforilasa. Paso 6: la adición de un solo grupo fosfato a un residuo específico de serina en el polipéptido de la glucógeno fosforilasa activa esta enzima Paso 7: Lo que se estimula la degradación del glucógeno Paso 8: El 1-fosfato de glucosa que se forma en la reacción se convierte en glucosa, la cual se difunde a la corriente sanguínea y así llega a los otros tejidos del cuerpo. Paso 9: Una fracción de las moléculas de PKA activadas se traslada al núcleo, donde fosforila proteínas nucleares claves Paso 10: Activa el factor de transcripción denominado CREB (proteína de unión con el elemento de respuesta a cAMP). La versión fosforilada de CREB se une como dímero en puntos sobre el DNA Paso 10: Activa el factor de transcripción denominado CREB (proteína de unión con el elemento de respuesta a cAMP). La versión fosforilada de CREB se une como dímero en puntos sobre el DNA que contiene una secuencia particular de nucleótidos (TGACGTCA), conocida como elemento de respuesta al cAMP (CRE). Paso 10: Activa el factor de transcripción denominado CREB (proteína de unión con el elemento de respuesta a cAMP). La versión fosforilada de CREB se une como dímero en puntos sobre el DNA que contiene una secuencia particular de nucleótidos (TGACGTCA), conocida como elemento de respuesta al cAMP (CRE). Mensajeros secundarios Varios procesos que pueden ser afectados por cambios en la concentración de cAMP. 1. Se cree que todos estos efectos son mediados por la activación de la misma enzima, la proteína cinasa A (PKA). 2. La misma hormona puede desencadenar respuestas muy diferentes en diferentes células, incluso cuando se une al mismo receptor. Mensajeros secundarios 1. La epinefrina puede unirse a un receptor adrenérgico similar en células, que resulta en la producción de cAMP : Hepáticas: rompe el glucógeno Adiposas: descomponen los triacilgliceroles Musculares lisas del intestino: relajan 1. La PKA, se sabe que el cAMP interactúa con canales iónicos, fosfodiesterasas y proteínas accesorias como las GEF (proteínas intercambiadoras de nucleótidos guanina). 1. Diferentes células expresan diferentes sustratos de PKA 2. Existen proteínas fijadoras de PKA o AKAP, que funcionan como centros de señalización. Complejos de señalización AKAP que operan en compartimientos subcelulares diferentes. 1. La AKAP en cada uno de estos complejos de proteínas está representada por la barra de color púrpura. 2. La AKAP forma un andamio que reúne una molécula de PKA con sustratos potenciales y otras proteínas implicadas en la vía de señalización, incluidas las fosfatasas (triángulos verdes) que pueden eliminar los grupos de fosfato añadidos y fosfodiesterasas que pueden interrumpir la señalización continua. Complejos de señalización AKAP que operan en compartimientos subcelulares diferentes. 1. Las AKAP que se muestran se dirigen a la PKA y a varios compartimientos diferentes, que incluyen la membrana plasmática, la mitocondria, el citoesqueleto, el centrosoma y el núcleo. Fosforilación de proteína tirosina como mecanismo para la transducción de señal Los pasos en la activación de un receptor proteína-tirosina cinasa (RTK) se dividen en dos procesos principales: a) Dimerización mediada por ligando: 1. En el estado no activado, los receptores están presentes en la membrana como monómeros. 2. La unión de un ligando bivalente conduce a la dimerización del receptor y la activación de su actividad cinasa. 3. Esto resulta en la adición de grupos fosfato al dominio citoplasmático de la otra subunidad del receptor, generando residuos de fosfotirosina. 4. Estos residuos sirven como sitios de unión para proteínas blanco que contienen SH2 (Src homology 2) y PTB (phosphotyrosine- binding), activando estas proteínas como resultado de su interacción con el receptor. Fosforilación de proteína tirosina como mecanismo para la transducción de señal Los pasos en la activación de un receptor proteína-tirosina cinasa (RTK) se dividen en dos procesos principales: b) Dimerización mediada por receptor: 1. Similar al proceso anterior, pero con un ligando monovalente. Cada monómero inactivo se une a una molécula de ligando separada. 2. La unión de cada ligando induce un cambio conformacional en el receptor, creando una interfaz de dimerización. 3. Los monómeros unidos a ligando interactúan a través de esta interfaz para convertirse en un dímero activo Fosforilación de proteína tirosina como mecanismo para la transducción de señal Un dominio SH2 de una proteína se une específicamente a un péptido que contiene un residuo de fosfotirosina. Se muestra en una vista seccionada con el área de superficie accesible representada por puntos rojos El esqueleto del polipéptido como una cinta púrpura. El heptapéptido que contiene fosfotirosina (Pro-Asn-pTir-Glu-Glu-Ile- Pro) se muestra como un modelo de relleno de espacio cuyas cadenas laterales son de color verde y el esqueleto es de color amarillo. Fosforilación de proteína tirosina como mecanismo para la transducción de señal Un dominio SH2 de una proteína se une específicamente a un péptido que contiene un residuo de fosfotirosina. El grupo fosfato se muestra en azul claro. El residuo fosforilado de tirosina y el residuo de isoleucina (+3) se proyectan hacia los bolsillos en la superficie del dominio SH2 Crea una interacción estrechamente adecuada, pero sólo cuando el residuo clave de tirosina se fosforila.  Activación de las vías de señalización corriente abajo Las células contienen numerosas proteínas con dominios SH2 o PTB que se unen a residuos de tirosina fosforilados. La proteína de acoplamiento IRS (Dominio de unión a fosfotirosina) contiene un dominio PTB (Dominio de unión a fosfotirosina) que le permite unirse al receptor activado. Una vez unidos, los residuos de tirosina en la proteína de acoplamiento son fosforilados por el receptor. Estos residuos fosforilados funcionan como sitios de unión para otras proteínas de PI3K: Fosfatidilinositol-3-cinasa es una enzima señalización. que fosforila los fosfatidilinositoles en la posición 3 del anillo de inositol, actúan como Shp2: Tirosina fosfatasa no receptora 11 es una señales para activar vías de señalización enzima involucrada en la regulación de la intracelular importantes en la proliferación diferenciación celular, la proliferación y la celular, la supervivencia y la motilidad. supervivencia, y su actividad puede ser modulada por diversas señales extracelulares. Activación de las vías de señalización corriente abajo Las células contienen numerosas proteínas con dominios SH2 o PTB que se unen a residuos de tirosina fosforilados. Ciertos factores de transcripción se unen a RTK (Receptor de Tirosina Quinasa) activados, un evento que conduce a la fosforilación y activación del factor de transcripción y su translocación al núcleo. Los miembros de la familia STAT (Signal Transducers and Activators of Transcription) de factores de transcripción se activan de esta manera. Activación de las vías de señalización corriente abajo Las células contienen numerosas proteínas con dominios SH2 o PTB que se unen a residuos de tirosina fosforilados. Se activa una amplia gama de enzimas de señalización después de unirse a RTK (Receptor de Tirosina Quinasa) desactivado. En el caso que se representa aquí, una fosfolipasa (PLC-γ), una cinasa lipídica (PI3K) y una proteína-tirosina fosfatasa (Shp2) se han unido a sitios de fosfotirosina en el receptor.  Activación de las vías de señalización corriente abajo Las células contienen numerosas proteínas con dominios SH2 o PTB que se unen a residuos de tirosina fosforilados. Las proteínas adaptadoras, como Grb2, funcionan como un enlace entre otras proteínas. Como se muestra aquí, Grb2 puede servir como un enlace entre el factor de crecimiento RTK (Receptor de Tirosina Quinasa) activado y Sos (factor de intercambio de nucleótidos guanina), un activador de una proteína corriente abajo llamada Ras. Ras (proteína) es una proteína G monomérica que funciona como un interruptor molecular dentro de las células. Su principal función es transmitir señales desde receptores de membrana hasta el núcleo de la célula, donde activa genes específicos que regulan procesos celulares como la proliferación, la diferenciación y la supervivencia celular. Ras actúa como un interruptor molecular porque puede estar en dos estados: activado (unido a GTP) o inactivo (unido a GDP). Grb2 es una proteína adaptadora con una estructura terciaria compuesta por dos dominios SH3 y un dominio SH2. Los dominios SH2 se unen a proteínas que contienen un residuo de fosfotirosina, como el receptor EGF activado. Los dominios SH3 se unen a proteínas ricas en residuos de prolina, como Sos. Estas interacciones permiten que Grb2 medie la señalización intracelular al actuar como un enlace entre diferentes proteínas y transmitir señales desde la superficie celular al interior de la célula. Otras proteínas adaptadoras similares incluyen Nck, Shc y Crk. La vía de cinasa de RAS-MAP Proteínas quinasas activadas por mitógenos La estructura de una proteína G Ras y el ciclo de la proteína G. La estructura de una proteína G se puede comparar entre su estado activo, unido a GTP (representado en rojo), y su estado inactivo, con un dominio GDP (representado en verde). Se observan diferencias en la conformación en dos regiones flexibles conocidas como interruptor I y II. Afectan la capacidad de la molécula para unirse a otras proteínas, lo que influye en su función y en la señalización intracelular.  Via RAS- MAP y el cáncer https://www.youtube.com/watch?v=NMdnF0L4GmM  Via RAS- MAP y el cáncer Enzimas que fosforilan residuos de tirosina en proteínas. 1. PTK" (Protein Tyrosine Kinase) – No siempre interactúa con ligandos externos 1. "RTK" (Receptor Tyrosine Kinase)- Son parte de la gran familia de PTK La vía de cinasa de RAS-MAP El ciclo de la proteína G. Las proteínas G están en su estado inactivo cuando están unidas por una molécula de GDP. Paso 1a : Si la proteína G inactiva interactúa con un inhibidor de la disociación del nucleótido de guanina (GDI), se inhibe la liberación del GDP y la proteína permanece en el estado inactivo Paso 1b: Si la proteína G inactiva interactúa con un factor de intercambio de nucleótidos de guanina (GEF) Paso2: La proteína G intercambia su GDP por un GTP Paso 3: Se activa la proteína G para que pueda unirse a una proteína blanco corriente abajo La vía de cinasa de RAS-MAP El ciclo de la proteína G. Las proteínas G están en su estado inactivo cuando están unidas por una molécula de GDP. Paso 4: La unión del dominio GTP a la proteína G activa la proteína blanco (proteína cinasa o una proteína fosfatasa). Transmite la señal corriente abajo a lo largo de la vía de señalización. Las proteínas G tienen una actividad GTPasa intrínseca débil que se estimula mediante la interacción con una proteína activadora de GTPasa (GAP) Paso 5: El grado de estimulación de GTPasa por un GAP determina el periodo que la proteína G está activa. El GAP sirve como un tipo de reloj que regula la duración de la respuesta Paso 6: Una vez que se ha hidrolizado el GTP, el complejo se disocia, y la proteína G inactiva está lista para comenzar un nuevo ciclo La vía de cinasa de RAS-MAP: cascadas de MAP cinasas Paso 1: La unión del factor de crecimiento a su receptor Paso 2: Conduce a la autofosforilación de los residuos de tirosina del receptor Paso 3: Se reculta las proteínas Grb2-Sos. Paso 4: Este complejo causa el intercambio GTP-GDP de Ras. La vía de cinasa de RAS-MAP: cascadas de MAP cinasas Paso 5: Se recluta la proteína Raf a la membrana, donde se fosforila y así se activa Paso6: En la vía representada aquí, Raf fosforila los residuos de treonina como de tirosina de MEK Paso 7: MEK fosforila y activa aún otra cinasa denominada ERK que posee doble especificidad, pueden fosforilar residuos de tirosina así como de serina y treonina Raf: Fosforila Ser /Thr - MAP cinasa cinasa cinasa (MAPKKK, MAP kinase kinase kinase) MEK: Fosforila Tyr /Thr MAP cinasa cinasa (MAPKK, MAP kinase kinase) ERK: Fosforila Ser /Thr guiado por una prolina MAP cinasa (MAPK, MAP kinase) La vía de cinasa de RAS-MAP: cascadas de MAP cinasas Paso 8: Una vez activada, ERK (MAPK) se traslada al núcleo donde fosforila los factores de transcripción (TF, transcription factors), como Elk-1. Paso 9: La fosforilación de los factores de transcripción aumenta la vulnerabilidad de las entidades reguladoras en el DNA Paso 10: Esto conduce a un aumento en la transcripción de genes específicos (p. ej., Fos y Jun) implicados en la respuesta de crecimiento. Uno de los genes cuya expresión es estimulada codifica una MAPK fosfatasa (MKP-1). Paso 11: Los miembros de la familia MKP pueden eliminar los grupos de fosfatos de los residuos de tirosina y treonina de MAPK, esto activa MAPK y detiene la actividad de señalización a lo largo de la ruta. La vía de cinasa de RAS-MAP: cascadas de MAP cinasas  La vía de cinasa de RAS-MAP: cascadas de MAP cinasas Extracellular signal-regulated kinase 5 (ERK5) p38 MAPK enzima que regula la producción de mediadores JNK (Jun-N-terminal Kinase) proinflamatorios y que está involucrada en la respuesta celular a estrés  La vía de cinasa de RAS-MAP: cascadas de MAP cinasas EGFR receptor tirosina–cinasa: receptor del factor de crecimiento epidérmico. Cáncer de pulmón de células no pequeñas (NSCLC)  La vía de cinasa de RAS-MAP: cascadas de MAP cinasas EGFR receptor tirosina–cinasa: receptor del factor de crecimiento epidérmico. Adaptación de la MAP cinasa para transmitir diferentes tipos de información: Saccharomyces cerevisiae La activación de un receptor acoplado a proteínas G (GPCR) es crucial para la respuesta celular frente a factores externos, como el feromona α (apareamiento). 1. Ligando y activación del receptor (GPCR - Ste2): La feromona α se une al receptor Ste2, un GPCR. Esta unión provoca un cambio conformacional en el receptor, lo que activa la proteína G heterotrimérica asociada con el GPCR. 2. Activación de Gβγ: La activación de Ste2 provoca la disociación de la proteína G en sus subunidades Gα y Gβγ. La subunidad Gβγ juega un papel clave en la señalización a través de su interacción con la proteína de andamiaje Ste5. Gβγ se une específicamente a Ste5, una proteína de andamiaje que organiza las proteínas necesarias para la activación de la vía MAPK. 3. La proteína de andamiaje (AKAP) Ste5 recluta las proteínas quinasas específicas de la vía MAPK, empezando por MAPKKK (Ste11), seguida por MAPKK (Ste7) y finalmente MAPK (Fus3). Adaptación de la MAP cinasa para transmitir diferentes tipos de información: Saccharomyces cerevisiae En condiciones de estrés osmótico, como la exposición a altas concentraciones de sal, las células de levadura deben activar una vía MAPK especializada para adaptarse a estas condiciones estresantes. 1.Activación del receptor Sho1: En este caso, la proteína Sho1, que actúa como un sensor de estrés osmótico, detecta las altas concentraciones de sal en el entorno celular. A través de su dominio SH3, Sho1 interactúa con la proteína de andamiaje Pbs2, un componente clave en la vía de respuesta osmorregulatoria. 1.MAPKKK Ste11 y la bifurcación de la vía: Ste11, un MAPKKK (quinasas de la proteína quinasas activada por mitógenos), es un punto de convergencia de las dos vías: la de la respuesta a feromonas y la respuesta osmorregulatoria. Adaptación de la MAP cinasa para transmitir diferentes tipos de información: Saccharomyces cerevisiae 3. Activación de Pbs2 y cascada de MAPK: En la respuesta osmorregulatoria, Pbs2, además de actuar como proteína de andamiaje, tiene una función enzimática propia, actuando como MAPKK. Esto significa que Pbs2 directamente fosforila y activa a MAPK, que, en este caso, es Hog1, un regulador de la respuesta celular al estrés osmótico. La cascada de MAPK activa genes que permiten a la célula adaptarse al estrés osmótico, promoviendo procesos como la síntesis de glicerol y la modificación de la permeabilidad celular. Adaptación de la MAP cinasa para transmitir diferentes tipos de información: Saccharomyces cerevisiae Respuesta a un factor de unión en células con un andamiaje quimérico Ste5-Pbs2 Este experimento se centra en la manipulación genética de la vía MAPK, utilizando un andamiaje quimérico que combina las funciones de Ste5 y Pbs2. 1.Creación del andamiaje quimérico: El propósito de esta modificación es explorar cómo una proteína de andamiaje puede influir en la respuesta celular a diferentes señales. Ste5 está normalmente involucrada en la respuesta a feromonas, mientras que Pbs2 está asociada con la respuesta al estrés osmótico. Adaptación de la MAP cinasa para transmitir diferentes tipos de información: Saccharomyces cerevisiae Respuesta a un factor de unión en células con un andamiaje quimérico Ste5-Pbs2 2. Respuesta osmorregulatoria ante el factor de unión: En células modificadas genéticamente para expresar este andamiaje quimérico, se observa que, en presencia de un factor de unión (como la feromona α), las células responden exhibiendo una respuesta osmorregulatoria, que normalmente solo se activaría en condiciones de estrés por sal. Esto demuestra que la función del andamiaje, combinando las dos vías MAPK, puede “desviar” la señalización de la respuesta a feromonas hacia la vía de estrés osmótico.  Señalización del receptor para insulina La respuesta del receptor de insulina a La unión de una sola molécula la unión del ligando. de insulina a las subunidades α causa un cambio conformacional a) El receptor de en las subunidades β, lo cual insulina, que se acciona la actividad de la muestra aquí en tirosina cinasa de las forma esquemática en subunidades β. Las subunidades el estado inactivo, es β activadas fosforilan los un tetrámero, el cual residuos de tirosina localizados consta de dos en el dominio citoplásmico del subunidades α y dos receptor, así como los residuos subunidades β. de tirosina en varios sustratos de receptores de insulina (IRS). Señalización del receptor para insulina La respuesta del receptor de insulina a la unión del ligando. c) Una vez unidos al receptor de insulina, se pueden fosforilar varios residuos de tirosina en el IRS (sustratos de receptores de insulina) y posteriormente servir como sitios de unión para otras proteínas, incluyendo una proteína adaptadora Grb2, una lípido cinasa PI3K u otras proteínas de señalización. PTB (Dominio de unión a fosfotirosina) La activación de Grb2 conduce a la activación de la vía de Ras y la transcripción de genes La activación de PI3K conduce a la producción de PIP3 (fosfatidilinositol 3,4,5-trifosfato).  Señalización del receptor para insulina La función de la PI 3-cinasa en la activación de una variedad de vías de 2 señalización. 3 1. La activación de PI3K conduce a la formación de fosfoinositoles unidos 1 a la membrana, incluido el PIP3. 2. Una de las cinasas clave en numerosas vías de señalización es (PKB-serina/treonina proteína cinasas ), que interactúa con PIP3 por medio de un dominio PH (Homología a Plecstrina) en la membrana plasmática. 3. Esta interacción cambia la conformación de PKB, convirtiéndolo en un sustrato por otro PIP3 unido a cinasa a (PDK1), que fosforila PKB. Señalización del receptor para insulina 4. El segundo fosfato que se muestra vinculado a PKB se agrega por una segunda cinasa, en su mayoría probablemente mTOR (la regulación de la multiplicación y supervivencia de las células, el metabolismo, la diferenciación celular, el sistema 4 inmune, los mecanismos de autofagia) Señalización del receptor para insulina Una vez activado, PKB se disocia de la membrana plasmática y se mueve en el citosol y el núcleo. La PKB es un componente principal de una serie de vías de señalización separadas que median en la respuesta a la insulina. Estas vías conducen a la 4 translocación de los transportadores de glucosa a la membrana plasmática, a la síntesis de glucógeno y la síntesis de nuevas proteínas en la célula. Señalización del receptor para insulina La PKB también desempeña una función clave en la promoción de la supervivencia celular mediante la inhibición de la proteína proapoptótica Bad ( vía intrínseca de la apoptosis) y/o la activación del factor de transcripción NF-kB. 4 Transporte de glucosa Regulación de la captación de glucosa en células musculares y adiposas por la insulina. Los transportadores de glucosa se almacenan en las paredes de las vesículas citoplasmáticas que brotan de la membrana plasmática (endocitosis). Cuando se elevan los niveles de insulina, se transmite una señal a través de la vía IRS (Sustrato del Receptor de Insulina) -PI3K (Fosfoinositol 3-quinasa) -PKB (serina/treonina quinasa), que desencadena la translocación de las vesículas citoplásmicas a la periferia de la célula. Transporte de glucosa Regulación de la captación de glucosa en células musculares y adiposas por la insulina. Las vesículas se fusionan con la membrana plasmática (la exocitosis), entregan los transportadores a la superficie de la célula, donde pueden mediar la captación de la glucosa. La función del calcio como mensajero intracelular Demostración experimental de liberación localizada de Ca2 intracelular dentro de una dendrita de una neurona. Se observa el enorme complejo de células de Purkinje (neuronas más grandes del SNC) del cerebelo, los iones de calcio han sido liberados localmente en una pequeña porción del complejo “árbol dendrítico”. La liberación de calcio del ER (que se muestra en rojo) se indujo en la dendrita luego de la producción local de IP3, que siguió a la activación repetitiva de una sinapsis cercana. La función del calcio como mensajero intracelular: célula muscular cardíaca Paso 1: Una despolarización en el voltaje de la membrana provoca la abertura de canales del calcio activados por voltaje en la membrana plasmática, lo que permite la entrada de una pequeña cantidad de Ca2 en el citosol. Paso2: Los iones de calcio se unen a los receptores de rianodina en la membrana SER (membrana del retículo sarcoplásmico). Paso 3: Lo que conduce a la liberación del Ca2 almacenado en el citosol Paso 4 y Paso 5 : Desencadena la contracción de la célula. Los iones de calcio se eliminan posteriormente del citosol mediante la acción de las bombas de Ca2 situadas en la membrana del SER y un sistema de transporte secundario de Na+/Ca2+ en la membrana plasmática, lo cual permite la relajación. Este ciclo se repite después de cada latido del corazón. Visualización de la concentración citoplásmica de Ca2+ en células vivas Onda de calcio en un óvulo de estrella de mar inducida por un espermatozoide fecundante. El óvulo no fecundado se inyectó con un colorante fluorescente sensible al calcio, fertilizado y fotografiado a intervalos de 10 segundos. Se observa que el aumento en la concentración de Ca2+ se extiende desde el punto de entrada del espermatozoide (flecha) a lo largo de todo el óvulo. El color azul indica [Ca2+] libre bajo, mientras que el color rojo indica [Ca2+] libre alto. Una onda de Ca2+ similar en óvulos de mamíferos se desencadena por la formación de IP3 por una fosfolipasa C que se introduce en el óvulo por el esperma fecundante. Visualización de la concentración citoplásmica de Ca2+ en células vivas Un modelo para la entrada de calcio operada por depósito. Cuando la luz del ER (retículo endoplasmático) contiene abundantes iones de Ca2+, las proteínas STIM1 de la membrana ER y las proteínas Orai1 de la membrana plasmática están situadas de forma difusa en sus respectivas membranas, y el canal del calcio Orai1 está cerrado. Visualización de la concentración citoplásmica de Ca2+ en células vivas Un modelo para la entrada de calcio operada por depósito. Si las reservas del ER se agotan, un sistema de señalización funciona entre las dos membranas, lo que causa que las dos proteínas se agrupen dentro de sus respectivas membranas en estrecha proximidad entre sí. La interacción aparente entre las dos proteínas de membrana conduce a la abertura del canal Orai1 y al influjo de los iones Ca2+ en el citosol desde donde pueden bombearse a la luz del ER. Proteínas fijadoras de Ca2+ Calmodulina. Un diagrama en cinta de la calmodulina (CaM, calmodulin) con cuatro iones de calcio unidos (esferas blancas). La unión de estos iones Ca2 cambia la conformación de la calmodulina, exponiendo una superficie hidrofóbica que promueve la interacción de Ca2 — CaM con un gran número de proteínas blanco. Convergencia, divergencia y comunicación cruzada entre diferentes vías de señalización Ejemplos de convergencia, divergencia y comunicación cruzada Los dos se han visto converger por la activación de diferentes isoformas de la fosfolipasa C, que conducen a la producción de los mismos segundos mensajeros (IP3 y DAG - Inositol 1,4,5-trifosfato y Diacylglycerol). Convergencia, divergencia y comunicación cruzada entre diferentes vías de señalización Ejemplos de convergencia, divergencia y comunicación cruzada: La activación del RTK (Receptor de Tirosina Quinasa) PDGF ( Factor de Crecimiento Derivado de Plaquetas) EGF (Factor de Crecimiento Epidérmico). Convergencia, divergencia y comunicación cruzada entre diferentes vías de señalización Ejemplos de convergencia, divergencia y comunicación cruzada: La comunicación cruzada entre los dos tipos de vías se ilustran por los iones de calcio, los cuales se liberan del SER (reticulo sarcoplasmático) por la acción de IP3 y luego pueden actuar sobre varias proteínas, incluida la proteína cinasa C (PKC), cuya actividad también es estimulada por DAG. Convergencia, divergencia y comunicación cruzada entre diferentes vías de señalización Señales transmitidas desde un receptor acoplado a proteína G, una integrina y un receptor tirosina cinasa. Todos convergen en Ras, y son luego transmitidos a lo largo de la cascada MAP cinasa. Comunicación cruzada entre dos principales vías de señalización El AMP cíclico actúa en algunas células, por medio de la cinasa PKA dependiente de cAMP, para bloquear la transmisión de señales de Ras (proteína G pequeña) a Raf (proteína quinasa serina/treonina), que inhibe la activación de la cascada MAP cinasa. Tanto PKA como las cinasas de la cascada MAP cinasa fosforilan el factor de transcripción CREB (cAMP response element-binding protein) en el mismo residuo de serina, activando el factor de transcripción y permitiendo que se una a sitios específicos en el DNA. Función del óxido nítrico como mensajero intercelular Una vía de transducción de señales que opera por medio del NO y el GMP cíclico que conduce a la dilatación de los vasos sanguíneos. Paso1: La unión de acetilcolina a la superficie externa de una célula endotelial Paso 2: Representa una señal para el aumento de la concentración citosólica de Ca2+ Paso 3: Esto activa la óxido nítrico sintasa Paso4: El ON formado en la célula endotelial se difunde por la membrana plasmática y hacia las células adyacentes de músculo liso Función del óxido nítrico como mensajero intercelular Una vía de transducción de señales que opera por medio del NO y el GMP cíclico que conduce a la dilatación de los vasos sanguíneos. Paso5: Donde se une y estimula a la guanilil ciclasa, la enzima que sintetiza el GMP cíclico (cGMP), que es un segundo mensajero importante de estructura similar al cAMP. Paso 6: Se une a una proteína cinasa dependiente de cGMP (una PKG -Proteína Quinasa G dependiente de GMP cíclico), que fosforila sustratos específicos, lo que induce la relajación de la célula muscular y dilatación del vaso sanguíneo.  Apoptosis (muerte celular programada) Micrografías electrónicas de barrido de una célula T hibridoma normal a) y apoptótica b). La célula apoptótica exhibe muchas ampollas en la superficie que están injertadas fuera de la célula.  Apoptosis (muerte celular programada) Se activa principalmente a través de la activación de caspasas debido a señales externas (como la unión de ligandos a receptores de muerte) o internas (como el daño en el ADN o el estrés en el retículo endoplásmico). La célula se fragmenta en cuerpos apoptóticos, que son rápidamente fagocitados por células circundantes, sin liberar su contenido intracelular, lo que evita una respuesta inflamatoria. Este proceso no genera inflamación significativa, ya que es altamente controlado y no interfiere con las células vecinas. Las proteínas clave involucradas incluyen las caspasas y las Ilustración de las diferencias morfológicas distintivas entre una célula sometida a apoptosis de la familia Bcl-2, que regulan la formación de los cuerpos y la necroptosis. apoptóticos y la fragmentación celular.  Necroptosis Es una forma de muerte celular programada que comparte algunas características con la necrosis, como la ruptura de la membrana celular y la liberación de contenido intracelular. Es un proceso regulado que se activa cuando las caspasas no pueden inducir la apoptosis, a menudo debido a la inhibición de estas enzimas. En este proceso, las proteínas RIPK1, RIPK3 y MLKL son esenciales para la formación del complejo necrosoma, que conduce a la ruptura de la célula y la liberación de moléculas proinflamatorias, como los DAMPs. Desencadena una respuesta inflamatoria en los tejidos Ilustración de las diferencias morfológicas distintivas entre una célula sometida a apoptosis circundantes, es más destructiva que la apoptosis, afectando y la necroptosis. no solo a la célula en cuestión sino también al entorno.  Apoptosis https://youtu.be/9Tle7U_P2Y8?si=J6T-1BToox98PB6m  Apoptosis (muerte celular programada) La apoptosis modela la estructura digital de los mamíferos. Tres etapas en este proceso en un embrión de ratón. En este ratón en particular, el cual se llama ratón MacBlue, todos los macrófagos embrionarios expresan la proteína fluorescente cian. Los macrófagos fluorescentes se han infiltrado en las regiones de la almohadilla de la pata donde la apoptosis ha ocurrido y se limpia el espacio entre los dígitos. Vía extrínseca de la apoptosis Un modelo simplificado de la vía extrínseca (mediada por receptor) de la apoptosis 1. Cuando el TNF se une a un receptor TNF (TNFR1), el receptor activado se une a la proteína adaptadora citoplasma TRADD 2. También activa la señalización de proteínas adicionales como RIP1K. 3. Los dominios citoplásmicos del receptor TNF, FADD, TRADD y RIP1K interactúan entre sí por regiones homólogas denominadas dominios de muerte que están presentes en cada proteína. Vía extrínseca de la apoptosis Un modelo simplificado de la vía extrínseca (mediada por receptor) de la apoptosis 1. En la vía apoptótica, la RIP1K se asocia con la proteína adaptadora FADD y procaspasa-8. 2. Una vez ensamblados en el complejo, dos moléculas de la procaspasa se rompen una con otra para generar una molécula de caspasa-8 activa que contiene cuatro segmentos polipéptidos. 3. La caspasa-8 es un complejo iniciador que activa la caspasa corriente (efectora) corriente abajo que ejecuta la sentencia de muerte. Vía necroptótica de la apoptosis Un modelo simplificado de la vía necroptótica 1. El RIP1K se asocia con otra cinasa, la RIP3K, al formar el necropsoma activo. Se considera la fosforilación RIP3K de la MLKL (Similar a un dominio de una Quinasa de Linaje Mixto) para permitir que la MLKL se transloque a la membrana y se oligomerice para formar los canales que permiten la fuga citoplásmica.  Vía intrínseca de la apoptosis La vía intrínseca (mediada por mitocondrias) de apoptosis. Varios tipos de estrés celular causan miembros proapoptóticos, Bax o Bak, para oligomerizarse en la membrana mitocondrial externa, formando canales que facilitan la liberación de moléculas del citocromo c del espacio intermembranoso. Una vez en el citosol, las moléculas del citocromo c forman un complejo multisubunidad con una proteína citosólica denominada Apaf-1 y las moléculas procaspasa-9. Ellas están aparentemente activadas a su capacidad proteolítica completa como resultado de un cambio conformacional inducido por asociación con Apaf-1. Las moléculas caspasa-9 rompen y activan las caspasas efectoras, las cuales efectúan la respuesta apoptótica. Vía intrínseca de la apoptosis La vía intrínseca se puede activar en algunas células por las señales extracelulares. Esto ocurre con la caspasa iniciadora de la vía extrínseca, la caspasa-8, la cual escinde sólo la proteína BH3 llamada Bid, generando un fragmento de proteína (tBid) que se une a Bax, e induce la inserción de Bax en la a membrana mitocondrial externa y libera el citocromo c de las mitocondrias. Eliminación de las células apoptóticas “Cadáver” celular apoptótico dentro del citoplasma de un fagocito.  Bibliografía (2020). Señalización celular y transducción de señales: comunicación intercelular. Iwasa J, & Marshall W(Eds.), Biología Celular y Molecular. Conceptos y experimentos, 8e. McGraw-Hill Education. https://accessmedicina-mhmedical- com.bibliotecavirtual.udla.edu.ec/content.aspx?bookid=2817&sectionid=249687477