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COMUNICACIÓN CELULAR Señales externas La señalización es un proceso en el que las células se comunican con otras, estas señales vienen de una célula denominada emisora y esta señal va a otra célula que se denomina receptora o diana. Estas señales ejecutan respuestas en las célu...

COMUNICACIÓN CELULAR Señales externas La señalización es un proceso en el que las células se comunican con otras, estas señales vienen de una célula denominada emisora y esta señal va a otra célula que se denomina receptora o diana. Estas señales ejecutan respuestas en las células dianas y el mecanismo de esta comunicación celular tiene procesos parecidos tanto en seres poco complejos como en los seres más complejos, aunque estos procesos aparecieron y evolucionaron en las células procariotas. Cabe aclarar que en este caso estaremos hablando de las señales en forma de moléculas químicas llamadas ligando. Estas señales pueden clasificarse de la siguiente manera: - Uniones celulares: Para este caso las células son capaces de comunicarse por sus uniones intercelulares y así los ligandos pueden pasar rápidamente sin la necesidad de pasar una membrana celular. - Reconocimiento intercelular: Esta se basa en la comunicación mediante la unión de los ligandos a un receptor proteico en la membrana celular, para eso el ligando deberá salir de la membrana celular de la célula emisora. Esta a su vez puede subdividirse en 4 grupos. ❖ Señalización autocrina: Es cuando una sola célula actuará como una célula emisora y receptora al mismo tiempo, es decir, la célula produce su ligando y este se unirá a los receptores superficiales de la misma célula que sintetizó este ligando. ❖ Señalización paracrina: Es cuando las células emisoras y dianas están próximas una de otras, es decir, no están tan lejos. Un ejemplo serían los factores de crecimiento. ❖ Señalización yuxtacrina: Es cuando las células emisoras y receptoras están en contacto físico directo, esta representa a la clasificación de las uniones celulares. ❖ Señalización endocrina: Llamada señalización a larga distancia es cuando las células dianas y emisoras están lejos entre sí, los ligandos irán mediante el flujo sanguíneo hasta su destino. A los ligandos se les denomina hormonas. ❖ Señalización sináptica: Tiene lugar en el sistema nervioso en donde la señal química se expresa en forma de neurotransmisores que salen por exocitosis, esta señalización ocurre de forma local y esta señalización es más especializada. OJO esto solo se refiere al momento de la sinapsis, la transmisión de una señal a través del sistema nervioso es un tipo de señalización a larga distancia. Dentro de este proceso de comunicación celular observaremos las 3 etapas que corresponden a la señalización celular, las cuales son en forma progresiva la recepción, la transducción y la respuesta. Recepción Esta etapa comprende la unión de la señal química en forma de una sustancia química llamada ligando, el cual se unirá a una proteína receptora en la membrana celular. Sin embargo esta recepción tendrá ciertas particularidades dependiendo de la naturaleza del ligando en cuestión. - Receptores intracelulares: Son receptores proteicos que se encuentran en el citosol y para que el ligando pueda acceder a ella debe atravesar a la membrana celular. Para que una molécula pase a estos receptores internos debe ser una molécula química hidrofóbica o debe tener un tamaño lo suficientemente pequeño para atravesar la membrana. Algunos ejemplos de sustancias que se unen a estos receptores son el óxido nítrico, algunas hormonas como la testosterona o la hormona tiroidea. - Receptores en la membrana celular: Son receptores proteicos que se encuentran en la membrana y para que el ligando pueda acceder deberá unirse a esta proteína, los ligandos hidrosolubles son quienes tienen este tipo de recepción. Para esta vía la proteína de la membrana celular cambiará su forma. Para el funcionamiento de este receptor tenemos 3 tipos principales de receptor: 1.- Receptores asociados a la proteína G: Estos están asociados a una proteína G con hélices alfa y a una enzima que ejecuta la respuesta, el mecanismo es el siguiente: ➔ Primero tendremos a un proteína G inactiva que tiene a un GDP, el receptor asociado a esta proteína aún no tendrá al ligando y también habrá una enzima que no actúa aún, esta parte es el estado de reposo cuando no hay un ligando. ➔ Luego cuando un ligando se una al receptor esto hará que la estructura de este receptor proteico cambie y así gane afinidad para la proteína G que se unirá al receptor con un GDP unido ➔ Después el GDP que está unido a la proteína G será desplazada por un GTP, esto ocasiona que la proteína G se separe del receptor y vaya directamente a una enzima por la membrana celular. ➔ Luego está proteína G con GTP se unirá a una enzima próxima y la activará y con esto ejecutará la respuesta celular. ➔ Finalmente esta union de la proteína G con el GTP es temporal, se producirá una separación del GTP en ADP y un P, con esto la proteína G se separará y estará nuevamente unido a un GDP y volverá al estado de reposo. 2.- Receptor tirosincinasa: Este receptor es capaz de desencadenar más de una vía de transducción a la vez y es la vía predilecta para ayudar a la célula en funciones de crecimiento celular y reproducción celular. Este receptor posee la capacidad enzimática de una cinasa para transferir grupos fosfato (P), en este caso la parte del receptor en el citosol es quien tiene esta capacidad de enzima y se llama tirosincinasa, el mecanismo es el siguiente: ➔ Hay dos zonas que se distinguen, una de ellas es el sitio de unión del ligando que son hélices alfa en forma de polipéptidos individuales, la parte de la cola está formada por proteínas tirosinas y ambas partes forman una proteína receptora. En estado de reposo hay dos proteínas receptoras separadas. ➔ Luego cuando el ligando se une a la proteína receptora provocará que ambas proteínas receptoras que estaban separadas se unan estrechamente formando un dímero y a este proceso se le llama la dimerización. ➔ Después la dimerización activará a las regiones tirosincinasa y hace que capten un grupo fosfato proveniente de la ruptura de un ATP, a esto se llamará el dímero fosforilado. Esto es un proceso de autofosforilación cruzada. ➔ En la región del citosol habrá proteínas anexas llamadas proteínas transmisoras que se unirán a las regiones tirosincinasa para ejecutar la respuesta celular. Cabe aclarar que estas proteínas se activarán cuando se unan a las regiones tirosincinasa fosforiladas ➔ Finalmente estás proteínas transmisoras se separan de la región tirosincinasa, los fosfatos de esta región se retirarán y con esto las proteínas receptoras se volverán a separar para volver a realizar el proceso.. 3.- Receptores asociados a canales iónicos Son receptores que aceptan ligandos modificando su estructura haciendo que el flujo de iones sea posible tras la apertura de la proteína, estos iones suelen ser los de sodio o calcio, el mecanismo es el siguiente: ➔ La proteína permanecerá inactiva o cerrada impidiendo el flujo de los iones que están en la zona extracelular, todo esto representa el estado de reposo. ➔ Luego se une un ligando, el cual genera un cambio en la proteína haciendo que esta se active o se abra permitiendo así el flujo de los iones, el flujo de estos iones implicarán una modificación en la actividad de la célula que tarde o temprano generará una respuesta celular. ➔ Finalmente cuando el ligando se retira, la forma de la proteína vuelve al estado de reposo haciendo que el flujo de iones se detenga. El cambio de confirmación de la proteína se da en la sección que está en el citosol. Transducción Constituye a la vía en la que la señal química logrará brindar una respuesta celular, esta vía está en forma progresiva en donde en el momento de la señalización se activa una proteína, que a su vez activa a otra y así sucesivamente hasta la ejecución de la respuesta celular, las moléculas que transmiten la señal hasta la respuesta se llaman proteínas transmisoras y existen formas para la transducción: 1.- Fosforilación y desfosforilación proteica: Es un mecanismo muy difundido entre células y sirve para regular la actividad proteica en donde una enzima tendrá mucha actividad siendo la proteincinasa, quien se encarga de tomar un fosfato del ATP y dejarlo como ADP para activar otras proteincinasa. A esta cadena en donde se activan proteincinasas de forma progresiva se le llama “cadena de fosforilación”. Esta cadena tendrá un final en donde se activará a la proteína encargada de ejecutar la respuesta celular. Para volver al estado de reposo existen unas moléculas llamadas proteinfosfatasas, quienes se encargan de eliminar los grupos fosfatos de las proteínas gracias al proceso defosforilación, todo esto se hace para que el proceso pueda ser realizado nuevamente con la misma señal u otras. 2.- Moléculas pequeñas no proteicas: Para una transducción no siempre se utilizarán proteínas, muchas veces se usan moléculas de otras naturalezas que son solubles en agua o iones denominados segundos mensajeros, estos tienen la particularidad de poder difundirse de forma rápida en el medio intracelular por difusión, algunos ejemplos son: AMP cíclico: Involucrado en la degradación de glucógeno, cuando la epinefrina se une a una proteína provoca que la la proteína G activa la adenilato ciclasa que transformará a los ATP en AMP cíclico, esta molécula irá a activar a la proteína encargada de ejecutar la respuesta celular. Iones de calcio y el inositol trifosfato: Corresponde a una vía más utilizada que la del AMP cíclico, esta se basa en el aumento de concentración de iones de calcio que activarán a otras proteínas que ejecutarán la respuesta celular. Esto es de especial importancia sobre todo para la contracción muscular, factores de crecimiento y algunas hormonas. ○ Primero una proteína se unirá al ligando, está activará a una proteína G que activará a una fosfolipasa que tomará a fosfolípidos de la membrana y lo convertirá en inositol trifosfato (IP3) y este IP3 actuará como segundo mensajero que se unirá a un canal de calcio regulado que se activará cuando se una con el IP3 liberando iones de calcio al citosol y luego estas activará a diversas proteínas. El proceso de transducción es más largo cuando se hace con ligandos hidrofílicas y es más corto en ligandos hidrofóbicos o gases. Respuesta Es la parte final de la comunicación celular, esta respuesta se puede dar a nivel del citosol en donde puede ocasionar la apertura o cierre de canales o cambios en el metabolismo celular, regulan actividades y también puede ser a nivel nuclear en donde se puede activar o desactivar genes para la síntesis de proteínas específicas para ejecutar la respuesta, no regulan actividades pero sí la síntesis de sustancias. Ahora veremos algunos factores de la respuesta. - Amplificación de la señal: Esto se basa en la cascada de procesos que se da en la transducción en donde los procesos generan cada vez más moléculas en cada paso, esto amplifica la señal y la respuesta. - La especificidad de la señalización: Esto se basa en que no todas las células responderán de la misma forma a un ligando, algunos pueden tener otras interacciones o de plano no responder a estímulos en los que otras células si hubiesen reaccionado. - La eficiencia de la señalización: En la parte de la transducción están involucradas algunas proteínas que se encargan de ayudar a que los mecanismos de transducción puedan ejecutar correctamente la respuesta. La terminación de la señalización celular es una parte importante, todo el proceso descrito hasta ahora ocurre en periodos cortos de tiempo, sin embargo no pueden durar mucho y por eso es que deben tener un final. Esto se da gracias a un proceso masivo de inactivación en donde desde la proteína que aceptó al ligando hasta todos los proceso de transducción se inactivan, porque todos tienen la propiedad de tener cambios reversibles, todo para que la célula sea capaz de realizar otras señalizaciones y otros procesos según sea el caso. La respuesta celular viene dada por la última proteína que se activa en el proceso de transducción llamada proteína efectora. Potencial de acción Se define como los cambios rápidos del potencial de la membrana de una célula, en este caso de una neurona, y que se extienden a lo largo de una membrana. Para este proceso están involucrados los canales iónicos y este proceso es vital para la transmisión nerviosa. El proceso es el siguiente: 1.- El estado de reposo corresponde a -70 milivoltios (mV), aunque este valor dependerá de la célula o nervio que estemos analizando. 2.- Luego los canales de sodio se activarán de forma tenue haciendo que la carga del voltaje se empiece a elevar hasta los 55 mV, que es donde se alcanza el umbral de excitación y este umbral es el valor en donde se inicia el proceso todo o nada, es decir, empieza la despolarización. Cabe aclarar que aquí pueden actuar los canales de sodio dependientes de un ligando llamado neurotransmisores que apoyará al flujo de iones positivos. En general en el paso 2 primero se activan los canales de sodio dependientes de ligando y luego los canales de sodio dependientes de voltaje. 3.- Luego de alcanzar el umbral de excitación se abren los canales de sodio dependientes de voltaje haciendo que el voltaje llegue a un pico de voltaje eléctrico. En este momento es cuando los canales de potasio se abren, pero cabe aclarar que los canales de potasio son de flujo lento y no rápido como los canales de sodio. 4.- Cuando se inicie la apertura de los canales de potasio dependientes de voltaje, los canales de sodio lentamente se irán activando pero no cerrando. En esta etapa se inicia la repolarización. 5.- El flujo de potasio hace que la carga baje demasiado, teniendo valores menores a los del estado de reposo en un estado llamada hiperpolarización, para arreglar este asunto se necesita de las bombas de potasio/sodio atpasa para llegar nuevamente a los valores de reposo. Cabe aclarar que antes que ocurra el potencial de acción, en los botones sinápticos hay otro potencial de acción que estimula a canales de calcio, los cuales hacen que el calcio entre a la célula y así se producirá la liberación de neurotransmisores por exocitosis, los cuales serán los ligandos que aperturen a los canales de sodio. La célula presináptica que es la neurona es la emisora y la célula postsináptica es la receptora, todo esto ocurre en la zona sináptica y en la hendidura sináptica no puede pasar ninguna señal eléctrica. Datito: El periodo refractario es el tiempo después en la que una célula nerviosa o muscular ha generado un impulso nervioso en el que es necesario un estímulo mayor para producir otro, es decir que es el tiempo necesario para que exista otro potencial de acción. Hay dos periodos refractarios. - Absoluto: Es el periodo en donde la célula o neurona es incapaz de poder realizar otro potencial de acción, porque los canales de sodio están inactivados. - Relativo: Es el periodo en donde la célula o neurona es capaz de poder hacer un potencial frente a un estímulo más grande de los normal. Apéndice: Transporte de proteínas en la célula La distribución puede darse utilizando diversos métodos y variarán según la zona a la cuál se envíen las proteínas. Pueden ser: Poros nucleares: Presente en el transporte al núcleo y el flujo va del citosol al núcleo En estas zonas pueden pasar las proteínas hidrosolubles pequeñas sin problemas, pero para ARN o proteínas de otra naturaleza necesitan de una señal. Proceso: Proteína translocadora: Presente en el transporte a la mitocondria, cloroplasto y a los peroxisomas y el flujo va desde el citosol hasta las organelas antes mencionadas. OJO las proteínas que ingresan al mitocondrias lo hacen en forma desplegada. Proceso: Vesículas de transporte: Esta está presente en el retículo endoplasmático (RE) y el flujo es del RE a las otras organelas o al exterior de la célula. Además hay dos clases de proteínas que pueden entrar desde el citosol hacia el RE.