Comunicación celular

Vista previa del material en texto

Eléctricas
Químicas
Tanto el emisor como el receptor son células y el
medio siempre será el medio interno (LEC).
Las señales de comunicación entre las células
pueden ser:
Las señales eléctricas son propias de:
Son las únicas células que pueden utilizar los
cambios en el potencial de membrana para generar
señales eléctricas que generan un efecto en la
células como comunicarse o contraerse en el caso
del músculo.
Comunicación celularComunicación celular
SEMANA 4
ELEMENTOS Autocrina (Neurotransmisores)
En toda comunicación vamos a tener un emisor que
lleva la señal a través de un medio, esta señal debe
tener un receptor que lo reciba.
Neurona Músculo
SEÑALES QUÍMICAS
Pueden ser: proteínas, lípidos o gases.
Y pueden tener efecto local o a distancia.
Aquella producida por una célula y actúa en ella
misma. 
Paracrina (Neurotransmisores)
Aquella producida por una célula que actúe sobre
una célula vecina, es decir una célula de su mismo
tejido.
Ejemplo: neurona o secreción glandular donde esa
secreción actúa en la misma célula (método de
regulación).
Endocrina (Hormonas)
Aquellas liberadas por una célula que actúa sobre
una célula de otro tejido, esta mucho más lejos por
lo que viaja por el plasma, osea por la sangre.
Una sola célula puede producir una sustancia que
funcione como las tres al mismo tiempo, puede
ser autocrina, paracrina y endocrina.
Ejemplo: un neurotransmisor producido por una
terminal sináptica puede ser autocrino porque va
NOTA
a tener efecto sobre esa misma terminal
regulando su liberación, paracrina porque actuará
sobre una célula similar y este mimo
neurotransmisor puede viajar en plasma y actuar
sobre otro tejido (neurohormona).
Para realizar estas funciones es necesario un
receptor que se ligue a la sustancia química.
PROPIEDADES ENTRE LIGANDO-RECEPTOR
Receptor
Proteína específica en el plasma o en el interior de
una célula diana a la que se une un mensajero
químico provocando así una respuesta
biológicamente relevante en esa célula. 
Especificidad
Capacidad de un receptor de unirse solo a un tipo o
a un número limitado de mensajeros químicos, solo
las células que expresan el receptor correcto
pueden unirse a un mensajero en particular.
Saturación
El grado en que los receptores están ocupados por
los mensajeros, si todos están ocupados, los
receptores estarán completamente saturados.
Afinidad
La fuerza con la que un receptor químico se une a
su receptor.
Competencia
Capacidad de diferentes moléculas para competir
con un ligando y unirse a un receptor.
Antagonista
Una molécula compite con un ligando para unirse a
su receptor pero no activa la señalización
normalmente asociada a un ligando natural. Por lo
tanto, un antagonista previene las acciones del
ligando natural, algunos antihistamínicos son
antagonistas.
Agonista
Un mensajero químico que se une a un receptor y
desencadena la respuesta de la célula.
Regulación descendente
Una disminución en el número total de receptores
de células diana para un mensajero dado puede
ocurrir en respuesta a una alta concentración
extracelular crónica de un mensajero. 
Regulación ascendente
Un aumento en el número total de receptores de
células diana para un mensajero dado puede ocurrir
en respuesta a una baja concentración extracelular
crónica de un mensajero.
Mayor sensibilidad
El aumento de la capacidad de respuesta de una
célula objetivo a un mensajero dado puede ser el
resultado de la regulación ascendente de los
receptores. 
Una de esas propiedades es la especificidad, ese
ligando solo va a tener efecto sobre las células
que tengan receptores para ese ligando y
también ese ligando solo puede interactuar con
un receptor específico o una familia de
receptores específicos para él.
NOTA
Según la naturaleza química de las señales
Dependiendo de si son lipídicas, proteicas o gases
vamos a saber su solubilidad. 
Las proteínas son hidrofílicas, los gases anfipáticos
y los lípidos son liposolubles.
Entonces según su naturaleza química se sabrá su
solubilidad y dependiendo de esto se puede saber
su mecanismo de transporte y donde va estar
ubicado el receptor en su célula diana. 
Ejemplo: aquellas hormonas que son hidrofílicas
como se pueden relacionar con el agua y plasma se
van a transportar libremente por este, pero al llegar
a su célula diana no pueden atravesar la membrana
entonces necesitan receptores a nivel de la
membrana. 
Para las lipofílicas como no se pueden transportar
libremente por el plasma, necesitan de una proteína
para llegar a su célula diana, esta sustancia sí
atraviesa la membrana con facilidad entonces sus
receptores van a estar en el interior de la
membrana. 
RECEPTORES
De membrana
Ionotrópicos
GABA a
Receptor nicotínico de acetilcolina 
Receptor AMPA de glutamato
Permiten la entrada o salida de un ion y este ion
que se mueve cambia el potencial de membrana de
la célula provocando un efecto a nivel celular.
Este efecto celular es breve.
Metabotrópicos (ligados a proteínas G)
Van a utilizar rutas intracelulares que involucran
otra sustancia química que continúa la señal que
inicialmente el ligando comunicaba a la célula,
necesitan de segundos mensajeros.
Receptor muscarínico de acetilcolina
Receptor GABA b
Receptores alfa y beta adrenérgico
El efecto es más prolongado.
Actividad enzimática o catalítica
Ligados a enzimas.
Externamente tienen un dominio que reconocen
ligando y esa unión del ligando con el receptor,
activan o inactivan funciones enzimáticas, que
terminan teniendo un efecto. 
Intracelulares
Son para ligandos lipofílicos (moléculas hidrófobas)
que pueden atravesar la membrana celular,
entonces estos estarán ubicados a nivel
citoplasmático o nuclear y son característicos para
las hormonas esteroideas. 
SEGUNDOS MENSAJEROS
El primer mensajero es el ligando, este le da un
mensaje a la célula, le comunica algo que tiene que
hacer. El segundo mensajero continúa esa señal.
Los segundos mensajeros son sustancias químicas
que transmiten y amplifican las señales de los
receptores a moléculas objetivos dentro de la
célula. 
Rápida aparición y desaparición
Pueden sintetizarse y degradarse rápidamente por
enzimas celulares, secuestrarse con rapidez en un
organelo unido a membrana o una vesícula, o que
tienen una distribución restringida dentro de la
célula : regulación de acuerdo a la magnitud y
duración del E (ajuste de respuesta).
¿A qué se refiere con amplificación?
Una sola molécula o una sola cantidad de ligandos
sobre este receptor (azul) producen 100 segundos
mensajeros, estos pueden actuar sobre 100 enzimas
que a su vez producen o activan otras 10.000
enzimas y estas producen 1.000.000 de
subproductos que tienen actividad en la célula. 
Por eso hablamos de cascadas de señalización,
porque se da en un orden descendente (jerárquico)
y porque se amplifican.
Características
- Fácil síntesis
- Fácil degradación
Esto es importante para poder tener un ajuste en
la respuesta y poder tener una regulación de
acuerdo a la magnitud y a la duración del estímulo,
evita que la respuesta se perpetúe.
Tipos
 Hidrofílicos Hidrofóbicos Gases
IP3
AMPc
GMPc
Ca2+
DAG
 
Fosfatidilinositol
(PIP3)
NO
CO
Especies
reactivas de
oxígeno
(ROS)
Los segundos mensajeros se van a utilizar como
parte de la señalización celular de los receptores
asociados a proteínas G (metabotrópicos).
PROTEÍNAS G
- Proteínas G triméricas: tiene 3 subunidades
- Proteínas G monoméricas: RAS
- Proteínas G heterotriméricas
Proteínas G triméricas
Tienen una subunidad alfa, beta y gamma.
La subunidad alfa está unida al nucleótido GMP, en
ausencia de neurotransmisor o ligando, el receptor 
asociado a la proteína G no está unido a la proteína
G, esta sola viajando por el citoplasma y está
inactiva.
La llegada de la señal genera un cambio
conformacional y química en la proteína receptora
que le permite asociarse a la proteína G, ya que
estos dos ganan afinidad, la proteína G se puede
unir, y entonces va a intercambiarle a la subunidad
alfa un GDP por un GTPy se disocia de las otras
dos subunidades.
La subunidad alfa GTP es la que se activa, pero las
otras subunidades también tienen funciones
cerebrales.
Diversos efectos:
- Efecto corto o prolongado
- En una ruta metabólica
- En el potencial de membrana
- En la síntesis de una nueva proteína
1. Abre o cierra canales de membrana
2. Activa enzimas que están en la membrana
3. Activa enzimas citoplasmáticas: efecto celular,
activadores químicos celulares específicos
4. Activa la transcripción génica: proteínas y
cambios estructurales
Rutas de esta subunidad
Puntos de regulación
- La presencia del ligando ya que sin ligando no
funciona.
- La subunidad alfa tiene actividad catalítica
intrínseca, es decir, ella misma actúa como
fosfatasa. Un tiempo después de estar activada,
alborotando otras funciones, ella misma rompe el
GTP y queda otra vez alfa GDP y esta es inactiva
esperando a que otro ligando la estimule.
- El segundo mensajero es regulado por la
fosfodiesterasa (PDE), esta convierte el AMPc en
AMPc prima o solo en AMP y este ya no tiene
actividad de segundo mensajero. Esto es para
regular y que no se salga de control la respuesta,
perpetuándose por siempre.
1. Abre o cierra los canales de membrana, si está
abierto, lo cierra y si está cerrado, lo abre. La
modificación del transporte de iones modificará su
potencial de membrana. 
Los tejidos especiales (visión, audición y olfato) son
los que usan este mecanismo de abrir canales a
través de proteínas G.
2. Activación de enzimas que estén en la
membrana, las más típicas son las de:
- Adenilato ciclasa
- Guanilato ciclasa
La vía del AMPc activa a la adenil y al guanilato,
toman al ATP y lo convierten en GMPc, estos dos
últimos son segundos mensajeros hidrofílicos. 
Rutas
Podemos tener proteínas G estimulantes (s) y
proteínas G inhibitorias (i).
Los receptores estimulantes se asocian a proteínas
G estimulantes con subunidades alfa estimulantes y
lo mismo para las inhibitorias.
Las estimulantes prenden a la enzima de
membrana y las inhibitorias la apagan o inactivan. 
La actividad del adenilato ciclasa modificará las
concentraciones intracelulares del AMPc, si está
apagado llega el ligando a alborotar la proteína G
estimulante, va a aumentar la concentración de
AMPc.
PKA (Proteína cinasa del AMPc)
Cuando hay AMPc ella funciona y cuando no hay,
no funciona.
El AMPc prende la actividad de la cinasa A y su
función es fosforilar, la cinasa al fosforilar, fosforila
otra proteínas y estas proteínas son las que van a
terminar teniendo un efecto biológico.
La PKA tiene 4 subunidades.
- 2 catalíticas
- 2 regulatorias
En presencia de AMPc, esta se asocia con las
subunidades regulatorias y estas pierden afinidad
con las catalíticas entonces se separan. Las
subunidades catalíticas son las que tendrán la
actividad y ellas son las que van a fosforilar a otras
proteínas.
Por ejemplo: si fosforila a una enzima, esa enzima
va a activarse y a su vez, estimular o inhibir una
ruta metabólica o canales iónicos.
La vía del AMPc inicia con un receptor
metabotrópico (asociados a proteínas G).
Algunas hormonas de nuestro cuerpo que utilizan
esta vía del AMPc son muy importantes como: 
¿Sobre qué receptor actúa alguna de estas
hormonas? Receptores metabotrópicos.
¿Qué ruta de señalización activa? La ruta del AMPc.
Otra enzima que puede activar está segunda ruta
es el:
IP3 y diacilglicerol
Si el receptor asociado a proteína G se estimula
habrá otro tipo específico de proteína G que es
proteína Gq y la subunidad ALFAq activa una
proteína de membrana que será la fosfolipasa C
(PLC).
La fosfolipasa fosforila lípidos, entonces coge al 
fosfatidilinositol 2 y lo convierte en inositol-3-P y
como es un producto también nos da diacilglicerol. 
Entonces fosfolipasa C nos da dos segundos a la
vez, el inositol-3-P es hidrofílicos entonces se
puede quedar en el citoplasma y el DAG es
hidrofóbico entonces se queda en la membrana.
Ruta del DAG
El va actuar sobre otra enzima de membrana que
se llama proteína C o PKC y esta fosforila, coge
una proteína y un ATP, le roba un fosfato al ATP y
se lo pega a otra proteína y esta proteína
fosforilada es la que va a tener una función en
específico.
Ruta del IP3
El IP3 va a actuar sobre el retículo endoplasmático,
el llega acá y el receptor del IP3 es un canal de
calcio, lo abre y aumentarán las concentraciones
intracelulares de calcio, el calcio es otro segundo
mensajero y tendrá efectos biológicos como la
contracción del músculo o puede abrir más canales
de calcio para que entre más calcio (calcio liberado
por calcio), el aumento de las concentraciones de
calcio estimulan a una proteína que se llama
calmodulina, esta es una proteína de fijación de
calcio pegado, estimula a otra quinasa que se llama
quinasa de calcio calmodulina.
PK es una quinasa y va a fosforilar cualquier
proteína.
El calcio como segundo mensajero puede tener
múltiples efectos ya mencionados y puede activar a
la PKC y a la PKA.
RECEPTORES CATALÍTICOS
Son receptores con actividad enzimática, es decir,
el mismo receptor por fuera tiene un dominio que
funciona como receptor por dentro, son receptores
asociados a enzimas.
Siempre la unión ligando receptor activa la función
enzimática y esa función termina fosforilando
residuos de algún aminoácido en el interior del
receptor, habitualmente de tirosina. 
Por eso se llama tirosina quinasa y esos residuos
fosforilados activan a otras proteínas que terminan
generando una respuesta celular.
Receptor de Leptina
JAK2 fosforilado ya puede tener actividad
enzimática propia a parte de lo que pase en el
receptor, entonces este puede activar algunas
enzimas que estén en el citoplasma y generar
un efecto específico.
Los residuos de tirosina fosforilados permite a
su vez la fosforilación de STAT3 (proteína
traductora de señales y activadora de la
transcripción), traductora porque la señal que
estaba en el receptor se va a trasladar al
núcleo y activadora de transcripción porque
coge en algún lado el ADN y prende la
transcripción del mismo, esta transcripción
termina en una proteína sintetizada.
La leptina es una hormona metabólica, el receptor
de leptina es un dímero, tiene dos subunidades y
en su interior tiene asociado una enzima que tiene
la JAK2.
El ligando hace que JAK2 se fosforile y a su vez,
este fosforila los residuos de tirosina de la misma
proteína del receptor. 
Ahí ya tenemos dos rutas:
Otro ejemplo: un receptor dímerico que cuando se
asocia a su ligando tiene una actividad quinasa
intrínseca (TK), cuando llega a su ligando se
fosforila los residuos de tirosina del propio receptor
y eso permite la asociación de otras moléculas
como la grb2 que a su vez a partir de otra
molécula que se asocia a ella prende una RAS
(proteína G monomérica), la RAS siempre activa
otra sustancia que es la RAF y esta prende una
serie de cadenas que se llaman factores
mitogénicos que activan la mitosis.
Características de estas rutas
No generan segundos mensajeros
Tienen que ver con:
 - Transcripción de genes
 - Diferenciación
 - Movimiento de las células
El inositol 3P y el DAG no van a quedarse por
siempre estimulando sus rutas metabólicas, el
inositol 3P se va a degradar a inositol 2P y luego
solo a inositol P y luego solo a inositol, después
el ciclo empezará de nuevo.
El DAG se degrada en ácido fosfatídico y
continúa un ciclo en el que finalmente también
se degrada y esto evita que se perpetúe la
respuesta.
NOTA
RECEPTORES INTRACELULARES
Son para ligandos de tipo hidrofóbicos y se va a
crear un complejo ligando-receptor en el interior de
la célula, puede estar en el citoplasma o en el
núcleo y ese complejo ligando-receptor va a funcio-
nar como un elemento de respuesta a la hormona
(activación de un promotor).
Promotor: una secuencia de bases nitrogenadas que
inicia la transcripción.
En resumen lo que hace el complejo hormona-
receptor es iniciar la transcripción que da paso a la
síntesis de otras proteínas.
Los estrógenos y testosterona (derivados del
colesterol) utilizanestos receptores intracelulares y
siempre terminan en síntesis de proteínas.
Hormonas que utilizan esta ruta (hidrofóbicas)
La respuesta de los diversos tejidos a una misma
hormona depende no solo de la especificidad de
los receptores, sino también de la expresión de
los genes regulados por dichos receptores.
NOTA
REGULACIÓN DE LOS RECEPTORES
Desacoplar los receptores fosforilándolos, si hay
una proteína que se llama restina y ve receptores
fosforilados se les pega y los "arresta"
inactivándolos. 
Desacoplamiento
Si el receptor dura secuestrado mucho tiempo, es
como darle una señal a la célula de que ese
receptor no se está utilizando y la membrana se
invagina y lo embulle (lo mete en una vesícula).
Internalización (secuestro)
Si dura mucho tiempo internalizada, esa vesícula se
une a un lisosoma, si se fusionan los dos, el
receptor se va a degradar y este paso ya no tiene
reversa.
Degradación
Cuando la célula pasa rato en el que no recibe
ninguna señalo no llega ningún ligando, empieza a
producir y sintetizar más receptores, entonces a
una cantidad mínima de ligando puede responder el
receptor, la célula se hace más sensible a su
ligando.
UP regulation
Down regulation
Cuando la célula tiene una exposición prolongada y
continua su ligando hay una sobreestimulación
entonces empieza a regular sus receptores, la
membrana disminuye la cantidad o la disponibilidad
de los receptores, entonces para el mismo ligando
la célula tiene menos receptores y responderá
menos porque va activar menos rutas de
señalización en respuesta a ese ligando. 
La célula se hace menos sensible a su ligando o se
hace resistente a él.
La cantidad (expresión) y disponibilidad de
receptores para hormonas o el ligando, determina
la sensibilidad o resistencia de la célula para la
acción.
NOTA
RESISTENCIA A LA INSULINA
Como hay mucha insulina, empieza a desacoplar
receptores y sucede down regulation, y se hace
más resistente a esa hormona.
RESISTENCIA A LA LEPTINA
La leptina es una hormona que se produce en el
estómago, si mi cerebro hace resistencia a la
leptina jamás va a saber que ya hay saciedad así ya
lo este, por eso se relaciona con la obesidad.
AGONISTAS Y ANTAGONISTAS
Nuestros ligando producidos naturalmente por
nuestro son endógenos.
Agonista
Puedo utilizar sustancias exógenas como fármacos,
que se parezcan al ligando endógeno y actúen
sobre el mismo receptor ya sea en el mismo punto
del ligando o en un punto diferente, generando el
mismo efecto o mayor.
Antagonista
Sustancia química exógena que compite con mi
ligando endógeno y puede bloquear el receptor en
el punto de acción del ligando o en un punto
diferente, impidiendo el efecto del ligando
endógeno, por lo tanto no se produce el efecto de
este o se produce el efecto contrario.
Un ligando particular se puede unir a más
de un tipo de receptor.
La actividad del receptor puede ser
modificada por agonistas y antagonistas
NOTA