Comunicación entre células

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Fundación H.A. Barceló - Facultad de Medicina
Fundación H.A. Barceló - Facultad de Medicina
 Bioquímica, Inmunología y Nutrición normal-3er año de Medicina 
Aspectos básicos de la comunicación celular 
Transducción de señales 
Una de las características esenciales de los seres vivos es su capacidad de ajustarse a las condiciones que les presenta el medio; a esta característica se la llama plasticidad. Dicha plasticidad es vital para las células, ya que, de no existir, sus posibilidades de sobrevida serían muy escasas. 
Si pensamos en organismos más complejos, como nosotros, por ejemplo, se verá que las células que nos forman se encuentran rodeadas por un medio (el líquido extracelular o medio interno), cuya composición varía, aunque dentro de límites relativamente estrechos. Estas células también están "escuchando" y "respondiendo" a dichos cambios. Ahora bien; si consideramos al individuo como un todo, nos resulta obvio que el conjunto de células que lo forman debe responder en una forma global, coordinada y armoniosa. Dado que estamos pensando en millones de células, dicha coordinación y armonía sólo puede lograrse mediante un amplísimo sistema de comunicación celular. 
Esto ocurre a través de una enorme, rápida y compleja red de comunicación celular, que se realiza y coordina por medio de tres grandes sistemas: el sistema nervioso, el sistema hormonal y el sistema inmunológico. Todos operan básicamente por medio de mensajes químicos. 
¿Cuáles son las etapas del proceso de comunicación celular?
La comunicación celular involucra las siguientes etapas:
1) Ante un estímulo, una determinada célula (célula emisora) sintetiza y/o libera una molécula señal o mensajero químico;
2) El mensajero químico difunde o se transporta por la sangre u otro fluido extracelular a la célula blanco (célula receptora);
3) En la célula blanco o célula receptora, el mensajero químico se une a un receptor (de membrana o intracelular);
4) La unión del mensajero químico a su receptor desencadena una respuesta que puede ser el cambio en alguna función, en el metabolismo o en el desarrollo en la célula receptora;
5) La señal cesa y la respuesta termina
Tipos de comunicación celular 
La comunicación intercelular está unida a señales extracelulares y ocurre en organismos complejos que están formados por muchas células, la señalización intercelular está subdividida en los siguientes tipos: 
1-Según la relación que exista entre la célula emisora de la señal y la receptora (la mayoría señales químicas):
a) Comunicación intracrina: la señal parte de una célula y es recibida por la misma célula sin salir al exterior. El mensajero químico se produce dentro de la célula, nunca sale de esta (al LEC) y actúa intracelularmente. Es el caso de los segundos mensajeros químicos como el calcio, el DAG, el AMPc, el GMPc, entre otros.
b) Comunicación autocrina: la señal parte de una célula y tiene como diana la misma célula, pero a diferencia de la anterior, la molécula señal se segrega al espacio extracelular para después interaccionar con la propia célula emisora o con células vecinas iguales a la emisora.
c) Comunicación parácrina: la molécula señal emitida se segrega al medio extracelular desde la célula emisora a las células diana o aceptoras diferentes a la célula emisora y situadas en proximidad. La señal difunde a través del espacio extracelular. 
d) Comunicación endócrina: permite que las células emisoras y las receptoras se encuentren a distancia, ya que el mensajero (hormona) se transporta por la circulación sanguínea. Las hormonas son producidas por células del sistema endocrino y circulan por el torrente sanguíneo hasta alcanzar las “células blanco” del cuerpo. 
e) Comunicación yuxtacrina: las células emisora y receptora son distintas, pero se encuentran en contacto y la señal pasa directamente de una a otra sin salir al espacio extracelular. El mensaje es transmitido a lo largo de la membrana celular a través de proteínas o lípidos que integran la membrana celular y son capaces de afectar tanto a la célula emisora como a las células inmediatamente adyacentes. 
f) Comunicación nerviosa: La realizan las neuronas del sistema nervioso que transmiten impulsos con rapidez y precisión, pasando de unas neuronas a otras mediante el proceso de sinapsis en el que intervienen neurotransmisores.
g) Comunicación neuroendocrina: la molécula señal se transporta hasta las células diana por la sangre, pero la célula emisora es una neurona y la liberación de la molécula de señalización se efectúa en respuesta a la transmisión de un impulso nervioso.
2-Otra clasificación
a) Comunicación citosólica directa: Uniones tipo Gap o en hendidura; hacen posible el paso de iones o moléculas pequeñas entre dos células contiguas.
b) Contacto directo célula a célula (comunicación yuxtácrina) tiene lugar entre una célula señalizadora que contiene el mensaje adherido a su membrana y una célula contigua.
c) Comunicación por moléculas secretadas: la comunicación tiene lugar por moléculas señales extracelulares producidas y liberadas por células señalizadores y actúan sobre células dianas iguales o diferentes a la emisora.
Moléculas participan en esa comunicación
La comunicación intercelular se realiza mediante una gran variedad de moléculas señal. Entre ellas, se incluyen proteínas, péptidos pequeños, aminoácidos, esteroides, retinoides, derivados de ácidos grasos y gases disueltos (como el monóxido de carbono y el óxido nítrico).
¿Cómo se produce la liberación de la molécula señal en la célula emisora?
Dependiendo de su naturaleza química, las moléculas señal pueden abandonar la célula emisora difundiendo a través de la membrana plasmática o por exocitosis, o quedar expuestas en la membrana plasmática permitiendo la interacción con las células receptoras (como en algunos tipos de respuesta inmune).
En todos los casos, la señal es información detectada por receptores específicos y convertida en una respuesta celular, que siempre involucra un cambio biológico. Esta transformación de información en un cambio biológico, es decir la transducción de la señal, es una propiedad universal de las células vivas.
EL RECONOCIMIENTO DE LA SEÑAL EXTRACELULAR POR LA CÉLULA RECEPTORA
¿Por qué una molécula señal interactúa con un tipo de células en particular y no con otro? ¿Pueden diferentes moléculas señal transmitir su mensaje a la misma célula receptora? ¿Qué ocurre con la molécula señal luego de la recepción del mensaje? 
Interacción de la molécula señal con la célula receptora
Las células blanco detectan a la molécula señal a través de receptores que son macromoléculas de naturaleza proteica localizadas en la membrana plasmática (para aquellas señales que no pueden atravesarla) o en el interior celular (para las que sí lo hacen). La unión del receptor a la molécula señal (que también se denomina ligando) se produce mediante uniones químicas débiles (no covalentes) y es transitoria. Esta interacción inicia un camino de señalización intracelular que lleva a la ejecución de una respuesta biológica. La respuesta de una célula a la molécula señal está supeditada a la presencia de un receptor específico para ese ligando y provoca cambios en la célula receptora que pueden ser rápidos (como variaciones en la concentración de iones) o más lentos (como cambios en los niveles de expresión de genes).
El término receptor designa a aquellas moléculas que interaccionan específicamente con sustancias el medio extracelular, las cuales van a regular de distinta manera el comportamiento de esa célula. 
Los receptores son proteínas, glucoproteínas, glucolípidos, proteoglucanos, etc. presentes en la membrana plasmática, en la membrana de los orgánulos o en el citosol celular, a las que se unen específicamente otras sustancias químicas llamadas moléculas de señalización, entre las cuales encontramos a las hormonas, los neurotransmisores, los factores de crecimientos, las citoquinas, etc. 
La unión de una molécula de señalizacióna sus receptores específicos desencadena una serie de reacciones en el interior de las células (transducción de la señal), cuyo resultado final depende no solo del estímulo recibido, sino de muchos otros factores, como el estadio celular, la situación metabólica de la célula, la presencia de patógenos, el estado metabólico de la célula, etc. 
El receptor presenta dos características fundamentales: 
1) reconocer al mensajero para interactuar con él. 
2) activar la secuencia de eventos que conducen a la respuesta celular. 
Dos conceptos importantes respecto de los receptores es: la afinidad y la actividad. La afinidad es una medida de la facilidad de acoplamiento entre el ligando y el receptor. La actividad es la capacidad del ligando para producir el efecto. A un compuesto que es capaz de unirse con el receptor y producir una respuesta en la célula, o sea, un efecto, se le llama agonista. Un antagonista es aquella sustancia que, por sí misma, no produce efecto en la célula (no tiene actividad), pero que es capaz de interactuar con el receptor, ya que sí tiene una buena afinidad por él. Al asociarse con el receptor ocupa el sitio que pudiera ocupar el ligando natural u otro agonista; esto es, inhibe o antagoniza el acoplamiento ligando-receptor y así bloquea el efecto. Además, la unión ligando-receptor es específica, reversible y saturable. 
¿Dónde están ubicados los receptores en la célula blanco?
1. Receptores intracelulares
Cuando un ligando es hidrofóbico, puede difundir a través de la membrana plasmática e interactuar con un receptor intracelular produciendo su activación. El complejo ligando-receptor se une al ADN y actúa como factor de transcripción que regula la expresión de genes específicos. Éste es el caso de los receptores de hormonas esteroideas, como los glucocorticoides (que regulan la respuesta al estrés), los mineralocorticoides (que controlan el equilibrio hidrosalino) y las hormonas sexuales (como la progesterona, los estrógenos y los andrógenos), del receptor de vitamina D y de los receptores de hormonas tiroideas y ácido retinoico. Dado que estos compuestos son insolubles en agua, se transportan por la sangre unidos a albúmina o a proteínas transportadoras específicas.
2. Receptores de membrana
Los mensajeros químicos hidrosolubles se unen a receptores localizados en la membrana plasmática. Todos estos receptores tienen características comunes: un dominio extracelular al que se une el ligando, uno o más dominios que atraviesan la membrana plasmática y un dominio intracelular que inicia la transducción de la señal. La activación de estos receptores puede producir dos tipos de efectos: rápidos (cambios en la permeabilidad a iones y activación/inhibición de enzimas) o lentos (cambios en la velocidad de expresión génica). Una misma vía puede producir ambos tipos de efectos.
Los receptores de membrana pueden estar asociados básicamente a dos mecanismos de acción: el trasporte de iones (receptores ionotrópicos) en forma directa ya que los propios receptores son canales o indirectamente a través de un transductor; o la activación de una enzima (receptores metabolotrópicos) que producen cambios en los niveles de mensajeros intracelulares (AMPc, IP3, DAG, etc.). 
	Componentes del sistema de transducción de señales 
	Componente 
		Función 	Ejemplos 
	Señal externa 	Regulador físico o químico de una 	Luz, hormonas, citoquinas, factores de función biológica 	crecimiento, eicosanoides, óxido nítrico 
	Receptores 	Captan la señal e inician su 	Receptores de hormonas, de citoquinas, de transmisión intracelular 	factores de crecimiento 
	Proteínas 
	Formación de segundos mensajeros, 
	Enzimas o canales iónicos receptores y no 
	efectoras 
	modificación del ambiente iónico, 
	receptores (ej. adenilato ciclasa, fosfolipasa
	
	fosforilación y desfosforilación de proteínas y lípidos 
	C, proteína quinasa) 
	
	
	
		Segundos 	Regulan la actividad de las proteínas Moléculas pequeñas o iones (AMPc, GMPc, 
	mensajeros 	efectoras 	calcio, DAG, fosfoinosítidos) 
	Proteínas G Factores de acople que conducen a la activación de una vía de señalización
	Proteínas G heteroméricas y monoméricas
	Proteínas 
	Factores de acople citoplasmáticos 
	Proteínas adaptadoras con dominios de 
	adaptadoras 
	que conducen a la formación de los 
	unión a fosfotirosina (Shc, Grb2), con 
	
	complejos de señalización 
	dominios de muerte (TRAFF, FADD) y 
sustrato del receptor de insulina (IRS) 
	
	
	
		Factores de 	Inducen cambios en la expresión 
transcripción 	genética 
	Factores STAT, NFκB, CREB 
 
 
 
Receptores y modelos de los mecanismos de transducción 
1. La unión del ligando regula un canal iónico 
· El receptor es un canal activado por ligando (ej. Receptor acetilcolina nicotínico, GABA) 
· El receptor regula un canal iónico 
o El receptor regula un canal iónico a través de una proteína G (ej. somatostatina/canal de K+) 
o El receptor regula un canal a través de un segundo mensajero (ej. canal de Ca2+ regulado por IP3) 
 
 
 
2. La unión del ligando regula a una enzima 
· El receptor es una enzima 
· Receptores con actividad tirosinquinasa (ej. Insulina, factor de crecimiento epidérmico) 
· Receptores con actividad serina/treonina quinasa (ej. Factor de crecimiento y transformante [TGFβ]) o Receptores con actividad guanilato ciclasa (ej. factor natriurético atrial, óxido nítrico) 
· El receptor regula indirectamente una enzima o El 	receptor 	regula 	la 	actividad 	de 	una tirosinquinasa a través de la formación de un complejo proteico (ej. Prolactina, STH, citoquinas) 
 
· El receptor regula la actividad de enzimas a través de una adaptador molecular (proteínas G) 
· Receptores que estimulan la adenilato ciclasa y aumentan el AMPc (ej. Glucagón, TSH, FSH, ACTH, β-adrenérgicos) 
· Receptores que inhiben la adenilato ciclasa y disminuyen el AMPc (ej. Somatostatina, dopamina D2, α2-adrenérgicos)  Receptores que activan la fosfolipasa C y aumentan IP3, DAG y calcio intracelular (ej. TRH, GnRH, α1-adrenérgicos) 
		 
3. La unión del ligando regula la transcripción 
- El receptor es un factor de transcripción activado por ligando (ej. Hormonas esteroides, hormonas tiroideas, vitamina D, retinoides) 
 
Canales iónicos 
Las membranas de la mayoría de las células contienen canales específicos que permiten el movimiento rápido de moléculas o iones específicos de u lado a otro a de la membrana. Las estructuras terciaria y cuaternaria de estas proteínas intrínsecas de membrana crean un orificio acuoso que permite la difusión de sustancias en ambos sentidos a través de la membrana. A diferencia de los transportadores, los canales no se unen a las moléculas o iones que transportan. 
 1. Canales iónicos operados por voltaje 
La apertura y cierre de este tipo de canales ocurre debido a cambios conformacionales que se presentan en su estructura como consecuencia de los cambios que se producen en la diferencia de potencial eléctrico a ambos lados de la membrana. Se los encuentra en toda la extensión de la membrana plasmática y son los responsables de la transmisión del impulso nervioso desde el cuerpo neuronal hasta el terminal presináptico. Existen canales operados por voltaje para el Na+, K+, Cl– y calcio. 
 
El potencial eléctrico de equilibrio se mantiene gracias a la acción de la bomba Na+/K+ ATPasa, que bombea Na+ hacia el exterior de la célula y transporta K+ hacia el interior de la célula. Cuando se abre un canal con compuerta de voltaje para sodio (por un cambio estructural dependiente de la carga), el potencial de membrana disminuye, se vuelve menos negativo, y la membrana se despolariza: el Na+ ingresa a la célula y el K+ sale de la célula a favor de sus respectivos gradientes de concentración. 
Estos canales se abren momentáneamente para permitir el paso de más iones al interior y, por lo tanto, al afectar a las proteínas adyacentes, permiten que el proceso se propague a lo largo del axón de la neurona. Existe un tiempo de recuperación limitado durante el cual las proteínasque forman el canal no pueden repetir el proceso de apertura. Por lo tanto, la propagación de la carga ocurre en una única dirección. 
 
2 Canales iónicos operados por ligando 
La apertura y cierre de estos canales depende de la interacción de un mensajero químico (por ejemplo, un neurotransmisor) con su receptor específico. Por ejemplo se los encuentra a nivel del terminal postsináptico y son responsables de la transmisión del impulso nervioso. 
Dentro de estos tipos de canales dependientes de un ligando podemos encontrar receptores-canales (ionotrópicos) y receptores asociados a canales (metabolotrópicos): 
a. La respuesta de los receptores-canales (ionotrópicos) pueden ser excitatorias conduciendo a un potencial excitatorio postsináptico, o inhibitorio originando un potencial inhibitorio postsináptico. En el primer caso, luego de la interacción del neutrotransmisor con el receptor, se produce un cambio conformacional en la estructura del receptor permitiendo el libre flujo de cationes a través de la membrana del terminal postsináptico. El ingreso de cationes causa el característico potencial excitatorio (ejemplo, el receptor para acetil colina de tipo nicotínico). En el segundo caso, la unión del neurotransmisor causa un cambio conformacional en el receptor que lleva a un aumento de la conductancia de Cl– o K+ a través de la membrana del terminal postsináptico. Sea por ingreso de Cl– o salida de K+, el interior de la neurona se hiperpolariza conduciendo al potencial inhibitorio (ejemplo el receptor para GABA de tipo A). 
b. La respuesta de receptores metabolotrópicos que también puede ser excitatoria o inhibitoria y son mediadas por la activación de un transductor que en forma directa o a través de la activación de una enzima que modifica los niveles de segundos mensajeros intracelulares, interacciona con un canal de membrana permitiendo el flujo de iones a través de ella. Ejemplo, el receptor para acetil colina de tipo muscarínico, los receptores para GABA de tipo B. 
 
 
	 	Receptores ionotrópicos Receptores metabolotrópicos que regulan canales 
 
Receptores metabolotrópicos
7TMS ASOCIADOS A PROTEÍNAS G
Proteínas G : Las proteínas G forman una familia de proteínas caracterizadas por la fijación de GTP y su posterior hidrólisis a GDP durante su ciclo funcional, a lo cual deben su nombre. Su utilidad en la fisiología celular es la de actuar como interruptores biológicos mediante la transducción de señales. El ligando se une al receptor asociado a proteína, desencadenado así una cascada de actividades enzimáticas como respuesta. 
Debido a su estructura molecular, las proteínas G se clasifican en: 
· Heterotriméricas: constituidas por tres subunidades distintas, denominadas α, β y γ. Se trata de proteínas ancladas a membrana, aunque no integrales en la membrana. 
· Monoméricas: con una única subunidad, libres en el citosol y nucleoplasma 
 
Funcionamiento 
Se trata de proteínas interruptoras que están activadas cuando poseen GTP en su estructura e inactivas cuando presentan GDP, la actividad GTPasa (hidrólisis del GTP) es crucial para su regulación. El punto clave de la regulación mediada por proteínas G consiste en su tenencia de una actividad GTPasa que proporcione un lapso de actividad corto y definido. (La activación permanente de la proteína G puede estar asociada a alteraciones metabólicas, de hecho, es causa de enfermedades, por ejemplo, algunos cánceres, o bien la deshidratación por la toxina del vibrio del cólera). 
 Proteínas G heterotriméricas 
Las proteínas G heterotriméricas, se sitúan en la membrana plasmática, a la cual están ligadas por sus subunidades α y γ mediante estructuras hidrófobas, de tipo acilo graso o isoprenoide. Queda una tercera subunidad, la β, que se asocia a la subunidad γ. En conjunto, y en reposo, es decir, con GDP unido a la subunidad α, las tres subunidades se sitúan en algún lugar de la membrana biológica, poseyendo movimiento dada su fluidez. Cuando un receptor asociado a proteína G recibe un estímulo y se activa a la proteína G, con la consiguiente unión de GTP, hidrolizado tras un lapso después, ésta se disgrega en dos partes: una, βγ, que puede ejercer funciones biológicas como la apertura de canales; y otra, α, que activa cascadas de señalización celular, como por ejemplo la regulación de la enzimas amplificadoras. 
 
Modelo de funcionamiento 
 
Ciclo de una proteína G heterotrimérica 
Se puede dividir el proceso de activación de proteínas efectoras inducidas por ligando en seis fases: 
1. El receptor (celeste) se encuentra en estado de reposo. La proteína G se encuentra con todas sus subunidades asociadas y con GDP; por lo tanto, inactiva. 
2. La unión de la hormona induce un cambio conformacional en el receptor, que se activa. 
3. El receptor activado se une a la subunidad G βγ. 
4. Como consecuencia de dicha interacción, Gα cambia su conformación, se disocia el GDP y se une GTP, por lo que la proteína se encuentra activa. 
5. Gα • GTP se desplaza separándose del resto de subunidades aprovechando su independencia derivada de la posesión de anclas en la bicapa lipídica y va a interaccionar con su efector que al regularse modifica su actividad catalítica. 
6. La hidrólisis de GTP a GDP (por la actividad GTPasa intrínseca) causa la disociación de Gα del efector y la reasociación con las subunidades Gβγ. Todo el sistema vuelve a su estado de reposo, inactivo. 
Estructura de los receptores asociados a proteínas G heterotriméricas 
Los receptores asociados a proteína G poseen una estructura de siete dominios hélices α transmembrana (H1 a H7), cuatro segmentos extracelulares y cuatro segmentos citosólicos. El segmento C-terminal, el tercer bucle citosólico (C3) y, a veces, también el segundo (C4) están implicados en la interacción con la proteína G. Se los conoce como receptores 7TMS 
 
 
 
Se ha demostrado que hay variedades de proteínas G: unas que actúan sobre la enzima en forma activadora, llamadas Gs ("s" por stimutation = estimulación), y otras que lo hacen en forma inhibidora, llamadas Gi ("i" por inhibición). Además existe Gq asociada a fosfolipasa C, Golf olfatoria, Gt (transducina) asociada a los procesos de la visión y Go de otras. 
 
	
	Efectores de las proteínas G 
	Clase de Proteína G 
	Efector asociado 	Segundo mensajero 
	Ejemplo de receptores 
	Gsα 
	Adenilato ciclasa AMPc 	β-adrenérgico, glucagón, serotonina, vasopresina 
	Giα 
	Adenilato ciclasa, canal K+
 
	 AMPc, K+ 	α2-adrenérgico, acetilcolina 
(muscarínico) 
	Golfα 
		Adenilato ciclasa 	AMPc 	Olfatorios 
	Gqα 
		Fosfolipasa C 	IP3, IP3, DAG 
	α1-adrenérgico, 
	Goα 
		Fosfolipasa C 	IP3, DAG 	Acetilcolina 
	Gtα 
	GMPc fosfodiesterasa	GMPc 	Rodopsina 
IP3: inositol trifosfato; DAG: diacilglicerol; GMPc: guanosina monofosfato cíclico 
 
Proteínas G monoméricas 
Las proteínas G monoméricas pertenecen a la superfamilia Ras. Éstas actúan como reguladoras de procesos claves, como la proliferación celular, tráfico de vesículas o la estructura del citoesqueleto. Presentan actividad GTPasa y la capacidad reconocimiento de motivos estructurales en otras moléculas, siendo además muy móviles en el interior celular, sin poseer la restricción de estar unidas a las membranas celulares. Para regular su actividad GTPasa, existen proteínas GEF y GAP. 
Receptores, Segundos mensajeros y Vías de señalización 
 Vía del AMPc-Adenilato ciclasa: Entre los mecanismo de transmisión de la señal hormonal hacia el interior de la célula, el más ampliamente conocido es el que utiliza monofosfato de adenosina cíclico (AMPc) como segundo mensajero. La interacción de la hormona con el receptor resulta en la activación de la enzima adenilato ciclasa, que cataliza la formación de AMPc a partir de ATP. 
 
Existe una familia de enzimas, capaces de catalizar la formación de AMP cíclico. La mayoría de la adenilato ciclasas de los eucariontes son enzimas de membrana formadas por dos porciones similares unidas. Cada una de estas porcionestiene seis segmentos transmembrana y una gran asa citoplásmica se encuentra la actividad catalítica. 
 
 
En el proceso de formación del AMPc pueden intervenir dos proteínas G, una estimuladora (Gs) y una inhibidora (Gi), las cuales se unen a receptores específicos, según el sigunete mecanismo: 
1. La unión de la molécula con el receptor induce un cambio conformacional en éste que le permite interactuar con la proteína adyacente Gs, sensibilizándola al GTP que proviene del interior de la célula 
2. La unión de GTP a la subunidad Gsα permite activar a la enzima adenilato ciclasa (AC) que cataliza la producción de AMPc a patir de ATP. 
3. La actividad del complejo Gsα-GTP termina con la hidrólisis del GTP (actividad GTPasa intrínseca de la subunidad Gsα), los cual permite la reasociación de las subunidad α con βγ y el cierre de la vía de la proteína G. 
El otro tipo de proteína que participa en la vía del AMPc actúa como un mediador de tipo inhibitorio en la transmisión de la señal. En este caso la llegada del estímulo a los receptores inhibitorios da lugar a una nueva conformación de la proteína G, Gi, que también se activa al unir GTP, e inhibe a la enzima adenilato ciclasa. 
 
 
 
De esta manera, la información transportada por el estímulo externo se ha transmitido a través de la membrana y se ha formado un segundo mensajero que puede difundir la información en el interior de la célula. 
Propagación intracelular y amplificación de la señal 
El AMPc regula una variedad de procesos celulares. Estos procesos de regulación los lleva a cabo cuando el AMPc interacciona con la enzima proteinquinasa dependiente de AMPc (PKA), la cual cataliza la transferencia de grupo fosfato del ATP a residuos serina y treonina de ciertas proteínas presentes en la célula blanco. 
La PKA está formada estructuralmente por dos subunidades diméricas, una reguladora y una catalítica; el AMPc es el estimulador alostérico de la enzima y cuando dos moléculas del nucleótido se unen a cada monómero de la subunidad reguladora, se libera la porción catalítica que contiene el sitio activo y es la que fosforila a las proteínas, regulando por modificación covalente la actividad de la enzima y de esta forma, los diferentes procesos metabólicos. 
La concentración de AMPc intracelular puede cambiar rápidamente en respuesta a determinado tipo de señales extracelulares, ya sea al aumentar o disminuir su concentración. El AMPc puede ser inactivado con rapidez por enzimas específicas llamadas fosfodiesterasas (PDE), que hidrolizan el enlace éster cíclico de la molécula dando como producto AMP. Esta enzima es estimulada por iones calcio, la insulina e inhibida por un grupo de moléculas naturales, las xantinas (ej. cafeína, teofilina). 
A mediada que la concentración de AMPC citosólica disminuye, se libera la unión a la subunidad reguladora de la PKA, y en consecuencia, las subunidades reguladores se recombina con las subunidades catalíticas llevando a la enzima nuevamente a un estado inactivo. 
Ejemplos de mediadores que actúan por la vía AMPc-PKA: 
· A través de proteína Gs: Glucagón, adrenalina (receptores β-adrenérgicos), adenocorticotrofina (ACTH), hormona folículo estimulante (FSH), hormona luteinizante (LH). 
· A través de proteína Gi: adrenalina (receptores α2-adrenérgicos) 
Transducción de señales vía AMPc y regulación de la expresión genética 
Una de las proteínas celulares que se fosforila por acción de la PKA es la denominada proteína de unión al elemento de respuesta a AMPc (CREB), un factor de transcripción que en su estado fosforilado se trasloca al núcleo y se une a una secuencia especifica en la región promotora de ciertos genes (CRE, elemento de respuesta a AMPc) y de esta forma activa la transcripción. 
Vía del fosfatidil inositol-Calcio: Las señales extracelulares, a menudo causan un aumento transitorio en la concentración de Ca2+, el cual a su vez, activa una gran variedad de enzimas por intermedio de la calmodulina y de sus homólogos. Un aumento en la concentración de Ca2+ citosólico desencadena procesos celulares tan diversos como la glucogenólisis y la contracción muscular. 
El Ca2+ citosólico se obtiene a partir de reservorios intracelulares, principalmente del retículo endoplasmático (y su equivalente en el músculo, el retículo sarcoplasmático). Los estímulos extracelulares que conducen a la liberación del Ca2+ deben por lo tanto estar mediados por una señal intracelular. 
Este sistema genera tres tipos independientes de segundos mensajeros a través de la siguiente secuencia de eventos: 
1-Las interacciones ligando receptor activan una fosfolipasa C (PLC) específica de fosfoinosítido para hidrolizar al fosfatidilinositol 4,5-bifosfato (PIP2) a inositol-1,4,5-trifosfato (IP3) y diacilglicerol (DAG). 
 La PLC cataliza la hidrólisis de un enlace que une a un glicerofosfolípido con su grupo fosforilo. Nótese que esta reacción ocurre en la interfaz entre la fase líquida y la membrana, de modo tal que el PIP2 y el DAG, su producto de hidrólisis anfipático, permanezcan asociados a la membrana durante la reacción catalítica. 
 
Los mamíferos expresan diferentes clases de PLC específicas de fosfoinosítidos. Todas estas PLC requieren de la presencia de Ca2+ para desarrollar su actividad enzimática. Las isoenzimas de la PLC-β está involucrada en la asociación de las membranas y en la regulación de las proteínas G. Por el contrario, las isoenzimas de la PLC-γ son activadas, en una amplia variedad de células, por ciertos factores de crecimiento que cuando se unen a sus correspondientes receptores, estos se autofosforilan en residuos particulares de tirosina y consecuentemente, fosforilen a la PLC-γ. 
 
2- El IP3, soluble en agua, que actúa como un segundo mensajero, difunde a través del citoplasma hacia el retículo endoplasmático, donde estimula la liberación del Ca2+ dentro del citoplasma, mediante su unión, y en consecuencia la apertura del canal iónico transmembrana específico de Ca2+ unido al retículo endoplasmático, que se conoce como el receptor IP3. 
3- El aumento en el Ca2+ citoplasmático hace que se una a una proteína llamada calmodulina. El complejo Ca-calmodulina estimula y regulan una variedad de procesos celulares. Uno de ellos es la activación de proteinquinasas calciocalmodulina dependientes (PKCa-calm) que fosforilan proteína generando una respuesta celular. 
4- El DAG anfipático que permanece en la cara interna de la membrana plasmática, actúa también como un segundo mensajero mediante la activación de la proteinquinasa C (PKC) en presencia de Ca2+ y fosfatidilserina. Esta enzima unida a la membrana, a su vez fosforila y por lo tanto, modula las actividades de varias proteínas diferentes. 
 
 
 
La señalización a través de la cascada de los fosfoinosítidos termina con la acción de varias inositol fosfatasas que se clasifican según su función en 1-, 3-, 4- y 5-fosfatasa. Para restablecer las bajas concentraciones de calcio citosólicas, éste es transportado activamente a través de la membrana plasmática fuera de la célula, o bien al retículo endoplasmático o sarcoplasmático. En ambos sistemas de membrana existe un transportador de calcio que hidroliza ATP durante la traslocación del ión (Calcio-ATPasa). 
La activación de alguna de las dos vías (IP3 o DAG) no es suficiente para la completa transmisión de la señal; para que ello ocurra, es necesaria la acción combinada de ambas vías con objeto de que se lleve a cabo un proceso. 
Ejemplos de mediadores que actúan por la vía del IP3-DAG-Ca: Factor liberador de hormona luteinizante (LHRH), factor liberador de tirotrofina (TRH), adrenalina (receptores α1-adrenérgicos), Paratormona (PTH), vasopresina, tromboxano A2, serotonina, colecistoquinina. 
RECEPTORES CON ACTIVIDAD ENZIMÁTICA TIROSINKINASA 
Mecanismo de señalización de la insulina 
El mecanismo de acción de la insulina presenta características comunes, no solo con los factores estructuralmente relacionados, como el factor de crecimiento símil insulina (IGF-1), sino también con más de 50 polipéptidosentre otros, factores de crecimiento tales como el epidérmico (EGF), el nervioso (NGF) y el derivado de plaquetas (PDGF). 
Estos factores poseen receptores que son proteínas 	integrales 	de 	membrana, 	sin embargo existe ciertas diferencias estructurales ya que los receptores para EGF y PDGF presentan una única cadena mientras que los receptores para insulina y IGF-1 se trata de u tetrámero compuesto por dos cadenas α y dos cadenas β. En el caso de los receptores de una sola cadena, la unión del ligando produce la dimerización de los receptores. 
El 	dominio 	citoplasmático 	de 	estos receptores posee varios residuos tirosina y una actividad 	quinasa 	capaz 	de 	fosforilar específicamente a este aminoácido. La unión del ligando produce una fosforilación mutua de ambas cadenas (autofosforilación) lo cual desencadena una serie de acoplamientos entre proteínas encargadas de transmitir la señal. De hecho, no existe para estos ligandos un segundo mensajero soluble como en el caso de otros mecanismos de acción. 
La aparición de tirosinas fosforiladas en el receptor permite la unión de proteínas citoplasmáticas que poseen en su estructura un dominio especial denominado SH2 
(homología con Scr2). Todas las proteínas que presentan este dominio reconocen el receptor fosforilado en tirosina directamente, o proteínas que han sido a su vez fosforiladas en tirosinas por la actividad quinasa del receptor. 
El sistema de señalización de insulina, a pesar de que aún no se encuentra completamente dilucidado, es claramente muy complejo. Luego de la unión de la insulina a su receptor, se produce la autofosforilación en varios residuos de tirosina y entonces el receptor activo fosforila a sus proteínas diana, que actúan como intermediarios en la cascada de acoplamiento sucesivos de varias vías de señalización que controlan una serie de efectos diversos: 
 
 
Algunas ejemplo de vías asociadas el receptor de insulina 
 
1. Cascada de las MAPK: La proteínas IRS activadas poseen sitios de unión a proteínas que contienen dominios SH2 tales como Grb2 (proteína adaptadora que une al factor de crecimiento 2, está relacionada con la transducción de señales celulares) y Shc. El extremo amino terminal de Grb2 une proteínas ricas en prolina tales como SOS la cual funciona como un intercambiador de nucleótidos de guanina para Ras. SOS permiten la conversión de Ras asociado a la membrana plasmática de la forma inactiva unido a GDP a la forma activa unido a GTP. Ras-GTP activa a la proteína quinasa de serina/treonina denominada Raf, la cual estimula por fosforilación, en serina/treonina, su blanco corriente abajo MEK1 y 2 (este acrónimo deriva de MAP quinasa, ERK y Kinasa), estos a su vez fosforilan (en serina/treonina) y activan a las MAP quinasas (proteína quinasa activada por mitógeno) la cual activa por fosforilación a ERK1 y 2 (quinasa regulada por señal extracelular). La activación de ERK1 y 2 juega un papel directo en la proliferación y diferenciación celular regulando la expresión de genes y eventos extranucleares tales como la organización del citoesqueleto mediante la fosforilación y activación de blancos en el núcleo y el citoplasma.
2. La activación de la vía de la PI3K, se inicia con la unión de dicha enzima a dominios de SH2 presentes en IRS con lo cual se activa su subunidad catalítica. Fosforila al fosfolípido de membrana fosfatidilinositol 4; 5 bisfosfato generando fosfatidilinositol-3; 4; 5 trifosfato (PIP3), este fosfolípido actúa como segundo mensajero, se une a proteína quinasa dependiente fosfoinositol (PDK por sus siglas en inglés) activándola. Por su parte PDK fosforila y activa a AKT/PBK. AKT/PBK, son una familia de proteína quinasas de serina/treonina que poseen un dominio que le permite su reclutamiento a la membrana plasmática para unirse a PIP3. Los substratos más importantes de AKT/PBK son:
 - El blanco de la rapamicina en los mamíferos (mTOR por sus siglas en inglés) involucrada en la regulación de la síntesis de proteínas (24) . mTOR es una proteína quinasa de serina/treonina que actúa como sensor de nutrientes y estimula la síntesis de proteínas 
- La quinasa 3 de la glucógeno sintasa (GSK3 por sus siglas en inglés) involucrada en la regulación de la síntesis de glucógeno. La GSK3 es una quinasa de serina/treonina que inhibe por fosforilación a la glucógeno sintasa. La GSK3 es inhibida por fosforilación por AKT/PKB con lo cual se estimula la síntesis de glucógeno.
 - La familia 0 de los factores de transcripción “cabeza de tenedores” (Fox0 por sus siglas en inglés) y en particular Fox01 el cual está involucrado en la regulación de los genes gluconegénicos y adipogénicos. Fox01 es un factor de transcripción que en ausencia de insulina se traslada al núcleo y estimula la expresión de genes tales como el de la fosfoenol piruvato carboxiquinasa, una enzima clave en la glucogeneonésis, así como el de la ciclina atípica G2 la cual bloquea el ciclo celular, Fox01 es inhibido por la insulina y aparentemente juega un papel muy importante en la mitogénesis inducida por insulina y en la inhibición de la gluconeogenesis. Fox01 es secuestrado en el citoplasma por la fosforilación por AKT/PKB y en consecuencia no estimula la transcripción de los genes antes citados. 
- La proteína AS160 (substrato de AKT/PKB) involucrada en el transporte de glucosa, en los tejidos Insulinodependientes (músculo en reposo y tejido adiposo. 
AKT/PBK fosforila a AS160 que modula la actividad de GTPasa de la proteína de bajo peso molecular Rab. Cuando AS160 no está fosforilado y es activa estimula la actividad de GTPasa de Rab generándose Rab-GDP el cual es inactivo y se bloquea la exocitosis de GLUT4. Por el contrario la fosforilación de AS160, por AKT/PBK, la inactiva con lo cual predomina Rab-GTP incrementándose el tráfico de vesículas que contienen GLUT4 a la membrana plasmática. 
- Fosforila y activa a la enzima sintasa de óxido nítrico endotelial (eNOS por sus siglas en inglés) la cual produce la molécula vasodilatadora y anti-inflamatoria óxido nítrico (NO) estableciéndose una conexión potencial entre la resistencia a la insulina y las enfermedades cardiovasculares.
- Fosforila directamente la proteínas caspasa 9, inhibiendo su actividad apoptótica у promoviendo por tanto la supervivencia celular.
3. Vía de la Proteín quinasa C atípica
La proteína quinasa C atípica (aPKC por sus siglas en inglés) requiere de PIP3 y fosforilación por PDK pero no está relacionada AKT/PKB; está involucrada en la translocación de GLUT4 a la membrana plasmática y la captación de glucosa por los tejidos adiposo y muscular. 
También se han descripto una vía independiente de PI3K, que involucra CAP (proteína activada por catabolíto la cual une AMPc) y APS (proteína adaptadora con dominios de pleckstrina y SH2 y es substrato del IR) que interactúa con c-Cbl (proteína que une ubiquitina). Clb es fosforilado en tirosinas por IR y en consecuencia recluta APS, CAP. La El complejo APS/CAP/Cbl se disocia del IR y activa a la proteína TC10, proteína G pequeña, miembro de la familia de Rho, la cual al parecer lleva a la translocación de GLUT4 a través de la activación de PKCs atípicas.
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4. Proteinfosfatasas : Para evitar que una vía de señalización intracelular permanezca atascada en la posición "encendida", sus señales deben ser rápidamente eliminadas una vez que el mensaje ha sido entregado. En el caso de las proteínas con residuos fosfotirosina y fosfo-Ser/Treo, esta tarea es llevada a cabo por una variedad de proteinfosfatasas, activadas por Insulina 
Las enzimas que desfosforilan los residuos tirosina se denominan tirosinfosfatasas, y las que desfosforilan residuos de Ser/Treo proteinfosfatasas.
5. Fosfodiesterasa (PDE): es una enzima activada por el SRI que utiliza como sustratos los segundos mensajeros cíclicos (AMPc y GMPc) y los transforma en lineales (AMP y GMP) inactivando su capacidad de segundos mensajeros.
RESPUESTAS MEDIADAS POR INSULINA 
· Diferenciación celular. Insulina y IGF-1 activanvías de señalización importantes en el proceso de diferenciación de adipocitos y células musculares. 
· Apoptosis. PI3K ha sido implicada en la regulación de la sobrevida celular y su participación crítica como señal antiapoptótica ha sido demostrada en una variedad de tipos celulares. 
· Tráfico de vesículas citoplasmáticas y traslocación de transportadores de glucosa. La regulación de los niveles de glucosa sanguínea es una de las funciones fisiológicas más importantes de la insulina. Uno de los pasos claves en este procesos es la capacidad única de la insulina para estimular la traslocacion de los transportadores de glucosa de tipo 4 (GLUT-4) desde vesículas citoplasmáticas hacia la superficie de la membrana celular y de esta manera, permitir el ingreso de glucosa en músculo en reposo y en tejido adiposo. 
· Síntesis de glucógeno. Otro elemento clave en la capacidad de la insulina para promover el ingreso de glucosa dentro de las células es su rápida capacidad para estimular el depósito de glucosa como glucógeno. La enzima glucógeno sintetasa es la enzima marcapasos clave en la síntesis de glucógeno y la actividad dependiente de glucosa 6-fosfato es rápidamente incrementada por desfosforilación. 
· Metabolismo de lípidos. PI3K ha sido implicada como un elemento necesario en la señalización de vías a través de las cuales la insulina regula la síntesis y degradación de triacilgliceroles. La actividad de la lipasa hormona sensible es dependiente de la fosforilación y la Insulina por activación de la fosfodiesterasa provoca una disminución en la concentración de AMPc e inactiva PKA lo que lleva a la no fosforilación e inactivación de la lipasa hormona sensible y la lipólisis. La insulina también estimula la lipogénesis en parte a través de la estimulación de la síntesis de ácidos grasos de novo y por estimulación de enzimas de la síntesis del triacilgliceroles. Además, la vía de señalización a través de PI3K tiene un papel importante en la producción y secreción de lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL). 
· Síntesis de proteínas. La regulación de la síntesis proteica a través d factores de crecimiento incluye una serie de eventos coordinados como la estimulación del ingreso de aminoácidos a la célula, la transcripción génica y la traducción. La fosforilación de varios factores de iniciación y alargamiento eucarionte en respuesta a la insulina y su activación es mediada por PI3K. 
· Reordenamientos del citoesqueleto, por ejemplo, a través de la regulación del ensamble de microtúbulos por interacción entre p85 y tubulina. 
RECEPTORES CON ACTIVIDAD ENZIMÁTICA GUANILATO CICLASA 
Vía del GMPc-Guanilato ciclasa 
Otro nucleótido cíclico considerado un segundo mensajero es el monofosfato de guanosina cíclico (GMPc), formado a partir de GTP por acción de la enzima guanilato ciclasa. La actividad guanilato ciclasa se encuentra asociada a receptores de membrana y receptores solubles. 
Guanilato ciclasa de membrana 
Los receptores de membrana (receptores con actividad enzimática) presentan en su porción extracelular el dominio de unión al factor natriurético atrial mientras que en citoplasmática reside la actividad guanilato ciclasa. 
En la aurícula se producen y secretan una serie de péptidos conocidos como factores natriuréticos auriculares. Estos péptidos favorecen la eliminación urinaria de sodio. Además de esta función, son poderosos vasodilatadores ya que inducen relajación de la capa muscular de los vasos. 
Guanilato ciclasa soluble 
Esos receptores solubles con actividad enzimática responden a un ligando totalmente diferente, el óxido nítrico (NO), formado a partir del aminoácido arginina por acción de la enzima NO sintetasa. 
Los efecto del NO son muy diversos, según la reacción en la que participa, las moléculas con las que reacciona y las células donde actúe. Entre los principales efectos fisiológicos asociados a NO encontramos la relajación del músculo liso, señalización dependiente del citoesqueleto en músculo liso y plaquetas, crecimiento del tejido óseo, eliminación de agua y sales por riñón, mecanismo de defensa inmune. 
 
El GMPc regula gran variedad de proceso celulares por un mecanismo de fosforilación. Existe una proteinquinasa dependiente de GMPc (PKG), similar a la PKA pero con distintas funciones y sustratos específicos sobre los cuales actúan. La PKG activada por GMPc fosforila proteínas canales regulando su función y enzimas regulando su actividad catalítica. 
 
RECEPTORES ASOCIADOS A TIROSINKINASAS CITOPLASMÁTICAS
Vía JAK-STAT 
Muchos de los receptores de la superficie celular no son miembros de la familia de receptores con actividad enzimática intrínseca y no responden a la unión del ligando por medio de autofosforilación. Estos incluyen a los receptores para la hormona de crecimiento, las citoquinas (mediadores del sistema inmune), los interferones (que defienden contra las infecciones virales) y los receptores de linfocitos T (los cuales controlan la proliferación de los linfocitos T). En estos receptores, la unión del ligando induce la dimerización, de tal modo que activan a las tirosinquinasas no receptores asociadas. 
Estas señales se transmiten al interior de las células por la vía de JAK-STAT. Estos tipos de receptores forman complejos con las proteínas de la familia Janus quinasa (JAK). Los transductores de señales y activadores de la transcripción (STAT) comprenden una familia de proteínas que son los factores de transcripción cuyas actividades son reguladas mediante la fosforilación de tirosina. 
La vía de JAK-STAT funciona a través de las siguientes etapas: 
1. La unión del ligando induce la dimerización del receptor. 
2. Las dos moléculas de JAK asociadas del receptor se autofosforilan y luego fosforilan a sus receptores asociados. 
3. Los STAT se unen al grupo fosfotirosina de sus receptores activados y luego son fosforilados en un residuo conservado de tirosina por la JAK asociada. 
4. Luego de su disociación del receptor, los STAT fosforilados se homodimerizan o heterodimerizan. 
5. Los dímeros de STAT son translocados al núcleo, donde estos factores de transcripción que ahora son funcionales e inducen o reprimen la expresión de sus genes diana. 
 
 
 
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