Semana 05 (comunicación celular)

COMUNICACIÓN CELULARDR. BRADY BELTRÁN GARATE

COMUNICACIÓN CELULAR La supervivencia de los organismos pluricelulares depende de que

sus células actúen sincrónicamente en los tejidos y que estoscumplan las funciones específicas

Los órganos y los sistemas de órganos deben funcionarorganizadamente para mantener las condiciones fisiológicasadecuadas para la vida del individuo.

Se define como un proceso por el cual las células transmiteninformación para promover o modificar respuestas celulares enotras células

Las respuestas pueden ser:

Excitatorias: Contracción muscular, inflamación

Inhibitorias

Moduladoras: Funciones de aprendizaje y memoria

COMUNICACIÓN CELULAR

FASES DE LA COMUNICACIÓN CELULAR1. Fase Intercelular: Liberación de una sustancia portadora de un mensaje a

partir de la célula efectora hasta la llegada de este al interior de la célulaque va a dar respuesta al mensaje, esta es conocida como célula diana

2. Fase Intracelular: Todos los procesos y las substancias implicadas en laproducción de la respuesta celular (Segundos mensajeros, enzimas,proteínas estructurales, genes, etc.)

Mensajero: Primer mensajero o mensajero extracelular

Receptor: Molécula específica para el mensajero, se encuentran enla membrana de la célula receptora y la información llega al interiorde la célula o en otros casos difunde por la membrana o estransportado por algún componente celular hasta llegar al sitio derecepción celular (Núcleo u otro organelo)

FASES DE LA COMUNICACIÓN CELULAR

LIGANDO Molécula señal, específica para

cada tipo de célula

Se une a sitios específicos de unreceptor de la membranaplasmática

Es capaz de disparar una serie deprocesos complejos, a veces encascada que conducen a unarespuesta

TRANSDUCCIÓN DE SEÑALES

1. Un teléfono convierte una señal eléctrica en una señal sonora

2. Una célula blanco convierte una señal extracelular (Molécula A) en una señal intracelular (Molécula B)

RESPUESTA CELULAR En muchos procesos de transducción de señales se implican cada

vez más en el evento un número creciente de enzimas y sustanciasdesde el inicio del estímulo

Parte desde la adhesión de un ligando al receptor de membrana,hasta la activación en el receptor, que convierte el estímulo enrespuesta

Dentro de la célula, provoca una cadena de pasos (Cascada deseñalización o ruta del segundo mensajero) cuyo resultado es laamplificación de la señal (Gran respuesta celular)

RESPUESTA CELULAR Los receptores celulares presentan en su estructura dos regiones o

dominios funcionales bien diferenciados

Uno de reconocimiento o detección de los estímulos, que presentauna diversidad paralela a la de los estímulos, y otro efector quepertenece a unos pocos tipos fundamentales, por lo que lasecuencia de eventos que son capaces de iniciar son limitados

La detección de estímulos y la respuesta a los mismos en todos losseres vivos depende dentro de las células de las señales detransducción.

ETAPAS DE LA RESPUESTA CELULAR Las señales externas a la célula de diferente naturaleza físico-

química producen una regulación de determinados genes en sunúcleo celular por medio de un conjunto de mecanismos quecomprenden:

1. La captación de las señales externas en la superficie celularmediante los receptores celulares

2. La generación y la transmisión intracelular de las señales pormedio de las interacciones proteína-proteína

3. La ejecución de la respuesta a través de modificación de laactividad de los genes

RESPUESTA CELULAR Las respuestas desencadenadas por las señales de transducción

incluyen la regulación de la expresión genética como la activaciónde genes, la regulación de una vía metabólica como la producción deenergía por medio del metabolismo, la locomoción celular pormedio de cambios en el citoesqueleto.

La activación de genes provoca muchos efectos, desde la expresiónde genes en proteínas (Enzimas, factores de transcripciónreguladores de la actividad metabólica)

RESPUESTA CELULAR Los factores de transcripción pueden activar aún más genes, un

estímulo inicial puede activar a través de la transducción de señales,la expresión de una gama entera de genes y una gran diversidad deeventos fisiológicos

El conjunto de activación mencionado se denomina programagenético

Un ejemplo de programa genético es la secuencia de eventos quetiene lugar cuando el óvulo es fecundado por un espermatozoide

COMUNICACIÓN CELULAR El proceso de transmisión de señal afecta a una secuencia de

reacciones bioquímicas dentro de la célula que se lleva a cabo através de enzimas unidas a otras sustancias llamadas segundomensajero

Cada proceso se realiza en intervalos de tiempo muy pequeños,como milisegundos, o periodos más largos como algunos segundos

DIVERSIDAD DE SEÑALES Existen distintos receptores en una

misma célula

Las células son sensibles en formasimultánea a muchas señalesextracelulares

Las señales al actuar en conjunto,pueden sumarse e inducir arespuestas mayores

La presencia de una señal puedemodificar las respuestas a otrasseñales

En ausencia de señales, la mayoríade las células están programadaspara autodestruirse

CÉLULA EMISORA CÉLULA BLANCO (DIANA)

La misma señal química puede inducir diferentes respuestas endiferentes células blanco

RECEPTORES Se unen específicamente a

moléculas señalizadoras

MENSAJEROS:

Hormonas

Neurotransmisores

Citoquinas (Factores de crecimientoque regulan la formación de célulassanguíneas)

Factores de crecimiento

Moléculas de adhesión

Componentes de la matrizextracelular

Receptor = Cerradura

Ligando = Llave

SEÑALES INTERCELULARES Endocrinas: Las hormonas son producidas por células del sistema

endocrino y circulan por el torrente sanguíneo hasta alcanzar todoslos lugares del cuerpo

Paracrinas: Solo actúan sobre células diana que se encuentran en lavecindad de las células emisoras, como por ejemplo losneurotransmisores

Autocrinas: Afectan solo a las células que son del mismo tipo celularcomo las células emisoras. Un ejemplo de señales Autocrinas seencuentra en las células del sistema inmune

Yuxtacrinas: Son transmitidas a lo largo de la membrana celular através de proteínas o lípidos que integran la membrana celular y soncapaces de afectar tanto a la célula emisora como a las célulasinmediatamente adyacentes

TIPOS DE COMUNICACIÓN: COMUNICACIÓN LOCAL

Endocrine Signaling

TIPOS DE COMUNICACIÓN: COMUNICACIÓN A DISTANCIA

Synaptic Signaling

TIPOS DE COMUNICACIÓN: COMUNICACIÓN LOCAL

SEÑALES Y RECEPTORES

MEMBRANA PLASMÁTICA

EXTRACELULAR

INTRACELULAR

Señal no unida al receptor

Receptor de superficie inactivo

SEÑALES Y RECEPTORES

MEMBRANA PLASMÁTICA

EXTRACELULAR

INTRACELULAR

Señal unida al receptor

Receptor de superficie activo

RESPUESTA CELULAR

ENDOCRINA U HORMONAL

HORMONA

CÉLULA ENDOCRINA RECEPTOR

CÉLULAS BLANCO

TORRENTE SANGUÍNEO

ENDOCRINA U HORMONAL

NEUROTRANSMISORES

VESÍCULA SINÁPTICA(SEROTONINA)

CANAL DE CA++

DEPENDIENTE DE VOLTAJE

DENSIDAD POSTSINÁPTICARECEPTOR

BOMBA TRANSPORTADORA DEL

NEUROTRANSMISOR

NEUROTRANSMISOR

AXÓN TERMINAL

ESPACIO SINÁPTICO

BOTÓNDENDRÍTICO

NEUROTRANSMISORES

NEURONA

CUERPO CELULAR

AXÓN

NEUROTRANSMISORCÉLULA BLANCO

SINAPSIS

COMUNICACIÓN NEUROENDOCRINA

COMUNICACIÓN NEUROENDOCRINA

COMUNICACIÓN NEUROENDOCRINA

COMUNICACIÓN PARACRINA

CÉLULA EMISORA

MEDIADOR LOCAL

CÉLULAS BLANCO

COMUNICACIÓN YUXTACRINA O DEPENDIENTE DE CONTACTO

CÉLULA EMISORA CÉLULA BLANCO

MOLÉCULA SEÑAL UNIDA A MEMBRANA

COMUNICACIÓN AUTOCRINA

SITIOS BLANCO EN LA MISMA CÉLULA

EJEMPLOS DE COMUNICACIÓN CELULAR

MIOCITOS NEURONAS INFLAMACIÓN, COAGULACIÓN

HORMONAS

SEÑALES Y RECEPTORES Las moléculas señalizadoras son

hidrofílicas y no tienen la habilidadde difundir a través de la MP

Necesitan de un receptor desuperficie celular que genera unaseñal intracelular en la célula diana

Algunas moléculas señalizadorashidrofóbicas (Hormonas) puedendifundir a través de la MP y unirsea receptores intracelulareslocalizados en el núcleo o en elcitoplasma de la célula diana

RECEPTORES TRANSMEMBRANALES Son proteínas que se extienden por todo el espesor de la membrana

plasmática de la célula, con un extremo del receptor fuera de lacélula (Dominio Extracelular) y otro extremo del receptor dentro(Dominio Intracelular)

Cuando el dominio extracelular reconoce a una hormona, latotalidad del receptor sufre un cambio en su conformaciónestructural que afecta al dominio intracelular, confiriéndole unanueva acción

En este caso, la hormona no atraviesa ella misma la membranaplasmática para penetrar en la célula

RECEPTORES CITOPLASMÁTICOS Y NUCLEARES

Son proteínas solubles localizadas en el citoplasma o en el núcleocelular. La hormona que pasa a través de la membrana plasmática,normalmente por difusión pasiva, alcanza el receptor e inicia lacascada de señales

Los receptores nucleares son activadores de la transcripciónactivados por ligandos, que se transportan con el ligando uhormona, que pasan a través de la membrana nuclear al interior delnúcleo celular, activan la transcripción de ciertos genes y, por lotanto, la producción de una proteína.

Los ligandos de los receptores nucleares son hormonas lipofílicascomo las hormonas esteroideas; por ejemplo la testosterona, laprogesterona, el cortisol y derivados de las vitaminas A y D

REGULACIÓN DE LA FUERZA DE LA SEÑAL 1. BIOSÍNTESIS Y SECRECIÓN DE HORMONAS POR LOS ÓRGANOS

ENDOCRINOS:

Por ejemplo, el hipotálamo (Factores liberadores de hormonas)que actúan sobre la hipófisis y activa la producción dehormonas hipofisiarias, las cuales activan los órganosendocrinos que finalmente producen las hormonas para lostejidos diana

Este sistema jerarquizado permite la amplificación de la señaloriginal que procede del hipotálamo

La liberación de hormonas enlentece la producción de estar pormedio de una inhibición reactiva (Feedback) para evitar unaproducción aumentada

MODELO PROPUESTO DE LA ACTIVACIÓN DEL RECEPTOR DE GnRH

GnRH

Proteína G

Fosfolipasa C

Proteinquinasa C

Diacilglicerol

Inositol trifosfato

Binding Proteín

LIBERACION DE GONADOTROFINASSINTESIS DE GONADOTROFINAS

Ac. Araquidónico

Calcio

REGULACIÓN DE LA FUERZA DE LA SEÑAL 2. DISPONIBILIDAD DE LA HORMONA EN EL CITOPLASMA:

Muchas hormonas pueden ser convertidas en formas dedepósito por la célula diana para su posterior uso. Esta reduce lacantidad de hormona disponible

3. MODIFICACIÓN DE LAS HORMONAS EN EL TEJIDO DIANA:

Algunas hormonas pueden ser modificadas por la célula diana,de modo que no activan el receptor hormonal y así reducen lacantidad de hormonas disponibles

MENSAJEROS QUÍMICOS1. LIPOSOLUBLES con receptores de superficie celular

2. HIDROSOLUBLES con receptores de superficie celular (Polipéptidos ylas aminas)

3. LIPOSOLUBLES con RECEPTORES INTRACELULARES (Esteroides,Tiroxina y Ácido Retinoico)

4. GASES como el Óxido Nítrico (NO) y el Monóxido de Carbono (CO)

MENSAJEROS HIDROSOLUBLES QUE UNEN RECEPTORES DE SUPERFICIE CELULAR

I. PÉPTIDOS Y PROTEÍNAS:

Insulina

Glucagón

Hormona antidiurética

Oxitocina

Angiotensina

Factores de liberación de lashormonas hipofisiarias

Endorfinas

Factores de crecimiento y detransformación

FACTOR DE CRECIMIENTO EPIDÉRMICO (EGF)

II. AMINAS:

MENSAJEROS HIDROSOLUBLES QUE UNEN RECEPTORES DE SUPERFICIE CELULAR

MENSAJEROS HIDROSOLUBLES QUE UNEN RECEPTORES DE SUPERFICIE CELULAR

RECEPTORES-CANALES O RECEPTORES IONOTRÓPICOS O CANALES IÓNICOS REGULADOS

POR UN LIGANDO

PRIMEROS MENSAJEROS LIPOSOLUBLES CON RECEPTORES INTRACELULARES

I. ESTEROIDES:

Hormonas sexuales masculinas y femeninas

Hormonas de corteza de las glándulassuprarrenales (Cortisol, cortisona, aldosterona)

Vitamina D

PRIMEROS MENSAJEROS LIPOSOLUBLES CON RECEPTORES INTRACELULARES

Tiroxina

T4 (Tetrayodotironina)

T3 (Triyodotironina)

Retinoides

PRIMEROS MENSAJEROS LIPOSOLUBLES CON RECEPTORES INTRACELULARES

Los mensajeros hidrosolublesinteraccionan con receptores de lasuperficie de las células diana

El acoplamiento ligando-receptordesencadena una señal intracelularmediada por segundos mensajeros

Tipos:

1. Receptores con actividadTirosina-Quinasa

2. Receptores acoplados a proteínaG

3. Sistema Adenilato Ciclasa-AMPc

4. Sistema fosfolípidos demembrana

5. Sistema del calcio

VÍAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR

MOLÉCULAS DE SEÑALIZACIÓN INTRACELULAR(EN CÉLULAS EUCARIOTAS)

a) Proteínas G heterotriméricas

b) GTP-asas

c) Nucleótidos cíclicos (AMPc) (GMPc)

d) Ca++

e) Derivados Fosfoinositoles: Fosfatidil Inosiltol Trifosfato, Diacilglicerol,Inositoltrifosfato

f) Proteínas Quinasas y Fosfatasas

Proteínas GHeterotriméricas

ProteínasGs

Estimuladorasde la

Adenilciclasa

ProteínasGi

Inhibidorasde la

Adenilciclasa

ProteínasGq

Activa laFosfolipasa C

RECEPTORES ACOPLADOS A PROTEÍNAS G

A B

RECEPTORES CON ACTIVIDAD ENZIMÁTICA INTRÍNSECA

Receptor del factor de crecimiento de fibroblástos (FGF),

C

-S-S--S-S-

-S-S-

C

N

C

N

N

C

N

C

Receptor de insulina,Receptor del factor de crecimiento tipo insulínico 1 (IGF-1)

Receptor del factor de crecimiento epidérmico (EGF)

C

N

C

N

Receptor del factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF),Receptor de factor estimulante de colonias 1 (CSF-1)

N

Cadenas

Cadena

Membrana

Citoplasma

Espacio extracelular

AMPLIFICACIÓN

CASCADA DE SEÑALIZACIÓN

TRANSDUCCIÓN DE SEÑALES

EJEMPLOS DE PROCESOS FISIOLÓGICOS

ESTÍMULO RECEPTOR EFECTOR RESPUESTA

EPINEFRINA b-ADRENÉRGICO ADENILIL-CICLASA DESDOBLA GLUCÓGENO

SEROTONINA R. SEROTONINA ADENILIL-CICLASASENSIBILIZACIÓN Y

APRENDIZAJE

LUZ RODOPSINAFOSFODIESTERASA

GMPcEXCITACIÓN VISUAL

ACETILCOLINA MUSCARÍNICO CANAL DE POTASIO NEUROMUSCULAR

ACTIVACIÓN DE LA PROTEINQUINASA A DEPENDIENTE DE AMPc

EFECTO DE LA PROTEINQUINASA A EN LA GLUCONEOGÉNESIS

CONCLUSIONES La comunicación celular es el proceso

de transmisión de información pormedio de señales extracelulares(Primeros mensajeros o mensajerosQuímicos)

Se da entre distancias variables

Modifica las respuestas en otras células(Excitadoras, inhibidoras omoduladoras)

Respuestas rápidas o lentas

?

Oye tú !!!Tienes que proliferar

Necesitamos! glucosa!

Hey !!! ¿Podrías migrar?

¿ A quien debo escuchar ?

CONCLUSIONESETAPAS DE LA COMUNICACIÓN CELULAR:

1. Síntesis celular del mensajero químico

2. Secreción del mensajero por la célula emisora

3. Transporte del mensajero hasta la célula blanco

4. Detección // Recepción del mensajero (Señal) por un receptor celular(Proteína)

5. Transmisión intracelular de la señal (Transducción de señal) y cambio en elstatus celular (Metabolismo, expresión génica, etc.)

6. Eliminación (Degradación) de la señal (Interrupción del proceso)

CONCLUSIONESTIPOS DE COMUNICACIÓN CELULAR:

1. Comunicación endocrina u hormonal

2. Neurotransmisión

3. Comunicación Neuroendocrina

4. Comunicación Paracrina

5. Comunicación Yuxtacrina

6. Comunicación Autocrina

CONCLUSIONES Los mensajeros extracelulares pueden

unirse a receptores de superficie oreceptores intracelulares