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COMUNICACIÓN CELULAR
Una célula dentro de un Organismo Superior o Pluricelular cumple una
FUNCIÓN ESPECIFICA con una fuerte interdependencia entre las otras
células, que se traduce en una gran cantidad de SEÑALES que son
RECIBIDAS o EMITIDAS con la misión de regular su funcionamiento
de acuerdo a las necesidades de conjunto.
Estas señales son de tres tipos.
A) SEÑALES A DISTANCIA. Son aquellas células que emiten
sustancias, por lo general Proteínas, y cuyos receptores se encuentran
lejos del lugar de emisión, el ejemplo mas conocido son las
Hormonas entre muchos otros. Mas adelante describiremos en forma
superficial los mecanismos de acción de las sustancias liberadas a
distancia por las células.
B) SEÑALES POR CONTACTO. Son aquellas células que están en
contacto directo emitiendo y recibiendo mensajes a través de Receptores de
Membrana
C) SEÑALES POR CONTACTO DIRECTO ENTRE AMBOS
CITOPLASMAS. Se realiza a través de uniones tipo GAP. Que son
sistemas de comunicación de las células entre sí, uniendo directamente
los citoplasmas de las células que interaccionan, permitiendo de ésta
manera el intercambio de pequeñas moléculas especializadas en las
membranas de ambas células, realizándose así el intercambio de
mensajes.
Una misma molécula SEÑAL puede inducir diferentes respuestas en
células Dianas diferentes.
Retomando el punto “A”. (Señales a Distancia) Las sustancias que se
liberan pueden ser:
1) ENDOCRINAS: Son las Hormonas que liberadas al torrente
sanguíneo van a actuar sobre células receptoras a distancia, denominadas
células Diana.
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2) PARACRINAS. Segregan mediadores químicos locales, es decir,
que la sustancia secretada actúa sobre un MEDIADOR químico local,
activándolo para que actúe sobre la célula Diana. Las sustancias son
inmediatamente neutralizadas, y su radio de acción es de unos pocos
milímetros de distancia de las células que las han segregado.
3) SINÁPTICA. Es exclusiva del sistema nervioso, son
NEUROTRANSMISORES que actúan en las sinapsis nerviosas.
CÉLULAS ENDOCRINAS
Las células Endocrinas, junto con las células Nerviosas, actúan en forma
conjunta, coordinando las diferentes actividades de los billones de células
que forman a un Organismo Superior.
Las células ENDOCRINAS se encuentran formando Glándulas que
segregan hormonas al intersticio, de allí pasan a los capilares, y entran al
torrente circulatorio que las transporta a los tejidos de todo el organismo.
Para llegar a las Células Diana realizan un camino inverso, del torrente
sanguíneo a los capilares, al liquido interticial, y la unión con la células
Diana.
Por lo tanto, la Respuesta es relativamente lenta debido a que las
Hormonas pueden tardar minutos u horas en alcanzar las células
Diana.
Las Hormonas se diluyen enormemente en él liquido interticial y en el
torrente sanguíneo, por lo tanto actúan en Muy Baja concentración sobre
una célula Diana con un receptor de Alta Complejidad.
Existen diferentes tipos de Hormonas, y por lo tanto también existen
diferentes células Diana con receptores específicos para cada Hormona.
CÉLULAS NERVIOSAS
Las células nerviosas pueden transmitir información a larga distancia
mediante impulsos eléctricos a través de los Axones a una velocidad de
hasta 100 metros por segundo, y cuando llega a una terminal nerviosa,
libera un NEUROTRASMISOR en alta concentración actuando sobre
una sola célula Diana por medio de la sinapsis.
Estos Neurotransmisores son rápidamente neutralizados en la hendidura
sináptica por enzimas hidrolíticas especificas, o bombeándola de nuevo
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hacia la terminal nerviosa, dándole al sistema una Alta Precisión y un
corto tiempo de acción.
CÉLULAS NEUROENDOCRINAS DEL HIPOTALAMO
Las células de Sistema Endocrino y del sistema nervioso están unidas física
y funcionalmente con el HIPOTÁLAMO que a través del TALLO
PITUITARIO lo une con la glándula PITUITARIA O HIPÓFISIS.
Esta unión está mediada por células que tienen las propiedades de las
células Endocrinas y de las células Nerviosas y por éste motivo se las
denomina Células NEUROENDOCRINAS.
La mayoría de las células Neuroendócrinas responden a estímulos de
células nerviosas del cerebro, segregando una hormona peptídica específica
en el vaso sanguíneo especial del tallo pituitario, que al llegar a la glándula
Pituitaria o Hipófisis estimula (o inhibe) la secreción de una segunda
hormona a la circulación sanguínea general que van a estimular a una
glándula Endocrina segregando una tercera hormona a la circulación.
Hay células Neuroendócrinas del Hipotálamo que envían sus Axones por el
tallo Pituitario liberando sus hormonas directamente al torrente sanguíneo.
Como vemos el Hipotálamo actúa como el principal regulador del sistema
Endocrino de los vertebrados.
Debemos recordar que hay una gran cantidad de hormonas descubiertas
últimamente que no tienen relación con el sistema Neuroendócrino, y que
todavía están en proceso de investigación.
ALGUNAS RESPUESTAS A SEÑALES QUIMICAS SON RÁPIDAS
Y TRANSITORIAS, MIENTRAS QUE OTRAS SON LENTAS Y
DURADERAS.
Por ejemplo: Un aumento de los niveles sanguíneos de Glucosa estimula a
las células Endocrinas del Páncreas a segregar Insulina a la sangre, en
minutos se produce un incremento de Insulina que estimula a las células
Musculares y Adiposas a captar más Glucosa, y de ésta manera sus niveles
descienden.
Hay tres partes en la respuesta.
1) El aumento de los niveles de glucosa estimula al páncreas a iniciar el
proceso de exocitosis de la Insulina almacenada.
2) En las células Musculares y Adiposas, existen proteínas de transporte de
glucosa almacenadas en vesículas intracélulares que cuando aumentan
los niveles de Insulina, viajan vía exocitosis hasta la membrana
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plasmática donde aumentan la captación de glucosa, produciendo de
ésta manera una caída en sus niveles y como consecuencia de ello la
secreción de insulina desciende.
3) Cuando la Insulina desciende los transportadores extra de glucosa son
rápidamente eliminados de la superficie de las células por endocitosis,
disminuyendo la velocidad de captación de glucosa por las células
musculares y adiposas.
De ésta forma la Insulina colabora con el mantenimiento de los valores
relativamente constante de la glucosa en la sangre.
SEÑALES LENTAS Y DURADERAS.
Por ejemplo: La hormona sexual femenina ESTRADIOL, que es
segregada por células del Ovario en la pubertad, inducen a una gran
cantidad de células diferentes que condicionan con el tiempo al desarrollo
de los caracteres sexuales femeninos secundarios, tal como el desarrollo de
la mama.
SEÑALES HIDROSOLUBLES Y LIPOSOLUBLES
La mayoría de las hormonas y los mediadores químicos locales, son
Hidrosolubles, son demasiado HIDROFÍLICAS para poder pasar la
bicapa lipídica de la membrana de una célula Diana, por lo cual se unen a
proteínas receptoras específicas situadas en la superficie célular.
Este tipo de moléculas son rápidamente eliminada.
Las LIPOSOLUBLES como son las hormonas Esteroideas y la Tiroidea,
no son solubles en agua y por lo tanto deben unirse a una proteína para
poder ser transportada. Son moléculas señal HIDROFÓBICAS.
En la cercanía de la célula Diana se libera de la proteína transportadora y
penetra fácilmente a la membrana plasmática uniéndose a un receptor
Intracélular. La hormona Esteroidea puede permanecer Horas, mientras
que la Tiroidea puede permanecer días.
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Siempre existen excepciones, las PROSTAGLANDINAS son señales
hidrofóbica y sin embargo se unen a receptores de membrana.
SEÑALIZACIÓN PARACRINA
Como ya vimos, éste tipo de señalización actúa sobre células situadas en
las inmediaciones de las células que la han segregado, son destruídas
rápidamente, y no pasan en grandes cantidades al torrente sanguíneo.
Hay células especializadas en la señalización Paracrina.
Las células CEBADAS o MASTOCITOS se encuentran en todo el tejido
Conjuntivo del cuerpo, y en ellas se almacenan HISTAMINA en grandes
vesículas secretoras que son liberadas rápidamente, por exocitosis cuando
son estimuladas por alguna Lesión, Infección local, o por alguna reacción
inmunológica.
La Histamina produce una dilatación de los vasos sanguíneos locales
facilitando la llegada de los Anticuerpos, Glóbulos Blancos, y Fagocitos
entre otros elementos.
Las células Cebadas o Mastocitos, también liberan dos Tetrapéptidos que
traen desde la sangre a los EOSINÓFILOS; Estos contienen una serie de
Enzimas que colaboran con la Inactivación de la Histamina, finalizando así
la respuesta.
Hay otros tipos de mediadores químicos locales como la
FIBRONECTINA y los PROTEOGLICANOS, que en lugar de ser
eliminados, son inmovilizados, formando en el espacio extracelular grandes
redes insolubles cerca del lugar de secreción.
PROSTAGLANDINAS
Muchas señales químicas son segregadas por células especializadas, pero
las Prostaglandinas tienen un origen más difuso.
1) Son sintetizadas por células de todos los tejidos.
2) Son sintetizadas contínuamente en la membrana.
3) Son degradadas permanentemente por enzimas extracelulares.
Se conocen 16 Prostaglandinas clasificadas en 9 grupos, PGA, PGB,
...........PGI.
A diferencia de otras moléculas señal, las Prostaglandinas No son
almacenadas, sino que se sintetizan y son liberadas permanentemente hacia
el exterior célular.
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Sin embargo, cuando las células son Activadas por una agresión célular o
por alguna señal química aumenta la velocidad de síntesis de las
Prostaglandinas y su incremento, afecta tanto a las células que la están
sintetizando (esto se denomina estimulación AUTOCRINA) como a las
células vecinas.
La estimulación Autocrina proporciona un mecanismo de
AMPLIFICACIÓN y de PROLONGACIÓN de la respuesta, ya que se
puede extender a través de una población local de células SIMILARES.
Entre las acciones biológicas de las prostaglandinas encontramos:
Contracción del Músculo liso; agregación plaquetaria; Inflamación.
Desempeña un importante papel en la estimulación del músculo liso uterino
en el momento del parto.
Algunos fármacos como la Aspirina inhiben la síntesis de prostaglandina.
FOSFOLIPIDOS DE MEMBRANA
FOSFOLIPASA
ACIDO ARAQUIDÓNICO
En conformación extendida
Formado por 20 carbonos
ACIDO ARAQUIDÓNICO
En conformación plegada
ETAPAS de OXIDACIÓN
PROSTAGLANDINA
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SEÑALIZACIÓN MEDIADA POR RECEPTORES
INTRACELULARES
MECANISMO DE ACCIÓN DE LA HORMONA ESTEROIDEA
La hormona esteroidea se sintetiza a partir del colesterol, tiene un peso
molecular de 300 Dalton, es HIDROFÓBICA por lo cual cruza la
membrana plasmática y una vez en el interior de una célula Diana se une
fuertemente, pero en forma reversible a un receptor proteico
complementario.
La unión de la hormona con el receptor se denomina ACTIVACIÓN del
RECEPTOR, que aumenta su afinidad por el DNA permitiéndole unirse a
genes Específicos en el Núcleo, regulando su TRANSCRIPCIÓN.
Una célula Diana posee alrededor de 10.000 receptores esteroideos, que
son ESPECIFICOS para cada hormona esteroidea y con alta afinidad la por
misma.
La gran mayoría de estos receptores se encuentran en el Citosol, mientras
que otros se encuentran en el Núcleo
ACTIVACIÓN del RECEPTOR
En diferentes células Diana la Misma Proteína Receptora regula Diferentes
Genes.
La unión del complejo HORMONA-RECEPTOR incrementa la afinidad
por el DNA activando especialmente la transcripción de los genes
correspondientes.
Es decir que una hormona esteroidea determinada SOLAMENTE ACTIVA
a un pequeño número de genes, y actúa como potenciadores de la
transcripción de dichos genes comenzando la síntesis de ARNm
RESPUESTAS PRIMARIAS y SECUNDARIAS
La inducción directa de la transcripción de algunos genes específicos se
conoce como respuesta PRIMARIA, los productos de la transcripción de
estos genes (ARN) pueden a su vez activar a otros genes, y que se conoce
como respuesta SECUNDARIA que demora más tiempo.
Las respuestas están controladas por mecanismos de retroalimentación
negativa. (Feed Back).
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Éste mecanismo permite la amplificación como el control de muchas de las
respuestas de las células
MECANISMO de TRANSDUCCIÓN por RECEPTORES
PROTEICOS de SUPERFICIE
Todas las moléculas que sean señales Hidrofílicas y algunas moléculas
señal Liposolubles se unen a receptores proteicos específicos ubicados en
la superficie de la célula Diana que afecta. Estos receptores se unen a la
molécula señal (el Ligando) con una Alta Afinidad, transformando éste
evento extracelular en una, o más señales INTRACELULAR que alteran el
comportamiento de la célula Diana.
Los receptores que se encuentran por cada célula, varían entre 500 y
100.000, dependiendo del receptor del cual se trate.
A diferencia de lo que ocurre con los receptores del Citosol: hormona
Esteroidea y Tiroidea, que regulan directamente la expresión genética, los
receptores de la membrana NO regulan directamente la expresión de
Genes. Los receptores de membrana actúan como un transductor
transmitiendo señales específicas al citosol o al núcleo, en los cuales se
produce una serie de fenómenos biológicos que responden únicamente al
Ligando o Molécula Señal que ha desencadenado el proceso y NO a otra.
Hay tres clases de receptores proteicos en la superficie célular:
1) Los relacionados con canales.
2) Los catalíticos
3) Los relacionados con proteína G.
RECEPTORES RELACIONADOS CON CANALES
Son canales IÓNICOS regulados por un transmisor que participa principalmente
en la señalización Sináptica, entre células excitables eléctricamente. Éste tipo de
señalización está mediado por un pequeño número de Neurotransmisores que
abren o cierran transitoriamente el canal Iónico al que están unidos, alterando así
brevemente la permeabilidad iónica de la Membrana Plasmática, y por lo tanto
modificándola.
Un Neurotransmisor puede actuar mediante dos tipos de receptores, 1) Asociado a
un canal, 2) NO asociado a un canal.
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RECEPTORES CATALITICOS
Son aquellos que al ser activados por su ligando, actúan directamente como
si fueran enzimas. Son proteínas de transmembrana que tienen un dominio
citoplasmático que actúan como una proteina-quinasa específica de
Tirosina.
RECEPTORES LIGADOS A PROTEINAS G
Las proteínas G se localizan en la capa citosólica de la membrana
plasmática, cerca del receptor y están compuestas por tres subunidades
denominadas: Alfa, Beta y Gama.
La subunidad Alfa posee actividad GTPasa y contiene un GDP o GTP.
Por su parte el dímero Beta y Gama mantienen a la proteína G unida a la
membrana.
Veremos algunos tipos de proteínas G
- Proteínas Gs estimuladora de ADENILATO CICLASA
- Proteínas Gp que estimula a la FOSFOLIPASA C
- Proteína Gi inactiva la ADENILATO CICLASA
También encontramos
- Proteínas Go, que regula los canales Iónicos del cerebro
ESQUEMA DE UNA PROTEINA G
Los receptores unidos a la proteína G activan una cadena de
acontecimientos que altera la concentración de una o más moléculas Señal
Intracélular, denominados segundos mensajeros Intacelulares y que a su
vez estos actúan alterando el comportamiento de otras proteínas de las
células.
Entre los mensajeros intracélulares tenemos AMP cíclico, Diacilglicerol
(DAG), Inositol 1-4-5 trifosfato. IP3 , a estas moléculas se las denomina
segundo mensajero. También tenemos el Ca2+.
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MECANISMO DE ACCION DE LA PROTEINA G
Y ADENILATO CICLASA
Cuando el receptor es activado por una molécula Señal o ligando producen
una alteración de la estructura de la Proteína G, lo cual la induce a que ésta
se ponga en contacto con el receptor, y se active cambiando en la sub
unidad alfa el GDP por un GTP, a continuación esta subunidad se separa de
la unidad Beta-Gama, que mantiene a la proteína G unida a la membrana
dirigiéndose a una molécula de ADENILATO CICLASA ó a una
FOSFOLIPASA C activándolas, ya sea a una sola ó a las dos.
Cuando se une a la ADENILATO CICLASA, la proteína que interviene es
la Gs que provoca con su activación la producción de AMPc en gran
cantidad.
El aumento de AMPc en el citosol activa la QUINASA A que en su estado
inactivo es un Tetrámero formado por dos unidades reguladoras y dos
unidades catalíticas que requieren de cuatro (4) AMPc, dos (2) por cada
unidad reguladora.
Al unirse los AMPc se liberan las dos unidades Catalíticas activadas que
fosforilan a determinadas proteínas citosólicas, éstas proteínas fosforiladas
tomarán otros caminos de activación o inhibición de procesos citósolicos.
El AMPc es un SEGUNDO MENSAJERO PLURIVALENTE que provoca
respuestas muy distintas, según sea el tipo de células en que actúa; y en
todos participa la QUINASA A cuya actividad es seguida por una cascada
de fosforilaciones.
EJEMPLOS de RESPUESTAS MEDIADAS por AMPc.
Sustancia inductora
ADRENALINA
NORADRENALINA
GLUCAGÓN
Células Inducidas
Efectos
Menor síntesis de GLUCÓGENO
HEPATOCITO
Degradación del GLUCÓGENO
ADRENALINA
GLUCAGON
ADIPOCITOS
Degradación de Triacilgliceroles
Menor captación de aminoácidos
ADRENALINA
MUSCULARES
Degradación del Glucógeno
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ADRENALINA
CARDÍACAS
Aumento de la frecuencia
HORMONAS
FSH, LH
FOLICULOS
OVÁRICOS
TSH
TIROIDES
Secreción de hormona Tiroidea
ACTH
SUPRARRENAL
Secreción de Cortisol
HORMONA
ANTIDIURÉTICA
RENALES
Retención de Agua
PARATHORMONA
OSEAS
Mayor síntesis de
Estrógeno y Progesterona
Reabsorción de Calcio
Por ser el AMPc un segundo mensajero muy potente, las células poseen
varios mecanismos para regular su concentración, siendo el más importante
el de la ENZIMA FOSFODIESTERASA que convierte al AMPc en AMP,
que es un nucleótido inactivo.
ATP
PROTINA G
ADENILATO
CICLASA
Mg2+
AMPc
2P
H2 O
FOSFODIESTERASA
AMP
Nucleótido inactivo
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La GLUCOGENOLISIS en las células musculares es el ejemplo más
conocido de regulación célular mediada por el AMPc, y que afecta también
la GLUCOGENOGÉNESIS.
ESTRES
GLUCÓGENO
FOSFORILASA
QUINASA
GLANDULA
SUPRARRENAL
Glucógeno fosforilasa
Libera
GLUCÓGENO
ADENALINA
GLUCOSA 1 FOSFATO
Vía Sanguínea
Fosfoglucomutasa
CÉLULAS
MUSCULARES
GLUCOSA 6 FOSFATO
Combustible del Organismo
RECEPTOR BETA 2
ADRENERGICO
Activa
PROTEINA Gs
Activa
ADENILATO
CICLASA
Producción
AMPc
Activa
FOSFORILA
QUINASA
A
SINTETASA
---------------------------------------Es
GLUCÓGENO
fosforilada
inhibe síntesis de GLUCÓGENO
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MECANISMO de ACCIÓN de la PROTEINA
G inhibidora
ADRENALINA
RECEPTOR Alfa 2 ADRENÉRGICO
Activa
PROTEÍNA Gi
Inhibe
ADENILATO CICLASA
Desciende niveles
AMPc
La Quinasa A produce el cierre de determinados canales de K+ de la
membrana plasmática. Ante la caída de los niveles de AMPc los canales de
K+ se abren, lo cual hiperpolariza la membrana y disminuye su
excitabilidad y por consiguiente las células musculares lisas del tubo
digestivo y bronquios se relajan.
Un ejemplo de una patología que actúa sobre el AMPc es el Cólera. La
toxina del bacilo Vibrión Cholerae bloquea la actividad GTPasa de la
subunidad alfa de la proteína Gs, lo cual impide la hidrólisis de GTP a GDP
+P; por lo tanto, la adenilato ciclasa se mantiene activada produciendo
AMPc que se acumula en la célula.
En las células del epitelio intestinal el AMPc controla la apertura de los
canales de Cl-, pasando el ión en forma masiva a la luz intestinal. La
diarrea se instala porque el Cl- arrastra al Na+ y entre ambos producen la
salida de gran cantidad de agua.
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