Comunicación celular y vías de transducción de señales
Después de correr en un partido de soccer, tu corazón late más rápido y tus músculos tienen más energía disponible. Nadie les dio la orden a tus células una por una: una sola molécula, la epinefrina (adrenalina), viaja por la sangre y miles de células responden en segundos. ¿Cómo "entiende" una célula un mensaje químico que nunca entra a ella? Al final de la página lo resolvemos.
Ligandos y receptores
Una célula no puede "oír" un mensaje. Lo que hace es detectar moléculas. Una molécula señal se llama ligando, y se une a una proteína llamada receptor. La unión es específica, como una llave en una cerradura: solo el ligando correcto encaja en el sitio de unión del receptor.
Cuando el ligando se une, el receptor cambia de forma (cambio conformacional). Ese cambio activa al receptor y pone en marcha la vía dentro de la célula.
Solo responden las células que tienen el receptor correcto. Todas las células del cuerpo están bañadas en la misma sangre con epinefrina, pero solo responden las que tienen receptores para ella.
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Ligandos hidrofílicos (grandes o polares, como la epinefrina o la insulina): no atraviesan la bicapa. Se unen a receptores en la superficie de la membrana.
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Ligandos hidrofóbicos (pequeños y no polares, como las hormonas esteroides): cruzan la membrana y se unen a receptores dentro de la célula.
Define los términos ligando* y receptor*. Luego describe en una o dos oraciones qué le ocurre normalmente a una proteína receptora cuando se une a ella el ligando…
Define los términos ligando y receptor. Luego describe en una o dos oraciones qué le ocurre normalmente a una proteína receptora cuando se une a ella el ligando correcto.
Tipos de señalización
La clasificación depende de qué tan lejos viaja la señal.
| Tipo | Distancia | Ejemplo |
|---|---|---|
| Autocrina | La célula se señala a sí misma | Una célula secreta un factor de crecimiento que se une a sus propios receptores |
| Paracrina | Células vecinas, por difusión local | Una célula del sistema inmunitario libera histamina que actúa sobre células vecinas |
| Endocrina | Larga distancia, por la sangre | La insulina del páncreas llega al hígado |
| Directa (yuxtacrina) | Contacto físico entre células | Una molécula de la superficie de una célula se une al receptor de otra que la toca |
Una forma de recordarlo: auto = ella misma; para = al lado; endo = por dentro del cuerpo, vía sangre. En la señalización directa también hay conexiones como las uniones comunicantes (gap junctions) en animales y los plasmodesmos en plantas, que dejan pasar señales de una célula a otra.
Clasifica cada ejemplo como señalización autocrina, paracrina, endocrina o directa (yuxtacrina): (a) la insulina liberada por el páncreas viaja por la sangre hasta las…
Clasifica cada ejemplo como señalización autocrina, paracrina, endocrina o directa (yuxtacrina):
(a) la insulina liberada por el páncreas viaja por la sangre hasta las células del hígado;
(b) una célula secreta un factor de crecimiento que se une a receptores de esa misma célula;
(c) una neurona libera un neurotransmisor que se difunde por la sinapsis hasta la célula vecina;
(d) una molécula señal en la superficie de una célula se une a un receptor de una célula que la toca.
Las tres etapas: recepción, transducción y respuesta
Toda vía de señalización sigue el mismo orden:
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Recepción: el ligando se une al receptor.
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Transducción: la señal se pasa y se amplifica dentro de la célula, normalmente con una serie de moléculas.
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Respuesta: la célula hace algo (activa un gen, cambia una enzima, se divide, libera glucosa…).
Transducción significa "convertir una señal en otra". El ligando nunca entra; lo que cruza la célula es un mensaje que se va pasando de molécula en molécula.
Receptores acoplados a proteína G
Es una de las familias de receptores más comunes. La secuencia típica es:
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El ligando se une al receptor acoplado a proteína G (GPCR).
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El receptor activa una proteína G (que cambia GDP por GTP).
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La proteína G activa una enzima, por ejemplo la adenilil ciclasa.
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La adenilil ciclasa convierte ATP en AMPc, un segundo mensajero (una molécula pequeña que se difunde rápido por el citoplasma).
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El AMPc activa la proteína cinasa A, y comienza la respuesta.
Cascadas de fosforilación
Una proteína cinasa agrega un grupo fosfato a otra proteína (fosforilación), y eso la activa. Esa proteína fosforila a la siguiente, y así sucesivamente. Una fosfatasa quita el fosfato y la apaga.
Amplificación
Cada paso de la cascada multiplica la señal: un receptor activa muchas proteínas G, cada una activa una enzima que produce muchas moléculas de AMPc, y así. Una sola molécula de ligando puede provocar una respuesta enorme.
Cerramos el gancho: durante el partido, la epinefrina se une a los receptores de las células del corazón y del hígado. La vía de transducción amplifica la señal (un ligando, miles de moléculas de AMPc) y las células responden: el corazón late más rápido y el hígado libera glucosa.
Las tres etapas de la señalización celular son recepción, transducción y respuesta. Para cada evento, indica a qué etapa pertenece: (a) la epinefrina se une a un…
Las tres etapas de la señalización celular son recepción, transducción y respuesta. Para cada evento, indica a qué etapa pertenece:
(a) la epinefrina se une a un receptor acoplado a proteína G en una célula del hígado;
(b) una serie de proteínas cinasas se fosforilan unas a otras en secuencia;
(c) el glucógeno se descompone en glucosa.
En una célula del músculo cardíaco, la epinefrina se une a un receptor acoplado a proteína G, que activa una proteína G y luego la adenilil ciclasa, la cual produce el…
En una célula del músculo cardíaco, la epinefrina se une a un receptor acoplado a proteína G, que activa una proteína G y luego la adenilil ciclasa, la cual produce el segundo mensajero AMPc. El AMPc activa la proteína cinasa A y el corazón late más rápido. La enzima fosfodiesterasa degrada el AMPc a AMP. Un fármaco bloquea la fosfodiesterasa. Predice cómo cambia el fármaco la respuesta de la célula a una cantidad dada de epinefrina y explica tu razonamiento.
Cuando la vía falla: mutaciones, fármacos y toxinas
Como cada paso depende del anterior, un cambio en un solo punto altera toda la vía.
Apagar la señal
Una señal debe poder terminar. El AMPc se degrada a AMP con la enzima fosfodiesterasa; las fosfatasas quitan fosfatos; la proteína G hidroliza su GTP y se apaga sola. Si el apagado falla, la respuesta se prolonga.
Cómo predecir el efecto de un cambio
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Identifica en qué paso ocurre el cambio.
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Decide si hace la vía más activa o menos activa.
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Piensa en lo que pasa corriente abajo (después de ese paso).
| Cambio | Efecto en la vía |
|---|---|
| Receptor siempre activo | Respuesta sin ligando |
| Receptor sin sitio de unión | No hay respuesta (aunque haya ligando) |
| Cinasa inactiva | La señal se detiene en ese punto |
| Fosfatasa inactiva | La señal se queda "encendida" |
| Fármaco que bloquea la fosfodiesterasa | El AMPc se acumula; respuesta más fuerte y larga |
Experimentos con vías
En un experimento se compara qué célula responde y cuál no. En la tabla del ejercicio, una célula sin receptor no puede detectar la hormona, mientras que otra con receptor pero con la cinasa dañada sí la detecta, pero la señal se bloquea más adelante. Para decidir si el defecto está antes o después de un paso, se activa la vía en un punto posterior (por ejemplo, con un compuesto que active directamente la cinasa o el paso siguiente) y se observa si la respuesta aparece.
Leer datos de una fosfatasa
Si una proteína fosforilada sube y luego baja en células normales, pero se queda alta en células sin fosfatasa, la fosfatasa es la que apaga la señal. Sin ella, la proteína sigue activa y la respuesta se prolonga.
Toxina del cólera
La toxina del cólera modifica la proteína G para que no pueda apagarse. Así la adenilil ciclasa sigue produciendo AMPc, las células intestinales secretan Cl⁻ y agua, y aparece la diarrea grave. Una proteína G que no se apaga mantiene activa la adenilil ciclasa y el AMPc sigue produciéndose, por lo que la respuesta es continua y excesiva; con una señal normal, en cambio, la vía se apaga. En general, para saber dónde debe actuar un fármaco, ubica el paso alterado: si el defecto está corriente abajo de un paso, intervenir en los pasos anteriores no corrige el problema.
Un factor de crecimiento normalmente se une a un receptor tirosina cinasa, que inicia una cascada de fosforilación que le indica a la célula que se divida. Una mutación…
Un factor de crecimiento normalmente se une a un receptor tirosina cinasa, que inicia una cascada de fosforilación que le indica a la célula que se divida. Una mutación en el gen del receptor hace que este esté activo incluso cuando no hay factor de crecimiento. Predice qué ocurre con la tasa de división celular en células con esta mutación y explica por qué este tipo de mutación se relaciona con el cáncer.
Se exponen tres tipos de células cultivadas a la hormona X y se mide si las células producen la proteína Y. | Tipo de célula | ¿Tiene receptor para la hormona X? |…
Se exponen tres tipos de células cultivadas a la hormona X y se mide si las células producen la proteína Y.
| Tipo de célula | ¿Tiene receptor para la hormona X? | Cinasa corriente abajo | ¿Produce proteína Y? |
|---|---|---|---|
| A | Sí | Funcional | Sí |
| B | No | Funcional | No |
| C | Sí | No funcional | No |
Explica por qué las células B y C no responden, aunque fallan por razones distintas. Luego propón un experimento que muestre si el defecto de la célula C está antes o después de la cinasa en la vía.
Unos investigadores agregan un ligando a células normales y a células mutantes que carecen de una fosfatasa. Luego miden la cantidad de proteína de señalización…
Unos investigadores agregan un ligando a células normales y a células mutantes que carecen de una fosfatasa. Luego miden la cantidad de proteína de señalización fosforilada (unidades arbitrarias) a lo largo del tiempo.
| Tiempo (min) | Células normales | Células mutantes |
|---|---|---|
| 0 | 1 | 1 |
| 5 | 9 | 9 |
| 15 | 6 | 9 |
| 30 | 2 | 9 |
(a) Describe el patrón de cada tipo de célula. (b) Explica qué papel desempeña la fosfatasa en la vía. (c) Predice en qué se diferencia la respuesta celular de las células mutantes de la de las células normales durante 30 minutos y justifica tu predicción. (d) Describe un control que incluirías en este experimento.
La toxina del cólera, producida por Vibrio cholerae*, modifica químicamente la proteína G de las células intestinales de modo que no puede apagarse sola y permanece…
La toxina del cólera, producida por Vibrio cholerae, modifica químicamente la proteína G de las células intestinales de modo que no puede apagarse sola y permanece activa. Esto mantiene activa la adenilil ciclasa y eleva el AMPc, lo que hace que las células secreten grandes cantidades de iones cloruro y agua hacia el intestino y produzcan diarrea grave. (a) Traza la vía desde la proteína G hasta el síntoma. (b) Explica por qué la toxina tiene un efecto mucho mayor que una sola molécula señal que se une una vez a un receptor. (c) Un investigador propone un fármaco que bloquee el receptor de la superficie celular. Evalúa si revertiría el efecto de la toxina y justifica tu respuesta.