BIOLOGÍA CELULAR Y BIOLOGÍA CELULAR Y SISTÉMICASISTÉMICA

Mensajeros Químicos

.-Mediadores Químicos Locales

.-Hormonas

.-Neurotransmisores

Dr.Roberto Najle

En los animales complejos, células endocrinas y las células nerviosas trabajan juntas para coordinar las diversas actividades de los miles de millones de células. Considerando que diferentes células endocrinas deben usar hormonas diferentes para comunicarse especialmente con sus células diana, las diferentes células nerviosas pueden utilizar el mismo neurotransmisor y todavía comunicarse de una manera muy específica. (A) las células endocrinas segregan hormonas en la sangre, señal de que sólo las células diana específicas los reconocen. Estas células diana tienen receptores para la unión de una hormona específica, que las células tienen que “atrapar" del líquido extracelular. (B) En la señalización sináptica, por el contrario, la especificidad se deriva de los contactos sinápticos entre las células nerviosas y las células diana específicas que las señales. Por lo general, sólo una célula diana que está en la comunicación sináptica con una célula nerviosa se expone al neurotransmisor liberado de la terminación nerviosa (aunque algunos neurotransmisores actúan de un modo paracrino, sirviendo como mediadores locales que influyen en varias células blancos en la zona).

neuronas

SEÑALIZACION SINAPTICA

sangre

hormonas

Células blanco

Neuro-transmisor

Células blanco

Células endocrinas

SEÑALIZACION ENDOCRINA

LE 11-4b

Endocrine cell Bloodvessel

Long-distance signaling

Hormone travelsin bloodstreamto target cells

Hormonal signaling

Target cell

Copyright (c) by W. H. Freeman and Company

La comunicación mediante señales extracelulares involucra seis pasos:

(1) síntesis de la molecula señal por la célula productora.

(2) liberación de la molecula señal por la celula productora.

(3) transporte de la señal hacia la célula blanco.

(4) detección de la señal por una proteina receptora especifica.

(5) cambio del metabolismo, la función o el desarrollo de la célula, inducidos por el complejo receptor-señal.

(6) Eliminación de la señal, la cual a menudo termina la respuesta celular.

Una célula animal, tiene dependencia de múltiples señales extracelulares.Cada tipo de célula muestra un conjunto de receptores que le permite responder a un conjunto de moléculas señal producida por otras células. Estas moléculas señal trabajan en combinaciones para regular el comportamiento de la célula. Como se muestra aquí, una celda individual requiere múltiples señales para sobrevivir (flechas azules) y las señales adicionales para dividirse (flecha roja) o diferenciarse (flechas verdes). Si es privada de señales de supervivencia , una célula se someterá a una forma de suicidio celular conocido como muerte celular programada, o apoptosis.

SOBREVIVIR

MUERTE

DIVIDIR

DIFERENCIAR

membranas plasmáticas

Unión GAPEntre células animal

Uniones celulares

Reconocimiento célula-célula

PlasmodesmoEntre células vegetales

Pared vegetal

Las moleculas señal operan a traves de distancias diversas

en los animales.

Las proteinas receptoras exhiben especificidad de unión con el ligando y especificidad de efector (median una respuesta celular especifica)

Vaso sanguíneo

Célula secretora Célula con Señal

Señalización por proteínas unidas a membrana plasmática.Señalización paracrina

Señalización autocrina

Señalización endocrina

Célula blanco o diana adyacente

Célula blanco o diana distante

Célula blanco o diana adyacente

Secreción hormonal en sangre por glándula endocrina.

Sitios blancos sobre la misma célula

Señal extracelular

Receptor

Señal unida a membrana

Señalización paracrina

Señalización endocrina y neurosecretora

Señalización sináptica

Una simple vía de señalización intracelular activadas por una molécula señal extracelular.La molécula señal se une a una proteína del receptor (que esta normalmente en la membrana plasmática), con lo que la activación de una vía de señalización intracelular que está mediada por una serie de proteínas de señalización. Por último, una o varias de estas proteínas de señalización intracelular interactúa con una proteína diana, alterando la proteína diana de manera que ayuda a cambiar el comportamiento de la célula.

proteínas de señalización

Alteración de la forma de la célula o movimiento

Proteína blanco o diana

Proteína receptora

Molécula señal extracelular

Alteración expresión genética

Alteración metabolismo

Señales extracelulares pueden actuar lentamente o rápidamente.Ciertos tipos de respuestas de las células - como el crecimiento y la división creciente de la célula - que impliquen cambios en la expresión génica y la síntesis de nuevas proteínas, por lo tanto, se producen con relativa lentitud. Otras respuestas - tales como cambios en el movimiento celular, la secreción, o el metabolismo - no tiene por qué implicar cambios en la expresión génica y, por tanto se producen con mayor rapidez.

Las hormonas se pueden clasificar según su solubilidad y la

localización de los receptores.

Algunas hormonas se fijan a receptores intracelulares; otras, a receptores de superficie celular.

A) Las hormonas esteroideas, las tiroideas (ej. tiroxina) y los retinoides son lipófilos, por lo que son llevadas por proteínas transportadoras de la sangre. Después de disociarse de los transportadores , estas hormonas se difunden a través de la membrana celular y se unen a receptores específicos en el citosol o núcleo . Luego, el complejo receptor hormona actúa sobre el DNA nuclear para alterar la transcripción de genes específicos .

B) las hormonas polipeptídicas y las catecolaminas (p. Ej. adrenalina) son hidrosolubles, mientras que las prostaglandinas son liposolubles ; todas se fijan a receptores de superficie celular. Esta unión desencadena un aumento o una disminución de la concentración citosólica de segundos mensajeros (p.ej. cAMP, Ca2+), la activación de una proteínkinasa o una variación del potencial de membrana .

Receptores intracelularesReceptores intracelulares

Proteína transportadora en sangre

Receptor citosolico

Núcleo

Hormona

Altera la transcripción de genes específicos

Ligandos

Ligandos sobre receptores superficieReceptores de superficie

Receptores de superficie celularReceptores de superficie celular

Complejohormona-receptor

La unión de moléculas de señalización extracelular a los receptores de la superficie celular o a los receptores intracelulares.La mayoría de las moléculas de señal son hidrofílicos y por tanto no pueden cruzar la membrana plasmática directamente, sino que se unen a receptores de superficie celular, que a su vez, generan una o más señales dentro de la célula diana. Algunas moléculas de señal pequeñas, por el contrario, se difunden a través de la membrana plasmática y se unen a receptores dentro de la célula diana, ya sea en el citosol o en el núcleo (como se muestra aquí). Muchas de estas moléculas de señal pequeñas son hidrofóbicos y casi insoluble en soluciones acuosas; por lo que son transportados en la sangre y otros fluidos extracelulares tras su unión a proteínas transportadoras, de las cuales se disocian antes de entrar en la célula diana.

Molécula de señal pequeña hidrofóbica

RECEPTORES DE SUPERFICIE CELULAR o MEMBRANA PLASMATICA

RECEPTORES INTRACELULARES

Receptor de superficie celular

Membrana plasmática

Receptor intracelular

Proteína transportadora

Molécula de señal hidrofílica

núcleo

Varias respuestas inducidas por el neurotransmisor acetilcolina.Los diferentes tipos de células especializadas para responder a la acetilcolina de diferentes maneras. (A y B) Para estos dos tipos de células, se une a las proteínas del receptor de acetilcolina similar, pero las señales intracelulares producidas se interpretan de manera diferente en las células especializadas para diferentes funciones. (C) Esta célula muscular produce un tipo distinto de la proteína del receptor de acetilcolina, lo que genera diferentes señales intracelulares del receptor que se muestra en (A) y (B), y resulta en un efecto diferente. (D) La estructura química de la acetilcolina.

DECRECE LA VELOCIDAD Y LA FUERZA DE LA CONTRACCIÓN

SECRECIÓN

CONTRACCIÓN

Célula musculo cardiaco

Célula glándula salival

Célula musculo esquelético

LE 11-4b

Endocrine cell Bloodvessel

Long-distance signaling

Hormone travelsin bloodstreamto target cells

Hormonal signaling

Target cell

Copyright (c) by W. H. Freeman and Company

La comunicación mediante señales extracelulares involucra seis pasos:

(1) síntesis de la molécula señal por la célula productora.

(2) liberación de la molécula señal por la célula productora.

(3) transporte de la señal hacia la célula blanco.

(4) detección de la señal por una proteína receptora especifica.

(5) cambio del metabolismo, la función o el desarrollo de la célula, inducidos por el complejo receptor-señal.

(6) Eliminación de la señal, la cual a menudo termina la respuesta celular.

FLUIDOEXTRACELULAR

Recepcion

membrana plasmática

Transduccion

CITOPLASMA

Receptor

Molecularseñal

moléculas de transmisión en una via de transducciónde señales

Respuesta

Activaciónde repuesta celular

Cuatro clases de receptores de superficie celular Cuatro clases de receptores de superficie celular inducidos por ligandosinducidos por ligandos

(A) Receptores acoplados a proteína G Receptores acoplados a proteína G (adrenalina, glucagon, serotonina)

Receptor asociado a la proteína G

EnzimaCITOPLASMA

GDP

Proteína G (inactiva)

Membrana plasmática

Enzima inactiva

Molécula señal

GTPGDP

Receptor activado

Enzima activada

GTP

Respuesta celular

Pi

GDP

(B) Receptores de canal iónico (acetilcolina)Puerta abierta

puerta cerrada

Ligando-puerta canal ionico

receptorMembrana plasmática

Molécula señal (ligando)

Puerta cerrado Iones

Repuesta celular

(C) Receptores ligados a tirosina kinasa (eritropoyetina, interferones).

(D) Receptores con actividad enzimática intrínseca.

Signalmolecule

Helix in themembrane

Signal-binding site

Tyr

Tyr

Tyr Tyr

Tyr

TyrTyrosines

Receptor tyrosinekinase proteins(inactive monomers)CYTOPLASM

Tyr

Tyr

Tyr Tyr

Tyr

Tyr Tyr

Tyr

Tyr Tyr

Tyr

Tyr

Tyr

Tyr

Tyr Tyr

Tyr

Tyr

Activated tyrosine-kinase regions(unphosphorylateddimer)

Signalmolecule

Dimer

Fully activated receptor tyrosine-kinase(phosphorylateddimer)

Tyr

Tyr

Tyr Tyr

Tyr

TyrP

P

P

P

P

PATP 6 ADP

Tyr

Tyr

Tyr Tyr

Tyr

TyrP

P

P

P

P

P

Inactiverelay proteins

Cellularresponse 2

Cellularresponse 1

Activated relay proteins

6

cAMP

ATP

GTPReceptor acoplado a proteína G

Proteína G

Primer mensajero (molécula señal como epinefrina)

Proteinkinasa A

Adenilato ciclasa

Segundo mensajero

Respuestas celulares

molécula señal

Activated relaymolecule

Receptor

Inactiveprotein kinase

1 Activeprotein kinase

1

Inactiveprotein kinase

2 Activeprotein kinase

2

Inactiveprotein kinase

3 Activeprotein kinase

3

ADP

Inactiveprotein

Activeprotein

Respuestacelular

Phosphorilacion cascada

ATP

PPP i

ADPATP

PPP i

ADPATP

PPP i

P

P

P

La activación de la proteína cíclica-AMP-quinasa dependiente (PKA). La unión de AMP cíclico a las subunidades reguladoras induce un cambio conformacional, causando estas subunidades se disocie de las subunidades catalíticas, activando la actividad de la kinasa de las subunidades catalíticas. La liberación de las subunidades catalíticas requiere la unión de más de dos moléculas cíclicas AMP a las subunidades reguladoras en el tetrámero. Esta exigencia se agudiza en gran medida la respuesta de la quinasa a los cambios en la concentración de AMP cíclico, como se explica anteriormente. Las células de mamíferos por lo menos dos tipos de PKAs: el tipo I es principalmente en el citosol, mientras que el tipo II se une a través de su subunidad reguladora y especial proteínas de anclaje a la membrana plasmática, la membrana nuclear, la membrana externa mitocondrial, y los microtúbulos. En todos los casos, sin embargo, una vez que las subunidades catalíticas son liberados y activos, pueden migrar hacia el núcleo (donde la fosforilación de proteínas reguladoras de genes), mientras que las subunidades reguladoras permanecer en el citoplasma.

La estimulación de la degradación del glucógeno por el AMP cíclico en las células del músculo esquelético. La unión de AMP cíclico a la A-quinasa, activa esta enzima para fosforilar y activar así la fosforilasa quinasa, que a su vez fosforila y activa la glucógeno fosforilasa, enzima que descompone el glucógeno. La quinasa A-directa e indirectamente también aumenta la fosforilación de la glucógeno sintasa, que inhibe la enzima, con lo que se bloquea la síntesis de glucógeno (no mostrado).

ATP Cyclic AMP AMP

Adenylyl cyclase

PyrophosphateP P i

Phosphodiesterase

H2O

LIQUIDOEXTRACELLULAR

Membrana plasmatica

la hormona esteroidetestosteronapasa a través de la membrana plasmática.

la testosterona se une a la proteina receptora en el citoplasma activandose

el complejo hormona receptor entra al nucleo yse une a genes especificos

la unión de la proteína estimulaLa transcripción delgen en RNAm.

el mRNA es traducido en unaproteína específica.

CiTOPLASMA

NUCLEO

DNA

Hormone(testosterona)

Proteina Receptora Complejo

Hormona-receptor

mRNA

Nueva proteina

RECEPTORES INTRACELULARES

LIQUIDOEXTRACELLULAR

Membrana plasmatica

la hormona esteroidetestosteronapasa a través de la membrana plasmática.

la testosterona Se une a la proteina receptora en el citoplasma activandose

el complejo hormona receptor entra al nucleo ySe une a genes especificos

la union de la proteina estimulaLa transcripción delgen en RNAm.

el mRNA es traducido en una

proteina especificaCiTOPLASMA

NUCLEO

DNA

Hormone(testosteronaa

Proteins Receptora

ComplejoHormona-receptor

mRNA

Nueva proteina

Binding of epinephrine to G-protein-linked receptor (1 molecule)

Reception

Transduction

Inactive G protein

Active G protein (102 molecules)

Inactive adenylyl cyclase

Active adenylyl cyclase (102)

ATP

Cyclic AMP (104)

Inactive protein kinase A

Inactive phosphorylase kinase

Active protein kinase A (104)

Active phosphorylase kinase (105)

Active glycogen phosphorylase (106)

Inactive glycogen phosphorylase

Glycogen

Response

Glucose-1-phosphate(108 molecules)