comunicación celular capítulo 6 r.j. mayer ph.d

ComunicaciComunicacióón celularn celular

CapCapíítulo 6tulo 6

R.J. Mayer Ph.D.

Las cLas céélulas se comunican entre silulas se comunican entre si

• Dentro de un organismoDentro de un organismo

• Una célula con el ambienteUna célula con el ambiente

que la rodea.que la rodea.

• Entre organismos diferentes Entre organismos diferentes

• Intra-especIntra-especííficofico• Inter-especInter-especííficofico

Co 9Co 9

GlucoseYeastcell

Glucosereceptor

Exposureto glucose

Metabolicenzyme

Glucosetransporter

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Fig. 9.1Fig. 9.1

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Phototropism

Growing shoottip of plant

Fig. 9.2Fig. 9.2

Objetivo de aprendizaje 1Objetivo de aprendizaje 1

• ¿¿QuQuéé eventos ocurren durante la eventos ocurren durante la comunicacicomunicacióón celular?n celular?

SeSeññales Celularesales Celulares

1.1. SSííntesisntesis, secreci, secrecióón, transpote de sen, transpote de seññales ales celulares.celulares.

- neurotransmisores, hormonas, etc.neurotransmisores, hormonas, etc.- el el ligandoligando se une a un receptor espec se une a un receptor especííficofico

2. La 2. La recepcirecepcióónn de de informaciinformacióónn por las por las ccéélulas blanco (target cells).lulas blanco (target cells).

SeSeññales Celularesales Celulares

3. 3. TransducciTransduccióón de sen de seññalesales- el receptor convierte la seel receptor convierte la seññal extracelular en al extracelular en

una intracelularuna intracelular- ocurre un cambio en la cocurre un cambio en la céélulalula

4. 4. RespuestaRespuesta de la c de la céélula a la selula a la seññalal

SeSeññales ales celularescelulares

Conceptos claveConceptos clave

Las cLas céélulas se comunican utilizando lulas se comunican utilizando compuestos tales como: compuestos tales como:

neurotransmisoresneurotransmisores

hormonas hormonas

otras molotras molééculas regulatorias.culas regulatorias.

Objetivo de aprendizaje 2Objetivo de aprendizaje 2

• Describe tres tipos de molDescribe tres tipos de molééculas que culas que actuan como seactuan como seññales:ales:• Reguladores localesReguladores locales• neurotransmisoresneurotransmisores• hormonas hormonas

Reguladores localesReguladores locales

• RegulaciRegulacióón paracrinan paracrina• se difunden por el fluido intersticialse difunden por el fluido intersticial• actuan en cactuan en céélulas cercanaslulas cercanas

• Envuelve reguladores localesEnvuelve reguladores locales• histaminashistaminas• factores de crecimientofactores de crecimiento• prostaglandinasprostaglandinas• óóxido nxido níítricotrico

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Gap junctionSignaling molecule

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Targetcell

Membrane-boundsignaling molecule

Receptor

Fig. 9.3bFig. 9.3b

Fig. 6-3, p. 137

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Hormone

Bloodstream

Endocrinecell

Targetcell

Fig. 9.3eFig. 9.3e

SeSeññales localesales locales

NeurotransmisoresNeurotransmisores

• SeSeññales quales quíímicas micas • Producidas por neuronas (nerve cells)Producidas por neuronas (nerve cells)

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Targetcell

Fig. 9.3dFig. 9.3d

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Target cell

Fig. 9.3cFig. 9.3c

HormonasHormonas

• Mensajeros quMensajeros quíímicosmicos• en plantas y animalesen plantas y animales

• Secretadas por Secretadas por glgláándulas endocrinasndulas endocrinas• en animalesen animales

• Transportadas por la sangreTransportadas por la sangre• a las ca las céélulas blancolulas blanco

HormonasHormonas

Conceptos claveConceptos clave

• Una molUna moléécula de secula de seññal se une a un al se une a un receptor en la superficie de la creceptor en la superficie de la céélula o lula o dentro de una cdentro de una céélula blanco.lula blanco.

Objetivo de aprendizaje 3Objetivo de aprendizaje 3

• ¿¿QuQuéé mecanismo de recepci mecanismo de recepcióón hace de n hace de este proceso una altamente especeste proceso una altamente especíífico?fico?

ReceptoresReceptores

• Forma especForma especííficafica• solamente puede interactuar con una solamente puede interactuar con una

molécula específicamolécula específica• las diferentes células tienen receptores las diferentes células tienen receptores

diferentes diferentes

• La misma cLa misma céélula puede tener receptores lula puede tener receptores diferentesdiferentes• etapas diferentesetapas diferentes• condiciones diferentescondiciones diferentes

Signalingmolecule

Inactivereceptor protein

Activatedreceptorprotein

Signal transductionpathway Nucleus

Intracellulartargets

Cellularresponse

Enzyme Altered metabolism orother cell functions

Structuralproteins

Altered cell shape ormovement

Transcriptionfactor

Altered gene expression,which changes the typesand the amounts ofproteins in the cell

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Fig. 9.4Fig. 9.4

Cytosol

Ligand (signaling molecule)

Inactivereceptor

Activatedreceptor

Cytosol

(a) Structure of enzyme-linked receptors

Extracellularenvironment

Signalingmolecule

Extracellular signal-binding domain

Intracellularcatalytic domain

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ATP ADP+

Inactivereceptor

Unphosphorylatedprotein

(b) A receptor that functions as a protein kinase

Phosphorylatedprotein

Activatedreceptor

Signalingmolecule

Fig. 9.6bFig. 9.6b

ReceptoresReceptores

Objetivos de aprendizaje 4 & 5Objetivos de aprendizaje 4 & 5• Compara:Compara:

• Receptores unidos a canales iReceptores unidos a canales ióónicos nicos (ion (ion channel–linked receptors)channel–linked receptors)

• Receptores unidos a proteReceptores unidos a proteíínas G nas G (G (G protein–linked receptors)protein–linked receptors)

• Receptores unidos a enzimas Receptores unidos a enzimas (enzime (enzime linked receptors)linked receptors)

• Receptores intracelularesReceptores intracelulares

Receptores unidos a canales iReceptores unidos a canales ióónicosnicos““Ion Channel–Linked Receptor”Ion Channel–Linked Receptor”

• MolMolééculas de seculas de seññales que se unen a ales que se unen a receptores de canales ireceptores de canales ióónicos nicos (ion (ion channel–linked receptors)channel–linked receptors)

• los canales ilos canales ióónicos se abren o se cierrannicos se abren o se cierran

Receptores unidos a canales iReceptores unidos a canales ióónicosnicosIon Channel–Linked ReceptorIon Channel–Linked Receptor

• Convierten señales químicas en señales Convierten señales químicas en señales eléctricaseléctricas• Los canales iónicos se cierran hasta que el Los canales iónicos se cierran hasta que el

ligando se une ligando se une

e.g. Gamma-aminobutyric acid e.g. Gamma-aminobutyric acid (GABA)(GABA)

abre canales de ionesabre canales de iones

evita transmisievita transmisióón de impulsosn de impulsos

Fig. 6-5, p. 139

Receptores unidos a canales iReceptores unidos a canales ióónicosnicosIon Channel–Linked ReceptorIon Channel–Linked Receptor

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Receptorprotein(GPCR)

Inactive Gprotein

GDP

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Receptorprotein(GPCR)

Signalingmolecule

Inactive Gprotein

GDP

Fig. 9.7-2Fig. 9.7-2

• ProteProteíínas transmembranalesnas transmembranales• acoplan molacoplan molééculas seculas seññal con mecanismos de al con mecanismos de

transduccitransduccióónn

• Cola del receptor (receptor tail)Cola del receptor (receptor tail)• se extienden al citosolse extienden al citosol• lugar donde encaja la protelugar donde encaja la proteíína G (se une al na G (se une al

GTP)GTP)

Receptores unidos a proteínas GReceptores unidos a proteínas G(G Protein–Linked Receptors)(G Protein–Linked Receptors)

• El ligando se une al receptorEl ligando se une al receptor• guanosine diphosphate (GDP) guanosine diphosphate (GDP) es liberadoes liberado• remplazado por remplazado por GTPGTP

• ProteProteíína G activadana G activada• inicia transducción de señalinicia transducción de señal• activa las enzimas activa las enzimas • cambia la función celularcambia la función celular

Receptores unidos a proteínas GReceptores unidos a proteínas G(G Protein–Linked Receptors)(G Protein–Linked Receptors)

Receptores unidos a proteínas GReceptores unidos a proteínas G (G Protein–Linked Receptors) (G Protein–Linked Receptors)

other two parts.

Receptores enlazados a enzimasReceptores enlazados a enzimas ““Enzyme-Linked Receptors”Enzyme-Linked Receptors”

• ProteProteíínas transmembranalesnas transmembranales• Sitio activo (binding site) fuera de la cSitio activo (binding site) fuera de la céélulalula• Sitio activo dentro de la cSitio activo dentro de la céélula para la enzimalula para la enzima

• Tyrosine kinasesTyrosine kinases• la enzima es parte de un receptorla enzima es parte de un receptor

Enzyme-Linked ReceptorsEnzyme-Linked Receptors

• Cinasas de Tirosina Cinasas de Tirosina (Tyrosine kinases)(Tyrosine kinases)• fosforilan proteinasfosforilan proteinas• activan las rutas de activan las rutas de IPIP33 y y RasRas

• Proteinas Ras Proteinas Ras • Fosforila el amino Fosforila el amino áácido tirosina en cido tirosina en

algunas protealgunas proteíínas de la cnas de la céélula = cambios lula = cambios celularescelulares

• Scaffolding proteinsScaffolding proteins• Organizan las cinasas en complejos de Organizan las cinasas en complejos de

seseññalesales

Receptores enlazados a enzimasReceptores enlazados a enzimas

Enzyme-Linked ReceptorsEnzyme-Linked Receptors

““Scaffolding Protein”Scaffolding Protein”

Receptores intracelularesReceptores intracelulares

• Estan localizados en el citosol o nEstan localizados en el citosol o núúcleocleo• LigandosLigandos

• molmolééculas culas pequepequeññas hidrofas hidrofóóbicasbicas• se difunden a travse difunden a travéés de la membrana s de la membrana

plasmplasmááticatica

Receptores intracelularesReceptores intracelulares

• En el citosol o en el nEn el citosol o en el núúcleocleo• Hormonas esteroidesHormonas esteroides

• se conbinan con receptores intracelularesse conbinan con receptores intracelulares

• Factores de transcripciFactores de transcripcióón n • activan o inactivan algunos genes especactivan o inactivan algunos genes especííficosficos

Objetivo de aprendizajeObjetivo de aprendizaje

• Trazar eventos en la traducciTrazar eventos en la traduccióón de n de seseññales para ales para mensajeros secundariosmensajeros secundarios• AMP cAMP cííclicoclico• Trisfosfato de inositolTrisfosfato de inositol• diacylglyceroldiacylglycerol• iones de calcioiones de calcio

Mensajeros: Primarios y Mensajeros: Primarios y Secundarios Secundarios

• Mensajero primarioMensajero primario • la sela seññal molecularal molecular

• La proteLa proteíína G na G pasa la pasa la informaciinformacióón a un n a un mensajero secundariomensajero secundario• una seuna seññal intracelularal intracelular

Mensajeros secundarios Mensajeros secundarios (transducci(transduccióón de sen de seññales)ales)

AMP cAMP cííclico (cAMP)clico (cAMP)

• Mensajero secundarioMensajero secundario• Las proteLas proteíínas G activan la adenyl nas G activan la adenyl

ciclasa ciclasa (adenylyl cyclase).(adenylyl cyclase).• forma AMP cforma AMP cííclico (cAMP) a partir del ATPclico (cAMP) a partir del ATP

• AMP cAMP cííclicoclico• activa activa protein kinase Aprotein kinase A• esta enzima fosforila proteesta enzima fosforila proteíínasnas• las reacciones causan respuestaslas reacciones causan respuestas

Proteina G y cAMPProteina G y cAMP

Fig. 6-8, p. 143

Fig. 6-7a, p. 142

Fig. 6-7a, p. 142

PlasmaMembrane

Signaling molecule binds with G protein–linked receptorin plasma membrane.

1

GDP

Cytosol

Extracellular fluid

Adenylylcyclase

ReceptorG protein

Signalingmolecule

Fig. 6-7b, p. 142

Signalingmolecule

2 Signal molecule–receptor complex activates G protein. GDP is replaced by GTP.

GTP

Adenylylcyclase

G proteinseparates

Receptor

Fig. 6-7c, p. 142

Receptor

G protein activates adenylyl cyclase, which then catalyzessynthesis of cAMP.3

Adenylylcyclaseactivated

Signalingmolecule

GTPATP

cAMP

Fig. 6-7d, p. 142

4 cAMP activates protein kinase A, which then phosphorylatesspecific proteins, leading to some response in cell.

PPP

cAMP

Proteinkinase 3

Proteinkinase 2

Activates specific geneAlters some cell activityAlters metabolism

Proteinkinase 1

Protein Phospho-rylatedprotein

Phospho-rylatedprotein

Phospho-rylatedprotein

Protein Protein

Mensajeros secundariosMensajeros secundarios

• PIPPIP22 se rompe en: se rompe en:• inositol trisphosphate (IPinositol trisphosphate (IP33)) • diacylglycerol (DAG)diacylglycerol (DAG)

• IPIP33 • dona fosfatos a las protedona fosfatos a las proteíínasnas• se une a canales de calcio en el REse une a canales de calcio en el RE

• DAGDAG• Activa la proteActiva la proteíína cinasa C na cinasa C ((protein kinase Cprotein kinase C

enzymes)enzymes)• las enzimas fosforilan las protelas enzimas fosforilan las proteíínas blanconas blanco

MensajerosMensajerossecundariossecundarios

Iones de calcioIones de calcio

• Se combinan con la proteína calmodulina calmodulina (eucariotas)(eucariotas)

• Afecta la actividad de:Afecta la actividad de:• protein kinasesprotein kinases• phosphatasesphosphatases

Conceptos clavesConceptos claves

• En la transducción de señales, una En la transducción de señales, una molécula receptora convierte una señal molécula receptora convierte una señal extracelular en una señal intracelular que extracelular en una señal intracelular que causa un cambio en la célulacausa un cambio en la célula

Objetivo de aprendizaje 7Objetivo de aprendizaje 7

• ¿¿QuQuéé tres tipos de respuestas tienen las tres tipos de respuestas tienen las ccéélulas a las selulas a las seññales?ales?

Tres respuestas celularesTres respuestas celulares

• Los canales iLos canales ióónicos se abren o se cierrannicos se abren o se cierran• La actividad enzimLa actividad enzimáática cambiatica cambia

• causa cambios metabcausa cambios metabóólicoslicos

• Algunos genes especAlgunos genes especííficos se reprimen o ficos se reprimen o se activanse activan• afectan el desarrollo o la actividadafectan el desarrollo o la actividad

Receptores Receptores intracelularesintracelulares

ActivaciActivacióón de n de genesgenes

Conceptos claveConceptos clave

• Las células responden cerrando o Las células responden cerrando o abriendo canales iónicos, activando o abriendo canales iónicos, activando o inhibiendo enzimas o alterando la inhibiendo enzimas o alterando la actividad de genes específicos.actividad de genes específicos.

Objetivo de aprendizaje 8Objetivo de aprendizaje 8

• Conocer la diferencia entre la Conocer la diferencia entre la amplificaciamplificacióón n de sede seññalesales y la y la terminaciterminacióón de sen de seññales.ales.

Modifying Cell SignalsModifying Cell Signals

• Amplificacion de seAmplificacion de seññalesales • mejora la fuerza de la semejora la fuerza de la seññal en el proceso de al en el proceso de

transduccitransduccióón de las sen de las seññales ales (signal (signal transduction pathway)transduction pathway)

• TerminaciTerminacióón de sen de seññalesales • inactiva el proceso despuinactiva el proceso despuéés de la ses de la seññalal• permite que el sistema responda a nuevas permite que el sistema responda a nuevas

seseññalesales

AmplificaciAmplificacióón n de sede seññalesales

Objetivos de aprendizaje 9Objetivos de aprendizaje 9

• What evidence supports a long What evidence supports a long evolutionary history for cell signaling evolutionary history for cell signaling molecules?molecules?

• Entender la evidencia que apoya que ha Entender la evidencia que apoya que ha habido una larga historia de la evolución habido una larga historia de la evolución de las señales celulares.de las señales celulares.

La evoluciLa evolucióón de moln de molééculas seculas seññalal

• Evolucionaron en las cEvolucionaron en las céélulas procariotaslulas procariotas• Los receptores y las molLos receptores y las molééculas senales culas senales

son iguales en todos los reinosson iguales en todos los reinos• Las proteLas proteíínas envueltas en comunicacinas envueltas en comunicacióón n

celular surgieron antes de que celular surgieron antes de que evolucionaron los animalesevolucionaron los animales• en coanoflageladosen coanoflagelados