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CAPITULO I
SUSTENTACIN TERMODINMICA Y
GENERALIDADES SOBRE LA SEALIZACINCELULAR
SUSTENTACIN TERMODINMICA
Los seres humanos tenemos dos tipos de intercomunicacin: una externa
con nuestro entorno y una interna entre nuestros tejidos, rganos y clulas.
Cul es el fn de que los seres humanos tengamos la capacidad de
comunicarnos con el medio exterior: para adaptarnos a los a!"#os d$l!$d#o $%t$rno.
!ara qu nos adaptamos: para so"r$r.
"u es lo que nos mantiene #i#os: la al#!$nta#'n, porque a partir del
procesamiento de los alimentos o$tenemos la energ%a necesaria para
mantener el &enmeno de la #ida.
!or qu se requiere 'consumir energ%a( para hacer posi$le el &enmeno
de la #ida para contestar esta pregunta tenemos que re#isar algunos
principios termodinmicos.
SEGUNDA LEY DE LA TERMODINMICA
)os permite predecir la direccin en que ocurrir un proceso
determinado. La entrop%a se refere al desorden molecular. * mayor desorden menor
orden y por ende mayor entrop%a, a menor desorden mayor orden y porlo tanto menor entrop%a.
La entrop%a +- es mxima cuando se alcana el equili$rio.
La segunda ley de la termodinmica nos dice: '/odo procesoespontneo ocurre con un aumento de la entrop%a del 0ni#erso(.
1sta ley puede expresarse matemticamente de la siguiente &orma:(S s#st$!a ) (S $ntorno * (S +n#&$rso
2e aqu% podemos deducir que la entrop%a del sistema y el entorno
pueden aumentar o disminuir, pero la entrop%a del uni#erso siempreaumentar, es decir, siempre ser mayor a cero, la ecuacin quedar%a:
(S s#st$!a ) (S $ntorno, - i la entrop%a del sistema aumenta, la del entorno de$e disminuir en
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una proporcin menor a la que aument el sistema. i la entrop%a delsistema disminuye, la del entorno de$e aumentar en una proporcinmayor que la que disminuy el sistema, asegurndose as% que laentrop%a del uni#erso siempre aumente, es decir, siempre sea positi#a omayor a 3.
Cuando los organismos vivos se desarrollan, su entropa disminuye
debido a su naturaleza altamente ordenada pero esta disminucin de laentropa ocurre a expensa de un aumento en el desorden o entropa delentorno.0n aumento en la #ariacin de la entrop%a presenta signo positi#o,
mientras que una disminucin presenta un signo negati#o. Cuando 4es positi#o, el sentido en que ocurri el cam$io es espontneo, mientrasque si es negati#o el sentido en que ocurri el cam$io es noespontneo.
La segunda ley de la termodinmica nos plantea que los sistemas tienden
al desorden, y nuestro cuerpo como sistema tender%a al desorden y eso tiene
lgica. !or ejemplo, en cualquier reaccin $ioqu%mica, para que unasustancia * se trans&orme de en 5, * tiene que ser lle#ada a un'estado de
desorden( que denominamos 1stado de /ransicin, a partir del cual se
trans&orma en 5, si no se alcana este estado * no se trans&orma en 5. 0na
#e fnaliada la reaccin, cuando comparamos los #alores de 46 de * y 5,
o$ser#amos que el producto 5 tiene un 46 menor que el reaccionante *, lo
que implica que parte de la energ%a de * se perdi como desorden al
trans&ormarse en 5 y en consecuencia la entrop%a de 5 es mayor que la de *.
Cuando analiamos el cuerpo humano como sistema termodinmico,
de$emos entender que el cuerpo humano est en entrop%a negati#a, porque
si no estu#ira en entrop%a negati#a el &enmeno de la #ida no ser%a posi$le,
los desrdenes se acumular%an y se pertur$ar%an los &enmenos &uncionales
#itales. !or ejemplo: analicemos el caso de los glo$ulos rojos:
Cul es la #ida media de los gl$ulos rojos 783 d%as9 quiere decir que
cada 783 d%as nosotros generamos gl$ulos rojos nue#os y destruimos los#iejos. Cuantitati#amente ha$lando cada meses recam$iamos ; a genera saltatoriamente en
los nodos de ran#ier y se transmite a lo largo de los axones. La
apertura de un canal inico genera una corriente que genera un
mensaje elctrico yBo qu%mico intracelular.
. Contato #nt$r$l+lar/ la seAaliacin mediante interaccin directa
clula>clula +o clula>matri extracelular- desempeAa un papel cr%tico
en la regulacin del comportamiento de las clulas en los tejidos
animales. !or ejemplo, las integrinas y las cadherinas, &uncionan no
slo como molculas de adhesin celular, sino tam$in como
molculas seAaliadoras que regulan la proli&eracin y super#i#iencia
celular. Dtro ejemplo son las 6ap Eunctions o nexos, que permiten una
#erdadera comunicacin entre el citoplasma de dos clulas medianteel contacto directo y cuando a$ren pueden dar paso a seAaliaciones
elctricas y qu%micas.
TIPOS DE COMUNICACIN
A+tor#na: La comunicacin autocrina o autocomunicacin es la que establece una clula
consigo misma. Este tipo de comunicacin es el que establece la neurona presinptica al captar
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ella misma en sus receptores celulares, los neurotrasmisores que ha vertido en la sinapsis, para
as dejar de secretarlos o recaptarlos para reutilizarlos. Muchas clulas en crecimiento como las
clulas del embrin o las clulas cancerosas producen factores de crecimiento y los receptores
para esos mismos factores de crecimiento y as perpetuar su proliferacin, controlada en el caso
del embrin y descontrolada en el caso del cncer..
Parar#na6 La comunicacin paracrina es la que se produce entre clulas que se
encuentran relativamente cercanas, sin que para ello exista una estructura especializada como
es la sinapsis, siendo una comunicacin local. La comunicacin paracrina se realiza por
determinados mensajeros qumicos peptdicos como citocinas, factores de crecimiento,
neurotrofinas o derivados del cido araquidnico como prostaglandinas, tromboxanos y
leucotrienos. Tambin por histamina y otros aminocidos..
Y+%tar#na/Es la comunicacin por contacto con otras clulas o con la matriz extracelular,
mediante molculas de adhesin celular. La adhesin entre clulas homlogas es fundamental
para el control del crecimiento celular y la formacin de los tejidos, entre clulas heterlogas es
muy importante para el reconocimiento que realiza el sistema inmune. La comunicacin
yuxtacrina se realiza entre otros mecanismos por medio de las uniones celulares como las
uniones gap.!or ejemplo, en el &enmeno de presentacin del ant%geno,
donde una clula presentadora de ant%geno, que ya capt y proces unant%geno, lo expresa en la mem$rana a tra#s de los complejos de
histocompati$ilidad, los cuales son reconocidos por receptores de
ant%genos localiados en la mem$rana de los lin&ocitos, lo que inicia
una seAaliacin intracelular, que conlle#a a que un lin&ocito inmaduro
se di&erencie en un lin&ocito / cola$orador o en un lin&ocito / citotxico.
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COMUNICACIONES EZPECIALIZADAS
96 Endor#na6 on las mediadas por hormonas, las cuales son sustancias
secretadas por clulas especialiadas, localiadas en glndulas de
secrecin interna o glndulas endcrinas, o tam$in por clulas
epiteliales, intersticiales o neurales cuyo fn es el de inFuir en la
&uncin de otras clulas alejadas del sitio de produccin.
Carat$r5st#as/
7- Los seAaliadores #iajan por el torrente sangu%neo y
pueden di&undirse por todo el cuerpo y lle#ar el mensaje a
grandes distancias.
8- Las molculas seAaliadoras act?an en muy $ajas
concentraciones, en el orden de nano a picomolar.
@armacologicamente ha$lando tienen alta potencia y sus
sistemas de recepcin tienen alta afnidad por el
seAaliador.
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- 1l e&ecto inducido se desarrolla lentamente y lentamente
desaparece, quiere decir que tienen una amplia #entana de
tiempo de accin y ese es un concepto so$re el cual a
#eces los mdicos &allamos, porque nosotros utiliamos
hormonas o deri#ados hormonales para tratamiento y
creemos que el e&ecto ser rpido y #a a desaparecer
rpido.
- 1jemplo: las clulas de la tiroides que li$eran />/ las
cuales di&unden y act?an en cada una de las clulas para
su crecimiento normal y desarrollo, y para regular
&unciones tales como la produccin de energ%a y calor.
!ueden ser clasifcadas en:
a: Endor#na prop#a!$nt$ d#;as6 Gediada por rganos
especialiados denominados glndulas, que sintetian, almacenan
y secretan hormonas.
": N$+ro$ndor#na: Gediada por clulas endocrinas en &orma de
neuronas capaces de sintetiar hormonas, las cuales se transportan
a lo largo del axn, se almacenan en la terminal ner#iosa y se
li$eran directamente a la sangre producto de un potencial de
accin. 1jemplo, las clulas neuroendocrinas que li$eran oxitocina y
#asopresina en la hipfsis posterior.
8. N$+ral/ en la seAaliacin neural o neurotransmisin hay una mecla
de &enmenos elctricos y qu%micos. Las neuronas son clulas
especialiadas en generar potenciales de accin en respuesta a
est%mulos celulares, ese potencial de accin #iaja a lo largo del axn y
llega a la terminal ner#iosa, donde estn siendo almacenados una
serie de seAaliadores qu%micos denominados neurotransmisores, los
cuales al llegar el potencial de accin se li$eran, di&unden en un
espacio pequeAo que es el espacio sinptico e interaccionan con
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receptores de la seAal en una neurona postsinptica. 1stas clulas son
tan especialiadas que no solamente son paracrinas, sino que son
autocrinas, porque el neurotransmisor que es li$erado no solamente #a
a actuar so$re la neurona postsinptica, sino que #a a di&undir y se #a
a unir a una serie de autoreceptores en la neurona presinaptica de
donde se li$er el neurotransmisor.
PASOS DE LA COMUNICACIN INTERCELULAR
@ormacin de la seAal en la clula generadora como producto de una
seAal externa.
/ransporte de la seAal a la clula receptora.
Hecepcin de la in&ormacin por la clula receptora.
/ransduccin de la in&ormacin por la clula receptora.
Hespuesta $ioqu%mica o elctrica de la clula receptora.
@inaliacin de la seAal.
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ELEMENTOS BSICOS DE LA CASCADA DE SEALIZACIN6
La s$8al/ es el elemento que se gener en una clula como respuesta ante
una seAal externa, la cual es capa de lle#ar in&ormacin a otra clula o a la
misma clula.
Nat+ral$4+5!#as/
El1tr#as/ cam$ios en el potencial transmem$rana generadopor la di&usin direccionada y compartamentaliada de iones,
especialmente sodio, potasio, calcio y cloro. Pr$s#'n: por ejemplo, a ni#el del coran, cada momento que
late se distiende y al distenderse dependiendo del grado de
distencin l genera seAales. i la aur%cula se distiende mucho,
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porque hay un exceso de sangre, se li$era un seAaliador que es
el pptido natriurtrico atrial y ese pptido #a al riAn, donde se
&a#orece la diuresis, lo que conlle#a a la disminucin del
#olumen sangu%neo y a disminuir la distensin auricular.
p?6 Los hidrogeniones +IJ7- son seAaliadores meta$licos que
pueden acti#ar o inhi$ir a las molculas receptoras de la seAal,
dependiendo de sus concentraciones. T1r!#a6 Helacionadas con la temperatura.
R$$p#'n d$ la s$8al @R$$ptor$s:
on complejos proteicos que permiten la unin especifca con la molcula
seAal, caracter%stica que se le atri$uye a su estructura tridimensional, la cual
le da a la clula una selecti#idad donde slo algunas molculas son capacesde acoplarse a estos receptores permitindole responder a un solo est%mulo
a pesar de que pueden estar en presencia de otra molcula.
Los receptores pueden estar presentes en la mem$rana plasmtica o la
mem$rana de los orgnelos, en el citosol o en el n?cleo celular.
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T#pos d$ r$$ptor$s/
R$$ptor$s d$ !$!"rana: son sintetiados por la clula receptora y
expresado a ni#el de la superfcie celular permiten el reconocimiento
principalmente de seAales solu$les que no pueden atra#esar lamem$rana. e pueden encontrar di#ersos tipos como por ejemplo:
R$$ptor$s aoplados a prot$5na G: son una &amilia
numerosa de receptores de la superfcie celular que transmiten
las seAales al interior de la clula a tra#s de prote%nas que unen
nucletidos de guanina. 1ntre estos tenemos muchos receptores
de neurotransmisores, neuropptidos y de hormonas pept%dicas
adems son los responsa$les de las &unciones del ol&ato, #ista ygusto.
R$$ptor$s on at#dad $nprote%na hasta que se logra el
e&ecto. 1jemplo: los receptores tirosina>quinasa, cuando
interaccionan con su receptor acti#an la porcin intracelular del
receptor que tiene acti#idad tirosina>quinasa, que causa una
autotrans&os&orilacin del receptor en residuos de tirosina.
Cuando el lado intracelular del receptor esta &os&orilado permite
que prote%nas transductoras de la seAal interaccionen con el
receptor y genere una respuesta celular.
R$$ptor$s N+l$ar$s/ sonprote%nas que act?an como &actores de
transcripcin, es decir, regulan interactuando directamente con el *2)
la expresin de genes. 0n tipo de receptores se encuentran en el
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citosol y otros en el n?cleo. Las molculas seAaliadoras de estos
receptores son hidro&o$icas por lo que di&uenden a tra#s de las
mem$ranas celulares &cilmente e interaccionan con sus receptores.
Canal$s I'n#os6 son prote%nas oligomericas transmen$rana quecon&orman un poro a tra#s de los cuales Fuyen iones. !odemos
clasifcarlos en:
Canal$s at#&ados por &olta3$/ son canales que son
acti#ados por cam$ios en el potencial de mem$rana6
Canal$s at#&ados por l#andos: canales inicos que
son acti#ados por seAaliadores qu%micos que interact?an
con dominios espec%fcos en su estructura prote%ca.
M$anor$$ptor$s. Canales inicos acti#ados por
presin y estiramiento.
Canal$s s$ns#"l$s a p?.
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Transd+#'n d$ la #n0or!a#'n por la 1l+la r$$ptora
1s leer y traducir en un e#ento $ioqu%mico o fsicoqu%mico intracelular,
el mensaje iniciado por el seAaliador +primer mensajero-. 1s la
trans&ormacin de una seAal extracelular en una seAal intracelular
qu%mica, que permita conlle#ar a una respuesta celular. La lectura del
mensaje es realiada por los receptores, una #e que la seAal extracelular
interacciona y acti#a un receptor de la superfcie de la clula, ste es
sometido a una serie de cam$ios con&ormacionales, que le permiten
interactuar con otras molculas intracelulares acti#ndolas, para
desencadenar una sucesin de e#entos qu%micos que conlle#en a crear la
respuesta celular.
La transduccin de la seAal consta de una serie de e#entos qu%micos
que incluyen di#ersas prote%nas que act?an de &orma ordenada, en estas se
encuentran las prote%nas de recam$io que corresponden a las transductoras
de la seAal propiamente dicha y prote%nas generadoras de segundos
mensajeros.
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0n segundo mensajero consiste en una molcula capa de amplifcar la
seAal hacia el interior de la clula con la fnalidad de interactuar con otras
prote%nas e&ectoras y pro#ocar una respuesta fsiolgica.
1n el caso de los receptores acoplados a prote%na 6, el sistematransductor es la !rote%na 6, la cual #a a acti#ar o a inhi$ir enimas
in#olucradas en la generacin de segundos mensajeros, por ejemplo,
adenilciclasa que genera *G!c, @os&olipasa C que genera diacilglicerol e
inositoltri&os&ato +K!-.
1n el caso de los receptores con acti#idad enimtica, la transduccin
se inicia intramolecularmente, por ejemplo, en el caso de los receptores
tirosina quinasas, el mensajero primario permite la acti#acin de la acti#idadquinasa del receptor, quien produce una auto&os&orilacin del receptor, que
crean sitios de anclaje de molculas transductoras de la seAal, que a su #e
generan una cascada de e#entos que terminan en la &ormacin de segundos
mensajeros.
1n el caso de los canales la transduccin ocurre intramolecularmente,
se traduce en un cam$io con&ormacional que a$re el canal y permite la
entrada del segundo mensajero.
1n el caso de los receptores nucleares la transduccin tam$in es
intramolecular, la unin del primer mensajero permite la exposicin del sitio
de unin al *2) y la acti#acin del dominio de transacti#acin que permite
acti#ar o inhi$ir la expresin de los genes.
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Prot$5nas E0$toras6
on aquellas molculas acti#adas por los segundos mensajeros, cuya &uncin
principal es la de generar una respuesta intracelular adaptati#a.
1n el caso de los H*!6 una de sus molculas e&ectoras es la !*, las
su$unidades catal%ticas de esta prote%na &os&orilan y acti#an, por ejemplo, a
la enima glucgeno &os&orilasa, &a#oreciendo la glucgenolisis en la clula
$lanco.
1n el caso de los canales de Ca8J #oltaje dependiente, al acti#arse permiten
la entrada de Ca8J +segundo mensajero- al interior celular, el cual actuandoso$re Canales de Hianodina en el ret%culo sarcoplsmico, inducen la
li$eracin de CaJ8 de sus reser#as intracelulares.
Los receptores con acti#idad enimtica son capaces de acti#ar molculas
e&ectoras, por ejemplo, mediante la prote%na denominada Has acti#a la
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cascada de prote%nas Minasas denominadas G*! Minasas, que #an fnalmente
a regular genes relacionados con la di#isin celular.
1n el caso de los Heceptores )ucleares es un elemento de su estructura o
dominio prote%co, denominado 2ominio /ransacti#ante, que permiten una#e unido al *2) acti#ar o reprimir genes.
P$nsa!#$nto al #$rr$
El $st+d#o no s$ !#d$ por $l n!$ro d$ p#nasl$5das $n +na no;$ n# por la ant#dad d$ l#"rosl$5dos $n +n s$!$str$6 Est+d#ar no $s +n ato d$ons+!#r #d$as s#no d$ anal#