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)