Comunicación Celular

Los organismos también se comunican con otros miembros de su especie mediante la secreción de señales químicas.
1. Aunque las plantas no se mueven de un lugar a otro, se comunican entre sí.
  1. Las plantas también envían señales a los insectos.
    1. Para sobrevivir, los organismos deben recibir señales del ambiente exterior y responder a ellas de manera efectiva.
      1. Para poder crecer, desarrollarse, y funcionar, las células de un organismo multicelular también deben comunicarse entre sí. En las plantas y animales, las hormonas y otras moléculas regulatorias sirven como importantes señales químicas entre varias células y órganos. En los animales, las neuronas (células nerviosas) transmiten información eléctrica y química.
Señalización celular
1. se reﬁere a los mecanismos empleados por las células para comunicarse entre sí.
  1. Si las células tienen cercanía física mutua, entonces una molécula de señalización de una célula puede combinarse con un receptor (macromolécula que se une con las moléculas de señalización) en otra célula.
    1. Una célula debe enviar una señal
      1. En la señalización química, una célula debe sintetizar y liberar moléculas de señalización.
    2. Recepción de la señal.
      1. Es el proceso de recibir una señal entrante
    3. Transducción de señal.
      1. Es el proceso mediante el cual una célula convierte una señal extracelular a una señal intracelular y la transmite, originando una respuesta celular.
    4. Respuesta celular a la señal.
      1. La molécula ﬁnal en la ruta de señalización convierte la señal en una respuesta que altera algún proceso celular.
    5. Cuando una molécula de señalización se une a una molécula receptora sobre una célula diana, el receptor activa una ruta de transducción de señal, originando alguna respuesta en la célula.
Envios de Señales
1. Las células se comunican en diversas formas, incluyendo la más directa, a través de uniones celulares, mediante señales eléctricas, contacto temporal célula a célula, y señales químicas
  1. Sin embargo, la mayoría de las neuronas se señalizan entre sí liberando compuestos químicos llamados neurotransmisores
    1. Las moléculas neurotransmisoras se difunden a través de la sinapsis, minúsculas uniones entre neuronas
    2. Se han identiﬁcado más de 60 neurotransmisores diferentes, como aceticolina, norepinefrina, dopamina, serotonina, y diversos aminoácidos y péptidos.
    3. En las plantas y animales existen células especializadas que producen moléculas de señalización llamadas hormonas.
      1. En los animales, muchas hormonas son producidas por glándulas endocrinas
        Esas glándulas carecen de conductos; secretan sus hormonas en el ﬂuido intersticial circundante. Normalmente, las hormonas se difunden en los capilares y se transportan por la sangre a las células diana
    4. Algunas células producen reguladores locales que señalizan células próximas.
      1. Un regulador local es una molécula de señalización que se difunde a través del ﬂuido intersticial, el ﬂuido que rodea a las células, y actúa sobre las células próximas.
    5. En los animales, ciertas células del sistema inmunológico producen compuestos químicos especíﬁ cos que se difunden sobre la superﬁ cie celular. Esas células reconocen las señales químicas y se comunican entre sí mediante contacto directo
Recepción de Señales
1. Cada tipo de célula está genéticamente programada para recibir y responder a tipos especíﬁcos de señales
  1. Una molécula de señalización, como la insulina, que se une a un receptor especíﬁco actúa como un ligando
    1. Un ligando es una molécula, distinta a una enzima, que se une especíﬁcamente a una macromolécula (por lo común una proteína), para formar un complejo ligando-macromolécula
      1. La mayoría de los ligandos son moléculas hidrofílicas que se unen a receptores proteínicos sobre la superﬁcie de células diana
    2. Algunas moléculas de señalización son muy pequeñas o suﬁcientemente hidrófobas para moverse a través de la membrana plasmática y entrar a la célula
      1. Esas moléculas de señalización se unen a receptores intracelulares. La recepción ocurre cuando una molécula de señalización se une a una proteína receptora especíﬁca en la superﬁcie de, o dentro de, una célula diana. La molécula de señalización activa al receptor.
2. Las células regulan la recepción
  1. cuando la concentración de la hormona insulina es muy alta durante un largo período, entonces las células disminuyen la cantidad de sus receptores de insulina. Este proceso se conoce como regulación decreciente de receptores.
  2. La regulación creciente de receptores ocurre en respuesta a bajas concentraciones hormonales. Un mayor número de receptores son sintetizados, y también aumenta su número sobre la membrana plasmática haciendo más probable que la señal sea recibida por un receptor sobre la célula. Así la regulación creciente de receptores ampliﬁca el efecto de las moléculas de señalización sobre la célula
3. En la superﬁcie celular hay tres tipos de receptores
  1. Los receptores ligados a canales iónicos convierten señales químicas en señales eléctricas
    1. Los receptores ligados a canales iónicos se encuentran en la membrana plasmática. Esos receptores, que han sido extensamente estudiados en neuronas y en células musculares, convierten señales químicas en señales eléctricas
  2. Los receptores acoplados a proteínas G, encadenan moléculas de señalización a las rutas de transducción de señal
    1. Los receptores acoplados a proteínas G son una gran familia de proteínas transmembranas que cruzan siete veces la membrana plasmática
      1. El receptor consiste en siete hélices alfa transmembrana conectadas mediante lazos o cintas que se extienden en el citosol o fuera de la célula. Los receptores acoplados a proteínas G relacionan a ciertas moléculas de señalización con varias rutas de transducción de señal dentro de la célula. La parte exterior del receptor tiene un sitio de unión para moléculas de señalización, y la parte del receptor que se extiende en el citosol tiene un lugar de unión para una proteína G especíﬁca
  3. Los receptores asociados a enzimas funcionan directamente como enzimas o están asociados a enzimas
    1. Los receptores asociados a enzimas son proteínas transmembrana con un sitio de unión para moléculas de señalización fuera de la célula y un componente enzimático interno a la célula. Del capítulo 3 recuerde que las enzimas catalizan reacciones químicas especíﬁcas; la mayoría de las enzimas son proteínas. Algunos receptores asociados a enzimas no tienen un componente enzimático pero sí un sitio de enlace para una enzima. Se han identiﬁcado varios grupos de receptores asociados a enzimas.
Transducción de Señal
1. muchas moléculas reguladoras transmiten información al interior de la célula sin cruzar físicamente la membrana plasmática. En vez de esto, activan proteínas de membrana que a su vez se encargan de transducir la señal.
  1. Cada tipo de receptor activa una ruta de transducción de señal diferente
    1. La cadena de moléculas de señalización en la célula que transmite una señal constituye una ruta de señalización o cascada de señalización. Durante la transducción de señal, la señal original es ampliﬁcada.
      1. Las moléculas de señalización pueden actuar como interruptores moleculares
      2. Los receptores acoplados a canal iónico abren o cierran canales
      3. Los receptores acoplados a proteínas G inician la transducción de señal
      4. Los segundos mensajeros son agentes de señalización intracelulares
        El AMP cíclico es un segundo mensajero
        Algunas proteínas G utilizan fosfolípidos como segundos mensajeros
        Algunas proteínas G utilizan fosfolípidos como segundos mensajeros
  2. Muchos receptores acoplados a enzima activan proteínas quinasa para rutas de señalización
    1. muchos receptores acoplados a enzima son tirosinas quinasa, enzimas que realizan fosforilación del aminoácido tirosina en proteínas
  3. Muchos receptores intracelulares activados son factores de transcripción
    1. Algunas moléculas de señalización hidrófobas se difunden a través de las membranas de las células diana y se ligan con receptores intracelulares en el citosol o en el núcleo
  4. Las proteínas de andamiaje aumentan la eﬁciencia
    1. La transducción de señal es un proceso rápido y preciso. Las enzimas deben estar organizadas para estar disponibles conforme se necesiten en las rutas de señalización. Las proteínas de andamiaje organizan grupos de moléculas de señalización intracelulares en estructuras de señalización
  5. Las señales pueden ser transmitidas en varias direcciones
    1. Las integrinas, proteínas transmembrana que conectan la célula a la matriz intracelular, transducen señales en dos direcciones. Transportan señales desde el exterior de la célula hacia el interior celular y también transmiten información del interior de la célula hacia la matriz extracelular.
Evolución de la Comunicación Celular
1. se ha examinado cómo las células de un organismo multicelular transmiten información entre sí, y también se han descrito algunas de las muchas rutas de transducción de señal dentro de las células. Se ha descrito el proceso de percepción del quórum y varioss ejemplos de comunicación entre miembros de una especie
  1. Las moléculas importantes en la señalización celular primero evolucionaron en procariotas. Las proteínas G, proteínas quinasa y las fosfatasas han sido altamente conservadas y son parte de la mayoría de las rutas de señalización.
2. se ha analizado la comunicación entre miembros de diferentes especies, como la señalización entre plantas e insectos. En este estudio, se han observado muchas similitudes en los tipos de señales empleadas y entre las moléculas que las células utilizan para transmitir señales desde la superﬁcie celular hasta las moléculas que realizan una respuesta especíﬁca. Son muy similares algunas rutas de transducción de señal encontradas en organismos tan diversos como levaduras y animales.
3. Los coanoﬂagelados, protistas unicelulares que se cree son los más recientes ancestros de animales, se usan como modelos para estudiar la evolución temprana de animales. Los coanoﬂagelados tienen muchas proteínas también encontradas en animales. Esos minúsculos organismos tienen proteínas quinasa similares a las de los animales y se ha identiﬁcado un receptor acoplado a la proteína G. Estos descubrimientos indican que importantes proteínas necesarias para la comunicación celular en animales habían evolucionado mucho antes que la evolución de los animales.
Respuestas a las Señales
1. las moléculas de señalización activan rutas de transducción de señal que originan respuestas especíﬁcas en la célula. La mayoría de esas respuestas están en tres categorías: canales iónicos abiertos o cerrados; actividad enzimática alterada, cambios metabólicos y otros efectos; y puede iniciarse o interrumpirse la actividad de un gen especíﬁco.
  1. Son responsables de la actividad metabólica, movimiento, crecimiento, división celular, desarrollo y de la posterior transferencia de información.
2. Las rutas Ras implican a los receptores tirosina quinasa y a las proteínas G
  1. Algunos receptores tirosina quinasa activan proteínas G. Por ejemplo, cuando los factores de crecimiento se ligan a receptores tirosina quinasa, entonces se activan las proteínas Ras. Las proteínas Ras son un grupo de pequeñas proteínas G que, al igual que otras proteínas G, son activas cuando se unen al GTP. Las proteínas Ras son interruptores moleculares que regulan redes de señalización dentro de la célula. Cuando existe activación, Ras dispara una cascada de reacciones llamada la ruta Ras. En esta ruta, una tirosina en proteínas quinasa especíﬁ cas es la fosforilada, conduciendo a respuestas celulares críticas.
3. La respuesta a una señal es ampliﬁcada
  1. las moléculas de señalización están presentes en muy bajas concentraciones, sin embargo, son profundos sus efectos sobre la célula. Esto es posible porque la señal es ampliﬁcada, conforme se retransmita a través de una ruta de señalización.
4. Las señales deben terminar
  1. Una vez que la señal ha realizado su función, entonces debe ﬁnalizar. La terminación de señal regresa al receptor, y a cada uno de los componentes de la ruta de transducción de señal, a sus estados inactivos. Esta acción permite que la magnitud de la respuesta reﬂeje la intensidad de la señal. Las moléculas en el sistema también deben estar listas para responder a nuevas señales.

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