C.2.2 Señalización Química (NS)

Señalización química

La señalización química es el proceso mediante el cual células y tejidos se comunican entre sí mediante el uso de moléculas de señalización química. Esta interacción puede ser directa o indirecta, contacto células-célula o mediante la secreción de las moléculas transportadas de una a otra diana.

La señalización se utiliza para alterar la expresión génica, la homeostasis, diferenciación celular, etc.

Etapas de Señalización química

La señalización química consta de las siguientes etapas:

1. Síntesis y Liberación del ligando

2. Transporte

3. Interacción ligando-receptor

4. Transducción de señales

5. Respuesta celular

6. Terminación de señales

Síntesis y Liberación del ligando

Es la primera etapa de la señalización química, en la que se sintetiza y libera un ligando (señalizador químico).

Transporte

El ligando es transportado (por difusión simple como los neurotransmisores o por el torrente sanguíneo como las hormonas) hasta alcanzar la célula diana.

Interacción ligando-receptor

El ligando interactúa con el receptor en la célula diana, iniciando una respuesta celular específica.

Transducción de señales

Ocurre un cambio conformacional en el receptor que causa que se inicie una cascada de reacciones químicas.

Respuesta celular

La transducción de señales termina en un cambio químico, sea la alteración de la expresión génica, la producción de proteínas o enzimas, etc.

Terminación de señales

Una vez finalizada la estimulación, el ligando se degrada.

Señalización celular de bacterias por quorum sensing

Las bacterias vibro fischeri destacan por su bioluminiscencia, pero solo cuando estas están en grandes grupos. Estas bacterias producen y liberan un ligando llamado un auto inductor. Cuando se alcanza un umbral crítico en la cantidad de auto inductores, estos se receptan por las bacterias mediante unos receptores. Esto causa una transducción de señales que culmina con la activación del operón lux, que se encarga de codificar a la enzima Luciferasa. Esta enzima catalizará una reacción que hará que estas bacterias emitan bioluminiscencia.

El quorum sensing de estas bacterias es aprovechado por los calamares hawaianos para que los asemejen con la luna y no se acerquen a ellos.

Tipos de ligandos

Existen 4 tipos de ligandos:

1. Hormonas.

2. Neurotransmisores.

3. Citoquinas.

4. Iones de calcio.

Citoquinas

Son glicoproteínas que se relacionan con la respuesta inmunitaria. Cuando el fagocito realiza su movimiento ameboide para engullir a los parásitos, se liberan citoquinas para activar al resto de los linfocitos, al unirse a los receptores y provocar una transducción de señales culminando con una respuesta por parte de la célula.

Iones de calcio

Son iones metálicos que se unen a los receptores de la superficie de membrana y actúan como segundos mensajeros.

Hormonas

Son mensajeros químicos que son secretados por glándulas específicas ubicadas en el torrente sanguíneo y que regulan diversas funciones en el cuerpo, como el metabolismo, la pubertad, etc. Recorren grandes distancias, por lo que tienen un efecto a medio / largo plazo y después de un tiempo.

Neurotransmisores

Son sustancias químicas producidas por las neuronas que transmiten un mensaje entre una neurona y una célula diana (neurona, glándula, músculo). Recorren cortas distancias y tienen un efecto a corto plazo. Pueden ser de tres tipos:

1. Neurotransmisores excitatorios → Aumenta la probabilidad de que continúe el potencial de acción.

2. Neurotransmisores inhibitorios → Reduce la probabilidad de que continúe el potencial de acción.

3. Neurotransmisores moduladores → Puede tanto inhibir como excitar la señal dependiendo del receptor.

Hormonas vs Neurotransmisores

Las hormonas y los neurotransmisores tienen una estructura química bastante parecida.

1. Hormonas → Se dividen en las polares: aminas y peptídicas (Melatonina, insulina), y en las apolares: esteroides (testosterona, estradiol). Mientras que las polares tienen que ser receptadas por los receptores transmembrana, los esteroides pueden ser receptadas dentro de la célula.

2. Neurotransmisores → Se dividen en amino ácidos, péptidos, aminas y óxidos nitrosos.

Diferentes distancias de los ligandos

Hay diversas formas en las que puede ocurrir la señalización química:

1. Señalización yuxtapuesta

2. Señalización autocrina

3. Señalización paracrina

4. Señalización endocrina

Señalización yuxtacrina

Es un tipo de señalización química que ocurre cuando hay un contacto físico entre dos células. El ligando es liberado uniéndose directamente a la superficie del receptor sin recorres distancias a células adyacentes.

Señalización autocrina

Es un tipo de señalización química en la que una célula libera un ligando que actúa sobre los mismos receptores de la misma célula, regulando así su propia actividad.

Señalización paracrina

Es un tipo de señalización química en la que una célula libera señales químicas que afectan a células cercanas, sin requerir contacto físico directo.

Señalización endocrina

Es un tipo de señalización química donde las células secretan hormonas en el torrente sanguíneo, afectando a células a grandes distancias que tienen receptores específicos para esas hormonas.

Tipos de Receptores

Hay 2 tipos de receptores:

1. Receptores Transmembrana.

2. Receptores Intracelulares.

Receptores Transmembrana

Son proteínas que atraviesan la membrana celular y responden a señales externas, activando respuestas dentro de la célula. Si el ligando es POLAR o MUY GRANDE se unirá a este receptor. Tiene 3 dominios:

1. Dominio de unión

2. Dominio hidrofóbico

3. Dominio intracelular

Receptores Transmembrana acoplados a Proteína G

La proteína G es un interruptor molecular que se encuentra dentro de la célula unida a un receptor llamado “receptor transmembrana acoplado a proteína G”. Cuando el ligando se une, este causa que haya un cambio conformacional de la proteína G, que resulta en la activación de el alfa y GTP, mediante su separación de beta y gamma y del cambio de GDP a GTP.

Estos receptores cuentan con 7 hélices / dominios.

Mecanismo de acción de los receptores de epinefrina

La epinefrina / adrenalina es una hormona sintetizada por la glándula suprarrenal para aumentar los niveles de azúcar en sangre y la presión sanguínea en situaciones de estrés / miedo.

1. Se produce la epinefrina y se une al receptor transmembrana acoplado a proteína G, provocando su activación.

2. Hay un cambio conformacional en la proteína G, que hace que se separen las subunidades beta y gamma de la subunidad del GDP. El GDP pasa a ser GTP, por lo que ahora el GTP con la subunidad alfa está activa.

3. Este complejo GTP-alfa, se moverán y activarán a la enzima Adenilil ciclasa, la cual transforma ATP en cAMP (AMP cíclico).

4. El cAMP activa a la proteína quinasa a (PKA).

5. La PKA activa a la fosforilasa.

6. La fosforilasa rompe el glucógeno en glucosas, las cuales saldrán a la sangre por canales GLUT-4.

Receptores transmembrana con actividad de tirosina quinasa

Son receptores de insulina que tienen un dominio intracelular de tirosina quinasa. La insulina se sintetiza para disminuir la cantidad de glucosa en sangre, receptándola.

1. Dos insulinas se unen al dominio extracelular del receptor.

2. Las subunidades alfa se activan, activando las subunidades beta.

3. Las subunidades beta activa a las tirosinas quinasas, que se autofosorilan y fosforilan al IRS-2.

4. El IRS-2 moverá a una vesícula con canales GLUT-4 hacia la membrana, haciendo que se funda con ella y permitiendo la entrada de glucosa desde la sangre.

Receptores Intracelulares

Son receptores que se encuentran en el interior de la célula y son estimulados por ligandos apolares o pequeños, capaces de atravesar la célula sin ayuda de otras proteínas. Como por ejemplo, las hormonas esteroideas.

Receptores Tipo I

Citplasma

Receptores Tipo II

Núcleo

Receptores intracelulares de Estradiol

El estradiol estimula ciertos receptores intracelulares al unirse a estos y causar un cambio en la expresión génica, de manera que se manda un mensaje al hipotálamo para que libere la hormona liberadora de gonadotropinas, y que la hipófisis libere el FSH y LH.

Ejemplos de retroalimentación + y -

Retroalimentación positiva: Niveles altos de estradiol, provocan niveles altos de GnRH, y por tanto, niveles altos de LH. Retroalimentación negativa: Altos niveles de progesterona inhiben la liberación de GnRH, disminuyendo así la producción de FSH y LH.