Señalización celular.
El poeta inglés John Donne
expresó su creencia en la interdependencia de los seres humanos con la
siguiente frase: “Ningún hombre es una isla”. Lo mismo puede decirse de las
células que forman un organismo multicelular complejo. La mayoría de las
células de una planta o un animal se especializan en una o más funciones específicas.
Muchos procesos biológicos exigen que varias células trabajen juntas y
coordinen sus actividades. Para que esto sea posible, las células tienen que
comunicarse entre sí, lo cual se logra mediante un proceso llamado señalización
celular. Ésta hace posible que las células hablen entre sí y que un organismo
funcione como un sistema coherente. La señalización celular afecta todos los
aspectos de la estructura y función celulares, una de las principales razones
para que este capítulo se incluya casi al final del libro. Por un lado, para
poder comprender una señal celular es necesario conocer otros tipos de
actividad celular. Por otro lado, la descripción de la señalización celular
puede reunir varios procesos celulares que parecerían independientes
La señalización celular es un fenómeno en el que se
releva la información a través de la membrana plasmática hacia el interior
celular y muchas veces al núcleo celular.
Las más de las veces la señalización celular incluye el reconocimiento del estímulo en la
superficie externa
de la membrana plasmática, la
transferencia de la señal por la membrana plasmática
y la transmisión de la señal al interior celular, lo que inicia una respuesta. Las reacciones pueden incluir un cambio en
la expresión
génica, una alteración de la
actividad de las enzimas metabólicas, una reconfiguración
del cito esqueleto, un cambio de la permeabilidad iónica, la activación de la síntesis de DNA o la muerte de la célula.
Este proceso se conoce a menudo como transducción de señal.
Dentro de
La célula, la información pasa por
las vías de señalización, que muchas veces incluye cinas de proteína y proteinfosfatasas
que activan o inhiben sus sustratos mediante cambios en la conformación. Otro
rasgo prominente de las vías de señalización es la participación de proteínas de
unión con GTP que sirven como interruptores que encienden o apagan la vía
Muchos estímulos extracelulares (primeros mensajeros)
inician respuestas mediante la interacción con un receptor unido con proteína G
(GPCR) en la superficie externa de la célula y el estímulo de la liberación de
un segundo mensajero dentro de la célula.
Muchas moléculas mensajeras extracelulares actúan mediante la unión con receptores
que son proteínas integrales de la membrana con siete hélices alfa que cruzan
la membrana (GPCR). La señal se transmite del receptor al efector mediante una
proteína G heterotrimérica. Estas proteínas se conocen como heterotriméricas
porque tienen tres subunidades (alfa, beta y gamma) y como proteínas G porque
se unen con nucleótidos de guanina, ya sea GDP o GTP. Cada proteína G puede hallarse
en dos estados: un estado activo con un GTP unido o un estado. inactivo con un
GDP unido.
Se han identificado cientos de receptores unidos con proteínas G
diferentes que responden a gran variedad de estímulos. Todos estos receptores
actúan mediante un mecanismo similar. La unión del ligando con su receptor
específico causa un cambio en la conformación del receptor que aumenta su afinidad
por la proteína G. Como resultado, el receptor unido con ligando se une con la
proteína G, lo cual hace que la proteína G libere su GDP unido y se una con un
nuevo GTP, lo que lleva a la proteína G a su estado activo. El intercambio de
nucleótidos de guanina cambia la conformación de la subunidad Gα, lo cual
induce la disociación de las otras dos subunidades, que se mantienen juntas
como un complejo Gβγ . Cada subunidad
Gα disociada con su GTP unido puede activar moléculas efectoras específicas,
como la adenililciclasa. La subunidad Gα disociada también es una GTPasa y, con
la ayuda de una proteína accesoria, hidroliza el GTP unido para formar GDP
unido, el cual bloquea la capacidad de la subunidad para activar a más moléculas
efectoras. A continuación, el complejo Gα-GDP se relaciona de nueva cuenta con
las subunidades Gβγ para reformar el complejo trimérico y devolver el sistema a
su estado de reposo. Cada una de las tres subunidades que conforman una proteína
G heterotrimérica puede existir en distintas isoformas. Las diversas
combinaciones de subunidades específi cas componen proteínas G que tienen
diferentes propiedades en sus interacciones, con los receptores y los efectores
La fosfolipasa C es otro efector importante en la superficie
interna de la membrana plasmática que pueden activarla las proteínas G
heterotriméricas. La PI-fosfolipasa C separa al 4,5-difosfato de fosfatidilinositol
(PIP2) en dos segundos mensajeros diferentes, 1,4,5-trifosfato de inositol
(IP3) y 1,2-diacilglicerol (DAG).
El DAG permanece en la membrana plasmática, donde activa a la enzima
cinasa de proteína C, la cual fosforila los residuos de serina y treonina en
varias proteínas blanco. La activación constitutiva de la cinasa de proteína C
causa la pérdida del control de crecimiento. El IP3 es una pequeña molécula
hidrosoluble que puede difundirse al citoplasma, donde se une con receptores
para IP3 localizados en la superfi cie del retículo endoplásmico liso. Los
receptores para IP3 son canales iónicos tetraméricos para calcio; la unión de
IP3 hace que se abran los canales iónicos y el Ca2+ se difunda al citosol
Una vía de señalización, que comienza con un GPCR
activado, controla la utilización de glucosa.
La degradación de glucógeno en glucosa la estimulan las hormonas adrenalina
y glucagon, que actúan como primeros mensajeros mediante la unión con sus
receptores respectivos en la superficie externa de las células blanco. La
unión de las hormonas activa un efector en la superficie interna de la
membrana, la adenililciclasa, lo que conduce a la producción del segundo
mensajero AMP cíclico (cAMP) capaz de difundirse. El cAMP genera su respuesta mediante
una cascada de reacciones en la que una serie de enzimas se modifi can de
manera covalente. Las moléculas del AMP cíclico se unen con las subunidades
reguladoras de una cinasa de proteína dependiente de cAMP llamada PKA, la cual
fosforila a la fosforilcinasa y la sintetasa del glucógeno, lo que da lugar a
la activación de la primera enzima y la inhibición de la segunda. Las moléculas
de fosforilcinasa activada que agregan fosfatos a la fosforilasa de glucógeno,
lo que activa a esta última enzima y conduce a la degradación de glucógeno en
1-fosfato de glucosa, que se convierte en glucosa. Como resultado de esta
cascada de reacciones, el mensaje original, que llegó a la superficie celular
con la unión de una hormona, se amplifica en gran medida y el tiempo de
respuesta disminuye de forma notoria. Las cascadas de reacción de este tipo
también suministran varios sitios de regulación. La adición de grupos fosfato
por acción de las cinasas se revierte por las fosfatasas.
que retiran los fosfatos. El AMP cíclico se produce en muchas células distintas
como reacción a una gran variedad de primeros mensajeros. El curso de sucesos
que ocurre en la célula blanco depende de las proteínas específicas
fosforiladas por la cinasa dependiente de AMP cíclico
Este tema es extenso por lo
cual continua en la parte 2.
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