Biología
Resumen de 2000 palabras sobre la comunicación celular
Comunicación celular
Las células poseen en la membrana plasmatica un tipo de proteínas específicas llamadas receptores celulares encargadas de recibir señales fisicoquímicas del exterior celular. Las señales extracelulares suelen ser ligandos que se unen a los receptores celulares. Existen tres tipos de comunicación celular según el ligando:
Contacto celular con ligando soluble (hormona o factor de crecimiento).
Contacto celular con ligando fijo en otra célula.
Contacto celular con ligando fijo en la matriz extracelular.
Sistemas de comunicación celular
La existencia de organismos multicelulares, en los que cada una de las células individuales debe cumplir con sus actividades de acuerdo con los requerimientos del organismo como un todo, exige que las células posean un sistema de generación, transmisión, recepción y respuesta de una multitud de señales que las comuniquen e interrelacionen funcionalmente entre sí. Estas señales que permiten que unas células influyan en el comportamiento de otras son fundamentalmente químicas.

Mecanismos generales de comunicación celular
La comunicación celular puede establecerse de distintas formas que incluyen: a) la comunicación paracrina: la señal actúa sobre células vecinas; b) endocrina: la señal viaja por el torrente sanguíneo y alcanza células lejanas; c) autocrina: la señal llega a la misma célula de la cualsalió; d) neurotransmisión: la señal es liberada por la célula emisora al espacio sinaptico, donde es captada por la célula receptora; e) contactos célula-célula: la señal permanece anclada a la membrana de la célula emisora mientras interactúa con la célula receptora y f) mediante gaps: la señal se difunde desde la célula emisora a la receptora.
Comunicación endocrina
En la comunicación endocrina, las moléculas señalizadoras(hormonas) son secretadas por células endocrinas especializadas y se transportan a través de la circulación, actuando sobre células diana localizadas en lugares alejados del organismo. En los animales se producen mas de 50 hormonas distintas por las glandulas endocrinas.
Comunicación paracrina
La comunicación paracrina es la que se produce entre células que se encuentran relativamente cercanas, sin que para ello exista una estructura especializada como es la sinapsis, siendo una comunicación local. La comunicación paracrina se realiza por determinados mensajeros químicos peptídicos como citocinas, factores de crecimiento, neurotrofinas o derivados del acido araquidónico como prostaglandinas, tromboxanos y leucotrienos. También por histamina y otros aminoacidos.
La comunicación paracrina es la que se realiza cuando se produce una hemorragia por rotura de un vaso sanguíneo, que para producir la hemostasia, intervienen diferentes tipos de células como las células endoteliales, las plaquetas, los fibroblastos, los macrófagos, etc. El mismo tipo de comunicacióncelular es el que ocurre durante la inflamación local.
Comunicación autocrina
La comunicación autocrina o autocomunicación es la que establece una célula consigo misma. Este tipo de comunicación es el que establece la neurona presinaptica al captar ella misma en su receptores celulares, los neurotrasmisores que ha vertido en la sinapsis, para así dejar de secretarlos o recaptarlos para reutilizarlos. Muchas células en crecimiento como las células del embrión o las células cancerosas producen factores de crecimiento y los receptores para esos mismos factores de crecimiento y así perpetuar su proliferación, controlada en el caso del embrión y descontrolada en el caso del cancer.
Comunicación yuxtacrina
Es la comunicación por contacto con otras células o con la matriz extracelular, mediante moléculas de adhesión celular. La adhesión entre células homólogas es fundamental para el control del crecimiento celular y la formación de los tejidos, entre células heterólogas es muy importante para el reconocimiento que realiza el sistema inmune. La comunicación yuxtacrina se realiza entre otros mecanismos por medio de las uniones celulares como las uniones gap.
Comunicación nerviosa
La comunicación nerviosa o neurotransmisión es un tipo especial de comunicación celular electroquímica, que se realiza entre las células nerviosas. En la neurotransmisión el flujo de información eléctrica recorre la dendrita y axón de las neuronas en una sola dirección, hasta alcanzar la sinapsis, donde enesa hendidura que separa ambas neuronas, la neurona presinaptica segrega unas sustancias químicas llamadas neurotransmisores que son captadas por la neurona postsinaptica, que transmite y responde a la información. Existen dos variedades de comunicación nerviosa que son:
La neurosecreción o comunicación neuroendocrina, donde una neurona vierte una hormona a la circulación sanguínea para alcanzar a un órgano blanco distante.
La comunicación neuromuscular, donde las neuronas motoras transmiten el impulso nervioso de contracción a las células musculares a través de una estructura semejante a la sinapsis llamada placa motora.
El reconocimiento de la señal
En cada organismo existen distintos tipos de señales químicas que reciben el nombre de ligandos y forman complejos con receptores específicos. Cada tipo celular es sensible a distintas señales y cada interacción ligando-receptor esta asociada a una función particular. Cada célula responde a un conjunto de señales.
El complejo ligando-receptor transmite el mensaje al interior de la célula e inicia un camino que lleva a la ejecución de una respuesta biológica específica. Por este proceso completo se transduce la señal.
Ciertas moléculas pequeñas y/o hidrófobas atraviesan la membrana celular y se unen a receptores internos. Estos complejos suelen unirse al DNA y actuar como factores de transcripción.
Los receptores de membrana son variados. Pueden formar parte de canales iónicos, presentar actividad enzimatica o estar asociadoscon enzimas. Existen receptores que activan una proteína adaptadora, la proteína G, que transmite el mensaje al siguiente intermediario.
Ubicación de los receptores
Los receptores pueden encontrarse en el interior de la célula o bien anclados en la membrana plasmatica. (a) Receptor intracelular; (b) receptor de membrana.
Los receptores intracelulares
Los glucocorticoides y los mineralocorticoides, las hormonas sexuales y las hormonas tiroideas son ejemplos de ligandos que se unen a receptores intracelulares que actúan como factores de transcripción. Todos los receptores intracelulares tienen una zona de unión al DNA y otra de reconocimiento del ligando.
Las proteínas chaperonas mantienen el plegamiento específico de los receptores que se encuentran libres en el citoplasma. Luego de la unión de una hormona al receptor, el complejo se transloca al núcleo, se separa de la chaperona y forma un dímero con otro complejo similar. Estos dímeros interactúan con secuencias específicas del DNA, disparando la transcripción génica.
Los receptores de membrana
Los receptores ionotrópicos se encuentran en la membrana celular y permiten el pasaje de iones al interior o exterior de la célula. En general, responden a neurotransmisores y controlan procesos de contracción muscular y transferencia neuronal de información.
Existen dos tipos de receptores de membrana asociados con enzimas: los que se activan y funcionan como enzimas y los que activan enzimas del lado interno de la membranacelular. En la gran mayoría de los casos, la actividad enzimatica asociada es de proteincinasa. Estos receptores participan en cascadas de señalización, cuyas respuestas biológicas se relacionan con la regulación de la proliferación, la diferenciación, la producción de la matriz extracelular, la reparación de tejidos y la regulación inmunitaria.
Luego de la interacción entre el ligando y el receptor, se produce la formación de varios complejos ligando-receptor en la membrana celular. Los dominios catalíticos permiten la fosforilación recíproca en residuos de tirosina, serina o treonina (según de qué receptor se trate). Esta autofosforilación es seguida por el reclutamiento de moléculas señalizadoras citosólicas, que transmiten el mensaje al interior de la célula. Otros receptores presentan actividad guanilato ciclasa, que cataliza la producción de cGMP a partir de GTP.
Receptores con actividad de tirosina cinasa
Antes de que se una la molécula señal, los receptores existen como polipéptidos individuales. La parte intracelular de estos receptores contiene múltiples tirosinas. (b) Cuando se une la molécula señal, por ejemplo un factor de crecimiento, se produce la asociación de dos receptores, formandose un dímero. (c) La dimerización activa la región del receptor con función de enzima, la tirosina cinasa (que no estaba fosforilada y por lo tanto, inactiva). Las tirosinas de la tirosina cinasa adicionan un grupo fosfato que provienen del ATP. (d) Ahora el receptor esta activado y puedefosforilar proteínas intracelulares. La fosforilación en tirosina de estas proteínas modifica su conformación. Cuando se trata de enzimas, la fosforilación les cambia la actividad. En el caso de proteínas sin actividad enzimatica, la fosforilación les permite la interacción con otras proteínas. Por ambos mecanismos se transduce la señal del ligando al interior celular. Esto activa una serie de vías que conducen a la respuesta celular.
Algunos receptores de membrana estan acoplados a proteínas G, que intermedian la interacción entre aquellos y otras proteínas de membrana. La cantidad de ligandos que se une a este tipo de receptores es enorme (entre ellos, las hormonas adrenalina, glucagón, adrenocorticotrofina, luteinizante, foliculoestimulante y angiotensina II).
Este tipo de receptores consiste en un polipéptido que atraviesa la membrana plasmatica siete veces. Este esquema muestra la topología del receptor b2-adrenérgico que se ha estudiado ampliamente. (b) Una señal interactúa con el receptor que se activa y cambia de forma. La proteína G inactiva se une al receptor y se activa. Luego se desplaza hacia otra proteína de membrana que se encuentra en estado inactivo. Cuando la proteína G se une a esta proteína, altera su actividad. Esto conduce a una respuesta. (c) Estructura de una proteína G trimérica unida a GDP. Este modelo se obtuvo mediante analisis de cristalografía de rayos X.
Transmisión de la señal al interior de la célula
Cuando un ligando interactúa con su receptorde membrana, la señal es transmitida al interior de la célula. Entonces se dispara una cascada de eventos que incluye la síntesis de segundos mensajeros y la fosforilación de enzimas catalizada por proteincinasas.
Fosforilación en cascada
La cascada involucra la fosforilación de enzimas por proteincinasas. Supongamos que la proteincinasa 1 activa fosforila 100 moléculas de proteincinasa 2, activandolas. Cada una de ellas fosforilara otras 100 moléculas de proteincinasa 3, activandolas. Cada una de ellas fosforilara a otras 100 moléculas de proteína blanco inactiva responsable de una respuesta celular. En suma, la activación de una molécula de proteincinasa 1 produce la fosforilación de 100 x 100 x 100 moléculas de proteína blanco inactiva. De esta manera, se amplifica la señal.
Los segundos mensajeros son moléculas pequeñas que se generan en gran cantidad y rapidamente en respuesta a la activación de un receptor. Llevan la señal a otras partes de la célula y la amplifican mediante la activación de cinasas y otras enzimas. Los nucleótidos cíclicos, el ion Ca2+ y ciertos lípidos son ejemplos de segundos mensajeros.
Los fosfolípidos son segundos mensajeros
La hidrólisis del fosfatidilinositol difosfato libera por un lado el inositol trifosfato (IP3) y por el otro diacilglicerol (DAG). La fosfolipasa C es la enzima que cataliza esta reacción. Esta enzima puede ser activada por proteínas Gq como se muestra en el esquema o mediante la interacción con receptores. El IP3 liberado alcitoplasma interactúa con receptores localizados en los depósitos de Ca2+ del retículo endoplasmatico y estimula la liberación de este ion al citoplasma. Sobre el margen superior izquierdo del esquema se observa la estructura del fosfatidilinositol difosfato.
La fosforilación y desfosforilación de proteínas son parte de la transducción del mensaje. Esto significa que la mayoría de los mensajes que se transmiten al interior de las células producen la activación de cinasas que regulan su función mediante la fosforilación de diversos sustratos.
Los caminos de transducción pueden ser lineales, pero también pueden existir puntos potenciales de regulación y de intersección entre distintos caminos. La respuesta celular esta conformada por un circuito complejo de activación que involucra mas de un camino de señalización. Una molécula señal puede ser reconocida por diferentes receptores asociados a distintos mecanismos de transducción. También puede ocurrir que un mismo receptor active diferentes vías.
El final de la vía: la respuesta biológica
La transducción de las señales externas produce una respuesta por parte de la célula blanco. Esta respuesta es una alteración como resultado de la activación o inhibición de alguna vía metabólica, y de modificaciones en la forma o el movimiento de las células. El papel de estos procesos en el control de la diferenciación, de la proliferación y del crecimiento celular es esencial para el desarrollo y el funcionamiento normales del organismo.