Del mismo modo que la organización social depende de la comunicación entre los individuos que constituyen esa sociedad y sin ella, la sociedad se desmoronaría, las células han de ser capaces de interactuar con su ambiente.
Con el fin de responder a los estímulos externos, las células han desarrollado complejos mecanismos de comunicación con los que pueden recibir mensajes, transferir la información a través de la membrana plasmática y producir posteriormente cambios dentro de la célula en respuesta a esos mensajes.
En los organismos multicelulares, las células envían y reciben constantemente mensajes para coordinar las acciones de células, tejidos y órganos distantes. La habilidad de mandar mensajes eficaz y rápidamente permite a las células coordinar y ajustar sus funciones.
Esta capacidad que desarrollaron las células individuales para comunicarse mediante señales químicas fue un hecho fundamental para la evolución de los organismos multicelulares.
Esta capacidad que desarrollaron las células individuales para comunicarse mediante señales químicas fue un hecho fundamental para la evolución de los organismos multicelulares.
Moléculas señalizadoras y receptores celulares
Las células se van a relacionar tanto por señalización intercelular (comunicación entre células) como por señalización intracelular (comunicación dentro de la célula).
Las células señalizadoras se encargan de secretar ligandos[1] o se unen a las células objetivo o diana, iniciando una cadena de eventos en ellas.
Las cuatro categorías en las que se divide la señalización en los organismos multicelulares son: señalización endocrina, autocrina, paracrina y directa mediante uniones de hendidura (señales yuxtacrinas).
La señalización endocrina se lleva a cabo a grandes distancias a través del flujo sanguíneo gracias a la acción de hormonas.
En la señalización autocrina, las señales son recibidas por la misma célula que envía la señal u otras células cercanas del mismo tipo.
La señalización paracrina también ocurre a distancias cortas bajo la acción de ligandos que viajan por el medio líquido del espacio intercelular.
Por último, las uniones de hendidura permiten a las moléculas señalizadoras circular entre células vecinas.
Las células señalizadoras se encargan de secretar ligandos[1] o se unen a las células objetivo o diana, iniciando una cadena de eventos en ellas.
Las cuatro categorías en las que se divide la señalización en los organismos multicelulares son: señalización endocrina, autocrina, paracrina y directa mediante uniones de hendidura (señales yuxtacrinas).
La señalización endocrina se lleva a cabo a grandes distancias a través del flujo sanguíneo gracias a la acción de hormonas.
En la señalización autocrina, las señales son recibidas por la misma célula que envía la señal u otras células cercanas del mismo tipo.
La señalización paracrina también ocurre a distancias cortas bajo la acción de ligandos que viajan por el medio líquido del espacio intercelular.
Por último, las uniones de hendidura permiten a las moléculas señalizadoras circular entre células vecinas.
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Tipos de receptores
Los receptores son proteínas ubicadas dentro de la célula diana o en su superficie que se unen al ligando, dividiéndose en dos tipos: receptores internos y receptores superficiales.
Los primeros se localizan en el citoplasma de la célula adhiriéndose a la molécula ligando que atraviesa la membrana celular. Estos complejos receptor-ligando se desplazan hasta el núcleo e interactúan directamente con el DNA celular.
Los receptores superficiales transmiten una señal desde el exterior de la célula al citoplasma. Constan de tres partes principales: una región ubicada fuera de la célula para la unión del ligando (denominada dominio extracelular), una zona central hidrofóbica localizada en la membrana y en tercer lugar el dominio intracelular situado dentro de la célula.
Este tipo de receptores se dividen en tres categorías: ▣ Los receptores ligados a canales iónicos[2]. Cuando se asocian a sus ligandos forman un poro que atraviesa la membrana plasmática y por el cual pueden pasar ciertos iones.
▣ Receptores acoplados a proteínas G. Interactúan con las proteínas G[3] en la cara citoplasmática de la membrana celular.
Una vez que la proteína G se une al receptor, el compuesto resultante activa la proteína G, la cual libera GDP[4] y recoge GTP[5], interaccionando con otras enzimas o canales iónicos para transmitir una señal.
Una vez que la proteína G se une al receptor, el compuesto resultante activa la proteína G, la cual libera GDP[4] y recoge GTP[5], interaccionando con otras enzimas o canales iónicos para transmitir una señal.
▣ Receptores acoplados a enzimas. Transmiten la señal de las enzimas membranales desde el exterior de la célula al dominio intracelular (extremo del receptor dentro de la célula). La unión con el ligando causa la activación de esa enzima.
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Los ligandos hidrofílicos (solubles en agua), por el contrario, son incapaces de atravesar la membrana, por lo que se asocian con los receptores superficiales los cuales se encargan de transmitir la señal al interior de la célula.
Propagación de la señal
La unión del ligando al receptor permite la transducción[6] de la señal a través de la célula.
A la cadena de eventos encargada de transmitir la señal se le denomina 'ruta o cascada de señalización', las cuales, a menudo son muy complejas como consecuencia de la interacción entre diferentes proteínas.
Uno de los componentes más importantes en estos procesos es la fosforilación de las moléculas por medio de unas enzimas conocidas como quinasas[7].
La fosforilación añade un grupo fosfato a los residuos (cadenas R) de los aminoácidos serina, treonina y tirosina, activando o inactivando la proteína de la que forman parte o alterando su forma. También, pequeñas moléculas como los nucleótidos pueden ser fosforiladas.
A la cadena de eventos encargada de transmitir la señal se le denomina 'ruta o cascada de señalización', las cuales, a menudo son muy complejas como consecuencia de la interacción entre diferentes proteínas.
Uno de los componentes más importantes en estos procesos es la fosforilación de las moléculas por medio de unas enzimas conocidas como quinasas[7].
La fosforilación añade un grupo fosfato a los residuos (cadenas R) de los aminoácidos serina, treonina y tirosina, activando o inactivando la proteína de la que forman parte o alterando su forma. También, pequeñas moléculas como los nucleótidos pueden ser fosforiladas.Una vez se ha producido la activación de un receptor, se propaga una señal dentro de la célula a lo largo del citoplasma al alterar el comportamiento de ciertas proteínas celulares. Estas señales son liberadas por los denominados segundos mensajeros que son pequeñas moléculas no proteicas, entre las que destacan el AMP cíclico (cAMP), los iones calcio (Ca2+), el inositol trifosfato (IP3) y el diacilglicerol (DAG).
Respuesta a la señal
El inicio de las rutas o vías de señalización se produce como respuesta a estímulos externos. Los resultados a estas respuestas son muy variados y pueden adoptar muy diversas formas dependiendo del tipo de célula involucrada, así como de las condiciones internas y externas.
Entre estos efectos encontramos el crecimiento celular, la síntesis de proteínas, cambios en el metabolismo de la célula e incluso la muerte celular.
Entre estos efectos encontramos el crecimiento celular, la síntesis de proteínas, cambios en el metabolismo de la célula e incluso la muerte celular.
Pero las rutas de señalización van a ejercer su mayor efecto sobre la célula al iniciar la expresión génica[8] y todo ello se realiza gracias a una diversa variedad de métodos.
Así, algunas vías activan enzimas que interactúan con factores de transcripción del RNA y otras regulan la traducción de proteínas a partir del mRNA.
Otras vías, en cambio, actúan sobre el metabolismo celular, p. ej., van a permitir que las células musculares puedan transmitir sus señales de requerimiento de energía (en forma de glucosa) para desempeñar sus funciones.
Así, algunas vías activan enzimas que interactúan con factores de transcripción del RNA y otras regulan la traducción de proteínas a partir del mRNA.
Otras vías, en cambio, actúan sobre el metabolismo celular, p. ej., van a permitir que las células musculares puedan transmitir sus señales de requerimiento de energía (en forma de glucosa) para desempeñar sus funciones.
Las rutas de señalización también juegan un papel muy importante en el crecimiento celular, el cual es casi siempre estimulado por señales externas, llamadas 'factores de crecimiento' (tipos de ligando que se unen con los receptores celulares superficiales).
Un crecimiento celular descontrolado conduce al cáncer, cuyo origen, a menudo, radica en las mutaciones que presentan los genes encargados de codificar las proteínas que forman parte de las vías de señalización.
Un crecimiento celular descontrolado conduce al cáncer, cuyo origen, a menudo, radica en las mutaciones que presentan los genes encargados de codificar las proteínas que forman parte de las vías de señalización.
Cuando una célula resulta dañada, no es necesaria o es potencialmente peligrosa para el organismo debe iniciar el mecanismo que desencadena la muerte celular programada o apoptosis. La apoptosis permite a la célula morir de un modo controlado, evitando la liberación de moléculas potencialmente dañinas, al contrario de lo que sucede en la muerte descontrolada o necrosis.
La señalización celular se va a encargar de asegurar el proceso de la apoptosis con el fin de que se produzca el desmantelamiento de la célula de una manera organizada, así como el reciclaje eficiente de los componentes de la célula muerta.
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La finalización de la cascada de señalización es muy importante para que la respuesta a la señal sea la apropiada tanto en tiempo como en intensidad.
Dos de las formas más comunes de terminar la señalización dentro de las células se produce gracias a la degradación de las moléculas señalizadoras y la desfosforilación de productos intermedios de la ruta (previamente fosforilados) a través de la acción de la enzima fosfatasa[9].
Algunas de las señales anormales que se originan en las células tumorales son una buena prueba de que la finalización de una señal en el momento oportuno es tan importante como el inicio de la misma.
Dos de las formas más comunes de terminar la señalización dentro de las células se produce gracias a la degradación de las moléculas señalizadoras y la desfosforilación de productos intermedios de la ruta (previamente fosforilados) a través de la acción de la enzima fosfatasa[9].
Algunas de las señales anormales que se originan en las células tumorales son una buena prueba de que la finalización de una señal en el momento oportuno es tan importante como el inicio de la misma.
[1] Pequeñas moléculas volátiles o solubles que se unen a otras moléculas específicas (receptores) liberando una señal en el proceso.
[2] Receptores superficiales en los canales de las membranas plasmáticas que se abren cuando un ligando se adhiere a su dominio extracelular (extremo del receptor fuera de la célula).
[3] Son transductores de señal que llevan información desde el receptor hasta las proteínas efectoras.
[4] El guanosín difosfato es un nucleótido difosfato. Producto de la defosforilación del GTP.
[5] El guanosín trifosfato es un nucleótido de guanina que contiene tres grupos fosfatos usado en el metabolismo celular.
[6] Transmisión de la señal desde el exterior de la célula a su interior.
[7] Enzimas que catalizan la transferencia de un grupo fosfato del ATP a otra molécula.
[8] Proceso por el que las células transforman la información codificada por los ácidos nucleicos en las proteínas necesarias para su desarrollo y funcionamiento.
[9] Enzima encargada de eliminar el grupo fosfato de una molécula que ha sido anteriormente fosforilada.
[2] Receptores superficiales en los canales de las membranas plasmáticas que se abren cuando un ligando se adhiere a su dominio extracelular (extremo del receptor fuera de la célula).
[3] Son transductores de señal que llevan información desde el receptor hasta las proteínas efectoras.
[4] El guanosín difosfato es un nucleótido difosfato. Producto de la defosforilación del GTP.
[5] El guanosín trifosfato es un nucleótido de guanina que contiene tres grupos fosfatos usado en el metabolismo celular.
[6] Transmisión de la señal desde el exterior de la célula a su interior.
[7] Enzimas que catalizan la transferencia de un grupo fosfato del ATP a otra molécula.
[8] Proceso por el que las células transforman la información codificada por los ácidos nucleicos en las proteínas necesarias para su desarrollo y funcionamiento.
[9] Enzima encargada de eliminar el grupo fosfato de una molécula que ha sido anteriormente fosforilada.
Fuentes: OpenStax College, Biology. OpenStax College. 30 May 2013.
http://mol-biol4masters.masters.grkraj.org/html/Cellular_Signal_Transduction1-Cells_And_Signals.htm
http://27.109.7.67:1111/econtent/cell-communication/principles-part-3.php
http://www.scq.ubc.ca/protein-phosphorylation-a-global-regulator-of-cellular-activity/
http://medicinembbs.blogspot.com.es/2011/03/programmed-cell-death-apoptosis.html
http://mol-biol4masters.masters.grkraj.org/html/Cellular_Signal_Transduction1-Cells_And_Signals.htm
http://27.109.7.67:1111/econtent/cell-communication/principles-part-3.php
http://www.scq.ubc.ca/protein-phosphorylation-a-global-regulator-of-cellular-activity/
http://medicinembbs.blogspot.com.es/2011/03/programmed-cell-death-apoptosis.html
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