domingo, 31 de octubre de 2010

SEÑALIZACION CELULAR

Los organismos unicelulares pueden realizar todas las funciones necesarias para mantener la vida. Por ejemplo, una ameba, organismo unicelular, asimila los nutrientes del medio, se mueve, lleva a cabo las reacciones metabólicas de síntesis y degradación y se reproduce. En los organismos pluricelulares, la situación es mucho más compleja, ya que las diversas funciones celulares se distribuyen entre distintas poblaciones de células , tejidos y órganos. De este modo en un organismo pluricelular, cada célula depende de otras y las influye. Por lo tanto la mayoría de las actividades celulares, solo se desarrollan, si las células involucradas son alcanzadas por estímulos provenientes de otras. Para coordinar todas estas diversas funciones deben existir mecanismos de comunicación intercelular.
Cuando una célula recibe un estímulo puede responder con alguno de los siguientes cambios, dependiendo de las características del estímulo y el tipo de célula receptora del mismo: por ejemplo, se puede diferenciar, reproducir, incorporar o degradar nutrientes, sintetizar, secretar o almacenar distintas sustancias, contraerse, propagar señales o morir.
Inducción
En la mayoría de los organismos superiores existen dos métodos fundamentales de comunicación intercelular: un sistema fundado en las neuronas o células nerviosas y otro basado en las hormonas. En ambos sistemas las células se comunican entre si a través de mensajeros químicos.
Las neuronas envían mensajes a sus células efectoras (células blanco), que pueden ser células musculares, células glandulares u otras neuronas. Para enviar su mensaje, la neurona libera una sustancia química, un neurotransmisor. El neurotransmisor es liberado en sitios específicos llamados sinapsis [1] . Las moléculas de neurotransmisor se unen a receptores, situados en la superficie de la célula blanco, y provocan de esta forma cambios físicos y químicos en la membrana celular y en el interior celular.
Por lo tanto diremos que en general, la acción de estimular a las células desde el exterior se llama inducción y se realiza a través de sustancias producidas por células inductoras. La célula que es sensible al inductor se denomina célula inducida, blanco o diana y presenta para el mismo receptores específicos (fig. 7.1), que pueden ubicarse en la membrana plasmática, el citoplasma o en el núcleo. Estos receptores son proteínas o complejos proteicos.
Fig. 7.1- Efecto de un mismo inductor sobre diferentes células blanco.
Fig. 7.1- Efecto de un mismo inductor sobre diferentes células blanco. Un inductor puede tener varios receptores, causando distintas respuestas celulares
Cuando el receptor se encuentra en el citoplasma o en el núcleo, el inductor debe ser pequeño e hidrófobo, de modo que pueda atravesar la membrana plasmática sin dificultad, mientras que los receptores de membrana pueden recibir inductores de cualquier tipo.
La acción de las hormonas, puede darse básicamente de acuerdo a uno de estos cinco tipos de inducción:
1.        Endocrina: una glándula libera hormonas (inductor) que pueden actuar sobre células u órganos situados en cualquier lugar del cuerpo (células blanco). Por lo tanto podemos decir que células inductoras e inducidas se encuentran distantes. Las glándulas endocrinas liberan hormonas al torrente sanguíneo: las células o tejidos blanco poseen receptores que reconocen exclusivamente los diferentes tipos de moléculas hormonales. Así un receptor reconoce exclusivamente una hormona. Una célula puede tener distintos tipos de receptores, y así reconocer diferentes hormonas. Ej. Insulina, glucagón, hormonas adenohipofisiarias, etc.
2.       Paracrina: Una célula o un grupo de ellas liberan una hormona que actúa sobre las células adyacente que presenten el receptor adecuado. De esta forma la célula inductora e inducida se encuentran próximas. Ej. Prostaglandinas
3.       Autocrina: Una célula libera una hormona que actúa sobre la misma célula. Ej. prostaglandinas
4.       Neuroendocrina: Una neurona libera su neurosecreción al torrente sanguíneo. Ej. Oxitocina, ADH, hormonas liberadoras e inhibidoras hipotalámicas
5.       Por contacto directo: La hormona o molécula inductora es retenida en la membrana plasmática de la célula inductora, por lo tanto no se secreta. Las células deben ponerse en contacto, para que la sustancia inductora tome contacto con el receptor localizado en la membrana plasmática de la célula inducida. Ejemplo de este tipo de comunicación tienen lugar en algunas respuestas inmunológicas.
6.       Yuxtacrina ( a través de uniones comunicantes, nexus o gap: Las células conectadas a través del establecimiento de este tipo de uniones firmes, puede responder de forma coordinada ante un inductor que se une a alguna de las células que están comunicadas. A través de estas uniones pasan pequeñas moléculas como los segundos mensajeros.
Fig. 7.2 - Algunas formas de inducción por moléculas secretadas
Fig. 7.2 - Algunas formas de inducción por moléculas secretadas

Fig. 7.3- Inducción via uniones gap
Fig. 7.3- Inducción via uniones gap
Como vemos existen importantes diferencias entre la comunicación hormonal y la nerviosa. Las neuronas tienden a actuar sobre una célula en particular o sobre un grupo de ellas. Generalmente los axones recorren distancias cortas , aunque existen excepciones a esta regla. La comunicación entre neuronas puede desarrollarse en cuestión de milisegundos. Por el contrario, una hormona liberada al torrente sanguíneo por una glándula, puede alcanzar células y tejidos en cualquier parte del cuerpo, siempre que estas tengan el receptor adecuado, además la comunicación hormonal puede prolongarse por espacio de minutos o varias horas.
Fig. 7.4 - Inducción endócrina versus inducción sináptica.
Fig. 7.4 - Inducción endócrina versus inducción sináptica. Observe como la hormona vehiculizada por la sangre alcanza a todas las células del cuerpo, uniendose sólo a las que presentan receptores específicos. En la sinapsis, el neurotransmisor transportado a las terminales nerviosas por flujo axónico, es liberado en el espacio sináptico, alcanzando sólo a las células efectoras próximas a la terminal nerviosa.
Características del complejo inductor- receptor
Cuando una hormona pasa a la circulación sanguínea, puede alcanzar todos los tejidos del cuerpo, sin embargo, por lo general su acción sólo se evidencia en un limitado número de células. Como señaláramos, el receptor es por lo general un complejo proteico específico al que cada inductor se une selectivamente, de este modo la sustancia inductora y su receptor forman un complejo que presenta las siguientes características:
Encaje inducido: La unión inductor- receptor supone una adaptación estructural entre ambas moléculas, similar al complejo enzima-sustrato.
Saturabilidad: ya que el número de receptores en una célula es limitado, un eventual aumento en las concentraciones del inductor, pondría en evidencia la saturabilidad del sistema.
Reversibilidad: El complejo inductor-receptor se disocia después de su formación.
La interacción inductor-receptor es la primera de una serie de reacciones consecutivas
que se propagan por el interior de la célula, mientras que el último eslabón de esta serie puede considerarse cómo la respuesta.
Como ya lo adelantáramos y de acuerdo a la ubicación de los receptores específico, los inductores se pueden clasificar en dos grupos: a) los que se unen a receptores de membrana y b) los que ingresan a la célula y se unen a receptores citosólico.
A su vez las moléculas que actúan como hormonas pueden clasificarse de acuerdo a su estructura química en cuatro categorías:
1. Esteroides: Las hormonas esteroides son derivados del colesterol. Ejemplos de las hormonas esteroides son los glucocorticoides, los mineralocorticoides, los esteroides sexuales, la vitamina D y el ácido retinoico.
2. Derivados de aminoácidos: hormonas derivadas del aminoácido tirosina. Conocidas como aminohormonas. Existen dos tipos de aminohormonas las que interactúan con receptores de membrana (adrenalina y noradrenalina, producidas por la glándula suprarrenal) y las que se unen a receptores citosólicos (por ejemplo, la hormona tiroidea producida por la glándula tiroides).
3. Péptidos o proteínas: Son cadenas de aminoácidos. Ejemplos de hormonas peptídicas son la oxitocina y la hormona antidiurética. Ejemplos de hormonas proteicas son la Insulina y la hormona del crecimiento. Estas proteínas y otros factores de crecimiento son mitógenos potentes. (es decir activan la mitosis).
4. Derivados de ácidos grasos: Las prostaglandinas y las hormonas juveniles de los insectos son hormonas derivadas de ácidos grasos.
Debemos recordar que estas moléculas son mensajeros químicos, cuya función es coordinar las respuestas de las distintas poblaciones celulares en un organismo pluricelular. Sin embargo, estos mensajeros químicos no actúan de la misma forma. Por ejemplo las hormonas peptídicas y proteicas debido a su tamaño y polaridad, no pueden atravesar la membrana plasmática y deben unirse a receptores dispersos en la superficie externa de la célula. Estos son los llamados receptores de membrana, que en general son glicoproteicos. Los receptores de membrana detectan la llegada de una hormona y activan una ruta de transmisión de señales intracelular, que en ultima instancia regula los procesos celulares. Por lo tanto en este caso podemos decir, que la membrana plasmática celular constituye una barrera que se opone al flujo de información. En la membrana plasmática se alojan mecanismos que transducen las señales externas, en otras internas, responsables últimos de la regulación de las funciones celulares. En general vamos a denominar a las señales externas (hormonas), como primeros mensajeros, y a las señales internas como segundos mensajeros. El proceso de generar los segundos mensajeros, depende de una serie de proteínas de la membrana celular. Los segundos mensajeros son en general moléculas de pequeño tamaño, cuya rápida difusión permite que la señal se propague rápidamente por todo el interior celular.
El otro tipo de señales extracelulares (inductores) son las hormonas esteroideas y las hormonas tiroideas, que por su naturaleza hidrofóbica (liposoluble), pueden difundir a través de la membrana plasmática, e interactuar directamente con receptores que se encuentran en el interior de la célula, por ejemplo en el citosol . Una vez que el inductor, interactua con el receptor citosólico, formando un complejo Hormona-Receptor, este complejo ingresa al núcleo donde activan genes específicos.
Base molecular de la comunicación intracelular
Inducciones celulares mediadas por receptores de membrana asociados a proteínas G
Podemos decir que las rutas de transmisión de información intracelular comparten una secuencia de procesos. Los mensajeros externos (primer mensajero), se unen a las moléculas receptoras que activan a las proteínas transductoras asociadas al receptor. Estas proteínas una vez activadas, transportan señales a través de la membrana a las enzimas amplificadoras, que generan las señales internas transportadas por los segundos mensajeros.
En este caso de inducción, el receptor de membrana, transmite la información a través de la membrana plasmática, hacia el interior de la célula, por medio de una proteína transductora, la proteína G. Las proteínas G poseen tres subunidades, alfa, beta y gamma. La subunidad alfa puede unir GTP y también puede degradarlo (actividad GTPasa). El dímero beta-gamma mantiene a la proteína G unida a la membrana. Estas proteínas G, solo pueden activarse cuando unen Guanosin trifosfato (GTP). Por lo tanto la interacción del receptor unido al ligando provoca la activación de la proteína G y su unión al GTP. La proteína G activada, provoca la activación de una enzima amplificadora. Esta enzima convierte las moléculas precursoras ricas en fosfato en los segundos mensajeros. Por ejemplo, la enzima amplificadora adenilato ciclasa convierte el ATP en AMPc, mientras que la enzima amplificadora fosfolipasa C corta el fosfolípido de membrana 4,5-difosfato fosfatidil inositol (PIP2) en diacilglicerol (DAG) e inositol trifosfato (IP3). Como dijimos anteriormente la proteína G tiene actividad GTPasa (degrada el GTP), es decir que pasado un tiempo la misma proteína G se desactiva, terminando con la señal. En el estado inactivo la proteína G esta unida a GDP.
Fig. 7.5 - Secuencia de reacciones producidas a partir de la unión de la sustancia inductora con un receptor de membrana que activa a la proteína G, vía Adenilato ciclasa.
Fig. 7.5 - Secuencia de reacciones producidas a partir de la unión de la sustancia inductora con un receptor de membrana que activa a la proteína G, vía Adenilato ciclasa.
Fig. 7.6 - Secuencia de reacciones producidas a partir de la unión de la sustancia inductora con un receptor de membrana que activa a la proteína G, vía Fosfolipasa C (vía de los Fosfato inositoles).
Fig. 7.6 - Secuencia de reacciones producidas a partir de la unión de la sustancia inductora con un receptor de membrana que activa a la proteína G, vía Fosfolipasa C (vía de los Fosfato inositoles).
Cuadro 7.1- Cuadro comparativo de las vías de transmisión a través de segundos mensajeros
Localización
celular
Vía Adenilato ciclasa (AC)
Pasos generales
Vía de los fosfato de Inositol
Espacio extracelular
Adrenalina
¯
Inductor (Primer mensajero)
¯
Adrenalina
¯
Membrana plasmática
Receptor b-adrenérgico
¯
Proteína Gs
¯
Adenilato ciclasa (AC)
¯
Receptor
¯
Transductor
¯
Amplificador
¯
Receptor a1-adrenérgico
¯
Proteína Gq
¯
Fosfolipasa C (PLC)
¯
Citosol
ATP
¯
AMPc
¯
Proteinquinasa A (PKA)
¯
Fosforilación de Fosforilquinasas
¯
Glucógeno ® Glucosa
Precursor Fosforilado
¯
Segundo mensajero
¯
Fosforilación de Proteinquinasas
¯
Fosforilaciónes enzimáticas
¯
Respuesta Celular
PIP2
¯
DAG - IP3 - Ca2+
¯
Proteinquinasa C (PKC)
¯
Liberación de Ca2+ al citosol
¯
Vasoconstricción
Resumiendo, existen dos rutas principales de transmisión por medio de segundos mensajeros:
La primera vía utiliza como segundo mensajero al adenosin monofosfato cíclico (AMPc). El AMPc es generado por la enzima amplificadora Adenilato ciclasa.
La segunda vía utiliza una combinación de tres segundos mensajeros: iones calcio (Ca2+), inositol trifosfato (IP3) y diacilglicerol (DAG). En este caso la enzima amplificadora es la fosfolipasa C que genera el IP3 y el DAG a partir del fosfolípido de membrana el fosfatidil inositol difosfasto (PIP2). El IP3 provoca la liberación del Ca++ intracelular, de sus reservorios, como por ejemplo el REL.
Existen dos tipos de Proteínas G, las proteínas G estimuladoras (Gs y Gq) y las proteínas G inhibitorias (Gi)
La Proteína Gs (s, stimulatory G protein) unida a GTP activa a la AC (adenilato ciclasa) aumentando la cantidad de AMPc en el interior celular.
La proteína Gi (i, inhibitory G protein) unida a GTP inactiva a la adenilato ciclasa, disminuyendo indirectamente la cantidad de AMPc intracelular.
La proteína Gq unida a GTP activa a la fosfolipasa C, aumentando la cantidad de DAG, IP3 y Ca++ intracelular.
Fig. 7.7 - Activación de la proteinaquinasa A dependiente de AMPc
Fig. 7.7 - Activación de la proteinaquinasa A dependiente de AMPc

El AMPc regula la actividad de la proteinquinasa A (PKA)
Como vimos anteriormente la activación de la AC (adenilato ciclasa) por una proteína Gs aumenta la concentración de AMPc en el citosol. Este AMPc puede unirse a un sitio regulador de una proteinquinasa especifica denominada proteinquinasa A (PKA). Toda proteinquinasa A consta de dos subunidades una catalítica y otra regulatoria. La unión del AMPc a la subunidad regulatoria, provoca la activación de la PKA y la liberación de las subunidades catalíticas activas. Esta proteinquinasa inicia una cascada de fosforilaciones que determinan las respuestas celulares especificas de cada tipo celular, como se observa en el ejemplo de la Fig. 7.8.
Fig.7.8 - Efecto de la proteinquinasa A sobre la gluconeogénesis
Fig. 7.8 - Efecto de la proteinquinasa A sobre la gluconeogénesis
EL diacilglicerol (DAG) activa a la proteinquinasa C (PKC)
La proteinquinasa C (por Ca2+ dependiente) es una enzima de membrana activada por el DAG. La PKC es una serin-treonin quinasa (agrega fósforo a los aminoácidos serina y treonina), que inicia una cadena de fosforilaciones, cuyos productos finales actúan a nivel del núcleo celular. Allí actúan como factores de transcripción celular que regulan la multiplicación celular. Cuando el DAG se degrada la PKC se inactiva.
El Inositol trifosfato (IP3), provoca la liberación de Ca2+ del retículo endoplásmico liso (REL)
EL IP3 provoca la apertura de los canales de Ca2+ dependientes de ligando (en este caso el IP3) del REL (retículo endoplásmico liso). Esto provoca la salida del Ca2+ del REL hacia el citosol. El calcio citosólico se comporta como segundo mensajero.
El Ca2+ citosólico se une a la calmodulina
La calmodulina es una proteína pequeña que une calcio. La unión del calcio a la calmodulina provoca un cambio conformacional en esta proteína. El complejo calcio-calmodulina se une a otras proteínas, activándolas. De esta forma el calcio por intermedio de su unión a la calmodulina puede actuar sobre varias vías de señalización. Por ejemplo, el complejo calcio-calmodulina puede unirse a una quinasa, calcio dependiente, para iniciar una cascada de fosforilaciones o a la enzima fosfodiesterasa que degrada el AMPc.
Ejemplos de respuestas inducidas por AMPc
Activación génica: La activación de la proteinquinasa A (PKA) por el AMPc, provoca la fosforilación de un factor de transcripción denominado, CREB (por elemento relacionado a proteínas que responden al AMPc) en las células que secretan el péptido somatostatina (hormona inhibidora de la hormona del crecimiento). El CREB fosforilado (CREBP) se une al ADN en sitios específicos denominados amplificadores regulados por AMPc, activando la transcripción de los genes que codifican esta hormona.
Sentido del olfato. Este sentido depende de receptores que responden a moléculas inductoras denominadas odorantes, que se encuentran en el aire. Los receptores de los odorantes de encuentran ubicados en neuronas ciliadas, que forman el epitelio olfatorio. Estas neuronas cuando mueren son reemplazadas regularmente por otras nuevas que se reproducen en el epitelio basal. El odorante se une al receptor, que es una proteína multipaso, y esto provoca la activación de una proteina G, asociada al receptor. Esto a su vez produce la activación de la enzima Adenilato ciclasa, con la consiguiente producción de AMPc (segundo mensajero) a partir del precursor fosforilado ATP. El aumento del AMPc en el citosol provoca la apertua de los canales de Na+ metabotrópicos. La apertura de estos canales permite la entrada de Na+ al interior celular, lo que provoca la despolarización de la membrana y la eventual generación de un potencial de acción. El potencial de acción es conducido por el nervio olfatorio hasta el cerebro, donde la señal es evaluada como un olor determinado.
Amplificación de señales
La unión del inductor al receptor de membrana activa a varias proteínas G, cada proteína G puede activar a su vez una AC por un período prolongado, generándose muchas moléculas de AMPc, cada molécula de AMPc activa una proteinquinasa A, que a la vez pueden fosforilar muchas moléculas de enzima, activándolas. Cada enzima puede producir muchas moléculas de producto.
De esta simple secuencia deducimos, que de la unión de un inductor a su receptor de membrana, se obtiene una respuesta celular amplificada, pues obtenemos varias unidades de producto, partiendo de una unidad de inductor.
En algunos casos, la disociación entre el receptor y el ligando es tan rápida que no tiene lugar esta amplificación. En general las respuestas pueden ser rápidas, sólo si el mecanismo de inactivación también es rápido.
Fig. 7.9 - Amplificación en una cascada catalítica en respuesta a la formación del complejo inductor/receptor
Fig. 7.9 - Amplificación en una cascada catalítica en respuesta a la formación del complejo inductor/receptor
Inducciones en las que participan receptores de membrana con actividad enzimática
Los receptores de membrana con actividad enzimática, poseen en general tres dominios:
·         Un dominio extracelular (extracitoplasmático), que une al primer mensajero (ligando)
·         Un dominio transmembrana
·         Un dominio intracelular (citoplasmático), con actividad enzimática.
Fig. 7.10- Esquema de un receptor tirosinquinasa (RTK) de la insulina
Fig. 7.10- Esquema de un receptor tirosinquinasa (RTK) de la insulina
Esta actividad enzimática es en general una quinasa.
En este caso nos referiremos a los receptores que cuando se activan por unión del ligando, la quinasa activada es una tirosinquinasa, es decir una enzima que fosforila específicamente aminoácidos tirosina. La actividad tirosinquinasa del receptor puede fosforilar tirosinas localizadas en el receptor (autofosforilación), como aminoácidos tirosina de otras proteínas citoplasmáticas.
La generación de múltiples señales simultaneas a partir de la activación de los receptores tirosinquinas (RTK), depende de tres factores:
·         Organización Modular en la generación de señales. Los receptores activados fosforilan residuos de tirosina. Estos aminoácidos fosforilados son reconocidos por múltiples proteínas que poseen dominios SH2 (se unen a fosfotirosinas). Estas proteínas al unirse al receptor se activan y generan señales intracelulares.
·         Moléculas Adaptadoras sin actividad enzimática, que se unen a los receptores por sus dominios SH2. Estas proteínas enganchan a su vez otras proteínas a los receptores activados. Estas proteínas unidas al receptor por medio de los adaptadores, activan nuevas vías de señalización.
·         Proteínas Scaffolds (andamio, armazón, soporte) que permiten la activación simultanea (coordinada) de múltiples vías de señalización.
El receptor de insulina
Entre los RTK mas importantes encontramos al receptor de insulina. Recordemos que la insulina cumple múltiples funciones, es hipoglucemiante es decir que permite la entrada de glucosa a los tejidos insulinodependientes, disminuyendo de esta forma la cantidad de glucosa en sangre. Es un potente estimulante de la síntesis de lípidos en las células adiposas. También potencia la síntesis proteica y estimula el crecimiento y la división de todas las células del organismo.
Como vimos anteriormente el receptor de insulina se autofosforila en el aminoácido tirosina y fosforila también a otras proteínas que se asocian a él del lado citoplasmático. Estos sitios fosfotirosina sirven de enganche a proteínas que poseen dominios llamados SH2. La interacción de estas proteínas que poseen dominios SH2 y el receptor de insulina puede activar diferentes respuestas dependiendo de la proteína en particular. Si se trata de una molécula con actividad enzimática puede activarse, en cambio si se trata de una molécula adaptadora puede activar otras proteínas que se unen a ella.
La estructura del receptor de insulina es tetramérica. Dos subunidades alfa y dos subunidades beta. Las subunidades alfa unen la insulina y las subunidades beta, atraviesan la membrana y poseen la actividad tirosinquinasa.
Otros receptores con actividad tirosinquinasa
Entre otros RTKs podemos nombrar a los receptores del factor de crecimiento epidérmico (EGF) y el factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF). Estos receptores a diferencia del receptor de insulina son monoméricos, mientras no están unidos al inductor. Cuando se activan, por unión del ligando, interactúan entre si para formar dímeros. La dimerización activa la función tirosinquinasa y la siguiente autofosforilación del receptor.
Proteina Ras
Fig. 7.11- Activación de la proteína Ras
Fig. 7.11- Activación de la proteína Ras
La proteína Ras es una pequeña proteína G citosólica. Es monomérica a diferencia de la proteína G de membrana que es trimérica. Al igual que otra proteínas G, tiene actividad GTPasa y por lo tanto muestra ciclos activos (unidos al GTP) e inactivos (unidos al GDP).
Esta proteína cumple un rol fundamental en varias vías de señalización internas. Una de las más importantes vías en la que interviene Ras es la cascada de proteinquinasa activada por mitógeno (MAPK). En esta vía un mitógeno (insulina, algún factor de crecimiento), activa a su RTK que se autofosforila, esto crea sitios fosfotirosina que actúan de anclaje para proteínas que poseen dominios SH2. En este caso se une al receptor, un complejo adaptador cuya función es activar a la proteína Ras. La proteína Ras activada (Ras-GTP), estimula a su vez a una tirosinquinasa llamada Raf que inicia una cadena de fosforilaciones, que culmina con la activación de genes que están involucrados en la síntesis de ADN y en la activación de la división celular.
Inducciones en las que participan receptores citosólicos
Las hormonas esteroideas, tiroxina (T4) y triiodotironina (T3) , calcitriol (vitamina D) y el ácido retinoico son ejemplos de inductores que tienen sus receptores en el citosol de las células inducidas. Los tres primeros se vehiculizan por la sangre y entran en la categoría de inductores endocrinos, mientras que el ácido retinoico interviene en inducciones parácrinas, sobre todo durante el desarrollo embrionario. En el citosol, el inductor se une a su correspondiente receptor, formando un complejo que ingresa en núcleo uniéndose a la secuencia reguladora de un gen específico, conocida como elemento de respuesta a la hormona, el cual se activará, desencadenándose la transcripción del mismo. Como resultado se formará un ARNm y a partir de este la síntesis de una proteína, como respuesta de la célula inducida.

Fig. 7.12 - Inducción celular a través de un receptor citosólico.
Fig. 7.12 - Inducción celular a través de un receptor citosólico. Modo de acción de las hormonas esteroides, T3 y T4, calcitrioll y ácido retinoico.

El óxido nitrico (NO) como inductor
Otro ejemplo, lo constituye el oxido nítrico (NO). Este último cuando es secretado por las células endoteliales de los vasos sanguíneos o por algunas neuronas, se comporta como un inductor. Su acción dentro de la células es muy breve, pues es metabolizado en el lapso de breves segundos.
El óxido nítrico secretado por las células endoteliales tiene como blanco a las células musculares lisas de los mismos vasos, las cuales se relajan, produciendo por lo tanto una vasodilatación.
Durante el proceso de erección del pene, la acetilcolina es liberada por los terminales axónicos del sistema parasimpático e interactúa con los receptores de membrana de las células endoteliales. Como respuesta se activa en estas células la enzima óxido nítrico sintetasa que genera óxido nítrico a partir del aminoácido arginina, este inductor pasa al espacio intercelular hasta alcanzar el citoplasma de las células musculares lisas, promoviendo la vasodilatación y la consiguiente erección del pene.
Otro ejemplo es el de la nitroglicerina, utilizada para tratar la angina de pecho, una afección cardiaca. Luego de su administración la nitroglicerina se convierte gradual y lentamente en óxido nítrico, que dilata los vasos coronarios por períodos relativamente largos.
Un descubrimiento reciente, es la participación del oxido nítrico, en el proceso de fertilizacion. En este complejo proceso el citoplasma del espermatozoide posee la enzima oxido nítrico sintetasa (NOS), que se activa con la reacción acrosómica, de esta forma se activa la síntesis del NO. Una vez producida la fusión entre el óvulo y el espermatozoide, tanto la enzima que lo sintetiza como el NO son liberados dentro de la célula huevo, donde el NO produce la liberación del Ca2+ intracelular en el citoplasma, acontecimiento que activa al zigoto que comienza a dividirse y crecer en un embrión.

BIBLIOGRAFIA

TRANSPORTE DE MEMBRANA

 La bicapa lipídica de la membrana actúa como una barrera que separa dos medios acuosos, el medio donde vive la célula y el medio interno celular. Las células requieren nutrientes del exterior y deben eliminar sustancias de desecho procedentes del metabolismo y mantener su medio interno estable. La membrana presenta una permeabilidad selectiva, ya que permite el paso de pequeñas moléculas, siempre que sean lipófilas, pero regula el paso de moléculas no lipófilas. Entonces, la mayor parte de los iones y moléculas solubles en agua son incapaces de cruzar de forma espontánea esta barrera, y precisan de la concurrencia de proteínas portadoras especiales o de canales proteicos. De este modo la célula mantiene concentraciones de iones y moléculas pequeñas distintas de las imperantes en el medio externo.
El paso a través de la membrana posee dos modalidades:
Una
pasiva, sin gasto de energía, y otra activa , con consumo de energía.
  1. Pasaje pasivo. Es un proceso de difusión de sustancias a través de la membrana. Se produce siempre a favor del gradiente, es decir, de donde hay más hacia el medio donde hay menos. Este transporte puede darse por:
    • Difusión simple . Es el paso de pequeñas moléculas a favor del gradiente; puede realizarse a través de la bicapa lipídica o a través de canales proteícos.
A) Difusión simple a través de la bicapa. Así entran moléculas lipídicas como las hormonas esteroideas, anestésicos como el éter y fármacos liposolubles. Y sustancias apolares como el oxígeno, el CO2 y el nitrógeno atmosférico. Algunas moléculas polares de muy pequeño tamaño, como el agua, el etanol y la glicerina, también atraviesan la membrana por difusión simple. La difusión del agua recibe el nombre de ósmosis
B) Difusión simple a través de canales.Se realiza mediante las denominadas proteínas de canal. Así entran iones como el Na+, K+, Ca2+, Cl-. Las proteínas de canal son proteínas con un orificio o canal interno, cuya apertura está regulada, por ejemplo por ligando, como ocurre con neurotransmisores u hormonas, que se unen a una determinada región, el receptor de la proteína de canal, que sufre una transformación estructural que induce la apertura del canal.
Y aquí está el proceso en animación
C) Difusión facilitada o Transporte pasivo . Permite el transporte de pequeñas moléculas polares, como los aminoácidos, monosacáridos como la glucosa, etc, que al no poder atravesar la bicapa lipídica, requieren que proteínas trasmembranosas faciliten su paso. Estas proteínas reciben el nombre de proteínas transportadoras o permeasas que, al unirse a la molécula a transportar sufren un cambio en su estructura que arrastra a dicha molécula hacia el interior de la célula.
  1. Pasaje activo, se produce pasaje de sustancias en contra del gradiente
El transporte activo. En este proceso también actúan proteínas de membrana, pero éstas requieren energía, en forma de ATP, para transportar las moléculas al otro lado de la membrana. Se produce cuando el transporte se realiza en contra del gradiente electroquímico. Son ejemplos de transporte activo la bomba de Na/K, y la bomba de Ca.
    • La bomba de Na+/K+ Requiere una proteína transmembranosa que bombea Na+ hacia el exterior de la membrana y K+ hacia el interior. Esta proteína actúa contra el gradiente gracias a su actividad como ATP-asa, ya que rompe el ATP para obtener la energía necesaria para el transporte.
Por este mecanismo, se bombea 3 Na+ hacia el exterior y 2 K+ hacia el interior, con la hidrólisis acoplada de ATP. El transporte activo de Na+ y K+ tiene una gran importancia fisiológica. De hecho todas las células animales gastan más del 30% del ATP que producen ( y las células nerviosas más del 70%) para bombear estos iones.

Los científicos en las ultimas décadas para estudiar mejor el comportamiento de la permeabilidad iónica de las células de los organismos vivos, han recurrido al manejo de los ionóforos. Se trata de pequeñas moléculas hidrofóbicas sintetizadas, que sirven como herramienta para incrementar la permeabilidad de las membranas celulares a determinados iones inorgánicos.

Otro mecanismo llamado Transporte en Masa, que consiste en la formación de pequeñas vesículas de membrana que se incorporan a la membrana plasmática o se separan de ella, permite a las células animales transferir macromoléculas y partículas aún mayores a través de la membrana.
    1. Endocitosis: entrada de materia a la célula
      1. Fagocitosis: es la incorporación de sustancias de gran tamaño (proteínas, microorganismos, restos celulares, etc.) Ej: globulos blancos.
      2. Picnositosis cuando se trata de incorporación de partículas líquidas.

  1. Endositosis medida por receptor: se trata de grandes moléculas del medio, seleccionadas por reconocimiento específico.

    1. Exocitosis: salida de material de la célula




 BIBLIOGRAFIA

http://www.botanica.cnba.uba.ar/Pakete/3er/LaCelula/TransportedeMembrana.htm 

MEMBRANA PLASMATICA

LA MEMBRANA PLASMÁTICA

La membrana plasmática es una cubierta que posee la célula. Se caracteriza por ser delicada y elástica siendo parte integral y funcional de la célula.
Su principal función consiste en regular el contenido de la célula. Puede hacer esto porque tanto los nutrientes que debe consumir la célula como los desechos de la misma deben atravesar esta membrana. En ese sentido, permite el paso de ciertas sustancias a la célula pero impide el paso de otras.
Para hacer esta selección la membrana se basa principalmente en el tamaño de sus poros, que permitirá pasar sólo ciertas moléculas de menor tamaño que las aberturas en la membrana. Sin embargo, también existen otros criterios tales como la solubilidad de la partícula en lípidos, la carga eléctrica de la partícula, etc., que determinarán si la sustancia atravesará la membrana.
La membrana plasmática se encuentra constituida por dos capas lípidas, estando ubicadas en el centro otras dos capas fosfolípidas, con un espesor de tan solo una molécula. Los extremos de estas capas repelen el agua.
Cuando se observa la membrana plasmática a través de micrografías, es posible observar una estructura densa-clara-densa. Básicamente, todas las células existentes parecen mostrar esta estructura de tres capas.
Todas las células vegetales (por supuesto, se exceptúan las células animales) presentan una pared celular gruesa de celulosa que se encuentra rodeando la zona más exterior de la membrana plasmática. Estas paredes celulares constituyen un verdadero exoesqueleto para este tipo de células.
Que una membrana sea permeable implica que permite el paso de moléculas de una sustancia. Esta capacidad depende del tamaño de los poros que posea. Por tanto, una membrana es permeable si permite el paso de cualquier sustancia, pero es impermeable si no deja pasar ninguna sustancia. En el caso de que deje pasar algunas sustancias, pero impide el paso de otras, entonces se dice que posee permeabilidad diferencial.
Es importante notar que la permeabilidad es una propiedad de la membrana, no de la sustancia. La membrana decide (basada en sus características físicas) que sustancias pasarán o no. El proceso a través del cual una sustancia atraviesa una membrana con permeabilidad diferencial se denomina diálisis. Por otra parte, el proceso durante el cual una membrana es atravesada por agua o moléculas de solvente se le denomina ósmosis.
Entre las propiedades de la membrana plasmática tenemos:
  1. Permeabilidad: Se refiere a que permite el paso de ciertos compuestos a través de su superficie con el fin de que estos formen parte de la sustancia celular.
  2. Selectividad: La selectividad indica que la membrana permite el paso de ciertas sustancias que la rodean e impide el paso de otras.
  3. Pinocitosis: Se denomina así a la ingestión de líquidos, que son almacenados en vesículas y luego pasados al citoplasma, por parte de la membrana celular.








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Propiedades de la membrana plasmatica

La membrana plasmática deja pasar a favor del gradiante de concentración moléculas pequeñas no polares (oxígeno, nitrógeno o benzeno) y también deja pasar moléculas pequeñas polares sin carga (agua, urea, glicerol). Sin embargo es muy impermeable a iones y moléculas cargadas. Una molécula atraviesa más rápidamente la membrana cuanto más pequeña es y cuanto mayor es su solubilidade en lípidos. Debido a las diferencias de permeabilidad para diferentes sustancias, las membranas celulares se comportan como membranas semipermeables. El agua se mueve con mayor facilidad que la mayoría de los solutos y se desplaza donde estos están más concentrados. Proceso conocido como osmosis.
El agua tiende a entrar en las células donde la concentración de iones y pequeñas moléculas es mayor. Para compensar esta entrada, las células desarrollaron diferentes estrategias (presencia de paredes celulares rígidas, orgánulos de expulsión de agua o bombas de membrana).
La mayoría de las sustancias necesarias para la célula son moléculas polares o con carga neta por lo que las células desarrollaron sistemas de transporte basadas en proteínas. Si las moléculas se transportan a favor de gradiante se habla de transporte pasivo. Si lo hacen en contra de gradiante el proceso necesita aporte de energía: transporte activo. Se pueden distinguir dos clases de proteínas de transporte a través de la membrana:
Proteínas transportadoras: se unen a un solo soluto en una cara de la membrana y lo liberan en la otra hacia través de un cambio en la conformación de la proteína transportadora.
Proteína de canal: forman pequeños poros hidrofílicos el través de los que pasan solutos por difusión. La mayoría de estas proteínas solo permiten el paso de iones inorgánicos, de ahí que se denominen canales ionicos. Las proteínas de canal descriminan los solutos que dejan pasar o no basándose en el tamaño y en la carga eléctrica del soluto. Por otra parte, la proteína transportadora sólo permite el paso de moléculas que encajan en el centro de unión de la proteína.
Hay tres tipos de transporte a través de la membrana:
1- Difusión simple: cuando pequeñas moléculas solubles en lípidos o no cargadas atraviesan directamente la bicapa lipídica.
2- Difusión facilitada: es la que se produce a través de proteínas transportadoras o de canal a favor de gradiante de concentración.
3- Transporte activo: es cuando se desplaza un soluto contra gradiante de concentración por lo que se necesita un gasto de energía.
Este transporte es llevado a cabo por tipos especiales de proteínas transportadoras que pueden aprovechar alguna fuente de energía para el proceso de transporte. La difusión facilitada pode estar impulsada tanto por fuerzas eléctricas como por gradiante de concentraciones, de ahí que se hable de gradiante electroquímica.
Existen tres formas principales de transporte activo:
1- Transporte acoplado: acopla el transporte de un soluto a través de la membrana en contra de gradiante al transporte de otro soluto a favor de gradiante.
2- Bombas impulsadas por ATP: acoplan el transporte en contra de gradiante a la hidrolisis de ATP.
3- Bombas impulsadas por la luz: se da principalmente en bacterias y acopla el transporte a la llegada de energía lumínica.
En el transporte acoplado si el transportador desplaza a ambos solutos en el mismo sentido a través de la membrana se llama transporte simporte y si lo desplaza en sentido contrario se habla de transporte antiporte. En una proteína que transporta un solo tipo de soluto recibe el nombre de transporte sencillo o uniporte.
La concentración de ciertos ións es diferente en el interior y en el exterior de las células. La concentración de iones sodio en el citosol es de 10 a 30 veces menor que en el fluido extracelular. La concentración del ión potasio (K ), por el contrario, es de unas 10 a 30 veces mayor. Esta diferencia es mantenida por un mecanismo de transporte activo: Bomba sodio-potasio ATPasa. Esta bomba impulsada por ATP acopla el transporte de sodio cara el exterior con el transporte de potasio cara el interior.
Transporta el sodio cara fuera de la célula en contra de su gradiante electroquímico de manera que a continuación el sodio pode fluir a favor de su gradiante. Esta entrada de sodio se produce a través de transportadores acoplados por lo que la entrada de sodio impulsa el desplazamiento activo de otras sustancias cara el interior de la célula en contra de sus gradiantes electroquímicos. Un ejemplo de esto son las células epiteliais del intestino que transfieren la glucosa desde la luz del intestino a través del epitelio mediante un sistema de cotransporte unidireccional de glucosa-sodio. Pero también hay transportadores pasivos, asi, la glucosa entra pasivamente después de comidas ricas en azúcar. Cuando las comidas no son ricas en azúcar es cuando la glucosa entra mediante lo cotransporte glucosa-sodio.

Funcionamiento de la bomba Sodio-Potasio: El sodio se une a su centro de unión en la zona interna de la proteína transportadora. Después se produce la hidrolisis del ATP dando ADP fósforo, donde el grupo fosfato queda unido a la proteína y produce la activación de esta. Esta fosforilación de la proteína provoca un cambio de conformación de la proteína transportadora de manera que se libera el sodio cara el exterior. Ahora el centro de unión quieta libre para el potasio. La unión del potasio extracelular desencadena la liberación del grupo fosfato, se produce entonces la desfosforilación de la proteína transportadora. De esta forma la proteína transportadora retoma su conformación original descargando el potasio cara el interior celular.

Bomba de Calcio
: bombea calcio al exterior de la célula ya que la concentración del ión calcio es mayor en el exterior. Al igual que en la bomba sodio-potasio, la bomba de calcio es una ATPasa que se fosforila y desfosforila en cada ciclo de bombeo. Las células vegetales, hongos y bacterias no tienen la bomba sodio-potasio sino la bomba de hidrógeno, que bombea hidrógenos cara el exterior de las células.

Canales: los canales entre las células y el espacio extracelular van a presentar selectividad iónica y no están abiertas continuamente. Hay tres tipos:
1- Canales dependientes de voltaje: cuando se producen cambios en el potencial de la membrana.
2- Canales dependientes de extrés mecánico: cuando hay cierta unión mecánica con el canal que hace que cambie su conformación.
3- Canales dependientes de un ligando: van a presentar una determinada zona donde el ligando correspondiente se acopla y va a provocar la apertura del canal.

Potencial de membrana: Hay una mayor concentración de potasio en el interior. Esta concentración está creada, en parte, por la bomba sodio-potasio: el potasio tendrá tendencia a fluir cara fuera de la célula a favor de su elevado gradiante de concentración. Pero cualquier transferencia de cargas positivas cara el exterior deja en el interior cargas negativas no equilibradas, creándose asi un campo eléctrico o potencial de membrana que se opondrá a cualquier desplazamiento adicional de potasio cara fuera de la célula. El cabo de un milisegundo, cuando el potencial de acción alcanza su pico, se establece la condición de equilibrio. El potencial de reposo de membrana es el potencial de membrana existente en las condiciones del estado de equilibrio en la que el flujo de iones positivos y negativos a través de la membrana plasmática está exactamente equilibrado. El potencial de membrana se mide como la diferencia de voltaje a través de la membrana. El potencial de reposo en la membrana varía de - 20 a - 200 milivoltios segun el tipo celular y se expresa en valor negativo debido la que el interior de la célula es negativo respeto al exterior. Una fórmula conocida cómo ecuación de Nernst expresa el equilibrio de forma cuantitativa y permite calcular el potencial de reposo de la membrana, teórico, conociendo la relación de concentraciones entre iones internos y externos:

V= 62 log Ce / Ci

V: potencial de membrana que queremos calcular
Ce,Ci: concentraciones del ión en el exterior e interior respectivamente.

Esta forma de la ecuación asume que el ión tiene solo una carga positiva y que la temperatura es de 37ºC. Asi, cualquier cambio en la permeabilidad de la membrana a determinados iones, es decir, cualquier cambio en el número de canales iónicos de diferentes tipos, que estén abiertos, provocan un cambio en el potencial de membrana, por lo tanto, el potencial de membrana depende tanto del estado de los canales iónicas (abiertas o cerradas) cómo de la concentración de los ións en el citosol y en medio extracelular.

¿Cómo se forma el potencial de acción en las neuronas? En los contactos sinápticos entre dos neuronas se van a transmitir neurotransmisores que van a producir cambios en el potencial de membrana. El potencial de acción en la membrana se desencadena por una repentina despolarización local de la membrana plasmática, es decir, por un cambio de potencial de membrana a un valor menos negativo. Si el potencial de membrana cambia a un valor más positivo se produce una hiperpolarización. Un estímulo que produce una despolarización que traspase un cierto umbral provoca que los canales de sodio regulados por voltaje se abran produciendo una entrada de sodio. Esta entrada de carga positiva despolariza más la membrana, lo que produce que se abran más canales. Este proceso continúa y cuando el potencial de acción alcanza su pico, los iones potasio comienzan a fluir a través de los canales de potasio cara fuera de las células. La salida de potasio retorna la membrana al estado de reposo. Al hacerse el potencial muy positivo pasa a otra zona de la membrana de la célula (es decir, del axón en la neurona) que llega al potencial umbral y asi sucesivamente hasta llegar a la zona terminal del axón donde el potencial de acción induce la salida de las vesículas que contienen los neurotransmisores que van a inducir la otra neurona.


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