Vías de señalización celular

Para formar un organismo pluricelular, las células deben ser capaces de comunicarse entre sí, y para ello suelen enviar pequeñas señales químicas que actúan sobre los receptores de otras células.

Las señales pueden clasificarse en función de la distancia entre la célula señalizadora y la célula diana.

Las señales autocrinas son producidas por una célula y se dirigen a sus propios receptores, por lo que la célula se envía una señal a sí misma.

Las señales paracrinas son producidas por una célula y se dirigen a las células diana que están cerca.

Y las señales endocrinas son producidas por una célula y se dirigen a células diana que están más lejos.

Algunos ejemplos son las hormonas que se secretan en el torrente sanguíneo, o las citocinas que pueden liberarse en el lugar de la lesión y actuar en el encéfalo para provocar la fiebre.

Las moléculas de señalización o los ligandos pueden ser hidrófobos, que significa que tienden a repeler el agua, o hidrófilos, que significa que tienden a permanecer en el agua.

Las moléculas de señalización hidrófobas no pueden flotar libremente en el espacio extracelular, por lo que son llevadas a las células diana por proteínas transportadoras.

Las moléculas hidrófobas pueden difundirse a través de la membrana celular y unirse a las proteínas receptoras dentro de la célula diana, ya sea en el citoplasma o en el núcleo.

La mayoría de las moléculas de señalización son hidrófilas, por lo que pueden flotar libremente en el espacio extracelular hasta llegar a las células diana, pero luego no pueden atravesar la membrana celular.

Para transmitir la señal, las moléculas hidrófilas se unen a los receptores de la superficie celular.

Estos receptores son proteínas transmembrana, con un extremo extracelular que se une al ligando, y un extremo intracelular que desencadena una vía de señalización dentro de la célula.

La vía de señalización celular se puede dividir en tres fases.

La primera fase es la recepción, que es cuando el receptor de la célula diana se une a un ligando.

Es como una llave que encaja en una cerradura.

Luego está la transducción, que significa que la proteína receptora cambia de alguna manera y eso activa moléculas intracelulares: los segundos mensajeros.

La tercera fase es la respuesta de la célula a la señal.

Hay tres clases principales de receptores transmembrana: receptores acoplados a las proteínas G, receptores acoplados a enzimas y receptores de canales iónicos.

Los receptores acoplados a las proteínas G son receptores transmembrana de siete pasos.

Se trata de proteínas muy largas que tienen un extremo que se sitúa fuera de la célula y se une al ligando, luego la proteína en forma de serpiente entra y sale de la membrana celular siete veces, y finalmente termina en el interior de la célula.

El extremo del receptor acoplado a la proteína G que está dentro de la célula activa las proteínas intracelulares llamadas proteínas de unión a nucleótidos de guanina o proteínas G.

Las proteínas G están formadas por tres subunidades llamadas alfa, beta y gamma, a semejanza de una flor con tres pétalos.

Las subunidades alfa y gamma están ancladas a la membrana celular y mantienen la proteína G junto al receptor.

Las proteínas G se unen al difosfato de guanosina o GDP cuando están inactivas.

Cuando la subunidad alfa se une al GDP, las tres subunidades permanecen juntas, por lo que la flor se cierra.

Pero cuando el ligando se une, el receptor acoplado a la proteína G cambia de forma, y esto permite que la proteína G libere el GDP y se una al GTP en su lugar, activando la proteína.

Cuando la subunidad alfa se une al GTP, se separa de las subunidades beta y gamma, como si un pétalo se abriera y se separara de los demás.

Cuando esto ocurre, la subunidad alfa queda libre para interactuar con otras proteínas, estimulando algunas e inhibiendo otras.

Pero, para actuar sobre otras proteínas, la subunidad alfa convierte el GTP en GDP, y cuando eso ocurre las tres subunidades se juntan de nuevo (la flor se cierra) y la proteína G se inactiva.

En general, hay tres tipos de proteínas G: Gq, Gi y Gs, y cada una estimula e inhibe un conjunto diferente de enzimas y vías moleculares.

La proteína Gq activa la enzima fosfolipasa C, que se encuentra en la membrana celular.

La fosfolipasa C escinde entonces un fosfolípido llamado fosfatidilinositol 4,5-bisfosfato en trisfosfato de inositol y diacilglicerol.

El trisfosfato de inositol es soluble y se difunde libremente por el citoplasma hasta el retículo endoplásmico, donde abre los canales de calcio.

Como la concentración de calcio es mayor en el retículo endoplásmico que en el citoplasma, el calcio sale del retículo endoplásmico hacia el citoplasma.

El aumento de la concentración de calcio en el citoplasma modifica la carga eléctrica de la célula y puede provocar una despolarización.

Mientras tanto, el diacilglicerol permanece unido a la membrana celular y se une a la enzima proteína cinasa C, que también depende del calcio para activarse completamente.

Una vez que las concentraciones de calcio en la célula aumentan, la proteína cinasa C comienza a activar las proteínas añadiéndoles grupos fosforilo.