Vías de señalización celular

Definitions & Key takeaways

Cell signaling pathways are how cells communicate with each other to carry out their functions. There are many different types of cell signaling pathways, but they all share some common features. Signals are classified into three main groups based on the distance they travel. These include autocrine signals, which target the same cell as the origin; paracrine signals which target nearby cells; and endocrine signals which target distant cells. Cell signaling pathways rely on proteins called receptors located on the cells' surface. We have three major transmembrane receptor classes: G protein-coupled receptors, enzyme-coupled receptors, and ion channel receptors. When a molecule that is part of a cell signal binds to a receptor, it triggers a series of reactions inside the cell that ultimately lead to the desired outcome.

Ver video solo
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 dian 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 núcle 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 demá 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 inactiv 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 despolarizació 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.
La proteína Gs que estimula la enzima adenilato ciclasa. La adenilato ciclasa activada toma trifosfato de adenosina, o ATP, y elimina dos moléculas de fosfato transformándolo en monofosfato de adenosina cíclico o AMPc.
El AMPc se mueve por todo el citoplasma y se une a la enzima proteína cinasa A. La proteína cinasa A tiene dos partes: una subunidad reguladora y una subunidad catalítica, y el AMPc se une específicamente a la subunidad reguladora de la proteína cinasa A.
Cuando el AMPc se une, hace que la subunidad reguladora se disocie de la subunidad catalítica. Es como sacar la clavija del extintor permitiendo que este, en este caso la subunidad catalítica, haga su trabajo.
Así, tras disociarse, la subunidad catalítica de la proteína cinasa A queda libre para fosforilar las proteínas diana que desencadenan una respuesta celular Por último, la proteína Gi también se une a la adenilato ciclasa, pero en este caso la inhibe, provocando una retroalimentación negativa sobre la proteína Gs Esto es especialmente importante para ayudar a inactivar las células.
A continuación están los receptores acoplados a enzimas. Suelen ser proteínas transmembrana de paso único, lo que significa que solo tienen un segmento transmembrana, y su extremo intracelular tiene actividad enzimática intrínseca.
En otras palabras, los receptores acoplados a enzimas tienen dos partes: un dominio es el receptor y el otro es una enzima.
Cada dominio tiene una función distinta, como una navaja suiza con un cuchillo y unas tijera El dominio enzimático suele ser una proteína cinasa que fosforila el dominio receptor.
Hay tres tipos principales de receptores acoplados a enzimas, basados en el aminoácido que fosforilan los receptores. El primer grupo son los receptores tirosina cinasa.
Son los receptores acoplados a enzimas más numerosos, y hay muchas subfamilias. Los receptores tirosina cinasa son generalmente moléculas que no pueden fosforilar sus propias cadenas laterales de tirosina.
Cuando un ligando se une, dos cadenas de receptores se unen y se dimerizan, y se fosforilan mutuamente en múltiples residuos de tirosina.
Esto desencadena un cambio estructural que crea sitios de unión de alta afinidad para los segundos mensajeros, que también pueden ser fosforilados y activados, desencadenando la vía de señalización.
A continuación, están los receptores asociados a la tirosina cinasa, que funcionan casi de la misma manera que los receptores tirosina cinasa, e incluso su nombre suena casi igual La diferencia clave es que no tienen actividad enzimática intrínseca.
En cambio, se asocian con tirosina cinasas citoplásmicas. Cuando los receptores se unen a su ligando, las tirosina cinasas citoplásmicas fosforilan varias proteínas diana para transmitir la seña Por último, están los receptores serina/treonina cinasa, que tienen un dominio serina/treonina cinasa en su extremo intracelula Existen dos clases de estos receptores serina/treonina cinasa: tipo I y tipo II, que son estructuralmente s imilare La unión del ligando hace que ambos se unan para que el receptor de tipo II pueda fosforilar y activar el receptor de tipo I, que a su vez recluta y fosforila varias proteínas diana para transmitir la señal.
Por último, están los receptores de los canales iónicos, que generalmente están cerrados, pero que se abren una vez que se unen a un ligando específico Permiten que iones como el cloruro, el calcio, el sodio y el potasio fluyan pasivamente por su gradient Esto cambia la distribución de la carga eléctrica dentro de la célula, lo que desencadena una respuesta celular.
##Resumen Como breve resumen... Las señales autocrinas se dirigen a la misma célula, las señales paracrinas se dirigen a células cercanas y las señales endocrinas se dirigen a células lejanas.
Los ligandos hidrófobos pueden difundirse a través de la membrana celular y unirse a las proteínas receptoras dentro de la célula diana Los ligandos hidrófilos no pueden atravesar la membrana celular, por lo que deben unirse a los receptores transmembrana, que tienen un extremo intracelular que desencadena una vía de señalización dentro de la célula dia na.
Hay tres clases principales de receptores transmembrana: acoplados a proteínas G, acoplados a enzimas y de canales iónicos.