HomeostasisMantención de la estabilidad del medio interno mediante

mecanismos fisiológicos coordinados.

Mecanismos de retroalimentación (Feedback) positivos ynegativos permiten modular las respuestas del organismo a loscambios ambientales

Mecanismo homeostático

- Sensor

- Centro regulador

- Efector

Detecta un cambio en el ambiente

Integra la información y envía señales

Revierte el cambio y da señal de término

Señales

Comunicación

Organismo unicelular en un ambiente externo constituido

por el mar primordial.

Los mecanismos de señalización se han conservado

evolutivamente

Lubert Stryer, Biochemistry.

Mecanismos de señalización se han conservado

por millones de años a lo largo de la evolución

Lehninger, Biochemistry. Four edition, 2005.

Lehninger, Biochemistry. Four edition, 2005.

La membrana plasmática “aísla” el medio intracelular del ambienteexterno permitiendo la mantención de las constantes físico-químicas…

Lehninger, Biochemistry. Four edition, 2005.

La membrana plasmática es una bicapa…

Modelo del mosaico fluido de una membrana

Espacio extracelular

Oligosacáridos

Glicolípidos

Espacio intracelular

Proteínas integrales

GlicoproteínasFosfolípidos

Bicapa lipídica

Proteínas periférica

Las proteínas de membrana cumplen diferentes funciones…

Transporte

Actividad enzimática

Transducción de señales

Unión intercelular

Reconocimiento célula-célula

Anclaje a la matriz extracelular

Formas de comunicación celular

Gap juntion: Canal formado entre dos células adyacentes que

permite el paso de iones y pequeñas moléculas.

Conceptos claves:Comunicación celular

SeñalReceptor

Respuesta

Lehninger, Biochemistry. Four edition, 2005.

Primer mensajero

Receptor

Segundo mensajero

Lubert Stryer, Biochemistry.

Algunos conceptos necesarios para comprender los mecanismos

de señalización celular

Características de los sistemas de transducción de

señales

Lehninger, Biochemistry. Four edition, 2005.

1. Especificidad

- Complementaridad molecular entre

señal y receptor.

- Receptores se expresan

selectivamente en las células

blanco.

- Receptores responden a

mensajeros químicos que tengan

una determinada estructura.

- Receptor posee una alta

sensibilidad por el ligando.

Interacción ligando-receptor

Lehninger, Biochemistry. Four edition, 2005.

Lehninger, Biochemistry. Four edition, 2005.

Características de los sistemas de transducción de

señales

2. Amplificación de la

respuesta

- Cascadas de activación

enzimática.

- Segundos mensajeros

químicos.

- Amplificación de varios

órdenes de magnitud

- Receptor posee una alta

sensibilidad por el ligando.

Lehninger, Biochemistry. Four edition, 2005.

Características de los sistemas de transducción de

señales

3. Desensibilización del

receptor

- Permite la adaptación a las

señales.

- Degradación de señal

química.

- Internalización del receptor.

- “Feedback” negativos.

Lehninger, Biochemistry. Four edition, 2005.

Características de los sistemas de transducción de

señales

4. Integración de la respuesta

- Dos señales que modulan

una misma respuesta.

- Interacción entre diferentes

señales.

- Señales redundantes.

- Existe equilibrio entre

señales.

Tipos de sistemas de transducción de señales

Canal iónico activado por ligando

Receptor con actividad enzimática

Lehninger, Biochemistry. Four edition, 2005.

Tipos de sistemas de transducción de señales

Lehninger, Biochemistry. Four edition, 2005.

Receptores acoplados a proteína G

Receptores sin actividad enzimática

intrínseca

Tipos de sistemas de transducción de señales

Receptores nucleares

nucleus

Lehninger, Biochemistry. Four edition, 2005.

Lehninger, Biochemistry. Four edition, 2005.

Segundos mensajeros más comunes

Lubert Stryer, Biochemistry.

El calcio es un importante regulador de la función celular

Mecanismos moleculares de transducción de señales

-Todas las células tienen mecanismos de transducción de señales específicos yaltamente sensibles, los cuales han sido conservados durante la evolución.-Una amplia variedad de estímulos, incluidos hormonas, neurotransmisores yfactores de crecimiento actúan a través de proteínas receptoras específicas enla membrana plasmática.-El receptor se une a una molécula señal, amplifica la señal, integra señalesprovenientes de otro receptor, y transmite el mensaje al interior de la célula. Sila señal persiste, la desensibilización del receptor reduce o termina larespuesta.-Células eucariontes tienen tipos generales de mecanismos de señalización:

-Canales iónicos-Receptores tipo enzimas-Proteínas asociadas a proteína G-Receptores nucleares-Receptores que activas kinasas solubles-Receptores de adhesión que transmiten señales entre matriz extracelulary citoesqueleto.

Mecanismos mediados por receptores de tipo canal iónico

Participación del receptor nicotíco en

la transmisión del potencial de acción

+ + + + + + + + + + +

- -- - -- - -- - -- -

+ + + + + + + + + +

+

+

-

-

+ + + + + + + + +

- - -- - -- - --

-- - -- - -- - --

+35 mV

Despolarización

LEC

LIC

L

Na+Na+

Na+

Na+Na+

Na+

Na+Na+

Na+

Na+Na+

Na+

Na+

Na+

-80 mV

Na+Na+

Na+

Na+

Na+

+ + + + +

- - -- - -

+

-

+

-

+

+++++

--- ---

+

-

+

-

+

Na+Na+

Na+

Na+Na+

Na+

Cambio conformacional

Cambio conformacional

Repolarización

-80 mV

Cambio conformacional

Cambio conformacional

Propagación

Unión neuromuscular

Acetilcolina

-Neurotransmisor liberado por vesículas presinápticas.

-Receptor une nicotina.

-Proteína alostérica con dos sitios de unión a Ach.

-Receptor se encuentra en membranas postsinápticas de neuronas de ciertas sinapsis y en fibras musculares de la unión neuromuscular.

-Canal permeable a Na+ y Ca2+

- Induce despolarización de la membrana postsináptica.

Señalización por canales iónicos

-Canales iónicos activados por ligando o potencial demembrana son parte de un mecanismo central en laseñalización de neuronas y otras células.-Un ejemplo de canal iónico activado por ligando es elreceptor ionotrópico de acetilcolina en neuronas ymiocitos.-La llegada del potencial de acción al terminalpresinaptico gatilla la liberación del neurotransmisor.Este neurotransmisor difunde hacia la célulapostsináptica, se une a recpetores específicos en lamembrana plasmática y genera un cambio en elpotencial de membrana.

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

- - -- - -- - -- - -- - -- - -- - -- - -- - -- - -- - -- - --

-80 mV

LEC

LIC

L Cl-Cl-

Cl-Cl-

Cl-

Cl-Cl-

Cl-

-90 mV

Hiperpolarización

Mecanismo de acción de receptores acoplados a proteína G

Receptores con 7 dominios transmembrana

Funciones biológicas mediadas por receptores 7TM

Olfato

Gusto

Visión

Neurotransmisión

Secreción hormonal

Quimiotaxis

Exocitosis

Control de la presión sanguínea

Desarrollo

Infección viral

Carcinogénesis

Mecanismo general de activación de receptor asociado a prot. G

Receptor

Proteína G

Efector Adenilato ciclasa (AC)

Fosfolipasa C (PLC)

Segundo mensajero

AMP cíclico (cAMP)

Inositol trifosfato (IP3)

Diacilglicerol (DAG)

L

Respuesta celular

memb.

extracelular

Gs

Gi

Gq

Bockaert & PinEvans 1999. EMBO Journal

Activación de proteína G

Receptores acoplados a proteína Gαs

1. Unión de

epenifrina

(adrenalina)

5. Activación de

proteína kinasa A

(PKA) por unión de

cAMP

6. Degradación de

cAMP

3. Gs

(subunidad α)

se mueve a

través de la

membrana y

activa a

adenilil

ciclasa

2. Cambio

conformacional

del receptor

induce el

reemplazo del

GDP unido a

Gs por GTP

4. Adenilil

ciclasa

cataliza la

formación de

AMP cíclico

(cAMP)

Activación de receptor asociado a prot. Gs

Receptor

L

memb.

extracelular

Gαs

Gγ Gβ

GDP

GTP

AC

Fosforilación

de proteínas

Respuesta celular

PKA PKA PKA

ATP

cAMP

Activación de receptor asociado a prot. Gi

Receptor

L

memb.

extracelular

Gαi

Gγ Gβ

GDP

GTP

ACATP

cAMP

Activación de receptor asociado a prot. Gq

Receptor

H

memb.

extracelular

Gαq

Gγ Gβ

GDP

GTP

PLC

Ca2+

Ca2+Ca2+

IP3

IP3

Ca2+

Ca2+

Ca2+

Ca2+ Ca2+

Retículo endoplásmico

PKC

DAG

Fosforilación

de proteínas

Respuesta celular

Receptores metabotrópicos de GABA forman oligómeros

Milligan. Journal of Cell Science

Emson. Progress in Brain Research, 2007

Receptores acoplados a proteína G

Receptores con 7 dominios transmembrana. Una vez que se une el

ligando, catalizan el intercambio de GTP por GDP en una proteína G

asociada, forzando la disociación de la subunidad α de la proteína G. Esta

subunidad puede estimular o inhibir la actividad de enzimas asociadas a la

membrana, modificando los niveles de segundos mensajeros.

Los receptores que activan a una proteína Gαs, activan a la adenilil

ciclasa. Ésta estimula la producción de cAMP, del cual depende la

actividad de otras proteínas kinasas como PKA.

Esta cascada de eventos que involucra segundos mensajeros amplifica la

señal inicial en varios órdenes de magnitud.

Las señales pueden ser “apagadas” cuando es necesario por

desensibilización de receptores o degradación de segundos mensajeros.

Las proteína 7TM que están ligadas a una proteína Gq, inducen el aumento

de DAG e IP3 (segundos mensajeros). Éstos generan aumento del calcio

intracelular y la activación de PKC, proteína kinasa que fosforila y cambia

la actividad de proteínas específicas. El calcio regula la actividad de varias

enzimas, principalmente a través del complejo calcio-calmodulina.

Primer mensajero

Receptorde

Membrana

Segundo mensajero

Enzima amplificadora

Respuesta celular

Cascada de quinasas

Canal iónico

Receptor nuclear

Mensajeros químicos liposolubles poseen una acción

genómica a través de receptores solubles intracelulares.

Liggett, Nature Medicine 10, 582 - 583 (2004)

Hormonas tiroídeas tienen acciones genómicas y no genómicas.

Receptores nucleares

-Son receptores para primeros mensajeros solubles en lípidos.

-Estas proteínas poseen un dominio de unión al ligando, y undominio de unión al DNA.

-Esta característica les otorga a estos receptores la propiedad deser factores de transcripción.

-Se pueden clasificar en:-Receptores de esteroides: Receptor de andrógenos, receptorde progesterona y receptor de glucocorticoides.-Receptores que se asocian con el receptor del ácidoretinoico: Receptor tiroideo y receptor de vitamina D.-Receptores huérfanos (ligandos desconocidos).

Mecanismos mediados por receptores de tipo enzimático

Fosforilación de proteínas generalmente involucra

activación

Señalización por receptores enzimáticos

Esquema general de vía de señalización por receptores tirosina-quinasa

Virkamäki et al, J Clin Invest, 1999; Kido et al, Endocrinol Metab, 2001;

Shepherd et al, J Mol Endocrinol, 1998.

Receptor de insulina

Lehninger, Biochemistry. Four edition, 2005.

SH2: Dominios de unión a

P-Tyr

SH3: Dominios de unión a

regiones ricas en Prolina

Raf: MAPKKK (Ser, Thr)

MEK: MAPKK (Tyr, Ser)

ERK: MAPK (Ser, Thr)

Virkamäki et al, J Clin Invest, 1999; Kido et al, Endocrinol Metab, 2001;

Shepherd et al, J Mol Endocrinol, 1998.

Receptor de insulina

Señalización de receptor de insulina por PI3K

Las proteínas de señalización poseen múltiples dominios

Receptor de insulina forma complejos de

señalización

Lehninger, Biochemistry. Four edition, 2005.

Otros ejemplos de receptores enzimáticos: Receptor de eritropoyetina

Otros ejemplos de receptores enzimáticos: Receptor EGF

Lubert Stryer, Biochemistry.

Regulación del ciclo celular por factores de crecimiento

Lehninger, Biochemistry. Four edition, 2005.

La apoptosis (“muerte programada”) es un proceso mediado por

receptores de membrana y vías de señalización intracelular.

Receptores de tipo guanilil ciclasa

Lehninger, Biochemistry. Four edition, 2005.

Receptores con actividad enzimática

-El receptor de insulina es el prototipo de receptor enzimático con actividadtirosina kinasa. El receptor cataliza la fosforilación de residuos de tirosina enotras proteínas como IRS-1.-Residuos de tirosina fosforilados en IRS-1 sirven como sitios de unión paraproteínas con dominios SH2. estas proteínas pueden servir como adaptadorasy amplifican la señal..-Interacciones proteína-proteína resultan en activación de Ras, la cual activauna cascada kinasa que termina con la fosforilación de proteínas blanco encitoplasma o núcleo.-.Varias señales actúan a través de receptores con actividad guanilil ciclasa. ElcGMP actúa como segundo mensajero activando proteína kinasa dependientede cGMP (PKG).-El óxido nítrico es un mensajero de corta duración que actúa estimulando unaguanilil ciclasa soluble.-La insulina, a través de su receptor, PI3K, MAPK y eNOS, es capaz de estimularla producción de NO produciendo vasodilatación.

Óxido nítrico (NO)

-Principal vasodilatador endógeno.-Es sintetizado por una enzima llamada sintasa de NO.-Es los vasos sanguíneos, es sintetizado en las célulasendoteliales.-Produce su efecto al difundir a la células de músculo liso del vasosanguíneo-El NO activa a una proteína guanilil ciclasa soluble. El cGMPactúa como segundo mensajero activando proteína kinasadependiente de cGMP (PKG).-La activación de PKG genera la disminución del calciointracelular, produciendo la vasodilatación.

Galley & Webster, Br J Anaesth, 2004.

González et al., Eur J Physiol, 2004

Nexo entre vías de señalización: Insulina activa formación de NO y cGMP