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BIOLOGÍA CELULAR Y
SISTÉMICA
Mensajeros Químicos
.-Mediadores Químicos Locales
.-Hormonas
.-Neurotransmisores
Dr.Roberto Najle
En los animales complejos, células endocrinas y las células nerviosas trabajan juntas para coordinar las
diversas actividades de los miles de millones de células.
Considerando que diferentes células endocrinas deben usar hormonas diferentes para comunicarse
especialmente con sus células diana, las diferentes células nerviosas pueden utilizar el mismo
neurotransmisor y todavía comunicarse de una manera muy específica. (A) las células endocrinas
segregan hormonas en la sangre, señal de que sólo las células diana específicas los reconocen. Estas
células diana tienen receptores para la unión de una hormona específica, que las células tienen que
“atrapar" del líquido extracelular. (B) En la señalización sináptica, por el contrario, la especificidad se
deriva de los contactos sinápticos entre las células nerviosas y las células diana específicas que las
señales. Por lo general, sólo una célula diana que está en la comunicación sináptica con una célula
nerviosa se ​expone al neurotransmisor liberado de la terminación nerviosa (aunque algunos
neurotransmisores actúan de un modo paracrino, sirviendo como mediadores locales que influyen en
varias células blancos en la zona).
SEÑALIZACION ENDOCRINA
SEÑALIZACION SINAPTICA
neuronas
Células
endocrinas
Neurotransmisor
hormonas
sangre
Células
blanco
Células
blanco
LE 11-4b
Long-distance signaling
La comunicación mediante señales
Endocrine cell
Blood
extracelulares involucra seisvessel
pasos:
 (1) síntesis de la molecula señal por la célula productora.
 (2) liberación de la molecula señal por la celula productora.
 (3) transporte de la señal hacia la célula blanco.
Hormone travels
 (4) detección de la señal por
una proteina receptora
in bloodstream
to target cells
especifica.
 (5) cambio del metabolismo, la función o el desarrollo de la
célula, inducidos por
el complejo receptor-señal.
Target
cellseñal, la cual a menudo termina la
 (6) Eliminación de la
respuesta celular.
Hormonal signaling
Copyright (c) by W. H. Freeman and Company
SOBREVIVIR
DIVIDIR
DIFERENCIAR
MUERTE
Una célula animal, tiene dependencia de múltiples señales extracelulares.
Cada tipo de célula muestra un conjunto de receptores que le permite responder a un conjunto de moléculas
señal producida por otras células. Estas moléculas señal trabajan en combinaciones para regular el
comportamiento de la célula. Como se muestra aquí, una celda individual requiere múltiples señales para
sobrevivir (flechas azules) y las señales adicionales para dividirse (flecha roja) o diferenciarse (flechas
verdes). Si es privada de señales de supervivencia , una célula se someterá a una forma de suicidio celular
conocido como muerte celular programada, o apoptosis.
membranas plasmáticas
Unión GAP
Entre células animal
Uniones celulares
Reconocimiento célula-célula
Pared vegetal
Plasmodesmo
Entre células vegetales
Las moleculas señal operan a traves de distancias diversas
en los animales.
Señalización autocrina
Señal
extracelular
Receptor
Señal unida a
membrana
Señalización endocrina
Vaso sanguíneo
Sitios blancos sobre la misma célula
Secreción hormonal en sangre por
glándula endocrina.
Célula blanco o diana distante
Señalización por proteínas unidas a membrana
plasmática.
Señalización paracrina
Célula secretora
Célula blanco o diana adyacente
Célula con Señal
Célula blanco o diana
adyacente
Las proteinas receptoras exhiben especificidad de unión con el ligando y
especificidad de efector (median una respuesta celular especifica)
Señalización endocrina y
neurosecretora
Señalización sináptica
Señalización paracrina
Molécula señal extracelular
Proteína receptora
proteínas de señalización
Proteína blanco o diana
Alteración
metabolismo
Alteración
expresión
genética
Alteración de la forma
de la célula o
movimiento
Una simple vía de señalización intracelular activadas por una molécula señal extracelular.
La molécula señal se une a una proteína del receptor (que esta normalmente en la membrana
plasmática), con lo que la activación de una vía de señalización intracelular que está mediada por
una serie de proteínas de señalización. Por último, una o varias de estas proteínas de
señalización intracelular interactúa con una proteína diana, alterando la proteína diana de
manera que ayuda a cambiar el comportamiento de la célula.
Señales
extracelulares
pueden
actuar
lentamente
o
rápidamente.
Ciertos tipos de respuestas de las células - como el crecimiento y la división creciente
de la célula - que impliquen cambios en la expresión génica y la síntesis de nuevas
proteínas, por lo tanto, se producen con relativa lentitud. Otras respuestas - tales como
cambios en el movimiento celular, la secreción, o el metabolismo - no tiene por qué
implicar cambios en la expresión génica y, por tanto se producen con mayor rapidez.
Las hormonas se pueden clasificar según su solubilidad y la
localización de los receptores.
Receptores de superficie celular
Receptores de superficie
Ligandos sobre
receptores superficie
Ligandos
Receptores intracelulares
Proteína transportadora en sangre
Algunas hormonas se fijan a receptores intracelulares;
otras, a receptores de superficie celular.
Hormona
Receptor
citosolico
Núcleo
Complejo
hormonareceptor
Altera la
transcripción de
genes específicos
A) Las hormonas esteroideas, las tiroideas (ej. tiroxina) y
los retinoides son lipófilos, por lo que son llevadas por
proteínas transportadoras de la sangre. Después de
disociarse de los transportadores , estas hormonas se
difunden a través de la membrana celular y se unen a
receptores específicos en el citosol o núcleo . Luego, el
complejo receptor hormona actúa sobre el DNA nuclear
para alterar la transcripción de genes específicos .
B) las hormonas polipeptídicas y las catecolaminas (p. Ej.
adrenalina)
son hidrosolubles,
mientras
que
las
prostaglandinas son liposolubles ; todas se fijan a
receptores de superficie celular. Esta unión desencadena un
aumento o una disminución de la concentración citosólica
de segundos mensajeros (p.ej. cAMP, Ca2+), la activación
de una proteínkinasa o una variación del potencial de
membrana .
RECEPTORES DE SUPERFICIE CELULAR
o MEMBRANA PLASMATICA
Receptor de
superficie celular
Membrana plasmática
Molécula de señal
hidrofílica
RECEPTORES INTRACELULARES
Molécula de señal
pequeña hidrofóbica
Proteína
transportadora
Receptor intracelular
núcleo
La unión de moléculas de señalización
extracelular a los receptores de la
superficie celular o a los receptores
intracelulares.
La mayoría de las moléculas de señal son
hidrofílicos y por tanto no pueden cruzar
la membrana plasmática directamente,
sino que se unen a receptores de superficie
celular, que a su vez, generan una o más
señales dentro de la célula diana. Algunas
moléculas de señal pequeñas, por el
contrario, se difunden a través de la
membrana plasmática y se unen a
receptores dentro de la célula diana, ya
sea en el citosol o en el núcleo (como se
muestra aquí). Muchas de estas moléculas
de señal pequeñas son hidrofóbicos y casi
insoluble en soluciones acuosas; por lo
que son transportados en la sangre y otros
fluidos extracelulares tras su unión a
proteínas transportadoras, de las cuales se
disocian antes de entrar en la célula diana.
Célula musculo cardiaco
Célula musculo esquelético
DECRECE LA VELOCIDAD Y
LA FUERZA DE LA
CONTRACCIÓN
CONTRACCIÓN
Célula glándula salival
SECRECIÓN
Varias respuestas inducidas por el neurotransmisor acetilcolina.
Los diferentes tipos de células especializadas para responder a la acetilcolina de diferentes
maneras. (A y B) Para estos dos tipos de células, se une a las proteínas del receptor de
acetilcolina similar, pero las señales intracelulares producidas se interpretan de manera diferente
en las células especializadas para diferentes funciones. (C) Esta célula muscular produce un tipo
distinto de la proteína del receptor de acetilcolina, lo que genera diferentes señales intracelulares
del receptor que se muestra en (A) y (B), y resulta en un efecto diferente. (D) La estructura
química de la acetilcolina.
LE 11-4b
Long-distance signaling
La comunicación mediante señales
Endocrine cell
Blood
extracelulares involucra seisvessel
pasos:
 (1) síntesis de la molécula señal por la célula productora.
 (2) liberación de la molécula señal por la célula productora.
 (3) transporte de la señal hacia la célula blanco.
Hormone travels
 (4) detección de la señal por
una proteína receptora
in bloodstream
to target cells
especifica.
 (5) cambio del metabolismo, la función o el desarrollo de la
célula, inducidos por
el complejo receptor-señal.
Target
cellseñal, la cual a menudo termina la
 (6) Eliminación de la
respuesta celular.
Hormonal signaling
Copyright (c) by W. H. Freeman and Company
FLUIDO
EXTRACELULAR
CITOPLASMA
membrana plasmática
Recepcion
Transduccion
Respuesta
Receptor
Activación
de repuesta
celular
moléculas de transmisión en una via de transducción
de señales
Molecular
señal
Cuatro clases de receptores de superficie celular
inducidos por ligandos
(A) Receptores acoplados a proteína G (adrenalina, glucagon, serotonina)
Receptor asociado
a la proteína G
Membrana
plasmática
Receptor
activado
Molécula
señal
Enzima
inactiva
GDP
CITOPLASMA
Proteína G
(inactiva)
Enzima
GDP
GTP
Enzima
activada
GTP
GDP
Pi
Respuesta celular
Molécula
señal
(ligando)
Puerta
cerrado
receptor
Ligandopuerta canal
ionico
Iones
Membrana
plasmática
(B) Receptores de canal iónico (acetilcolina)
Puerta
abierta
Repuesta
celular
puerta
cerrada
(C) Receptores ligados a tirosina kinasa (eritropoyetina, interferones).
(D) Receptores con actividad enzimática intrínseca.
Signal
molecule
Signal-binding site
a Helix in the
membrane
Signal
molecule
Tyrosines
Tyr
Tyr
Tyr
Tyr
Tyr
Tyr
Tyr
Tyr
Tyr
Tyr
Tyr
Tyr
Tyr
Tyr
Tyr
Tyr
Tyr
Tyr
Receptor tyrosine
kinase proteins
(inactive monomers)
CYTOPLASM
Dimer
Activated relay
proteins
Tyr
Tyr
P Tyr
Tyr
P
Tyr
Tyr
P Tyr
Tyr
P
Tyr
Tyr
P Tyr
Tyr
P
6
ATP
Activated tyrosinekinase regions
(unphosphorylated
dimer)
6 ADP
Fully activated receptor
tyrosine-kinase
(phosphorylated
dimer)
P Tyr
Tyr
P
P Tyr
P Tyr
Tyr
P
Tyr
P
Inactive
relay proteins
Cellular
response 1
Cellular
response 2
Primer mensajero
(molécula señal como
epinefrina)
Adenilato
ciclasa
Proteína G
Receptor acoplado
a proteína G
GTP
ATP
cAMP
Segundo
mensajero
Protein
kinasa A
Respuestas celulares
molécula señal
Receptor
Activated relay
molecule
Inactive
protein kinase
1
Active
protein
kinase
1
Inactive
protein kinase
2
ATP
ADP
Pi
P
Active
protein
kinase
2
PP
Inactive
protein kinase
3
ATP
ADP
Pi
Active
protein
kinase
3
PP
Inactive
protein
P
ATP
P
ADP
Pi
PP
Active
protein
Respuesta
celular
La
activación
de
la
proteína
cíclica-AMP-quinasa
dependiente
(PKA).
La unión de AMP cíclico a las subunidades reguladoras induce un cambio conformacional, causando estas
subunidades se disocie de las subunidades catalíticas, activando la actividad de la kinasa de las subunidades
catalíticas. La liberación de las subunidades catalíticas requiere la unión de más de dos moléculas cíclicas
AMP a las subunidades reguladoras en el tetrámero. Esta exigencia se agudiza en gran medida la respuesta
de la quinasa a los cambios en la concentración de AMP cíclico, como se explica anteriormente. Las células
de mamíferos por lo menos dos tipos de PKAs: el tipo I es principalmente en el citosol, mientras que el tipo
II se une a través de su subunidad reguladora y especial proteínas de anclaje a la membrana plasmática, la
membrana nuclear, la membrana externa mitocondrial, y los microtúbulos. En todos los casos, sin embargo,
una vez que las subunidades catalíticas son liberados y activos, pueden migrar hacia el núcleo (donde la
La estimulación de la degradación del glucógeno por el AMP cíclico en las células del
músculo esquelético. La unión de AMP cíclico a la A-quinasa, activa esta enzima para
fosforilar y activar así la fosforilasa quinasa, que a su vez fosforila y activa la glucógeno
fosforilasa, enzima que descompone el glucógeno. La quinasa A-directa e indirectamente
también aumenta la fosforilación de la glucógeno sintasa, que inhibe la enzima, con lo que se
bloquea la síntesis de glucógeno (no mostrado).
Phosphodiesterase
Adenylyl cyclase
Pyrophosphate
P
ATP
H2O
Pi
Cyclic AMP
AMP
RECEPTORES INTRACELULARES
Hormone
(testosterona)
LIQUIDO
EXTRACELLULAR
Membrana
plasmatica
Proteina
Receptora
Complejo
Hormonareceptor
la hormona esteroide
testosterona
pasa a través de la
membrana plasmática.
la testosterona
se une a la proteina
receptora en el citoplasma
activandose
el complejo hormona
receptor entra al nucleo y
se une a genes especificos
DNA
la unión de la
proteína estimula
La transcripción del
gen en RNAm.
mRNA
NUCLEO
Nueva proteina
CiTOPLASMA
el mRNA es
traducido en una
proteína específica.
Hormone
(testosteronaa
LIQUIDO
EXTRACELLULAR
Membrana
plasmatica
Proteins
Receptora
Complejo
Hormonareceptor
la hormona esteroide
testosterona
pasa a través de la
membrana plasmática.
la testosterona
Se une a la proteina
receptora en el citoplasma
activandose
el complejo hormona
receptor entra al nucleo y
Se une a genes especificos
DNA
mRNA
NUCLEO
CiTOPLASMA
Nueva proteina
la union de la
proteina estimula
La transcripción del
gen en RNAm.
el mRNA es
traducido en una
proteina especifica
Reception
Binding of epinephrine to G-protein-linked receptor (1 molecule)
Transduction
Inactive G protein
Active G protein (102 molecules)
Inactive adenylyl cyclase
Active adenylyl cyclase (102)
ATP
Cyclic AMP (104)
Inactive protein kinase A
Active protein kinase A (104)
Inactive phosphorylase kinase
Active phosphorylase kinase (105)
Inactive glycogen phosphorylase
Active glycogen phosphorylase (106)
Response
Glycogen
Glucose-1-phosphate
(108 molecules)