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TRANSDUCCIÓN DE SEÑALES EN
EUCARIOTAS
 Mensajeros químicos
 Tipos de mensajeros químicos
 Células endocrinas, neuroendocrinas y jerarquización del sistema
neuroendocrino
 Actividad biológica de los mensajeros químicos
 Mecanismos de transducción de las señales químicas
 Receptores
 Naturaleza química de los receptores
 Tipos de receptores
TRANSDUCCIÓN DE SEÑALES EN EUCARIOTAS
Estudio del mecanismo molecular por el que los mensajeros químicos ejercen sus acciones en las
células diana.
Estudio de los procesos de señalización intra- e intercelular, en nivel molecular.
Por un lado, las células productoras de mensajeros químicos tienen unos sistemas especializados para
biosintetizarlos, pero realmente la acción en las células diana y éste mecanismo molecular es lo que se
considera la transducción de la señal.
HORMONAS
Definición clásica: “Sustancia química producida por un tejido u órgano especializado que sea
vertida a la sangre y transportada por ella a otros tejidos u órganos donde ejercen su acción.”
El órgano o tejido en el que ejercen su acción se denomina diana. Se trata de una definición un poco
restringida para la gran cantidad de conocimientos que se tienen hoy en día sobre la transducción, por lo que
se considera una definición más amplia.
MENSAJEROS QUÍMICOS
Sustancias químicas no nutrientes que actúan como mensajeros intercelulares y que pueden ejercer
sus acciones a concentraciones muy pequeñas (del orden de micromoles o menor).
Dentro de mensajeros químicos se consideran a las hormonas, neurotransmisores y otras muchas sustancias
más, que serán clasificadas según diferentes criterios.
Hay 3 partes básicas en el proceso de transducción de señales: información, elaboración y respuesta. La
información puede llegar a la célula tanto del medio externo en que está integrada como del medio interno.
Esa información debe elaborarse, y esto se lleva a cabo en el SNC, principalmente en el hipotálamo, que
sería el centro de recepción y elaboración que va a hacer al organismo reaccionar frente al medio. Por último
está la respuesta, que puede ser de tipo motora, del sistema nervioso autónomo o del sistema endocrino.
Así, a una célula le puede llegar una información que se vaya a producir en la biosíntesis o secreción de una
determinada sustancia que sea un mensajero químico.
El hipotálamo (centro de recepción y elaboración), no sólo va a recibir estímulos o informaciones del
exterior, sino que las propias respuestas que produce en forma de mensajeros químicos le van a afectar y
harán que regule la formación de esa respuesta de una manera o de otra. Vemos representado que las
hormonas esteroideas y las tiroideas van a actuar sobre el hipotálamo una vez que se han sintetizado.
Igualmente pasa con algunos péptidos (los llamados “reguladores”). Así pues, hay una integración entre el
SN y los tejidos endocrinos.
Hay también una jerarquización: en primer lugar el SN recibe la señal, que se integra en el hipotálamo, y éste
envía señales a la hipófisis, la cual reacciona enviando señales químicas a otros órganos. Se relacionan así
por medio de mensajeros químicos que se envían de unos a otros.
Se puede hablar de ejes nerviosos, neurales y de tipo endocrino. Un ejemplo es el eje cerebro-hipófisistiroides. A la derecha vemos lo que realmente sucede: en el hipotálamo se libera un mensajeros químico que
va a la sangre, y de ahí a la hipófisis. Se trata de TRH, un péptido pequeño que libera TSH. La hipófisis al
recibir el estímulo de ese mensajero químico reacciona produciendo otro: la TSH (hormona estimuladora del
tiroides). Son hormonas porque terminan siempre en la sangre, por donde se distribuyen a las células diana.
La glándula tiroides produciría y liberaría la hormona tiroidea, que por la sangre va hacia los tejidos diana.
Aquí se habla de los centros cerebrales superiores (como el hipotálamo), y cómo producen una serie de
mensajeros químicos que van a dar a la hipófisis anterior (adenohipófisis) o posterior (neurohipófisis). La
adenohipófisis, tras recibir los estímulos del hipotálamo va a producir una serie de mensajeros químicos que
llegarán a otra serie de órganos (corteza renal, tiroides, hígado, gónadas, etc.), que a su vez producen otro
montón de mensajeros químicos que ya van a ir finalmente a sus células diana. Existe una regulación de los
centros superiores a partir de los mensajeros que se han producido (la hay a varios niveles) por
retroalimentación o feedback.
Este es un esquema similar.
Hay tal integración entre SN y endocrino que en realidad se tiene que hablar de un sistema neuroendocrino.
Es una célula de tipo endocrino que está en la
pared del intestino. Contiene gránulos
secretores cercanos a la membrana basal. Está
especializada en biosintetizar y liberar una
serie de péptidos. Se dice que es una célula
endocrina aunque está entre otras que realizan
otras funciones (no está metida en una
cápsula).
Hay neuronas capaces de liberar neurotransmisores. Existe una distinción entre neurotransmisores clásicos
(como acetilcolina) o de tipo peptídico (existen muchos que se van a sintetizar en el interior y van a tener
acción conjunta con péptidos que se sintetizan en el tubo digestivo, pudiéndose hablar de péptidos cerebrogastro-intestinales).
Hay una pequeña diferencia en cuanto al mecanismo de síntesis y liberación, aunque en ambos casos es una
neurona quien lo realiza.
En las sinapsis es donde de verdad se produce la unión entre el sistema nervioso y el endocrino, pudiendo
tener una neurona que libera neurotransmisores a una célula que no sea de tipo nervioso.
Esta célula va a estar directamente
estimulada por una terminación
nerviosa. La liberación de
acetilcolina
en
este
caso
directamente pasa a esta célula y
estimula la
producción de
catecolamina por la médula
adrenal de forma rápida (ya que la
unión entre SN y endocrino es
directa) y en grandes cantidades.
Sería una célula neuroendocrina,
con origen embrionario nervioso.
Los mensajeros químicos hidrofóbicos derivan de lípidos (colesterol, ác. grasos). El glucagón es un
péptido, la prolactina una proteína.
MENSAJEROS QUÍMICOS HIDROFÍLICOS: se sintetizan en una célula y se almacenan después dentro
de ella, ya que no pueden atravesar la membrana. Cuando reciben un estímulo se liberan por exocitosis (se
almacenan en vesículas que se fusionan con la membrana plasmática). Al liberarse en la sangre, sólo algunas
se unen a proteínas para su transporte (para que no se destruyan, pues así no están directamente expuestas a
las enzimas que van por la sangre, pero sobre todo porque son muy pequeñas y necesitan unirse a las
proteínas, que son más grandes). Su vida media es corta y se unen a receptores de membrana para atravesar
la membrana plasmática. Así, su mecanismo de acción se basará en producir un segundo mensajero dentro de
la célula, tras unirse a su receptor correspondiente (el primer mensajero es el primer mensajero químico u
hormona).
MENSAJEROS QUÍMICOS HIDROFÓBICOS: no se almacenan tras su síntesis y se unen todos a proteínas
para su transporte (ya que están en la sangre, un medio hidrofílico). Su vida media es larga, permaneciendo
en el organismo desde que se liberan horas o días. Se unen a receptores intracelulares y su mecanismo de
acción es directo.
NATURALEZA QUÍMICA DE LAS HORMONAS O MENSAJEROS QUÍMICOS
- Peptídica:
hormona liberadora de tirotropina (TRM)
- Proteica:
prolactina
- Derivados de aa:
tirosina: catecolaminas y hormonas tiroideas
histidina: histamina
triptófano: serotonina
Las hormonas tiroideas son de tipo hidrofílico pero se comportan como si fuesen hidrofóbicas, ya que tienen
un tamaño muy pequeño y por ello pueden atravesar la membrana plasmática. Van a necesitar de proteínas
que las ayuden a transportarse por la sangre. Rompe la regla de todo lo dicho anteriormente.
ACTIVIDAD BIOLÓGICA DE LOS MENSAJEROS QUÍMICOS
- Se secretan en respuesta a alteraciones específicas del medio.
- Actúan sobre sus células diana para contrarrestar la alteración accionando y regulando muchos
sistemas de las células diana.
Esta es una forma de controlar la homeostasis, situación que necesitan siempre los organismos.
Se dividen en 3 grupos las actividades biológicas de los organismos. Así, tendríamos a su vez 2 tipos de
metabolismo: mineral y acuoso, y energético. Como ejemplo, la aldosterona está en relación con la
homeostasis del metabolismo mineral y acuoso.
RECEPTORES DE MEMBRANA QUÍMICOS
Estructura química: proteínas de unión específica.
Situadas en células diana de las hormonas y mensajeros químicos:
- en el interior
- en la superficie celular (membrana)
EL PRIMER PASO EN LA ACCIÓN DE CUALQUIER MENSAJERO QUÍMICO ES SU
INTERACCIÓN CON SU RECEPTOR ESPECÍFICO
En el interior de la célula los encontraremos en el citoplasma o en el núcleo, existiendo algunos que se
sintetizan en el citoplasma y luego pasan al núcleo. Su acción en última instancia va a estar en el núcleo.
Los receptores de la superficie celular se denominan de membrana, y de ellos hay múltiples tipos.
PROTEÍNAS RECEPTORAS
- Solubles:
receptores intracelulares
receptores de mensajeros hidrofóbicos
factores de transcripción regulados por ligandos
- Intrínsecas de membrana
receptores de superficie celular
actividad de unión al ligando extracelular
receptores de membrana hidrofílicos
generan señal intracelular (“segundos mensajeros”)
Tienen características contrapuestas. Las solubles serán como factores de transcripción: tendrán acción en el
núcleo y estarán reguladas por ligandos. Las proteínas intrínsecas tienen una actividad de unión a ligandos en
el exterior de la célula, uniéndoseles mensajeros hidrofílicos.
TIPOS DE RECEPTORES HORMONALES
- Intracelulares: receptores citosólicos y nucleares
- De superficie celular o de membrana:
asociados a enzimas
de 7 hélices transmembrana
de tipo canales iónicos
En el caso de los de superficie observamos varios tipos, y dependiendo del mensajero tendremos señales
intracelulares muy diferentes.
Observamos la superficie de la célula, con un mensajero que atraviesa y se une a un receptor (molécula azul)
específico, entra dentro del núcleo y se une al DNA, actuando como un factor de transcripción.
En el dibujo de la derecha, sin embargo, hay receptor de superficie, con diferentes tipos: que forman canales
iónicos, asociados a enzimas o asociados a la proteína G.
Deben ser proteínas con ALTA AFINIDAD por su ligando: en concentraciones muy pequeñas del ligando
deben ser capaces de unirse a él y permitir que ejerzan la función que deban hacer. Esto es imprescindible, ya
que los mensajeros químicos existen en cantidades muy pequeñas.
ALTA ESPECIFICIDAD: debe ser capaz de reconocer y unirse sólo a su ligando. Esto no siempre sucede
siempre: hay veces en que un receptor puede unirse a múltiples ligandos y provocar reacciones diferentes
dentro de la célula .
Las células que normalmente van a unir la aldosterona, y por eso deberían tener receptores específicos para
ella, son capaces de unir también el cortisol. Los efectos de que se unan aldosterona y cortisol y de que se
desencadenasen las reacciones propias de cada uno de estos mensajeros serían muy diferentes:


la aldosterona está relacionada con el metabolismo acuso
el cortisol con el metabolismo energético
Lo que sucede es que dentro de la célula se ha desarrollado un sistema de seguridad: existe una enzima, la
deshidrogenasa de 11-beta-hidroxiesteroide, que es capaz de reconocer al cortisol dentro de las células
propias de la aldosterona y desactivarlo. Esto lo hace biológicamente inactivo (ya no se puede unir a los
receptores propios de la aldosterona). Estos receptores pueden confundir las 2 moléculas por su similitud en
la estructura. Va a haber muchos casos de “reactividad cruzada” también con los receptores de superficie.
SATURABILIDAD: hay un número finito de receptores en una célula, y llega un momento en que el sistema
“se satura” (todos los receptores están unidos). Por mucho mensajero químico que añadamos al sistema, ya
sea in vitro o in vivo,no va a poder unirlo.
REVERSIBILIDAD DE UNIÓN: hormona más receptor forman el complejo hormona-receptor. Este
complejo (como todos los que suceden en la transducción de señales) no puede ser permanente, con lo que
será reversible. Así, las uniones son no covalentes (son mantenidas por fuerzas débiles como puentes de H).
En algún momento y para estudios de la cinética de los receptores, tenemos que basarnos en esa
reversibilidad de la unión cuando se llega a un punto de equilibrio.
La distribución de los receptores debe ser obviamente en los tejidos apropiados, ya que los tejidos están
especializados. Además, se deben de poder correlacionar con un efecto biológico (que al estudiar la función
de un mensajero químico sobre un determinado tejido podamos relacionar que dicho mensajeros químico se
une a su receptor y se produce un efecto biológico, ya que sino no podríamos decir que esos receptores
sirven para ese mensajero químico). Todas estas funciones son importantes para que podamos considerar un
receptor hormonal y estudiarlo como tal.