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Nuestra Señora del Camino Biología Gabriela Osorio R Comunicación célula – célula Las células individuales no se encuentran aisladas o sólo rodeadas por un medio acuoso. En muchos casos, como en los organismos multicelulares, las células están organizadas en tejidos, grupos de células especializadas con funciones comunes. Los tejidos, a su vez, están organizados en órganos, como el corazón, el cerebro o el riñón, cada uno de los cuales, semejante a una organela subcelular, tiene un diseño que se ajusta a su función específica. En los organismos multicelulares es esencial que las células individuales se comuniquen entre sí, de modo que puedan "colaborar" para crear un órgano o un tejido que funcione armoniosamente. Las comunicaciones entre células se cumplen por medio de señales químicas, o sea, por medio de sustancias transportadas hacia afuera de una célula y que se trasladan a otra célula. Así, los impulsos nerviosos se transmiten de neurona a neurona, o de neurona a músculo o glándula, a través de moléculas llamadas neurotransmisores. Las células en el cuerpo de una planta o de un animal liberan hormonas que se trasladan a cierta distancia y afectan a otras células del mismo organismo. En el curso del desarrollo, las células embrionarias ejercen influencia sobre la diferenciación de las células vecinas en órganos y tejidos. Cuando estas sustancias alcanzan la membrana de la célula que es su objetivo (célula blanco), pueden ser transportadas hacia su interior por uno de los procesos que hemos considerado, o bien pueden acoplarse a receptores específicos que se encuentran en la superficie de la membrana. Al unirse el mensajero químico al receptor, se ponen en marcha reacciones químicas dentro de la célula, transmitiéndose así el mensaje a una serie de emisarios intracelulares. Sin embargo, a menudo las células dentro de un tejido o un órgano se comprimen fuertemente, permiten que se produzcan distintos tipos de contactos íntimos y directos. Entre las células vegetales, que están separadas unas de otras por paredes celulares, hay canales llamados plasmodesmos, que atraviesan las paredes y conectan directamente los citoplasmas de células contiguas. Los plasmodesmos contienen generalmente extensiones tubulares del retículo endoplásmico conocidas como desmotúbulos. En los tejidos animales, las estructuras conocidas como uniones nexus (gap junctions) permiten el pasaje de sustancias entre las células. Estas uniones aparecen como enjambres fijos de canales muy pequeños rodeados por una formación ordenada de proteínas. Estos canales, a diferencia de los canales iónicos, son poros poco selectivos, que permiten el pasaje libre de cualquier molécula pequeña por debajo de un determinado tamaño. Los experimentos con moléculas marcadas radiactivamente han mostrado que, a través de estos canales, pasan pequeñas moléculas mensajeras y se transmiten señales eléctricas en forma de iones. Por ejemplo, las contracciones de las células musculares en el corazón están sincronizadas por el flujo de iones sodio (Na+) a través de uniones comunicantes. El transporte de materiales entre células vecinas a través de los canales de plasmodesmos o de uniones nexus, o hacia dentro y hacia fuera de las células a través de proteínas integrales de membrana, y por medio de endocitosis y exocitosis, parece corresponder, superficialmente, a tres procesos bastante diferentes. Sin embargo, estos procesos son fundamentalmente similares por el hecho de que los tres dependen de la estructura tridimensional precisa de una gran variedad de moléculas de proteínas específicas. Estas moléculas proteicas, no sólo forman canales a través de los cuales puede ocurrir el transporte, sino que además dotan a la membrana celular de la capacidad para "reconocer" moléculas particulares. Esta capacidad es el resultado de miles de millones de años de un proceso de evolución, que comenzó, hasta donde podemos vislumbrar, con la formación de una frágil película alrededor de unas pocas moléculas orgánicas. Esta película separó las moléculas de su ambiente externo y les permitió mantener el tipo particular de organización que reconocemos como vida. La mayoría de las células en organismos multicelulares están organizadas en ensamblajes cooperativos llamados tejidos, los cuales a su vez se asocian, hacen varias combinaciones para formar unidades funcionales mayores llamadas órganos. Las células en los tejidos están usualmente en contacto con una compleja red de macromoléculas secretada llamadas matriz extracelular. La comunicación celular y sus receptores Ninguna célula vive en el aislamiento. En un organismo multicelular existen mecanismos muy elaborados de transmisión e interpretación de señales que permiten una coordinación de la actividad celular en beneficio del organismo como un todo. Las señales intercelulares son interpretadas por una maquinaria compleja en la célula que responde a ellas. Esto permite a cada célula comportarse de una manera particular y altamente regulada, que depende de su posición y especialización en el organismo. La sobrevivencia del organismo depende crucialmente de una red de comunicación intercelular que coordina el crecimiento, la diferenciación y el metabolismo de la multitud de células que componen los diversos tejidos y órganos. Por ejemplo, cada célula se divide solo en respuesta a señales que recibe de otras células. La importancia de este comportamiento socialmente controlado se hace claramente aparente cuando al fallar se produce un crecimiento celular anormal que resulta en cáncer y muerte del organismo. Las células se comunican mediante moléculas- señales que son sintetizadas y liberadas al medio, pero también se comunican por señales de contacto directo. Además, el contacto de la célula con la matriz extracelular también genera respuestas en las células. Solo las células que poseen receptores para estas señales responden. Las señales pueden estar constituidas por diversos tipos de moléculas, tales como proteínas, pequeños pépticos, aminoácidos, nucleótidos, esteroides, o derivados de ácidos grasos. También pueden ser gases disueltos, tales como oxido nítrico y monóxido de carbono. Muchas de estas moléculas son secretadas por exocitosis mientras otras difunden a través de la membrana plasmática. La célula que responde a una señal particular de otra célula lo hace a través de una proteína llamada receptor, que interacciona específicamente con la molécula señal e inicia una respuesta. En muchos casos los receptores de señales son proteínas que se encuentran insertadas en las membrana plasmática y la atraviesan (proteínas de transmembrana). Cuando se une a la molécula señal (ligando) en el extracelular se activa y generan una cascada de señales intracelulares que modifican la estructura de numerosos elementos celulares y finalmente el comportamiento de la célula. En algunos casos, los rectores se encuentran en el interior de la célula y por lo tanto las moléculas señales deben entrar primero la célula para activarlos. En estos casos, las moléculas señales deben ser suficientemente pequeñas e hidrofóbicas como para difundir a través de la membrana plasmática. Tipos de comunicación Endocrina u hormonal: esta constituida por una sustancia (hormona) que se libera al torrente sanguíneo y actúa a distancia, interactuando con células receptoras llamadas células blanco. Nerviosa o neurotransmisión: la célula nerviosa (neuronas) tiene una prolongación por la que se transmite un impulso nervioso de naturaleza eléctrica. En esta forma de comunicación, la célula presináptica vierte su mensaje (neurotransmisor) al espacio sináptico y este viaja e interacciona con la célula postsináptica la cual lo recibe y responde. Existe una variedad de comunicación que es una mezcla de las dos anteriores: la llamada secreción neuroendocrina o neurosecreción. En este caso, una célula formada a partir de tejido nervioso secreta su mensaje a la circulación. La neurohormona viaja en el torrente sanguíneo para relacionarse con células receptoras o blanco. Paracrina: es la comunicación mediada por una sustancia que se libera localmente y actúa a corta distancia sobre células vecinas. Yuxtacrina: es la forma de comunicación que existe entre células adyacente, donde hay moléculas ancladas a la cara externa de la superficie de una célula que hacen contacto con receptores localizados en la membrana de una célula contigua. Autocrina: La célula se comunica consigo misma. Los receptores Un receptor es una proteína capaz de recibir al mensajero y de transmitir el mensaje para que se produzca la respuesta de la célula. Es decir, el receptor como tal tiene dos características fundamentales: 1. reconocer al mensajero para interactuar con el 2. activar la secuencia de eventos que conducen a la respuesta celular Los receptores son proteínas de elevado peso molecular y como tales tienen una estructura tridimensional, por lo que podemos encontrar receptores de diversas formas. La superficie de un receptor esta llena de irregularidades entra la que se encuentra el sitio de reconocimiento al que se une el mensajero. Esta unión perfecta entre el mensajero y su receptor implica cambios en la forma del receptor. Esto nos lleva a dos conceptos importantes en la comunicación celular 1. afinidad: es una medida de la facilidad de acoplamiento entre el mensajero y el receptor. 2. actividad: es la capacidad del mensajero par producir el efecto. A un compuesto capaz de producir un efecto al unirse con un receptor lo llamamos agonista, a la sustancia que por si misma no produce un efecto en la célula, pero que es capaz de interactuar con el receptor porque si tiene buena afinidad con el se llama antagonista. Este antagonista, al asociarse con el receptor ocupa el lugar del mensajero natural, bloqueando la correcta unión, y asi evitando el efecto del mensajero de la célula. Tipos de receptores 1. Receptores externos: tienen una cara hacia el exterior de la célula, una parte de su estructura incrustada en la membrana plasmática y otra porción o cara mirando hacia el interior de la célula. La cara exterior contiene el sitio del reconocimiento para el mensajero; el resto del mensajero sirve para procesar y transmitir a la célula. La presencia del receptor en la cara externa de la membrana plasmática hace innecesario que la hormona o neurotransmisor tenga que penetrar al interior de la célula para producir el efecto, ya que puede hacerlo desde afuera. Los receptores son proteínas que atraviesan la membrana plasmática, de tal forma que la interacción hormona- receptor en el exterior ocasiona un cambio conformacional del receptor, que puede afectar la parte extracelular, la zona o zonas transmembranales y las zonas intracelulares. Estas zonas de los receptores se llaman también dominios. Al interactuar la hormona y el receptor, la forma en el espacio de este cambia, y cambia no solo en las zonas inmediatamente cercanas a la hormona, sino en zonas más alejadas. Estos cambios conformacionales son los que determinan que un receptor este activo o en reposo. Los receptores que se encuentran en la membrana plasmática tienen diferentes características tanto estructurales como funcionales, lo que ha permitido dividirlos en varios grupos: a. Los receptores acoplados a proteínas G: a estos receptores acoplados a proteínas g se los llama asi por la forma en que funcionan, interactúan con componente por medios en el proceso, las proteínas G. por su estructura, también se los llama receptores de los siete dominios transmembranales. Estos receptores, podemos imaginarlos como un hilo en el que hemos enhebrado muchas perlas. Cada perla representa un aminoácido. Esta larga hebra atraviesa la membrana plasmática en siete ocasiones. Hay receptores de este tipo para la adrenalina, la histamina, la serotonina, la adenosina, la angiotensina y muchas otras. b. Receptores canal: estos receptores son proteínas integrales de membrana y están formados por varias sub - unidades. Son proteínas que funcionan como canal permitiendo el paso de iones a través de la membrana plasmática. La especificidad para el paso de un ión y no de otros, depende de los aminoácidos que constituyen este canal, pues cambiándolos por mutagénesis dirigida se ha logrado perturbar la selectividad iónica, en otras palabras, estas modificaciones pueden hacer que el receptor al activarse deje pasar un ión con carga negativa en lugar de uno con carga positiva. c. Receptores con actividad enzimática: Son proteínas que presentan un sitio a un ligando especifico en su dominio extracelular y hacia su citoplasma su estructura presenta actividad enzimático, generalmente comportándose como una proteína capaz de inducir a la fosforilación de otras proteínas intracelulares y cambiando su funcionamiento. A este grupo pertenecen los receptores de factores de crecimiento. 2. Receptores internos: se localizan en el interior de la célula, libres en la parte soluble del citoplasma, el citosol. Los receptores citoplasmáticos no permanecen estáticos al igual que los de la membrana, cambian su localización en la célula. Actualmente se sabe que viaja al núcleo, su movilización es parte fundamental del mecanismo de transmisión del mensajero. Es importante hacer notar que su función básica es la misma, reconocer al mensajero y continuar el proceso de activación celular.