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Curso: Biología avanzada (AP Biology) > Unidad 4
Lección 2: Transducción de señales- Receptores de membrana
- Ligandos y receptores
- Receptores acoplados a proteínas G
- Vías de transmisión de señal
- Mecanismo celular de la acción hormonal
- Respuesta a una señal
- Ejemplo de una vía de transducción de señal
- La señalización celular en la reproducción de la levadura
- Señalización célula a célula en organismos unicelulares
- Transducción de señales
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Ligandos y receptores
Tipos de moléculas señalizadoras y los receptores a los que se unen en las células diana. Receptores intracelulares, canales de iones activados por ligando, receptores acoplados a proteína G y receptores tirosina quinasa.
Introducción
Así como un viaje de miles de millas comienza con un solo paso, la compleja vía de señalización dentro de una célula empieza con un solo suceso clave: la unión de una molécula señalizadora, o ligando, a la molécula que lo recibe o receptor.
Los receptores y ligandos son de muchas formas, pero todos tienen algo en común: vienen en pares combinados en los que un receptor solo reconoce uno o algunos ligandos específicos y un ligando que solo se une a uno o algunos receptores diana. La unión del ligando al receptor cambia su forma o actividad, lo que le permite transmitir una señal o producir directamente un cambio dentro de la célula.
En esta sección veremos diferentes tipos de receptores y ligandos, y examinaremos cómo interactúan entre ellos para convertir la información proveniente del exterior celular en un cambio dentro de la célula.
Tipos de receptores
Los receptores son de muchos tipos, pero pueden dividirse en dos categorías principales: receptores intracelulares, que se encuentran dentro de la célula (en el citoplasma o en el núcleo) y receptores de la superficie celular, que se localizan en la membrana plasmática.
Receptores intracelulares
Los receptores intracelulares son proteínas receptoras que se encuentran al interior de la célula, generalmente en el citoplasma o en el núcleo. En la mayoría de los casos, los ligandos de los receptores intracelulares son moléculas pequeñas e hidrofóbicas (que odian el agua), ya que deben poder cruzar la membrana plasmática para alcanzar a sus receptores. Por ejemplo, los receptores principales de las hormonas esteroideas hidrofóbicas, como las hormonas sexuales estradiol (un estrógeno) y testosterona, son intracelulares.
Cuando una hormona entra a una célula y se une a su receptor, hace que este cambie de forma, lo que permite que el complejo receptor-hormona entre al núcleo (si no se encontraba ya ahí) y regule la actividad génica. La unión de la hormona expone regiones del receptor que pueden unirse a secuencias específicas del ADN. Estas secuencias se encuentran junto a ciertos genes en el ADN celular y, cuando el receptor se une ellas, altera sus niveles de transcripción.
Muchas vías de señalización, que involucran tanto receptores intracelulares como de superficie celular, producen cambios en la transcripción de los genes. Sin embargo, los receptores intracelulares son únicos porque provocan dichos cambios de manera directa, al unirse al ADN y alterar la transcripción por sí mismos.
Receptores de superficie celular
Los receptores de superficie celular son proteínas ancladas a la membrana que se unen al ligando en la parte exterior de la célula. En este tipo de señalización, el ligando no necesita cruzar la membrana plasmática. De este modo, muchos tipos de moléculas (incluyendo a las grandes moléculas hidrofílicas "que aman el agua") pueden actuar como ligandos.
Un receptor de superficie celular típico tiene tres diferentes dominios o regiones protéicas: un dominio extracelular ("fuera de la célula") que se puede unir al ligando, un dominio hidrofóbico que se extiende a través de la membrana y un dominio intracelular ("dentro de la célula") que transmite la señal. El tamaño y la estructura de estas regiones puede variar mucho de acuerdo al tipo de receptor y la región hidrofóbica puede constar de varios tramos de aminoácidos que entrecruzan la membrana.
Existen muchos tipos de receptores de superficie celular, pero aquí solo veremos tres tipos comunes: canales de iones activados por ligando, receptores acoplados a proteínas G y receptores tirosina-quinasa.
Canales iónicos activados por ligando
Los canales iónicos activados por ligando son canales de iones que abren en respuesta a la unión de un ligando. Para formar un canal, este tipo de receptores de superficie celular tiene una región que atraviesa la membrana con un canal hidrofílico (que ama el agua) en medio. El canal permite que los iones crucen la membrana sin tener que tocar el centro hidrofóbico de la bicapa de fosfolípidos.
Cuando un ligando se une a la región extracelular del canal, la estructura de la proteína cambia de tal manera que los iones de un tipo en particular, como el
Receptores acoplados a proteína G
Los receptores acoplados a proteína G (GPCR) son una gran familia de receptores de superficie celular que comparten una estructura y métodos de señalización similares. Todos los miembros de la familia GPCR tienen siete segmentos de proteína diferentes que cruzan la membrana y transmiten señales dentro de la célula mediante un tipo de proteína llamada proteína G (ve más adelante para más detalles).
Los GPCR son diversos y se unen a muchos tipos de ligandos diferentes. Una clase particularmente interesante de GPCR son los receptores olfativos (de olor). Hay alrededor de
Cuando su ligando no está presente, el receptor acoplado a proteína G espera inactivo en la membrana plasmática. En algunos tipos de GPCR el receptor inactivo ya se encuentra unido a su blanco señalizador, una proteína G
Las proteínas G son de diferentes tipos pero todas se unen al nucleótido trifosfato de guanosina (GTP), al que pueden degradar (hidrolizar) para formar GDP. Una proteína G unida a GTP está activa o "encendida", mientras que si está unida a un GDP, estará inactiva o "apagada". Las proteínas G que se asocian a GPCR son de un tipo compuesto por tres subunidades conocido como proteínas G heterotriméricas. Cuando se unen a un receptor inactivo, están en su forma "apagada" (unidas a un GDP).
Sin embargo, la unión con un ligando cambia el panorama: el GPCR se activa y hace que la proteína G cambie el GDP por GTP. La proteína G activada se divide en dos piezas (una de ellas se denomina subunidad α, la otra consiste de las subunidades β y γ), que se separan del GPCR. Las subunidades pueden interactuar con otras proteínas, lo que desencadena una vía de señalización que conduce a una respuesta.
Finalmente la subunidad α hidroliza el GTP a GDP, lo que inactiva la proteína G. Luego la proteína G inactiva se reensambla como una unidad de tres partes asociada al GPCR. La señalización celular que utiliza receptores asociados a proteína G es cíclica y puede repetirse una y otra vez en respuesta a la unión con el ligando.
Los receptores acoplados a proteína G tienen diferentes funciones en el cuerpo humano y la alteración de la señalización por GPCR puede provocar enfermedades.
Receptores tirosina-quinasa
Los receptores ligados a enzimas son receptores de superficie celular con dominios intracelulares asociados a una enzima. En algunos casos, el dominio intracelular del receptor es realmente una enzima que puede catalizar una reacción. Otros receptores asociados a enzimas tienen un dominio intracelular que interactúa con una enzima
Los receptores tirosina quinasa (RTK) son una clase de receptores ligados a enzimas que se encuentra en humanos y muchas otras especies. Una quinasa es una enzima que transfiere grupos fosfato a una proteína o molécula diana, y un receptor de tirosina quinasa transfiere grupos fosfato específicamente al aminoácido tirosina.
¿Cómo funciona la señalización por RTK? En un ejemplo típico, las moléculas señalizadoras se unen primero a los dominios extracelulares de dos receptores tirosina quinasa vecinos. Los dos receptores se unen o dimerizan. Entonces los receptores pegan fosfatos a sus tirosinas en los dominios intracelulares de cada uno de ellos. La tirosina fosforilada puede transmitir la señal a otras moléculas en la célula.
En muchos casos, los receptores fosforilados sirven como una plataforma de acoplamiento para otras proteínas que tienen dominios de unión específica. Varias proteínas tienen este tipo de dominios y, cuando una de ellas se une al receptor, puede iniciar una cascada de señalización corriente abajo que genera una respuesta celular
Los receptores tirosina-quinasa son cruciales para muchos procesos de señalización en seres humanos. Por ejemplo, se unen a factores de crecimiento, moléculas señalizadoras que promueven la división y supervivencia celulares. Entre los factores de crecimiento se encuentran el factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF), que participa en la sanación de heridas, y el factor de crecimiento nervioso (NGF), cuya provisión regular es necesaria para mantener vivos a ciertos tipos de neuronas
Tipos de ligandos
Los ligandos, que son producidos por células señalizadoras e interactúan con los receptores al interior o exterior de las células diana, son de muchos tipos diferentes. Algunos son proteínas, otros son moléculas hidrofóbicas como los esteroides y otros incluso son moléculas gaseosas pequeñas como el óxido nítrico. En esta sección veremos algunos ejemplos de los diferentes tipos de ligandos.
Ligandos que pueden entrar a la célula
Los pequeños ligandos hidrofóbicos pueden atravesar la membrana plasmática y unirse a receptores intracelulares en el núcleo o en el citoplasma. En el cuerpo humano, algunos de los ligandos mas importantes de este tipo son las hormonas esteroideas.
Entre las hormonas esteroideas comunes están la hormona femenina estradiol, que es un tipo de estrógeno, y la hormona masculina testosterona. La vitamina D, una molécula que se sintetiza en la piel mediante la energía luminosa, es otro ejemplo de hormona esteroidea. Debido a que son hidrofóbicas, estas hormonas no tienen problema para atravesar la membrana plasmática, pero deben unirse a proteínas acarreadoras para viajar por el torrente sanguíneo acuoso.
El óxido nítrico (NO) es un gas que actúa como ligando. Al igual que las hormonas esteroideas, puede atravesar la membrana plasmática de manera directa por difusión gracias a su pequeño tamaño. Una de sus funciones principales es activar una vía de señalización en el músculo liso que rodea los vasos sanguíneos, lo que provoca su relajación y permite que los vasos sanguíneos se expandan (dilaten). De hecho, el medicamento nitroglicerina trata las enfermedades cardíacas mediante la liberación de NO, lo que dilata los vasos sanguíneos para restablecer el flujo de sangre hacia el corazón.
El NO se ha vuelto más conocido en tiempos recientes debido a que la vía que afecta es uno de los objetivos de los medicamentos de prescripción para tratar la disfunción eréctil, como el Viagra.
Ligandos que se unen al exterior de la célula
Los ligandos solubles en agua son polares o cargados y no pueden atravesar la membrana plasmática con facilidad, así que la mayoría de ellos se une a los dominios extracelulares de los receptores de superficie celular y permanece en la superficie exterior de la célula.
Los ligandos peptídicos (proteínas) son la clase más grande y diversa de ligandos solubles en agua. Por ejemplo, los factores de crecimiento, las hormonas como la insulina y ciertos neurotransmisores entran en esta categoría. Los ligandos peptídicos pueden tener desde unos pocos aminoácidos de largo, como las encefalinas analgésicas, hasta cien o más aminoácidos de longitud
Como se mencionó anteriormente, algunos neurotransmisores son proteínas. Muchos otros, sin embargo, son moléculas orgánicas pequeñas e hidrofílicas (que aman el agua). Algunos neurotransmisores son aminoácidos estándar, como el glutamato y la glicina, y otros son aminoácidos modificados o no estándar.
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Los receptores tirosina -quinasa siempre actuan an dimeros? es decir es una condicion necesaria ? mi pregunta es debido a un articulo que lei con respecto a RPK2 en plantas y su rol en el desarrollo,
Gracias(2 votos)- de donde salen los fósforos para unirse al receptor de tirosin cinasa?(2 votos)