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ComunicaciComunicacióón celularn celular
CapCapíítulo 6tulo 6
R.J. Mayer Ph.D.
Las cLas céélulas se comunican entre silulas se comunican entre si
• Dentro de un organismoDentro de un organismo
• Una célula con el ambienteUna célula con el ambiente
que la rodea.que la rodea.
• Entre organismos diferentes Entre organismos diferentes
• Intra-especIntra-especííficofico• Inter-especInter-especííficofico
Co 9Co 9
GlucoseYeastcell
Glucosereceptor
Exposureto glucose
Metabolicenzyme
Glucosetransporter
Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.
Fig. 9.1Fig. 9.1
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Phototropism
Growing shoottip of plant
Fig. 9.2Fig. 9.2
Objetivo de aprendizaje 1Objetivo de aprendizaje 1
• ¿¿QuQuéé eventos ocurren durante la eventos ocurren durante la comunicacicomunicacióón celular?n celular?
SeSeññales Celularesales Celulares
1.1. SSííntesisntesis, secreci, secrecióón, transpote de sen, transpote de seññales ales celulares.celulares.
- neurotransmisores, hormonas, etc.neurotransmisores, hormonas, etc.- el el ligandoligando se une a un receptor espec se une a un receptor especííficofico
2. La 2. La recepcirecepcióónn de de informaciinformacióónn por las por las ccéélulas blanco (target cells).lulas blanco (target cells).
SeSeññales Celularesales Celulares
3. 3. TransducciTransduccióón de sen de seññalesales- el receptor convierte la seel receptor convierte la seññal extracelular en al extracelular en
una intracelularuna intracelular- ocurre un cambio en la cocurre un cambio en la céélulalula
4. 4. RespuestaRespuesta de la c de la céélula a la selula a la seññalal
SeSeññales ales celularescelulares
Conceptos claveConceptos clave
Las cLas céélulas se comunican utilizando lulas se comunican utilizando compuestos tales como: compuestos tales como:
neurotransmisoresneurotransmisores
hormonas hormonas
otras molotras molééculas regulatorias.culas regulatorias.
Objetivo de aprendizaje 2Objetivo de aprendizaje 2
• Describe tres tipos de molDescribe tres tipos de molééculas que culas que actuan como seactuan como seññales:ales:• Reguladores localesReguladores locales• neurotransmisoresneurotransmisores• hormonas hormonas
Reguladores localesReguladores locales
• RegulaciRegulacióón paracrinan paracrina• se difunden por el fluido intersticialse difunden por el fluido intersticial• actuan en cactuan en céélulas cercanaslulas cercanas
• Envuelve reguladores localesEnvuelve reguladores locales• histaminashistaminas• factores de crecimientofactores de crecimiento• prostaglandinasprostaglandinas• óóxido nxido níítricotrico
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Gap junctionSignaling molecule
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Targetcell
Membrane-boundsignaling molecule
Receptor
Fig. 9.3bFig. 9.3b
Fig. 6-3, p. 137
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Hormone
Bloodstream
Endocrinecell
Targetcell
Fig. 9.3eFig. 9.3e
SeSeññales localesales locales
NeurotransmisoresNeurotransmisores
• SeSeññales quales quíímicas micas • Producidas por neuronas (nerve cells)Producidas por neuronas (nerve cells)
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Targetcell
Fig. 9.3dFig. 9.3d
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Target cell
Fig. 9.3cFig. 9.3c
HormonasHormonas
• Mensajeros quMensajeros quíímicosmicos• en plantas y animalesen plantas y animales
• Secretadas por Secretadas por glgláándulas endocrinasndulas endocrinas• en animalesen animales
• Transportadas por la sangreTransportadas por la sangre• a las ca las céélulas blancolulas blanco
HormonasHormonas
Conceptos claveConceptos clave
• Una molUna moléécula de secula de seññal se une a un al se une a un receptor en la superficie de la creceptor en la superficie de la céélula o lula o dentro de una cdentro de una céélula blanco.lula blanco.
Objetivo de aprendizaje 3Objetivo de aprendizaje 3
• ¿¿QuQuéé mecanismo de recepci mecanismo de recepcióón hace de n hace de este proceso una altamente especeste proceso una altamente especíífico?fico?
ReceptoresReceptores
• Forma especForma especííficafica• solamente puede interactuar con una solamente puede interactuar con una
molécula específicamolécula específica• las diferentes células tienen receptores las diferentes células tienen receptores
diferentes diferentes
• La misma cLa misma céélula puede tener receptores lula puede tener receptores diferentesdiferentes• etapas diferentesetapas diferentes• condiciones diferentescondiciones diferentes
Signalingmolecule
Inactivereceptor protein
Activatedreceptorprotein
Signal transductionpathway Nucleus
Intracellulartargets
Cellularresponse
Enzyme Altered metabolism orother cell functions
Structuralproteins
Altered cell shape ormovement
Transcriptionfactor
Altered gene expression,which changes the typesand the amounts ofproteins in the cell
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Fig. 9.4Fig. 9.4
Cytosol
Ligand (signaling molecule)
Inactivereceptor
Activatedreceptor
Cytosol
(a) Structure of enzyme-linked receptors
Extracellularenvironment
Signalingmolecule
Extracellular signal-binding domain
Intracellularcatalytic domain
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ATP ADP+
Inactivereceptor
Unphosphorylatedprotein
(b) A receptor that functions as a protein kinase
Phosphorylatedprotein
Activatedreceptor
Signalingmolecule
Fig. 9.6bFig. 9.6b
ReceptoresReceptores
Objetivos de aprendizaje 4 & 5Objetivos de aprendizaje 4 & 5• Compara:Compara:
• Receptores unidos a canales iReceptores unidos a canales ióónicos nicos (ion (ion channel–linked receptors)channel–linked receptors)
• Receptores unidos a proteReceptores unidos a proteíínas G nas G (G (G protein–linked receptors)protein–linked receptors)
• Receptores unidos a enzimas Receptores unidos a enzimas (enzime (enzime linked receptors)linked receptors)
• Receptores intracelularesReceptores intracelulares
Receptores unidos a canales iReceptores unidos a canales ióónicosnicos““Ion Channel–Linked Receptor”Ion Channel–Linked Receptor”
• MolMolééculas de seculas de seññales que se unen a ales que se unen a receptores de canales ireceptores de canales ióónicos nicos (ion (ion channel–linked receptors)channel–linked receptors)
• los canales ilos canales ióónicos se abren o se cierrannicos se abren o se cierran
Receptores unidos a canales iReceptores unidos a canales ióónicosnicosIon Channel–Linked ReceptorIon Channel–Linked Receptor
• Convierten señales químicas en señales Convierten señales químicas en señales eléctricaseléctricas• Los canales iónicos se cierran hasta que el Los canales iónicos se cierran hasta que el
ligando se une ligando se une
e.g. Gamma-aminobutyric acid e.g. Gamma-aminobutyric acid (GABA)(GABA)
abre canales de ionesabre canales de iones
evita transmisievita transmisióón de impulsosn de impulsos
Fig. 6-5, p. 139
Receptores unidos a canales iReceptores unidos a canales ióónicosnicosIon Channel–Linked ReceptorIon Channel–Linked Receptor
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Receptorprotein(GPCR)
Inactive Gprotein
GDP
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Receptorprotein(GPCR)
Signalingmolecule
Inactive Gprotein
GDP
Fig. 9.7-2Fig. 9.7-2
• ProteProteíínas transmembranalesnas transmembranales• acoplan molacoplan molééculas seculas seññal con mecanismos de al con mecanismos de
transduccitransduccióónn
• Cola del receptor (receptor tail)Cola del receptor (receptor tail)• se extienden al citosolse extienden al citosol• lugar donde encaja la protelugar donde encaja la proteíína G (se une al na G (se une al
GTP)GTP)
Receptores unidos a proteínas GReceptores unidos a proteínas G(G Protein–Linked Receptors)(G Protein–Linked Receptors)
• El ligando se une al receptorEl ligando se une al receptor• guanosine diphosphate (GDP) guanosine diphosphate (GDP) es liberadoes liberado• remplazado por remplazado por GTPGTP
• ProteProteíína G activadana G activada• inicia transducción de señalinicia transducción de señal• activa las enzimas activa las enzimas • cambia la función celularcambia la función celular
Receptores unidos a proteínas GReceptores unidos a proteínas G(G Protein–Linked Receptors)(G Protein–Linked Receptors)
Receptores unidos a proteínas GReceptores unidos a proteínas G (G Protein–Linked Receptors) (G Protein–Linked Receptors)
other two parts.
Receptores enlazados a enzimasReceptores enlazados a enzimas ““Enzyme-Linked Receptors”Enzyme-Linked Receptors”
• ProteProteíínas transmembranalesnas transmembranales• Sitio activo (binding site) fuera de la cSitio activo (binding site) fuera de la céélulalula• Sitio activo dentro de la cSitio activo dentro de la céélula para la enzimalula para la enzima
• Tyrosine kinasesTyrosine kinases• la enzima es parte de un receptorla enzima es parte de un receptor
Enzyme-Linked ReceptorsEnzyme-Linked Receptors
• Cinasas de Tirosina Cinasas de Tirosina (Tyrosine kinases)(Tyrosine kinases)• fosforilan proteinasfosforilan proteinas• activan las rutas de activan las rutas de IPIP33 y y RasRas
• Proteinas Ras Proteinas Ras • Fosforila el amino Fosforila el amino áácido tirosina en cido tirosina en
algunas protealgunas proteíínas de la cnas de la céélula = cambios lula = cambios celularescelulares
• Scaffolding proteinsScaffolding proteins• Organizan las cinasas en complejos de Organizan las cinasas en complejos de
seseññalesales
Receptores enlazados a enzimasReceptores enlazados a enzimas
Enzyme-Linked ReceptorsEnzyme-Linked Receptors
““Scaffolding Protein”Scaffolding Protein”
Receptores intracelularesReceptores intracelulares
• Estan localizados en el citosol o nEstan localizados en el citosol o núúcleocleo• LigandosLigandos
• molmolééculas culas pequepequeññas hidrofas hidrofóóbicasbicas• se difunden a travse difunden a travéés de la membrana s de la membrana
plasmplasmááticatica
Receptores intracelularesReceptores intracelulares
• En el citosol o en el nEn el citosol o en el núúcleocleo• Hormonas esteroidesHormonas esteroides
• se conbinan con receptores intracelularesse conbinan con receptores intracelulares
• Factores de transcripciFactores de transcripcióón n • activan o inactivan algunos genes especactivan o inactivan algunos genes especííficosficos
Objetivo de aprendizajeObjetivo de aprendizaje
• Trazar eventos en la traducciTrazar eventos en la traduccióón de n de seseññales para ales para mensajeros secundariosmensajeros secundarios• AMP cAMP cííclicoclico• Trisfosfato de inositolTrisfosfato de inositol• diacylglyceroldiacylglycerol• iones de calcioiones de calcio
Mensajeros: Primarios y Mensajeros: Primarios y Secundarios Secundarios
• Mensajero primarioMensajero primario • la sela seññal molecularal molecular
• La proteLa proteíína G na G pasa la pasa la informaciinformacióón a un n a un mensajero secundariomensajero secundario• una seuna seññal intracelularal intracelular
Mensajeros secundarios Mensajeros secundarios (transducci(transduccióón de sen de seññales)ales)
AMP cAMP cííclico (cAMP)clico (cAMP)
• Mensajero secundarioMensajero secundario• Las proteLas proteíínas G activan la adenyl nas G activan la adenyl
ciclasa ciclasa (adenylyl cyclase).(adenylyl cyclase).• forma AMP cforma AMP cííclico (cAMP) a partir del ATPclico (cAMP) a partir del ATP
• AMP cAMP cííclicoclico• activa activa protein kinase Aprotein kinase A• esta enzima fosforila proteesta enzima fosforila proteíínasnas• las reacciones causan respuestaslas reacciones causan respuestas
Proteina G y cAMPProteina G y cAMP
Fig. 6-8, p. 143
Fig. 6-7a, p. 142
Fig. 6-7a, p. 142
PlasmaMembrane
Signaling molecule binds with G protein–linked receptorin plasma membrane.
1
GDP
Cytosol
Extracellular fluid
Adenylylcyclase
ReceptorG protein
Signalingmolecule
Fig. 6-7b, p. 142
Signalingmolecule
2 Signal molecule–receptor complex activates G protein. GDP is replaced by GTP.
GTP
Adenylylcyclase
G proteinseparates
Receptor
Fig. 6-7c, p. 142
Receptor
G protein activates adenylyl cyclase, which then catalyzessynthesis of cAMP.3
Adenylylcyclaseactivated
Signalingmolecule
GTPATP
cAMP
Fig. 6-7d, p. 142
4 cAMP activates protein kinase A, which then phosphorylatesspecific proteins, leading to some response in cell.
PPP
cAMP
Proteinkinase 3
Proteinkinase 2
Activates specific geneAlters some cell activityAlters metabolism
Proteinkinase 1
Protein Phospho-rylatedprotein
Phospho-rylatedprotein
Phospho-rylatedprotein
Protein Protein
Mensajeros secundariosMensajeros secundarios
• PIPPIP22 se rompe en: se rompe en:• inositol trisphosphate (IPinositol trisphosphate (IP33)) • diacylglycerol (DAG)diacylglycerol (DAG)
• IPIP33 • dona fosfatos a las protedona fosfatos a las proteíínasnas• se une a canales de calcio en el REse une a canales de calcio en el RE
• DAGDAG• Activa la proteActiva la proteíína cinasa C na cinasa C ((protein kinase Cprotein kinase C
enzymes)enzymes)• las enzimas fosforilan las protelas enzimas fosforilan las proteíínas blanconas blanco
MensajerosMensajerossecundariossecundarios
Iones de calcioIones de calcio
• Se combinan con la proteína calmodulina calmodulina (eucariotas)(eucariotas)
• Afecta la actividad de:Afecta la actividad de:• protein kinasesprotein kinases• phosphatasesphosphatases
Conceptos clavesConceptos claves
• En la transducción de señales, una En la transducción de señales, una molécula receptora convierte una señal molécula receptora convierte una señal extracelular en una señal intracelular que extracelular en una señal intracelular que causa un cambio en la célulacausa un cambio en la célula
Objetivo de aprendizaje 7Objetivo de aprendizaje 7
• ¿¿QuQuéé tres tipos de respuestas tienen las tres tipos de respuestas tienen las ccéélulas a las selulas a las seññales?ales?
Tres respuestas celularesTres respuestas celulares
• Los canales iLos canales ióónicos se abren o se cierrannicos se abren o se cierran• La actividad enzimLa actividad enzimáática cambiatica cambia
• causa cambios metabcausa cambios metabóólicoslicos
• Algunos genes especAlgunos genes especííficos se reprimen o ficos se reprimen o se activanse activan• afectan el desarrollo o la actividadafectan el desarrollo o la actividad
Receptores Receptores intracelularesintracelulares
ActivaciActivacióón de n de genesgenes
Conceptos claveConceptos clave
• Las células responden cerrando o Las células responden cerrando o abriendo canales iónicos, activando o abriendo canales iónicos, activando o inhibiendo enzimas o alterando la inhibiendo enzimas o alterando la actividad de genes específicos.actividad de genes específicos.
Objetivo de aprendizaje 8Objetivo de aprendizaje 8
• Conocer la diferencia entre la Conocer la diferencia entre la amplificaciamplificacióón n de sede seññalesales y la y la terminaciterminacióón de sen de seññales.ales.
Modifying Cell SignalsModifying Cell Signals
• Amplificacion de seAmplificacion de seññalesales • mejora la fuerza de la semejora la fuerza de la seññal en el proceso de al en el proceso de
transduccitransduccióón de las sen de las seññales ales (signal (signal transduction pathway)transduction pathway)
• TerminaciTerminacióón de sen de seññalesales • inactiva el proceso despuinactiva el proceso despuéés de la ses de la seññalal• permite que el sistema responda a nuevas permite que el sistema responda a nuevas
seseññalesales
AmplificaciAmplificacióón n de sede seññalesales
Objetivos de aprendizaje 9Objetivos de aprendizaje 9
• What evidence supports a long What evidence supports a long evolutionary history for cell signaling evolutionary history for cell signaling molecules?molecules?
• Entender la evidencia que apoya que ha Entender la evidencia que apoya que ha habido una larga historia de la evolución habido una larga historia de la evolución de las señales celulares.de las señales celulares.
La evoluciLa evolucióón de moln de molééculas seculas seññalal
• Evolucionaron en las cEvolucionaron en las céélulas procariotaslulas procariotas• Los receptores y las molLos receptores y las molééculas senales culas senales
son iguales en todos los reinosson iguales en todos los reinos• Las proteLas proteíínas envueltas en comunicacinas envueltas en comunicacióón n
celular surgieron antes de que celular surgieron antes de que evolucionaron los animalesevolucionaron los animales• en coanoflageladosen coanoflagelados