Especificidad señal-receptor. Receptores de membrana

La acción de estimular a las células se denomina inducción y la célula sensible al estímulo se denomina célula diana o célula blanco.

Dentro de un organismo pluricelular, las señales pueden ser locales o distantes.

Las señales locales llegan hasta la célula blanco por difusión en el lugar. Existen tres tipos:

Las señales autocrinas afectan a las propias células que las producen.

Las señales paracrinas repercuten sobre las células vecinas que presentan los receptores adecuados.

Las señales yuxtacrinas dependen del contacto entre dos células. Existen dos tipos de comunicación yuxtacrina, una se produce cuando la señal unida a la membrana de la célula inductora toma contacto con el receptor localizado en la membrana plasmática de la célula blanco  (ejemplo: respuesta inmune). Otra se da en células conectadas a través de uniones entre las membranas plasmáticas. Así, las células responden de manera coordinada ante una señal que se une a alguna de ellas. Por ejemplo, en la contracción de las células musculares cardíacas.

Las señales distantes llegan a las células blanco mediante algún sistema circulatorio y son producidas por otra célula que se encuentra alejada del lugar de acción. Por ejemplo las señales endócrinas (hormonas insulina o tirotrofina).

El complejo señal-receptor
La célula no incorpora a través de la membrana todos los materiales disponibles en su entorno  ni responde a todas las señales que aparecen a su alrededor. Cada señal se une a un receptor específico, es decir que encaja en un sitio del receptor de la misma manera que para cada cerradura hay una llave. La unión entre la señal y el receptor supone una adaptación estructural entre ambos, el receptor cambia su estructura y forman un complejo señal-receptor.
Además de la especificidad, el complejo presenta las siguientes características:

• Saturabilidad: un aumento del número de señales satura el complejo señal-receptor. Esto es así porque el número de receptores de una célula es limitado.
• Reversibilidad: el complejo señal-receptor se separa después de su formación. La liberación de la señal es importante porque si no ocurre, el receptor será estimulado continuamente.

Después que la señal se une al receptor, la interacción entre ambos desencadena una serie de reacciones consecutivas en el interior de la célula, para producir una respuesta celular específica.
Clasificación de los receptores
Los receptores son proteínas que suelen estar incluidas completamente en la membrana plasmática.

En las células eucariotas existen distintos tipos bien conocidos de receptores de membrana plasmática; dos de ellos son los siguientes:

Los canales iónicos son proteínas integrales que comunican ambos lados de la membrana plasmática mediante poros que se abren y se cierran según determinadas condiciones. La unión de señales en los sitios específicos de las proteínas modula la apertura o el cierre del canal.

Los receptores asociados a proteínas G son proteínas que atraviesan la membrana plasmática hacia afuera y hacia adentro varias veces. La unión de una señal sobre el lado extracelular de estas proteínas cambia la forma de su región citoplasmática y abre un sitio de unión para que una proteína periférica, conocida como "proteína G", se active y desencadene una serie de reacciones químicas dentro del citoplasma.

Otros receptores específicos se encuentran en el citoplasma. Cuando una señal química atraviesa la membrana, se une a ellos y permite su activación.

La transducción de la señal y la respuesta

Al proceso mediante el cual la célula blanco convierte una señal extracelular en una señal intracelular se lo denomina transducción de la señal. La transducción tiene varios pasos. La formación del complejo señal-receptor activa una ruta intracelular de transmisión de señales que tendrá como último paso, una respuesta específica.

En cada paso, la señal se amplifica. Por ejemplo, algunos antígenos (señales) pueden llegar a unos pocos receptores de la célula, pero esta termina respondiendo con la liberación de grandes cantidades de ciertas proteínas, los anticuerpos. Por cada señal que se une al receptor se obtienen muchas unidades de producto.

En general, puede tener una vía rápida que se localiza en el citoplasma y una vía lenta en la cual la señal tiene que, de alguna manera, llegar al núcleo celular. Allí se "ordena", por ejemplo, sintetizar anticuerpos.

Visión  esquemática de la sucesión de señales o vías de transducción

Tipos de respuesta

Los efectos que puede producir la recepción de una señal a nivel celular dependen del tipo de señal recibida, de su transducción y, sobre todo, del tipo de célula que recibe esa señal.

¿Cómo ocurren estos efectos o respuestas?

Hay varias posibilidades. Una de ellas es que se "abran" o se modifiquen las proteínas transportadoras de la membrana dejando pasar al interior de la célula, por ejemplo, el calcio, necesario para la contracción muscular. Otra es que se incremente la actividad enzimática para producir ciertas sustancias de secreción. También podría favorecerse el movimiento celular o su división, entre otras cosas.

Ejemplo: analizando como se produce la respuesta inmunitaria mediada por anticuerpos en el ser humano, observaremos que cuando los agentes extraños, virus o bacterias, atraviesan las barreras primarias del cuerpo, como la piel o las mucosas, unas células especializadas llamadas macrófagos, los fagocitan. Además, los dividen en pequeños fragmentos y los exponen sobre la propia membrana plasmática. De este modo son reconocidos por un tipo de glóbulos blancos, los linfocitos T cooperadores. Estos, a su vez, producen nuevas señales que estimulan la diferenciación de otro grupo de glóbulos blancos, los linfocitos B. Estos últimos convertidos en células plasmáticas, sintetizan y liberan unas proteínas específicas contra los antígenos presentados por los macrófagos, los anticuerpos. Anticuerpos que finalmente se adhieren a las bacterias o a las células infectadas por virus y así atraen con mayor avidez a los macrófagos para fagocitarlos.

La membrana celular

La membrana externa que rodea a cada célula (membrana plasmática) y las membranas que envuelven a las organelas celulares tienen una estructura común formada por una doble capa de lípidos que contiene proteínas especializadas, asociadas a su vez a azúcares de superficie. Esta estructura trilaminar (dos líneas densas delgadas -capa interna y capa externa- y una zona más clara entre ellas), conocida como modelo del mosaico fluido (postulado por Seymour Jonathan Singer Y Garth L. Nicolson en 1972) no se ve con el microscopio óptico pero sí mediante el microscopio electrónico.

Las principales funciones de la membrana plasmática de la célula son:

• confiere a la célula su individualidad, al separarla de su entorno
• constituye una barrera con permeabilidad muy selectiva, controlando el intercambio   de sustancias
• controla el flujo de información entre las células y su entorno
• proporciona el medio apropiado para el funcionamiento de las proteínas de membrana

Lípidos

Cada tipo de lípido de membrana posee una cabeza polar superficial (hidrofílica) y dos cadenas de ácidos grasos orientadas hacia el interior de la membrana (hidrofóbicas), por lo que se dice que esa molécula es anfipática.

Los principales lípidos son:

fosfolípidos, representan en torno al 50% del componente lipídico (fosfatidilcolina, esfingomielina, fosfatidilserina y fosfatidiletanolamina). Las débiles fuerzas que unen entre sí a la bicapa permiten a las moléculas de fosfolípidos moverse con cierta libertad en el seno de cada capa, lo que confiere una gran movilidad a la membrana; se disponen rodeando a cierto tipo de proteínas de membrana; de hecho, algunas de esas proteínas necesitan estar asociadas a fosfolípidos específicos

colesterol, hace que la membrana sea menos fluida, pero mecánicamente más estable

glucolípidos, sólo se encuentran en la cara externa de la membrana celular, con los azúcares expuestos hacia el espacio extracelular

Proteínas

Las proteínas pueden formar parte de esa bicapa en forma de proteínas integrales, que atraviesan todo su espesor, o en forma de proteínas periféricas, unidas a la superficie citoplasmática de la bicapa. Algunas de las intrínsecas atraviesan todo el espesor de la membrana (proteínas transmembranosas) y quedan expuestas en las dos superficies; otras proteínas no están fijas y "flotan" en el espesor de la membrana, como icebergs en un mar de lípidos. Aunque los diferentes tipos de proteínas que pueden encontrarse dependen del tipo celular de que se trate, en general tienen unas funciones comunes:

• fijan los filamentos del citoesqueleto a la membrana celular
• fijan las células a la matriz extracelular
• forman canales iónicos que facilitan el paso de iones y moléculas específicas a través de la membrana
• actúan como receptores en los procesos de comunicación entre células
• poseen actividades enzimáticas específicas
• reconocen, por medio de receptores, a antígenos y células extrañas

Azúcares

Por último, los azúcares se encuentran en su mayor parte limitados a la superficie de la membrana celular, formando el glucocálix. Se puede poner en evidencia mediante microscopio electrónico, en forma de una capa blanca por fuera de la membrana celular, formada por azúcares unidos a las proteínas de esa membrana, a los fosfolípidos de la cara externa, o a ambos. Sus principales funciones son:

• proteger la superficie celular contra la interacción de otras proteínas extrañas o lesiones físicas o químicas
• papel en el reconocimiento celular, y en los procesos de rechazos de injertos y transplantes
• participa en los procesos de coagulación de la sangre y en las reacciones inflamatorias, entre otras.
• fecundación: los espermatozoides distinguen los óvulos de la propia especie de los de especies diferentes

¿Sabías que...?

Las integrinas son moléculas que desempeñan un papel fundamental en la unión celular. Se trata de proteínas transmembrana que por un extremo se unen a moléculas del espacio extracelular, y por otro se unen al citoesqueleto. Esta disposición especial les permite actuar como cemento intercelular, además de facilitar el movimiento celular mediante la formación de pseudópodos y de permitir la transmisión de mensajes entre la célula y la matriz que le rodea. Este proceso de unión de las células entre sí y con la matriz extracelular resulta fundamental para la cohesión de los tejidos, y para procesos vitales como la reparación de heridas, mecanismos de defensa frente a infecciones o la coagulación.

A su vez, el espacio o matriz extracelular está formado por una ingente cantidad de macromoléculas: proteínas y polisacáridos formados por las propias células que contactan con ella. Esta matriz es fundamental tanto para el mantenimiento de la cohesión entre las células y tejidos como para determinar el comportamiento de las células que la rodean. En este último aspecto juegan un importante papel los azúcares del glucocálix, que actúan como portadores de información entre las células, dependiendo de su secuencia de monosacáridos y del tipo de ramificaciones que presenten.