La
comunicación celular es la capacidad que tienen todas las células de
intercambiar información fisicoquímica con el medio ambiente y con otras
células. La función principal de la comunicación celular es la de adaptarse a
los cambios que existen en el medio que les rodea para sobrevivir a esos
cambios, gracias al fenómeno de la homeostasis.
Las
células individuales, al igual que los organismos pluricelulares, necesitan
percibir su entorno y responder a él. Una célula típica de vida -incluso una
bacteria primitiva- debe ser capaz de localizar los nutrientes, diferenciar
entre la luz y la oscuridad y evitar sustancias tóxicas predadores. Si la
célula debe tener algún tipo de "vida social" tendrá que ser capaz de
comunicarse con otras células. Por ejemplo, cuando la célula de la levadura
está lista para aparearse secreta una pequeña proteína llamada factor de
apareamiento. Las células de levadura del "sexo" opuesto detectan
este llamado químico y responden deteniendo el progreso del ciclo celular y
dirigiéndose hacia la célula que emitió la señal (Figura 1). En un organismo
pluricelular las cosas son mucho más complicadas. Las células deben interpretar
la gran cantidad de señales que reciben de otras células para poder coordinar
sus comportamientos.
Durante
el desarrollo animal, por ejemplo, las células del embrión intercambian señales
para determinar el papel específico que adoptará cada una, la posición que
ocupará en el animal y si sobrevivirá, se dividirá o morirá; más tarde se
produce una gran variedad de señales que coordinan el crecimiento del animal y
su fisiología y comportamiento diarios. También en las plantas las células
están en constante comunicación. Sus interacciones permiten que respondan a las
condiciones de luz, oscuridad y temperatura que guían sus ciclos de
crecimiento, floración producción de frutos y coordine lo que ocurre en sus
raíces, sus tallos y sus hojas.
Figura
1
En
una comunicación típica entre células la célula señalizadora produce un tipo
especial de molécula señalizadora que es detectada por la célula diana. Las
células diana poseen proteínas receptoras que reconocen y responden en forma
específica a la molécula señalizadora. La transducción de la señal comienza
cuando la proteína receptora de la célula diana recibe una señal extracelular y
la convierte en señales intracelulares que alteran el comportamiento celular.
En
los organismos unicelulares y pluricelulares las células utilizan centenares de
tipos de moléculas extracelulares para enviarse señales – proteínas, péptidos,
aminoácidos, nucleótidos, esteroides, derivados de grasos e incluso gases
disueltos- pero la transmisión de los mensajes depende solo de unos pocos
estilos básicos de comunicación. (Figura 2)
Figura
2
En
los organismos pluricelulares, el modo de comunicación más usual consiste en la
emisión de la señal a todo el cuerpo por medio de la secreción de moléculas
señalizadoras en el torrente sanguíneo (en el caso del animales) o en la savia
(en el caso de los vegetales). Las moléculas señalizadoras que se utilizan en
este tipo de comunicación son las hormonas y en los animales las células que
producen las hormonas se denominan células endocrinas (Figura 2 A). Por
ejemplo, parte del páncreas es una glándula endocrina que produce la hormona
insulina que regula la captación de glucosa en todas las células del cuerpo.
El
proceso conocido como señalización paracrina es menos común. En este caso, en
lugar de ingresar en el torrente sanguíneo las moléculas señalizadoras se
difunden en forma local a través del medio extracelular y permanecen en las
zonas cercanas a la célula que las secreta. Así actúan como mediadores locales
sobre las células vecinas (Figura 2 B). Muchas de las moléculas señalizadoras
que regulan la inflamación en el sitio de una infección o que controlan la
proliferación celular durante la cicatrización de las heridas actúan de esta
manera.
Una
tercera forma de comunicación celular es la señalización neuronal. Al igual que
las células endocrinas, las neuronas pueden enviar mensajes a través de largas
distancias. Sin embargo, en el caso de la señalización neuronal, el mensaje no
se emite en forma amplia sino que se envía de manera rápida y específica a
células diana individuales a través de líneas privadas (Figura 2 C). El axón de
una neurona termina en uniones especializadas (sinapsis) sobre células diana
que pueden estar alejadas del cuerpo celular. Los axones que conectan la médula
espinal con el dedo gordo del pie, por ejemplo, pueden tener más de 1 m de
longitud. Al ser activada por señales del entorno o de otras células nerviosas
la neurona envía impulsos eléctricos a lo largo de su axón a velocidades de
hasta 100 m/seg. Al llegar a la terminación del axón estas señales eléctricas
se convierten en señales químicas: cada impulso eléctrico estimula a la
terminación nerviosa que libera un pulso de una señal química extracelular
llamada neurotransmisor. Luego estos neurotransmisores atraviesan el estrecho
espacio existente entre la membrana de la terminación del axón y la membrana de
la célula diana en menos de 1 mseg.
Una
cuarta forma de comunicación intercelular mediada por señales, la más íntima y
la más cercana de todas, no requiere la liberación de una molécula secretada.
En lugar de secretar moléculas las células entran en contacto directo a través
de moléculas señalizadoras alojadas en sus membranas plasmáticas. El mensaje se
envía cuando una molécula señalizadora anclada en la membrana plasmática de la
célula emisora se une a una molécula receptora ubicada en la membrana
plasmática de la célula diana (Figura 2 D). Durante el desarrollo embrionario,
por ejemplo, esta señalización dependiente del contacto es importante en los
tejidos en los cuales las células adyacentes, que al comienzo son similares, se
especializan de distintas formas.
Para
relacionar estos distintos estilos de señalización, imaginemos que tratamos de
publicitar una conferencia interesante o un concierto o un partido de fútbol.
La señal endocrina será como la transmisión de la información en una estación
de radio. Un volante colocado en un tablón seleccionado será equivalente a una
señal paracrina localizada. Las señales neuronales -a larga distancia pero
personales- serán similares a una llamada telefónica o a un correo electrónico
y la señalización por contacto será como una buena conversación cara a cara, al
estilo antiguo.
Comunicación
autocrina:
La
comunicación autocrina o auto comunicación es la que establece una célula
consigo misma. Este tipo de comunicación es el que establece la neurona
presináptica al captar ella misma en sus receptores celulares, los
neurotransmisores que ha vertido en la sinapsis, para así dejar de secretarlos
o recaptarlos para reutilizarlos. Muchas células en crecimiento como las
células del embrión o las células cancerosas producen factores de crecimiento y
los receptores para esos mismos factores de crecimiento y así perpetuar su
proliferación, controlada en el caso del embrión y descontrolada en el caso del
cáncer.
Interacción
directa entre receptores de membranas celulares
Las
proteínas de membrana plasmática específicas de una célula interactúan en forma
directa con receptores específicos de membrana de la célula adyacente.
Receptores
Un
receptor es un complejo molecular localizado a nivel:
-
Membrana Celular
-
Intracelular:
Citoplasma
Organelas
Núcleo
-
Tiene una unión selectiva con el ligando
-
Genera un efecto biológico
Los
receptores de membrana celular son glucoproteínas o glucolípidos que reconocen
específicamente a un ligando. El ligando también es denominado:
Primer
mensajero
Molécula
señal
Molécula
mensaje
Señal
Biológica
Agonista
Hormona
(Comunicación endocrina)
Constituyen
un 0, 01% menor del total de las proteínas de una célula.
Debido
a ello, es extremadamente difícil purificarlas y caracterizarlas.
Un
receptor específico se localiza solo en algunas células blanco.
Características:
Hidrófilos
(presentan regiones expuestas hacia el medio extracelular de reconocimiento, a
excepción de las hormonas esteroideas, las hormonas tiroideas y el ácido
retinoico).
Concentración
muy baja en la célula
Afinidad
muy alta por el ligando.
Especificidad
de unión muy alta
Alcanzan
su saturación con el ligando a concentración fisiológica del mismo.
Tienen
una unión reversible con el ligando.
Tienen
capacidad de realizar una transducción de la señal.
Ligando
Se
“ajusta” o fija a un sitio del receptor.
La
unión del ligando con su receptor produce un cambio de conformación del
receptor.
Se
inicia una secuencia de reacciones generadoras de una respuesta celular
específica.
No
es metabolizado a productos útiles.
No
es intermediario de actividades celulares.
Carece
de propiedades enzimáticas.
Modifica
las propiedades del receptor; que luego transmite a la célula, la señal de la
presencia de un producto específico en el medio.
Interacción
Ligando-Receptor
Durante
la interacción entre el ligando y el receptor ocurre:
Reconocimiento
espacial: Orientación de átomos. Interacción de electrones.
Cambios
conformacionales
Transferencia
de energía: La energía es utilizada para que otras células realicen cambios
conformacionales.
La
unión de la mayoría de moléculas señal provoca una cascada de reacciones
intracelulares.
La
interacción ligando-receptor puede desencadenar:
- Procesos metabólicos intracelulares.
- Síntesis y secreción de proteínas.
- Cambios en la actividad de enzimas.
- Reconfiguración del citoesqueleto.
- Motilidad celular.
- Cambio en la permeabilidad de canales iónicos.
- Cambios en la composición de fluidos intra y extracelulares.
- Cambios en la expresión de genes.
- Activación de la síntesis del ADN.
- Proliferación celular.
- Crecimiento de tejidos.
- Supervivencia o muerte celular: Apoptosis.
Una
misma molécula puede tener varios receptores. Pero un receptor sólo responde a
un solo tipo de molécula señal (especificidad del receptor).
Localización
de Receptores
Podemos
encontrar receptores en:
Membrana
celular:
Hormonas
Peptídicas.
Neurotransmisores
Fotones
Citoquinas
Factores
de Crecimiento
ATP,
Adenosina
Antígenos
Fragmentos
de Complemento
Inmunoglobulinas,
etc.
Citoplasma:
Hormonas
esteroides
Óxido
Nítrico
Organelas:
Receptor
para IP3
Nucleares:
Hormonas
esteroides
Hormonas
tiroideas
Vitamina
D
