Propósito de la señalización celular
Las células de un organismo pluricelular intercambian información constantemente para coordinar el crecimiento, la división y la actividad funcional. La transmisión de señales se realiza mediante moléculas señalizadoras: hormonas, neurotransmisores, inmunomediadores y factores de crecimiento. Como respuesta a los cambios en el medio externo o interno, la célula de origen libera dichas moléculas y la célula diana modifica su actividad: activa o inhibe procesos intracelulares, se divide o secreta proteínas.
La interacción de una molécula señalizadora con la célula se describe según el principio de «llave-cerradura»: el ligando tiene una conformación única y centros activos que son complementarios a un receptor estrictamente determinado. Esto garantiza la especificidad de la señalización; a cada hormona le corresponde su propio receptor.
Tipos de receptores y su organización de dominios
Los receptores se dividen en dos grupos:
- Membranales: integrados en la membrana plasmática;
- Citoplasmáticos: ubicados en el citoplasma o en el núcleo de la célula.
En un receptor membranal se distinguen tres dominios: el supramembranal (receptor), que se une al ligando; el transmembranal, que atraviesa la bicapa; y el submembranal (efector), responsable de la respuesta intracelular.
El receptor citoplasmático contiene un dominio de unión a señales, un dominio de unión al ADN y un dominio efector. La presencia de una región de unión al ADN significa que dicho receptor actúa sobre procesos matriciales: transcripción y traducción.
Respuestas rápidas y lentas
El tipo de respuesta celular está determinado por el tipo de receptor:
- Receptor membranal → respuesta rápida. Tras la unión del ligando, el dominio efector modifica la actividad de proteínas intracelulares ya existentes (fosforilación, desfosforilación, cambio conformacional). Esto toma segundos.
- Receptor citoplasmático → respuesta lenta. Una molécula señalizadora lipofílica difunde a través de la membrana, se une al receptor en el citoplasma o núcleo, el complejo interactúa con el ADN, se inicia la transcripción y la traducción, y se sintetiza una nueva proteína. El proceso requiere considerablemente más tiempo.
La sinapsis química como ejemplo de respuesta rápida
Entra Ca²⁺ en la terminación axónica a través de canales dependientes de voltaje. El calcio estimula la fusión de las vesículas con la membrana presináptica y la liberación de acetilcolina en la hendidura sináptica. El mediador se une al receptor de la membrana postsináptica (por ejemplo, de una célula muscular), lo que conduce a la apertura del canal de sodio. El cambio en el potencial de membrana abre canales de calcio dependientes de voltaje, y el calcio que entra desencadena la contracción muscular.
Sistemas de adenilatociclasa y guanilatociclasa
La hormona se une al receptor membranal, lo que activa la proteína G, compuesta por las subunidades α, β y γ. La subunidad α intercambia GDP por GTP, se separa y difunde a lo largo de la membrana hacia la enzima adenilatociclasa. La enzima convierte el ATP en AMPc, un segundo mensajero. El AMPc activa la proteína cinasa A, la cual fosforila proteínas diana, activándolas o desactivándolas.
El sistema de la guanilatociclasa funciona de manera similar: la enzima guanilatociclasa sintetiza GMPc a partir de GTP, activando la proteína cinasa G. El resultado es la fosforilación de proteínas, por ejemplo, la relajación de los miocitos lisos vasculares.
La fosfodiesterasa degrada el AMPc a AMP, inactivando la señal, y actúa como antagonista del sistema de la adenilatociclasa.
Sistema de la fosfolipasa
Tras la activación de la proteína G, la subunidad α con GTP activa la fosfolipasa C. La enzima escinde un fosfolípido de membrana en dos segundos mensajeros:
- El diacilglicerol (DAG) permanece en la membrana y difunde hacia la proteína cinasa C, la cual fosforila proteínas;
- El inositol-1,4,5-trifosfato (IP₃) se une al receptor del retículo endoplásmico y abre los canales de calcio. El Ca²⁺ sale al citoplasma como tercer mensajero y desencadena la contracción muscular, la exocitosis y otros procesos.
Ejemplos clínico-farmacológicos
La cafeína potencia el sistema de la adenilatociclasa e inhibe la fosfodiesterasa, por lo que el AMPc se acumula y la proteína cinasa A trabaja con mayor intensidad. El efecto de alerta no se debe a la aparición de nueva energía, sino al uso máximo de las reservas metabólicas existentes.
La toxina colérica de Vibrio cholerae activa de forma irreversible la proteína G de los enterocitos, lo que provoca una actividad sostenida de la adenilatociclasa y la acumulación de AMPc. La proteína cinasa A fosforila el canal de cloro: el Cl⁻ sale a la luz intestinal, seguido por Na⁺ y agua debido a un gradiente osmótico. Se desarrolla diarrea profusa y deshidratación grave.
Puntos clave
- Las moléculas señalizadoras interactúan con los receptores según el principio de «llave-cerradura».
- Los receptores membranales proporcionan una respuesta rápida mediante la modificación de la actividad de proteínas ya existentes.
- Los receptores citoplasmáticos activan una respuesta lenta a través de la síntesis de nuevas proteínas.
- La proteína G es un interruptor universal: el intercambio de GDP/GTP en la subunidad α desencadena una cascada.
- Sistema de adenilatociclasa: AMPc → proteína cinasa A → fosforilación de proteínas.
- El sistema de la fosfolipasa produce dos mensajeros: DAG (PKC) e IP₃ (liberación de Ca²⁺ del RE).
- La fosfodiesterasa degrada el AMPc y suprime la vía de la adenilatociclasa.
- La toxina colérica y la cafeína son ilustraciones clínicas de la estimulación patológica y farmacológica de la señalización por AMPc.