Mecanismo de transmisión de señales celulares
La superficie celular, denominada glucocáliz, actúa como un panel sensorial peculiar. Contiene un conjunto específico de receptores responsables de reaccionar con diversos agentes que no son capaces de disolverse por sí mismos en los lípidos ni de atravesar la membrana.
El proceso de transmisión de señales se puede dividir en tres etapas secuenciales:
- Interacción del receptor de membrana con la molécula ligando en la superficie externa de la célula.
- Transmisión de la señal recibida a través del espesor de la membrana plasmática.
- Activación de moléculas de señalización secundaria dentro de la célula.
Numerosas sustancias biológicamente activas actúan como ligandos que se unen a los receptores. Entre ellas se encuentran: el estrógeno, la hormona del crecimiento, la insulina, el factor de crecimiento insulínico (IGF), así como las hormonas foliculoestimulante (FSH), luteinizante, adrenocorticotrópica (ACTH) y tirotrópica (TSH).
El resultado de dicha activación es el inicio de la transmisión secundaria. Esto conduce a la activación de enzimas específicas, la activación de proteínas de unión al ADN y el posible traslado del sustrato directamente al núcleo celular. El resultado final suele ser la iniciación de la transcripción de un conjunto estrictamente específico de genes.
Sistema de la adenilato ciclasa (ejemplo de la insulina)
Un ejemplo clásico de la función receptora es el funcionamiento del sistema de la adenilato ciclasa. Veámoslo utilizando el ejemplo del receptor de insulina. Por su estructura, es una glucoproteína grande que atraviesa por completo el plasmalema (es transmembrana). Consta de una parte receptora externa y un dominio catalítico interno.
Mecanismo de acción:
- La hormona se une específicamente a la parte receptora externa.
- Esta interacción activa instantáneamente la parte catalítica intracelular: la enzima adenilato ciclasa.
- La adenilato ciclasa comienza a catalizar activamente la síntesis de adenosina monofosfato cíclico (AMPc) a partir de moléculas de ATP.
El AMPc formado desempeña un papel crucial como segundo mensajero. Regula la velocidad de los procesos intracelulares, provoca la inhibición o activación de las enzimas del metabolismo y amplifica repetidamente la respuesta primaria de la célula a la señal hormonal.
En el caso de la insulina, la cascada de estas reacciones conduce a un aumento de la permeabilidad del plasmalema celular a la glucosa, a la aceleración de los procesos de conversión de la glucosa en glucógeno de reserva y a un aumento significativo en la síntesis de lípidos.
Patologías del aparato receptor
La alteración de la estructura normal o de la función de los receptores conduce inevitablemente al desarrollo de enfermedades graves, ya que las células pierden la capacidad de responder adecuadamente a las señales reguladoras del organismo.
- Diabetes mellitus tipo 2. Se desarrolla debido a una alteración grave en la función de los receptores de insulina ubicados en las células musculares y adiposas. Los tejidos dejan de asimilar la glucosa.
- Síndrome de Morris (feminización testicular). La causa de esta enfermedad son mutaciones genéticas en los genes que codifican los receptores de las hormonas sexuales. La consecuencia de dicha insensibilidad es una alteración profunda en la diferenciación sexual del organismo en desarrollo.
- Intoxicación por curare. La entrada de la toxina provoca un bloqueo severo de los receptores destinados a la unión del mediador acetilcolina. Una consecuencia directa de esto es la alteración completa de la conducción del impulso nervioso, lo que provoca un paro respiratorio y la muerte.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Qué tipos de receptores de membrana existen según el mecanismo de transducción de señales?
Los receptores de membrana se dividen en tres grupos principales dependiendo de cómo se transmite la señal a los efectores intracelulares. Estos son:
- Receptores ionotrópicos: contienen una subunidad que une la molécula de señal y forma un canal iónico.
- Receptores catalíticos: están directamente acoplados a enzimas y muestran su propia actividad enzimática tras la unión del ligando.
- Receptores metabotrópicos: transmiten la señal a las enzimas intracelulares mediante proteínas G de membrana que activan la formación de segundos mensajeros.
¿Qué otros segundos mensajeros (mensajeros), además del AMPc, funcionan en la célula?
Dentro de la célula, la función de los segundos mensajeros, además del AMPc, es realizada por varias otras moléculas que participan en la transducción de señales. Estas incluyen:
- GMPc: monofosfato de guanosina cíclico 3',5';
- IP₃: trifosfato de inositol-1,4,5;
- DAG: diacilglicerol;
- Ca²⁺: iones de calcio.
¿Cuál es el papel de las proteínas G en el funcionamiento del sistema de la adenilato ciclasa?
Las proteínas G actúan como un enlace entre el receptor de membrana y la enzima adenilato ciclasa. Tras la unión de la hormona al receptor, se produce la activación de la proteína G. A su vez, la proteína G activada activa la enzima adenilato ciclasa. Esto conduce a la catálisis de la formación de AMP cíclico (AMPc) a partir de ATP, el cual actúa como un segundo mensajero que transmite la señal a las proteínas y enzimas del citosol para modificar su actividad funcional.
¿A partir de qué estructuras químicas y moléculas se forma el glucocáliz de la membrana celular?
El glucocáliz es un complejo supramembranoso en la superficie externa de la membrana, formado por componentes de hidratos de carbono.
En las fuentes se describe como cadenas largas y ramificadas de carbohidratos, así como oligosacáridos unidos a proteínas o lípidos.
En su formación participan:
- Glucoproteínas: cadenas de carbohidratos unidas a proteínas de membrana.
- Glucolípidos: cadenas de carbohidratos unidas a los lípidos de la membrana.
Respecto a los carbohidratos de la membrana, se indica que las glucoproteínas y los glucolípidos representan hasta el 10% de la composición de la membrana. En una de las fuentes, la composición de la capa supramembranosa también se describe como glucoproteínas de membrana y diversas enzimas.
¿Cuál es el verdadero mecanismo de acción del receptor de insulina (con participación de tirosina cinasa), a diferencia del esquema simplificado con la adenilato ciclasa?
El mecanismo de acción del receptor de insulina se basa en su propia actividad de tirosina cinasa.
El receptor tiene dos subunidades α extracelulares que unen la insulina y dos subunidades β transmembrana que poseen actividad de tirosina cinasa.
Secuencia de activación:
- La insulina se une a las subunidades α del receptor.
- Se modifica la conformación de las subunidades β vecinas, las cuales se aproximan.
- Se produce una transfosforilación o autofosforilación: una subunidad β fosforila a la otra en los residuos de tirosina.
- Los residuos de tirosina fosforilados se convierten en «lugares de anclaje» para las proteínas del receptor de insulina.
- Se fosforila el sustrato del receptor de insulina IRS-1.
- El IRS-1 se une a la PI3-cinasa.
- Se forma PIP₃, lo que conduce a la activación de la proteincinasa B (Akt/PKB).
Las consecuencias de esta cascada incluyen la translocación de GLUT-4 del citoplasma a la membrana plasmática, la activación de la glucógeno sintasa, la hidrólisis del AMPc por la fosfodiesterasa y la desfosforilación de enzimas clave del metabolismo por parte de las fosfoproteín fosfatasas.
Para recordar las etapas de la transmisión de señales, ayuda la regla de las tres «P»: Superficie (unión del ligando) → Paso (transmisión a través de la membrana) → Mediador (activación de moléculas secundarias).
Preguntas de clases y exámenes
¿Qué es un segundo mensajero?
El segundo mensajero (por ejemplo, el AMPc) se sintetiza dentro de la célula en respuesta a una señal externa. Regula la velocidad de los procesos internos, controla la actividad de las enzimas metabólicas y amplifica significativamente la respuesta de la célula.
¿Cómo está estructurado el receptor de insulina?
Se trata de una glucoproteína transmembrana. Consta de una parte receptora externa que une directamente la hormona y una parte catalítica intracelular que activa la enzima adenilato ciclasa.
¿Por qué el envenenamiento por curare es mortal?
El veneno de curare bloquea específicamente los receptores de membrana para la acetilcolina. Esto interrumpe la conducción de los impulsos nerviosos hacia la musculatura, provocando un paro respiratorio debido a la parálisis muscular.
Qué más repasar sobre el tema
- Clasificación de los receptores según sus mecanismos de activación
- Características de la transmisión de señales por hormonas peptídicas
- Proceso de translocación del sustrato al núcleo e iniciación de la transcripción
- Genética de las mutaciones de los receptores en el síndrome de Morris
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