Recepción de Señales

Definición de señalización celular

La señalizacióncelular es el proceso por el que una célula reacciona a las señales -típicamente de naturaleza química- de su entorno externo a través de receptores proteicos. La señalización celular puede tener lugar entre células(señalización intercelular) y dentro de la célula(señalizaciónintracelular).

Existen varios tipos de señalización celular. Las células pueden liberar ligandos que se unen a receptores dentro de la misma célula. Este proceso se denomina señalización autocrina. Las células también pueden comunicarse con células cercanas en un proceso denominado señalización paracrina. Las células de un organismo también pueden recibir señales a través de hormonas procedentes de células de partes distantes del cuerpo. Este proceso se denomina señalización endocrina.

Tres etapas de la señalización celular: recepción, transducción y respuesta

La señalización celular tiene tres etapas básicas:

1. Recepciónde la señal: La célula detecta una señal cuando una molécula señalizadora llamada ligando se une a una proteína receptora de la superficie celular.

2. Transducción de la señal: El ligando reconfigura la proteína receptora. La señal es transmitida por cada molécula que cambia a la siguiente molécula de la vía.

3. Respuesta celular: La señal inicia un proceso celular específico.

Este artículo se centrará en el primer paso de la señalización celular, la recepción de la señal.

Definición de recepción de señales, ligandos y receptores en biología

La recepción de la señal se produce cuando un ligando se une a una proteína receptora en o sobre la superficie de la membrana plasmática. Un ligando es una molécula que emite señales, mientras que un receptor es una molécula a la que se une un ligando. Tras la unión del ligando, los receptores inician una respuesta fisiológica.

Tanto los ligandos como los receptores tienen un alto nivel de especificidad: normalmente, un ligando se une a un receptor específico. Por ejemplo, los receptores del factor de crecimiento se unen a los factores de crecimiento (y distintos subtipos de receptores pueden unirse a distintos tipos de factores de crecimiento), y los receptores de la dopamina se unen a la dopamina. Además de las señales químicas, algunos receptores también pueden detectar la luz, el calor, la presión y otros estímulos externos.

Tipos de ligandos

Los ligandos tienen diferentes formas y tamaños. Aquí hablaremos de los ligandos hidrófobos y de los ligandos hidrosolubles.

Ligandos hidrófobos pequeños

Los ligandoshidrófobos pequeños, como las hormonas esteroideas, se difunden directamente a través del interior de la membrana plasmática e interaccionan con los receptores internos o citoplasmáticos. Algunas hormonas esteroideas también pueden unirse a receptores situados en la superficie celular.

Los esteroides son lípidos con cuatro anillos fusionados en su esqueleto de hidrocarburos, que están conectados a diversos grupos funcionales según el tipo de esteroide. La testosterona (la hormona sexual masculina), el estradiol (la hormona sexual femenina) y el colesterol (un elemento estructural crucial de las membranas biológicas y precursor de las hormonas esteroideas) son ejemplos de hormonas esteroideas.

Ligandos hidrosolubles

Los ligandoshidrosolubles son polares, por lo que no pueden atravesar por sí solos la membrana plasmática. También hay ligandos hidrosolubles que son demasiado grandes para penetrar en la membrana. Por ello, la mayoría de los ligandos hidrosolubles se unen a receptores de la superficie celular en la membrana plasmática, donde las señales extracelulares se convierten en señales intracelulares. Este grupo de ligandos incluye péptidos y proteínas.

Tipos de receptores celulares

Hay dos tipos de receptores celulares: los internos y los de la superficie celular. También examinaremos las tres categorías principales de receptores de superficie celular.

Receptores internos

Receptores de la superficie celular

Los receptores de la superficie celular abarcan la membrana plasmática, lo que significa que cada receptor tiene dominios extracelulares (fuera de la célula), transmembrana (en el interior de la membrana celular) y citoplasmáticos o intracelulares (en el citoplasma).

A diferencia de los receptores internos, los receptores de la superficie celular necesitan convertir las señales extracelulares en señales intracelulares en un proceso denominado transducción de señales. Los ligandos que se unen a los receptores de la superficie celular no necesitan entrar en la célula.

Receptores de canales iónicos

Los receptores proteínicos ligados a canales iónicos funcionan uniéndose a un ligando y abriendo después un canal a través de la membrana plasmática que permite el paso de iones específicos (Fig. 1).

Este tipo de receptor de la superficie celular tiene una amplia región de membrana en la que se puede construir un canal. Muchos aminoácidos de la región transmembrana son hidrófobos, por lo que pueden interactuar con las colas de ácidos grasos fosfolípidos que constituyen el núcleo de la membrana plasmática.

Por otra parte, los aminoácidos que recubren el interior del canal iónico son hidrófilos, por lo que pueden permitir el paso de agua o iones. Cuando un ligando se une a la región extracelular del canal, las proteínas experimentan un cambio de forma para acomodar la entrada de iones como el sodio, el calcio y el hidrógeno.

Receptores ligados a enzimas

Los receptores ligados a enzimas se encuentran en la superficie de la membrana celular. Algunos tienen un dominio intracelular que interactúa con las enzimas, mientras que otros tienen un dominio intracelular que es, en sí mismo, una enzima. La mayoría de los receptores ligados a enzimas tienen grandes dominios extracelulares e intracelulares, y la región que abarca la membrana consiste en una única región alfa-hélica de una cadena peptídica.

Cuando un ligando se une a la región extracelular, se envía una señal a través de la membrana, que activa la enzima. La enzima activada desencadena una serie de reacciones que conducen a una respuesta celular.

Los receptores enzimáticos permiten que las moléculas señalizadoras influyan en la función celular sin entrar realmente en la célula, ya que interactúan tanto con las señales extracelulares como con las moléculas presentes en el interior de la célula. Esto es crucial, ya que la mayoría de las moléculas señalizadoras están cargadas o son demasiado grandes para atravesar la membrana plasmática.

Receptores acoplados a proteínas G

Los receptores acoplados a proteínas G funcionan uniendo un ligando y activando a continuación un tipo de proteína de membrana conocida como proteína G, que interactúa entonces con un canal iónico o una enzima de la membrana plasmática. Las proteínas G están formadas por varias subunidades:

• La subunidad alfa (Gα) se une e hidroliza el trifosfato de guanosina (GTP).

• Las subunidades beta y gamma (Gβγ) inhiben a Gα y participan en las reacciones de señalización

Los receptores acoplados a proteínas G abarcan 7 veces la membrana y contienen un dominio de intercambio de nucleótidos de guanina (GEF).

Así, cuando los receptores acoplados a proteínas G unen ligandos, el dominio GEF cataliza Gα para unir GTP. El Gα-GTP se disocia del Gβγ, y entonces algunas subunidades Gα estimulan las actividades de las enzimas posteriores de la serie, mientras que otras las inhiben (Fig. 2).

Ejemplo de recepción de señales en biología

Un ejemplo de receptor ligado a una enzima es el receptor tirosina cinasa (Fig. 3). Una proteína cinasa añade grupos fosfato del ATP a una molécula de proteína. El receptor tirosina cinasa transfiere grupos fosfato específicamente a residuos de tirosina.

Cuando las moléculas señal se unen a la región extracelular de dos receptores tirosina cinasa adyacentes, los dos receptores sufren una dimerización. A continuación, los residuos de tirosina del dominio intracelular de los receptores se fosforilan, lo que les permite transmitir la señal al siguiente mensajero dentro del citoplasma.