Transducción de Señal

La transducción de señal es el proceso a través del cual se convierte y amplifica una señal extracelular en una señal intracelular que afecta a algunas funciones celulares.

Señalización celular y receptores

Las diferentes células del organismo se comunican entre sí en un proceso llamado señalización celular. Las células producen moléculas señalizadoras como, por ejemplo, las hormonas y neurotransmisores. Cuando estas moléculas señalizadoras alcanzan la célula objetivo se unen a sus respectivos receptores que se encuentran en la membrana plasmática de estas células.

Gran parte de las moléculas señalizadoras no entran hacia el interior de la célula. En vez de eso, el mensaje que estas moléculas traen consigo es transferido, por el proceso de transducción de señal, para moléculas intracelulares (es decir, en el interior de la célula), conduciendo a una respuesta por parte de la célula.

Así, muchas moléculas regulatorias transmiten información para el interior de las células sin que, para ello, tengan que traspasar físicamente la membrana plasmática.

Los receptores son típicamente los primeros componentes del proceso de transducción de señal. Los receptores que llevan a la transducción de señal son los que están en la superficie de la membrana plasmática y que reconocen las moléculas señalizadoras extracelulares.

Una célula envía una señal (e.g. hormona) Transporte(e.g. corriente sanguínea) Recepción (las moléculas señalizadoras se unen al receptor) Transducción de la señal (la señal es propagada en el interior de la célula) Respuesta de la célula

 

Los receptores acoplados a la proteína G son el ejemplo más estudiado de receptores que inician la transducción de señal.

 

Los receptores acoplados a la proteína G inician la transducción de señal

Los receptores acoplados a la proteína G, tal como el propio nombre indica, las proteínas G. Las proteínas G son un grupo de proteínas reguladoras envueltas en muchas vías de transducción de señal.

Los receptores activan la proteína G cuando se conectan a sus uniones que son las moléculas señalizadoras. La proteína G activada va, a su vez, a activar una enzima membranar. La enzima va a llevar a la producción de moléculas que van a propagar la señal, conocidas como mensajeros secundarios.

La proteína G establece un puente de contacto entre la recepción de la señal extracelular y la transmisión de la señal para el interior de la célula a través de mensajeros secundarios. La proteína G puede llevar a varias vías de transducción de señal con diferentes mensajeros secundarios.

 

Unión del ligando al receptor

Activación de la proteína G

Activación de una enzima membranar

Formación/ activación de mensajeros secundarios

Activación de moléculas intermediarias

Respuesta celular

 

La proteína G puede promover la formación del segundo mensajero cAMP

Tras la unión del ligando (una molécula señalizadora extracelular) al receptor en la membrana plasmática, la proteína G sufre una alteración conformacional y se une y activa la enzima adenilato ciclasa. Esta enzima se encuentra en la cara citoplasmática de la membrana plasmática y va a catalizar la síntesis de adenosina monofosfato cíclico (cAMP) a partir de la molécula de ATP.

El cAMP funciona como mensajero secundario y va a activar la cinasa A. Esta enzima transfiere el grupo fosfato terminal de una molécula de ATP para un grupo hidroxílico específico de una proteína objetivo – un proceso llamado fosforilación.

La proteína fosforilada queda activada y va a desempeñar una función en el metabolismo de la célula.

Unión del ligando al receptor

Activación de la proteína G

Activación del adenilato ciclasa

Conversión de ATP en cAMP (mensajero secundario)

Activación de la cinasa A

Fosforilación de proteínas

Respuesta celular

 

La proteína G puede usar fosfolípidos en la formación de mensajeros secundarios

Alternativamente, la proteína G puede activar la fosfolipasa C. Esta enzima, localizada en la membrana plasmática, promueve la conversión de un fosfolípido membranar, el PIP, (fosfotidil inositol-4,5-bifosfato) en dos productos que funcionan ambos como mensajeros secundarios:

  1. DAG(diacilglicerol);
  2. IP3(inositol trifosfato).

El DAG permanece en la membrana plasmática donde, en combinación con iones de calcio, activa la enzima cinasa C. Esta enzima va a fosforilar proteínas objetivos.

Por su lado, el IP se desplaza para el retículo endoplasmático y se une a los canales de calcio de este organelo. Los canales de calcio, a su vez, liberan calcio para el citosol. Lo iones de calcio, otros mensajeros secundarios que desempeñan varias funciones en las células.

Unión del ligando al receptor

Activación de la proteína G

Activación de la Fosfolipasa C

Quiebra del fosfolípido PIP2

Formación de DAG

Formación de IP3

Activación de la cinasa C

Unión a los canales de calcio en el retículo endoplasmático

Fosforilación de proteínas

Iones de calcio liberados en el citosol

Respuesta celular

Respuesta celular

 

En la transducción de señal, la señal es amplificada

Las moléculas señalizadoras están generalmente presentes en concentraciones diminutas, pero tienen normalmente un efecto profundo en la célula.

La señal es amplificada a lo largo de una vía de transducción de señal. Pues, la transducción de señal envuelve una serie de reacciones en cascada que se repiten sucesivamente, incluso en la presencia de apenas una molécula señalizadora que se une a su receptor diversas veces.

 

La transducción de señal tiene mecanismo para ser finalizada

Una vez que la señal ha sido transmitida, la transducción de señal es interrumpida. En la terminación de la señal, el receptor y todos los componentes de la transducción de señal son inactivados, esta inactivación permite que la célula responda a otras señales.

Por ejemplo, el aumento del segundo mensajero cAMP es apenas temporal, pues él es inactivado por la enzima fosfodiesterasa que lo convierte en apenas AMP.

De modo semejante, las fosfatasas remueven los grupos fosfatos de las proteínas, inactivándolas.

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References:

  • Cooper, G. M., & Hausman, R. E. (2013). The cell: A molecular approach. Washington: ASM; Sunderland.
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