MEMBRANA CELULAR - COMUNICACION INTERCELULAR 2019

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Nivel de Organización Celular Los tres dominios del mundo viviente

PROCARIOTAS

EUCARIOTAS

"Therefore I should infer from analogy that probably all the organic beings which have ever lived on this earth have descended from some one primordial form…”

Darwin, C. (1859), The Origin of Species by Means of Natural Selection, John Murray, p. 490

El organismo humano • cuerpo humano = >200 tipos distintos de células • todas ellas provienen de una única célula (división + diferenciación celular) • la complejidad del organismo depende de la diferente función que cada tipo celular tiene. • todas tienen la misma información genética • la diferente estructura y función dependen de la activación y silenciamiento de distintos conjuntos de genes • esto depende en gran medida de las señales que la célula recibe de su entorno.

• De la célula huevo, al dividirse mitóticamente surgen dos células iguales, pero que tienen zonas particularmente diferentes (zona en contacto con la otra célula y zona de contacto con el medio ambiente). • Al volver a dividirse en sucesivas divisiones mitóticas se va formando una masa de células (mórula), donde las células ya no son todas equivalentes • Como vemos la funcionalidad de una célula depende de su composición pero también y de su relación con su microambiente, dentro del cual se encuentra las otras células del organismo.

DIVERSIDAD DE LOS TIPOS CELULARES EN LOS ORGANISMOS PLURICELULARES

• El tamaño de las células del cuerpo humano varía considerablemente, desde unos 4 μm de diámetro (células grano del cerebelo) a las más grandes de 250 μm de diámetro (ovocito).

SUB-ATÓMICO ATÓMICO

Las estructuras de los niveles más bajos tienen dimensiones muy pequeñas.... Por eso se utilizan las siguientes unidades métricas... 1Å 10-10 m

C O MOLECULAR M P MACROMOLECULAR L MACROMOLECULAR E COMPLEJO J CELULAR I D TISULAR A D ÓRGANOS SISTEMAS DE ÓRGANOS

...

1 nm

10-9 m

1 μm

10-6 m

1 mm

10-3 m

Recordar que: Ejemplos en el hombre (diámetro aproximado) ______________________________________________________________________

1 cm= 0,01 m

1 mm = 0,001 m = 0,1 cm

1 µm = 0,001 mm = 10-6m

1 nm=0,001 µm = 10-9m

1 Å = 0,1 nm= 10-10m

globo ocular : 2,5 cm

grosor del pelo: 0,07 mm ovocito maduro: 0,25 mm

eritrocito: 7,5 µm

microtúbulo: 25 nm microfilamento: 5 nm grosor de la membrana plasmática: 75 Å

LA MEMBRANA CELULAR ❑ constituye la frontera física de la célula, delimitando lo intracelular de lo extracelular

❑ regula el contenido químico de la célula a través de un riguroso control sobre las moléculas que la atraviesan ❑ permite el intercambio de información entre la célula y su ambiente (hormonas, antígenos) ❑ contribuye a “fijar” la célula a los elementos que la circundan ❑ contribuye al movimiento celular

7-10 nm

La membrana plasmática está formada por una bicapa lipídica compuesta por fosfolípidos que se colocan con las cabezas polares hacia fuera y las ramas apolares hacia adentro.

En la bicapa se insertan proteínas de diversos tipos. Un 40-50% del peso de la membrana pueden ser proteínas, y un 10% carbohidratos.

Los fosfolípidos se ensamblan espontáneamente en un medio acuoso colocando sus porciones polares hacia fuera y las apolares hacia adentro. Al estar unidos por enlaces débiles pueden girar, desplazarse e intercambiar sus posiciones y esto permite cierta fluidez en la bicapa

Las proteínas se encargan de las funciones de transporte de materiales de un lado al otro de la membrana, también de la unión a otras células y de la recepción de señales de comunicación.

Integrales: unidas con enlaces fuertes a los lípidos de membrana, pueden atravesar una o más veces la membrana (dominios transmembrana) o estar unidas a la parte interna o externa de la membrana . Periféricas: están unidas débilmente a las cabezas polares de los lípidos de la membrana o a otras proteínas

FUNCIONES DE LAS PROTEÍNAS DE MEMBRANA

FUNCIÓN

EJEMPLO

Transportadoras

Acuaporinas, Bomba Na+-K+, GLUT-4

Enzimas

Adenilatociclasa, JAK, PLC

Estructurales

Caveolinas, clatrina

Receptores

AC, receptores ligados a prot. G, rec. para insulina

De adhesión

Integrinas, N-CAM, cadherinas, selectina

Propiedades básicas de la célula Célula= unidad anatómica y funcional de todo ser vivo, con capacidad de: • Autorreplicación (información genética) • Síntesis de macromoléculas (estructurales/ funcionales) • Obtención de energía para procesos vitales • Recepción y procesamiento de señales del medio ambiente • Secreción de moléculas que le permiten interactuar con el medio.

Propiedades básicas de la célula Célula= unidad anatómica y funcional de todo ser vivo, con capacidad de: • Autorreplicación (información genética) • Síntesis de macromoléculas (estructurales/ funcionales) • Obtención de energía para procesos vitales • Recepción y procesamiento de INTERCAMBIO señales del medio ambiente DE • Secreción de moléculas que le INFORMACION permiten interactuar con el medio.

Allá por 1849, Berthold inauguró la endocrinología haciendo que un gallo capón recuperase cresta, canto y conducta de gallo pisador cuando los testículos de un congénere le fueron implantados en la cavidad abdominal

Comunicación celular •información

Célula emisora

•señales extracelulares (primeros mensajeros o mensajeros químicos) •distancias variables

•modificar las respuestas en otras células (excitadoras, inhibidoras o moduladoras). (Respuestas rápidas o lentas).

Célula blanco (diana)

Comunicación intercelular SERES UNICELULARES

ORGANISMOS MULTICELULARES

Especialización celular VENTAJAS: adquisición de nuevas funciones, mayor tamaño, explotación más eficiente de los recursos, mayor capacidad de adaptación… NECESIDAD: los tejidos especializados requieren señales que coordinen sus funciones FORMAS: directa (uniones gap), por contacto (yuxtacrina), a distancia (paracrina, endocrina, etc.)

Comunicación intercelular DIRECTA (UNIONES GAP)

Ejemplo: flujo iónico entre dos cardiomiocitos

Dvorkin MA y otros: Best y Taylor. Bases Fisiológicas de la Práctica Médica. Editorial Panamericana, 2004

Comunicación intercelular YUXTACRINA (POR CONTACTO)

Ejemplo: presentación de antígenos en el sistema inmune

Dvorkin MA y otros: Best y Taylor. Bases Fisiológicas de la Práctica Médica. Editorial Panamericana, 2004

Comunicación intercelular PARACRINA (LIQUIDO INTERCELULAR O INTERSTICIAL)

Ejemplo: interacciones parácrinas entre las células del islote de Langerhans

Dvorkin MA y otros: Best y Taylor. Bases Fisiológicas de la Práctica Médica. Editorial Panamericana, 2004

Comunicación intercelular ENDOCRINA (SANGRE)

Ejemplo: las hormonas tiroideas viajan por sangre y actúan sobre los miocardiocitos aumentando su frecuencia de descarga

Dvorkin MA y otros: Best y Taylor. Bases Fisiológicas de la Práctica Médica. Editorial Panamericana, 2004

Comunicación intercelular SINAPSIS (HENDIDURA SINAPTICA)

Ejemplo: las sinapsis entre las neuronas piramidales y las motoneuronas alfa en la médula espinal Dvorkin MA y otros: Best y Taylor. Bases Fisiológicas de la Práctica Médica. Editorial Panamericana, 2004

Comunicación intercelular -UNA MISMA SUSTANCIA PUEDE SER NEUROTRANSMISOR U HORMONA (por ejemplo la dopamina)

- ESTA FUNCION (NEUROTRANSMISOR, HORMONA)NO ESTA DADA POR LA IDENTIDAD QUIMICA, SINO POR EL CAMINO RECORRIDO

Comunicación intercelular

EL MENSAJE ENTRE DOS CELULAS REQUIERE ADEMÁS, PARA PODER INDUCIR LOS CAMBIOS FUNCIONALES DESTINADOS A SATISFACER LA NECESIDAD BIOLOGICA QUE LE DIO ORIGEN, DE - RECEPTORES - SISTEMAS DE TRANSDUCCION INTRACELULAR - EFECTORES (ENZIMAS, CANALES IONICOS)

Etapas de la comunicación celular 1) síntesis celular del mensajero químico. 2) secreción del mensajero por la célula emisora. 3) transporte del mensajero hasta la célula blanco.

4) detección / recepción del mensajero (señal) por un receptor celular (proteína) 5) transmisión intracelular de la señal (transducción de señal) y cambio en el status celular (metabolismo, expresión génica, etc.) 6) eliminación (degradación) de la señal (interrupción del proceso).

Receptores de membrana

Los mensajeros extracelulares se pueden unir a receptores de superficie o a receptores intracelulares

Receptores intracelulares

La transducción de señales es el proceso por el que un tipo de señal es convertido en otro.

(A) Un teléfono convierte una señal eléctrica en una señal sonora.

(B) En una célula blanco, la señal extracelular (molécula A) se convierte en una señal intracelular (molécula B).

Mensajeros químicos clasificados de acuerdo a su naturaleza química 1) los liposolubles con receptores intracelulares (p.e. esteroides, tiroxina y ácido retinoico) 2) los de naturaleza hidrosoluble con receptores de superficie celular (p.ej. aminoácidos, purinas, polipéptidos, aminas) 3) los gases, como el óxido nítrico (NO) y el monóxido de carbono (CO)

Moléculas de comunicación intercelular Mensajeros (hormonas, neurotransmisores, mediadores parácrinos y otras yerbas) l Esenciales para la organización multicelular – teniendo en cuenta la especialización de los tejidos – dado el tamaño que adquieren dichos organismos l

Solubles en el medio extracelular y otros liquidos corporales

Receptores de membrana l

Ionotrópicos – asociados a canales iónicos – su activación induce cambios rápidos en la conductividad de la membrana a iones específicos (en forma primaria)

l

Metabotrópicos

– asociados a sistemas enzimáticos (tirosinaquinasa, adenilciclasa, etc.) – su activación induce cambios en la concentración de mensajeros intracelulares (AMPc, IP3), pero también de iones como el Ca++

1. Receptores-canales o receptores ionotrópicos o canales iónicos regulados por un ligando.

2. Receptores ligados a tirosina quinasa

L Receptor

L

Espacio extracelular

Membrana Citoplasma

Tirosina quinasa

3. Receptores con actividad enzimática intrínseca. N

N

N

N

N

Cadenas  Cadena  N -S-S-

Espacio extracelular

N

-S-S-

C

-S-S-

C

Membrana Citoplasma C

C

C C

Receptor de insulina, Receptor del factor de crecimiento tipo insulínico 1 (IGF-1)

Receptor del factor de crecimiento epidérmico (EGF)

Receptor del factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF), Receptor de factor estimulante de colonias 1 (CSF-1)

C

Receptor del factor de crecimiento de fibroblástos (FGF),

La misma señal química puede inducir diferentes respuestas en diferentes células blanco

Receptores intracelulares l

Citoplasmáticos – asociados a proteínas de shock térmico – su activación induce migración del complejo H+R al núcleo, y la activación/represión de genes

l

Intranucleares

– asociados a sitios reguladores de la transducción – su activación requiere de la presencia de RXR

Vías de señalización intracelular

ADEMAS DE LA AMPLIFICACION DE LA SEÑAL, LAS CADENAS DE SEÑALIZACION EFECTUAN LA DISTRIBUCION EL MENSAJE DENTRO DE LA CELULA Y PERMITEN SU MODULACION (CROSS-TALK CON VIAS SINERGICAS/ANTAGONICAS) OFRECIENDO MULTIPLES SITIOS DE CONTROL