9.5: Propagación de la señal celular - La unión inicia una vía de señalización

Objetivos de aprendizaje

• Reconocer la relación entre la estructura de un ligando y su mecanismo de acción.

Los receptores de superficie celular, también conocidos como receptores transmembrana, son proteínas ancladas a la membrana (integrales) que se unen a moléculas de ligando externas. Este tipo de receptor abarca la membrana plasmática y realiza la transducción de señales en la que una señal extracelular se convierte en una señal intracelular. Los ligandos que interactúan con los receptores de la superficie celular no tienen que ingresar a la célula a la que afectan. Los receptores de superficie celular también se denominan proteínas o marcadores específicos de células porque son específicos de tipos celulares individuales. Cada receptor de superficie celular tiene tres componentes principales: un dominio externo de unión a ligando, una región hidrofóbica que abarca la membrana y un dominio intracelular dentro de la célula. El dominio de unión a ligando también se denomina dominio extracelular. El tamaño y extensión de cada uno de estos dominios varían ampliamente, dependiendo del tipo de receptor. Los receptores de superficie celular están involucrados en la mayor parte de la señalización en organismos multicelulares.

Hay tres categorías generales de receptores de superficie celular: receptores unidos a canales iónicos, receptores unidos a proteínas G y receptores ligados a enzimas.

1. Los receptores unidos a canales iónicos se unen a un ligando y abren un canal a través de la membrana que permite el paso de iones específicos. Para formar un canal, este tipo de receptor de superficie celular tiene una extensa región que abarca la membrana. Cuando un ligando se une a la región extracelular del canal, hay un cambio conformacional en la estructura de la proteína que permite el paso de iones como sodio, calcio, magnesio e hidrógeno.
2. Los receptores unidos a proteínas G se unen a un ligando y activan una proteína de membrana llamada proteína G. La proteína G activada interactúa entonces con un canal iónico o una enzima en la membrana. Todos los receptores unidos a proteína G tienen siete dominios transmembrana, pero cada receptor tiene su propio dominio extracelular específico y sitio de unión a proteína G.
3. Los receptores ligados a enzimas son receptores de superficie celular con dominios intracelulares que están asociados con una enzima. En algunos casos, el dominio intracelular del receptor en sí es una enzima. Otros receptores ligados a enzimas tienen un pequeño dominio intracelular que interactúa directamente con una enzima. Cuando un ligando se une al dominio extracelular, se transfiere una señal a través de la membrana, activando la enzima. La activación de la enzima desencadena una cadena de eventos dentro de la célula que eventualmente conduce a una respuesta.

Después de que el ligando se une al receptor de la superficie celular, la activación de los componentes intracelulares del receptor desencadena una cadena de eventos que se llama una ruta de señalización o una cascada de señalización. En una vía de señalización, segundos mensajeros, enzimas y proteínas activadas interactúan con proteínas específicas, que a su vez se activan en una reacción en cadena que eventualmente conduce a un cambio en el ambiente de la célula. Los eventos en la cascada ocurren en una serie, al igual que una corriente fluye en un río. Las interacciones que ocurren antes de un cierto punto se definen como eventos ascendentes; los eventos posteriores a ese punto se denominan eventos descendentes.

Figura\(\PageIndex{1}\): Vía de señalización iniciada por ligando: Un ejemplo de rutas de señalización iniciadas por ligando es cuando el factor de crecimiento epidérmico (EGF) se une a su receptor. Una compleja cascada de eventos aguas abajo hace que la célula crezca y se divida.

Las vías de señalización pueden complicarse muy rápidamente porque la mayoría de las proteínas celulares pueden afectar diferentes eventos aguas abajo, dependiendo de las condiciones dentro de la célula. Una única vía puede ramificarse hacia diferentes puntos finales en función de la interacción entre dos o más rutas de señalización. Los mismos ligandos se utilizan a menudo para iniciar diferentes señales en diferentes tipos de células. Esta variación en la respuesta se debe a diferencias en la expresión de proteínas en diferentes tipos de células. Otro elemento que complica es la integración de señales de las vías en las que las señales de dos o más receptores diferentes de la superficie celular se fusionan para activar la misma respuesta en la célula. Este proceso puede garantizar que se cumplan múltiples requisitos externos antes de que una celda se comprometa a una respuesta específica.

Los efectos de las señales extracelulares también pueden amplificarse mediante cascadas enzimáticas. Al inicio de la señal, un solo ligando se une a un único receptor. Sin embargo, la activación de una enzima unida al receptor puede activar muchas copias de un componente de la cascada de señalización, lo que amplifica la señal.

Puntos Clave

• Las vías de señalización pueden complicarse ya que la mayoría de las proteínas celulares pueden afectar diferentes eventos posteriores.
• Los receptores de superficie celular son integrales en las vías de señalización.
• Los receptores unidos a canales iónicos abren un canal una vez que un ligando se une permitiendo que iones específicos pasen a través de la membrana.
• Los receptores unidos a proteínas G activan una proteína de membrana llamada proteína G una vez que un ligando se une.
• Los receptores ligados a enzimas son receptores de superficie celular con dominios intracelulares.

Términos Clave

• ligando: un ion, molécula o grupo funcional que se une a otra entidad química para formar un complejo más grande
• receptor: una proteína en una pared celular que se une con moléculas específicas para que puedan ser absorbidas en la célula para controlar ciertas funciones