8.1: Señalización celular
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¿Cómo reciben las células señales de su entorno y cómo se comunican entre ellas? Es intuitivamente obvio que incluso las células bacterianas deben ser capaces de percibir características de su entorno, como la presencia de nutrientes o toxinas, para que puedan sobrevivir. Además de poder recibir información del entorno, los organismos multicelulares deben encontrar formas por las cuales sus células puedan comunicarse entre sí. Dado que diferentes células asumen funciones especializadas en un organismo multicelular, deben ser capaces de coordinar actividades perfectamente como los músicos de una orquesta interpretando una pieza musical complicada. Las células crecen, se dividen o se diferencian en respuesta a señales específicas. Pueden cambiar de forma o migrar a otra ubicación. A nivel fisiológico, las células en un organismo multicelular, deben responder a todo, desde una comida recién consumida hasta una lesión, amenaza o la disponibilidad de un mate. Deben saber cuándo reparar el daño al ADN, cuándo sufrir apoptosis (muerte celular programada) e incluso cuándo regenerar una extremidad perdida. Una variedad de mecanismos han surgido para garantizar que la comunicación célula-célula no solo sea posible, sino asombrosamente rápida, precisa y confiable.
¿Cómo se envían las señales entre celdas?
Como prácticamente todo lo que sucede en las células, la señalización depende del reconocimiento molecular. El principio básico de la señalización célula-célula es simple. Un tipo particular de molécula, enviada por una célula de señalización, es reconocida y unida por una proteína receptora en (o sobre la superficie de) la célula diana. Las moléculas señal son químicamente variadas, pueden ser proteínas, péptidos cortos, lípidos, nucleótidos o catecolaminas, por nombrar algunas. Las propiedades químicas de la señal determinan si sus receptores están en la superficie celular o intracelulares. Si la señal es pequeña e hidrofóbica puede cruzar la membrana celular y unirse a un receptor dentro de la célula. Si, por otro lado, la señal está cargada, o muy grande, no sería capaz de difundirse a través de la membrana plasmática. Tales señales necesitan receptores en la superficie celular, típicamente proteínas transmembrana que tienen una porción extracelular que se une a la señal y una parte intracelular que transmite el mensaje dentro de la célula.
Los receptores son específicos para cada tipo de señal, por lo que cada célula tiene muchos tipos diferentes de receptores que pueden reconocer y unir las muchas señales que recibe. Debido a que las diferentes células tienen diferentes conjuntos de receptores, responden a diferentes señales o combinaciones de señales. La unión de una molécula señal a un receptor desencadena una cadena de eventos en la célula diana. Estos eventos podrían causar cambios de diversas maneras, incluyendo, pero no limitado a, alteraciones en las vías metabólicas o la expresión génica en la célula diana.
Cómo la unión de una señal a un receptor provoca cambios en las células es el tema de esta sección. Aunque los componentes moleculares específicos de las diversas vías de transducción de señales difieren, todos tienen algunas características en común:
- La unión de una señal a su receptor suele ir seguida, aunque no siempre, de la generación de una nueva (s) señal (s) dentro de la célula. El proceso por el cual la señal original se convierte a una forma diferente y se transmite dentro de la célula para provocar el cambio se llama transducción de señales.
- La mayoría de las vías de señalización tienen múltiples etapas de transducción de señales mediante las cuales la señal se transmite a través de una serie de mensajeros moleculares que pueden amplificar y distribuir el mensaje a varias partes de la célula.
- El último de estos mensajeros suele interactuar con una (s) proteína (s) diana y cambia su actividad, a menudo por fosforilación.
Cuando una señal pone un camino particular en movimiento, está actuando como un interruptor ON. Esto significa que una vez obtenido el resultado deseado, la celda debe tener un mecanismo que actúe como interruptor OFF.
Comprender esta similitud subyacente es útil, porque aprender los detalles de las diferentes vías se convierte en una mera cuestión de identificar qué componente molecular realiza una función particular en cada caso individual. Consideraremos varias vías diferentes de transducción de señales, cada una mediada por un tipo diferente de receptor. Los dos primeros ejemplos que examinaremos son aquellos con el menor número de pasos entre la unión de la señal por un receptor y una respuesta celular.