receptores de señalización
los receptores son moléculas de proteína en la célula diana o en su superficie que se unen al ligando. Hay dos tipos de receptores, receptores internos y receptores de superficie celular.
Interna receptores
la Figura 4. Las moléculas de señalización hidrofóbicas típicamente se difunden a través de la membrana plasmática e interactúan con los receptores intracelulares en el citoplasma., Muchos receptores intracelulares son factores de transcripción que interactúan con el ADN en el núcleo y regulan la expresión génica.
los receptores internos, también conocidos como receptores intracelulares o citoplásmicos, se encuentran en el citoplasma de la célula y responden a moléculas de ligandos hidrofóbicos que son capaces de viajar a través de la membrana plasmática. Una vez dentro de la célula, muchas de estas moléculas se unen a proteínas que actúan como reguladores de la síntesis de ARNm (transcripción) para mediar la expresión génica., La expresión génica es el proceso celular de transformar la información en el ADN de una célula en una secuencia de aminoácidos, que en última instancia forma una proteína. Cuando el ligando se une al receptor interno, se desencadena un cambio conformacional que expone un sitio de unión al ADN en la proteína. El complejo ligando-receptor se mueve hacia el núcleo, luego se une a regiones reguladoras específicas del ADN cromosómico y promueve el inicio de la transcripción (Figura 4)., La transcripción es el proceso de copiar la información en el ADN de una célula en una forma especial de ARN llamado ARN mensajero (ARNm); la célula utiliza la información en el ARNm (que se mueve hacia el citoplasma y se asocia con ribosomas) para vincular aminoácidos específicos en el orden correcto, produciendo una proteína. Los receptores internos pueden influir directamente en la expresión génica sin tener que pasar la señal a otros receptores o mensajeros.,
receptores de superficie celular
los receptores de superficie celular, también conocidos como receptores transmembrana, son proteínas de superficie celular ancladas a membrana (integrales) que se unen a moléculas de ligandos externos. Este tipo de receptor se extiende por la membrana plasmática y realiza la transducción de señales, en la que una señal extracelular se convierte en una señal intercelular. Los ligandos que interactúan con los receptores de la superficie celular no tienen que entrar en la célula que afectan. Los receptores de la superficie celular también se denominan proteínas o marcadores específicos de la célula porque son específicos de tipos celulares individuales.,
cada receptor de la superficie celular tiene tres componentes principales: un dominio de unión al ligando externo, una región hidrofóbica que abarca la membrana y un dominio intracelular dentro de la célula. El dominio de unión al ligando también se llama dominio extracelular. El tamaño y la extensión de cada uno de estos dominios varían ampliamente, dependiendo del tipo de receptor.
debido a que las proteínas receptoras de la superficie celular son fundamentales para el funcionamiento normal de las células, no debe sorprender que un mal funcionamiento en cualquiera de estas proteínas pueda tener consecuencias graves., Se ha demostrado que los errores en las estructuras proteicas de ciertas moléculas receptoras desempeñan un papel en la hipertensión (presión arterial alta), el asma, las enfermedades cardíacas y el cáncer.
cómo los virus reconocen a un huésped
a diferencia de las células vivas, muchos virus no tienen una membrana plasmática ni ninguna de las estructuras necesarias para sostener la vida. Algunos virus se componen simplemente de una cáscara inerte de la proteína que contiene la DNA o el ARN. Para reproducirse, los virus deben invadir una célula viva, que sirve como huésped, y luego hacerse cargo del aparato celular del huésped. Pero, ¿cómo reconoce un virus a su huésped?,
Los virus a menudo se unen a los receptores de la superficie celular en la célula huésped. Por ejemplo, el virus que causa la gripe humana (gripe) se une específicamente a los receptores en las membranas de las células del sistema respiratorio. Las diferencias químicas en los receptores de la superficie celular entre los huéspedes significan que un virus que infecta a una especie específica (por ejemplo, los humanos) no puede infectar a otra especie (por ejemplo, los pollos).
sin embargo, los virus tienen cantidades muy pequeñas de ADN o ARN en comparación con los humanos, y, como resultado, la reproducción viral puede ocurrir rápidamente., La reproducción Viral invariablemente produce errores que pueden conducir a cambios en los virus recién producidos; estos cambios significan que las proteínas virales que interactúan con los receptores de la superficie celular pueden evolucionar de tal manera que puedan unirse a los receptores en un nuevo huésped. Tales cambios ocurren al azar y muy a menudo en el ciclo reproductivo de un virus, pero los cambios solo importan si un virus con nuevas propiedades de unión entra en contacto con un huésped adecuado. En el caso de la gripe, esta situación puede ocurrir en entornos donde los animales y las personas están en estrecho contacto, como las granjas avícolas y porcinas., Una vez que un virus salta a un nuevo huésped, puede propagarse rápidamente. Los científicos observan de cerca los virus que aparecen recientemente (llamados virus emergentes) con la esperanza de que tal monitoreo pueda reducir la probabilidad de epidemias virales globales.
los receptores de superficie celular están involucrados en la mayoría de la señalización en organismos multicelulares. Hay tres categorías generales de receptores de la superficie celular: receptores ligados al canal iónico, receptores ligados a la proteína G, y receptores ligados a enzimas.
la Figura 5., Los canales iónicos cerrados forman un poro a través de la membrana plasmática que se abre cuando la molécula de señalización se une. El poro abierto permite entonces que los iones fluyan dentro o fuera de la célula.
los receptores ligados al canal iónico 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. Para interactuar con las colas de ácidos grasos fosfolípidos que forman el Centro de la membrana plasmática, muchos de los aminoácidos en la región que abarca la membrana son de naturaleza hidrofóbica., Por el contrario, los aminoácidos que recubren el interior del canal son hidrófilos para permitir el paso de agua o iones. Cuando un ligando se une a la región extracelular del canal, hay un cambio conformacional en la estructura de las proteínas que permite el paso de iones como el sodio, el calcio, el magnesio y el hidrógeno (Figura 5).
los receptores ligados a la proteína 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 (Figura 6)., Todos los receptores vinculados a la proteína G tienen siete dominios transmembrana, pero cada receptor tiene su propio dominio extracelular específico y sitio de unión a la proteína G.
la señalización celular usando receptores ligados a la proteína G ocurre como una serie cíclica de eventos. Antes de que el ligando ate, la g-Proteína inactiva puede atar a un sitio recientemente revelado en el receptor específico para su atar. Una vez que la proteína G se une al receptor, el cambio de forma resultante activa la proteína G, que libera GDP y recoge GTP. Las subunidades de la proteína G se dividen en la subunidad α y la subunidad βγ., Uno o ambos de estos fragmentos de proteína G pueden ser capaces de activar otras proteínas como resultado. Después de un tiempo, el GTP en la subunidad α activa de la proteína G se hidroliza a GDP y la subunidad βγ se desactiva. Las subunidades se vuelven a asociar para formar la proteína G inactiva y el ciclo comienza de nuevo.
la Figura 6. Las proteínas G heterotriméricas tienen tres subunidades: α, β y γ. Cuando una molécula de señalización se une a un receptor acoplado a la proteína G en la membrana plasmática, una molécula GDP asociada con la subunidad α se intercambia por GTP., Las subunidades β y γ se disocian de la subunidad α, y una respuesta celular es desencadenada por la subunidad α o el par βγ disociado. La hidrólisis de GTP a GDP termina la señal.
los receptores vinculados a la proteína G han sido ampliamente estudiados y se ha aprendido mucho sobre sus funciones en el mantenimiento de la salud. Las bacterias que son patógenas para los seres humanos pueden liberar venenos que interrumpen la función específica del receptor vinculado a la proteína G, lo que lleva a enfermedades como la tos ferina, el botulismo y el cólera.
la Figura 7., El cólera, que se transmite principalmente a través del agua potable contaminada, es una de las principales causas de muerte en el mundo en desarrollo y en zonas donde los desastres naturales interrumpen la disponibilidad de agua potable. (crédito: Comisión sanitaria de la ciudad de Nueva York)
en el cólera (Figura 7), por ejemplo, la bacteria transmitida por el agua Vibrio cholerae produce una toxina, choleragen, que se une a las células que recubren el intestino delgado., La toxina luego entra en estas células intestinales, donde modifica una proteína G que controla la apertura de un canal de cloruro y hace que permanezca continuamente activa, lo que resulta en grandes pérdidas de líquidos del cuerpo y una deshidratación potencialmente mortal como resultado.
el saneamiento moderno elimina la amenaza de brotes de cólera, como el que se extendió por la ciudad de Nueva York en 1866. Este cartel de esa época muestra cómo, en ese momento, no se entendía la forma en que se transmitía la enfermedad.,
los receptores enzimáticos son receptores de superficie celular con dominios intracelulares que están asociados con una enzima. En algunos casos, el dominio intracelular del propio receptor es una enzima. Otros receptores enzimáticos tienen un pequeño dominio intracelular que interactúa directamente con una enzima. Los receptores enzimáticos normalmente tienen grandes dominios extracelulares e intracelulares, pero la región que abarca la membrana consiste en una sola región Alfa-helicoidal de la hebra peptídica., Cuando un ligando se une al dominio extracelular, una señal se transfiere 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. Un ejemplo de este tipo de receptor ligado a enzimas es el receptor de tirosina quinasa (Figura 8). Una quinasa es una enzima que transfiere grupos fosfato de ATP a otra proteína. El receptor de tirosina quinasa transfiere grupos de fosfato a moléculas de tirosina (residuos de tirosina). Primero, las moléculas de señalización se unen al dominio extracelular de dos receptores de tirosina quinasa cercanos., Los dos receptores vecinos se unen, o dimerizan. Los fosfatos se añaden a los residuos de tirosina en el dominio intracelular de los receptores (fosforilación). Los residuos fosforilados pueden transmitir la señal al siguiente mensajero dentro del citoplasma.
Cuestión de Práctica
la Figura 8. Un receptor tirosina quinasa es un receptor ligado a enzimas con una sola región transmembrana y dominios extracelulares e intracelulares., La Unión de una molécula de señalización al dominio extracelular hace que el receptor dimerice. Los residuos de tirosina en el dominio intracelular se autofosforilan, desencadenando una respuesta celular aguas abajo. La señal es terminada por una fosfatasa que elimina los fosfatos de los residuos de fosfotirosina.
HER2 es un receptor tirosina quinasa. En el 30 por ciento de los cánceres de mama humanos, HER2 se activa permanentemente, lo que resulta en una división celular no regulada., Lapatinib, un medicamento utilizado para tratar el cáncer de mama, inhibe la autofosforilación de la tirosina quinasa del receptor HER2 (el proceso por el cual el receptor agrega fosfatos a sí mismo), reduciendo así el crecimiento tumoral en un 50 por ciento. Además de la autofosforilación, ¿cuál de los siguientes pasos sería inhibido por Lapatinib?,
- enlace de moléculas de señalización, dimerización y la respuesta celular descendente
- dimerización y la respuesta celular descendente
- La respuesta celular descendente
- Actividad de la fosfatasa, dimerización y la respuesta celular descendente
respuesta C. La respuesta celular aguas abajo sería inhibida.
Compruebe su comprensión
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