La bioseñalización es esencial para la comunicación celular, y esta es fundamental para que se produzcan las rutas metabólicas de la célula.
- Elementos de todo sistema de bioseñalización
Todos los sistemas de bioseñalización cuentan con 4 elementos:
. La información que es capaz de captar la célula. Viene en una molécula señalizadora de diferente naturaleza química y que interaccionar con proteínas de la membrana de la célula o de su interior. Aquellas de naturaleza hidrofílica interactúan en el exterior, mientras que las hidrofóbicas lo hacen en el interior de la célula.
. El receptor de la información.
. Proteínas intracelulares. Son las encargadas de interpretar esa información, así como de difundirla a través de la célula.
. Proteínas diana. Son aquellas responsables de los cambios que suceden en el interior de la célula como consecuencia de esa información captada.
La maquinaria intracelular responsable de la respuesta está constituida por un número relativamente pequeño de proteínas, por lo que hay un número reducido de esos 4 elementos anteriormente mencionados.
A groso modo, podemos distinguir tres tipos de proteínas diana, proteínas que forman parte del citoesqueleto, proteínas encargadas de la regulación génica y proteínas que forman parte de las rutas metabólicas, de modo que una determinada información, sea del tipo que sea, va a interaccionar de forma específica con receptores que son capaces de sensar ese tipo de información en concreto, de modo que de alguna forma (que ya veremos posteriormente), esa información que sensa el receptor se transmite al interior de la célula y una serie de proteínas intracelulares son capaces de difundir esa información al interior de la célula hasta las proteínas efectoras (proteínas diana). Estas proteínas efectoras van a ocasionar cambios celulares.
Por ejemplo, si la proteína efectora es una proteína del citoesqueleto, va a permitir un cambio de forma o de movimiento de la célula, si es una proteína implicada en la regulación génica, va a alterar la velocidad a la que se transcriben los genes o si es una proteína que participa en una ruta metabólica lo que va a hacer es modificar la tasa de flujo a través de esa ruta en concreto.
A pesar de la gran cantidad de información de distinta naturaleza que es capaz de sensar la célula, y de las múltiples respuestas celulares que se han descrito hasta el momento, la maquinaria intracelular que es responsable de la respuesta está constituida por un número relativamente pequeño de proteínas, de manera que existe un número muy reducido de tipos de proteínas receptoras, adaptadoras y efectoras.
Este proceso químico que tiene lugar desde que se sensa las señales por parte del receptor hasta que la célula da una respuesta frente a esa información, recibe el nombre de transducción de la señal. Esto no es más que un ejemplo más de la idea de que la estructura de todos los organismos es modular, de manera que en una etapa muy temprana de la evolución se optimizan una serie de módulos estructurales que van a desempeñar de una forma muy eficiente determinadas funciones y esos módulos se van a combinar de distinta forma en distintos tipos celulares y en distintos organismos dando lugar a funciones diferentes, aunque estos módulos estructurales sean iguales.
- Características de los sistemas de bioseñalización celular
Surgen en una etapa muy temprana de la evolución y se han mantenido hasta entonces, de manera que, al existir una célula primitiva, aparece las mismas características que en las células tal y como las conocemos.
+ Especificidad
Una de las características más primitivas, es la especificidad que sucede a nivel de los receptores, esta especificidad es similar a la que sucede en la interacción enzima-sustrato, de manera que, por complementariedad estructural, se produce una interacción entre el ligando (molécula señalizadora) y el receptor que quedan asociados mediante fuerzas débiles no covalentes.
+ Sensibilidad
Otra de las características más importantes de los sistemas de señalización es la sensibilidad, la sensibilidad de cada molécula de señalización viene determinada por dos parámetros en todos los casos y por un tercero en alguno de ellos. La afinidad (se puede medir con una constante de disociación que toma valores menores a 10 ·-10 M) y la amplificación de la señal son características comunes a todos los sistemas de señalización. La cooperatividad sucede en algunos sistemas, pero no en todos.
+ Amplificación
La amplificación de la señal sucede cuando la activación del receptor como consecuencia de la interacción especifica con su ligando, da lugar a un cambio en la conformación de una de esas moléculas adaptadoras (señalizadoras intracelulares) de manera que la señal es capaz de activar a una proteína (que en muchas ocasiones es una enzima) y esta enzima es capaz de activar a múltiples moléculas de una segunda enzima. De manera que esa segunda enzima a su vez es capaz de activar múltiples moléculas de una tercera encima y así sucesivamente. Esto no solo sucede con enzimas, sino que también pasa con proteínas que no tienen naturaleza enzimática.
+ Adaptación
En todos los sistemas de bioseñalización, se produce un fenómeno que recibe el nombre de desensibilización o adaptación, de manera que el receptor ya no responde al ligando sino a variaciones de la concentración del ligando, por tanto, únicamente si la concentración del ligando aumenta, va a disparar la ruta de bioseñalización en el interior de la célula, pero si se mantiene una misma concentración estable en el tiempo, la ruta no se dispara.
Tan importante es que se produzca la distribución de la información en el interior de la célula en el momento en el que el ligando interacciona con el receptor (es decir, que se dispare la ruta de bioseñalización) como que llegado a un cierto momento esa ruta se pare, porque si estuviese siempre la ruta activa, no supondría ningún tipo de información para nosotros.
+ Integración
Otra característica es sucede una integración de las diferentes rutas de bioseñalización en el interior de la célula a nivel de esas proteínas adaptadoras, de manera que una misma célula puede recibir distintas señales de forma simultánea porque tengan receptores que le permitan sensar esa información y la respuesta celular debe ser única, de modo que a nivel de esas proteínas intracelulares (adaptadoras) se producen una combinación entre ellas como por ejemplo la del esquema, de manera que cuando se dispara una ruta de bioseñalización y una segunda ruta de bioseñalización, existe una combinación intracelular (a nivel de las proteínas adaptadoras) entre una y otra de modo que la respuesta celular es una única.
+ Modularidad
La ultima característica que no solo es específica de los sistemas de bioseñalización es la modularidad, de manera que existen numerosos receptores de membrana constituidos por diferentes dominios estructurales cada uno de los cuales están especializados en una función.
La información normalmente viene portada por un ligando (molécula de pequeño tamaño, soluble y de naturaleza hidrofílica o hidrofóbica) que interacciona con un receptor de membrana que generalmente es una proteína. La interacción específica del ligando con el receptor da lugar a un cambio conformacional, de manera que ese cambio implica un cambio en su función, y eso es lo que dispara una determinada respuesta en el interior de la célula.
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Artículo redactado por Pablo Rodríguez Ortíz, Graduado en Biología por la Universidad de Málaga.