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14.1: Introducción a la transducción de señales - Biología

14.1: Introducción a la transducción de señales - Biología


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Hay tres modos principales de comunicación intercelular. Estos son

  1. contacto directo entre moléculas de señalización unidas a las membranas de dos células adyacentes,
  2. señales solubles de corto alcance que se difunden en distancias cortas, y
  3. señales solubles de largo alcance que se secretan en la circulación para ser transportadas a cualquier parte del cuerpo.

Un ejemplo de señalización yuxtacrina se ejemplifica por la actividad de algunas proteínas de adhesión celular o ECM, como la laminina, que no solo permiten que una célula se mueva sobre ellas, sino que actúan como señales para promover una mayor motilidad. Es probable que esto suceda mediante la activación de los receptores de integrina en la célula en movimiento, que luego inician y coordinan cambios en el resto de la célula para lograr el cambio en la actividad. Otro ejemplo es la vía Delta-Notch utilizada en el modelado embrionario.

Delta, una proteína transmembrana en la célula de señalización, se une a Notch, un receptor en la célula receptora. Notch altera su conformación, permitiendo que su dominio citoplasmático sea cortado por g-secretasa. El dominio citoplasmático luego se transloca al núcleo, donde actúa como un factor de transcripción activador al unirse con CSL. En el ejemplo esbozado en la Figura ( PageIndex {1} ) B, la regulación ascendente estocástica de delta en una celda activa la muesca en las celdas circundantes, que luego activa una vía de diferenciación específica para ellas. Por tanto, la célula central puede ser una neurona sensorial, como una célula pilosa, mientras que las que la rodean inmediatamente son células de soporte como la glía. Este tipo de señalización impone un patrón de espaciado en la expresión de las neuronas (u otra célula).

La vía Delta-Notch está bien caracterizada y es algo más complicada de lo que se describe en el párrafo anterior. La escisión de Notch implica dos proteasas y dos sitios. Una vez que el dominio citoplásmico Notch se une a CSL, desplaza a varios correpresores unidos a CSL y también recluta a MAM (Mastermind-1) como coactivador. MAM recluta histonas acetilasas para permitir un aumento adicional de la transcripción de genes diana, pero también recluta quinasas que inician el proceso de dirigirse al dominio citoplasmático Notch para la destrucción mediada por ubiquitina. Por tanto, la expresión de genes controlados por Notch se autorregula y se apaga poco después de que Delta ya no esté disponible. Revisado en R.A. Kovall, Curr. Opin. Struct. Biol. 17: 117-27, 2007.

Las señales de difusión limitada de vecinos cercanos se denominan paracrino señalización, y algunas veces las señales pueden actuar sobre los receptores directamente en la célula que secretó la señal, que sería autocrino señalización. Las señales paracrinas solo están activas si pueden unirse a una célula por encima de una concentración crítica para activar una vía de señalización. Por lo tanto, a medida que las señales se difunden lejos de la fuente, hay un límite, más allá del cual la concentración de la señal es insuficiente para activar una celda receptora. Los factores de crecimiento suelen ser señales paracrinas. Aunque a menudo fomentan el crecimiento, también suelen ser factores de supervivencia. En ese contexto, el factor de crecimiento nervioso (NGF) es secretado por células diana que luego recompensan a las neuronas que hacen las conexiones correctas al proporcionar NGF para su supervivencia. Aquellas neuronas que se dirigen en la dirección equivocada no pueden obtener NGF y no sobreviven, lo que promueve la eficiencia y una mejor relación señal: ruido dentro del sistema nervioso.

Endocrino la señalización es esencialmente señalización de todo el cuerpo. Una señal producida por una glándula productora de hormonas se secreta en el torrente sanguíneo, donde se vuelve accesible a casi cualquier célula del cuerpo. Por supuesto, no todas las células responderán a la hormona: como en cualquier otro caso de señalización intercelular, la respuesta depende totalmente de los receptores, por lo que solo reaccionarán las células que tienen receptores para reconocer la señal. Por ejemplo, el estrógeno se libera en la circulación, pero en las mujeres, solo algunos órganos muestran un impacto significativo cuando los niveles de estrógeno se alteran significativamente. La mayoría de los tejidos no se ven afectados. Las señales endocrinas pueden circular en otros fluidos extracelulares como la linfa.


12. Introducción a la transducción de señales

Transducción de señales • Transmisión de señales moleculares desde el exterior de la célula a la célula a través de receptores de superficie celular. La transmisión de la señal es causada por:

  • una cascada de eventos o cambios bioquímicos dentro de la célula
    • o Los receptores que inician cambios bioquímicos lo logran mediante actividades enzimáticas intrínsecas (dentro del propio receptor) o activando moléculas mensajeras intracelulares.

    Porque es esto importante? La identificación de los eventos celulares que tienen lugar tras la activación del receptor es necesaria para diseñar agentes farmacológicos que potencien (aumenten) o disminuyan (disminuyan) la señalización. Por ejemplo, ciertas vías de señalización se vuelven demasiado activas en las células cancerosas. La supresión de estas señales exageradas puede ser una forma de reducir la proliferación celular en el cáncer.

    Propósito de la transducción de señales

    • Amplificación de señal • aumentar una señal para que la ocupación mínima del receptor por pequeñas cantidades de neurotransmisores en la sinapsis produzca respuestas celulares significativas.

    • Amortiguación de señal • disminuir una señal anormalmente alta para mantener la homeostasis fisiológica. Un ejemplo es cómo los receptores en la terminación nerviosa presináptica responden a niveles altos de un neurotransmisor en la sinapsis al disminuir la liberación adicional de neurotransmisores (autoreceptores).
      • Inhibición por retroalimentación:
        La salida de la transducción de señales se usa como una señal para disminuir el proceso de señalización en sí (que generalmente limitará la producción de mensajeros intracelulares).

      Tipos de transducción de señales

      • Autocrino
      • Paracrino
      • Endocrino

      Autocrino • La célula secreta un mensajero químico o una hormona que luego activará los receptores en esa misma célula.

      Paracrino • La célula secreta un mensajero químico o una hormona que luego activará los receptores de la superficie celular en una célula cercana.

      • Un buen ejemplo es la transmisión sináptica, que es la forma en que las neuronas se comunican a través de neurotransmisores.

      Endocrino • La célula secreta un mensajero químico o una hormona que necesita ser transportada a través del torrente sanguíneo para llegar a una célula diana distante.

      • Neuroendocrino las células reciben información neuronal (neurotransmisores liberados por las células nerviosas o neurosecretoras) y, como consecuencia de esta información, liberan moléculas mensajeras (hormonas) al torrente sanguíneo.

      Ejemploinsulina es sintetizado y secretado por las células beta pancreáticas, liberado a la sangre y transportado a las células de todo el cuerpo. Luego, la insulina estimula sus receptores en estas células para iniciar una cascada de eventos que conducen a la expresión de transportadores de glucosa para permitir que las células absorban glucosa para la utilización de energía.

      Vías de transducción de señales no siempre son lineales.

      • Convergencia • cuando las señales de una variedad de receptores no relacionados pueden converger y activar efectores comunes.
      • Divergencia • cuando una señal de un solo receptor puede activar múltiples efectores.
      • Diafonía • cuando diferentes señales aumentan o disminuyen la producción de otras señales

      Efector • El objetivo final de la señalización. Por ejemplo, el corazón es un efector de la noradrenalina liberada por las terminales nerviosas.

      Tipos de mensajeros de transducción de señales

      1. Primeros mensajeros • agonistas (es decir, hormonas, neurotransmisores, agonistas farmacológicos)
      2. Segundos mensajeros • moléculas que transmiten señales recibidas en los receptores (es decir, cAMP, cGMP, unión al ADN, iones)
      3. Terceros mensajeros • (es decir, iones, proteína quinasas)

      Características clave

      • Conocimiento profundo de un tema central para la biología celular y fundamental para la biomedicina, incluida la búsqueda de nuevas intervenciones terapéuticas.
      • Eventos de señalización esenciales integrados en contextos fisiológicos y patológicos ricos
      • Amplia obra de arte conceptual en color para ayudar con la comprensión de temas clave.
      • Especial énfasis en cómo la estructura molecular determina la función de las proteínas y la localización subcelular.
      • Empleo de nombres de proteínas (símbolos) inequívocos de acuerdo con las principales bases de datos de genes y proteínas, lo que permite al alumno ampliar su exploración en la web

      VÍAS DE TRANSDUCCIÓN DE SEÑAL DEL RECEPTOR DE ANTÍGENO DE CÉLULAS T

      AbstractoEl receptor de antígeno de células T (TCR) regula la activación y el crecimiento de los linfocitos T. El evento proximal inicial de la membrana desencadenado por el TCR es la activación de las proteínas tirosina quinasas con la fosforilación resultante de las proteínas celulares. Esta respuesta bioquímica acopla el TCR a una serie divergente de moléculas de transducción de señales que incluyen enzimas que regulan el metabolismo de los lípidos, proteínas de unión a GTP, serina / treonina quinasas y moléculas adaptadoras. El objetivo último de los estudios de los mecanismos de señalización intracelular es comprender las consecuencias funcionales de un evento bioquímico particular para la función del receptor. El control de la expresión del gen de las citocinas es uno de los mecanismos que permite al TCR controlar las respuestas inmunes. En consecuencia, un objeto de la presente revisión es discutir el papel de las diferentes vías de transducción de señales de TCR en la vinculación del TCR a dianas nucleares: los factores de transcripción que controlan la expresión de genes de citocinas.


      CONCEPTOS DE BIOLOGÍA OMNAMO

      Introducción a la transducción de señales
      A partir de hoy y durante unas dos semanas, analizaremos las formas en que las células perciben y responden a los cambios en su entorno. A modo de introducción a este tema, permítanme preguntarles qué saben sobre la transducción de señales y los sistemas de segundos mensajeros en las células.
      Uno puede perderse fácilmente en los detalles de la transducción de señales, porque hay muchas formas diferentes que usan las células para responder a las señales y porque hay un montón de detalles que aprender sobre cada forma. Por lo tanto, es fácil confundirse con los detalles y perder de vista los principios generales, que son lo más importante a tener en cuenta. El libro intenta comenzar con una revisión de los principios generales, pero creo que esto solo tiene un éxito parcial, porque aprendo mejor cuando obtengo los detalles por primera vez, luego retrocedo para obtener el panorama general. Cuando intentan dibujar en el panorama general, es difícil para mí seguir sin ejemplos específicos, pero algunos de ustedes pueden encontrar esto como un enfoque útil.
      Comencemos por considerar el problema al que se enfrenta la celda. Muchas células forman parte de un organismo multicelular. Para que los organismos sean viables, las células deben funcionar como una unidad, es decir, deben poder reaccionar y adaptarse a las cosas que están haciendo otras células. Por ejemplo, si come, los niveles de insulina en la sangre aumentan, lo que aumenta la tasa de síntesis de glucógeno y otras moléculas de almacenamiento de energía. El valor funcional de esto es claro: si come, la comida es temporalmente abundante y tiene sentido que las células la absorban y la almacenen durante los momentos entre comidas en las que necesitarán descomponerla para obtener energía. Pero, ¿cómo reconocen las células secretoras de insulina y responden a los cambios en los niveles de azúcar en la sangre? ¿Cómo reconocen las células de almacenamiento, como el hígado, la presencia de insulina y desplazan su metabolismo hacia el almacenamiento? ¿Puede pensar en otros ejemplos en los que las células deban responder a las condiciones cambiantes dentro o alrededor del cuerpo? El punto general es que las células claras en un organismo complejo necesitan comunicarse entre sí, a veces localmente y otras a largas distancias. Incluso algunos organismos unicelulares de vida libre, como las levaduras o las bacterias, a veces necesitan interactuar y coordinar sus actividades, por lo que también necesitan sistemas para detectar y responder al medio ambiente. Estos procesos de comunicación célula-célula pueden ocurrir localmente, como en el sistema nervioso, o en distancias muy largas, pero los principios de su funcionamiento son muy similares en todos los casos (consulte la figura 20-1 de Lodish et al. descripción general de las clases de señalización célula-célula).
      Por supuesto, existe un problema para las células a la hora de gestionar este proceso. Es esto. Las enzimas y los genes que son la parte comercial de la célula están dentro de ella, las condiciones a las que la célula debe responder están fuera de ella, y en el medio hay una membrana plasmática que es muy selectiva en lo que dejará pasar. Entonces, ¿cómo llega la información del exterior de la célula al interior?
      En general, cuando hablo de "información" fuera de la célula, lo que quiero decir es la concentración de una o más sustancias químicas en el líquido extracelular. En el ejemplo que mencioné anteriormente, la sangre que rodea las células de almacenamiento contiene una mayor concentración de insulina después de una comida que antes. ¿Cómo puede la célula detectar y reaccionar a ese cambio en la concentración de insulina?
      Bueno, en principio, hay dos formas en que un cambio en la concentración fuera de la célula puede influir en el interior de la célula; ambas implican un cambio en la concentración de una o más moléculas dentro de la célula. Es decir, la esencia de este proceso de señalización y respuesta es que cuando cambia la concentración de alguna molécula fuera de la célula, también cambia la concentración de alguna molécula dentro de la célula. La molécula cuya concentración dentro de la célula cambia podría ser la misma o diferente de la molécula que está fuera de la célula.
      La forma más fácil de que esto funcione es simplemente que la concentración aumente o disminuya fuera de la célula, y que la molécula atraviese la membrana de modo que su concentración en el interior sea proporcional a su concentración en el exterior. Por ejemplo, si la concentración de insulina fuera de la célula aumenta, podría atravesar la membrana y aumentar la concentración de insulina dentro de la célula. Sin embargo, como saben, hay un problema con eso. Las moléculas que son solubles en agua, que es principalmente la sangre o la savia, no son buenas para cruzar una membrana hidrófoba. Por lo tanto, una proteína de tamaño moderado como la insulina no podrá difundirse fácilmente a través de la membrana, como tampoco lo hará ninguna otra proteína o molécula polar. Por lo tanto, las propiedades químicas de las membranas hacen que sea poco probable que la molécula mensajera extracelular pueda ingresar a la célula por difusión. Sin embargo, hay una excepción a esta regla, y es que los mensajeros que son hidrófobos podrían atravesar la membrana celular y entrar en la célula. Y como probablemente sepa, una cierta clase de hormonas, llamadas hormonas esteroides, son bastante hidrófobas y pueden atravesar la membrana con relativa facilidad. Desde el punto de vista químico, todas estas hormonas son derivados del colesterol, que, como usted sabe, es un componente común de las membranas de las células animales, por lo que pueden atravesar la membrana con relativa facilidad (fig. 20-2). Las hormonas de esta clase incluyen las hormonas sexuales: estrógeno y testosterona, vitamina D, vitamina A, corticosterona, aldosterona, etc. Además, recientemente se ha descubierto que ciertos gases, como el NO y el CO, aparentemente pueden funcionar como célula-célula. Estas moléculas de señal se difunden a través de las membranas con bastante facilidad. Entonces, en estos casos relativamente poco comunes, la señal intracelular es la misma que la señal extracelular. Es decir, la misma molécula transporta información a ambos lados de la membrana, y un aumento en los niveles de la hormona en la sangre conduce directamente a un aumento dentro de la célula.
      La mayoría de las hormonas, sin embargo, son hidrófilas, grandes o ambas, por lo que no atraviesan bien la membrana plasmática. Pero en cierto sentido, la forma en que funcionan es la misma que para las hormonas esteroides, su presencia fuera de la célula provoca el aumento del nivel de (otra) molécula dentro de la célula. En este caso, sin embargo, el cambio se logra indirectamente, en lugar de directamente. Es decir, la molécula mensajera, sea lo que sea, primero debe unirse a una proteína receptora que es una proteína integral de membrana. La unión de la hormona mensajera, el neurotransmisor, el factor de crecimiento, etc.a estos receptor de superficie celular- provoca un cambio en la conformación de la proteína receptora, que a su vez activa una enzima asociada con la cara citoplasmática de la membrana. Una vez que se activa, esta enzima puede catalizar una reacción que eleva la concentración intracelular del producto de su reacción, y este producto refleja la forma interna de información que fue entregada a la célula por la molécula mensajera extracelular. Por lo tanto, esta molécula interna a veces se denomina "segundo mensajero".
      ¿Cómo salen las moléculas de señalización (llamadas "hormonas", "neurotransmisores", "citocinas", "factores de crecimiento", etc.) de las células que las producen para que puedan viajar y actuar sobre otras células? Bueno, en su mayoría se secretan a través de las vías de liberación vesicular que ya hemos discutido. Es decir, a medida que las vesículas secretoras se fusionan con la membrana plasmática, liberan su contenido al exterior de la célula y ese contenido incluye moléculas de señalización. Algunas moléculas de señalización son pequeños compuestos orgánicos como acetilcolina, glutamato, norepinefrina, etc. que se producen en el citosol y luego se transportan a las vesículas secretoras por transporte activo por las proteínas en la membrana de la vesícula. Otras moléculas de señalización son proteínas o pequeños fragmentos de aminoácidos enlazados llamados péptidos. Estos se fabrican en los ribosomas en el RE rugoso, en su mayor parte, y se empaquetan en vesículas secretoras en el aparato de Golgi. A menudo, estas proteínas se empaquetan junto con proteasas que las cortan en moléculas más pequeñas y activas dentro de las vesículas secretoras. Esto es lo que le sucede a la insulina, por ejemplo, (fig. 17-42), así como a muchas otras moléculas de señalización como la adrenocorticotropina (ACTH). Se hacen parte de una proteína más grande, luego esa proteína precursora es parcialmente mordida por proteasas para producir la hormona activa. La secreción de estas moléculas de señalización puede ser constitutivo (es decir, continuo), pero con mayor frecuencia regulado. Es decir, la célula debe ser estimulada para que libere la vesícula que contiene la molécula de señalización secretada, como ocurre con la mayoría de las hormonas, como la insulina, los neurotransmisores, etc.
      Volviendo a considerar las células que están en el extremo receptor de la señal, el esquema general es que la sustancia mensajera externa liberada por otra célula actúa para aumentar la concentración intracelular de alguna molécula dentro de la célula que responde. ¿Y qué? Es decir, ¿cómo se incrementa el interno ¿Afecta la molécula a la célula? Lo hace de dos formas. O cambia la cantidad de proteínas específicas que están presentes en la célula o cambia la actividad de las proteínas existentes (y, a veces, ambas). Para cambiar la actividad de las proteínas existentes, la molécula se une directamente a la proteína existente y actúa como un efector alostérico, o provoca la modificación covalente de la proteína existente, lo que cambia su actividad. En particular, todos los receptores de la superficie celular conocidos activan directa o indirectamente una clase de enzimas que agregan grupos fosfato a las proteínas dentro de la célula. Los "proteína quinasas " alteran la forma y la actividad de las proteínas intracelulares y, al hacerlo, alteran los procesos que están ocurriendo en la célula.
      Para cambiar la cantidad de proteínas que hay en la célula, la molécula mensajera debe afectar la velocidad a la que se producen las proteínas. Es decir, debe alterar la velocidad a la que el gen de la proteína se copia en ARN o la velocidad a la que el ARN se copia en proteína o ambos. La mayoría de estas moléculas efectoras actúan a nivel de expresión génica, es decir, alteran la velocidad de transcripción.
      Volvamos al ejemplo de las hormonas esteroides, para ver un ejemplo de hormonas que ejercen su influencia a nivel de transcripción. Casi todas las hormonas esteroides actúan cambiando la velocidad de síntesis de algunas proteínas en la célula. La forma en que se cree que ocurrirá es la siguiente. Los esteroides en la sangre están unidos a las proteínas transportadoras (que las protegen del ambiente acuoso en la sangre). De alguna manera, las hormonas pueden separarse de la proteína transportadora y difundirse a través de la membrana plasmática (fig. 20-2a). Cuando están dentro de la célula, se unen a una proteína específica, que también se llama receptor de hormonas. Solo algunas células del cuerpo producirán este receptor y, por lo tanto, solo ellas responderán a la hormona; por ejemplo, los receptores de testosterona están presentes en algunas células, pero no en todas, y solo las células que contienen el receptor pueden responder a la testosterona. .
      Los receptores de hormonas esteroides parecen estar presentes normalmente en el citoplasma, pero cuando la célula contiene el ligando que se une al receptor, las moléculas del receptor se unen al ligando y, a menudo, se unen a otra molécula receptora, formando un dímero y luego se trasladan al núcleo (Fig.10 -67). Cuando el complejo hormona-receptor entra en el núcleo, puede unirse a secuencias particulares del ADN que siempre están asociadas con la región reguladora de ciertos genes. Estas secuencias son relativamente constantes para todos los genes activados por un receptor en particular y se denominan elementos de respuesta a hormonas esteroides. El dominio de unión a hormonas del receptor es necesario para esta translocación hacia el núcleo (fig. 10-66) porque unirlo a una proteína citosólica puede inducir la localización nuclear cuando se agrega un esteroide a las células.
      La imagen actual es que la unión de la hormona al elemento de respuesta del gen aumenta en gran medida la afinidad de la ARN polimerasa por la región promotora del gen y, por lo tanto, aumenta en gran medida la velocidad a la que se transcribe el gen, lo que eventualmente conduce a una mayor mayor número de moléculas de proteína codificadas por los genes (véase un modelo en la figura 10-61). Así, para las hormonas esteroides y sus receptores (de los cuales se han descubierto unos 30), el modo principal por el que influyen en sus células "diana" (definen) es activar la transcripción de genes particulares y el aumento de los niveles de las proteínas respectivas. altera el metabolismo celular. Aparentemente, la familia de proteínas del receptor de hormonas esteroides es bastante similar en estructura general: cada una contiene tres regiones o dominios distintos (fig. 10-63). El dominio C terminal contiene una región que se une específicamente a una u otra de estas hormonas esteroides; esta región difiere de un receptor a otro. La mitad de la molécula contiene un dominio que se une a una secuencia particular de bases en el ADN; la secuencia de ADN reconocida por los receptores difiere ligeramente para los diferentes receptores hormonales (figura 10-65), por lo que esta región de unión al ADN también es algo diferente entre los diferentes receptores hormonales. varios receptores. Y el dominio N terminal es la parte que se une a la ARN polimerasa u otros factores activadores de la transcripción. Entonces, estos receptores son una especie de combinación modular de proteínas en las que se pueden mezclar los diferentes dominios con la ingeniería genética para conferir diferentes propiedades a la proteína: a qué hormona se une, a qué secuencia de ADN se une, a qué factor de transcripción se une.
      Ahora quiero considerar las formas en que las hormonas u otras moléculas de señalización pueden afectar a las células cuando no pueden cruzar la membrana. Estas moléculas de señalización activan los sistemas de segundos mensajeros y sus efectos en la célula diana son más complicados que en el caso de los esteroides porque alteran la actividad de las enzimas existentes y provocan la producción de nuevas moléculas enzimáticas. Por lo tanto, actúan tanto a nivel de proteínas como a nivel de genes.
      Para hacer esto, primero deben unirse a un receptor de la superficie celular. Este tipo de interacción se rige por las mismas reglas termodinámicas que las interacciones entre proteínas y otras moléculas dentro de las células. La molécula de señalización que se une al receptor se denomina "ligando" y la interacción entre el ligando y el receptor está formada por enlaces no covalentes. Por tanto, la unión es reversible y tiene una constante de equilibrio. Para la unión de un ligando (L) a un receptor (R), el equilibrio es solo L + R LR, y la constante de equilibrio de disociación, KD, es [L] [R] / [LR] (ecuación 20-1 en Lodish). Las concentraciones típicas de [L] están en el rango de 10 -9 M en sangre para muchas moléculas de señalización, y los valores de KD normalmente se encuentran en el mismo rango. Es decir, el ligando se adhiere muy bien al receptor y pequeños cambios en la concentración de ligando en la sangre (savia, hemolinfa, etc.) pueden causar grandes cambios en la respuesta celular (v. Fig. 20-8).

      Antes de comenzar a discutir los detalles de estos segundos sistemas de mensajería, quiero hacer un punto importante, que es que para que los sistemas de señalización funcionen de manera efectiva, debe haber una manera de apagar la señal tan rápido como se enciende. Para usar un ejemplo simple, probablemente sepa que la contracción muscular se inicia con la liberación de acetilcolina (ACh) de las terminaciones nerviosas motoras. La ACh se une a una proteína receptora en los músculos, provoca un potencial de acción, que a su vez eleva el nivel de Ca 2+ en la célula muscular, provocando la contracción. La célula muscular debe poder volver a relajarse rápidamente para que el organismo se mueva rápidamente, y para que esto suceda, no solo se debe eliminar la ACh de su receptor, sino también los efectos de la ACh, como el aumento de Ca 2. +, debe ser rápidamente reversible. Entonces, no solo existen sistemas elaborados en las células que aumentan rápidamente los niveles de moléculas mensajeras en las células en respuesta a señales extracelulares, existen sistemas elaborados para revertir el proceso cuando la señal extracelular desaparece. (¿Cómo supones que se apaga la respuesta a las hormonas esteroides?)


      Introducción a la transducción de señales — Sección 17.1

      Las células responden a su entorno a través de una serie compleja e interdependiente de vías de transducción de señales que frecuentemente comienzan en la membrana celular. Muchos receptores celulares son proteínas transmembrana con dominios extracelulares que se unen selectivamente a ligandos. En respuesta a la unión del ligando, el dominio citoplásmico del receptor puede cambiar la conformación y transmitir la señal a través de la membrana, o los receptores individuales pueden agregar e interactuar con otras proteínas de la membrana para generar una respuesta. Las señales transmembrana desencadenan una cascada de eventos en la célula, que pueden incluir cambios en los niveles de Ca 2+ intracelular, actividad enzimática y expresión génica (Figura 17.1.1).

      Ofrecemos varios reactivos importantes para estudiar los mecanismos de transducción de señales, incluida la regulación de Ca 2+ y las actividades del segundo mensajero. Este capítulo se centra en las sondas de los eventos que ocurren después de la interacción receptor-ligando. Estos productos complementan las sondas para receptores y canales iónicos en Sondas para endocitosis, receptores y canales iónicos — Capítulo 16, así como los muchos indicadores iónicos discutidos en Indicadores de Ca2 +, Mg2 +, Zn2 + y otros iones metálicos — Capítulo 19, Indicadores de pH— Capítulo 20 e Indicadores de Na +, K +, Cl– e iones varios — Capítulo 21. Sondas para especies reactivas de oxígeno, incluido el óxido nítrico — El capítulo 18 describe nuestra selección de sondas para la investigación del óxido nítrico, incluidos los donantes de óxido nítrico, los inhibidores de la óxido nítrico sintasa y reactivos para la detección de nitritos, así como para otras especies reactivas de oxígeno.


      Clase 02 Descripción general de las vías de transducción de señales BIOL

      Introducción 1. Vías de señalización molecular • Señalización eléctrica • Señalización química 2. Señalización química • Señalización extracelular • Señalización intracelular 3. Integración celular de vías de señalización molecular

      Comunicación celular 1. La señalización eléctrica puede involucrar celdas en contacto directo, típicamente a través de uniones de espacio. 2. Las señales eléctricas generadas pueden impulsar la comunicación intercelular a través de pequeñas moléculas, incluidos metabolitos y electrolitos. 3. Generalmente asociado con sistemas de membranas excitables, e. gramo. cerebro y corazón de mamíferos, pero también puede ser parte del tráfico transmembrana de otros organismos unicelulares y multicelulares Biología de señalización celular - Michael J. Berridge - www. Cellignallingbiology. org - 2012

      Comunicación celular 1. De manera más general, la comunicación entre células en organismos multicelulares, o en ocasiones en agregados de organismos unicelulares, implica la comunicación mediante señales químicas. 2. Dicha comunicación química generalmente involucra sustancias químicas producidas en una célula que trabajan a distancia y producen respuesta en una segunda célula. Ésta es la definición de hormona. 3. Otros factores que pueden o no ajustarse a la definición de una hormona también pueden producirse localmente y actuar localmente, a veces dentro de la misma célula. 4. Las moléculas más grandes (típicamente péptido / proteína) involucradas en la señalización, no atraviesan fácilmente la membrana plasmática y funcionan a través de receptores en la superficie celular. Si bien las moléculas más pequeñas pueden actuar extracelularmente o, dependiendo de su carácter, pueden ingresar a la célula y actuar intracelularmente. Biología de señalización celular - Michael J. Berridge - www. Cellignallingbiology. org - 2012

      Mecanismos de señalización celular • • Biología de señalización celular - Michael J. Berridge - www. Cellignallingbiology. org - 2012 Las vías de señalización molecular típicas se inician a través de receptores que perciben la presencia de la señal activadora. La señal pasa a través de una serie de transductores intracelulares y segundos mensajeros que pueden conducir o no a una amplificación de la señal. En última instancia, se activan los sensores del segundo mensajero, que modulan las moléculas efectoras que conducen las respuestas celulares. La complejidad de la señalización celular resulta de la "diafonía" entre múltiples vías de señalización y entre los aspectos intracelulares específicos de las vías dentro de cada tipo de célula.

      Receptores extracelulares 1. 2. 3. 4. 5. Receptores acoplados a proteína G Receptores de tipo tirosina e histidina quinasa Receptores de integrina Receptores de puerta de peaje Canales iónicos activados por ligando

      Módulo 1: Estímulos de figuras para señalización de AMP cíclico Biología de señalización celular - Michael J. Berridge - www. Cellignallingbiology. org - 2012

      Módulo 1: Figura estímulos para Ins. Biología de señalización celular de señalización P 3 / DAG - Michael J. Berridge - www. Cellignallingbiology. org - 2012

      Módulo 1: Estímulos de figuras para receptores ligados a enzimas. Biología de señalización celular - Michael J. Berridge - www. Cellignallingbiology. org - 2012

      Módulo 1: Figura receptores ligados a tirosina quinasa Biología de señalización celular - Michael J. Berridge - www. Cellignallingbiology. org - 2012

      Módulo 1: Figura Biología de señalización celular de activación de PDGFR - Michael J. Berridge - www. Cellignallingbiology. org - 2012

      Descripción general de la señalización de integridad

      Receptores intracelulares 1. 2. 3. 4. Receptores nucleares Receptores citoplásmicos Hormonas esteroides Otras hormonas lipófilas, p. gramo. vitaminas

      Módulo 1: Figura biología de señalización celular de estímulos esteroides - Michael J. Berridge - www. Cellignallingbiology. org - 2012


      Biología 444: Biología sensorial

      La biología sensorial es una disciplina en la que intentamos comprender cómo los organismos extraen información de su entorno. & # 160 Una de las características clave de la vida es la capacidad de responder a los estímulos ambientales. & # 160 Los organismos deben poder interactuar con el estímulo, transducir la información en una señal neuronal, interpretar la entrada neuronal e iniciar respuestas conductuales que sean apropiadas para el estímulo. & # 160 Este curso se enfocará en cada aspecto de este proceso para cada modalidad sensorial. & # 160 La discusión de un sistema sensorial comenzará con la naturaleza física del estímulo (los sistemas sensoriales se dividirán en sentidos químico, mecanosensorial y electromagnético). & # 160 Esto será seguido por la interfaz biológica entre el estímulo y el órgano receptor, y será focuson the physics of stimulus detection.  Then the transduction and neuralencoding of the stimulus will be discussed, followed by discussions on central projections, behavio ral outputs (psychophysics), and artificial sensory systems.  Thus the course will encompass a broad spectrum of biological disciplines (biophysics, anatomy, neuroscience, psychophysics, and artificial intelligence) using sensory systems as a unifying theme.  In addition, the class will engage in discussions on the ecological and evolutionary constraints on sensory system design.

      To simplify the scope of the course, material will center on the sensory biology of terrestrial vertebrates, with occasional comparisons to systems found in aquatic animals (when relevant).

      Upon completion of this course,students will be expected to:

      o Enumerate and characterize the four basic aspects of stimuli: quality, intensity, spatial distribution, and temporal properties, and how they differ across stimulus modalities.
      o Describe the wave properties of matter and their relevance for mechanosensory and electromagnetic senses.
      o Demonstrate an understanding of how each sensory stimulus interacts with biological structures of the different sensory modalities.
      o Describe the process of sensory transduction for each major sense.
      o Discuss how aspects of stimuli are represented in a neural code.
      o Discuss how specific psychophysical phenomena arise as a result ofstimulus transmission, reception, and/or central processing.
      o Outline the basic principles behind designing artificial sensoryorgans.
      o Discuss the ecological and evolutionary constraints on sensory systemdesign

      Requisitos previos:
      Students will require a basicknowledge of biology and physics and would thus need Biology 141, 142, and 245, and Physics 120 and 121 (or concurrent enrollment with Physics 121).  Students with background in other physics courses may takethe course with the permission of the instructor.

      1 Course introduction and introduction to signal detection theory
      2 Aspects of sensory stimuli: quality, intensity, spatial, and temporalproperties
      3 Introduction to cell signal transduction properties of chemical stimuli
      4 Olfaction: peripheral mechanisms and transduction, and centra projections
      5 Olfaction: psychophysics and chemical communication artificial noses
      6 Vomeronasal system and pheromones
      7 Trigeminal chemoreception and cutaneous chemical detection
      8 Taste: peripheral mechanisms, transduction, central projections, andbehavior
        ***** EXAM I *****
      9 Wave theory and stimulus transmission
      10 Sound waves: generation, propagation, and sound frequencies
      11 The Cochlea and hair cells
      12 Central projections and sound-mediated behavior
      13Vestibular system, balance, and proprioception
      14 Tactile system
      15 Touch in other systems: lateral lines, mechanosensory hairsartificial sensors
        ***** EXAM II *****
      16 Properties of light: the electromagnetic spectrum, color, polarization
      17 Properties of light II: lenses and optics, and the optical properties of eyes
      18 The vertebrate retina and the physiology of photoreceptor cells
      19 Processing in the outer and inner plexiform layers of the retina
      20 Central processing of visual stimuli
      21 Visual mediated behaviors and capabilities disorders related tovision
      22 Electric and Magnetic senses
        ***** EXAM III *****
      23 & 24  Integration of Sensory Biology principles
      FINAL EXAM


      CONVERSING AT THE CELLULAR LEVEL: AN INTRODUCTION TO SIGNAL TRANSDUCTION

      Conversation in the biological world is quite natural. Even on the level of the cell, a busy broadcast of communications is occurring a fact which has caught the attention of biologists. Today, one of the hottest areas in cell biology research is the study of ‘signal transduction’.

      Signal transduction is the study of how a cell communicates [1]. Every cell is able to communicate through having evolved the ability to produce, recognize, interpret and respond to signals in its environment. The word ‘signals’ in this context refers to nothing more than chemical molecules that are floating around. Cells have learned to detect many of these chemicals. Their molecular detection components—produced by the genes they contain— allow the cells to converse in this chemical “language of the cell.”

      When you come right down to it, this ability to communicate has allowed cells to evolve. If a cell could not receive or respond to signals from its environment, for example sensing food or predators, it would be unable to adapt its behavior, and over time, would be out competed by those that could communicate. Therefore, it does form a vital part of a cell.

      Scientists studying how a cell communicates have learned some astonishing things about biology—one of the most important being that foul—ups in the process of signal transduction can result in disease [2]. Quite rightly, this observation has medical researchers determined to figure out why this happens? Research in this field is turning out information at a remarkable pace. Research findings are relevant to numerous diseases and the drugs used to treat them. As a result, medical science is intensely focusing its eye on the concepts and insights that this research is producing with the hope that it will improve our health. What is signal transduction? And why does it have scientists so excited?

      Where did the term “Signal Transduction” Originate?

      The term signal transduction is an umbrella term in biology. It is used to refer to a broad area of cellular biology research involving topics such as the chemical signals used by cells, how these signals are received, how a cell interprets them, and the ways in which cellular machinery can be used to respond [1].

      “Signal transduction,” as a term, is quite instructive once its purpose and function are made clear. Essentially signal transduction ensures that a message can be converted from one form to another during its travels and still retain its original content. Let’s look at human communication as an illustration. Consider how a message is sent over the telephone: one person speaks into a receiver that converts the sound into an electrical signal, which can then be transmitted over great distances before being converted back into sound at its destination (see Figure 1). This process retains the original content of the message and is called transducción de señales.



      Figure 1. Signal Transduction

      The signals sent by cells are far simpler than the highly complex messages used by humans. One cell—termed the signaling cell—produces a particular chemical molecule that is detected by another cell—the receiving cell—using a receptor protein that recognizes the molecule and responds specifically to it. The protein, acting as the receptor, is the first step in which the chemical signal present on the outside of the cell will be converted (transduced) to different signals inside the cell. These signals will subsequently direct cell behavior (see Figure 1). It is this conversion, a biologically evolved form of signal transduction, that is the essential element that allows a cell to communicate. Early scientists discovering this concept clearly understood its importance to cell survival and began using the term to refer to their research. Over time, it stuck.

      The Components of Cellular communication

      There are three basic components involved in how a cell communicates:

      • The signals that are sent are a variety of inorganic and organic chemical molecules that are present in the environment in which a cell lives.
      • Recognition of these signals is carried out by the second component—termed a receptor. This is usually located on the outside of the cell, receptors have an affinity for the chemical signals and bind to them specifically.
      • Once bound, the third component, internal signaling molecules, transduce the original signal into cellular behavior.

      Lets take a closer look at each of the three components that comprise the “language of the cell [3].”

      1. What types of signals do cells send?

      Cellular signals are inorganic or organic chemical molecules that are simply floating through the environment. The list of signals that have been discovered numbers in the hundreds and grows longer every day. Some examples include proteins, peptides, amino acids, nucleotides, steroids, and gases [3].

      Some of these signaling molecules (such as gases) are naturally present in the environment. The nitrogen gas used by some bacteria is an example of a naturally occuring signaling molecule. Other signaling molecules are basic constituents of living matter (i.e. amino acids) or biologically produced by the cells themselves (i.e. proteins). Even with the large variety of available signals, communication between cells in multicellular organisms can be grouped into just a few general types [4] (see Figure 2):

      • Endocrino signals are signals that are broadcasted over the entire organism, usually accomplished by secreting the signal into the bloodstream of an animal or the sap of a plant. Signal molecules used in this manner are called hormones, which are produced by endocrine cells in animals.
      • If a signal is secreted but only diffuses locally, remaining in the neighborhood of the secreting cell, it constitutes a second type of communication termed paracrine señales. Since these signals do not travel far from their source, they are referred to as local mediators. Many of these local mediators are responsible for regulating inflammation at sites of infection.
      • Neuronal signals are a third method and are exemplified by the neurons in our brains, which send signals over private channels to individual cells. This type of signaling is performed by elongated structures called axons. The axon extends close to the target cell that the neuron will communicate with. A neuron can send electrical signals along its axon, stimulating the release of signals called neurotransmitters, which will be received by the target cell.
      • The final type of communication is physical contact, in which contact-dependent signaling molecules (which are attached to the cell surface) contact each other to send a signal.

      These four groups of signaling molecules form a gigantic repertoire of possible messages in order to facilitate communication.


      Figure 2. Types of signals.
      (Click here to enlarge)

      2. Communication is Funneled Through Receptors

      How does a cell respond to a particular signal? Its ability to do this relies on the fact that a cell will only react to a signal if it has a receptor that recognizes that specific signal. Thus, a cell producing a limited number of receptors (based on its function) will restrict its responses to only those it needs.

      The receptors that a cell does produce are normally displayed on its surface [4]. While displayed there, they are free to bind to a signal that they recognize [4]. This can be thought of as occurring in a fashion similar to a key (the signal) fitting into a lock (the receptor) [3]. Once this has occurred, the cell is considered to have received the signal, which will subsequently be transduced inside the cell into changes in behavior (see Figure 3).


      Figure 3. Signaling cascades.

      Even with a limited set of receptors, quite complex behavior can be produced by the reception of a signal. When a single message (one signaling molecule binding to one receptor) is received by a cell many things can change—the cell could begin crawling, change direction, switch from a flat shape to a round ball, begin using up its resources, or begin creating new cell machinery. A cell possessing even a limited number of receptors is still simultaneously sensitive to all the signals that it is able to receive. Multiple signals may act together to produce responses that a single one would not generate. Animal cells rely on multiple signals to direct their behavior. This is demonstrated by the large number of signals required just for a cell to survive, The removal of these signaling molecules will cause a cell to undergo a genetic program causing its death (a process called apoptosis). Extra signals are then required on top of survival signals to produce any additional desired behaviors in the cells (for example dividing or differentiating). The large number of signals provides an animal cell with complex and subtle behavior patterns.

      3. Changing a Signal into Behavior

      Signal transduction is often thought of more specifically as the intracellular signaling molecules that translate a signal into changes in cell behavior.

      The processes involving these molecules begin when a signal outside the cell binds to a receptor on the surface of the cell (see above). The receptor is almost always a protein that triggers steps to generate a new signal inside the cell (potentially involving many additional components) [1-4]. Intracellular signaling molecules participate in passing the new internal signal along, a process referred to as an intracellular signaling cascade (see Figure 3). This beautifully evolved mechanism involves a sequential cascade. One protein, acting as a key, will fit into the lock of a second, thereby causing the second protein to act as a key for third protein. This pattern continues until the last key turns on some internal cellular machinery that creates a response. By this method, the signaling cascade physically transfers the signal from the surface of the cell to internal machinery in other parts of the cell. During the entire process the cascade is transducing the signal into a form that is capable of interacting with this cell machinery. The entire method allows a signal located outside the cell to be interpreted internally.

      In the end, it is these three components (a signal, a receptor, and a signaling cascade) that comprise the cellular nervous system, which is responsible for controlling the behavior of cells.

      Additional Reading and Texts Consulted

      1. Alberts et al, ed. 2002. Molecular Biology of the Cell. New York/London: Garland Publishing. 1616p.

      2. Pollard TD, Earnshaw C. 2002. Cell Biology. Philadelphia: Saunders. 805p.

      3. Gutkind JS. 2000. Signaling Networks and Cell Cycle Control: The Molecular basis of Cancer and Other Diseases. Totowa, NJ: Humana Press. 578p.

      1. Gomperts et al, eds. 2002. Signal Transduction. San Diego, Calif: Academic Press. 424p.

      2. Corbin JD, Francis SH, eds. 1997. Signal Transduction in Health and Disease. Philadelphia: Lippincott-Raven. 306p.

      3. Frank DA, ed. 2003. Signal Transduction in Cancer. Boston: Kluwer Academic Publishers. 354p.

      4. Spiegel AM, ed. 1998. G proteins, receptors and disease. Totowa, NJ: Humana Press. 324p.


      Introduction to Signal Transduction—Section 17.1

      Cells respond to their environment through a complex and interdependent series of signal transduction pathways that frequently begin at the cell membrane. Many cellular receptors are transmembrane proteins with extracellular domains that selectively bind ligands. In response to ligand binding, the receptor's cytoplasmic domain may change conformation and transmit the signal across the membrane, or individual receptors may aggregate and interact with other membrane proteins in order to generate a response. Transmembrane signals trigger a cascade of events in the cell, which can include changes in intracellular Ca 2+ levels, enzymatic activity and gene expression (Figure 17.1.1).

      We offer several important reagents for studying signal transduction mechanisms, including Ca 2+ regulation and second messenger activities. This chapter focuses on probes for events occurring downstream from the receptor–ligand interaction. These products complement the probes for receptors and ion channels in Probes for Endocytosis, Receptors and Ion Channels—Chapter 16, as well as the many ion indicators discussed in Indicators for Ca2+, Mg2+, Zn2+ and Other Metal Ions—Chapter 19, pH Indicators—Chapter 20 and Indicators for Na+, K+, Cl– and Miscellaneous Ions—Chapter 21. Probes for Reactive Oxygen Species, Including Nitric Oxide—Chapter 18 describes our selection of probes for nitric oxide research—including nitric oxide donors, nitric oxide synthase inhibitors and reagents for nitrite detection—as well as for other reactive oxygen species.


      Ver el vídeo: Seminario Transducción de señales (Julio 2022).


Comentarios:

  1. Shermon

    el pensamiento sin éxito

  2. Cacey

    Bravo, tu oración brillantemente

  3. Nihal

    Quiero decir que no tienes razón. Ofrezco discutirlo.



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