Tema 2 Senyals extracel·lulars (2012)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Rovira y Virgili (URV)
Grado Bioquímica y Biología Molecular - 2º curso
Asignatura Senyalització i control del funcionament Cel·lular
Año del apunte 2012
Páginas 12
Fecha de subida 18/01/2015
Descargas 17
Subido por

Vista previa del texto

CAyES Tema 2: Senyals extracel·lulars: Podem trobar molècules molt petites i també proteïnes molt grans per tant podem trobar senyals de moltes maneres.
Part 1: Com es comuniquen les cèl·lules? Característiques dels senyals: - Especificitat: Ha de ser específic. Aquet senyals quan arribi a la cèl·lula ha de donar un senyal concret. A part d’això, ha de tindre una estructura determinada per que només sigui detectat per un receptor. El receptor és el que dona l’especificitat.
Hi ha senyals que tenen més d’un tipus de receptor i això tindrà gran importància, perquè segons el tipus que hi sigui a la cèl·lula farà que la senyal tingui un efecte o un altre.
- Normalment son molècules petites. Però no sempre, hi ha excepcions, hi ha senyals que son proteïnes i proteïnes grans. Moltes vegades son pèptids com la insulina.
- Normalment tenen una vida molt curta. S’alliberen de la cèl·lula que les secreten i viuen al medi (sang) pocs minuts. Els sistemes de regulació han de ser reversibles per tant el senyals s’ha de poder eliminar ràpidament. Només les alliberaran les cèl·lules que tenen aquests senyals en el moment necessari i l’alliberarà gràcies a un altre senyal, tot és com una xarxa.
Mecanismes de comunicació intercel·lular: Comunicació directa: A distancies molt curtes li diem que es una comunicació directa entre cèl·lules. La cèl·lula que fa el senyal està totalment en contacte amb la cèl·lula diana mitjançant gap junctions. La cèl·lula té a la seva superfície, a la membrana, un tipus de lligand que fa una interacció directa amb l’altre cèl·lula.
Comunicació endocrina: En aquest sistema les dues cèl·lules estan molt separades entre elles i el senyal viatja per la sang fins arribar a la cèl·lula diana. És el cas de les hormones i de les cèl·lules beta del pàncrees amb la insulina, que tenen efectes sobre diversos òrgans i molt diferents. En aquest sistema, la senyal circula per la sang.
CAyES Comunicació paracrina: La cèl·lula que produeix el senyal està a prop de les cèl·lules dianes, per tant el senyal surt al exterior però ha de difondre molt poc perquè les cèl·lules dianes estan molt a prop.
Ex: (Paracrines) un exemple de comunicació paracrina es la de la sinapsis a les neurones.
Comunicació autocrina: Un altre tipus de comunicació és la de autoparacrina, que la cèl·lula mateixa es regula mitjançant les senyals.
Gap junctions: El mateix tipus de cèl·lules es comuniquen entre elles, ja que això fa que la senyal que afecta a una cèl·lula passa a les veïnes i totes es posen a treballar alhora. Cada una de les gap junctions esta formada per dos conexons i cada conexó esta format per 6 conexinas. Passa varies vegades la membrana plasmàtica. Els gap junctions poden estar tancats, prement que passin coses o no. Això serveix perquè senyals que tinguin una cèl·lula pugui passar a la veïna i així poder fer els mateixos efectes.
Les gap junctions són molt selectives per les molècules que deixen passar. No deixen passar proteïnes ni molècules grans, només ions (ió calcic, nucleotid cíclic). Aquestes gap junctions estan altament controlades, perquè en el moment que una cèl·lula no vol passar les senyals a les veïnes tancarà aquestes gap junctions, per exemple, passa a l’apoptosis, que per a que només es mori aquella cèl·lula tanca els gap junctions.
Plasmodesmes (plasmodesmata): L’equivalent de les gap junctions a les cèl·lules vegetals són els plasmodesmes. Aquests són zones on desapareix la paret cel·lular i només es troba la membrana plasmàtica.
CAyES Comunicació per contacte: Controla cèl·lules que desenvoluparan vasos sanguinis. Un dels sistemes que ho controla són els efrines. Quan la cèl·lula expressa efrines i la cèl·lula veïna té receptors per a rebre-ho, determinaran que la cèl·lula es torni més o menys maligne.
Ex: efrines  regulen la formació, la plasticitat, i la regeneració dels circuits neuronals.
També prenen part en la formació de vasos sanguinis, incloent les vasos sanguinis que alimenten les cèl·lules tumorals, i regulen les propietats malignes de les cèl·lules canceroses.
Part 2: Sistema nerviós o neurotransmissors: Comunicació pel sistema nerviós 1. El sistema nerviós és ràpid.
2. Es tu a terme mitjançant senyals elèctriques, anomenats impulsos nerviosos.
3. Els impulsos nerviosos viatgen en una direcció específica.
Senyals que serveixen per a coordinar i canviar funcionalitat de cèl·lules. Qui controla tot en últim terme es sistema nerviós.
Parts del sistema nerviós SNC – Sistema nerviós central: capaç d’elaborar respostes (encèfal i medul·la espinal).
SNP – Sistema nerviós perifèric: capaç de transportar respostes (se necessiten almenys tres neurones).
Parts del sistema nerviós: dintre del SNC, i depenent de la part que parlem, hi haurà un tipus de neurotransmissors o unes altes, i faran unes funcions o unes altres.
L’hipotàlem controla moltes funcions.
CAyES Classificació del SNP: Transporta senyals cap als òrgans o els receptors.
Dos branques: 1. Aferent  Sensorial  rep senyals i els envia al SNC.  Una controla sistemes externs  Qui controla tots els moviments voluntaris que podem controlar.
Sistema nerviós simpàtic (estimula processos d’alerta).
2. Eferent  Motora  porta la resposta cap a l’òrgan que l’ha de fer.  Controla vísceres, i funcionalitat internes del cos, que no podem controlar ritme cardíac. Sistema nerviós parasimpàtic (estimula processos de repòs i descans) *tenen diferències anatòmiques i bioquímiques.
*Els dos controles sistemes contraris.
En un nervi no hi ha cossos neuronals, només s’hi troben axons  Els cossos neuronals es troben en ganglis.
Sistema nerviós automàtic: Sistema nerviós vegetatiu: Dintre de les senyals que utilitzen les neurones: Sinapsis: CAyES 1. Elèctrica, quan la cèl·lula presinapstica es despolaritza, hi ha un canvi d’ions i potassi. Determina que els ions passin per les gap junctions, i la cèl·lula següent té la despolarització igual.
2. Química, sistema entre neurones o entre neurones i l’òrgan efector, la cèl·lula presinaptica allibera un neurotransmissor (senyal) i la cèl·lula prosinaptica té receptors d’aquest. El neurotransmissor s’unirà al receptor. I a la cèl·lula prosinaptica farà despolaritzar la cèl·lula següent.
Exemple: passa el mateix entre una neurona i una cèl·lula muscular.
Els senyals es fabriquen, es guarden en vesícules i al moment en que es despolartiza la membrana, es fusionen amb la membrana i alliberen els neurotransmissors.
Hi ha un sistema per poder alliberar ràpidament el neurotransmissor alliberat, i el degrada dintre de la cèl·lula. Això determina que la concentració de neurotransmissor en el moment que sigui necessari.
Sinapsis química: Neurotransmissors - Els neurotransmissors són substàncies químiques endògenes que transmeten els senyals des d’una neurona a una cèl·lula diana a través d’una sinapsi.
- L’alliberament de neurotransmissors (en general) segueix un potencial durant la sinapsi.
- Els neurotransmissors són sintetitzats a partir de molts precursors simples.
Característiques dels neurotransmissors: Es fabriquen a partir de molècules molts simples, molts a partir d’aminoàcids (no hi ha problemes de precursors).
Molts d’ells són aa, per exemple: glicina, gara, ...
CAyES Altres substàncies: amines biògenes (components que actuen com a neurotransmissors, són aminoàcids sense grup carbonil)  dopamina, adrenalina, ...
També hi podem trobar purines  ATP, AMP...
- Alguns neurotransmissors es descriuen habitualment com “excitadors” o “inhibidors”.
Els efectes excitants fan augmentar la probabilitat de que la cèl·lula diana dispari un potencial d’acció.
Un exemple és el glutamat cel·lular, el qual fa disparar un potencial d’acció.
Els efectes inhibidors fan reduir la probabilitat de que l’objectiu cel·lular dispari un potencial d’acció. Un exemple és GABA.
L’únic efecte directe d’un neurotransmissor és activar un o més tipus de cèl·lules post-sinaptiques, això només depèn de les propietats d’aquests receptors.
Glutamat: Quan arriba un neurotransmissor que es excitador la cèl·lula prosinaptica s’excita = es despolaritza.
GABA: Hi ha d’inhibidors i quan s’alliberen, no despolarizen la cèl·lula prosinaptica.
*Els dos activen cascada, però el resultat final de la cascada en un despolaritza i en l’altre no.
Estructures de pèptids de neurotransmissors (no estudiar).
- Taula d’exemples sistemes de neurotransmissors Alguns dels neurotransmissors més comuns: +  excitador -  inhibidor Tots activaran la cascada de senyalització.
Part 3: Senyals extracel·lulars químiques en els animals, hormones animals, citocines i factors de creixement: Hormones animals: Categories d’hormones segons l’estructura de la molècula: La característica molecular que tenen les hormones serà molt important, segons si són proteïnes o aminoàcids...
si una substància es hidrofílica, tindrà els receptors de membrana fora a la membrana i si és hidrofòbic els tindrà a dintre de la molècula.
Hi haurà hormones que seran pèptids i proteïnes, esteroides, derivats d’aminoàcids i derivats d’àcids grassos: Eicosanoides.
- Hormones: Pèptids i proteïnes: Totes les hormones que son pèptids i proteïnes són el producte d’un gen, resultat d’una transcripció i d’una transducció. Podem trobar hormones molt petites de pocs aminoàcids, però també hormones que son proteïnes gran, inclòs, glicoproteïnes. Una característica important és que normalment les cèl·lula que les fabrica, el CAyES resultat de la traducció del gen és una molècula més llarga que és la pro-hormona i la seva proteòlisis genera l’hormona activa.
Es fabricaran normalment al reticle endoplasmàtic, es transfereix al complex de Golgi i s’empaqueten en vesícules per exportar-les.
Normalment aquestes molècules són hidrosolubles i poden circular pel plasma, per la sang, i la seva vida és molt curta, només duren uns minuts.
Com exemple d’una hormona d’aquest tipus és la insulina. Es fabrica com una cadena polipeptídica llarga que forma ponts disulfur i desprès es talla sent la insulina activa.
- Hormones: Esteroides: Són lípids i derivats del colesterol. Això condicionarà molt el seu transport per la sang, les d’abans circulen soles per la sang, però en aquest cas no poden anar soles per la sang, i son transportades normalment lligades a proteïnes, com per exemple la Albúmina. Per tan la seva vida mitjana ja no depèn només del esteroide si no que també dependrà de la proteïna a la qual està unida.
Es secreten immediatament, normalment no s’emmagatzemen en la cèl·lula que els sintetitza.
- Hormones: Derivats d’aminoàcids: Són aminoàcids que es metabolitzen en una via que farà que es fabriqui aquesta hormona. Són derivats de la tirosina: Hormones tiroïdals i catecolamines.
- S’emmagatzemen en les cèl·lules que les fabriquen.
- Es transporten per la sang lliures (catecolamines) o unides a proteïnes (tiroïdals).
- La vida mitjana en sang és de dies per H. Tiroïdals i pocs minuts per catecolamines.
No podem establir regles tan general com en els altres dos grups d’abans, com son derivats d’aminoàcids, ja depèn de l’hormona que es sintetitzi com serà la vida de llarga o si circularà be per la sang.
Les hormones tiroïdals són hidrofòbiques i son transportades per proteïnes molt específiques, en canvi, les catecolamines son hidrofíliques i es transporten soles per la sang.
Alguns exemples són la adrenalina, la tirosina, la melatonina (derivat del triptofan)... l’estructura de l’aminoàcid amb una transformació.
- Hormones: Eicosanoides: Són derivats d’àcids grassos poliinsaturats. Són més similars en quan a síntesis als esteroides ja que es secreten immediatament i no s’emmagatzemen en la cèl·lula que els sintetitza. Un altra característica molt important és que la seva vida és molt curta, dura segons.
Eix Hipotàlem-hipofisi: Qui controla la secreció d’hormones es el SNC. La hipòfisi pituïtària esta controlada pel SNC (hipotàlem) i fabrica o produeix bastantes hormones.
CAyES Una glàndula endocrina fabrica mes d’una hormona, perquè esta constituïda per tipus cel·lular diferents. Una cèl·lula fabrica un sol tipus d’hormona, però com que estan juntes, fabriquen moltes.
Hipòfisi té dos grans parts (posterior i anterior): - Posterior: és la continuació del hipotàlem, són neurones modificades que tindrien el cos neuronal dintre de l’hipotàlem, i amb senyals que arriben i alliberen la hormona. Aquesta hormona entra al capil·lar i circula per tot el cos.
- Anterior: fabrica les seves hormones, l’TSH, ACTH, FSH i LH... Totes es fabriquen a partir de neurones de l’hipotàlem; el neurotransmissor l’allibera a un sistema sanguini capil·lar que va directament cap a la hipòfisi anterior. Es coneix amb el nom de sistema porta.
Tota una sèrie de capil·lars que connecten l’hipotàlem amb la hipòfisi anterior, l’hipotàlem quan rep un senyal allibera el seu neurotransmissor a aquest sistema porta cap a les cèl·lules de la hipòfisi.
Quina característica té important? L’hipotàlem mana a la hipòfisi (quina quantitat d’aquestes hormones ha d’alliberar).
Tiroides: Té dos tipus de cèl·lules diferents que son les hormones tiroïdals i l’altra la calcitonina: - Hormones tiroïdals: Les hormones tiroïdals tenen iode enganxat al anell de la tirosina, i podem trobar estructures que tinguin un o més iodes, això fa que parlem de més d’una hormona tiroidea. La majoria de les cèl·lules del cos són diana de les H. tiroïdals.
Controlen molt la funcionalitat de moltes cèl·lules, en tot la que fa referència al metabolisme, normalment l’augmenten. Solen augmentar la TMB (el de repòs), també intervenen en controls de creixement.
- La calcitonina: És un pèptid de 32 aminoàcids. Controla el metabolisme del calci i de fòsfior, bàsicament les seves cèl·lules dianes es troben al ós i al ronyó. La majoria de calcitonina es fabrica a la tiroides, però també es poden sintetitzar en altres teixits com els pulmons, tracte gastrointestinal...
La glàndula paratiroïdal: És una hormona paratiroïdal que és una proteïna de 84 aminoàcids. També regulen el metabolisme del calci i del fòsfor, les cèl·lules dianes seran per tant, on es pugui controlar el calci, que és al ós i el ronyó.
Pàncrees: Un 80% del pàncrees pot ser exocrí. La majoria de les cèl·lules del pàncrees són per sintetitzar i secretar enzims digestius, tot lo que te veure amb la digestió. Les hormones que sintetitza el pàncrees són la insulina i el glucagó (pèptids). No està controlat pel sistema nerviós central. Segons la senyal que arriba en aquestes cèl·lules pancreàtiques de la concentració de glucosa en el cos, produirà més insulina o menys.
Hi ha una relació entre la concentració que es sintetitza entre l’hormona d’insulina (cèl·lules beta) i glucagó (cèl·lules alfa).
Glàndules adrenals: CAyES També es poden dir glàndules suprarenals. Aquesta glàndula té dos parts, i cadascuna està implicada en la secreció de diferents hormones.
- La part interna (medul·la) fabrica catecolamines (adrenalina i noradrenalina), es pot considerar com una continuació del sistema nerviós simpàtica (sistema d’alerta).
La part externa (el còrtex) fabrica esteroides i dintre es fabriquen mineralocorticoides i els glucocorticoides.
Mineralocorticoides: Controlen que el ronyó excreti o absorbeixi més minerals.
Glucocorticoides: Estimulen la formació de glucosa. Tenen una alta activitat antiinflamatòria. Però tenen un problema secundari, és que com controlen la concentració en sang, si els prens molt de temps, la glucosa en sang augmenta molt.
Hormones sexuals: • Estrògens • Andrògens • Progestàgens Aquestes hormones a vegades es controlen per processos d’activació dintre de les cèl·lules, per tant, hi ha molts punts de control.
A partir del colesterol es fabriquen hormones ben diferents i és conseqüència de grups funcionals que es posen o es treuen.
Eicosanoides: Els fabriquen una gran quantitat de cèl·lules diferents. Però poden actuar tant a nivell local, com poden actuar de manera endocrina, lluny. Dintre d’aquests eicosanoides, tots son derivades d’àcids grassos poliinsaturats, i bàsicament es fabriquen de dos o tres àcids grassos poliinsaturats.
– ω-3: DHA (àcid docosahexaenoic) – ω-6: àcid araquidònic, DGLA (Dihomo-γ-linolenic acid) Els eicosanoides intervenen en processos antiinflamatoris. Alguns son antiinflamatoris, però molts són proinflamatoris. Aquets àcids grassos son poliinsaturats, omega 3 i omega 6, es important que hi hagi en la dieta omega 3 ja que són àcids grassos antiinflamatoris i no com l’omega 6 que es proinflamatori.
Les diferents classes són: - Prostaglandines - Prostaciclines - Leucotriens - Tromboxans Controlen moltes funcions, principalment inflamació i immunitat. Són mes o menys pro-inflamatoris depenen del precursor i classe.
Síntesi d’Eicosanoides: Estan formant part dels lípids de la membrana els Eicosanoides.
CAyES Part 3: Citocines: Les citocines les produeixen una gran quantitat de cèl·lules. Són pèptids, proteïnes o glicoproteïnes (la majoria pèptids). Aquestes citocines es posaven separades de les hormones perquè l’efecte sempre era local, a ella mateixa o a la del voltant, però ara es veu que no, que també tenen efectes llunyans.
Citocines vol dir que son senyals immunomoduladores. Modulaven el sistema immunitari. Però actualment es veu que els efectes no son només sobre cèl·lules immunitàries, sinó que tenen molts més efectes.
De citocines hi ha de 80 a 100 diferents. Les secreten cèl·lules del sistema immunitari, els leucocits, o cèl·lules de la glia (SNC), cèl·lules de suport de les neurones.
Hi ha moltes classificacions, aquí proposem una però poden haver moltes altres.
Una pot ser: - Interleucines - Interferons - Factors necrosis tumoral - Quimioquines Interleucines (IL): Són proteïnes. La majoria d’interleucines són sintetitzades per limfòcits helper CD4+ T, monòcits, macròfags i cèl·lules endotelials.
Les cèl·lules diana són principalment leucòcits: activen inflamació, diferenciació, etc (depèn de la IL).
D’interleucines se’n coneixen unes 35 actualment. (IL – 1 fins IL – 35). La majoria són actives com monòmers, però n’hi ha algunes que necessiten formar homodímers (IL-5) o heterodimers (IL-12).
Quimioquines: CAyES Classe de citocines que produeixen atracció (quimiotaxis) entre cèl·lules. La seva funció és guiar la migració de les cèl·lules.
Davant de situacions de problemes: - Pro-inflamatòries: Recluten cèl·lules del sistema immune al lloc d’infecció.
Homeostàtiques: Controlen la migració de les cèl·lules en els processos normals de desenvolupament i manteniment dels teixits.
S’alliberen dels leucocits aquestes quimioquines per tal d’atreure altres cèl·lules que puguin combatre aquella inflamació.
Són proteïnes petites (8 i 10 kDa). Tenen una estructura molt conservada, necessiten tenir aquelles cisteïnes en llocs determinats per poder fer els ponts dissulfur.
Hi ha diferents classes de quimioquines, depenen dels ponts dissulfur que tinguin. Ex: - C quimioquines: amb un pont disulfur CC quimioquines: amb dos ponts disulfur CXC quimioquines: amb dos ponts disulfur i un aminoàcid extra en mitg.
Interferons (IFNs): De nomenclatura no tenim problema. Tots els interferons s’abrevien IFN i el nom els hi ve d’”interferir” amb la replicació viral. Són glicoproteïnes sintetitzades, estructures grans, i alliberades per limfòcits (leucocits) en resposta a patògens (virus, bactèries, paràsits) o cèl·lules tumorals.
Actualment se’n coneixen d’uns 10 diferents d’interferons.
Es classifiquen en: – Tipus 1: IFN-α, IFN-β and IFN-ω – Tipus 2: IFN-y Tumor necrosis factors (TNF): Es diuen així perquè tenen la capacitat d’induir la mort de cèl·lules (apoptosis). El més conegut és el tumor necrosis factor-alpha (TNF-alpha), el produeixen els macròfags l monòcits.
Factors de creixement: Molècules que tenen la capacitat de regular i controlar el creixement i la diferenciació cel·lular. Moltes vegades se’ls inclou dins les citosines. Són tot proteïnes i se’n coneixen més de 50 factors de creixement. Exemples: - Platelet-derived graxth factor (PDGF).
- Epidermal growth factor (EGF).
- Fibroblast growth factor (FGF).
- Insuline-like growth factor (IGF).
- Nerve growth factor (NGF).
Altres senyals que reben les cèl·lules animals: CAyES - Els nutrients: Poden actuar com a senyals. La glucosa controla l’expressió gènica, una cèl·lula depenent de la quantitat de glucosa que estigui rebent tindrà una funcionalitat o una altra. Per tant els nutrients en sí controlen l’expressió.
Les vitamines també controlen l’expressió, per exemple, la vitamina D regula el metabolisme del calci.
- Components no-nutrients dels aliments: Modifiquen la funcionalitat cel·lular actuant com a senyals (flavonoides).
- Tòxics: Molts tòxics acaben sent tòxics perquè interaccionen amb mecanismes de senyalització, com ara l’inhibidor de l’acetilcolina (neurotransmissor).
- Fàrmacs: Actuen en mecanismes de senyalització p actuen com a senyal, simulant que s’ha prduït un altre senyal.
Part 4: Hormones vegetals: Inclou tots els senyals extracel·lulars de les plantes: o Auxines: les formen diverses estructures, la més coneguda és l’indol-3-acetic (IAA). L’IAA el sintetitzen les fulles, especialment les joves. Es transporta primàriament cèl·lula a cèl·lula, però també se’n troba al floema.
Entre les seves funcions destaquen: l’estimulació del creixement cel·lular, l’estimulació de la divisió cel·lular i la diferenciació del floema i del xilema i la intervenció en la resposta a la llum i gravetat.
o Citoquinines: tenen una estructura similar a l’adenina. Actualment es coneixen més de 200 citoquinines (naturals i sintètiques). Es considera que es sintetitzen a les arrels i es transporten cap als brots del floema. La funció més important és estimular la divisió cel·lular.
o Giberel·lines: són diterpens, dels quals se’n coneixen 136 que s’anomenen GA1...GAn. Es considera que es sintetitzen als teixits joves dels brots i de les llavors. Entre les seves funcions (depenent de la GA concreta) trobem: estimulació de l’elongació dels brots, i l’estimulació de la floració i el brotar depenent de la llum.
o Àcid abscíssic: correspon a un únic compost. Es sintetitza majoritàriament a les fulles (cloroplasts) i la síntesi augmenta en condicions d’estrès (hídric i tèrmic). Es transporta pel xilema i el floema i entre les seves funcions està l’estimulació del tancament dels estomes, i la inhibició del creixement de les tijes, etc...
o Etilè: correspon a un únic compost, un gas, la seva funció més important és l’estimulació de la maduració de la fruita.
Part 5: Feromones: - Substància química secretada a l’exterior per un individu per tal de comunicar algun tipus d’informació a altres individus.
- L’individu receptor rep el senyal a través d’un òrgan sensorial i del sistema nerviós.
- Les més estudiades i conegudes són les dels insectes, però actualment també es coneixen feromones en els mamífers (lectura suplementària).
Són un sistema de senyalització entre organismes. D’alguna manera es pensava que eren exclusius per insectes i als humans també n’existeixen i també s’han determinat. Qui detecta aquest senyal seran altres cèl·lules. Són substàncies molt volàtils, i la senyal arribarà al SNC i a partir d’aquí també s’elaborarà la resposta, que provocarà un canvi de funcionalitat. Les feromones no es coneixen molt profundament.
...