Tema 1.1 - La comunicació inter-cel·lular. Una introducció als mecanismes de la senyalització (2016)

Apunte Catalán
Universidad Universidad de Girona (UdG)
Grado Biología - 3º curso
Asignatura Regulació metabòlica
Año del apunte 2016
Páginas 10
Fecha de subida 21/03/2016
Descargas 38
Subido por

Descripción

Tema 1.1 - La comunicació inter-cel·lular. Una introducció als mecanismes de la senyalització: origen del sistema senyal-resposta, funcionament de les cèl·lules procariotes, BOX1, com és i com funciona una cèl·lula eucariota d'un organisme pluricel·lular: la comunicació inter-cel·lular, Comunicacions per unions citoplasmàtiques, Missatger extracel·lular, Molècules d’adhesió, Principis generals

Vista previa del texto

Regulació metabòlica – Tema 1.1 - Sònia Vivo DICCIONARI DE SIGLES:  GRB2: Growth-factor receptors bound-protein-2  SOS: son of sevenless  RAS: rat sarcomer  RAF: serin/theonin-specific protein kinase  MEK o MAPKK: MAP kiase o Mitogen-Activated Protein kinase kinase  ERK o MAPK: extracellular-signal-regulated kinases o Mitogen-Activated Protein kinase  JAK: just another kinase, quinasa relacionada amb 1TM  STAT: signal transducer and activators of transcription  PI3K: fosfatidil-inositol 3-phosphate kinase  PLCγ: phosphorilase C  GAP: GTPase activating protein  GNRP/GEF: guanine nucleotide releasing protein / guanine exchange factor  PIP2: fosfatidil-inositol 1,4,5-triphosfate (fosfolípid de membrana)  IP3: inositol 1,4,5-triphosfate (cap polar del PIP2)  IP3R: IP3 receptor  DAG: diacilglicerol  PKA: proteine kinase A  PKC: proteine kinase C  PKG: proteine kinase G  CREB: cAMP response element-binding protein  PDGR: factor de creixement derivat de plaquetes  HRE: hormone response element  PDG: platelet derived growth factor  EGF: epidermal growth factor  FGF: fibroblast growth factor  IGF: insulin-like growth factor  TGF-β: transforming growth factor-β  NGF: nerve growth factor  HGF-SF: hepatocite growth factor / scatter factor 1 Regulació metabòlica – Tema 1.1 - Sònia Vivo TEMA 1.1: LA COMUNICACIÓ INTER-CEL·LULAR. UNA INTRODUCCIÓ ALS MECANISMES DE LA SENYALITZACIÓ Tenim 21.000 proteïnes diferents al cos, controlades per moltes molècules i altres proteïnes. L’ésser viu més antic ja ha de ser capaç de controlar el medi que l’envolta, i poder formar una resposta envers ell (interaccionar). Provenim d’una ameba Australiana de fa 3.500 MA.
El pas d’unicel·lular a pluricel·lular va permetre formar organismes més complexos.
Una proteïna pot interaccionar amb més d’una cosa (La P53 interacciona i té funció amb 3 coses) i per això és forma una xarxa molt complexa.
L’habilitat per respondre a estímuls externs s’anomena sensibilitat. La sensibilitat permet, a l’organisme, adaptar-se i tenir menys incertesa (=sobreviure més).
Els humans són sistemes pecessadors de dades (=que altres organismes). Dins d’una cèl·lula res té lloc sense la xarxa proteica. Hi ha un ordre extrem que necessita de l’energia del metabolisme. Per sobreviure, la cèl·lula ha de rebre senyals, processar-los i generar respostes.
Hi han diversos tipus de molècules que tenen la funció de fer de senyal. Aquests senyals arriben de fora i són captats per receptors.
El receptor ha de reconèixer el senyal i interpretar-lo. La cèl·lula ha de descodificar. Per fer-ho utilitza tres sistemes: tipus de senyal, intensitat del senyal i seqüència temporal del senyal. El senyal (molt important) és interpretat a base d’un programa que s’ha heretat al llarg del temps.
2 Regulació metabòlica – Tema 1.1 - Sònia Vivo El processament del senyal s’anomena transducció del senyal. És el conjunt de mecanismes gràcies als quals les cèl·lules processen la informació transmesa per estímuls externs i/o interns.
Com respondre depèn del senyal que arriba. Pel mateix senyal poden haver-hi respostes diferents en teixits diferents i, alhora, per diferents senyals pot haver-hi una mateixa resposta en diferents teixits.
Sempre es busca la resposta òptima per fer sobreviure l’organisme. Si la cèl·lula no rep estímuls externs morirà (generalment) i si rep un excés de senyals també morirà, per tant, els senyals tenen una importància extrema.
ORIGEN DEL SISTEMA SENYAL-RESPOSTA Per tal de permetre l’existència d’organismes pluricel·lulars han d’haver comunicacions entre cèl·lules. Per aconseguir aquestes comunicacions es necessita una xarxa proteica.
Fa 3.500 m.a. no hi havia O2 i, per tant, aquest no era l’acceptor final d’electrons.
Els cianobacteris varen ser els responsables dels nivells actuals d’oxigen a l’atmosfera. L’atmosfera va passar de ser reductora a ser oxidant i els organismes van haver de canviar l’acceptor d’electrons (abans devia ser un element diferent a l’oxigen).
Fa 2.500 m.a. van aparèixer els organismes que utilitzaven l’O2. Es creu que van tardar tant perquè varen haver de formar la xarxa proteica.
Els arqueobacteris són bacteris molt antics.
Els eucariotes s’assemblen més als arqueobacteris que als procariotes.
La cèl·lula capaç de respondre a estímuls és la que sobreviu i li passa a la descendència aquesta capacitat.
3 Regulació metabòlica – Tema 1.1 - Sònia Vivo FUNCIONAMENT DE LES CÈL·LULES PROCARIOTES Les cèl·lules necessiten rebre uns estímuls (A, B i C) simplement per sobreviure (Primer cas). Serveix per no crear més cèl·lules les quals molestarien a les ja existents.
Exemple: les cèl·lules del dit petit del peu no es divideixen excepte quan es produeix alguna ferida.
Per tal de dividir-se (Segon cas), la cèl·lula necessita rebre uns altres estímuls o senyals específics (F i G).
Per diferenciar-se (Tercer cas) també necessita uns altres estímuls o senyals (D i E).
Si les cèl·lules no reben cap senyal (Últim cas) entraran en apoptosi i moriran. Així doncs, rebre senyals és imprescindible per la vida.
Les agulletes no són casades per l’acumulació d’àcid làctic sinó per la mort de fibres musculars. Les fibres musculars que es moren no es recuperen ja que no es poden reproduir mai. La pell, en canvi, es reprodueix constantment (sempre es poden dividir).
Les cèl·lules que es divideixen sempre ho fan perquè reben els senyals que els hi permeten fer-ho.
Els receptors és troben a les cèl·lules diana, les quals responen al senyal.
Tipus de cèl·lules: 1. Diferenciades: No es divideixen “mai” ja que no reben cap senyal que els hi permeti fer-ho.
Algunes poden, poc sovint, rebre algun senyal. (Ex: Neurones, cèl·lules musculars).
2. Divisió constant: “Sempre” es divideixen ja que reben els senyal de dividir-se constantment.
(Ex: cèl·lules endotelials del budell i cèl·lules epitelials).
3. No divisió constant: Han de rebre un senyal que els permeti dividir-se.
La comunicació (inter)cel·lular ha de controlar els processos vitals com són el moviment, activitat metabòlica i proliferació (o creixement (no és tant correcte parlar de creixement ja que la cèl·lula només creix en mitosi)).
4 Regulació metabòlica – Tema 1.1 - Sònia Vivo Les nostres cèl·lules tenen les condicions adequades per reproduir-se, però no ho fan perquè hi ha inhibició per contacte: les cèl·lules veïnes no ho permeten. Necessiten un permís per reproduir-se.
BOX 1: COM ÉS I COM FUNCIONA UNA CÈL·LULA EUCARIOTA, D’UN ORGANISME PLURICEL·LULAR La cèl·lula està absolutament plena per dins. David Goodsell va reconstruir les dades d’una cèl·lula real de mides reals. Dins la cèl·lula hi ha moltes coses però estan molt ben organitzades.
Aquesta complexa organització algú l’ha de crear i mantenir.
Quan arriba una senyal, ha d’aconseguir passar tot allò que obstaculitza el seu pas per dins la cèl·lula.
La cèl·lula, com a tal, és molt estable. Si li arriba un estrès, primerament intenta adaptar-se (canviant mida i forma) → És molt mal·leable. Si no aconsegueix adaptar-se, morirà.
COM ÉS I COM FUNCIONA UNA CÈL·LULA EUCARIOTA, D’UN ORGANISME PLURICEL·LULAR: LA COMUNICACIÓ INTER-CEL·LULAR Una cèl·lula sempre ha de rebre senyals, els ha d’interpretar i ha de saber respondre. Utilitza tres grans sistemes per fer-ho: unions citoplasmàtiques (1), missatgers extracel·lulars (2) i molècules integrals de membrana (3).
5 Regulació metabòlica – Tema 1.1 - Sònia Vivo 1. Comunicacions per unions citoplasmàtiques: Tenim tres unions diferents: 1.1. Unions d’ancoratge, és a dir, una cèl·lula s’uneix amb una altra (i així successivament) i constitueixen un teixit.
1.2. Unions d’oclusió.
1.3. Les Gap junction són canals que comuniquen les cèl·lules adjacents i per els quals aquestes es poden comunicar a traves de missatgers. Pels canals poden passar-hi petites molècules. Són les unions que s’expliquen més detalladament a continuació: Si observem amb un microscopi, les cèl·lules estan molt juntes però no es toquen. Les proteïnes de membrana retenen molta aigua i formen el glicocàlix. Aquestes proteïnes tenen uns extrems àcids.
Això fa que les cèl·lules no es toquin formin una mena de forat (gap).
Si mirem les membranes cel·lulars veurem que tenen uns porus anomenats connexons. Cada porus està format per 6 proteïnes (connexines) i formen un tub que uneix les cèl·lules.
6 Regulació metabòlica – Tema 1.1 - Sònia Vivo Els tubs pateixen canvis comformacionals per estar oberts o tancats. Quan s’inclinen les proteïnes gràcies a que arriba una senyal (dels connexons veïns), s’obre un petit porus que permet el pas de petites molècules. Els senyals són els calci i el CAMP.
Es creu que és un tipus de comunicació. Exemple: una cèl·lula avisa que es morirà i la cèl·lula veïna decideix si morir o viure, En atacs de cor, per exemple, la veïna mor i així successivament.
2. Missatger extracel·lular: Molècules que poden ser molt especialitzades, que només van a receptors específics d’una cèl·lula Cèl·lula diana- (s’han descobert molts receptors, però, que no se sap què fan). Els sistemes de comunicació es basen en aquests primers missatgers o senyals biològics. Els missatgers es poden classificar segons el tipus de molècula o segons com funcionen (distància a la que funcionen).
2.1. Segons el tipus de molècula: pèptids, proteïnes, aminoàcids, àcids grassos, gasos, nucleòtids (ex: CAMP), metalls (ex: calci), hormones no peptídiques, intermediaris de Krebs, altres (senyals nerviosos) i alguns s’han d’adquirir per la dieta.
2.2. Segons la distància a la que actuen: Hi han 6 tipus de senyals diferents: 7 Regulació metabòlica – Tema 1.1 - Sònia Vivo 2.2.1. Autocrí: el senyal es desplaça mínimament. Una cèl·lula secreta un senyal i al sortir de la cèl·lula pot impactar amb la pròpia cèl·lula o, com a màxim, amb la veïna.
2.2.2. Paracrí: el senyal impacta a una cèl·lula veïna (el senyal es desplaça una mica més que a l’autocrí però no gaire més).
2.2.3. Endocrí: se secreta un senyal i aquest viatja pel torrent sanguini fins a llargues distàncies. El fet de viatjar tant i per la sang fa que el senyal es pugui anar dissolent.
2.2.4. Justacrí: el senyal està fixat a la membrana i interacciona amb el receptor de la cèl·lula veïna. El senyal està ancorat a la membrana, però desprès una proteïna “l’alliberarà”. El justacrí és un dels senyals necessaris per sobreviure (el primer cas). Molts teixits funcionen amb aquest sistema, és molt important per la supervivència de la cèl·lula.
2.2.5. Intecrí: el senyal es troba amb el receptor DINS la pròpia cèl·lula.
2.2.6. Sinapsi: el senyal va dins la cèl·lula.
8 Regulació metabòlica – Tema 1.1 - Sònia Vivo  Funcionament dels missatgers extracel·lulars Primerament s’ha de sintetitzar el primer missatger (senyal) o agafar-lo de fora, com per exemple el calci. El senyal ha de ser secretat, és a dir, s’ha d’enviar a fora la cèl·lula. Posteriorment aquest ha de ser transportat i, quan arriba a la cèl·lula diana, s’ha d’unir amb el receptor. El receptor pot ser extracel·lular (si es troba fora de la membrana) o intracel·lular (si es troba dins la cèl·lula).
Un cop el senyal s’ha unit al receptor, la cèl·lula respon al senyal, és a dir, es produeix un canvi bioquímic. Finalment, quan la cèl·lula diana ja ha respost al senyal aquest s’ha d’eliminar per tal de fer tornar la cèl·lula al seu estat inicial. Si el senyal no s’eliminés, la cèl·lula no podria tornar a respondre quan li arribés més senyal. A més, aquest s’aniria acumulant fent que la cèl·lula entri en apoptosi ja que no pot sobreviure a elevades concentracions de senyal.
2.2.1. i 2.2.2. Sistema autocrí i paracrí: La cèl·lula secreta senyals tant per ella mateixa com per la cèl·lula veïna. Aquest fet se l’anomena efecte comunitari (ex: cicatrització).
Un exemple de sistemes autocrins i paracrins són les prostaglandines i els factors de creixement (IGF).
El primer, i més important, factor de regulació és la disponibilitat dels senyals (ja que sòl haver més receptors que senyal). Aquesta disponibilitat ho controla tot.
La matriu extracel·lular és un emmagatzematge de senyals i, per aquest motiu, les cèl·lules tumorals van a buscar aquest magatzem.
2.2.3. Sistema endocrí: Va aparèixer a organismes pluricel·lulars per tal que tot el cos respongués al senyal. El senyal viatja pel torrent sanguini llargues distàncies. Aquest fet fa que el senyal es dilueixi. L’afinitat senyalreceptor ha de ser, doncs, molt elevada ja que el senyal arriba i interactua amb el receptor en unes concentracions de 10-8M. Les hormones, per exemple, són funcionals a tant baixes concentracions per aquest motiu.
9 Regulació metabòlica – Tema 1.1 - Sònia Vivo Tan sols aquelles cèl·lules que tinguin el receptor pel senyal podran generar una resposta.
La cèl·lula pot tornar-se insensible a la concentració de senyal, és a dir, arribarà un punt en que per més que s’afegeixi senyal (augmenti la concentració de senyal) la resposta no s’incrementarà.
3. Molècules d’adhesió: Formació de teixits. Unió de cèl·lules a altres cèl·lules. Ex: Les cèl·lules epitelials s’enganxen al fons d’una placa, sinó moren.
PRINCIPIS GENERALS - Cada cèl·lula del nostre cos està programada per respondre a unes determinades combinacions de senyals segons el grau de diferenciació i el nivell de senyal.
- Cada cèl·lula del nostre cos està exposada a centenars de senyals de l’entorn, és a dir, no rep només un senyal alhora. La cèl·lula, doncs, ha de saber com respondre a combinacions de senyals depenent de les concentracions de cada tipus de senyal.
- La cèl·lula respondrà als senyals depenent del tipus cel·lular i el seu grau de diferenciació. Al cos hi ha uns 200 tipus cel·lulars i cada un pot respondre a uns senyals de manera diferent (sobrevivint, replicant-se…). Les cèl·lules estan programades per dependre de l’aport constant de senyals simplement per sobreviure. Si no en reben entraran en apoptosi (hi ha una regeneració constant de cèl·lules). Hi ha un equilibri entre les cèl·lules que moren i les que es divideixen. Aquest equilibri s’anomena homeòstasi.
- Tipus diferent de cèl·lules poden respondre de manera diferent a un mateix senyal. Per tant, la resposta no depèn tant del senyal sinó del receptor. La resposta que generarà una cèl·lula depèn dels receptors que tingui per un determinat senyal. Aquests receptors seran diferents depenent de l’estat de diferenciació. Per exemple l'acetil-colina (imatge de baix) és un neurotransmissor que provoca la contracció en cèl·lules musculars esquelètiques però té l’efecte contrari en cèl·lules cardíaques (al cor provoca la relaxació cel·lular). En glàndules salivals, l'acetil-colina, provoca secreció de senyal. → El senyal és = però la resposta és ≠.
10 ...