Bases Moleculars de la comunicació intercel·lular

Els organismes unicel.lulars poden realitzar totes les funcions necessàries per mantenir la vida. Per exemple, una ameba, organisme unicel.lular, assimila els nutrients del medi, es mou, porta a terme les reaccions metabòliques de síntesi i degradació i es reprodueix. En els organismes pluricel.lulars, la situació és molt més complexa, ja que les diverses funcions cel lulars es distribueixen entre diferents poblacions de cèl lules, teixits i òrgans. D'aquesta manera en un organisme pluricel·lular, cada cèl·lula depèn d'altres i les influeix. Per tant, la majoria de les activitats cel·lulars, només es desenvolupen, si les cèl·lules involucrades reben estímuls provinents d'altres. Per coordinar totes aquestes diverses funcions han d'existir mecanismes de comunicació intercel·lular.

En la majoria dels organismes superiors hi ha dos mètodes fonamentals de comunicació intercel·lular: el sistema nerviós i el sistema endocrí.  En ambdós sistemes les cèl lules es comuniquen entre sí a través de missatgers químics.

Les neurones envien missatges a les seves cèl lules efectores (cèl lules blanc), que poden ser cèl lules musculars, cèl lules glandulars o altres neurones. Per enviar el seu missatge, la neurona allibera una substància química, un neurotransmissor. El neurotransmissor és alliberat a llocs específics anomenats sinapsis [1]. Les molècules de neurotransmissor s'uneixen a receptors, situats a la superfície de la cèl lula diana, i provoquen d'aquesta forma canvis físics i químics a la membrana cel lular i a l'interior de la cèl·lula.

L'acció de les hormones, pot donar-se bàsicament d'acord a un d'aquests diferets tipus d'inducció: 


1. Endocrina: una glàndula allibera hormones (inductor) que poden actuar sobre cèl·lules o òrgans situats a qualsevol lloc del cos (cèl lules diana). Per tant podem dir que cèl.lules inductores i induïdes es troben distants. Les glàndules endocrines alliberen hormones al torrent sanguini: les cèl·lules o teixits diana posseeixen receptors que reconeixen exclusivament els diferents tipus de molècules hormonals. Així un receptor reconeix exclusivament una hormona. Una cèl lula pot tenir diferents tipus de receptors, i així reconèixer diferents hormones. Ex Insulina, glucagó, hormones adenohipofisiarias, etc.
 
2. Paracrina: Una cèl lula o un grup d'elles alliberen una hormona que actua sobre les cèl.lules adjacent que presentin el receptor adequat. D'aquesta manera la cèl·lula inductora i induïda es troben pròximes. Ex Prostaglandines
 
3. Autocrina: Una cèl lula allibera una hormona que actua sobre la mateixa cèl lula. Ex prostaglandines
 
4. Neuroendocrina: Una neurona allibera el seu neurosecreció al torrent sanguini. Ex Oxitocina, ADH, hormones alliberadores i inhibidores hipotalàmiques.
  

Com veiem hi ha importants diferències entre la comunicació hormonal i la nerviosa. Les neurones tendeixe a actuar sobre una cèl·lula en particular o sobre un grup de cèl·lules. Generalment els axons recorren distàncies curtes, encara que existeixen excepcions. La comunicació entre neurones pot desenvolupar-se en qüestió de milisegons. Per contra, una hormona alliberada al torrent sanguini per una glàndula, pot arribar cèl·lules i teixits en qualsevol part del cos, sempre que aquestes tinguin el receptor adequat, a més la comunicació hormonal pot prolongar per espai de minuts o més hores.

  

Quan una hormona passa a la circulació sanguínia, pot arribar tots els teixits del cos, però, en general la seva acció només s'evidencia en un limitat nombre de cèl lules que presenten a les seves membranes un receptor específic. Com ja sabem, el receptor és en general un complex proteic específic al qual cada hormona s'uneix selectivament, d'aquesta manera la substància inductora i el seu receptor formen un complex que presenta les següents característiques:  

1. La unió inductor-receptor suposa una adaptació estructural entre les dues molècules, similar al complex enzim-substrat.
 
2. La unió es pot saturar, és a dir  com que el nombre de receptors en una cèl.lula és limitat, un eventual augment en les concentracions de l'hormoa, posaria en evidència la saturació del sistema.
 
3. El complex inductor-receptor es dissocia després de la seva formació, és a dir, la unió és reversible.
 
La interacció hormona-receptor és la primera d'una sèrie de reaccions consecutives que es propaguen per l'interior de la cèl lula, mentre que l'última baula d'aquesta sèrie es pot considerar com la resposta.
 
Les hormones, segons la seva naturalesa química poden ser: 

1. Esteroides: Les hormones esteroidees són derivats del colesterol (els glucocorticoides, els mineralocorticoides, els esteroides sexuals, la vitamina D i l'àcid retinoic).
 
2. Derivats d'aminoàcids: És el cas de les hormones derivades de l'aminoàcid tirosina, conegudes com aminohormonas. Hi ha dos tipus de aminohormonas: les que interactuen amb receptors de membrana (adrenalina i noradrenalina, produïdes per la glàndula suprarenal) i les que s'uneixen a receptors citosòlics (per exemple, l'hormona tiroïdal produïda per la glàndula tiroide).
 
3. Pèptids o proteïnes: Són cadenes d'aminoàcids. Exemples d'hormones peptídiques són la oxitocina i l'hormona antidiürètica. Exemples d'hormones proteiques són la Insulina i l'hormona del creixement.
 
4. Derivats d'àcids grassos: Les prostaglandines i les hormones juvenils dels insectes són hormones derivades d'àcids grassos.

Tot i que totes les hormones són missatgers químics, no totes actuen de la mateixa manera. 

1. Les hormones peptídiques i proteiques causa de la seva mida i polaritat, no poden travessar la membrana plasmàtica i han d'unir a receptors dispersos a la superfície externa de la cèl lula. Aquests són els anomenats receptors de membrana, que en general són glicoproteicos. Els receptors de membrana detecten l'arribada d'una hormona i activen una ruta de transmissió de senyals intracel · lular, que en última instància regula els processos cel.lulars.En generala les hormones les anomenarem primers missatgers mentre que els senyals interns els anomenarem segons missatgers. El procés de generar els segons missatgers, depèn d'una sèrie de proteïnes de la membrana cel lular. Els segons missatgers són en general molècules de mida petita, la ràpida difusió permet que el senyal es propagui ràpidament per tot l'interior cel lular.  

A la figura podeu veure la seqüècia de reaccions produïdes a partir de la unió de l'hormona a un receptor de membrana que activa la proteïna G, via adenilat ciclasa. 

 

L'adenilat ciclasa genera AMPc que activa la proteinquinasa A i aquesta actua sobre la gluconeogénesi:

2. Les hormones esteroidees i les hormones tiroïdals, que per la seva naturalesa hidrofòbica (liposoluble), poden difondre a través de la membrana plasmàtica, i interactuar directament amb receptors que es troben a l'interior de la cèl lula , per exemple en el citosol. Quan l'inductor, interactua amb el receptor citosòlic, formant un complex Hormona-Receptor, aquest complex ingressa al nucli on activen gens específics.

Activitats d'autoavaluació

1.  Què és i en què consisteix la transducció d'un senyal?

2.  Quins són els passos des de la síntesi del AMPc en la  membrana plasmàtica de l'hepatòcit fins l'alliberament de la glucosa al torrent sanguini?

3.  Què és l'amplificació d'un senyal? Quina és la diferència amb la transducció d'un senyal?

4. De quina manera la reacció en cascada produeix l'amplificació del senyal? Com incrementa les possibilitats de regulació metabòlica?

Preguntes d'opció multiple:

1) La funció del AMPc és la de: 

•  primer missatger
•  segon missatger
•  transportador d'electrons
•  transportador d'energia

2) Les hormones esteroides tenen els seus receptors a:

• la monocapa intracel.lular de la membrana plasmàtica
• la monocapa intracel.lular de la membrana plasmàtica
• el citoplasma
• les xaperones

3) Quina de les següents hormones disminueix la concentració de sucre en sang?

• Glucagó
• aldosterona
• Insulina
• Totes les hormones esteroidees

4) Quina de les següents pot representa la seqüència precisa de components en una resposta cel lular a una hormona peptídica?

• Hormona unida a la adeniciclasa (AC) proteïna G proteinquinasa fosforilació d'enzims
• Hormona unida al receptor proteïna G factor de transcripció proteinquinasa
• Hormona unida a proteïna G AC proteinquinasa fosforilació de proteïnes
• Hormona unida al receptor proteïna G AC proteinquinasa fosforilació de proteïnes

5) Un segon missatger derivat de l'estructura lipídica de la membrana plasmàtica és:

• AMPc
• Calmodulina
• IP3
• Ca + +

6) La principal diferència en el mecanisme d'acció entre les hormones esteroidees i peptídiques és que:

• Les hormones esteroidees principalment afecten la síntesi proteica mentre que les peptídiques afecten principalment l'activitat de les proteïnes ja existents a la cèl lula
• Les cèl lules blanc reaccionen més ràpid a les hormones esteroidees que peptídiques
• Les hormones esteroidees entren en el nucli mentre que les peptídiques romanen en el citoplasma
• Les hormones esteroidees s'uneixen a un receptor proteic mentre que les peptídiques s'uneixen a la proteïna G.