Mecanismos de Señalización Celular y Fundamentos del Metabolismo Biológico

Señalización Biológica: Transducción de Señales

Tipos de Ligandos y su Interacción Celular

Las moléculas que actúan como señales pueden clasificarse según su interacción con la membrana plasmática:

• Moléculas Hidrofóbicas: Son capaces de atravesar la bicapa lipídica e interactuar con receptores intracelulares específicos. Actúan sobre la cromatina nuclear, provocando cambios transcripcionales.
• Moléculas Hidrofílicas: No pueden atravesar la membrana plasmática. Poseen un sistema de comunicación llamado transducción de señales, que involucra cuatro elementos clave: receptor, transductor, efector y amplificador.

Segundos Mensajeros

Son moléculas que difunden la señal y provienen de una enzima alostérica. Ejemplos:

• AMP Cíclico (AMPc): Señal química intracelular, cuya concentración está controlada por hormonas, señales y neurotransmisores. Se sintetiza en la cara interna de la membrana.
• Ion Cálcico (Ca²⁺): Su concentración permite su salida del retículo endoplasmático (RE) al citosol, donde hay proteínas que fijan el Ca²⁺.
• Inositol 1,4,5-Trifosfato (IP3): Se forma en el líquido de la membrana. La molécula precursora es un fosfolípido de la membrana.
• Diacilglicérido (DAG)

Amplificadores de Señal

Reconocen a los segundos mensajeros y se encargan de propagar la señal a través de una modificación covalente de proteínas.

Clasificación de Señales Celulares

Las señales biológicas pueden clasificarse según su modo de transmisión:

• Dependiente de Contacto: Requiere el contacto físico entre células.
• Señalización Paracrina: Actúa en el medio extracelular de forma local, afectando a células cercanas.
• Señalización Sináptica: Involucra señales eléctricas liberadas en los axones de las neuronas.
• Señalización Endocrina: Las células segregan hormonas que viajan a través del torrente sanguíneo para actuar en células diana distantes.

Receptores de Membrana

Los receptores de membrana son cruciales para la transducción de señales. Se clasifican en:

1. Receptor asociado a un canal iónico: La unión del primer mensajero con la cara extracelular de la membrana causa la apertura o cierre de un canal iónico que forma parte de la estructura del receptor. Ejemplos: receptor nicotínico, canal de K⁺.
2. Receptor con un solo segmento transmembrana: Posee funciones catalíticas intrínsecas en la región citosólica. Ejemplo: receptor asociado a la proteína G.
3. Receptor asociado a una enzima: La enzima puede estar en el interior de la célula o el propio receptor es una enzima regulada por los ligandos.

Proteínas Fijadoras de GTP (Proteínas G)

Son proteínas clave en la transducción de señales, clasificadas en:

• Grandes (heterotriméricas): Transmiten señales de otros receptores y están asociadas a otras proteínas.
• Pequeñas (monoméricas): Intervienen en la transducción de señales de otros receptores superficiales de membrana.

Proteincinasas

• Proteincinasas A (PKA): Fosforilan residuos de serina (Ser) y treonina (Thr). Participan en la transducción de señales en el citoplasma y dependen de AMPc.
• Proteincinasas C (PKC): Fosforilan residuos de tirosina (Tyr). Son dependientes de Ca²⁺.

Cascadas de Señales

Son reacciones conectadas en serie, donde las proteínas señalizadas se fijan a determinados elementos de las estructuras de lípidos o proteínas, propagando y amplificando la señal.

Metabolismo Celular

Definición de Metabolismo

El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que están catalizadas por enzimas y tienen lugar dentro de un organismo vivo, con los siguientes objetivos:

• Obtener energía.
• Obtener moléculas precursoras.
• Síntesis de macromoléculas a partir de los precursores.
• Síntesis y degradación de biomoléculas con funciones especializadas.

Una ruta metabólica incluye metabolitos e intermediarios. El oxígeno (O₂) es un elemento importante en muchos procesos metabólicos.

Catabolismo

Es el proceso metabólico que transforma moléculas complejas en simples, liberando ATP (energía).

Anabolismo

Es el proceso metabólico que transforma moléculas simples en complejas, requiriendo ATP (energía).

Hidrólisis del ATP

La hidrólisis del ATP es un proceso clave para la liberación de energía. Cuando el ATP libera un grupo fosfato, se obtiene ADP (Adenosín Difosfato); si libera dos grupos fosfato, se obtiene AMP (Adenosín Monofosfato).

Control del Metabolismo

El metabolismo está finamente regulado a varios niveles:

1. Nivel de la cantidad de enzimas: Regula la velocidad de la reacción de la ruta metabólica.
2. Nivel de la actividad enzimática: Modula la eficiencia de las enzimas existentes.
3. Nivel de la compartimentación celular: Las reacciones ocurren en compartimentos específicos de la célula.
4. Nivel de control hormonal: Las hormonas actúan como reguladores sistémicos del metabolismo.