Inici / Apunts / Biologia /

Senyalització Cel·lular i Cicle Cel·lular: Mecanismes i Control

Biologia11,69 KB

Senyalització Cel·lular

La senyalització cel·lular implica molècules senyalitzadores que s'uneixen als seus receptors, provocant reaccions a l'interior cel·lular. Aquestes reaccions regulen la funció i el comportament de la cèl·lula, incloent-hi el metabolisme i la proliferació.

Tipus de Senyalització entre Cèl·lules

  1. Interacció directa cèl·lula-cèl·lula: Important per a la regulació del comportament en teixits animals. Les molècules senyal regulen per contacte la proliferació i presenten receptors a la superfície que interaccionen amb les molècules senyalitzadores de les cèl·lules veïnes.
  2. Senyalització mitjançant molècules secretades:
    • Endocrina: Les molècules senyalitzadores (hormones) són secretades i transportades a través del sistema circulatori, actuant en cèl·lules diana de llocs allunyats.
    • Paracrina: La molècula senyal alliberada actua en cèl·lules diana pròximes.
    • Autocrina: La cèl·lula respon a una molècula senyal pròpia, cosa que pot provocar càncer si es prolifera anòmalament.

Segons Missatgers

La majoria de receptors activen enzims diana intracel·lulars que poden estar units a receptors o associats a través de proteïnes G. Aquests actuen com a transmissors del senyal a l'interior, amplificant el senyal indicat per la unió de la molècula senyal i el receptor. Una cascada de reaccions transmet aquest senyal (transducció intracel·lular de senyals). Els segons missatgers s'encarreguen de permetre-ho. Els més comuns són Ca2+, AMPc, GMPc, etc. Amb aquests s'activen diferents molècules.

Especificitat de la Senyalització Cel·lular

Cada cèl·lula endocrina pot sintetitzar moltes molècules senyal específiques, les quals només podran ser reconegudes per receptors específics per a aquestes molècules. A més, cada tipus de cèl·lula és capaç de respondre de manera diferent i específica a una mateixa molècula senyal. Una mateixa cèl·lula receptora de senyals pot experimentar respostes molt específiques depenent del tipus de senyal que rebi.

Proteïnes G

Són les proteïnes que uneixen nucleòtids de guanina per transmetre els senyals a l'interior cel·lular. Els receptors associats a aquestes estan relacionats en quant a funció i estructura. El domini extracel·lular fa un canvi conformacional que permet la unió del domini citosòlic del receptor, unir-se a la proteïna G, que es dissocia del receptor i transmet el senyal a la diana.

Via de l'AMPc

El receptor de l'epinefrina està associat a AMPc via proteïna G, que estimula l'activitat enzimàtica, augmentant la concentració intracel·lular d'AMPc. La majoria dels efectes de l'AMPc a la cèl·lula són mediats per la proteïna quinasa dependent d'AMPc (PKA), un enzim. PKA té dues subunitats reguladores a les quals s'uneix l'AMPc. Quan hi ha la unió, les subunitats es dissocien, queden lliures i actives, fosforilant residus de serina de les proteïnes diana.

Via dels Fosfolípids d'Inositol i el Ca2+

Hormones i factors de creixement indueixen la hidròlisi d'inositol per la fosfolipasa C, obtenint diacilglicerol i IP3. Els dos són missatgers que activen, respectivament, PKC i mobilització de Ca2+. Passos:

  1. Hidròlisi d'inositol alliberant Ca2+ de reserves intracel·lulars.
  2. Mobilització de calci mediada per IP3.
  3. Funció de la calmodulina, que forma un complex actiu que s'uneix a proteïnes diana, incloent-hi les proteïnes quinasa dependents de Ca2+/Calmodulina.

Receptors amb Activitat Tirosina Quinasa

Estan acoblats a enzims intracel·lulars. Fosforilen les proteïnes substrat en residus de tirosina. Reben el nom de GF perquè la família inclou receptors per a la majoria de factors de creixement. El genoma codifica per a 58 receptors diferents, incloent-hi EGF, NGF i PDGF, insulina, etc. Tots tenen l'extrem N-terminal a la cara extracel·lular, unint-se al lligand, una α-hèlix transmembrana i l'extrem C-terminal amb activitat tirosina quinasa.

Via Ras/Raf/MAP Quinasa

Passos:

  1. Activació de quinases MAP ERK: L'estimulació de receptors de factors de creixement activa GTP/Ras, que interacciona amb la proteïna Raf, que fosforila i activa MEK, que activa ERK fosforilant-la. Doncs, l'ERK fosforila proteïnes citoplasmàtiques i nuclears.
  2. Regulació de proteïnes Ras: Alternen entre inactiu (unides a GDP) i actiu (unides a GTP). Aquest canvi indueixen els factors d'intercanvi a nucleòtids de guanina GEF (introdueixen GTP activant) i la GTPasa GAP (hidrolitza GTP desactivant Ras).
  3. Activació de Ras posterior als receptors proteïna tirosina quinasa: Complex format per Grb2 i Sos, s'uneix a una seqüència de fosfotirosines al receptor a través del domini SH2 de Grb2. La Sos és portada a la membrana plasmàtica on induirà l'intercanvi GDP/GTP a la Ras. Aleshores Ras/GTP actiu s'unirà a la proteïna quinasa Raf.
  4. Inducció dels gens ràpids immediats per ERK: ERK es transloca al nucli i fosforila Elk-1, que s'uneix a l'element de resposta al sèrum (SRE) formant un complex amb el factor de resposta al sèrum (SRF). La fosforilació estimula l'activitat d'Elk-1 com a activador de transcripció, induint als gens immediats.

Control del Cicle Cel·lular

Hi ha 3 punts de control:

  1. Final fase G1: Es controla que l'ambient sigui favorable, que la cèl·lula sigui prou gran i que el DNA no estigui lesionat.
  2. Abans de la fase M: Es controla que l'ambient sigui favorable i es repassa el DNA després de la replicació. Si està bé i es pot avançar, es produeix l'assemblatge del fus i comença la fase M.
  3. Fase M avançada (anafase): Es detecta que els cromosomes estiguin ben alineats a la placa metafàsica perquè hi hagi una correcta segregació del material genètic. Doncs comença la citocinesi i s'acaba la divisió.

Molècules del Sistema de Control

Es necessita el factor promotor de la maduració (MPF) per avançar en el cicle, que està compost per Cdc2 i Ciclina B. L'activitat de l'MPF està controlada per l'acumulació i degradació de Ciclina B durant el transcurs. No només existeix el complex Cdc2-Ciclina B que permet el pas de G2 a M, sinó que els complexos Cdk4-Ciclina D i Cdk6-Ciclina D controlen el pas a través del punt de restricció de G1; i Cdk2-Ciclina E intervé en G1 i el pas a S; i Cdk2-Ciclina A, per la progressió a través de S.

Control de la Transició G1/S. Punt de Restricció

Quan la cèl·lula és prou gran i les condicions són favorables, els receptors de superfície reben mitògens, que activen Ras, que activa MAP quinasa, que entra al nucli i activa gens de la proteïna reguladora. Doncs es sintetitza la proteïna reguladora Myc que activa per fosforilació el complex Cdk4-Ciclina D o Cdk6-Ciclina D. Aquest activat fosforila la proteïna Rb inactivant-la, alliberant la proteïna E2F que activa la transcripció dels gens de proteïnes per a la fase S. Doncs se sintetitzen Cdk2-Ciclina E i Cdk2-Ciclina A, que són les que promouen la síntesi i replicació del DNA. La transició de G1 cap a S es pot veure bloquejada si hi ha danys en el DNA o estimulació excessiva. Si hi ha danys, s'activen quinases que fosforilen p53 que s'allibera, activa p21 i inhibeix el complex Cdk2-Ciclina E, i s'entra en fase G0.

Control de l'Entrada a la Mitosi. Transició G2/M

MPF que permet l'avenç es regula amb Ciclina B i Cdc2. Aleshores Cdc2 és fosforilada en treonina i s'activa, i en tirosina per inhibir l'activitat. La desfosforilació activa MPF pel pas de G2 a M. L'activitat d'MPF acaba al final de la mitosi per degradació proteolítica de Ciclina B. El complex Cdc2-Ciclina B té funcions:

  1. Promou la condensació de cromatina per fosforilació de condensines.
  2. Provoca el trencament de l'embolcall nuclear per fosforilació de làmines.
  3. Provoca la fragmentació de Golgi i RE per fosforilació de GM130.
  4. Promou la formació del fus mitòtic provocant inestabilitat als microtúbuls del citoesquelet.

Control de la Sortida de la Mitosi. Transició Metafase-Anafase

Regula l'alineació de cromosomes a la placa metafàsica. Quan estan alineats s'inicia l'anafase i es completa la mitosi. El pas metafase-anafase es deu a la proteòlisi de les proteïnes reguladores mediada per ubiquitines, que dispara la ubiquitina lligasa anomenada complex promotor d'anafase (APC). L'MPF activa APC. Quan està activat:

  1. Es degrada la securina, que manté inactiva la separasa, però queda lliure i degrada les cohesines Scc1, que provoquen la separació de cromàtides germanes, que s'estiren cap als pols del fus posant en marxa l'anafase.
  2. Es degrada Ciclina B, que inactiva MPF, que significa fi de la mitosi i començament de la citocinesi. S'activen fosfatases que despolaritzen el fus mitòtic, descondensen els cromosomes i reformen l'embolcall.

La Meiosi

Cicle cel·lular que redueix el nombre de cromosomes a la meitat, fent filles haploides. La realitzen les cèl·lules germinals.

Profase 1

A la meiosi és més llarga que a la mitosi; fases: leptotè (els cromosomes duplicats comencen a condensar), zigotè (els homòlegs es comencen a unir a través de sinapsis pel complex sinaptinèmal), paquitè (sinapsis ja completa i és quan s'hi poden haver produït recombinacions), diplotè (s'observen quiasmes i el complex sinaptinèmal comença a desaparèixer) i diacinesi (l'embolcall nuclear es comença a fragmentar. Els homòlegs resten units per quiasma. Es formen cinetocors i entra la metafase. Quan els microtúbuls estirin pel cinetocor, es trencarà el quiasma i generarà recombinació).

El Complex Sinaptinèmal

Comença durant el zigotè. És una estructura proteica que es forma al llarg dels cromosomes aparellats provocant sinapsis. Aquest complex manté els homòlegs units i alineats durant el paquitè, que és quan es formen entrecreuaments, recombinació i queden units per quiasma. Al diplotè desapareix el complex sinaptinèmal desassemblant-se, cosa que permet que els homòlegs es puguin separar però queden units pels quiasmes fins a l'anafase.

La Recombinació

Es dóna entre cromàtides de cromosomes homòlegs. La recombinació es pot produir de diferents formes i en diferents zones dels cromosomes:

  1. Reparació de trencaments de doble cadena (DSB): Per sintetitzar les regions trencades, s'utilitza un cromosoma homòleg no danyat. Les cadenes trencades són digerides pel complex Mre11 nucleasa direcció 5'->3'. Les cadenes senzilles envaeixen les cadenes de l'homòleg per aparellament de bases. Els espais són restaurats per síntesi de reparació i segellats per lligació i donant lloc a una unió de Holliday doble, que es poden o no desplaçar cap als extrems i, ho facin o no, seran tallades i es produirà la recombinació.
  2. Elecció de còpia: La recombinació es produeix durant la síntesi de les molècules filles de DNA. La replicació de DNA comença amb un motlle de cadena de DNA parental i canvia a la 2a cadena parental, fent síntesi de DNA recombinat que conté seqüències homòlogues dels dos progenitors.
  3. Trencament i unió: La recombinació resulta de trencar i unir creuadament les dues cadenes parentals de DNA.
  4. Recombinació homòloga mitjançant complementarietat de bases.

Descarregar

PDF Word HTML