Comunicación Celular y
Transducción de Señales

Tema 1.5 — Segundos Mensajeros y Cascadas de Señalización

Introducción a la Biología Celular y Molecular | Nivel: Principiante

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CONTENIDO

Temas de esta Clase

📡 Comunicación Celular

  • Componentes: emisor, mensaje, receptor
  • Tipos: parácrina, autócrina, endócrina
  • Especificidad del receptor

🔄 Transducción de Señales

  • 6 pasos de la transducción
  • Segundos mensajeros (AMPc, Ca²⁺, DAG, IP₃)
  • Tipos de receptores y cascadas
💡 Concepto clave

Señalización celular = comunicación entre células mediante mensajes químicos. Transducción de señales = el proceso de interpretación y transformación de ese mensaje en una respuesta específica dentro de la célula.

1.5 — COMUNICACIÓN CELULAR

¿Por qué Necesitan Comunicarse las Células?

La homeostasis es el equilibrio del medio interno que se logra gracias a la interacción continua de múltiples procesos de regulación corporal. Para mantenerla, todos estos procesos deben estar relacionados y regulados mutuamente.

🔬 Ejemplos de comunicación esencial

• ¿Cómo informan los receptores de la piel al cerebro que nos pinchamos con un alfiler?
• ¿Cómo logra el páncreas que las células musculares capten glucosa?

Las células se comunican constantemente enviando y recibiendo señales químicas, generando respuestas específicas coordinadas.

🔁 Regulación continua

Los sistemas corporales están en constante comunicación para ajustar funciones.

⚖️ Balance homeostático

El equilibrio interno depende de la integración de señales.

📶 Coordinación

Sin comunicación, los procesos biológicos serían caóticos.

1.5 — COMUNICACIÓN CELULAR

Componentes de la Comunicación Intercelular

Como en todo proceso de comunicación, existen tres elementos esenciales:

🔵 Célula Emisora

Genera y emite el mensaje

→

📩 Mensaje (Ligando)

Molécula química señal

→

🔴 Célula Receptora

Recibe y ejecuta el mensaje

Célula emisora

Es la célula encargada de generar y liberar el mensaje químico al medio extracelular o a la sangre.

Primer mensajero (ligando)

Molécula química (aminoácido, proteína, amina, esteroide, gas) que se une al receptor y genera una respuesta.

Ejemplos: hormonas, neurotransmisores, citocinas

Célula receptora

Tiene un receptor específico para el ligando. Puede estar en la membrana o dentro de la célula.

1.5 — COMUNICACIÓN CELULAR

Tipos de Comunicación: Parácrina y Autócrina

Comunicación parácrina

Se produce entre dos células cercanas en un mismo tejido. La célula emisora libera el ligando al medio extracelular, y este encuentra su receptor en las células vecinas.

🏥 Ejemplos clínicos

• Células intestinales se comunican entre sí mediante señales parácrinas.
• Osteoclastos y osteoblastos en el hueso.
• Miocitos cardíacos con células de la matriz extracelular.

Comunicación autócrina

Una célula secreta el ligando y tiene en su propia membrana el receptor para ese ligando, generando una respuesta ante su propia señal.

🏥 Ejemplo clínico

Activación de linfocitos durante la respuesta inmune. El linfocito secreta interleuquinas que actúan sobre sí mismo para amplificar su activación.

1.5 — COMUNICACIÓN CELULAR

Comunicación Endócrina

Una célula secreta mensajeros llamados hormonas que son volcados a la sangre, viajando a grandes distancias hasta sus células diana (células objetivo).

🔵 Glándula

Secreta hormona

→

🩸 Sangre

Transporte a distancia

→

🔴 Célula diana

Tiene receptor específico

📍 Ejemplos de hormonas

  • Estrógenos — producidos en ovarios, actúan en glándulas mamarias y útero
  • Hormonas tiroideas — actúan en células de todo el cuerpo
  • Aldosterona — regula riñones
  • Leptina — señal de saciedad al cerebro

❓ ¿Por qué no afecta a todas las células?

Aunque la hormona viaja por toda la sangre, solo produce efecto en células con el receptor específico para ella.

La especificidad está dada por el receptor, no por el mensaje.

1.5 — COMUNICACIÓN CELULAR

Especificidad del Receptor

Si un mensajero se libera a la sangre, ¿por qué no se une a todas las células que encuentra en su camino? Los receptores tienen un papel fundamental: cada mensaje tiene un receptor específico.

🔑 Principio llave-cerradura

El ligando (llave) solo se une al receptor específico (cerradura). Un ligando verde solo interactúa con receptores verdes. Un ligando naranja solo con receptores naranjas.

✅ Respuesta específica

Solo las células con el receptor apropiado responden al mensaje. El resto de las células ignoran la señal.

🎯 Célula diana

Se llama célula diana o célula blanco a aquella que tiene el receptor específico para un ligando determinado.

⚠️ Importante

A la hora de generar una respuesta, el receptor tiene mayor relevancia que el ligando. La respuesta celular depende del tipo de receptor y del tipo celular donde se encuentre, no tanto del ligando que se le una.

1.5 — TRANSDUCCIÓN DE SEÑALES

¿Qué es la Transducción de Señales?

La transducción de señales implica convertir un tipo de señal en otro tipo de señal (respuesta). Es el proceso de interpretación del mensaje por parte de la célula receptora.

1er Mensajero

Señal extracelular

→

Receptor

Reconoce y traduce

→

2do Mensajero

Señal intracelular

→

Respuesta

Efecto celular

📌 Definición completa

El primer mensajero se une al receptor, activando una cascada de señalización que genera segundos mensajeros dentro de la célula, los cuales amplifican la señal y activan proteínas efectoras que producen la respuesta específica.

🔬 Amplificación

Un solo ligando puede generar cientos de segundos mensajeros, amplificando la señal recibida.

⚡ Cascada

Cada proteína activada puede activar a muchas otras, generando una cascada de eventos.

1.5 — TRANSDUCCIÓN DE SEÑALES

Los 6 Pasos de la Transducción (I)

1
Reconocimiento de la señal por su receptor. La unión del ligando a su receptor es específica. Un mismo ligando puede unirse a más de un tipo de receptor, desencadenando respuestas diferentes en distintas células.
2
Transducción del mensaje extracelular en un segundo mensajero. La unión ligando-receptor produce un cambio conformacional que desencadena:
  • Actividades catalíticas intrínsecas del receptor, o
  • Interacción del receptor con enzimas citoplásmáticas/membrana
Resultado: generación de segundo mensajero o activación de cascada catalítica.
3
Transmisión de la señal a los efectores. El segundo mensajero amplifica la señal activando quinasas y fosfatasas que modifican otras proteínas, liberan iones, o regulan vías que generan ATP.
1.5 — TRANSDUCCIÓN DE SEÑALES

Los 6 Pasos de la Transducción (II)

4
Modulación de los efectores. El segundo mensajero modula enzimas, canales iónicos, componentes del citoesqueleto y factores de transcripción.
5
Respuesta de la célula al estímulo inicial. Tipos de respuesta:
  • Proliferación celular
  • Expresión de genes
  • Supervivencia / muerte (apoptosis)
  • Cambios metabólicos
  • Diferenciación
  • Movimiento
  • Cambios en permeabilidad de membrana
6
Finalización de la respuesta. Mecanismos:
  • Endocitosis del receptor
  • Proteínas bloqueadoras del receptor
  • Inactivación de proteínas intermediarias
  • Producción de proteínas inhibitorias
  • Degradación del segundo mensajero
  • Degradación de la molécula de señal
1.5 — TRANSDUCCIÓN DE SEÑALES

Segundos Mensajeros

Los segundos mensajeros son moléculas de bajo peso molecular que pueden difundir y transmitir la señal dentro de la célula. Su función principal es amplificar la señal recibida.

AMPc (Adenosín monofosfato cíclico)

Se genera a partir de ATP por la enzima adenilato ciclasa.

Activa la PKA (proteína quinasa dependiente de AMPc).

GMPc (Guanosín monofosfato cíclico)

Se genera a partir de GTP.

Activa la PKG (proteína quinasa dependiente de GMPc).

DAG (Diacilglicerol) e IP₃ (Inositol trifosfato)

Lípidos derivados de la membrana plasmática por la enzima fosfolipasa C (PLC).

Se encargan de abrir canales de calcio y activar PKC.

Ca²⁺ (Calcio)

Ion que interactúa con proteínas intracelulares como calmodulina.

Regula contracción muscular, secreción, metabolismo.

💡 Amplificación de señal

Un solo receptor activado puede generar cientos de moléculas de segundo mensajero. Cada una puede activar múltiples proteínas efectoras, amplificando la señal miles de veces.

1.5 — TRANSDUCCIÓN DE SEÑALES

Tipos de Receptores

Los receptores son estructuras proteicas que decodifican el mensaje y lo transforman en una respuesta intracelular. Se clasifican según la naturaleza química del ligando en dos grandes grupos:

🔵 Receptores intracelulares

Ubicación: citosol o núcleo celular.

Ligandos: deben ser liposolubles para atravesar la membrana (esteroides, hormonas tiroideas).

Mecanismo: el ligando entra a la célula, se une al receptor, y el complejo migra al núcleo para regular la transcripción de genes.

🟢 Receptores de membrana

Ubicación: membrana plasmática.

Ligandos: no pueden atravesar la membrana (proteínas, péptidos, aminoácidos).

Se dividen en:

  • Ionotrópicos — canales ligando-dependientes
  • Metabotrópicos — generan cascadas intracelulares
1.5 — TRANSDUCCIÓN DE SEÑALES

Receptores Ionotrópicos vs Metabotrópicos

⚡ Receptores ionotrópicos

Son canales ligando-dependientes. Al unirse el ligando, el receptor cambia su conformación (abierto/cerrado), modificando el flujo de iones a través de la membrana.

🏥 Ejemplo clínico

Receptor nicotínico de acetilcolina en la unión neuromuscular. Es un canal de Na⁺ que se abre tras la unión de acetilcolina, permitiendo la entrada de sodio y despolarizando la fibra muscular.

🔄 Receptores metabotrópicos

Al unirse el ligando, desencadenan una cascada de señalización intracelular, generando segundos mensajeros y activando proteínas efectoras.

Tipos principales:

  • Acoplados a proteína G
  • Con actividad catalítica (tirosina-quinasa)
  • Integrinas (adhesión)
⚡ vs 🔄 Diferencia clave

Ionotrópicos: respuesta rápida y directa (apertura del canal). Metabotrópicos: respuesta más lenta pero amplificada (cascada de señalización).

1.5 — TRANSDUCCIÓN DE SEÑALES

Receptores Acoplados a Proteína G (GPCR)

Están unidos a una proteína G, compuesta por tres subunidades (α, β, γ). Tienen la capacidad de unirse a GTP (guanosín trifosfato) y activarse.

🔄 Mecanismo de activación

1. El primer mensajero se une al receptor.
2. Cambio conformacional en la proteína G.
3. La proteína G une GTP y se activa.
4. La subunidad α se desprende de β y γ.
5. La subunidad α activa enzimas específicas.

Existen tres tipos principales de proteínas G, cada una con efectos diferentes:

Proteína Gs

Estimulatoria

Proteína Gq

Activadora de PLC

Proteína Gi

Inhibitoria

1.5 — TRANSDUCCIÓN DE SEÑALES

Proteína Gs — Vía del AMPc

La subunidad α de la proteína Gs activa la enzima adenilato ciclasa, que convierte ATP en AMPc (segundo mensajero).

Ligando + Receptor

→

Activación Proteína Gs

→

Adenilato ciclasa

ATP → AMPc

→

AMPc activa PKA

→

Fosforilación proteínas

Respuesta celular

🏥 Ejemplo clínico: Receptores β-adrenérgicos en el corazón

La noradrenalina se une a receptores β-adrenérgicos acoplados a proteína Gs en el músculo cardíaco. Esto genera AMPc, que activa PKA. La PKA fosforila canales de calcio, permitiendo la entrada de Ca²⁺ y aumentando la contractilidad cardíaca.

1.5 — TRANSDUCCIÓN DE SEÑALES

Proteína Gq — Vía del IP₃ y DAG

La subunidad α activa la enzima fosfolipasa C (PLC), que escinde un fosfolípido de membrana (PIP₂) produciendo dos segundos mensajeros: IP₃ y DAG.

Ligando + Receptor

→

Activación Proteína Gq

→

Fosfolipasa C (PLC)

PIP₂ → IP₃ + DAG

→

↑ Ca²⁺ intracelular

Respuesta celular

IP₃ (Inositol trifosfato)

Se une a receptores en el retículo endoplásmico, liberando Ca²⁺ almacenado al citoplasma.

DAG (Diacilglicerol)

Permanece en la membrana y activa la proteína quinasa C (PKC), que fosforila proteínas diana.

🏥 Ejemplo clínico: Receptores α₁-adrenérgicos en músculo liso vascular

La noradrenalina activa receptores α₁ acoplados a Gq en el músculo liso de los vasos sanguíneos, generando IP₃ y DAG. El aumento de Ca²⁺ produce vasoconstricción.

1.5 — TRANSDUCCIÓN DE SEÑALES

Proteína Gi — Vía Inhibitoria

Se llama Gi porque tiene acción inhibitoria sobre la vía de producción de AMPc. La subunidad α inhibe la adenilato ciclasa, disminuyendo los niveles de AMPc.

Ligando + Receptor

→

Activación Proteína Gi

→

Inhibición adenilato ciclasa

↓ AMPc

→

↓ Fosforilación proteínas

Atenuación respuesta

🏥 Ejemplo clínico: Receptores muscarínicos M₂ en el corazón

La acetilcolina del sistema parasimpático se une a receptores muscarínicos M acoplados a Gi en el corazón. Esto inhibe la adenilato ciclasa, reduce AMPc, y disminuye la frecuencia y contractilidad cardíaca (efecto bradicárdico).

⚠️ ¿Sabías qué?

Un mismo neurotransmisor (como la noradrenalina) puede activar receptores β (Gs) en el corazón causando contracción, y receptores β en músculo bronquial causando relajación. La diferencia está en las proteínas finalmente fosforiladas en cada tipo celular.

1.5 — TRANSDUCCIÓN DE SEÑALES

Receptores con Actividad Catalítica

Estos receptores tienen actividad quinasa intrínseca. Cuando el ligando se une, el receptor se autofosforila (se fosforila a sí mismo) y luego fosforila otras proteínas, activando cascadas de señalización.

🔬 Fosforilación de proteínas

• Fosforilación: agregar un grupo fosfato (PO₄³⁻) a una molécula usando ATP.
• Quinasas: enzimas que fosforilan.
• Fosfatasas: enzimas que desfosforilan (remueven fosfatos).

Ligando + Receptor

→

Autofosforilación

Receptor se activa

→

Fosforilación cascada

Activa proteínas diana

→

Respuesta celular

🏥 Ejemplo clínico: Receptor de insulina

El receptor de insulina es un receptor tirosina-quinasa. Al unirse la insulina, el receptor se autofosforila en residuos de tirosina, activando cascadas que promueven la captación de glucosa y síntesis de glucógeno en células musculares y adiposas.

1.5 — TRANSDUCCIÓN DE SEÑALES

Tipos de Respuestas Celulares

Una vez que la señal es transducida, la célula puede generar diversos tipos de respuestas:

🔄 Cambios metabólicos

Activación o inhibición de rutas metabólicas. Ejemplo: activación de glucólisis por insulina.

📈 Crecimiento

Promoción de proliferación celular o diferenciación. Ejemplo: factores de crecimiento.

🛡️ Supervivencia

Activación de mecanismos de desintoxicación o detención del ciclo celular.

📡 Liberación de señales

La señal provoca la liberación de otras señales (efecto en cascada).

💀 Muerte celular (Apoptosis)

Activación de programas de muerte celular programada.

🧬 Expresión génica

Cambios en la transcripción de genes específicos.

⚠️ Nota importante

Liberación de calcio, fosforilación de proteínas, y translocación de proteínas NO son respuestas finales, sino partes de la transmisión de la señal. Las respuestas reales son cambios funcionales en la célula.

RESUMEN

Resumen: Tipos de Receptores

Tipo de Receptor Ubicación Segundo Mensajero Ejemplo de Ligando
Intracelular Citosol / Núcleo — Esteroides, hormonas tiroideas
Ionotrópico Membrana — Acetilcolina (receptor nicotínico)
GPCR — Gs Membrana AMPc Noradrenalina (β-adrenérgico), Glucagón
GPCR — Gq Membrana IP₃, DAG, Ca²⁺ Noradrenalina (α₁-adrenérgico), Angiotensina II
GPCR — Gi Membrana ↓ AMPc Acetilcolina (muscarínico M₂)
Tirosina-quinasa Membrana Cascada de fosforilación Insulina, IGF-1
🔑 Mensaje clave

El receptor determina la vía de señalización y la respuesta celular, más que el ligando mismo. El mismo ligando puede generar respuestas opuestas en diferentes células dependiendo del tipo de receptor expresado.

🎯 EJERCICIO 1

Práctica: Comunicación Celular

📝 Instrucciones

Selecciona la respuesta correcta para cada pregunta.

🎯 EJERCICIO 2

Práctica: Segundos Mensajeros

📝 Instrucciones

Completa los espacios en blanco.

🎯 EJERCICIO 3

Práctica: Proteínas G

📝 Instrucciones

Selecciona la respuesta correcta.

🎯 EJERCICIO 4

Práctica: Tipos de Receptores

📝 Instrucciones

Completa los espacios en blanco.

BIBLIOGRAFÍA

Fuentes y Recursos

📚 Libro — Fisiología Humana (UNLP)

Capítulo 5: Comunicación Celular. De Giusti, V.C. & Yeves, A.M. (Coord.). Cubre homeostasis, componentes de la comunicación, tipos de comunicación celular, transducción de señales, segundos mensajeros, y tipos de receptores con ejemplos clínicos.

https://sedici.unlp.edu.ar/bitstream/handle/10915/186572/Documento_completo.pdf-PDFA.pdf

🌐 Artículo — Clínica Universidad de Navarra

Segundo mensajero. Definición médica de segundo mensajero, funciones de AMPc, cGMP, Ca²⁺, IP₃ y DAG en la fisiología celular.

https://www.cun.es/diccionario-medico/terminos/segundo-mensajero

🎥 Video — Transducción de Señales

Señalización celular y transducción de señales. Explicación didáctica de los conceptos de señalización vs transducción, tipos de respuesta celular, y cascadas de señalización.

https://youtu.be/_GFL6cjUn6E

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