Transporte Celular y Señalización: Endocitosis, Exocitosis y Comunicación Intercelular

Endocitosis y Exocitosis: Transporte de Macromoléculas

La endocitosis y la exocitosis son mecanismos de transporte de macromoléculas que requieren un gasto de energía.

Endocitosis

La endocitosis engloba diversas formas de transporte con una característica común: el material a transportar pasa del medio extracelular al interior de la célula, envuelto por una porción de la membrana plasmática. Esto da lugar a la formación de una vesícula intracelular que contiene el material ingerido. Este proceso requiere energía y sigue estos pasos:

• Fijación de las partículas a transportar mediante la intervención del glicocálix.
• Invaginación de la membrana plasmática, llevando adheridas a ella las partículas.
• Vesiculación de las invaginaciones de la membrana plasmática para que las partículas pasen al citoplasma.

Según el tamaño de las vesículas, existen dos tipos de endocitosis:

• Pinocitosis: La célula incorpora gotitas de líquido y moléculas del medio extracelular con un tamaño no superior a 150 nm, formando vesículas de pinocitosis.
  • Vesículas revestidas por clatrina: Estas vesículas se forman a partir de regiones de la membrana plasmática recubiertas por un material filamentoso. La clatrina, una proteína, se ensambla formando una red en el lado citosólico de la membrana. Entre el revestimiento de clatrina y la membrana de la vesícula se encuentran proteínas denominadas adaptinas. Cada vesícula comienza como una depresión revestida por clatrina. Este proceso, conocido como endocitosis mediada por receptor, permite concentrar e ingerir moléculas que se unen a receptores específicos de la membrana plasmática.
• Fagocitosis: La célula captura partículas sólidas de gran tamaño, incorporándolas en el interior de vacuolas de endocitosis. La mayoría de las células de los organismos pluricelulares no pueden ingerir eficazmente grandes partículas, dejando esta tarea a las células fagocíticas. Para ser captadas, las partículas deben unirse a receptores en la superficie de la célula fagocítica. Algunos de estos receptores reconocen anticuerpos.

Exocitosis

La exocitosis es el proceso inverso a la endocitosis. Las sustancias de la célula, encerradas en vesículas, se transfieren al medio extracelular mediante la fusión de la membrana de la vesícula con la membrana plasmática. El proceso más representativo de la exocitosis es la secreción celular. Existen dos tipos de secreción:

• Secreción constitutiva: Realizada por todas las células de forma continua. Las vesículas proceden del complejo de Golgi y se fusionan con la membrana plasmática, liberando sustancias destinadas al medio extracelular.
• Secreción regulada: Se produce solo en algunas células, denominadas células secretoras. La unión de moléculas a los receptores de la superficie celular genera cambios intracelulares, como el aumento en la concentración de Ca++. Este tipo de secreción corresponde a sustancias como enzimas digestivas, hormonas y neurotransmisores. Las vesículas de secreción regulada son mayores que las de secreción constitutiva y emanan del complejo de Golgi como vesículas revestidas por clatrina, la cual se pierde durante el desplazamiento de las vesículas. Las vesículas de secreción constitutiva, así como las que realizan el transporte desde el retículo endoplasmático rugoso (RER) al Golgi y entre los sacos del Golgi, carecen de clatrina y están recubiertas por coatómeros. Estos se ensamblan junto con proteínas llamadas ARF, que se activan por la fosforilación del GDP a GTP. Cada tipo de vesícula debe encontrar su destino correcto para liberar su contenido. Cuando el marcador de acoplamiento encaja correctamente, se produce la fusión de la membrana de la vesícula con la membrana de la estructura diana, liberando su carga.

Señales Químicas entre Células

Las señales que indican a las células cómo proceder se transmiten mediante moléculas de señalización. Existen tres clases generales:

1. Hormonas (secreción endocrina)
2. Mediadores químicos locales (secreción paracrina)
3. Neurotransmisores (señalización sináptica)

Las moléculas de señalización se comportan de manera diferente según su solubilidad y su receptor.

Moléculas de Señalización Hidrófobas. Receptores Intracelulares

Al ser liposolubles, estas moléculas atraviesan fácilmente la membrana plasmática y activan proteínas receptoras en el citoplasma, a las que se unen de forma reversible. La unión al receptor provoca un cambio en su configuración, y el complejo receptor-hormona se introduce en el núcleo de la célula, donde se une a la cromatina y regula la transcripción de un pequeño número de genes. Los productos de estos genes pueden activar otros genes, dando lugar a una respuesta secundaria retardada. Este grupo incluye hormonas esteroideas y tiroideas, vitamina D, retinoides, eicosanoides, monóxido de nitrógeno y monóxido de carbono.

Moléculas de Señalización Hidrófilas. Receptores de Superficie

Estas moléculas se degradan rápidamente y median respuestas de corta duración. Incluyen neurotransmisores, mediadores químicos locales y hormonas proteicas y glucoproteicas. Activan proteínas receptoras en la superficie de la membrana plasmática.

• Receptores asociados a canales iónicos: Son proteínas transmembranosas que actúan como canales iónicos regulados por un neurotransmisor, participando en la transmisión sináptica. Cuando el potencial de acción alcanza una terminal nerviosa, abre los canales de Ca++ regulados por voltaje de la membrana plasmática, permitiendo que el Ca++ fluya hacia el interior de la terminal. La mayor concentración de Ca++ estimula la fusión de las vesículas sinápticas con la membrana plasmática, liberando el neurotransmisor a la hendidura sináptica. El neurotransmisor liberado se une y abre los canales iónicos regulados por neurotransmisor en la membrana plasmática de la célula postsináptica. El flujo de iones resultante altera el potencial de membrana de la célula postsináptica, convirtiendo la señal química en una señal eléctrica.
• Receptores asociados a proteínas G: Son proteínas transmembrana que forman la mayor familia de receptores de membrana. Activan indirectamente la enzima adenil ciclasa. La interacción receptor-enzima está mediada por la proteína G, que se une al GTP. Cuando una molécula de señalización extracelular se une al receptor, la proteína receptora sufre un cambio conformacional que altera su cara intracelular, permitiéndole interactuar con una proteína G localizada en el lado intracelular de la membrana plasmática. La proteína G activada provoca la activación de la adenil ciclasa, que cataliza la síntesis de AMPc a partir del ATP en el citoplasma. El AMPc activa la proteína quinasa A en el citosol. Una vez fosforilada, esta proteína reguladora estimula la transcripción de un conjunto de genes diana. Los dos mensajeros intracelulares más importantes son el AMPc y el Ca++. El AMPc producido se hidroliza por fosfodiesterasas.
• Receptores asociados a enzimas: Son proteínas transmembranas con un dominio de unión a los ligandos en la superficie exterior de la membrana plasmática y un dominio en la cara interna que actúa como una enzima. El dominio que mira al citosol es una proteína quinasa específica de la tirosina (receptores tirosina quinasa). La unión de una molécula señal al dominio extracelular de un receptor tirosina quinasa provoca la asociación de dos moléculas receptoras en un dímero. La formación del dímero pone en contacto los dominios con actividad quinasa de las colas intracelulares de cada una de las dos moléculas del receptor, activando las quinasas y permitiéndoles fosforilarse mutuamente a nivel del aminoácido tirosina. Una proteína adaptadora se une a la tirosina fosforilada del receptor. El adaptador se une y activa una proteína que actúa como activadora de una proteína llamada Ras, que desencadena una cascada de nuevas fosforilaciones de proteínas que amplifican y distribuyen la señal.