Receptores celulares: función, tipos y transducción de señales
Descubre los receptores celulares: función, tipos y cómo la transducción de señales regula la comunicación celular, respuesta a hormonas y coordinación de funciones vitales.
En biología celular, los receptores son estructuras especiales que se encuentran en las membranas celulares. Están formados por moléculas de proteínas, como las glicoproteínas. Los receptores se unen (adhieren) a moléculas especializadas. Si el receptor tiene esta molécula, se activa, pero si no la tiene se desactiva. Dependiendo de su estado, se produce un cambio en el interior de la célula.
Los receptores de la superficie celular (receptores de membrana, receptores transmembrana) participan en la comunicación entre la célula y el mundo exterior. Las moléculas de señalización extracelular (generalmente hormonas, neurotransmisores, citoquinas, factores de crecimiento o moléculas de reconocimiento celular) se unen al receptor. Esto desencadena cambios en la función de la célula. El proceso se denomina transducción de señales: La unión inicia un cambio químico en el interior de la membrana.
En resumen, los receptores funcionan como cerraduras y llaves. Con la llave, la cerradura puede cerrarse o abrirse. Si se desbloquea, se puede abrir la puerta a la que pertenece.
Tipos principales de receptores
- Receptores de membrana (transmembrana): detectan señales extracelulares y las convierten en respuestas intracelulares. Se subdividen en:
- Canales iónicos o ionotrópicos: son poros que se abren o cierran al unirse un ligando, permitiendo el paso rápido de iones (Na+, K+, Ca2+, Cl−). Ejemplo: receptores nicotínicos de acetilcolina.
- Receptores acoplados a proteína G (GPCRs): activan proteínas G al cambiar su conformación, iniciando rutas con segundos mensajeros como cAMP, IP3 o Ca2+. Son la familia más numerosa y diana de muchos fármacos.
- Receptores con actividad enzimática intrínseca: incluyen tirosina quinasas (RTKs) y guanilato ciclasa, que fosforilan sustratos o generan segundos mensajeros tras la activación. Ejemplo: receptor de insulina y receptores de factores de crecimiento.
- Receptores asociados a enzimas: forman complejos con proteínas que poseen actividad enzimática que se activan tras el acoplamiento del ligando.
- Receptores intracelulares (nucleares o citoplasmáticos): localizados en el citoplasma o núcleo, reconocen ligandos lipofílicos que atraviesan la membrana (hormonas esteroideas, tiroideas, vitamina D). Al unirse al ligando actúan como factores de transcripción y regulan la expresión génica.
Mecanismos de transducción de señales
La transducción implica varios pasos básicos:
- Unión del ligando: el ligando (hormona, neurotransmisor, factor de crecimiento) se une al dominio extracelular (o intracelular en receptores nucleares) produciendo un cambio conformacional.
- Activación y amplificación: esa conformación activa proteínas intracelulares (proteínas G, quinasas) que amplifican la señal, de modo que una sola unión puede producir una respuesta celular grande.
- Segundos mensajeros: moléculas pequeñas —cAMP, GMPc, IP3, DAG, Ca2+— transmiten y diversifican la señal dentro de la célula.
- Cascadas de fosforilación: quinasas en serie (por ejemplo MAPK) modulan actividad de proteínas diana y factores de transcripción.
- Respuesta celular: cambios en la actividad enzimática, en la permeabilidad iónica, en el metabolismo o en la expresión génica.
- Terminación de la señal: degradación del ligando, desfosforilación, internalización del receptor o degradación de segundos mensajeros para restablecer el estado basal.
Propiedades funcionales importantes
- Especificidad: cada receptor reconoce ligandos con alta afinidad y selectividad.
- Afinidad y eficacia: la afinidad es la fuerza de unión; la eficacia es la capacidad del ligando de activar el receptor (agonistas vs antagonistas).
- Amplificación: la activación de un receptor puede activar muchas moléculas efectoras, aumentando la intensidad de la respuesta.
- Desensibilización y regulación: la estimulación sostenida puede producir disminución de respuesta mediante fosforilación del receptor, internalización (endocitosis) o disminución de la expresión (down-regulation). También existe up-regulation por menor estimulación crónica.
Implicaciones fisiológicas y clínicas
- Fármacos y terapias: muchos medicamentos actúan sobre receptores (agonistas, antagonistas, moduladores alostéricos). Ejemplos: beta-bloqueantes sobre receptores adrenérgicos, agonistas opioides, antagonistas de receptor H2, inhibidores de RTKs en cáncer.
- Enfermedades por fallo de receptores: mutaciones en receptores pueden causar patologías (resistencia a hormonas, enfermedades hereditarias). Autoanticuerpos contra receptores también producen enfermedades (p. ej. miastenia gravis contra receptores nicotínicos).
- Señalización en cáncer y diabetes: alteraciones en la activación de RTKs o en la señalización del receptor de insulina contribuyen a tumores y resistencia a la insulina.
Métodos para estudiar receptores
- Ensayos de unión con ligando radiomarcado o marcado fluorescentemente.
- Electrofisiología (patch-clamp) para canales iónicos.
- Técnicas de biología molecular y bioquímica: Western blot, inmunoprecipitación, inmunofluorescencia, ensayos de fosforilación.
- Estudios funcionales en células y modelos animales (reporteros de transcripción, medición de segundos mensajeros).
Conclusión
Los receptores celulares son componentes esenciales para que las células perciban y respondan de forma adecuada a su entorno. La variedad de tipos y mecanismos de transducción permite respuestas rápidas (por ejemplo cambios en el potencial de membrana) o lentas y duraderas (regulación de la transcripción génica). Su estudio es fundamental para comprender fisiología, patología y para el desarrollo de tratamientos farmacológicos dirigidos.
E = fuera de la célula P = membrana plasmática I = en el interior de la célula
Estructura
Una parte del receptor sobresale de la membrana celular. Lo mismo ocurre con las membranas de los orgánulos celulares. La función principal de un receptor es reconocer y responder a un ligando específico, por ejemplo, un neurotransmisor o una hormona. Algunos receptores responden a cambios en el "potencial transmembrana" (la diferencia de potencial eléctrico entre el interior y el exterior de una célula).
La parte central, dentro de la propia membrana, es un poro revestido de proteínas que atraviesa la membrana, o "canal iónico". Cuando el ligando se une a la superficie, el poro se vuelve accesible a los iones, que pasan a través de él. En otros casos, cuando se producen diferencias de potencial eléctrico, el receptor cambia de forma, lo que provoca un cambio en el interior de la célula.
La parte interior (o citoplasmática) del receptor interactúa con el interior de la célula u orgánulo. Existen varios tipos de receptores, cada uno de los cuales actúa de forma diferente.
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Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es un receptor en biología celular?
R: Un receptor es una estructura especial formada por moléculas de proteínas que se encuentran en las membranas celulares y que se unen a moléculas especializadas.
P: ¿Cómo se activan o desactivan los receptores?
R: Si un receptor tiene la molécula especializada, se activa, pero si no la tiene, se desactiva.
P: ¿Qué papel desempeñan los receptores de la superficie celular (receptores de membrana, receptores transmembrana)?
R: Los receptores de la superficie celular participan en la comunicación entre la célula y el mundo exterior.
P: ¿Qué tipo de moléculas se unen a los receptores?
R: Las moléculas de señalización extracelular como las hormonas, los neurotransmisores, las citocinas, los factores de crecimiento o las moléculas de reconocimiento celular se unen a los receptores.
P: ¿Qué desencadena los cambios en la función de la célula?
R: Cuando las moléculas de señalización extracelular se unen a los receptores, se desencadenan cambios en la función de la célula a través de un proceso denominado transducción de señales.
P: ¿Cómo funcionan los receptores?
R: Los receptores funcionan como cerraduras y llaves. Se unen a moléculas especializadas como una llave en una cerradura. Si se abre la cerradura, se puede abrir la puerta a la que pertenece.
P: ¿Qué tipo de cambio se produce en el interior de la célula cuando se activa un receptor?
R: Cuando un receptor se activa, desencadena un cambio químico en el interior de la membrana.
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