Tipos de Comunicación Celular

M. en C. Rafael Govea Villaseñor

Todos los organismos necesitamos responder a los estímulos pertinentes e importantes para la sobrevivencia (irritabilidad) y lo hacemos modificando la intensidad de nuestro metabolismo o nuestra conducta después de la interacción con agentes determinados, los estímulos.

Los organismos para vivir, también, requerimos mantener las condiciones físico-químicas de nuestro interior dentro de un rango muy estrecho de variación. Los mecanismos de control del funcionamiento de aparatos, órganos, tejidos y células para mantener constante (regulado) el interior constituyen la Homeostasis.


La Homeostasis es un proceso que ocurre en todos los niveles de organización biológicos. En organismos pluricelulares como nosotros, implica mantener casi sin variación las condiciones físico-químicas y biológicas del Medio Interno (líquido intercelular, sangre, linfa). Para lograrlo se requiere del trabajo conjunto y coordinado de los más de 200 tipos celulares de nuestro cuerpo.


Realizar ese trabajo requiere que las células “conversen” entre ellas, es decir, que lleven a cabo el proceso llamado Comunicación Celular.

Tipos de Comunicación celular.
La comunicación celular es el proceso biológico que consiste en la emisión de mensajes por una o varias células y la recepción de dicho mensaje por otras. Como puedes ver en el cuadro 1 hay básicamente dos tipos de comunicación: Escribe sus nombres: comunicación ___________________ y comunicación ________________________. (1)

Cuadro 1. Tipos de comunicación celular.

Comunicación Celular

Comunicación Química

C. Autocrina
C. Paracrina

C. Hormonal (endocrina)

C. Electroquímica (nerviosa)

Le damos el nombre de comunicación química al proceso en el que una célula se comunica con otras por medio de una sustancia química que funciona como mensajero. Hay tres tipos básicos de mensajeros químicos de acuerdo al medio por donde se desplazan hacia su diana y las distancias que recorren para alcanzarla:

· Los mediadores químicos locales. Estos mensajeros viajan relativamente pequeñas distancias disueltos en el líquido intercelular hasta las células próximas (adyacentes) o hacia la misma célula emisora.

· Las hormonas. Son los mensajeros químicos que viajan grandes distancias disueltos en la sangre (o la savia en metafitos) a través del sistema circulatorio antes de llegar a las células receptoras (también llamado "órgano blanco").

· Los neurotransmisores. Estos mensajeros son liberados por las prolongaciones de las células nerviosas a micrómetros de distancia de la célula receptora (nerviosa, muscular o glandular). De ahí que viajen disueltas en el líquido que llena el espacio que las divide.

¿Cómo se llaman los tres tipos de comunicación química? _________________, _________________ y __________________. (2)

Cuándo una hormona es el mensajero químico, ¿cómo se llama la comunicación celular? _____________ (3)

En cambio cuando participa un mediador químico local ¿De qué comunicación celular se trata? De comunicación _______________ o ___________. (4)

Por otro lado, cuando además de un mensajero químico, el mensaje viaja transportado por una perturbación eléctrica se trata de una comunicación electro-química.

Debido a que son las neuronas (un tipo de células nerviosas) las células que hacen uso de éste modo electroquímico de comunicación, a ésta comunicación también se le denomina de otra forma. Deduce y escribe su otro nombre: Comunicación _________. (5)

COMUNICACIÓN PARACRINA.
Como se deduce del nombre mismo (para- = a un lado; cri- = secretar y -ina = sustancia) ésta comunicación consiste en la liberación hacia el espacio intercelular de un mediador químico local, el cual difunde hacia las células adyacentes, algunas de las cuales serán receptivas al mensajero químico.

Este fue el primer tipo de comunicación celular que existió y ella es muy importante en procesos tales como el desarrollo embrionario, la defensa inmune, los mecanismos de cicatrización, la propagación de las células cancerosas y muchos otros procesos de la vida diaria.

COMUNICACIÓN AUTOCRINA
En este tipo de comunicación, es la propia célula la que emite y recibe el mensaje. Todas las células necesitan saber la intensidad del mensaje que están emitiendo, dado que la intensidad con que se comunican también está controlada.

Es como si te pusiéramos tapones en los oídos, inmediatamente hablarías con más volumen, pues tus oídos recibirían tu propia voz más débil y tu cerebro compensaría de en seguida o cuando subes el nivel de tu voz al entrar a una discoteca.

COMUNICACIÓN HORMONAL
Con la aparición de organismos pluricelulares de gran tamaño se hizo necesaria la aparición de un proceso cuya finalidad fuera transportar, distribuir y recoger sustancias. ¿Cómo se llama ese proceso vital? ___________________________. (6)

Paralelamente fue necesario coordinar la acción de células demasiado distantes para que los mediadores químicos locales no pudieran llevar a cabo dicha función simplemente difundiéndose por el espacio intercelular.

Por ello la aparición de organismos con sistema circulatorio y de mensajeros químicos distribuidos por sangre, linfa o savia se vio fuertemente favorecida durante la evolución de metafitas y metazoarios. Observa la Fig. 2.

¿Cómo se llama la estructura emisora (productora de la hormona)? ____________ _________________ (7)
¿Cómo está representada la hormona? ____________________________. (8)
¿Cómo se llama la estructura que transporta a la hormona? ____________ __________________.(9)
¿Cómo se llama la estructura receptora de la hormona? “________________ _____________” (10)
¿De qué color es el "órgano blanco"? _________. (11)

Piensa en tu cuerpo y deduce la magnitud de la distancia que suelen recorrer las hormonas dentro del aparato circulatorio antes de llegar a su "órgano blanco" o díana: ______________________. (12)

Este tipo de comunicación se denomina también comunicación endocrina porque como puedes ver en la Figura. 2 el emisor es una glándula que secreta sustancias hacia el medio interno (endo- = dentro; cri- = ______________ e -ina = _________________). (13)

COMUNICACIÓN NERVIOSA.
Este es el tipo de comunicación de aparición más tardío. Aquí el mensaje viaja transportado tanto por una sustancia como por una perturbación eléctrica de la membrana de las neuronas. Un dibujo muy esquemático de una neurona está en la Figura 3.

Ilumina, en la Figura 3, de azul a la membrana, de amarillo al citoplasma y de rojo al núcleo celular de la neurona. (14) ¿Cómo se llama la porción que contiene al núcleo y a la mayor parte del citoplasma? _______ (15) Cada neurona tiene dos tipos de ramificaciones, unas encargadas de recibir mensajes y otras de emitirlos. ¿Cómo se llaman las prolongaciones celulares más cortas? ____________. ¿Y la más larga? _______ (16)

A lo largo de la membrana de una neurona el mensaje viaja desde (analiza la Fig. 4, deduce y elige):

· Desde las terminales nerviosas hacia las dendritas. ( ).
· Desde las dendritas hacia las terminales nerviosas. ( ). (17)

En el dibujo de la comunicación nerviosa, Fig. 4. Ve como dos neuronas estable­cen contacto en una estruc­tura llamada sinapsis. En una sinapsis, como la repre­sentada allí, ¿las terminales nerviosas de una neurona tocan físicamente a las dendritas de otra? _______. (18)

¡Claro! como puedes ver en la ampliación (lado inferior derecho), generalmente entre la neurona presináptica (pre- = antes) y la posináptica (pos- = después) existe un pequeño espacio que las separa denominado hendidura sináptica.

La información que viaja a lo largo de la neurona desde las dendritas hacia las terminales nerviosas del axón tiene que saltar dicho espacio. Eso lo logra por medio de un mensajero químico que difunde hacia la célula receptora al ser liberado por la primer neurona cuando cada un impulso nervioso llega a la terminal. Ilumina, en la Figura 4, de amarillo las neuronas presinápticas y de verde a las posinápticas. (19)

La comunicación nerviosa es muy específica, en cierto modo implica llevar el mensaje hasta la puerta del destinatario el cual es una célula nerviosa, glandular o muscular en particular y no cualquier otra. La distancia que recorre el mensaje puede ser muy grande, desde mm hasta varios m por la vía eléctrica y de unos cuantos µm por la vía química al atravesar el neuro­transmisor la sinapsis.

¿Qué tipo de células reciben mensajes nerviosos? Las células _________________, _________________ y _____________________. (20)

Cuando una señal viaja por la neurona se dice que un impulso nervioso recorre su membrana. Esta es una vía eléctrica, pero no es igual a un cable. Aquí no hay corriente eléctrica como ocurre en un cable telefónico; pero, si hay un cambio en el estado eléctrico de la membrana celular, la cual tiene sendos polos eléctricos en ambas caras. Ve la Fig. 5.

En dicha figura, colorea de amarillo a la membrana, de azul a los iones K+, de rojo a los iones Na+ y de verde a la bomba de Na/K. ¿Cuál es la fuente de energía de la bomba? El nucleótido llamado _______. (21)

¿Qué voltaje tiene una pila «AA»? ____Volts. Bueno, una pila descargada tiene menos, apenas -0.7 V (voltios). En cambio a través de la membrana celular impermeable hay un voltaje de aproximadamente -70 mV (milivoltios). ¿Cuántas veces es más pequeño el voltaje transmembranal qué el voltaje de la pila usada? ______________ veces. (22)

¡Si!, el voltaje es de apenas un décimo. Esa diferencia de potencial es generada por una proteína llamada Bomba de Na-K, la cual gasta energía química almacenada en el ATP para sacar iónes sodio y meter iones potasio. Como la bomba saca 3 Na+ y mete 2 K+, al final hay más cargas «+» afuera que adentro de la neurona.

Esas diferencias de cargas es precisamente el potencial de reposo, es decir el voltaje cuando la neurona no está transmitiendo ninguna señal. La palabra «potencial» es sinónima de la palabra «voltaje». La primera es la forma elegante mientras que la segunda es la forma vulgar del concepto.

En cambio cuando un impulso nervioso recorre el largo de la neurona, en cada porción de ésta, el voltaje sufre cambios en cuestión de milisegundos, esos cambios se denominan potencial de acción.

El potencial de acción es una inversión de cargas trans-membranales. Mientras que en el estado de reposo el lado exterior tiene cargas positivas y el interior negativas (Figura 5). Completa lo que sigue, ve la Figura 6. Cuando se dispara el potencial de acción el exterior de la célula se hace __________________ y en el citoplasma se acumulan cargas ________. (23)

¿Cuántas porciones de membrana se han re­pre­sentado en la Figura 6? ____________________. (24)

El potencial de acción es el resultado de cambios de permeabilidad de la membrana. Por lo general, ésta, es impermeable a los iones, pero como la bomba saca Na+ y mete K+, entonces hay mayor concentración de sodio afuera que adentro y menos concentración de potasio afuera que en el interior. De ese modo se forma un voltaje donde el polo negativo se encuentra adentro de la célula (potencial de reposo). Este estado está representado en la Figura 5 y en las figuras 6 y 7 con el inciso «a».

Ese voltaje significa que existe la tendencia de los iones Na+ de entrar a la neurona y de los iones K+ de salir de ella. Pero la membrana celular les impide el paso, a menos que unas proteínas membranales llamadas Canal de Na+ y Canal de K+ se abran y les permitan pasar. Existen otros canales importantes que funcionan en las estructuras que reciben a los estímulos, por ejemplo: el canal de Ca2+

Estos canales están controlados por voltaje, es decir cuando el voltaje llega a cierto valor característico de cada uno de ellos, éstos se abren (por un tiempo breve y luego se inactivan y cierran de nuevo) y permiten el paso a iones específicos.

Así pues, cuando el voltaje de la membrana se hace menos negativo, es decir, se despolariza y alcanza cierto valor de voltaje que se llama potencial de umbral; entonces el canal de Na+ se abre y como hay más sodio afuera que adentro, éste entra. Al entrar cargas positivas, el voltaje se hace aún menos negativo tendiendo a convertirse en positivo. Esto está representado en la Fig. 8 y con el inciso «b» en las figuras 6 y 7.

Al invertirse la polaridad en esa porción de la membrana, el canal de K+ se abre y deja salir a los iones potasio. Dicha salida contrarresta la entrada de sodio y el voltaje tiende a regresar al estado de reposo volviendo a ser negativo. Esto está representado en la Fig. 9 y con el inciso «c» en las fig. 6 y 7.

Luego se cierra el canal de sodio; mientras el canal de potasio permanece abierto. Así pues, continúan saliendo cargas positivas y el voltaje transmembranal se hace incluso más negativo que el potencial de reposo (hiperpolarización). Ve la Figura 10 y el inciso «d» de las figuas 6 y 7.

Más tarde, el canal de potasio se cierra y el voltaje retorna lentamente al valor de reposo. Ve la Figura 5 e inciso «d» de las figuras 6 y 7.

El retorno al potencial de reposo lo causa una ligera despolarización provo­cada por la tendencia de las cargas eléctricas de moverse lateralmente para neutralizar la inversión de cargas de la porción adyacente donde ya se ha disparado el potencial de acción (inciso «c»).

Esa despolarización no alcanza el valor del potencial de umbral y por lo tanto no dispara el potencial de acción en la porción anterior de membrana durante un periodo de tiempo de algunos milisegundos.

A ese periodo de tiempo durante el cual la membrana nerviosa es incapaz de disparar un nuevo potencial de acción, aunque se le despolarice, se le denomina Periodo Refractario.

La existencia del periodo refractario hace que las neuronas sólo conduzcan el impulso nervioso en una dirección: de las dendritas a las terminales ner­viosas.

Así pues, el impulso nervioso no es una corriente eléctrica en un cable telefónico sino sólo una inversión de cargas transmembranales que se propaga lateralmente a lo largo de las neuronas. Desde las dendritas, por el soma y el axón, hasta las terminales nerviosas. Ve la Figura11.

Analiza el siguiente video:

http://www.youtube.com/watch?v=7tBWl4GE8rk&feature=related

¿De qué color y cómo se representó en el video a los siguientes elementos?

Elemento: forma y color:

canal de Na+: ______________

canal de K+: _______________

iones Na+: ________________

iones K+: _________________

Potencial de acción: ___________

También ve este otro video y escribe el guión (en word) que relata la secuencia de eventos representada:

http://www.youtube.com/watch?v=SCasruJT-DU&feature=related

Envía el archivo doc a mi correo govearraf@gmail.com

El arribo del potencial de acción a la terminal nerviosa provoca que un canal de Ca2+ regulado por voltaje se abra. La entrada de Ca2+ induce el traslado de las vesículas hacia la membrana plasmática y su fusión con ella, liberando así, al neurotransmisor en el espacio sináptico.

La unión de las moléculas del neurotransmisor con su receptor en la membrana posinática provoca la hiperpolarización o la despolarización de ésta. El soma de la neurona realiza un cómputo de las señales y de acuerdo a ellas dispara o no un nuevo impulso nervioso.