Receptores de la superficie celular
Los receptores de la superficie celular, también conocidos como receptores transmembrana, son proteínas de la superficie celular ancladas a la membrana (integrales) que se unen a moléculas de ligando externas. Este tipo de receptor abarca la membrana plasmática y realiza la transducción de señales, en la que una señal extracelular se convierte en una señal intercelular. Los ligandos que interactúan con los receptores de la superficie celular no tienen que entrar en la célula a la que afectan. Los receptores de la superficie celular también se denominan proteínas específicas de la célula o marcadores porque son específicos de cada tipo de célula.
Debido a que las proteínas receptoras de la superficie celular son fundamentales para el funcionamiento normal de la célula, no debe sorprender que un mal funcionamiento de cualquiera de estas proteínas pueda tener graves consecuencias. Se ha demostrado que los errores en las estructuras proteicas de ciertas moléculas receptoras desempeñan un papel en la hipertensión (presión arterial alta), el asma, las enfermedades cardíacas y el cáncer.
Cada receptor de la superficie celular tiene tres componentes principales: un dominio externo de unión al ligando, una región hidrofóbica que abarca la membrana y un dominio intracelular dentro de la célula. El dominio de unión al ligando también se denomina dominio extracelular. El tamaño y la extensión de cada uno de estos dominios varían mucho, dependiendo del tipo de receptor. Los receptores de la superficie celular participan en la mayor parte de la señalización en los organismos multicelulares. Existen tres categorías generales de receptores de la superficie celular: receptores ligados a canales iónicos, receptores ligados a proteínas G y receptores ligados a enzimas.
Los receptores ligados a canales iónicos se unen a un ligando y abren un canal a través de la membrana que permite el paso de iones específicos. Para formar un canal, este tipo de receptor de la superficie celular tiene una extensa región que abarca la membrana. Para poder interactuar con las colas de ácidos grasos de los fosfolípidos que forman el centro de la membrana plasmática, muchos de los aminoácidos de la región que abarca la membrana son de naturaleza hidrofóbica. Por el contrario, los aminoácidos que recubren el interior del canal son hidrofílicos para permitir el paso del agua o de los iones. Cuando un ligando se une a la región extracelular del canal, se produce un cambio conformacional en la estructura de las proteínas que permite el paso de iones como el sodio, el calcio, el magnesio y el hidrógeno (Figura 9.5)
Los receptores ligados a la proteína G unen un ligando y activan una proteína de membrana llamada proteína G. La proteína G activada interactúa entonces con un canal iónico o una enzima de la membrana (Figura 9.6). Todos los receptores ligados a la proteína G tienen siete dominios transmembrana, pero cada receptor tiene su propio dominio extracelular específico y su sitio de unión a la proteína G.
La señalización celular mediante los receptores ligados a la proteína G se produce como una serie cíclica de acontecimientos. Antes de que el ligando se una, la proteína G inactiva puede unirse a un sitio recién revelado en el receptor específico para su unión. Una vez que la proteína G se une al receptor, el cambio de forma resultante activa la proteína G, que libera el GDP y recoge el GTP. Las subunidades de la proteína G se dividen entonces en la subunidad α y la subunidad βγ. Uno de estos fragmentos de la proteína G, o ambos, pueden activar otras proteínas como resultado. Después de un tiempo, el GTP de la subunidad α activa de la proteína G se hidroliza a GDP y la subunidad βγ se desactiva. Las subunidades se reasocian para formar la proteína G inactiva y el ciclo comienza de nuevo.
Los receptores ligados a proteínas G se han estudiado ampliamente y se ha aprendido mucho sobre sus funciones en el mantenimiento de la salud. Las bacterias patógenas para el ser humano pueden liberar venenos que interrumpen la función específica de los receptores ligados a la proteína G, dando lugar a enfermedades como la tos ferina, el botulismo y el cólera. En el caso del cólera (Figura 9.7), por ejemplo, la bacteria Vibrio cholerae, que se transmite por el agua, produce una toxina, el colerágeno, que se une a las células que recubren el intestino delgado. La toxina entra entonces en estas células intestinales, donde modifica una proteína G que controla la apertura de un canal de cloruro y hace que permanezca continuamente activa, lo que provoca grandes pérdidas de líquidos del organismo y, como consecuencia, una deshidratación potencialmente mortal.
Los receptores ligados a enzimas son receptores de la superficie celular con dominios intracelulares que están asociados a una enzima. En algunos casos, el propio dominio intracelular del receptor es una enzima. Otros receptores ligados a enzimas tienen un pequeño dominio intracelular que interactúa directamente con una enzima. Los receptores ligados a enzimas tienen normalmente grandes dominios extracelulares e intracelulares, pero la región que abarca la membrana consiste en una única región alfa-hélica de la cadena peptídica. Cuando un ligando se une al dominio extracelular, se transfiere una señal a través de la membrana, activando la enzima. La activación de la enzima desencadena una cadena de acontecimientos dentro de la célula que acaba provocando una respuesta. Un ejemplo de este tipo de receptor ligado a una enzima es el receptor de la tirosina quinasa (figura 9.8). Una quinasa es una enzima que transfiere grupos fosfato del ATP a otra proteína. El receptor de la tirosina quinasa transfiere grupos fosfato a moléculas de tirosina (residuos de tirosina). En primer lugar, las moléculas de señalización se unen al dominio extracelular de dos receptores de tirosina quinasa cercanos. A continuación, los dos receptores vecinos se unen, o dimerizan. A continuación, se añaden fosfatos a los residuos de tirosina del dominio intracelular de los receptores (fosforilación). Los residuos fosforilados pueden entonces transmitir la señal al siguiente mensajero dentro del citoplasma.
