RECEPTOR AL N.M.D.A. y DOLOR.
Principios generales y bases moleculares de la Comunicación intercelular
.
En la Biología existen dos tipos de organismos: los organismos unicelulares y los organismos
multicelulares. La ameba, ejemplo de los primeros, es autónoma como para realizar todas las tareas que le
permiten subsistir; pero la situación se complica en el caso de los segundos pues las variadas tareas que
llevan a cabo estan distribuidas entre las diversas poblaciones celulares que forman sus tejidos y órganos.
Para coordinar dichas tareas es imprescindible la existencia de mecanismos que permitan a las células
comunicarse entre sí, a veces a través de grandes distancias. Es evidente que no habría habido evolución
de los organismos multicelulares sin el desarrollo simultáneo de sistemas eficientes de comunicación
intercelular.
Existen distintas formas de comunicación: una es mediante el contacto físico entre las células
(uniones ?en hendidura? o ?gap – junctions?), la cual permite, mediante la presencia de poros en los
puntos de contacto celulares, el intercambio de constituyentes citoplasmáticos entre las células vecinas.
Sus inconvenientes son que queda limitado a células adyacentes y el flujo de información es lento. Estos
problemas se han resuelto en la mayor parte de los organismos superiores mediante el desarrollo de
sistemas de comunicación entre las células que permiten la propagación rápida y a distancia de los
mensajes: las hormonas del sistema endócrino y los neurotransmisores del sistema nervioso. En ambos
casos, el lenguaje utilizado está representado por substancias químicas de diferente naturaleza. La
principal diferencia entre los dos sistemas reside en el grado de proximidad que existe entre el mensaje y
su destino. Una neurona envía señales discretas a un conjunto específico de células blanco: células
musculares, glandulares y otras neuronas. Lo hace mediante la liberación, hacia dichas células, de
substancias químicas denominadas neurotransmisores que actúan en milisegundos. Esta comunicación
intercelular se produce en sitios específicos, las sinapsis, en las que las células están tan próximas que las
separan distancias del orden de los 20 a 50 nm.. Por su parte, la acción del sistema endócrino es,
generalmente, menos localizada, produciéndose ésta mediante la liberación glandular de las hormonas
que, vehiculizadas por la sangre, pueden actuar en el transcurso de minutos a horas sobre células u
órganos ubicados en cualquier lugar del organismo. Cada célula blanco está provista de mecanismos
moleculares que le permiten reconocer en forma específica las señales destinadas a ella. Ambos sistemas
de comunicación intercelular están, además, relacionados porque muchos de los mensajeros usados por el
sistema endócrino son también empleados por las neuronas para comunicarse.
Pero es a nivel molecular donde ambos sistemas actúan con gran similitud en la transmisión de
sus señales. Sea cual fuere su origen, una señal química siempre debe ser ?interpretada? por la célula
blanco. Esta tares está a cargo de proteínas, los receptores celulares, cuya función es reconocer a la señal
en forma específica y modificarse como resultado de ese reconocimiento. La estructura tridimensional de
las proteínas no solo les permite unirse a las hormonas y a los neurotransmisores de modo selectivo y con
alta afinidad, esto es cuando la señal está presente en muy bajas concentraciones, sino también cambiar de
forma como resultado de ese reconocimiento. Ese cambio de forma determina, a su vez, una modificación
en la función de la proteína.
Diferentes moléculas actúan como hormonas: esteroides sintetizados a partir del colesterol,
aminoácidos o sus derivados y péptidos. En general, las señales moleculares tienen una vida media muy
breve porque, una vez que producen sus efectos, son rápidamente metabolizadas. La diferencia
fundamental entre ellas radica en que las substancias esteroides y las hormonas tiroideas son hidrofóbicas
(liposolubles), motivo por el cual atraviesan la membrana celular para contactar con su receptor en el
interior de la célula, mientras que los péptidos y algunos aminoácidos son hidrofílicos y, por lo tanto,
incapaces de atravesar la membrana celular, teniendo que tomar contacto con su receptor específico en
ésta.
Una vez detectado el mensaje proveniente del exterior, se activa una secuencia de señales que
finalmente regulan algun proceso celular tal como la secreción, la contracción, el metabolismo, el
crecimiento o la excitación y conducción de un impulso electro-químico dentro del sistema nervioso
central.
Durante la década de 1950 Earl Sutherland y sus colaboradores de la Universidad Case Western
Reserve en los Estados Unidos de Norteamérica descubrieron que algunas hormonas no ingresan a las
células sino que se fijan a receptores ubicados en las membranas donde desencadenan la producción de
adenosín monofosfato cíclico (AMPc), pequeño nucleótido derivado del adenosín-trifosfato (ATP). Así
quedaron establecidas las bases de la teoría que sostiene que los efectos hormonales se producen en dos
etapas: la del reconocimiento y la de la respuesta. En la primera, la molécula misma de la hormona, el
primer mensajero, se fija a su receptor específico situado en la membrana. En la segunda etapa, como
resultado de esa fijación específica, por acción de la enzima adenilciclasa sobre el ATP, se genera en la
misma membrana plasmática el AMPc, el segundo mensajero. Esta molécula es la que a su vez
desencadena las modificaciones intracelulares que dan lugar a las manifestaciones objetivables de la
acción hormonal. Esta teoría de los dos mensajeros ha sido corroborada con el tiempo, descubriéndose
distintos tipos de receptores de membrana, distintos segundos mensajeros y la presencia de estos
mecanismos tanto en la transmisión de señales hormonales como en la neurotransmisión.
Sutherland suponía que el receptor y el efector, la enzima adenilciclasa, formaban parte de la
misma estructura molecular, es decir que se trataba de una proteína capaz de reconocer a la hormona y al
mismo tiempo de generar AMPc. Pero experimentos realizados a comienzos de la década de 1970
demostraron que ambas funciones residen en proteínas diferentes. Martin Rodbell, trabajando con el
investigador argentino Lutz Birnbaumer y otros colaboradores en los Institutos Nacionales de la Salud en
Washington hallaron la clave de que, además de la hormona, es necesaria la presencia del guanosín-
trifosfato (GTP) para que se produzca la activación de la adenilciclasa. A mediados de los ?70, Alfred
Gilman y su grupo descubrieron que el proceso de activación del efector, la adenilciclasa, requiere la
participación de un intermediario; ésto es, un tipo de proteína, también ubicada en la membrana
plasmática, que tiene la capacidad de fijar GTP, por lo que se la denominó proteína G. Dicho de otra
forma, el complejo hormona-receptor no actúa en forma directa sobre la adenilciclasa sino que requiere la
participación de la proteína G, la que, a su vez, comunica la señal a la adenilciclasa. Estas investigaciones
demostraron que la proteína Gs (estimulante) está constituída por tres unidades: alpha (), betha() y
gamma(), y que es capaz de oscilar entre una forma que contiene guanosín-difosfato (GDP, sin
capacidad de activar la adenilciclasa) y otra que contiene guanosín-trifosfato (GTP, capaz de activar la
adenilciclasa). En ausencia de la hormona o el neurotransmisor, casi toda la Gs esta en forma inactiva, es
decir, unida al GDP. Solo el complejo hormona-receptor, no así el receptor desocupado, se fija a la
proteína Gs, induce la liberación del GDP fijado a ella y permite la entrada del GTP. Al producirse la
fijación del GTP, la subunidad que lo contiene (Gsa – GTP) se disocia de la subunidad -. Es el
complejo Gsa – GTP el que activa la adenilciclasa.
La terminación del efecto hormonal se debe a una actividad GTPásica intrínseca disminuyendo la
afinidad de la Gsa por la adenilciclasa finalizando su actividad; a ésto se suma la metabolización de la
hormona o del neurotransmisor en el espacio extracelular y complejos procesos como la fosforilación del
receptor, siendo estos últimos responsables de la desensibilización (adaptación) del receptor a una
exposición prolongada al substrato transmisor. Como sucede en muchos otros mecanismos de
transducción de señales, la cascada de la adenilciclasa está diseñada para responder a cambios en la
intensidad de los estímulos más que a su nivel absoluto. La adaptación resulta ventajosa porque permite
que los receptores respondan a estímulos que van en aumento dentro de un amplio rango de niveles
basales como ocurre con la hiperestimulación de las neuronas del asta posterior de la médula espinal.
El segundo mensajero actúa fundamentalmente fosforilando las proteínas celulares. La mayor
parte de las acciones del AMPc en las células eucariotas están mediadas por la acción de una única
proteínquinasa de tipo A (PQ – A). Esta enzima clave en la fisiología celular consiste en dos cadenas
regulatorias (R) y dos cadenas catalíticas (C). No estando presente el AMPc, el complejo R2C2 es
catalíticamente inactivo. La fijación del AMPc a las cadenas regulatorias libera las cadenas catalíticas que
tienen actividad enzimática propia. En algún punto de esta cadena, la información es transmitida por
medio de pequeñas moléculas e incluso iones presentes en el citoplasma celular, segundos mensajeros
cuya difusión permite que la señal se propague rápidamente en el interior de la célula. El número de
segundos mensajeros es relativamente limitado, es decir que las señales internas que utilizan las células
son sorprendentemente universales. Sin embargo, los mensajeros conocidos son capaces de regular una
gran variedad de procesos bioquímicos lo que se manifiesta en cambios sutiles en el funcionamiento de la
célula.
El complejo substrato – receptor también puede inhibir funciones celulares interactuando con una
proteína G inhibitoria (Gi). Asimismo, una misma señal puede tener distintos efectos dependiendo del
receptor involucrado. La inhibición puede producirse por la fijación directa del Gi a la adenilciclasa o por
la fijación del complejo Gi – a la Gs – GTP.
Las proteínas G, con más de 20 variedades descriptas, acoplan la activación de más de 100
receptores diferentes en la superficie celular con los efectores intracelulares expuestos en la cara interna
de la membrana celular como, a modo de ejemplo, la adenilciclasa, la fosfodiesterasa y canales iónicos.
Naturaleza estructural y química de los receptores celulares.
Existen tres superfamilias de receptores que participan en los procesos de reconocimiento a través
de la membrana:
1). Canales iónicos que resultan de la asociación de subunidades proteicas, cada una de las cuales
contiene varios segmentos que atraviesan la membrana. La fijación del ligando o señal específica, como
en el caso de los neurotransmisores, abre el canal y permite el pasaje de los iones hacia dentro o hacia
fuera de la célula.
2). Receptor 7 – TMS (7 – transmembrane segments) o ?serpentina? que atraviesa la membrana y
utiliza el sistema de transducción de las proteínas G, posee un extremo amino extracelular en el que se
encuentra el sitio de reconocimiento específico para la señal y un extremo carboxilo citoplasmático que
tiene la capacidad de reconocer a las proteínas G.
3). Receptores catalíticos que tienen un solo segmento que atraviesa la membrana. Son proteínas
que, además del segmento transmembrana, poseen un dominio globular en cada uno de sus extremos
ubicados en ambas caras de la membrana, siendo el extracelular el sitio de reconocimiento del ligando
mientras que el intracelular es el extremo catalítico que puede ser una tirosínquinasa o una guanilciclasa.
Otros sistemas de transducción de señales neurohormonales.
A). Transductores activados por receptores 7 – TMS (serpentina)
.
1). La cascada del fosfatidil – inositol.
Los receptores ?serpentina? pueden interactuar con otras proteínas G y así activar las cascadas de
otros segundos mensajeros. La fijación de otras hormonas o neurotransmisores a su receptor, con la
intervención de proteína G, activa la fosfolipasa C, también ubicada en la membrana. Esta enzima
hidroliza el fosfatidil – inositol 4,5 – difosfato y genera dos mensajeros intracelulares: el inositol –
trifosfato (IP3) que abre los canales de calcio en el retículo endoplasmático y determina la elevación de
los niveles de calcio libre en el citoplasma, y el diacilglicerol (DAG), activador de la proteínquinasa C,
que fosforila residuos de serina y treonina en las proteínas blanco. Éste es un mecanismo de transducción
ampliamente difundido. Por comparación, este sistema de interpretación tiene mucho en común con aquel
en el que participa el AMPc, pues en los dos la molécula receptora está ubicada en la superficie de la
célula y, en la cara citoplasmática de la membrana, transmite información a través de ella por medio de
una familia de proteínas G que se activan cuando se unen al GTP. En ambas vías, las proteínas G activan
una enzima ?amplificadora? en la superficie interna de la membrana que convierte moléculas precursoras
en segundos mensajeros. Estos precursores son altamente fosforilados. El amplificador adenilciclasa
convierte al ATP en AMPc mientras que el amplificador fosfolipasa C convierte al fosfatidilinositol,
presente en la membrana, en IP3 y DAG. Las etapas finales de ambas vías son similares: los segundos
mensajeros hacen que las proteínas celulares cambien su estructura de una forma tridimensional inactiva a
otra activa. Aquí los segundos mensajeros pueden actuar a través de dos mecanismos: uno directo, donde
se fija directamente al componente regulatorio de la proteína y así determina el cambio de su
conformación (ej.: fijación del calcio a la troponina C del músculo estriado), y otro indirecto, más común,
mediante el cual activa una enzima, la proteínquinasa, que a su vez fosforila una proteína, induciendo a
ésta a cambiar su forma y, por lo tanto, su función.
2). Calcio.
Las células eucariontes mantienen en forma activa una baja concentración intracitoplasmática de
ión Ca2+. La fijación de ciertos ligandos a sus receptores en la membrana plasmática puede causar un
incremento transitorio en el Ca2+ citoplasmático que, a su vez, puede activar un gran número de procesos
tales como la contracción muscular, secreción celular o la hiperexcitación neuronal que prolongará una
sensación dolorosa. El aumento brusco en los niveles de Ca2+ citoplasmático, convirtiéndose en señal
efectiva, puede producirse a través de dos mecanismos: el AMPc puede activar la apertura de los canales
de calcio ubicados en la membrana plasmática, permitiendo el ingreso de calcio extracelular (en 4 veces
mayor concentración que el intracelular), o mediante el IP3, derivado del fosfatidilinositol, que se fija, en
las membranas del retículo endoplásmico, a canales específicos que permiten el pasaje del Ca2+ hacia el
citoplasma. Una vez aumentada la concentración intracelular del calcio, se traduce a un conjunto de
proteínas fijadoras de Ca2+ que, a su vez, regulan muchos procesos celulares a través de la activación de
enzimas, bombas de la membrana y otras proteínas blanco. Existen más de 170 proteínas, entre las que
podemos mencionar: la proteínquinasa C, la calmodulina, la parvalbúmina, la troponina C y las anexinas.
Cuando se unen al Ca2+, esas proteínas cambian su conformación, lo que les permite activar a las
