Los miles de millones de células que componen el cuerpo de un organismo pluricelular deben trabajar de forma coordinada para que todo el organismo funcione adecuadamente.
La función de una célula individual está controlada por varios sistemas reguladores diferentes, algunos de los cuales actúan casi instantáneamente, mientras que otros requieren unos minutos antes de producir una respuesta.
Todas las células tienen mecanismos de control interno automáticos y de actuación rápida para mantener los procesos metabólicos esenciales para la supervivencia de la célula.
Las actividades más especializadas de la célula, sin embargo, están bajo el control estricto de otras células del cuerpo.
En los animales, este control es ejercido mediante el sistema nervioso; a través de mensajeros químicos, como las hormonas, que circulan por el torrente sanguíneo, y a través de señales químicas que actúan localmente liberadas por las células vecinas al fluido extracelular que baña todos los tejidos.
Muchas células están sujetas al control de estos tres sistemas reguladores.
En los animales y plantas pluricelulares, la división y la diferenciación celulares –funciones que tienen implicaciones fundamentales para el organismo considerado globalmente– están también muy estrictamente controladas por las señales químicas extracelulares.
En los animales, cuando estas células se hacen resistentes a estas señales de control como resultado de una mutación, la proliferación incontrolada consiguiente puede provocar el cáncer.
La funcion celular y su control
El control ejercido por el sistema nervioso
El sistema nervioso capta e interpreta tanto las señales externas (como la luz, el tacto y la temperatura) como las señales procedentes de los órganos internos, y posteriormente envía impulsos a células diana para producir una respuesta adecuada.
Entre los tipos de células que están bajo el control inmediato del sistema nervioso, se hallan el resto de células nerviosas, las células musculares y algunos tejidos glandulares.
En las células individuales, el sistema nervioso ejerce un control sobre todas las funciones celulares mediante la liberación altamente localizada de neurotransmisores, como la acetilcolina y la norepinefrina, desde las terminaciones nerviosas.
Regulación automática
Los mecanismos de control intracelular autorreguladores no requieren señales extracelulares especiales. Mantienen los procesos metabólicos esenciales como la respiración celular funcionando al ritmo adecuado y mantienen un metabolismo celular básico equilibrado entre aquellas vías metabólicas que generan energía y las materias primas esenciales (vías catabólicas) y aquellos pasos que requieren energía y materiales (vías anabólicas). Estos mecanismos reguladores son comunes a todos los tipos de células, tanto las de animales como las de vegetales, hongos, protistas y bacterias.
Las vías metabólicas son automáticamente reguladas al segundo mediante mecanismos de feedback sensibles a la disponibilidad de metabolitos y de recursos energéticos, como, por ejemplo, el ATP, la moneda
energética universal. Los elementos de control de estas vías son las enzimas que catalizan todas las reacciones químicas de la célula. Al tiempo que actúan como catalizadores, estas enzimas funcionan como sensores moleculares e interruptores capaces de poner en marcha las diferentes vías metabólicas necesarias de forma casi instantánea.
Estos mecanismos de feedback automáticos garantizan que los recursos y la energía no serán desperdiciados en la fabricación de materiales o la realización de procesos innecesarios.
El control mediante señales extracelulares
Las señales extracelulares son capaces de provocar alteraciones más radicales en las funciones extracelulares que los sistemas anteriores.
Una bacteria (como Escherichia coli, que vive en el aparato digestivo del hombre) es capaz de notar cambios en su medio externo y de moverse hacia una fuente de nutrientes o de apartarse de una sustancia química nociva. Las algas verdes unicelulares son capaces de moverse hacia una fuente de luz.
En los organismos pluricelulares, las funciones celulares especializadas están bajo el control de señales químicas extracelulares, que pueden ser neurotransmisores liberados desde las terminaciones nerviosas, hormonas circulantes u otros mensajeros químicos. Estos pueden afectar a las funciones de las células en una de las dos siguientes maneras:
Algunas señales actúan conectando o desconectando genes en el núcleo de las células, afectando así a las enzimas y otras proteínas que la célula pueda fabricar. Estos cambios tardan desde unos minutos hasta unas horas en tener efecto, y pueden incluso ser permanentes. La división y la diferenciación celulares están controladas por este tipo de señales.
De forma alternativa, los cambios temporales rápidos en el comportamiento de una célula están producidos por señales que actúan directamente en las vías metabólicas celulares sin haber conectado o desconectado genes previamente.
Control por activación de genes
Este tipo de control es relativamente lento y conduce, a menudo, a cambios duraderos.
Por ejemplo, durante la pubertad, las hormonas sexuales estrógeno y testosterona activan genes en una amplia gama de tejidos donde se requieren para la maduración sexual y la aparición de los caracteres sexuales secundarios. A escala celular, estos cambios implican un crecimiento y una diferenciación de las células extensivos.
Las hormonas sexuales son moléculas esteroides, que pueden pasar libremente a través de las membranas celulares e interactúan directamente con proteínas reguladoras de genes que se hallan en la célula.
Sin embargo, muchas de las demás señales químicas que inducen a la división y la diferenciación celular no pueden atravesar las membranas celulares y son interceptadas en la superficie de la célula diana por proteínas alojadas en la membrana. Así pues, los receptores activados estimulan la producción de mensajeros secundarios intracelulares, los cuales conducen la señal hasta el núcleo de la célula, a través de una cadena compleja de reacciones bioquímicas.
En muchas células cancerígenas, estas cadenas de reacciones no se realizan de forma normal debido a mutaciones en el gen responsable de uno de sus componentes proteicos. Un defecto de este tipo puede dejar a la célula libre de las limitaciones normales de la división celular, la cual ya no necesitará recibir una señal para dividirse, y su crecimiento y división estarán fuera de control.
Control por efecto directo sobre la bioquímica celular
Algunas señales químicas actúan directamente sobre la bioquímica celular y las estructuras celulares internas sin provocar ningún cambio en el patrón de actividad de los genes existente en la célula. Los neurotransmisores liberados por las terminaciones nerviosas actúan de esta forma para provocar la contracción muscular, la secreción de las glándulas y la transmisión de un impulso nervioso a través de otras células nerviosas.
Estas señales actúan rápidamente, en cuestión de milésimas de segundo.
Las hormonas circulantes pueden también tener efectos directos sobre la bioquímica celular.
En los mamíferos, la hormona pancreática glucagón (producida en el páncreas como respuesta a niveles de azúcar en sangre bajos) actúa sobre el hígado y las células adiposas (de grasa) alterando su metabolismo.
Como respuesta a la acción del glucagón, que estimula la producción de un mensajero secundario intracelular llamado AMP cíclico, estas células cambian su metabolismo en segundos, pasando de almacenar alimento a producir combustible para ser utilizado.
Empiezan a descomponer las reservas de glucógeno y grasa, lo que permite elevar los niveles de azúcar en sangre.
A la inversa, cuando los niveles de azúcar en sangre son altos (por ejemplo después de una comida), el páncreas produce la hormona insulina, que estimula la transformación de la glucosa en forma de hidratos de carbono que serán almacenados en el hígado y en las células adiposas (de grasa).
