Mecanismos de transdução de sinal PDF

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Mecanismos de transdução de sinal → Os mecanismo de sinalização celular consiste em eventos moleculares dentro da célula a partir de uma molécula sinalizadora. → Os sinais químicos podem:    

Regular o metabolismo; Alterar ou manter o estado de diferenciação celular; Influenciar no processo de diferenciação celular; Indicar morte celular (apoptose).

→ Existem várias formas de uma célula se comunicar com a outra, entre elas:  Junções comunicantes: (sinalização celular direta) são estruturas formadas por proteínas chamadas conexinas, formando um poro na membrana de duas células adjacentes, permitindo a comunicação entre elas. O tempo de mecanismo de sinalização é extremamente rápido, porém só ocorre se as células forem adjacentes.  Mensageiro químico secretado, o qual atua em um receptor na célula alvo. Pode atuar de forma: o Parácrina: quando o mensageiro químico secretado atua em uma célula da vizinhança; logo, a célula que secreta e a célula que recebe o mensageiro químico devem estar próximos; o Autócrina: quando o mensageiro químico secretado atua na própria célula que o secretou; o Endócrina: o mensageiro químico secretado é denominado de hormônio, que alcança a célula-alvo através da corrente sanguínea. o Neural: a célula que secreta é um neurônio, o qual um sinal elétrico leva a liberação do mensageiro químico, dito neurotransmissor. Este atua em um receptor na fenda sináptica. A transmissão de sinal chama-se sinapse. o Exócrina: ferormônios. → A tabela abaixo resume as características dos tipos de sinalização:

→ Os mensageiros químicos constituem estratégias alternativas para a comunicação tanto em célula vizinhas como em células distantes através da:  Liberação do mensageiro químico de uma célula sinalizadora para o meio extracelular;  Transporte do mensageiro químico através do meio extracelular para a célula-alvo;

 Transmissão do sinal para a célula-alvo via ligação com o receptor; → A grande diferença entre a transmissão nervosa e endócrina é que a molécula sinalizadora no caso da primeira deve ter uma afinidade menor do que na segunda, pois como na sinalização endócrina é preciso que a molécula (hormônio) percorra através do sangue é necessário que esta tenha uma grande afinidade para aumentar a probabilidade de ligação com o receptor na célulaalvo. Como o neurotransmissor é secretado na fenda sináptica e, logo, próximo a célula-alvo, sua afinidade não precisa ser tão grande para se ligar ao receptor. É importante salientar que a maioria dos hormônios são carreados por proteínas transportadoras especificas. A especificidade do mecanismo de ação hormonal é dada pela célula alvo ou seja se ela tem ou não determinado receptor, enquanto que a essa especificidade no caso da transmissão neural é dada pela própria sinapse. → A estrutura do mensageiro determina o tipo de mecanismo de sinalização celular e, então os mecanismos serão distintos se a molécula for apolar ou polar. Isso ocorre porque a a célula é envolta por uma membrana constituída principalmente por uma bicamada lipídica. Logo, se a molécula for polar ela terá dificuldade de transpassar essa bicamada, e a energia livre necessária seria grande, o que retardaria a ação do mensageiro. Portanto, mensageiros químicos polares têm receptores específicos localizados na membrana celular. Em resumo: 

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Hormônios hidrossolúveis têm seus receptores na membrana da célula-alvo, desencadeando uma resposta rápida e curta, uma vez que leva a alteração da atividade de enzimas pré-existentes e essa atividade pode ser facilmente modulada. Hormônios lipossolúveis têm seus receptores no interior da célula, no citoplasma ou no núcleo, e desencadeiam uma resposta lenta e duradoura, uma vez que leva a transcrição gênica, processo demorado, e, além disso, a duração ocorrerá enquanto durar a meia-vida da proteína recém-sintetizada.

→ Os hormônios são divididos em dois grandes grupos: o Nitrogenados: entre esses estão:  Amina: têm pequeno peso molecular, derivados do aminoácido tirosina, os quais incluem a adrenalina e noradrenalina, hidrossolúveis e provenientes da medula adrenal, e os hormônios tireoidianos, menos solúveis em água.  Hormônios peptídeos: os quais podem ter de 3 a 200 resíduos de aminoácidos, os quais incluem todos os hormônios do hipotálamo e da hipófise e os hormônios pancreáticos insulina glucagon e somatostatina. Por serem de natureza proteína são polares e portanto hidrossolúveis. A síntese desses hormônios proteicos segue as mesmas etapas que a síntese de proteínas em geral, sintetizados nos ribossomos, sentido empacotados em vesículas que se movem até o complexo de Golgi é clivado e origina o hormônio ativo, onde são armazenados em vesículas, as quais se fundem com a membrana plasmática, liberando seu conteúdo por exocitose.  Esteroides: são lipossolúveis e derivados do colesterol. Incluem os hormônio do córtex adrenal (glicocorticoides e mineralocorticoides), as formas hormonais da vitamina D e os andrógenos. Eles movimentam-se na corrente sanguínea ligados às proteínas transportadoras especificas. → Os mensageiros químicos têm como alvo os receptores e estes podem ser de vários tipos:

 Receptor ionotrópico: receptor e canal são a mesma estrutura, fazendo com que a ligação com o ligante feche ou abra o canal;  Receptores metabotrópicos: quando associados à proteína G.  Receptor enzimático: como o receptor tirosina-quinase, que o próprio receptor se comporta como enzima. → Esses receptores transmembrana têm uma região que se liga ao ligante, ou seja, um domínio de ligação extracelular e a região voltada para o interior da célula, ou seja, um domínio intracelular. No caso dos receptores metabotrópicos, o domínio extracelular varia em relação ao ligante, uma vez que tem sua conformação específica de acordo com o seu ligante especifico. O domínio intracelular tem regiões onde se ligam a proteínas G e regiões que são fosforiladas durante dessensibilização com o receptor → A proteína G é uma proteína que, no estado inativo, encontra-se acopladas a receptores no meio intracelular e, graças a propriedades funcionais e estruturais, quando ativadas por estímulos adequados podem migrar pelo citosol e ativar enzimas amplificadoras ou canais iônicos, consumando a transdução de sinais, que é o processo de ativação dos eventos intracelulares por estímulos externos. . É um composto de alto peso molecular e dita heterotrimérica, pois é formada por três polipeptídios distintos, α, β e γ, formando o complexo transdutor de sinais melhor conservado entre os mamíferos. Levam este nome por interagir com grupos guanílicos guanosina difosfato (GDP) e guanosina trisfofato (GTP). → Os receptores acoplados à proteína G (G protein coupled receptor, GPCR), são formados por sete domínios transmembrana, com o terminal amino no meio extracelular e o terminal carboxila no meio intracelular. Esses receptores são as primeiras estruturas envolvidas na transdução celular. Logo após a interação do primeiro mensageiro com o receptor, são vistas mudanças conformacionais na estrutura deste último, iniciando o ciclo de atividade da proteína G. A cascata de ativação intracelular inicia sua dinâmica graças à ação de uma proteína auxiliar, guanosine nucleotide exchange fator (GEF), que desloca o GDP e dá lugar à ligação do GTP, configurando o estado ativo dessa proteína. Assim, a subunidade α dissocia-se do dímero βγ e inicia cascatas de sinalização intracelular. Isso resulta na ativação de efetores, tais como adenilato ciclases, pequenas GTPases, fosfolipases e cinases, em última análise podendo regular a expressão de genes envolvidos na sobrevivência, proliferação, diferenciação e outros processos celulares. Uma característica importante da subunidade α é sua atividade GTPase intrínseca, que dessa forma hidrolisa o γ-fosfato do GTP e devolve a afinidade da subunidade α pelo dímero βγ, de forma a encerrar o ciclo de transdução e manter o trímero disponível para um novo estímulo. → As proteínas G são classificadas de acordo com a estrutura e sequência da subunidade α, sendo que as três principais isoformas são a Gs, a Gq e a Gi. → Proteína Gs:  A proteína Gs (estimulatória), que ativa a adenilato ciclase – enzima intracelular aderida à membrana plasmática que catalisa a formação de 3’-5’ adenosina monofosfato cíclico (AMPc) a partir do trifosfato de adenosina (ATP) – está relacionada com o aumento da resposta celular. Assim, após a formação do complexo ligante/GPCR, a subunidade α da proteína Gs, que interage com o nucleotídeo guanílico, catalisa a troca de GDP por GTP, assumindo a forma ativa dessa isoforma. A porção α da proteína desloca-se então do dímero βγ e ativa a adenilato ciclase, resultando no aumento substancial da concentração de AMPc. O aumento na concentração de AMPc intracelular (na ordem de 10 nM) culmina na ativação da proteína cinase dependente de AMPc (PKA). Essa enzima é composta por duas

subunidades: uma reguladora (R), com alta afinidade pelo AMPc, e uma catalítica (C). Na ausência de AMPc, a subunidade C torna-se inativa pela formação de um complexo tetramérico R2C2. A ligação do AMPc à subunidade R induz mudanças conformacionais que resultam na dissociação da haloenzima inibida e consequente ativação da PKA, que em seguida pode fosforilar diversas estruturas intracelulares, obtendo uma resposta específica ao estímulo agonista. Essa cascata de fosforilação é um processo de amplicicação, uma vez que cada proteína fosforilada fosforila outras proteínas e cada uma dessas fosforila outras (amplificação de sinal). A enzima nucleotídeo cíclico fosfodiesterase degrada o cAMP, revertendo a ativação da proteína quinase A.

→ Proteína Gq:  A proteína Gq está envolvida na ativação da enzima fosfolipase C, que assim como a adenilato ciclase participa da formação de segundos mensageiros. Depois de ativada ela degrada o fosfatidil inositol 4,5 bifosfato (PIP2) presente na membrana em 1,4,5 trifosfato de inositol (IP3) e 1,2 diacilglicerol (DAG). Estes são os dois segundos mensageiros envolvidos nas respostas fisiológicas mediadas pela proteína Gq. O IP3, dada sua estrutura hidrossolúvel, migra pelo citosol e se liga a receptores específicos de IP3 no retículo endoplasmático e mitocôndrias, promovendo a liberação do íon Ca+2 no citosol e aumentando a concentração desse íon de forma brusca até cerca de 10-6 M. O íon cálcio funciona como um terceiro mensageiro que desencadeia respostas intracelulares, como exocitose nos neurônios e nas células endócrinas, contração muscular e rearranjos do citoesqueleto durante os movimentos amebóides. O DAG fica associado à membrana plasmática devido à sua estrutura hidrofóbica, tendo a função de ativar a proteína cinase C (PKC), uma enzima ligada à membrana plasmática que promove a fosforilação de radicais em diversas proteínas intracelulares.

→ Proteína GI:  A proteína Gi (inibitória) inibe a atividade da enzima Adenilato Ciclase. Essa isoforma, relacionada com a diminuição da resposta celular, é responsável pela mediação dos efeitos inibitórios de receptores na via adenilato ciclase. → O cAMP é uma molécula produzida a partir do ATP (adenosina trifosfato), através da adenilato ciclase, librando um pirofosfato inorgânico. → Os receptores enzimáticos podem ser subdividos em cinco classes: 1. 2. 3. 4. 5.

Serina-treonina quinase, fosforila proteínas no resíduo treonina ou tirosina; Guanilato ciclase, produz o cGMP; Tirosina quinase, fosforila proteínas no resíduo de tirosina; Associados a tirosina quinases; Tirosina fosfatases.

→ Esses receptores possuem um domínio de ligação ao ligante especifico, uma região transmembrana e um domínio catalítico com atividade enzimática. → Existem dois tipos de guanilato ciclase (isoenzimas) envolvidas na transdução de sinais. O primeiro tipo existe em duas formas semelhantes de posicionamento na membrana que são ativadas por seus ligantes celulares: ANF (fator natriurético atrial), receptores nas células dos ductos coletores do rim e nas células do músculo liso dos ductos coletores e do músculo liso dos vasos sanguíneos, e endotoxina bacteriana (receptores nas células epiteliais do intestino). O segundo tipo é uma forma solúvel que é ativada pelo óxido nítrico intracelular (NO), forma encontrada em muitos tecidos, incluindo o músculo cardíaco e os vasos sanguíneos. → O ligante liga-se a um receptor guanilato ciclase, que cliva o GTP em cGMP, o qual se liga a PKG (proteína quinase dependente de cGMP), ativando-a. Esta, por fim, vai agir fosforilando proteínas nos seus resíduos de serina ou treonina. → O receptor para insulina é um exemplo de receptor tirosina quinase. Este consiste em uma cadeia extracelular que reconhece especificamente o hormônio, e uma cadeia intracelular. A ligação da insulina nas cadeias α desencadeia a autofosforilação dos resíduos de tirosina no domínio carboxiterminal das subunidades β, que permite ao domínio da tirosina quinase catalisar a fosforilação de outras proteínas alvo. → Outro tipo de receptor tirosina quinase pode levar a ativação da proteína Ras, como no caso de fatores de crescimento e proliferação celular. O ligante se liga ao receptor que se associa a outro receptor ligado (dimerização), ocorrendo a autofosforilação, que promove a fosforilação de proteínas quinases, que quando ativadas sinaliza para a proteínas Ras, que se alternam entre o estado ativo, quando ligada a GTP e inativada quando ligada a GDP. Esta proteína ativa uma cascata de fosforilação serina treonina quinase levando a resposta celular. → Os receptores intracelulares necessitam estar ligados a uma proteína carreadora, uma vez que são apolares. Uma vez próximos a célula alvo, o hormônio se desprende da proteína e entra na célula, encontrando seu receptor no citoplasma ou no núcleo, dependendo do ligante. A sua associação com o receptor altera a conformação deste, associando-se com um gene determinado,

alterando o padrão da expressão genica da célula, ou seja, alterando tanto a transcrição quanto a tradução desse gene. Isso leva a síntese de novas proteínas dentro da célula. → Quando o hormônio se liga ao receptor, faz com que o receptor altere sua conformação, que faz com que um complexo proteico inibidor que estava obstruindo essa região q liga ao DNA. Isso leva a exposição dessa região que interage com o DNA. Para anto, a modulação da transcrição genica pode ser pra mais ou pra menos. Por vezes, ainda o produto da transcrição genica pelo complexo receptor-ligante pode atua como fatores de transcrição para outros genes, amplificando essa transcrição e tornando a sinalização mais eficiente....