Membrana Celularr - JIFRP]WReçF;]GLÇ;HKHK´RP[~ÇP][FL,,Ç;B PDF

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JIFRP]WReçF;]GLÇ;HKHK´RP[~ÇP][FL,,Ç;B...

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Licenciatura em Engenharia Biomédica 2005/06 Luís Martinho do Rosário (Depto. de Bioquímica / FCTUC)

TEMA 2: Função das Membranas Celulares Receptores, enzimas membranares e sinalização intracelular

Moléculas de sinalização extracelular / I ►Mediadores químicos locais Actuam somente no ambiente local (difusão extracelular)

Exemplos:

factor de crescimento nervoso – NGF (proteína); histamina (derivado de aminoácido); prostaglandina E2 (derivado de ácido gordo)

►Hormonas Interactuam com células-alvo em zonas remotas do organismo (transporte pelo sangue)

Exemplos: insulina (proteína); somatostatina (pequeno péptido); adrenalina (derivado de aminoácido); testosterona (esteroide)

►Neurotransmissores Interactuam com células-alvo pós-sinápticas (difusão na fenda sináptica)

Exemplos: glicina, noradrenalina, ácido γ-aminobutírico – GABA, acetilcolina (aminoácidos e derivados); encefalinas (pequenos péptidos)

BionBiom/#2-26

Moléculas de sinalização extracelular / II

◙ Solúveis em água

Adrenalina

Maior parte das hormonas e mediadores químicos locais Todos os neurotransmissores Ligam-se a RECEPTORES na MEMBRANA PLASMÁTICA ligando

Célula-alvo em repouso

receptor

Célula-alvo activada

receptor ocupado pelo ligando

activação de vias de sinalização intracelular (produção de segundos mensageiros)

◙ Pouco solúveis em água (hidrofóbicas) Hormonas esteroides e hormonas da tiroide Ligam-se a RECEPTORES INTRACELULARES ligando

regulação da transcrição de genes

Testosterona

proteína transportadora

receptor intracelular

BionBiom/#2-27

Receptores membranares ◘ IONOTRÓPICOS

Ou “canais operados por receptores”. Integram um canal iónico, aberto por ligação do neurotransmissor

◘ METABOTRÓPICOS ► Receptores com sete segmentos transmembranares (7-TMS) ► Receptores catalíticos com um único segmento transmembranar Receptores ionotrópicos

Ex: receptor de acetilcolina nicotínico

Na+ (Ca2+)

Superfamília de receptores tipo colinérgico ▓ 5-HT3 (serotonina) ▓ GABA-A Cl▓ Glicina ▓ Acetilcolina (nicotínico)

Superfamília de receptores glutamatérgicos ionotrópicos ▒ N-metil-D-aspartato (NMDA) Ca2+ (Na+) ▒ AMPA / Kainato

(Entrada de Na+

Despolarização

Activação de CCSVs)

Entrada de Ca2+

[Ca2+]i

BionBiom/#2-28

Receptores catalíticos com um único segmento transmembranar Ex: - Receptor de insulina - Receptor de factor de crescimento da epiderme (EGF) - Receptor de factor de crescimento derivado de plaquetas (PDGF) Sítio de reconhecimento do ligando

Insulina

(insulina)

Domínio transmembranar Domínio catalítico

Inclui sub-domínio regulador

(actividade de tirosina cinase)

Associação oligomérica induzida por insulina

Actividade de tirosina cinase (inclui auto-fosforilação)

Interacção entre domínios catalíticos

BionBiom/#2-29

Receptores 7-TMS ╬ Sítio de reconhecimento externo de ligandos ╬ Sete segmentos transmembranares helicoidais ╬ Sítio de reconhecimento interno de proteínas G

GTP

Proteínas G: proteínas que ligam nucleótidos de guanina (GTP e GDP) Enzima membranar

Ligando

Receptor

L Enz

G Gα

Agonista

2os mensageiros

+ Receptor 7-TMS

Respostas celulares

+

Prot G

+/Enzima membranar

Segundos mensageiros

Enzimas intracelulares

+/-

BionBiom/#2-30

Proteínas G heterotriméricas ► Heterotrímeros (subunidades α, β e γγ) no estado inactivo ► Subunidade α tem actividade de GTPase (GTP→GDP+Pi)

1.

2.

Gαβγ/GDP

Gαβγ/GTP

Enz inactiva

3.

Enz inactiva

4. Gβγ

Gα/GTP

Gα/GDP

Enz activa

Enz inactiva

BionBiom/#2-31

Síntese

cAMP como segundo mensageiro processo endergónico

Degradação

processo exergónico

Adenil ciclase

Fosfodiesterase H2O

ATP

cAMP

Pirofosfatase

PPi

Ex: Receptor de glucagão Receptor adrenérgico β (β1 ou β2)

2Pi H 2O processo exergónico

5’-AMP

(adenosina 3’,5´-monofosfato)

Gs: Proteína G estimuladora (αsβγ) - sensível à toxina da cólera

Ex: Agonista β Glucagão

Gi: Proteína G inibidora (αiβγ) - sensível à toxina pertussis - activada pelo receptor adrenérgico α2 Activa PKA cAMP

Glicogénio (n)

Glicogénio (n-1) + Glicose-1-fosfato

Glicogénio fosforilase

Glicose Glucagão ou adrenalina

Fosforilação de proteínas Respostas celulares a agonistas β ou glucagão

BionBiom/#2-32

Proteína cinase dependente de cAMP (PKA) R2C2 inactivo

Sub. reguladora fosforilação em resíduos de serina / treonina

Sub. catalítica

ATP + Proteína

cAMP / PKA

Proteína - P + ADP fosfatase

Proteína + Pi activas

Amplificação de sinais Um complexo agonista–receptor

Activação de várias moléculas de proteína G

Uma molécula de Gs activada

Activação de várias moléculas de adenil ciclase (AC)

Uma molécula de AC activada

Síntese de várias moléculas de cAMP e activação de várias moléculas de PKA

Uma molécula de PKA activada

Fosforilação de várias moléculas de proteína-alvo

Um único evento de ligação agonista-receptor

Activação de milhares de moléculas de proteínas-alvo

RESPOSTA CELULAR

BionBiom/#2-33

Segundos mensageiros derivados de fosfolípidos membranares PIP2

DAG

PLC: PIP2:

Fosfolipase C Fosfatidilinositol-4,5-bisfosfato DAG: Diacilglicerol (1,4,5)IP3: Inositol 1,4,5-trifosfato PKC: Proteína cinase C

(1,4,5)IP3 Receptor 7-TMS (activo)

cPKC Fosfolipase C

Domínio de ligação do substrato

Proteína-alvo

Proteína cinase C (activa)

Domínio do pseudo-substrato

Proteína cinase C

ATP + Proteína

Proteína- P + ADP

(inactiva)

DAG - lipofílico, activa PKC (1,4,5)IP3 - hidrossolúvel, activa receptores do RE / RS

fosforilação em resíduos de serina / treonina

Exos de receptores 7-TMS acoplados a PLC: acetilcolina muscarínico, adrenérgico α1, glutamato metabotrópico

BionBiom/#2-34

Ca2+ intracelular como segundo mensageiro Mecanismos de produção - Influxo / canais (membrana plasmática) - Libertação de reservatórios / receptores-canais (ER / SR)

Mecanismos de terminação - Ca2+ ATPases (membrana plasmática, ER / SR) - Trocador Na+/Ca2+ - Tomada por outros organelos (ex: mitocôndria)

Libertação de Ca2+ de reservatórios intracelulares

4 subunidades iguais (4-TMS) delimitam um poro

Receptor de rianodina 4 subunidades iguais (6-TMS) delimitam um poro

Receptor de (1,4,5)IP3 Activador: (1,4,5)IP3

Activadores:Ca2+, cADPR (rianodina, cafeína)

BionBiom/#2-35

Ligação de Ca2+ e activação de proteínas 1

2

+

Ca2+

↔

Ca2+

Actividade

Ca2+

1: Proteína ligante de Ca2+ 2: Proteína reguladora

H

H O

Ca2+ Ca2+

Mg2+

Ca2+

H

O

H

Raios iónicos Mg2+ …. 0.6 Å Ca2+ …. 0.95 Å

Alteração conformacional da proteína ligante de Ca2+

BionBiom/#2-36

Calmodulina e proteína cinase dependente de Ca2+ / calmodulina Proteínas ligantes de Ca2+ (exemplos)

● Proteína cinase C (PKC) ● Anexinas ● Troponina C ● Calmodulina (CaM)

~ 15 kDa liga 4 iões Ca2+ (loops entre α-hélices) Proteínas dependentes de CaM (exemplos)

● Cinase das cadeias leves da miosina ● Cinase da fosforilase do glicogénio ● Fosfatases (calcineurina) ● Fosfodiesterases ● Sintase do óxido nítrico ● Cinases dependentes de CaM (tipos I-IV) CaMK: CaM/Ca2+ promove a desrepressão do local catalítico (ocupado pela sequência do pseudo-substrato do domínio regulador, na ausência de CaM/Ca2+)

fosforilação de proteínas em resíduos de serina / treonina

BionBiom/#2-37

Sinalização por óxido nítrico (NO) Regulação por NO • Fluxo sanguíneo e vasodilatação

NOS: Sintase do óxido nítrico

• Agregação plaquetária • Neurotransmissão e neuromodulação • Defesas imunitárias • Outras

L-arginina O2

NOS

Citrulina + NO

NADPH

Mensageiro intercelular Produção

Ex: células endoteliais vasculares

Difusão

Acção

Ex: músculo liso vascular

Efeitos de NO Dependentes de cGMP

Isoformas nNOS (ou neuronal, NOS-1) eNOS (ou endotelial, NOS-3) iNOS (ou indutível, NOS-2)

constitutivas, activadas por Ca2+/CaM (via receptores)

Induzidas por transcrição de genes (via citoquinas, endotoxinas, etc) elevada afinidade para com Ca2+/CaM

• Guanil ciclase solúvel (sGC)

Independentes de cGMP • Nitrosilação de proteínas, hemoglobina, oxigénio / superóxido

BionBiom/#2-38

GMP cíclico (cGMP) como segundo mensageiro Regulação por cGMP • Tonicidade do músculo liso

GC: Guanil ciclase

• Fototransdução • Homeostasia de fluidos e electrólitos

GTP

GC

cGMP + PPi

Classes de GC • Membranar (pGC) receptor activado por péptidos natriuréticos, guanilina, endotoxinas

• Solúvel (sGC) citossólica, activada por ligação de NO a um grupo hemo

Alvos de cGMP

(pGC)

• Proteína cinase dependente de cGMP (PKG) (sGC)

(cinase serina / treonina)

• Canais activados por nucleótidos cíclicos (fototransdução na retina)

+ PKG

• Fosfodiesterases reguladas por cGMP BionBiom/#2-39

Fosfodiesterases reguladas por cGMP e vasodilatação Famílias de PDEs

Degradação do sinal PDE: Fosfodiesterase PDE

cGMP

5’-GMP

• Específicas para cAMP • Específicas para cGMP: PDE5 (plaquetas / músculo liso / corpus cavernosum), PDE6 (fototransdução) e PDE9

• Especificidade mista para cAMP/cGMP

H 2O

Inibidor de PDE5

cGMP

Relaxação do músculo liso do corpus cavernosum, aumento do fluxo sanguíneo e erecção do pénis

BionBiom/#2-40...