Sinalização Celular ( Glucagon E Insulina) PDF

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SINALIZAÇÃO CELULAR TIPOS DE COMUNICAÇÃO CELULAR  

Justácrina ou contato-dependente: necessário que as células estejam em contato físico direto (junções GAP, de adesão) Moléculas secretadas: não necessita de contato direto entre células. Pode ser de 4 tipos:  Autócrina: Mediador age na própria célula que o produziu. A célula é ao mesmo tempo emissora e receptora. Na maioria das vezes, a célula produz a molécula e o seu receptor.  Parácrina: Mediador age em células próximas daquela que o produziu. A substância produzida (mediadores locais) não chega a atingir a corrente sanguínea. É utilizada para comunicação rápida e localizada entre células  Endócrina: Mediador cai na circulação e age à distância. Pode agir em vários tecidos ou em tecidos específicos (célula-alvo) que têm receptores para o ligante. Geralmente o mediador é um hormônio. Esse tipo de comunicação dura por longos períodos.  Sináptica: Entre neurônios ou entre neurônio e célula-alvo (célula muscular). As moléculas percorrem distâncias muito pequenas entre as células, motivo pelo qual pode ser considerado um tipo especial de comunicação parácrina.

TIPOS DE MOLÉCULAS SINALIZADORAS (MENSAGEIROS QUÍMICOS, LIGANTES) 

HORMÔNIOS: Moléculas liberadas por glândulas ou células especializadas e que desempenham papel-chave na regulação de quase todas as funções corporais (metabolismo, crescimento e desenvolvimento, balanço hidroelétrico, reprodução e comportamento). Existem 2 tipos de natureza química, os hidrossolúveis (natureza proteica ou peptídica) e lipossolúveis (natureza lipídica)  Hormônios hidrossolúveis: insulina, glucagon. São armazenados em vesículas até estímulo para secreção. Passam por fases de síntese (pré-pró-hormônio, próhormônio) em que são inativos.  Hormônios lipossolúveis: esteroides, sintetizados a partir do colesterol (cortisol, aldosterona, estrogênio, progesterona, testosterona). Não são armazenados nas células, sofrendo difusão na membrana logo após sua síntese e são transportados no sangue ligados à proteínas plasmáticas (reservatórios de hormônios)

*OBS: a remoção de hormônios no sangue é chamada depuração metabólica.      

NEUROTRANSMISSORES: liberados por terminais axônicos de neurônios, participam da sinapse, são de natureza proteica, nucleotídeos, peptídicos ou aminas. FATORES DE CRESCIMENTO: estimulam uma atividade anabólica na célula CITOCINAS: peptídeos secretados pelas células, podendo funcionar como hormônios (interleucinas,linfocinas, leptina ou adipocina) GASES: ex: NO; NUCLEOTÍDEOS, NUCLEOSÍDEOS AMINAS

COMPLEXO LIGANTE + RECEPTOR

Transporte de íons

Metabolismo

Expressão gênica

Movimento celular

RECEPTORES: LOCALIZAÇÃO 

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Citoplasma: são os receptores primários que se ligam a hormônios lipossolúveis, pois estes se difundem na membrana plasmática da célula e conseguem atingir o citosol. Receptores citoplasmáticos podem, após ligação com mediador ou não, adentrar o núcleo; Nucleares: receptores que se ligam a hormônios de natureza lipossolúvel no núcleo da célula, estão associados com resposta de estímulo transcricional (se ligam a cromossomos); De membrana: receptores para hormônios, moléculas proteicas e catecolaminas, pois são hidrossolúveis e não conseguem ultrapassar a membrana da célula. O sinal passa para o citoplasma.

TIPOS DE TRANSDUÇÃO DE SINAL *Transdução de sinal: mecanismos pelos quais uma célula (emissora) envia uma mensagem para mudar a função de outra célula (célula-alvo ou receptora) 

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Proteína G (proteína heterotrimérica de ligação a GTP): proteína que se liga ao GDP/GTP. Possui três unidades: alfa, beta e gama. Na subunidade alfa se liga o GDP, as outras servem para a ancoragem do receptor na membrana. A ligação com GTP ocorre na proteína G ativada. Nesse tipo de transdução de sinal, existem os primeiros mensageiros (ligante externo) e segundos mensageiros (intracelulares, ex: AMPc, Ca2+ e calmodulina associada, produtos de degradação de membranas). Gs (estimula adenilciclase, aumenta AMPc) Tipos de proteína G Gi (inibe adenilciclase, diminui AMPc) Gp (estimula fosfolipase C) A atividade dessa proteína inclui a abertura ou fechamento de canais iônicos das células e ainda a ativação ou inibição de enzimas citoplasmáticas. Catalítica (enzimática) Via canal iônico Proteína torosinocinase Cálcio: é bombeado para dentro da célula pela ativação e canais de Ca2+ voltagem dependentes de membrana (feito por DAG) ou bombeado para fora de organelas (REL) por ativação de canais de Ca2+ (feita por IP3) da membrana dessas organelas. O cálcio promove várias respostas intracelulares, como contração de músculos, exocitose de vesículas, ativação de proteases, fosfolipases, endonucleases, etc.

TIPOS DE RECEPTORES

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Receptores acoplados à proteína G (GPCR): também denominados metabotrópicos, são transmembrana, contendo sete segmentos. Hormônios polipeptídicos ligam-se a cauda externa, enquanto moléculas menores (acetilcolina, epinefrina) ligam-se ao bolsão formando pelos segmentos que atravessam a membrana. Contêm um sítio ativo para a proteína G na cauda citoplasmática (COOH). Após a ligação do mediador na cauda externa (NH2), ocorre ativação da proteína G. A ativação dessa proteína G ocorre por troca de GDP por GTP. A ativação da proteína Gs faz com que a subunidade alfa se dissocie do resto da proteína. Com isso, aparece um sítio ativo para a adenilciclase na subunidade alfa dissociada. Após ativar a adenilciclase, age a GTPase da subunidade alfa, que desfosforila o GTP em GDP e a subunidade alfa volta a se ligar ao resto da proteína. Adenilciclase age sobre o ATP, originando AMPc (adenosina monofosfato cíclico, é um segundo mensageiro). Pirofosfato (PPi)

ATP

Adenilato ciclase

H2O

AMPc

AMP cíclico fosfodiesterase

5’-AMP

AMPc ativa proteína cinase A (PKA) por liberação das subunidades catalíticas C das subunidades regulatórias R. A PKA passa a fosforilar resíduos de treonina ou serina de outras enzimas (ativação de enzimas). PKA serve como reguladora da fosforilação do receptor (inibe a sua função). Se for a proteína Gp, sua subunidade alfa ativa a proteína fosfolipase C, que catalisa a degradação do PIP2 (bifosfato de fosfatidilinusitol) de membranas em IP3 (trofosfato de inusitol) e DAG (diacilglicerol). IP3 age na abertura de canais de Ca2+ de mitocôndrias e REL e DAG ativa a proteína cinase C (PKC), que fosforila proteínas, causando respostas celulares. Elevação de AMPc em células eucarióticas também altera rapidamente a transcrição e a elevação de genes codificando importantes enzimas metabólicas, hormônios polipeptídicos e proteínas transportadoras de íons. PKA podem ser transportadas ao núcleo, onde induzem fosforilação e ativação de proteínas regulatórias de genes regulados por AMPc (CREBs), que controlam a expressão de genes que contêm elementos regulatórios sensíveis a AMPc (CRE). É o tipo de receptor para o glucagon. RECEPTOR 

PROTEÍNA G

PROTEÍNA EFETORA

SEGUNDO MENSAGEIRO

Ação catalítica (ligados a enzimas): São proteínas transmembrana com um segmento apenas ou mais, que sofre transformação alostérica na extremidade carboxil intracitoplasmática, adquirindo atividade enzimática (proteína quinase, proteína fosfatase, protease ou nucleotídeo fosfodiesterase). Podem se autofosforilar em resíduos de tirosina, criando sítios ativos para ligação com outras proteínas (G monoméricas ou Ras, uma GTPase). A ativação dessas proteínas ativa proteinocinases importantes na regulação da mitose (MAP-cinases). Estas, por sua vez, fosforilam proteínas de transdutor de sinal e de ativador de transcrição (STAT). Dentre eles temos:  Receptores tirosina quinases (RTKs): contêm duas subunidades alfa (extracelular, terminações NH2) e duas beta (intracelulares, terminações

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COOH). Possuem enzimas tirosinocinases na subunidade beta, que promovem a autofosforilação dessa subunidade. Essa autofosforilação promove uma reação em cascata intracelular que fosforila resíduos de tirosina de outras proteínas reguladoras da expressão gênica e mitose (substratos). É o tipo de receptor para a insulina e fatores de crescimento (EGF, PDGF).  Receptores serina/treonina quinases: uma extremidade amino terminal extracelular e uma extremidade carboxi-terminal intracelular. A ligação do mediador promove fosforilação da subunidade interna em resíduos de serina e treonina. A subunidade interna fosforila proteínas citoplasmáticas chamadas SMADs (fatores regulatórios de genes). Essa fosforilação expõe sequências de localização nuclear (NLS) nas SMADs, o que transloca essas proteínas ao núcleo onde interagem com proteínas regulatórias de genes para modular a transcrição de genes. Possui TGF-beta e proteínas morfogenéticas de osso (BMP) como ligantes. Canais iônicos controlados por ligantes: 3 a 5 subunidades proteicas. Com a ligação do mediador, ocorre alteração conformacional que acarreta em abertura ou fechamento de um canal iônico. Isso causa mudança de voltagem ou alteração do pH na célula. Na maioria das vezes, com a mudança da voltagem ocorre influxo de Ca2+ (mensageiro intracelular). Na alteração de pH, ocorre ativação de trocadores Na+/H+. Ocorre em sinapses com acetilcolina, em milissegundos, onde podem ser nicotínicos (ionotrópicos, o próprio receptor é o canal iônico) ou muscarínicos (metabotrópicos, acoplados à proteína G). Intracelulares: importantes na regulação de expressão gênica. São revestidos por proteína inibidora, que é retirada após a ligação do receptor com seu ligante. Induzem ou reprimem a expressão gênica por conterem sítios ativos com a sequência do DNA promotor (elemento de resposta hormonal). Alguns hormônios que se ligam a receptores intracelulares incluem: esteroides adrenais e os gonádicos, hormônios da tireoide, retinoides e vitamina D. Esses receptores podem estar no citoplasma ou no núcleo. Sua resposta pode levar horas ou até dias.

EVENTOS 1. Ligação da molécula sinalizadora ao receptor específico (tem que ter afinidade e eficácia); 2. Alteração da conformação do receptor; 3. Interação do receptor com proteínas efetoras (ex: adenilciclase, tirosinocinases) em alguns casos. Em outros casos, o próprio receptor é a proteína efetora. Em outros ainda, o receptor necessita de proteínas de acoplamento ou transdutoras para interagir com o efetor (ex: GTPases);  Proteínas efetoras: sinalizadoras (enzimas ou canais iônicos) que são distais ao, mas ativadas pelo, receptor ligado ao agonista. 4. Geração de moléculas sinalizadoras intracelulares (segundos mensageiros, ex: AMPc) OU mudança no potencial elétrico da membrana plasmática;  Segundos mensageiros: moléculas intracelulares pequenas que transmitem e amplificam o sinal inicial a partir de receptores ativados por agonista. Podem ser íons inorgânicos (Ca2+) ou produtos orgânicos (AMPc, GMPc, IP3, DAG, PIP3)

5. Ativação de cascatas enzimáticas envolvendo proteína quinases, fosfatases ou proteases.

INSULINA 

NATUREZA QUÍMICA:

É uma proteína composta por 2 cadeias peptídicas, A e B, ligadas por 2 pontes dissulfeto. A cadeia A contém 21 aminoácidos e a cadeia B contém 30 aminoácidos. A forma de pró-insulina é formada por mais uma cadeia, a cadeia C (35 aa), que é clivada na vesícula de secreção para formar o hormônio ativo.

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FUNÇÃO:

Basicamente, a insulina tem função anabólica, ou seja, ativa vias de síntese de macromoléculas no estado pós-prandial (glicogênese, lipogênese, síntese de ácidos graxos e síntese de proteínas). Além disso, promove maior captação de glicose pelos órgãos insulino dependentes (músculos, tecido adiposo) em situações de excesso desse carboidrato no sangue (hiperglicemia). Isso é possível graças à existência de um transportador de glicose dependente de insulina, o GLUT4. Assim, a insulina tem a função de normalizar os níveis séricos de glicose. OBS1: lipogênese é a conversão de ácidos graxos e glicerol em triacilgliceróis, que ocorre nos adipócitos. É diferente de síntese de ácidos graxos que ocorre no fígado. OBS2: apesar de gliconeogênese ser uma via anabólica, ela não ocorre com estímulo da insulina, pois a intenção desse hormônio é diminuir a quantidade de glicose no sangue. 

SÍNTESE:

A insulina é sintetizada pelas células beta pancreáticas, localizadas na Ilhota de Langerhans do pâncreas. Essas células são as mais abundantes da ilhota (70%) e sintetizam também a amilina. Sua síntese se baseia na síntese proteica comum e é estimulada por altas concentrações de acil-CoA de cadeia longa no citosol.  Transcrição do DNA no cromossomo 11 (braço curto) pela RNA polimerase, com formação de RNAm;  Ligação do RNAm com polirribossomos livres. Esses polirribossomos reconhecem a sequência sinal do RNAm por partículas PRP existentes neles. Por causa dessa sequência, esses polirribossomos são transportados à membrana do RER, onde existem receptores de PRP. Lá iniciam a tradução;  Na tradução, aminoácidos são incorporados um a um para formar a proteína. Ocorre, primeiramente, a formação da PRÉ-PRÓ-INSULINA, que contém o peptídeo sinal (24aa) e entra no RER pelos translocons;  Clivagem do peptídeo sinal pela peptidase sinal situada na parte interna da membrana do RER, com formação da PRÓINSULINA;  A pró-insulina contém as três cadeias peptídicas A, B e C, unidas por ligações dissulfeto. No RER, sofre modificações pós traducionais (clivagem, dobramento, glicosilação, sulfatações, hidroxilações, etc);  A pró-insulina sai do RE pela porção lisa (elemento transicional) empacotada em vesículas de transporte (revestidas por COP II);  Vesícula funde-se à face cis do complexo de Golgi, onde irá sofrer novas modificações e sai pela face trans em vesículas de secreção (revestidas por COP I);  Durante a maturação da vesícula, proteases clivam o peptídeo C, resultando em insulina ativa. O peptídeo C é secretado em quantidades equimolares à insulina.

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SECREÇÃO:

A insulina é secretada devido a altas concentrações de glicose no organismo. À medida que glicose entra na célula beta pancreática pelo GLUT2, a taxa de seu metabolismo

aumenta a secreção de insulina. A secreção também é estimulada por aminoácidos como leucina, arginina e lisina, assim como presença de hormônios gastrointestinais.  Ocorre aumento de ATP por conta da alta atividade respiratória da célula;  ATP é um ligante interno para canais de K+ da membrana. Uma vez ligado ao canal, causa seu fechamento. O fechamento de canal de K+ causa despolarização da célula;  Despolarização ativa canais de Ca2+ controlados por voltagem presentes na membrana da célula, o que gera influxo de Ca2+ do meio extracelular;  Ca2+ ativa fosfolipase C. Essa enzima degrada PIP2 (fosfolipiudeo) em IP3 e DAG. IP3 promove abertura de canais de Ca2+ presentes nas membranas de organelas (mitocôndrias e REL) e DAG promove ativação de proteína cinase C (PKC) e abertura de canais de Ca2+ voltagem dependentes de membrana, o que aumenta ainda mais a concentração de cálcio intracelular;  Ca2+ e PKC promovem a exocitose de vesículas de secreção de insulina através da ativação de microtúbulos e microfilamentos responsáveis pelo transporte da vesícula até a membrana, de onde será exocitada;  Para a fusão com a membrana, proteínas t-SNARE (localizadas na membrana) e v-SNARE (localizadas na vesícula) formam o complexo trans-SNARE. Isso cria uma instabilidade das membranas, que acabam se fundindo.

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SINALIZAÇÃO:

O hormônio é lançado na corrente sanguínea e captado por células que possuem receptores do tipo torosina cinase. Esses receptores contêm duas subunidades alfa (externas) e duas beta (internas) que contêm sítios de ligação com ATP. A ligação da insulina ocorre com a subunidade alfa. Essa ligação promove mudança conformacional no receptor e autofosforilação da subunidade beta em resíduos tirosina por enzimas tirosina cinases. Essa fosforilação se propaga no meio intracelular por fosforilação de resíduos tirosina de várias proteínas citoplasmáticas. RECEPTOR TIROSINA CINASE + INSULINA

IRS1

IRS2

IRS3

Gab1

Grb-2 Shc SOS

PI3K

SHP2

IRS4

Ras Mek

PIP2

PIP3

PDK1

Ras

PDK2

MAP quinase

PKB-beta

PKB(Akt)

PKC

PKC atípica

Translocação d Expressão gênica ADIPÓCITOS

GLUT4

ADIPÓCITOS E MÚSCULOS

RabGDP PKB  TBC1D1  RabGTP  Translocação de GLUT4

PKC: Crescimento e diferenciação celular

Via independente de PI3K:

RECEPTOR TIROSINA CINASE

Cbl (CAP) + Flotilina + CrkII

C3G

TC-10 (proteína G)

Translocação de GLUT4

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EFEITOS METABÓLICOS:

Anabolismo (armazenamento de carboidratos e lipídios, síntese de proteínas). Suprime vias catabólicas. Isso ocorre através de: (1) ativação de enzimas iniciadoras de vias anabólicas Glicogênio sintase (glicogênese);

Acetil-CoA carboxilase (síntese de ácidos graxos). (2) Estimulação de enzimas regulatórias da glicólise (6-fosfofruto-1-quinase) (3) Inibição de enzimas iniciadoras de vias catabólicas Lipase sensível a hormônio (lipólise), através de inibição de PKA e diminuição de AMPc. Age no fígado, tecido adiposo e músculo estriado esquelético.  FÍGADO: Estimula glicólise e glicogênese; Suprime gliconeogênese e beta-oxidação; Estimula a síntese de ácidos graxos de cadeia longa e lipogênese; Estimula síntese de VLDL; Estimula LPL do endotélio.  TECIDO ADIPOSO: Estimula lipogênese (síntese de TG); Estimula síntese de glicerol e ácidos graxos.  MÚSCULO: Estimula o transporte de glicose pelo GLUT4; Estimula glicólise e glicogênese; Aumenta captação de aa e síntese de proteínas. Na expressão gênica, reprime enzimas gliconeogênicas e catabólicas e induz a expressão de enzimas biossintéticas e anabólicas. Estimula glicogênese através da *OBS: A contração muscular aumenta a expressão de GLUT4 independentemente de insulina. Ácidos graxos diminuem a expressão de GLUT4 nos músculos.

GLUCAGON 

NATUREZA QUÍMICA:

O glucagon é um peptídeo constituído por uma cadeia simples de 29 aminoácidos.

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FUNÇÕES:

Catabólica. Ativa as vias de utilização da energia armazenada em forma de glicogênio, ácidos graxos e proteínas através da ativação de enzimas iniciadoras da via catabólica e inibição de enzimas iniciadoras de vias anabólicas. Age no estado de jejum, mantendo os níveis normais de glicose no sangue através da mobilização de fontes de glicose (glicogênio, glicerol, lactato, piruvato). Portanto, ao glucagon estimula a glicogenólise, a lipólise, a gliconeogênese, a beta-oxidação e a cetogênese. Ao mesmo tempo, inibe a glicogênese, a lipogênese e a síntese de ácidos graxos.

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SÍNTESE:

Sintetizado pelas células alfa pancreáticas, presentes na Ilhota de Langerhans do pâncreas. Sua produção segue o modelo de síntese de proteínas comum:  Transcrição do DNA em RNAm e tradução desse RNAm em polirribossomos aderidos à membrana do RER;  A primeira molécula a ser formada é o PRÉ-PRÓ-GLUCAGON, que ainda contém seu peptídeo sinal que logo será clivado pela peptidase sinal;  A molécula formada então é o PRÓ-GLUCAGON, já dentro do RER, onde sofrerá modificações pós-traducionais (clivagem, sulfatação, hidroxilação, glicosilação);  O pró-glucagon é transportado do RER ao complexo de Golgi por vesículas de transporte revestidas por COP II;

 A vesícula adere à face cis do Golgi, sofre novas modificações e sai pela face trans pelas vesículas de secreção revestidas por COP I;  O pró-glucagon sofre clivagem e da origem ao hormônio ativo.

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SECREÇÃO:
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