Bioquímica Endócrina

Prévia do material em texto

Bioquímica Endócrina
Amanda gonçalves M3/2021.1 - UFRJ
Existem três classes gerais de hormônios:
1. Proteínas e polipeptídeos, incluindo hormônios secretados pela hipófise
anterior e posterior, pelo pâncreas (insulina e glucagon), pela paratireóide
(paratormônio) e por muitos outros.
2. Esteróides secretados pelo córtex adrenal (cortisol e aldosterona), pelos
ovários (estrogênio e progesterona), testículos (testosterona) e pela
placenta (estrogênio e progesterona).
3. Derivados do aminoácido tirosina, secretados pela tireóide (tiroxina e triiodotironina)
e medula adrenal (epinefrina e norepinefrina). Não existe
hormônio conhecido como polissacarídeos ou ácidos nucleicos.
Proteínas e polipeptídeos
- São maioria no corpo
- São sintetizados no retículo endoplasmático rugoso primeiro como proteínas maiores
(pré-pró-hormônios), e clivados para formar os pró-hormônios, menores.
- Os pró-hormônios são transferidos para o aparelho de Golgi e, depois, são
condicionados em vesículas secretoras.
- As enzimas das vesículas clivam os pró-hormônios, gerando hormônios menores e
biologicamente ativos + fragmentos inativos.
- A secreção dos hormônios ocorre por exocitose das vesículas secretoras e, em
muitos casos, é causada pelo aumento da concentração citosólica de cálcio
(despolariza a membrana plasmática), ou por meio da estimulação de receptor
endócrino na superfície celular, que causa o aumento de AMPc e,
consequentemente, ativa proteinocinases que iniciam a secreção do hormônio.
Hormônios Esteróides
- São sintetizados a partir do colesterol e não são armazenados
- Embora na maioria das vezes exista pouquíssimo armazenamento de hormônio e
células endócrinas produtoras de esteróides, grandes depósitos de ésteres de
colesterol em vacúolos do citoplasma podem ser rapidamente mobilizados para a
síntese de esteroides após o estímulo
- Como os esteróides são muito lipossolúveis, uma vez sintetizados, eles
simplesmente podem se difundir através da membrana celular e entram no
líquido intersticial e, depois, no sangue
Hormônios Aminados
- São derivados da tirosina
- Formados pela ação de enzimas nos compartimentos citoplasmáticos das células
glandulares
- Os hormônios da tireoide são sintetizados e armazenados na glândula tireoide e
incorporados a macromoléculas da proteína tireoglobulina, que é armazenada em
grandes folículos na tireoide. A secreção hormonal ocorre quando as aminas são
clivadas da tireoglobulina e os hormônios livres são então liberados na corrente
sanguínea.
- A epinefrina e a norepinefrina são formadas na medula adrenal, que normalmente
secreta cerca de quatro vezes mais epinefrina do que norepinefrina. As
catecolaminas ocupam as vesículas pré-formadas que são armazenadas até serem
secretadas. De modo semelhante aos hormônios proteicos, armazenados em
grânulos secretores, as catecolaminas também são liberadas das células da medula
adrenal por exocitose
Transporte de Hormônios no Sangue
Os hormônios hidrossolúveis (peptídeos e catecolaminas) são dissolvidos no plasma e
transportados de seus locais de síntese para tecidos-alvo, onde se difundem dos capilares,
entram no líquido intersticial e, finalmente, chegam às células-alvo
Hormônios esteróides e da tireoide diferentemente circulam no sangue, em grande parte,
ligados às proteínas plasmáticas. Em geral, menos de 10% dos hormônios esteróides ou
tireoidianos existem livres em solução no plasma. No entanto, os hormônios ligados a
proteínas não conseguem se difundir facilmente pelos capilares e ganhar acesso às suas
células-alvo, sendo, portanto, biologicamente inativos até que se dissociem das proteínas
plasmáticas.
As quantidades relativamente grandes de hormônios ligados a proteínas servem como
reservatórios, reabastecendo a concentração de hormônios livres quando eles estão ligados
a receptores-alvo ou eliminados da circulação. A ligação de hormônios a proteínas
plasmáticas torna sua remoção do plasma muito mais lenta
A intensidade de secreção de um hormônio no sangue e sua depuração metabólica
(intensidade de remoção do hormônio do sangue) podem elevar ou reduzir a concentração
sérica desse hormônio.
Os hormônios são “depurados” do plasma por vários modos, incluindo: (1) destruição
metabólica pelos tecidos; (2) ligação com os tecidos; (3) excreção na bile pelo fígado; e (4)
excreção na urina pelos rins.
Em geral, a maioria dos hormônios peptídicos e das catecolaminas, é degradada por
enzimas no sangue e nos tecidos e rapidamente excretados pelos rins e fígado,
permanecendo assim no sangue por apenas curto período
Hormônios que se ligam a proteínas plasmáticas são removidos do sangue com intensidade
muito menor (mais lenta) e podem continuar na circulação por várias horas ou mesmo dias
Mecanismos de Ação Hormonal
- A primeira etapa da ação do hormônio é a de se ligar a receptores específicos, na
célula-alvo.
- Os receptores, para alguns hormônios, estão localizados na membrana da
célula-alvo, enquanto outros receptores hormonais localizam-se no citoplasma ou no
núcleo
- Quando o hormônio se combina com seu receptor, essa ação em geral inicia uma
cascata de reações na célula, com cada etapa ficando mais potencialmente ativada,
de modo que até pequenas concentrações do hormônio podem ter grande efeito
- Os receptores de membrana são específicos, principalmente para os hormônios
proteicos, peptídicos e catecolaminas
- Os receptores no plasma são receptores dos hormônios esteroidais
- Receptores no núcleo da célula são os específicos para os hormônios da tireoide
Sinalização intracelular após a ativação do receptor hormonal
- Formação de um complexo hormônio-receptor
- Receptor é ativado e desencadeia os efeitos hormonais
a) Receptores ligados a canais iônicos
Menos frequente para hormônios
Alguns desses receptores ligados a canais iônicos abrem (ou fecham) canais
para íons sódio, outros para íons potássio, outros para íons cálcio, etc
(receptores de neurotransmissores, por exemplo)
A alteração do movimento desses íons pelos canais causa os efeitos
subsequentes nas células pós-sinápticas
b) Receptores ligados à proteína G
Muitos hormônios ativam receptores que regulam indiretamente a atividade
de proteínas-alvo por acoplamento com grupos de proteínas da membrana
celular, chamadas proteínas heterotriméricas de ligação a guanosina trifosfato
(GTP) (proteínas G)
As partes do receptor que fazem protrusão para o citoplasma celular são
acopladas à proteína G, que possui 3 partes: alfa, beta e gama.
A proteína G é ativada quando o complexo hormônio-receptor é estabelecido,
e sua ativação culmina na indução de sinais intracelulares que (1) abrem ou
fecham os canais iônicos da membrana celular, (2) mudam a atividade de
uma enzima no citoplasma da célula, ou (3) ativam a transcrição gênica.
Em seu estado inativo, as 3 subunidades da proteína G trimérica formam
complexo que se liga à guanosina difosfato (GDP) na subunidade alfa.
Quando o receptor é ativado, sua alteração de conformação faz com que a
proteína G , ligada ao GDP, associe-se à parte citoplasmática do receptor e
troque GDP por GTP. Essa troca faz com que a subunidade alfa se dissocie
do complexo trimérico e se associe a outras proteínas de sinalização
intracelular. Essas proteínas, por sua vez, alteram a atividade dos canais
iônicos ou de enzimas intracelulares como a adenilil ciclase ou a fosfolipase
C, o que altera a função da célula
O evento de sinalização é rapidamente terminado, quando o hormônio é
removido e a subunidade a se inativa por conversão de seu GTP ligado em
GDP; depois, a subunidade alga, mais uma vez, combina-se às subunidades
beta e gama para formar proteína G trimérica ligada à membrana e inativa.
Alguns hormônios se acoplam a proteínas G inibitórias (denotadas como
proteínas Gi), enquanto outros se unem a proteínas G estimuladoras
(denotadas como proteínas Ge).
Guyton, Tratado de Fisiologia Médica
c) Receptores Hormonais Ligados a Enzimas
Esses receptores ligados a enzimas são proteínas que atravessam a
membrana por apenasuma vez, diferentemente das sete alça
transmembranas dos receptores acoplados às proteínas G.
Os receptores ligados a enzimas têm seu local de ligação ao hormônio no
exterior da membrana celular e seu local catalítico ou de ligação a enzima, no
interior. Quando o hormônio se liga à parte extracelular do receptor, é ativada
(ou por vezes inativada) uma enzima, imediatamente dentro da membrana
celular
d) Receptores Hormonais Intracelulares e Ativação de Genes
Hormônios esteróides adrenais e os gonádicos, os hormônios da tireoide, os
hormônios retinóides e a vitamina D ligam-se a receptores proteicos dentro da
célula, e não na membrana celular (são lipossolúveis, eles prontamente
atravessam a membrana celular e interagem com receptores no citoplasma
ou no núcleo)
O complexo hormônio-receptor ativado então se liga à sequência do DNA
regulador (promotor) específico chamado elemento de resposta hormonal e,
dessa maneira, ativa ou reprime a transcrição de genes específicos e a
formação de RNA mensageiro (mRNA
MECANISMOS DE SEGUNDO MENSAGEIRO PARA MEDIAR FUNÇÕES HORMONAIS
INTRACELULARES
- As enzimas que iniciam a cascata de sinalização são principalmente a adenilciclase
e a fosfolipase C. Elas têm em comum, além de serem ativadas por proteína G, o
fato de sua ação enzimática gerar produtos pequenos e de curta duração, os
segundos mensageiros (AMPc, DAG - diacilglicerol, adenilato ciclase,
inositol-3-fosfato, íons cálcio)
Sistema de Segundo Mensageiro da Adenilil Ciclase-AMPc
Se a proteína G estimular o sistema adenilil ciclase-AMPc, ela será chamada proteína Ge,
denotando proteína G estimuladora. A estimulação da adenilil ciclase, uma enzima ligada à
membrana pela proteína Ge catalisa então a conversão de pequena quantidade de ATP
citoplasmático em AMPc, dentro da célula. Isso ativa a proteínocinase dependente de AMPc,
que fosforila proteínas específicas na célula, desencadeando reações bioquímicas que,
finalmente, produzem a resposta da célula ao hormônio.
Se a ligação do hormônio a seus receptores for acoplada à proteína G inibitória (denotada
como proteína Gi), a adenilil ciclase será inibida, reduzindo a formação de AMPc e,
finalmente, levando à ação inibitória da célula.S
O Sistema de Segundo Mensageiro dos Fosfolipídios da Membrana Celular
Alguns hormônios ativam receptores transmembranas que ativam a enzima fosfolipase C
fixada às projeções internas dos receptores.
Essa enzima catalisa a degradação de alguns fosfolipídios na membrana celular,
especialmente o bifosfato de fosfatidilinositol (PIP2), em dois produtos diferentes de
segundos mensageiros: trifosfato de inositol (IP3) e diacilglicerol (DAG).
O IP3 mobiliza os íons cálcio das mitocôndrias e do retículo endoplasmático, e os íons cálcio
então têm seus próprios efeitos de segundo mensageiro, tais como a contração da
musculatura lisa e as alterações da secreção celular.
O DAG, o outro segundo mensageiro lipídico, ativa a enzima proteinocinase C, que então
fosforila grande número de proteínas, levando à resposta celular
Sistema de Segundo Mensageiro do Cálcio- Calmodulina
Opera em resposta à entrada de cálcio nas células.
A entrada de cálcio pode ser iniciada por: (1) alterações do potencial de membrana, que
abrem os canais de cálcio; ou (2) hormônio interagindo com receptores de membrana, que
abrem os canais de cálcio.
Ao entrar na célula, os íons cálcio se ligam à proteína calmodulina. Essa proteína tem quatro
sítios para a ligação do cálcio, e quando três ou quatro desses locais se ligarem ao cálcio, a
calmodulina altera sua forma e inicia múltiplos efeitos dentro da célula, incluindo ativação ou
inibição de proteinocinases.
A ativação das proteinocinases dependentes da calmodulina causa pela fosforilação a
ativação ou inibição de proteínas envolvidas na resposta da célula ao hormônio. Por
exemplo, a função específica da calmodulina é a de ativar a cadeia leve da miosinocinase,
que atua diretamente sobre a miosina do músculo liso, causando contração do músculo
liso
A concentração normal de íons cálcio na maioria das células do corpo é de 10−8 a 10−7
mol/L, o que não é suficiente para ativar o sistema da calmodulina. Mas quando a
concentração do íon cálcio se eleva para 10−6 a 10−5 mol/L, ocorre ligação suficiente para
causar todas as ações intracelulares da calmodulina. Essa é quase exatamente a mesma
quantidade de alteração do íon cálcio exigida no músculo esquelético para ativar a troponina
C,
- Os hormônios são classicamente conhecidos por serem secretados por glândulas
sem ducto, como a tireóide, as adrenais e a pituitária.
- No entanto, muitos tecidos distantes das clássicas glândulas endócrinas sem ducto
são agora conhecidos por serem ativos endocrinologicamente; os sinais produzidos
medeiam um ”diálogo” metabólico importante entre diferentes tecidos. Exemplos
disso incluem a produção de leptina a partir do tecido adiposo branco, o que sinaliza
para o cérebro o armazenamento de energia.
- Alterações de proteínas já presentes no citoplasma são responsáveis por respostas
rápidas
- Alterações da síntese proteica são responsáveis por respostas mais lentas (pois
sintetizar uma proteína demora mais do que modificar uma já pronta)
TIPOS HORMONAIS
HORMÔNIOS QUE SE LIGAM A RECEPTORES INTRACELULARES
- Hormônios esteroidais
- Ex: Testosterona, estrogênio, Vit D, aldosterona, cortisol, ácido retinóico, TSH
- Interagem com proteínas carreadoras em sua forma conjugada
- Em suas formas livres, difundem pela membrana plasmática e são reconhecidos por
seus receptores intracelulares, que os translocam para o núcleo
- Esse complexo hormônio-receptor transloca-se para o núcleo e atua sobre
sequências específicas de DNA, induzindo a síntese de proteínas específicas
(regulação da transcrição)
- Alguns desses hormônios esteróides também são capazes de interagir com
receptores de membrana, mas a maioria está associada aos receptores
intracelulares
HORMÔNIOS QUE SE LIGAM A RECEPTORES NA MEMBRANA PLASMÁTICA
- Hormônios hidrossolúveis (não esteróides)
- Ex: Adrenalina, tirosina, noradrenalina
- Sua informação é conduzida para o meio intracelular por meio de moléculas
mensageiras
Receptores acoplados à proteína G
- O hormônio interage com o receptor, que muda de conformação e torna-se capaz de
interagir com a proteína G, ativando- a
- A proteína G pertence a uma família de proteínas que ligam GTP, ficando ativadas, e
depois hidrolisar o GTP a GDP + Pi, voltando ao estado inativo.
- Quando ativada, a proteína G interfere na atividade de proteínas efetoras
- Dessa forma, um receptor recebe a molécula sinalizadora e leva à ativação da
proteína G, proteína que vai, por sua vez, ativar uma terceira proteína, geralmente
uma enzima, que disparará a cascata de sinalização (o efeito em dominó).
- As proteínas G são formadas por três subunidades: α, β e γ. No estado não
estimulado, a subunidade α está ligada ao GDP, e a proteína G está inativa. Quando
um receptor associado é ativado, há indução para que a subunidade α se dissocie do
GDP, permitindo que o GTP se ligue no seu lugar. Esta ligação causa uma mudança
conformacional ativadora na subunidade α, liberando a proteína G do seu receptor e
desencadeando a dissociação da subunidade α do par β-γ.
- Ambos interagem então com vários alvos, tais como enzimas e canais iônicos na
membrana plasmática, a qual transmite o sinal adiante.
- As enzimas que iniciam a cascata de sinalização são principalmente a adenilciclase
e a fosfolipase C. Elas têm em comum, além de serem ativadas por proteína G, o
fato de sua ação enzimática gerar produtos pequenos e de curta duração, os
segundos mensageiros (AMPc, DAG - diacilglicerol, adenilato ciclase,
inositol-3-fosfato)
- As vias de transdução de sinal permite a amplificação do mesmo
- Algumas proteínas precisam estar fosforiladas para serem reconhecidas por
receptores ou por outras proteínas
- As vias de transdução apresentam a capacidade de dessensibilização dos
receptores: A ativação do receptor dispara um circuito de retroalimentaçãoque
desliga o receptor ou o remove da superfície celular
OS SEGUNDOS MENSAGEIROS
A) A Adenilciclase
O AMP cíclico (AMPc) atua como o segundo
mensageiro em várias vias de sinalização disparadas
por receptores acoplados à proteína G. Um sinal
extracelular pode aumentar a concentração do
AMPc mais de 20 vezes em questão de segundos.
O AMP cíclico é sintetizado a partir do ATP por uma
enzima chamada adenilciclase, e é rápida e
continuamente destruído pelas fosfodiesterases de
AMPc (relacionadas ao desligamento da via de
sinalização). A adenilciclase é uma proteína
transmembrana de passagem múltipla grande, com
o seu domínio catalítico no lado citosólico da
membrana.
Diversos sinais extracelulares agem pelo aumento
das concentrações de AMPc no interior da célula.
Esses sinais ativam receptores que estão acoplados
a uma proteína G estimuladora (Gs). A subunidade a
ativada da Gs se liga e ativa a adenilciclase. Outros
sinais extracelulares, atuando por meio de
diferentes receptores, reduzem os níveis de AMPc
pela ativação de uma proteína G inibidora (Gi), a qual
inibe a adenilciclase.
Na maioria das células animais, o AMPc exerce seus
efeitos principalmente pela ativação da proteína-
quinase dependente de AMP cíclico (PKA). Essa
enzima fosforila serinas ou treoninas específicas em
determinadas proteínas-alvo, inclusive proteínas de
sinalização intracelular e proteínas efetoras,
regulando suas atividades.
Alguns tipos celulares, como os adipócitos, ativam a
adenilciclase em resposta a múltiplos hormônios e,
assim, todos estimulam a degradação dos
triglicerídeos (a forma de armazenamento de
gordura) em ácidos graxos. Os indivíduos com
defeitos genéticos na subunidade a da Gs mostram
respostas reduzidas a determinados hormônios,
resultando em anormalidades metabólicas,
desenvolvimento anormal dos ossos e retardamento
mental.
B) A Fosfolipase C
Muitos dos receptores acoplados à proteína G
exercem seus efeitos via ativação da enzima de
membrana fosfolipase C. Essa fosfolipase atua sobre
um fosfolipídeo de inositol chamado de
fosfatidilinositol 4,5-bifosfato (PIP2), que está
presente em pequenas quantidades na camada
interna da bicamada lipídica da membrana
plasmática. Os receptores que ativam essa via de
sinalização do fosfolipídeo de inositol o fazem
principalmente por meio de uma proteína G
chamada de Gq (quiescente). A fosfolipase ativada
age sobre fosfolipídeo e gera dois produtos: inositol
1,4,5-trifosfato (IP3) e diacilglicerol (DAG). Nessa
etapa, a via de sinalização se bifurca.
A IP3 é uma molécula hidrossolúvel que sai da
membrana e se difunde rapidamente no citosol.
Quando alcança o retículo endoplasmático, liga-se
aos canais de liberação de Ca2+ controlados por IP3
(também chamados de receptores de IP3) na
membrana do RE, abrindo-os. O Ca2+ estocado no
retículo é liberado através dos canais abertos,
aumentando rapidamente sua concentração no
citosol. O aumento no Ca2+ citosólico atua na
propagação do sinal pela influência da atividade das
proteínas intracelulares sensíveis ao íon, como
descreveremos em breve.
Ao mesmo tempo em que o IP3 produzido pela
hidrólise do PIP2 aumenta a concentração do Ca2+ no
citosol, o outro produto da clivagem do fosfolipídeo,
o DAG, exerce diferentes efeitos. Ele também atua
como um segundo mensageiro, mas permanece na
membrana plasmática, onde tem vários papéis
potenciais na sinalização. Uma de suas funções
principais é a de ativar uma proteína-quinase
chamada proteína-quinase C (PKC), assim
denominada porque é dependente de Ca2+. O
aumento inicial no Ca2+ citosólico, induzido por IP3,
também é capaz de ativar a. Os princípios, a partir da
ativação da PKC, são os mesmos já apresentados
anteriormente para a PKA, embora a maioria das
proteínas-alvo seja diferente.
Finalizando, é preciso frisar que existe uma gama
muito variada de vias de sinalização, cada uma
especializada em cascatas proteicas e enzimáticas
bem distintas. Outras serão ainda apresentadas ao
longo do curso de bioquímica do PCI Sistema
Endócrino.
PRINCÍPIOS DA AÇÃO HORMONAL
- A principal característica da maioria dos processos endócrinos é a retroalimentação
negativa. A resposta induzida pela ação de um hormônio retroalimenta a inibição do
nível de sua produção. O efeito disso é a atenuação das flutuações no processo
controlado pelo hormônio, acentuando assim a estabilidade desse processo e,
consequentemente, da homeostase.
- A retroalimentação positiva se refere a um maior estímulo da produção ou liberação
hormonal pela resposta que ele provoca. Essa alça de alimentação por “empuxo” é
inerentemente instável e leva a um aumento rápido e exponencial no nível do sinal.
Ela é muito mais rara do que a retroalimentação negativa na fisiologia, mas
desempenha um papel importante em alguns processos que requerem um ajuste de
tempo preciso, como o pico de aumento de hormônio luteinizante que aciona a
ovulação.
- Os hormônios atuam pela ligação a receptores específicos, tanto na superfície
celular quanto dentro da célula-alvo. Há um alto grau de especificidade nessa ligação
e é essa interação hormônio-receptor que dispara e coordena uma ampla faixa de
efeitos biológicos.
- Muitos hormônios e peptídios semelhantes a aminas que não podem atravessar as
bicamadas lipídicas atuam via receptores acoplados a proteínas G, enquanto alguns
peptídios maiores atuam via receptores de tirosina cinase (p. ex., a insulina e o fator
de crescimento 1 semelhante à insulina [IGF-1]) ou receptores semelhantes a
citocinas (p. ex., a leptina e o hormônio de crescimento).
- Os hormônios lipofílicos, incluindo os hormônios esteróides e alguns hormônios
derivados de ácidos graxos, que têm propriedades físico-químicas em comum com
os esteróides, entram nas células antes de se ligarem a seus receptores.
- A inativação hormonal geralmente ocorre por metabolismo adicional (p. ex.,
proteólise dos peptídios ou hidroxilação, conjugação e excreção de muitos
esteróides). Essa degradação pode ocorrer no plasma, em órgãos como o fígado e
em tecidos-alvo após a internalização do hormônio mediada pelo receptor.
- A taxa de eliminação dos diferentes hormônios varia bastante.
- Na circulação, muitos hormônios pequenos ou hidrofóbicos são transportados ligados
a proteínas carreadoras.
- Na circulação, muitos hormônios pequenos ou hidrofóbicos são transportados ligados
a proteínas carreadoras.
- As proteínas transportadoras estendem a meia-vida biológica e aumentam a
concentração plasmática dos hormônios menores, os quais, de outro modo, seriam
rapidamente eliminados no fígado ou rins.
Metabolismo local dos hormônios nos tecidos-alvo
- Pode envolver a conversão de um hormônio circulante ativo para uma forma mais
potente (p. ex., testosterona para dihidrotestosterona pela 5α-redutase nos folículos
capilares dependentes de androgênios e na glândula prostática) ou a criação de um
hormônio ativo a partir daquele que é efetivamente um pró-hormônio circulante (p.
ex., tiroxina para tri-iodotironina pela deiodinase ou a síntese do estradiol a partir de
androgênios adrenais no tecido adiposo).
FONTE:
LEHNINGER, T. M., NELSON, D. L. & COX, M. M. Princípios de Bioquímica. 6ª Edição,
2014. Ed. Artmed
BAYNES, J.W. DOMINICZAK, M.H. Bioquímica Médica. 4 ed. Rio de Janeiro: Elsevier,.
2015.