Aula 5 - Sinalização hormonal

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Fisiologia
· Sinalização hormonal:
A sinalização celular requer além das moléculas sinalizadoras extracelulares um conjunto de proteínas receptoras em cada célula, permitindo a ela responder de forma característica a um sinal extra ou intracelular.
As células recebem constantemente informações do meio extracelular a qual precisa ser sempre transmitida para seu interior. Os sinais são reconhecidos pelas células que desencadeiam uma resposta adequada ao estímulo que recebem. Em organismos multicelulares a transmissão de informações ocorre igualmente entre as células com diferentes funções. A natureza do sinal recebido é diversa, podendo ser: Fatores de crescimento; hormônios; neurotransmissores, entre outros. Bem como a variedade de resposta a esses sinais. No entanto os organismos possuem apenas um pequeno conjunto de mecanismos conservados para detectar esses sinais extracelulares e traduzi-lo em mudanças intracelulares. As transduções de sinais são extremamente especificas e profundamente sensitivas. A especificidade é obtida através de uma perfeita complementaridade a nível molecular entre a molécula sinal e a proteína receptora.
Vimos que...
neurotransmissores são moléculas presentes em vesículas de axônios liberados na fenda sináptica, nos terminais axonais, e atuam localmente para controlar as células nervosas e outras células excitáveis.
Também vimos que...
hormônios neuroendócrinos são liberados por neurônios no sangue circulante e influenciam a ação de células-alvo em outro local do corpo.
Hormônios:
os hormônios são substâncias químicas produzidas pelas glândulas, tecidos especializados, e neurônios que equilibram as funções biológicas do corpo. No corpo humano os hormônios são responsáveis pelo metabolismo, crescimento, sexualidade, dentre outros.
De origem grega, hormônio significa “movimento” ou “estímulo”.
Em amarelo encontra-se as principais glândulas e tecidos endócrinos do corpo.
glândulas exócrinas: liberam seu conteúdo para o exterior do corpo, ou para o interior de outro órgão, através de ductos.
Ex: glândulas sudoríparas, mamarias, lacrimais e salivares.
glândulas endócrinas: não possuem ductos ou canais em sua estrutura e liberam os hormônios diretamente na corrente sanguínea. 
Ex: hipófise, tireoide, adrenais
Pâncreas é uma glândula mista, pois produz hormônio que é liberado na corrente sanguínea (insulina e glucagon) e o suco pancreático liberado no intestino pelo ducto pancreático.
Ações hormonais
A. Reguladoras:
- Regulação de vias metabólicas: Hormônios estão envolvidos com a regulação do metabolismo (degradação e síntese
- Manutenção de concentrações de íons: concentrações de sódio, potássio e cloro nos fluidos corporais e as variações fisiológicas dependem de hormônios
- Processos digestivos: hormônios regulam o processo de digestão, sejam inibindo ou estimulando secreções importantes nos diferentes órgãos do trato digestório
- Muitos hormônios sinalizam síntese e liberação de outros hormônios
B. Morfogênicas
- Crescimento de células, tecidos e órgãos esses processos incluem proliferação celular, desenvolvimento embrionário, diferenciação sexual, isto é, processos que requerem um longo período de tempo e envolve sínteses de proteínas
Hormônios endócrinos são liberados por glândulas ou células especializadas no sangue circulante e influenciam a ação de células-alvo em outro local do corpo.
Hormônios parácrinos: são secretados no líquido extracelular e sinalizam eventos em células vizinhas às sinalizadoras
Hormônios autócrinos: são secretados por células no líquido extracelular e afetam a função das mesmas células que os produziram ligando a receptores da superfície celular
Tipos de hormônios:
Existem 3 classes de hormônios:
Peptídeos ou proteínas – inclui os hormônios secretados pela hipófise, pelo pâncreas, pela paratireoide, entre outros. A maioria dos hormônios do corpo pertencem a esse grupo. Variam de tamanho, podendo ser hormônios com 3 AA até mais de 200 AA (ex: GH e prolactina). Os que possuem mais de 100 AA já são chamados de proteínas e com menos de 100, peptídeos.
Esteroides – lipossolúveis. Apresenta estrutura química semelhante ao colesterol (precursor deles). São secretados pelas adrenais, ovários, testículos, placenta.
Derivados de aminoácidos – são derivados da tirosina. Secretados pela tireoide (tiroxina e triiodotironina), e pela medula adrenal (epinefrina e noraepinefrina)
Obs: há uma outra classe que é considerada grupo de hormônios por alguns autores: derivados do ácido araquidônico. Representa nesse grupo os hormônios que são derivados de cadeia de ácidos graxos - eicosanoides (ex: prostaglandinas, prostaciclinas e tromboxanos).
Natureza química dos hormônios (lipossolúveis ou hidrossolúveis):
Através do conhecimento da natureza química, podemos saber informações, como:
- Transporte no sangue
- Tempo de meia vida biológica
- Armazenamento
- Tipo de mecanismo de ação hormonal
Transporte:
Hormônios podem ser transportados de diversos modos na corrente sanguínea. Pode ser transportado unidos a proteínas, ou na forma livre. Os hidrossolúveis, como peptídeos e catecolaminas, são solúveis no plasma. Circulam livremente pelo plasma quando liberados do seu local de síntese para o tecido-alvo. Em geral são degradados por enzimas presentes no sangue e nos tecidos e rapidamente excretados pelos rins e fígado, permanecendo no sangue por apenas curto período.
Hormônios esteroides e da tireoide, diferentemente circulam no sangue, em sua maioria, ligados a proteínas plasmáticas. Proteína TBG (globulina ligadora de tiroxina) faz o transporte dos hormônios da tireoide. Em geral, menos de 10% de hormônios esteroides ou da tireoide existem livres em solução no plasma. No entanto, hormônios ligados a proteínas não conseguem se difundir facilmente pelos capilares, e ganhar acesso às suas moléculas-alvo. Sendo, portanto, biologicamente inativos, até que se dissociem das suas proteínas plasmáticas. 
Meia-vida biológica:
Tempo necessário para que uma substância seja removida do organismo por um processo químico ou físico. A meia-vida é um parâmetro farmacocinético muito importante, e geralmente é indicada pelo indicador: t 1/2. 
Os hormônios lipossolúveis são removidos do sangue com intensidade muito menor e podem continuar na circulação por várias horas ou dias. A meia-vida dos esteroides adrenais na circulação, varia de 20 a 100 min. Enquanto hormônios da tireoide ligados à proteína pode ser de 1 a 6 dias.
As quantidades relativamente grandes de hormônios ligados a proteínas servem como reservatório 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 mais lenta, aumentando o tempo de meia-vida biológica. 
Dois fatores, podem aumentar ou diminuir a concentração de hormônio no sangue:
Sua intensidade de secreção no sangue
Intensidade de remoção do hormônio no sangue (depuração metabólica).
A depuração é no geral expressa em termos do número de ml de plasma depurados do hormônio/min. Quanto mais proteínas associadas ao hormônio, maior o tempo de meia-vida biológica. 
Armazenamento:
Os hormônios peptídicos e proteicos são sintetizados na extremidade rugosa do reticulo endoplasmático das diferentes células endócrinas (de modo semelhante às outras proteínas). Em geral, são sintetizados primeiro como proteínas maiores que não são biologicamente ativas (pré-pró-hormônios) e clivados para formar pró-hormônios menores no reticulo endoplasmático. Estes são então transferidos para o aparelho de golgi para acondicionamento em vesículas secretoras. Nesse processo, as enzimas das vesículas clivam os pró-hormônios para produzir os hormônios menores biologicamente ativos. As vesículas são armazenadas no citoplasma e muitas ficam ligadas à membrana celular até que o produto da sua secreção seja necessário. 
A secreção dos hormônios ocorre quando suas vesículas secretoras se fundem com a membrana celular, ocorrendo assim, oprocesso de exocitose. Os lipossolúveis, uma vez sintetizados se difundem através da membrana celular. Os dois grupos de hormônios derivados da tirosina são formados pela ação de enzimas dos compartimentos citoplasmáticos das células glandulares. Os hormônios da tireoide são sintetizados e armazenados na glândula tireoide e incorporados às macromoléculas da proteína tiroglobulina que é armazenada em grandes folículos da tireoide. A secreção hormonal ocorre quando as aminas são clivadas da tiroglobulina e os hormônios livres, são então liberados para a corrente sanguínea. Depois de entrar no sangue a maioria dos hormônios da tireoide se combinam com proteínas plasmáticas, em especial a globulina de ligação especial à tiroxina, que libera lentamente hormônios para os tecidos-alvo. 
A epinefrina e a norepinefrina são sintetizados na medula da adrenal, que normalmente secreta cerca de 4x mais epinefrina do que norepinefrina. As catecolaminas ocupam as vesículas pré-formadas que são armazenadas até serem secretadas. De modo semelhante aos hormônios proteicos, por exocitose, elas são liberadas. 
Tipo de mecanismo de ação hormonal:
A primeira etapa da ação do hormônio é se ligar a receptores específicos na célula-alvo, as células que não têm receptores para hormônios não respondem. Os receptores para alguns hormônios estão localizados na membrana da célula-alvo, enquanto outros receptores estão localizados no citoplasma ou no núcleo. Quando o hormônio se combina com seu receptor, isso inicia a cascata de sinalizações na célula com cada etapa ficando mais potencialmente ativadas de modo que até pequenas concentrações do hormônio, podem ter grande efeito.
Mecanismos de ação hormonal:
as localizações para os diferentes tipos de receptores de hormônios são as seguintes:
- Membrana celular, ou em sua superfície, específicos para os hormônios proteicos (peptídicos) e catecolamínicos
- No citoplasma celular, receptores primários para os diferentes hormônios esteroides
- Núcleo da célula, receptores para hormônios da tireoide e alguns hormônios esteroides.
Hormônios hidrossolúveis:
ativam receptores que ativam indiretamente a atividade de proteínas-alvo por acoplamento com grupos de proteínas da membrana celular chamadas de proteínas heterotrimericas de ligação a GTP (proteínas G). Existem mais de mil receptores acoplados à proteína G e todos eles têm 7 segmentos transmembrana que formam alça para o interior e exterior da membrana celular. Algumas partes do receptor que fazem protrusão para o citoplasma celular (especialmente a cauda do receptor) são acoplados à proteína G, que incluem 3 partes:
· Subunidade alfa
· Subunidade beta
· Subunidade gama 
Quando o hormônio se une à parte extracelular do receptor ocorre alteração da conformação desse receptor, ativando a proteína G, e induzindo sinais intracelulares que abrem ou fecham os canais iônicos da membrana celular, ou mudam a atividade de uma enzima no citoplasma da célula. As proteínas G são assim denominadas por sua capacidade de se ligarem a nucleotídeos de guanosina. Em seu estado inativo, as subunidades alfa, beta e gama da proteína G formam um complexo que se liga ao difosfato de guanosina (GDP) na subunidade alfa. Quando o receptor é ativado ele passa por uma alteração de conformação que faz com que a proteína G, ligada ao GDP, se associe a parte citoplasmática do receptor e troque GDP por GTP. O deslocamento do GDP por GTP 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 adenilil adenilatociclase ou a fosfolipase C, o que altera a função da célula. 
na via que forma o segundo mensageiro AMP cíclico, o hormônio liga-se ao receptor e o complexo formado ativa a proteína G, que por sua vez ativa a enzima adenililciclase que converte ATP em AMP cíclico. 
Se a ligação do hormônio a seus receptores for acoplada à proteína G inibitória, a adenililciclase será inibida, reduzindo a formação de AMP cíclico e, finalmente, levando à ação inibitória da célula. Desse modo, dependendo do acoplamento do receptor hormonal à proteína G inibitória ou estimulatória o hormônio pode aumentar ou diminuir a concentração de AMP cíclico e a fosforilação das proteínas-chave no interior da célula.
O evento de sinalização é rapidamente terminado quando o hormônio é removido. A concentração de AMP cíclico começa a reduzir pela ação da enzima fosfodiesterase que causa sua degradação. Quando o hormônio é removido a subunidade alfa se inativa por conversão do seu GTP ligado em GDP. Depois a subunidade alfa se combina mais uma vez com as subunidades beta e gama para formar a proteína G trimérica ligada à membrana e inativa. 
Inibidores da fosfodiesterase: 
Grupo diversificado de medicamentos que atuam bloqueando um, ou mais subtipos dessa enzima. São usados como anti-inflamatórios vasodilatadores e estimulantes. O bloqueio dessa enzima previne a degradação dos segundos mensageiros intracelulares, como AMP cíclico e GMP cíclico, fazendo com que suas concentrações se mantenham na célula o que resulta em efeitos diferentes dependendo do tecido afetado. 
Ex: cafeína, tem ação em inúmeras situações fisiológicas: humor, sono, resistência física e dor. Além de ser consumida como bebida como café, e outras bebidas. Diversos medicamentos analgésicos contêm cafeína associado ao paracetamol ou aos anti-inflamatórios não hormonais. As fontes mais comuns de cafeína são: café, chocolate, chá. A quantidade presente nessas fontes varia de acordo com a espécie da planta, o tipo de grão de café, cacau ou folha de chá, a localização geográfica, o clima, as práticas culturais e o tamanho da porção consumida. 
Alguns hormônios ativam receptores transmembranas que ativam a enzima fosfolipase C, uma enzima de membrana. Essa enzima catalisa a degradação de fosfolipídios na membrana celular especialmente o fosfatidilinositol-4,5-bisfosfato (PIP2), em dois produtos diferentes de segundo mensageiro: o trifosfato de inositol (IP3) e o diacilglicerol (DAG). O IP3 mobiliza os íons cálcio do reticulo endoplasmático e esses íons têm seus próprios efeitos de segundo mensageiro, tais como a contração da musculatura lisa e as alterações da secreção celular. O DAG, ativa a enzima quinase C que então fosforila grande número de proteínas levando à resposta celular.
Além desses efeitos, a parte lipídica do DAG é o ácido araquidônico, que é o precursor das prostaglandinas e outros hormônios locais, causadores dos efeitos em múltiplos tecidos do corpo. 
Outro sistema de segundo mensageiro, opera em resposta a entrada de cálcio nas células. A entrada de cálcio pode ser iniciada pela alteração no potencial de membrana (abre os canais) ou o hormônio interagindo com os receptores de membrana que também abre os canais de cálcio.
Ao entrar na célula, os íons cálcio se ligam à proteína calmodulina. Essa proteína tem 4 sítios para ligação do íon e quando 3 ou 4 desses locais se ligam ao cálcio a calmodulina altera sua forma e inicia múltiplos efeitos dentro da célula, incluindo ativação ou inibição de proteínas quinases. A ativação das proteínas quinases dependentes da calmodulina causa pela fosforilação ativação ou inibição de proteínas envolvidas na resposta da célula ao hormônio. A concentração normal de íons cálcio na maioria das células do corpo não é suficiente para ativar o sistema da calmodulina, mas quando a concentração de íons cálcio se eleva ocorre a ligação suficiente para causar todas as ações intracelulares da calmodulina.
GNRH:
O hormônio liberador de gonadotrofina (GNRH) é um exemplo de hormônio que desencadeia essa via. É um hormônio peptídico liberado pelo hipotálamo que estimula a hipófise a liberar o hormônio folículo estimulante de gonadotrofinas e hormônio luteinizantes, que são necessários à gametogênese e esteroidogênese de mamíferos.Oxido Nítrico:
É uma molécula pequena relativamente instável, dependendo da sua quantidade pode ter efeitos benéficos ou maléficos sob o organismo. Sabe-se que o óxido nítrico atua como mecanismo fundamental de sinalização dos sistemas cardiovascular e nervoso e desempenha a função de defesa do hospedeiro. Uma das funções fisiológicas do oxido nítrico foi inicialmente descoberta na vasculatura, quando se viu que o fator de relaxamento derivado do endotélio podia ser explicado pela formação de oxido nítrico pelas células endoteliais. Foi descoberto que o oxido nítrico é o ativador endógeno da guanilato ciclase, resultando na formação de GMP cíclico que atua como segundo mensageiro em muitas células, incluindo células de musculo liso, monócitos e plaquetas. O oxido nítrico compartilha várias propriedades com o oxigênio molecular entre elas: sua alta afinidade pelo grupo heme e por outros grupos de ferro-enxofre. Isso é importante para a ativação da guanilato ciclase que contém um grupo heme. As células do endotélio formadoras da parede dos vasos possuem uma enzima chamada oxido nítrico sintetase. Esta enzima irá catalisar a transformação do aminoácido arginina em citrulina e em oxido nítrico. Esta catalise será ativada pelo aumento do fluxo de cálcio para o interior da célula e a liberação deste íon pelo reticulo endoplasmático que recebe a sinalização de IP3. O cálcio se liga na calmodulina que funciona como cofator para ativar a oxido nítrico sintetase e será produzido uma pequena quantidade de oxido nítrico porém suficiente para difundir-se para a musculatura lisa. O oxido nítrico não precisa de transportadores específicos e nem de canais específicos. Ao difundir-se para a musculatura lisa, o oxido nítrico ira se ligar ao ferro do grupo prostético heme da enzima guanilato ciclase e dessa forma a reação de guanosina trifosfato em guanosina monofosfato cíclico irá acontecer. O GMP cíclico é responsável pelo relaxamento da musculatura lisa e consequente aumento do diâmetro dos vasos sanguíneos, levando ao aumento do fluxo sanguíneo e redução da pressão arterial.
O citrato de sildenafila principio ativo do viagra, aumento o efeito do óxido nitrico por inibir a ação da fosfodiesterase tipo 5. Enzima que é responsavel por degradar o GMPcíclico no corpo cavernoso. O mecanismo fisiológico para a ereçao do penis, envolve a liberaçao de oxido nitrico no corpo cavernoso durante a estimulação sexual. O oxido nitrico entao ativa a enzima guanilato ciclase, o que resulta em um aumento dos niveis de GMP ciclico produzindo um relaxamento muscular no corpo cavernoso, e permitindo seu enchimento com sangue. Após a ejaculaçao ou retirada do estimulo sexual o GMP ciclico é digerido pela fosfodiesterase tipo 5. Isto leva a um estado não eretil. Como o viagra inibe a açao da fosfodiesterase, o estado não erétil leva mais tempo para ser alcançado. 
Os principais efeitos colaterais entretanto, estão relacionados com o sistema cardiovascular. Pessoas com hipo ou hipertensão são desaconselhadas ao uso do viagra. Existe uma forte interaçao do medicamento com muitas drogas reguladoras da pressao arterial. 
Hormônios Lipossolúveis:
Para os hormônios lipossolúveis controlarem a atividade celular se faz necessário a presença de receptores específicos, chamados de receptores hormonais nucleares, por atuarem no núcleo (no interior da célula) regulando a expressão genica. Ou seja, induzindo ou reprimindo a transcrição de genes específicos do DNA. Desse modo os receptores hormonais nucleares atuam como fatores de transcrição havendo a necessidade de serem ativados pela ligação de um ligante hormonal. Essa transcrição corresponde a uma cópia de um gene específico a partir de um dos filamentos do DNA em um dos filamentos de RNAm. O RNAm recém-formado irá dirigir a síntese de novas proteínas, em geral, enzimas. E esse processo ocorre nos ribossomos. Essas enzimas sintetizadas irão alterar o metabolismo da célula-alvo de modo a dar característica aos efeitos do hormônio. Como ocorre no exemplo do aumento dos níveis de enzimas gliconeogênicas e, consequente, aumento na produção de glicose induzido por hormônios glicocorticoides. Essas proteínas são então sintetizadas nas células-alvo e funcionam não só como enzimas, mas como proteínas de transporte e estruturais que, por sua vez, exercem outras funções nas células. 
Um exemplo é o hormônio esteroide. Sua sequência de eventos é:
- Difusão do hormônio pela membrana celular
- Entrada no citoplasma da célula com ligação à proteína receptora específica
- Complexo formado e transportado para o núcleo
- Combinação se liga a pontos específicos dos filamentos de DNA nos cromossomos, o que ativa o processo de transcrição de genes específicos para formar RNAm.
- RNAm se difunde para citoplasma onde atuará promovendo o processo de tradução nos ribossomos para formar novas proteínas 
Alguns hormônios encontram seu respectivo receptor no núcleo da célula, por exemplo, hormônios da tireoide causam aumento da transcrição por genes específicos no núcleo. Para isso esses hormônios se ligam primeiro diretamente às proteínas receptoras no próprio núcleo. Esses receptores são fatores de transcrição ativados localizados no complexo cromossômico. O hormônio se difunde para dentro da célula. Chega até o núcleo e encontra seu respectivo receptor, e formam um complexo. Esse complexo é um fator de transcrição ativado que se liga no DNA e promove a formação de RNAm e, consequentemente, síntese de novas proteínas.
Atualmente foram descritos 58 receptores tirosina quinase humanos, divididos em 20 subfamilias. Cada um é caracterizado por 3 segmentos: um dominio extracelular que funciona como um local obrigatorio para um ligante especifico; um dominio transmembranar; dominio tirosina quinase citoplasmatico. Alem de sequencias enzimaticas adicionais que promovem a transduçao do sinal intracelular. Quando ocorre o contato entre o ligante e seu receptor na forma monomerica, ocorre um processo de dimerizaçao resultando na fosforilaçao do dominio intracelular atraves da reaçao entre ATP e residuos de tirosina. Em seguida, ocorre a fosforilaçao de proteinas-alvo que possuem o dominio SH2, o qual representa um sitio de reconhecimento para as fosfotirosinas. A fosforilaçao intracelular inicia uma cascata de reaçoes citoplasmaticas que culmina em diversas respostas celulares
As reações citoplasmáticas ocorrem através de complexas interações enzimáticas sequenciais que constituem as vias de sinalização. Essas vias estão relacionadas com funções importantes, como: crescimento, metabolismo, sobrevivência, e divisão celular.
Estrutura dos principais receptores tirosina quinase:
cada um dos nomes acima dos receptores indica as famílias as quais pertencem. Os nomes estão listados abaixo de cada receptor.