Resumo – Comunicação celular (parte 1)

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Transcrição da Aula 17 – Comunicação celular
Camilla Ribeiro de Oliveira
Tanto organismos individuais quanto organismos multicelulares necessitam do processo de comunicação celular para sentirem e responderem a estímulos do ambiente em que vivem.
Organismos unicelulares precisam de mecanismos de comunicação celular, membranares ou não, para detectar locais que possuem nutrientes (farejar nutrientes), para distinguirem o claro do escuro (serem capazes de diferenciar a intensidade da luz), para evitar regiões das células que possuem toxicantes contra eles e para o processo de acasalamento. Como exemplo tem-se as leveduras, organismos unicelulares capazes de secretar uma proteína, chamada de fator de acasalamento, que são detectadas por leveduras do sexo oposto. A segunda levedura que detecta o fator de acasalamento irá inibir o seu processo de divisão celular e emitir protrusões em sua membrana, como pseudópodes, para migrar para a região da levedura que emitiu o fator de acasalamento. Portanto, o mecanismo de comunicação tem importância não apenas para organismos multicelulares, mas também para organismos unicelulares. 
Todavia, o mecanismo de comunicação celular de organismos multicelulares é mais complexo porque várias moléculas sinalizadoras podem se ligar a receptores diferentes na membrana de células e causar uma série de sinais para que ocorra uma transformação intracelular. Dessa forma, uma molécula sinalizadora se ligará a um receptor de membrana e causará uma série de alterações intracelulares.
Geralmente, essa comunicação celular exige um processo de transdução de sinal. Transdução de sinal é a transformação de um tipo de sinal ou informação de uma forma para outra. Sendo assim, um exemplo clássico de transdução de sinal é a conversão das ondas sonoras da voz em eletricidade para o fio do telefone. Ocorre um mecanismo parecido nas células, por exemplo: quando um neurotransmissor é liberado de um neurônio, ele se liga a determinados receptores e o sinal químico do neurotransmissor é transformado em sinal elétrico por causa da alteração de conformação do receptor. Esta alteração de conformação do receptor permite o fluxo de íons e modificação do comportamento celular. Então, quando o neurotransmissor acetilcolina se liga ao seu receptor de canal iônico no músculo, ocorre a conversão do seu sinal químico em sinal elétrico para a célula por causa da alteração de conformação desse receptor que permitiu a entrada de cargas iônicas na célula. Este processo promove a contração muscular.
Existem quatro tipos principais de comunicação celular no organismo:
- Comunicação endócrina;
- Comunicação parácrina;
- Comunicação neuronal;
- Comunicação de contato.
A comunicação endócrina é a mais comum no organismo. A comunicação endócrina só ocorre devido à presença de células endócrinas secretoras de hormônios. Estes hormônios caem na corrente sanguínea e exercem ação em longas distâncias do local em que foi secretado. Um dos principais exemplos de comunicação endócrina é de células pancreáticas, células β das ilhotas de Langerhans, que secretam a insulina que cai na corrente sanguínea e facilita o transporte de glicose em qualquer local do organismo.
Na comunicação parácrina, a célula é capaz de secretar uma substância, contudo, esta substância secretada irá agir na vizinhança da célula secretora. Portanto, na comunicação endócrina a substância secretada age em longas distâncias, já na comunicação parácrina a substância age na vizinhança da célula que a secretou. Dessa maneira, as substâncias secretadas na comunicação parácrina não podem ser denominadas de hormônios verdadeiros. Elas são chamadas de hormônios locais ou hormônios autacóides.
Normalmente, a meia vida de eliminação dos autacóides é muito curta, na ordem de segundos. Dessa forma, eles exercem ação no local em que são secretados e rapidamente são eliminados do organismo. Entre os principais autacóides produzidos, destacam-se: a histamina liberada pelos mastócitos, com capacidade de produzir vasodilatação na região em que foi liberada, e o óxido nítrico produzido pelas células endoteliais dos vasos sanguíneos, que agem nas células musculares lisas produzindo relaxamento muscular.
Na comunicação neuronal, a molécula sinalizadora pode exercer sinal a longas distâncias porque o axônio de um neurônio pode chegar a ter 1m de comprimento. Dessa forma, a capacidade do neurotransmissor de agir a longas distâncias não é devido a sua difusão pela corrente sanguínea, mas sim por causa do tamanho do axônio. A comunicação neuronal é muito rápida e possui grande importância na condução de impulsos nervosos.
Na comunicação dependente de contato não ocorre secreção de moléculas ou substâncias. As moléculas sinalizadoras se encontram na membrana de determinadas células e são capazes de se ligarem aos receptores de membranas de outras células vizinhas. Um exemplo da importância da comunicação dependente de contato é na formação de neurônios. No embrião, os neurônios são formados a partir da camada de células epiteliais. Algumas células epiteliais não especializadas são diferenciadas em neurônios, outras não. As células diferenciadas em neurônios produzem em sua membrana uma substância sinalizadora chamada delta, enquanto que algumas células vizinhas possuem receptores, chamados receptores Notch, para esta substância delta. Então, essa substância delta da célula especializada se liga ao receptor Notch, sinalizando e impedindo que a outra célula, que possui o receptor Notch ligado, se especialize em célula neuronal. Este é um mecanismo do organismo para impedir que todas as células epiteliais se diferenciem em neurônio.
Podem ocorrer mutações nos genes codificadores dos receptores Notch, impedindo a ligação entre a molécula delta e o receptor Notch e, por conseguinte, haver grande produção de células neuronais. Estas mutações irão produzir problemas relacionados a outros sistemas, já que estas células poderiam se diferenciar em outro tipo celular. Portanto, não é o excesso de neurônios que provoca problemas, mas sim a falta de outros tipos celulares.
Durante o processo de comunicação celular, uma mesma molécula sinalizadora pode ter diferentes tipos de receptores e produzir respostas diferentes. Exemplo: a acetilcolina ao se ligar no músculo cardíaco irá diminuir a força de contração e a frequência cardíaca, enquanto que no músculo esquelético a acetilcolina irá aumentar a força de contração, já nas células glandulares ela irá aumentar as secreções no organismo. Estas respostas diferentes são por causa de diferentes tipos de receptores presentes nos tipos celulares. Exemplo de receptores diferentes são os receptores colinérgicos muscarínicos e os nicotínicos. Nas células musculares cardíacas, a acetilcolina se liga aos receptores colinérgicos muscarínicos acoplados a proteína G, ativando uma via e diminuindo a força de contração. Já nas células musculares esqueléticas, a acetilcolina se liga aos receptores nicotínicos, que são receptores de canal iônico, aumentando o fluxo de íons e elevando a força de contração. Essa diferença de receptores causa variabilidade de resposta para um determinado neurotransmissor, molécula ou hormônio.
Caso ocorra a produção de uma substância que não possui receptor no organismo, esta substância não irá produzir efeito fisiológico no organismo. Quase todas as moléculas sinalizadoras necessitam de um receptor para exercerem efeito fisiológico. 
Existem patologias que não são relacionadas à falta de produção da substância (insulina), mas sim devido à deficiência no receptor (receptor da insulina). É um caso de diabetes, em que a resistência à insulina é devido à incapacidade de ação correta do receptor, tendo, então, uma produção normal de insulina. Nestes pacientes, é necessária a criação de um mecanismo para internalizar a glicose, ou seja, para aumentar a sensibilidade da insulina, e não para elevar a quantidade de insulina, pois o pâncreas produz insulina normalmente. Metformina aumenta a síntese de GLUT, umtransportador de glicose.
Essas moléculas sinalizadoras após se ligarem aos seus receptores irão produzir uma cascata de sinalização intracelular. Essa cascata pode alterar a sinalização celular, podendo ocorrer modificação das enzimas metabólicas (ativando ou inibindo estas enzimas) e interferir no metabolismo celular. Estas substâncias podem alterar a expressão gênica, modificando a síntese de determinadas proteínas. Podem também alterar o citoesqueleto celular, favorecendo processos de contração da célula. Após a ligação da substância no receptor, ocorre a cascata sinalizadora intracelular em que uma proteína vai ativando outra.
Caso o organismo não tenha a molécula sinalizadora ou possua uma deficiência no receptor dessa molécula, irá ocorrer alteração da sinalização celular.
Normalmente, as vias de sinalização celular são vias longas, complexas e ramificadas. Poucas são as vias de sinalização celular simples.
Uma molécula sinalizadora pode ter ação celular de duas formas diferentes:
- A molécula sinalizadora pode se ligar em receptores de membrana. Moléculas sinalizadoras são geralmente muito grandes ou hidrofílicas, então, estas não conseguem entrar na célula e precisam se ligar aos receptores de membrana.
- A molécula sinalizadora pode entrar na célula. Moléculas sinalizadoras pequenas ou hidrofóbicas são capazes de entrar na célula por difusão passiva, podendo agir de duas formar diferentes:
Ativando ou inibindo enzimas sem se ligar a receptores;
Se ligando a receptores intracelulares. 
O óxido nítrico não se liga a um receptor, mas sim ativa determinadas enzimas. Esta substância é produzida por células endoteliais que revestem os vasos sanguíneos e sua síntese é a partir de um aminoácido chamado L-arginina. A L-arginina sofrerá ação da enzima óxido nítrico sintase e se transformará em óxido nítrico. Esta substância é um gás que sai dos vasos sanguíneos e passa para as células musculares lisas, ativando a enzima guanilato ciclase nas células musculares lisas. A guanilato ciclase é a enzima responsável por transformar o GTP em GMP cíclico. O GMPc relaxa as células musculares lisas causando uma vasodilatação. 
A angina do peito é uma dor forte no peito, esta dor pode ocorrer devido a uma redução do fluxo sanguíneo no coração. Existe um fármaco chamado nitroglicerina usado para o tratamento da angina do peito. Este medicamento possui a capacidade de se transformar em óxido nítrico ao entrar em contato com o organismo, relaxando os vasos sanguíneos (relaxa as células musculares lisas) e melhorando a perfusão sanguínea para o coração. 
O GMP cíclico produzido pelo óxido nítrico é metabolizado por uma enzima chamada fosfodiesterase. O sildenafil ou viagra é um medicamento inibidor de fosfodiesterase e a sua ingestão causa uma redução no metabolismo de GMP cíclico, causando, consequentemente, uma maior dilatação dos vasos sanguíneos: vasodilatação peniana, promovendo a ereção peniana. 
No organismo existem duas classificações de receptores:
- Receptores de membrana. Entre os receptores membranares existe outra classificação. Eles são divididos em:
Receptores ionotrópicos ou receptores de canais iônicos;
Receptores metabotrópicos ou receptores acoplados a proteína G;
Receptores enzimáticos ou receptores de tirosina quinase.
- Receptores intracelulares.
Os receptores ionotrópicos possuem como exemplo os receptores colinérgicos nicotínicos de acetilcolina presentes nas células musculares esqueléticas. Estes são os receptores que respondem de maneira mais rápida no organismo, ou seja, depois que a molécula sinalizadora se ligou ao receptor ionotrópico, a resposta desta ligação é muito rápida, abrindo os canais iônicos e permitindo o fluxo de íons.
Os receptores metabotrópicos são mais lentos que os ionotrópicos, porque estes receptores precisam ativar ou inibir a proteína G, proteína constituinte da cascata de sinalização intracelular. Exemplo desses receptores são os receptores colinérgicos muscarínicos no músculo cardíaco. 
Os receptores de tirosina quinase podem ser mais lentos ainda. Após a ligação da molécula sinalizadora a este receptor, a resposta pode demorar horas. Um exemplo deste tipo de receptor é o receptor de insulina. A insulina no organismo é um hormônio que se liga aos receptores de tirosina quinase. 
Os receptores intracelulares, tanto no citoplasma quanto no núcleo, possuem como exemplos: hormônios esteroides (cortisol, testosterona, progesterona) e hormônios tireoidianos (tiroxina).
A testosterona é um hormônio masculino imprescindível principalmente na puberdade, já que este hormônio irá evidenciar as características masculinas. Além de produzir a testosterona, o homem precisa do receptor de testosterona para produzir essas características. Existem patologias em que o indivíduo nasce do sexo masculino, geneticamente homem, todavia, há um defeito no receptor de testosterona. Nestas patologias, ao invés de desenvolver os órgãos sexuais masculinos, o homem terá órgãos sexuais femininos. Os portadores desta patologia são chamados de hermafroditas. Caso seja feita a dosagem hormonal, o hormônio testosterona será normal porque a deficiência é no receptor e não no hormônio.