Sinalização Celular JALEKO

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Biologia molecular 
SINALIZAÇÃO 
CELULAR 
 
 
 
 
 
As bactérias mudam seu comportamento em resposta ao ambiente, como alte-
rações nutricionais ou toxinas. Os organismos multicelulares liberam e detec-
tam diversos sinais intra e extracelulares, que controlam crescimento, diferenci-
ação e divisão celular durante o desenvolvimento e o comportamento do tecido, 
em tecidos adultos. No centro de toda essa comunicação estão proteínas, que 
produzem sinais químicos, enviados de um lugar ao outro do corpo ou dentro 
de uma célula. 
• PRINCÍPIOS DA SINALIZAÇÃO CELULAR 
Em bactérias e leveduras a sinalização celular é importante para coordenar o 
comportamento desses organismos, com os organismos vizinhos ao redor. En-
tão as bactérias de uma população bacteriana, se comunicam por meio de si-
nais químicos, levando à coordenação do comportamento da população bacte-
riana. 
Nos seres multicelulares, a comunicação intra e intercelular permite colabora-
ção e coordenação de diferentes tipos de células e tecidos. 
A comunicação entre células em organismos multicelulares é mediada princi-
palmente por moléculas de sinalização extracelular. 
A molécula de sinalização extracelular se liga no receptor presente na membra-
na plasmática. A ligação da molécula ao receptor ativa o receptor, que vai ativar 
uma ou mais vias da sinalização intracelular. Ao ativar essas proteínas de sina-
lização intracelular, a cascata vai culminar na alteração de proteínas efetoras, o 
que vai levar à uma alteração em alguma determinada função da célula. 
As proteínas efetoras podem ser: 
1) Reguladores da transcrição 
2) Canais iônicos 
 
 
 
 
 
3) Componentes de uma via metabólica 
4) Partes do citoesqueleto 
Algumas moléculas sinalizadoras permanecem ligadas à superfície das células 
e influenciam somente as células em contato com ela. 
O mais comum é a célula secretar a substância no líquido extracelular. Podem 
ser sinalizadores locais (ação parácrina) que atuam apenas nas células próxi-
mas ali em volta. Pode ocorrer a sinalização autócrina também (quando a subs-
tância liberada pela célula possui ação na própria célula). 
Outra estratégia incluem a secreção de moléculas sinalizadoras chamadas 
hormônios, na corrente sanguínea, chegando aos tecidos alvo. 
Quando temos um mecanismo de sinalização extracelular via membrana plas-
mática, temos uma proteína sinal/receptora transmembrana. Ou seja, a molécu-
la de sinalização se liga no receptor presente, desencadeando uma resposta na 
célula alvo. O receptor possui uma conformação específica para reconhecer e se 
ligar à determinada molécula. Na maioria dos casos os receptores são proteínas 
transmembrana expostas na superfície da célula alvo. 
Ao se ligar à uma molécula de sinalização, eles são ativados e geram uma cas-
cata de sinais intracelulares, que alteram o comportamento da célula. 
Em outros casos os receptores proteicos são intracelulares, e a molécula de si-
nalização tem que entrar na célula para se ligar ao receptor. Isso requer que a 
molécula de sinalização seja pequena e hidrofóbica, para que tenha a capaci-
dade de atravessar a membrana plasmática. 
Uma célula normalmente está exposta à muitas moléculas sinalizadoras, esti-
muladoras ou inibidoras. E para realizar uma determinada função a célula inte-
gra uma determinada combinação de sinais. Então por exemplo para que a cé-
 
 
 
 
 
lula se mantenha viva (não entre em apoptose) e se divida ela precisa de uma 
determinada combinação de fatores extracelulares de sobrevivência. 
Então o efeito celular será diferente conforme for diferente a combinação dos 
sinais desencadeados. Cada célula tem seu grupo de receptores na membrana 
plasmática, que se ligam à algumas moléculas sinalizadoras, que quando os 
sinais ocorrem em uma determinada combinação, um determinado efeito ocor-
re. 
Uma molécula de sinalização tem efeitos diferentes sobre diferentes tipos de 
células. Ex: O neurotransmissor acetilcolina. Nas células cardíacas ele diminui a 
velocidade do potencial de ação, e estimula a produção de saliva em glândulas 
salivares. No músculo esquelético causa a contração das fibras musculares. Es-
sas ações diferentes da acetilcolina em cada tipo celular ocorrem pela diferença 
de via intracelular (ptns de sinalização intracelular, proteínas efetoras e genes) 
ativada. 
A maioria das moléculas sinalizadoras extracelulares se ligam à receptores es-
pecíficos na superfície de células alvo, não chegam a entrar no citoplas-
ma/núcleo. Os receptores funcionam como transdutores de sinal. Eles conver-
tem um evento extracelular de interação com o ligante em sinais intracelulares 
que alteram o comportamento da célula alvo. 
Os Receptores acoplados a canais iônicos são canais iônicos controlados por 
transmissores/ionotrópicos. Estão envolvidos na sinalização sináptica rápida 
entre as células nervosas e outras células alvo, como neurônio e células muscu-
lares. A sinalização é feita pela ligação de um neurotransmissor ao canal, abrin-
do ou fechando o canal iônico, alterando por um curto período a permeabilidade 
da membrana, alterando a excitabilidade da célula alvo. 
Os Receptores acoplados à proteína G atuam regulando a atividade de uma 
proteína alvo ligada à membrana plasmática que pode ser enzima ou canal iôni-
co. A interação entre o receptor e a proteina alvo ocorre por uma proteína cha-
mada proteína trimérica de ligação ao GTP, comumente chamada de proteína 
 
 
 
 
 
G. Quando ativamos a proteína alvo, altera-se a concentração de uma ou mais 
moléculas sinalizadoras (caso atue sobre enzima), ou altera a permeabilidade 
da membrana à íons (caso atue sobre um canal iônico). 
Os Receptores acoplados à enzimas quando ativados funcionam como enzimas 
ou ativam diretamente enzimas. Geralmente são proteínas transmembrana, 
com o sítio de ligação ao ligante no meio externo e com o sítio catalítico no 
meio interno. É um grupo heterogêneo, mas predominam as cinases, ou seja, 
enzimas que atuam fosforilando grupos específicos de proteína alvo. 
Existem várias moléculas que participam da sinalização intracelular após os 
sinais recebidos pelo receptor. Essas moléculas vão culminar na alteração de 
proteínas-alvo, o que leva à alteração de comportamento da célula. 
Alguns são segundos mensageiros, substâncias químicas pequenas, gerados 
em grande quantidade após a ativação do receptor, levando à alterações em 
proteínas alvo. AMPc e Ca são hidrossolúveis e se difundem no citosol e Diacil-
glicerol é lipossolúvel e se difunde na região da membrana. Normalmente o me-
canismo se dá por proteínas que ao receberem um sinal, passam do estado ina-
tivo para o ativo, ocorrendo posterior inativação. 
Cinases adicionam fosfato ao grupo hidroxila de determinados aminoácidos: 
1) Serinas/treoninas cinases 
2) Tirosinas cinases 
As proteínas de ligação a GTP Possuem 2 estados: ativado, quando o GTP está 
ligado e inativado quando o GDP está ligado. Quando ativadas elas possuem 
atividade GTPase intrínseca, inativando a si mesmas transformando o GTP em 
GDP. 
 
 
 
 
 
Os sistemas de sinalização intracelular normalmente funcionam como sistemas 
de múltiplas ativações em cascata até a ativação da proteína efetora, que vai 
ocasionar alguma mudança na célula. 
Os sistemas também precisam que o sinal ocorra em grande quantidade para 
ser significativo, então se uma fosforilação ocasional acontece, por interferên-
cia, nada ocorre, ao passo que na ligação específica muitas moléculas são fos-
foriladas e essa quantidade grande, se torna significativa para desencadear 
mudanças na célula. 
 Nas vias de sinalização, a proximidade de proteínas de sinalização possibilita 
sua ativação, porque existem os domínios de interação que são pequenas par-
tes das moléculas (ex:aminoácido fosforilado). 
Há ampla variação no tempo para o início da resposta, desde milissegundos na 
transmissão sináptica até horas/dias. 
Uma molécula extracelular pode ativar maisde uma via de sinalização intrace-
lular, ao se ligar ao receptor. 
Se a resposta envolve mudanças em proteínas já presentes a resposta é muito 
rápida, como por exemplo alterações alostéricas em canais iônicos. Quando a 
resposta envolve mudanças na expressão gênica e síntese de novas proteínas 
pode demorar de minutos a horas. 
Na maioria das vias de sinalização quando o estímulo some, a resposta some 
também, porque esta ocorre pela alteração de um grupo de moléculas instáveis 
(vida curta), que quando o sinal desaparece sua degradação supera sua produ-
ção, e a resposta celular desaparece. 
A resposta celular aos sinais extracelulares ocorre normalmente por fosforila-
ção ou agregação de GTP à proteínas chaves da via de sinalização, levando à 
uma resposta celular. Porém normalmente a ativação dessas moléculas deve 
ser revertida por desfosforilação e conversão do GTP a GDP para que essa si-
 
 
 
 
 
nalização não se perpetue de maneira desnecessária. A velocidade da reversão 
do sinal é que vai determinar a duração da resposta celular. 
Retroalimentação é o processo de um produto de determinado processo ou via 
metabólica influenciar direta ou indiretamente sua produção, por meio de estí-
mulo(positivo) ou inibição(negativo). 
Ao contrário do feedback positivo, o feedback negativo limita e abrevia a res-
posta celular. Se a resposta do feedback negativo for rápida, o estímulo é de-
sencadeado e negativado de maneira rápida, ao passo que se o feedback nega-
tivo demora, o efeito tende a se prolongar mais. 
Um estímulo prolongado à determinado sinal reduz a resposta celular à deter-
minado estímulo, processo chamado de “dessensibilização”. Essa adaptação 
pode ocorrer por: 
1) Inativação de receptores por endocitose de receptores 
2) Destruição de receptores nos lisossomos 
3) Inativação de receptores por fosforilação por exemplo 
4) Alterações nas proteínas de sinalização intracelular 
5) Produção de proteína inibidora bloqueando a transdução do sinal. 
• SINALIZAÇÃO VIA PROTEÍNA G 
Os receptores acoplados à proteína G formam a maior família de receptores de 
superfície celular e medeiam a maioria das respostas a sinais extracelulares, 
atuando inclusive na visão, audição e paladar. 
Mais de um receptor pode ser ativado pela mesma substância, por exemplo a 
adrenalina ativa 9 receptores diferentes. 
 
 
 
 
 
Todos esses receptores possuem uma estrutura semelhante que consiste em 
uma única cadeia peptídica que atravessa a bicamada lipídica sete vezes for-
mando uma estrutura cilíndrica com o sítio de interação com o ligante geral-
mente no seu centro. Todos eles usam a proteína G para transmitir o sinal para 
o interior da célula. Dentre esses receptores temos a rodopsina (uma proteína 
ativada pela luz) e diversos receptores olfativos. 
Quando uma molécula de sinalização extracelular se liga à uma GPCR, o recep-
tor sofre uma mudança conformacional que o permite ativar uma proteína tri-
mérica de ligação ao GTP, que é a chamada proteína G, que está fisicamente 
associada ao receptor. 
As proteínas G são formadas por 3 subunidades: alfa, gama e beta. No estado 
inativado a subunidade alfa está ligada ao GDP. Quando um GPCR é ativado 
ele atua como um GEF (fator de troca de nucleotídeos de guanina) e induz a 
subunidade alfa a dissociar o GDP, permitindo que o GTP se ligue no seu lugar. 
Quando o GTP se liga na subunidade alfa da proteína G isso induz uma dissoci-
ação das subunidades da proteína G. A subunidade alfa se separa das subuni-
dades beta e gama, e ambos interagem com vários alvos como enzimas e ca-
nais iônicos, transmitindo o sinal e levando à uma modificação do comporta-
mento da célula. 
A subunidade alfa é uma GTPase, que se inativa ao hidrolisar o GTP ligado a 
ela em GDP. A subunidade alfa contém dois domínios principais: o domínio 
RAS que interage com outras GTPases e o domínio AH que fixa o nucleotídeo. 
O AMPc atua como um segundo mensageiro em algumas vias de sinalização. 
Um sinal extracelular pode aumentar a concentração de AMPc em mais de 20 
vezes em segundos. 
O AMPc é sintetizado a partir do ATP por uma enzima chamada Adenililciclase, 
e é destruído pelas fosfodiesterases de AMPc. 
 
 
 
 
 
Vários receptores acoplados à proteína G possuem na transdução do sinal a 
ativação da adenililciclase por meio da proteína G, essas proteínas G são de-
nominadas proteínas G Estimulatórias(Gs). Nessas proteínas a subunidade alfa 
ativada e separada das subunidades beta e gama ativa a adenililciclase. 
Outros sinais extracelulares atuam por meio de diferentes GPCR que culminam 
em diminuição dos níveis de AMPc, são as chamadas proteínas G inibitórias(Gi), 
a qual inibe a adenililciclase. 
Tanto a proteína Gs quanto a proteína Gi são alvos de toxinas bacterianas. A 
toxina da cólera, é uma enzima que catalisa uma reação que impede a subuni-
dade alfa da proteína G hidrolisar o GTP, logo ela se mantém estimulada e ati-
vando indefinidamente a adenililciclase. A elevação prolongada de AMPc nas 
células epiteliais intestinais provoca grande influxo de cloreto e água para a luz 
do intestino, causando a diarréia grave que caracteriza a cólera. . 
Nas células animais o AMPc exerce seus efeitos principalmente pela ativação 
da proteína cinase dependente de AMPc(PKA), essa enzima fosforila serinas ou 
treoninas específicas em proteínas alvo, regulando sua atividade, as proteínas 
alvo variam nos diversos tipos celulares. 
Nas células que secretam o hormônio somatostatina, o AMPc ativa o gene que 
codifica esse hormônio. O sinal extracelular estimula receptor associado à pro-
teína Gs, que ativa a adenililciclase, que aumenta os níveis de AMPc, ativa a 
PKA que fosforila uma proteína chamada CREB que vai ao núcleo, se ligar à 
determinada região do DNA para estimular a transcrição do gene associado à 
somatostatina. 
Muitos GPCR exercem seus efeitos por meio da ativação da enzima Fosfolipase 
C beta - PLC. A fosfolipase atua sobre um fosfolipídio de inositol chamado de 
fosfatidilinositol 4,5 - bifosfato, presente na parte interna da membrana plas-
mática. Os receptores que ativam a fosfolipase C o fazem por meio da proteína 
Gq, que ativa a fosfolipase C. 
 
 
 
 
 
A fosfolipase C gera 2 produtos: inositol 1,4,5 trifosfato (IP) e diacilglice-
rol(DAG). O IP é solúvel e se difunde pro citoplasma, ao alcançar o retículo en-
doplasmático liga-se aos Canais de Cálcio controlados por IP, liberando Calcio 
no citosol, que vai atuar como segundo mensageiro. 
O DAG atua como segundo mensageiro, porém permanece na membrana 
plasmática, ativa a PKC, proteína cinase C, dependente de cálcio, e vai fosforilar 
proteínas alvo. o DAG ao ser clivado gera ácido araquidônico, usado na síntese 
de eucosanoides como prostaglandinas. 
O calcio tem concentração baixa no citosol, e quando existe algum estímulo sua 
concentração citoplasmática aumenta, ocasionando uma mudança na resposta 
celular. A concentração de cálcio no meio extracelular e no retículo endoplas-
mático é alta(transporte ativo via bombas) ao passo que no citoplasma é baixa. 
A calmodulina é uma proteína que auxília na transmissão do sinal mediada pelo 
cálcio. Ela atua como um receptor intracelular de cálcio, mediando muitos pro-
cessos regulados por cálcio. Quando o cálcio se liga na calmodulina, esse com-
plexo é ativado e vai se ligar à proteínas alvo. 
Muitos efeitos do cálcio são indiretos e mediados por fosforilações feitas por 
proteínas cinases depedentes de Ca/calmodulina. Um exemplo é a CaM cinase 
II no SNC, que tem função importante nos mecanismos de memória e aprendi-
zagem no SNC. 
Logo o cálcio através do complexo calcio-calmodulina medeia diretamente alte-
rações de proteínas alvo ou ativa enzimas cinases que modificam proteínas al-
vo, levando à modificação de determinada resposta celular. 
• SINALIZAÇÃO VIA RECEPTORES ACOPLADOS À ENZIMAS 
Os receptores acoplados a enzimas são proteinas transmembrana, domínio de 
ligação ao liganteextracelular, seu domínio citosólico está associado à enzima 
ou tem atividade enzimática intrínseca. 
 
 
 
 
 
Diversas proteínas de sinalização extracelular atuam por meio de tirosina cina-
ses. a ligação do ligante ao receptor ativa a atividade tirosina cinase no domínio 
citosólico. Ocorre a fosforilação de cadeias laterais da tirosina na face interna 
no receptor, criando sítios de ancoragem de várias proteínas que serão fosfori-
ladas. 
Os RTKs(Receptores associados à tirosino cinases), quando o ligante encaixa 
se dimeriza, unindo dois domínios cinase intracelulares, que ao se juntar ativam. 
Ao autofosforilar o receptor, criam-se sítios de ancoragem para proteínas de 
sinalização celular. 
Ao ancorar no receptor, essa proteína tem algumas tirosinas fosforiladas, ati-
vando-a ou simplesmente permitir determinada via de sinalização por aproxi-
mar e facilitar a interação entre as proteínas da via. alguns receptores utilizam 
proteínas de ancoragem, como por exemplo o receptor da insulina e do IGF1 
depende de uma proteína chamada IRS1, ela ao se ligar ao receptor e ser fosfo-
rilada dá origem à muito mais sítios de ancoragem. 
As proteínas com domínio SH2 participam da transdução do sinal, como por 
exemplo a fosfolipase C, gerando aumento dos níveis de calcio e ativação da 
PKC. Outras proteínas cinases citoplasmáticas podem ser ativadas por meio da 
fosforilação. Os domínios de ligação às tirosinas fosforiladas podem ser tanto 
SH2 quanto PTB. Algumas proteínas ativadas vão atuar no feedback negativo 
do processo. 
A família RAS consiste em várias GTPases, essas proteínas são ativas quando 
ligadas ao GTP e inativas quando ligadas ao GDP. Essas proteínas atuam na 
sinalização intracelular interagindo com diversas vias de sinalização intracelular. 
Muitas vias associadas às RAS estão associadas à multiplicação e diferenciação 
celular, sabe-se que muitos tipos de câncer possuem uma superexpressão de 
proteínas RAS muitas vezes resistentes a degradação, o que altera o fenótipo e 
a multiplicação celular. 
 
 
 
 
 
Os receptores associados à tirosino-cinases na sinalização intracelular tanto 
pela fosforilação de tirosinas quando pela ativação de RAS, que interage com 
diversas vias de sinalização. Porém todas essas alterações são curtas por conta 
da presença de fosfatases que removem os grupamentos fosfato das tirosinas 
e por proteínas associadas à inativação da Ras. A Ras muitas vezes atua a nível 
de modificação da expressão gênica e isso ocorre por meio do MAP-
kinase(MAPK). A MAPK é fosforilada pela Ras e quando ativada fosforila um 
grupo de proteínas, entre eles componentes do complexo regulador da trans-
crição. 
Muitos genes têm sua expressão influenciada por esse mecanismo Ras-MAPK, 
como por exemplo o gene das ciclinas G1 que atuam na proliferação celular. 
Alguns receptores não possuem a atividade tirosina cinase, e dependem do 
recrutamento de tirosina cinases citoplasmáticas, muito comum em receptores 
de citocinas. 
Os receptores de citocinas estão associados a tirosino cinases citoplasmáticas 
conhecidas como janus cinase(JAK) que ativam reguladores da transcrição 
chamados STATs. A citocina se liga ao receptor, que ativando a JAK que fosfo-
rila o receptor, a STAT se liga no receptor, onde é fosforilada, se associa em 
dímeros e vai ao núcleo para se ligar a determinadas sequências reguladoras de 
vários genes e estimular sua transcrição. Interferon e a prolactina atua assim. 
• SINALIZAÇÃO VIA REGULAÇÃO DA EXPRESSÃO GÊNICA 
As proteínas NFkB são reguladores da transcrição associadas ao processo in-
flamatório e à resposta imune inata. A sinalização excessiva por NF kB é encon-
trada em vários cânceres. São ativados por receptores tipo Toll, de TNF alfa e 
de Interleucina 1. Quando ativados formam dímeros, são inibidos por IkB nas 
células não estimuladas. A ativação de NFkB se dá por indução a degradação 
da IkB liberando o NF kB para atuar na transcrição gênica. 
 
 
 
 
 
Moléculas de sinalização pequenas e hidrofóbicas conseguem atravessar a 
membrana plasmática e se ligam a receptores intracelulares que são regulado-
res da transcrição gênica. Hormônios esteróides, hormônios tireoidianos, reti-
nóides, vitamina D. 
Os receptores pertencem a uma família de receptores nucleares. Hormônios 
esteróides como cortisol, esteróides sexuais e vitamina D são derivados do co-
lesterol. 
Os receptores nucleares se ligam às sequências específicas de DNA adjacentes 
aos genes regulados pelo ligante. Os receptores nucleares se encontram nor-
malmente ligados à complexos inibidores, a ativação do receptor, dissocia ele 
do complexo inibidor e ele vai ao DNA alterar a transcrição gênica. 
 
	• PRINCÍPIOS DA SINALIZAÇÃO CELULAR
	• SINALIZAÇÃO VIA PROTEÍNA G
	• SINALIZAÇÃO VIA RECEPTORES ACOPLADOS À ENZIMAS
	• SINALIZAÇÃO VIA REGULAÇÃO DA EXPRESSÃO GÊNICA