3 - TRANSDUÇÃO DE SINAL DA INSULINA

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TRANSDUÇÃO DE SINAL DA INSULINA 
 
A insulina é uma proteína hidrofílica, e seu receptor, portanto encontra-se na superfície celular. 
 
Ela é uma proteína de 
função hormonal, 
formada por 51 resíduos 
de aminoácidos 
distribuídos em duas 
cadeias polipeptídicas: A – 
21 Resíduos e B – 30 
resíduos. Essas cadeias 
são unidas por duas 
pontes de dissulfeto. 
 
 
 
 
A insulina é produzida no pâncreas por 
um dos três agrupamentos de células 
endócrinas das ilhotas de Langerhans: as 
células β-pancreáticas. 
A insulina é sintetizada a partir de um 
precursor inativo: a pré-pró-insulina. No 
Retículo Endoplasmático Rugoso a pré-
pró-insulina é convertida em pró-insulina, 
para isso, um segmento amino-terminal 
contendo 23 resíduos de aminoácidos, 
chamado de Sequência Sinalizadora, deve 
ser removido da molécula, é devem ser 
formadas as três ligações dissulfeto. No 
Complexo de Golgi, um segmento 
correspondente ao Peptídeo-C ou 
Peptídeo Conector é removido da 
molécula, formando a Insulina madura. 
A secreção da insulina pelas células β-
pancreáticas ocorre principalmente em 
resposta à hiperglicemia. Essa liberação 
ocorre em minutos após a exposição das 
células β ao aumento da concentração 
de glicose no sangue. O limiar para a 
secreção é de aproximadamente 80mg 
de glicose%. Quando a concentração de 
glicose no sangue diminui, a insulina é 
removida do sangue, principalmente 
pelo fígado, e ali será degradada. Outros 
fatores podem estimular a secreção da 
insulina, mas a elevação de glicose no 
sangue é o principal estímulo. 
 
A liberação de insulina pelas células Beta ocorre 
principalmente em resposta à hiperglicemia. Antes 
de analisarmos esse processo é preciso entender 
que as células Beta-pancreáticas expressam um 
tipo de carreador de glicose chamado Glut-2 que 
possui baixa afinidade pela glicose. Isso significa 
que a glicose só vai entrar na célula Beta quando 
ela estiver em alta concentração no sangue. 
 
 
 
 
 
Além disso as células Beta-pancreáticas expressam 
a Glicoquinase, que é uma isoformas da 
Hexoquinase com menor afinidade pela glicose. 
Hexoquinase e Glicoquinase são enzimas que 
prendem a glicose dentro da célula pela adição de 
um fosfato no carbono 6 da glicose. Ou seja, a 
Glicoquinase só irá fosforilar a glicose quando a 
glicose estiver em alta concentração no interior das 
células. 
 
 
 
 
 
 
Quando a concentração de glicose aumenta no 
sangue, o transportador de glicose GLUT2, que 
está expresso nas células Beta-pancreáticas, 
consegue colocar a glicose para dentro da célula, 
já que ele é um transportador de baixa afinidade 
pela glicose. A glicose, uma vez em alta 
concentração dentro da célula, pode ser 
fosforilada pela Glicoquinase, que é uma enzima 
que tem baixa afinidade pela glicose. A Glicose-6-
fosfato é o produto dessa reação e ela será 
direcionada para a via glicolítica; a glicose é 
oxidada, aumentando a concentração de ATP no 
interior da célula, e esse aumento de ATP irá 
fechar canais de potássio (K-) controlados por ATP 
que estão presentes na membrana plasmática da 
célula beta, isso provoca uma redução no efluxo 
de potássio, causando uma despolarização da 
membrana. A despolarização da membrana irá 
causar a abertura de canais de Cálcio (Ca2+) que são voltagem dependente, havendo a entrada de Calcio para o interior da célula, 
aumentando a concentração de Cálcio citosólico. Esse aumento da concentração do Calcio no citosol vai desencadear a liberação 
de insulina por Exocitose. 
A Sulfonilureia e o Glinide são drogas usadas no 
tratamento do diabetes tipo 2, eles ligam-se a uma 
subunidade do canal de potássio chamada SUR1 
fechando esse canal e estimulando a liberação de 
insulina pelas células Beta-pancreáticas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
A insulina é liberada em resposta à Hiperglicemia, e 
a sua ação é HIPOGLICEMIANTE. Nessa tabela 
podemos acompanhar os efeitos da insulina sobre 
a glicose sanguínea. Ela vai por exemplo aumentar 
a captação da glicose no músculo e no tecido 
adiposo, aumentando a disponibilidade de 
transportadores GLUT4 na membrana dass células 
musculares e nas célula adiposas; 
Ela vai aumentar a captação de glicose no fígado, 
aumentando a expressão da Glicoquinase nesse 
tecido; 
ela aumenta a síntese de glicogênio no fígado e no 
músculo, afetando a enzima marcapasso dessa 
rota; 
Ela vai aumentar a via glicolítica no fígado e no 
músculo, afetando as enzimas marcapasso dessa rota metabólica; 
Ela aumenta a produção de ácidos graxos no fígado a partir do excesso de glicose; E a produção de Triacilglicerol a partir desses 
ácidos graxos, afetando enzimas marcapasso dessas rotas metabólicas. 
 
 
 
 
 
Estimulação da fosforilação de certas enzimas 
diferentes das estimuladas pelo glucagon; 
 
 
 
 
 
O Receptor da Insulina é do tipo Tirosina-cinase, 
Ele pertence à uma família de receptores que 
possuem atividade catalítica do tipo Cinase, 
fosforilando substratos em resíduos de Tirosina 
específicos. 
O receptor da insulina é formado por duas 
subunidades α e duas subunidades β. As 
subunidades Alfa projetam-se para fora da célula e 
possuem o domínio de ligação para a insulina. As 
subunidades Beta entrelaçam-se na subunidade 
Alfa, atravessam a membrana em uma estrutura 
em α-hélice, e projetam-se para o interior da 
célula. 
Os domínios intracelulares é que possuem a 
atividade catalítica do tipo Tirosina-cinase, 
podendo fosforilar resíduos específicos de Tirosina 
das suas proteínas alvo. Quando a insulina se liga à 
subunidade Alfa, ocorre uma ativação das 
subunidades Beta, cada cadeia Beta irá fosforilar três resíduos de Tirosina C-terminal da outra subunidade. Esse processo é 
chamado de Auto fosforilação. Essa auto fosforilação expõe o sítio ativo da enzima, permitindo então que ela fosforile os resíduos 
de tirosina de suas proteínas alvo. 
Na figura C podemos ver em detalhe o sítio ativo da subunidade Beta, ele está bloqueado por essa alça que contém os resíduos de 
Tirosina não fosforilados. Quando ocorre a fosforilação dos resíduos de tirosina, essa alça é deslocada e o sítio ativo é exposto, e a 
enzima agora está livre para atuar sobre os resíduos de tirosina das suas proteínas alvo. 
 
 
Substrato IRS: Uma vez fosforilado em seus resíduos de 
Tirosina-específicos pelos domínios catalíticos da 
subunidade Beta do receptor de Insulina, o IRS poderá ativar 
três cascatas de transdução de sinal, dependendo da célula 
e das necessidades da célula. Nós estudaremos a cascata da 
PI3K-Cinase (Fosfatidil Inositol 3 cinase), que está envolvida 
por exemplo, com o recrutamento de transportadores 
GLUT4 nos tecidos onde a entrada de glicose é 
insulinodependente, bem como com a ativação da síntese 
de glicogênio no fígado, por exemplo. 
 
 
Uma vez fosforilado o IRS irá ligar-se à enzima PI3K, 
ativando essa enzima. Ela por sua vez irá associar-se à um 
lipídio de membrana PIP2 (Fosfatidil Inositol 4,5 Bis-
Fosfato) fosforilando esse lipídio e transformando-o em 
Fosfatidil Inositol 3,4,5 Tris-Fosfato (PIP3). As enzimas 
PDK1 e PKB irão ligar-se às moléculas de PIP3 na 
membrana, essa ligação ativa a PDK1 que irá fosforilar e 
ativar a PKB. A PKB Fosforilada e ativada dissocia-se da 
membrana, podendo agora fosforilar e ativar seus 
substratos na célula. 
 
 
 
Síntese do Glicogênio (Fígado e Músculo) 
Promovida pela insulina a partir da Cascata da PI-3K 
PKB. 
A enzima que regula a síntese do glicogênio é a 
Glicogênio-sintase, que é uma enzima regulada por 
fosforilação. Ela estará ativa na forma 
Defosforilada. A enzima que fosforila e inativa a 
Glicogênio-sintase é a GSK3. Que também estará 
ativa na forma defosforilada. Quando a GSK3 
fosforila a Glicogênio-sintase, ela inativa essa 
glicogênio-sintase, não ocorrendo então a síntese 
do Glicogênio. 
Quando a Insulina liga-se ao seu receptorocorre a 
ativação do IRS → PI3K→ PKB (que irá fosforilar e 
inativar a GSK3) 
Uma vez inativada a GSK3 ela não poderá fosforilar 
e inativar a glicogênio-sintase, dessa forma ocorre 
então a síntese do glicogênio. 
 
 
 
 
Células Adiposas, musculares esqueléticas e 
Cardíacas expressam um tipo de transportador de 
glicose chamado de GLUT4. Esse transportador é 
sensível à ação da insulina. Na presença de insulina, 
há um aumento do número dos GLUT4 na 
superfície/membrana das células. 
 
 
 
 
O recrutamento dos transportadores GLUT4 para a 
membrana das células adiposas, muscular cardíaca 
e muscular esquelética ocorre por meio da cascata 
PI3K. 
Essa Cascata vai ativar a PKB, e a PKB vai promover 
a exocitose desses transportadores, eles estão em 
vesículas membranosas e essas vesículas então se 
fundem com a membrana plasmática da célula, 
expondo esses transportadores na superfície, 
aumentando a sua concentração na membrana. 
Com isso há um aumento da captação de glicose 
por essas células. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Quando há um aumento da relação Glucagon-
Insulina, como no estado de jejum ou no Diabetes, 
há a endocitose desses Glut4, que vão ficar 
escondidos dentro das células nas vesículas 
membranosas, comprometendo assim a captação 
de glicose por esses tecidos. 
No caso do diabetes, esse fator irá contribuir para 
a hiperglicemia, observada desses pacientes.