TRANSPORTE e SINALIZAÇÃO

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PRINCÍPIOS DE TRANSPORTE DE MEMBRANA:
Devido ao seu interior hidrofóbico, a bicamada lipídica das membranas celulares serve como
uma barreira à passagem da maioria das moléculas polares.
No entanto, para fazer uso dessa barreira, as células tiveram que desenvolver meios para
transferir moléculas hidrossolúveis específicas e íons através das suas membranas para
ingerir nutrientes essenciais, excretar produtos metabólicos tóxicos e regular concentrações
intracelulares de íons. As células utilizam proteínas de transporte de membrana
especializadas para desempenhar tais funções.
CLASSES DE PROTEÍNAS QUE MEDEIAM O TRÁFEGO TRANSMEMBRANA:
A) transportadoras: sofrem alterações sequenciais de conformação para o transporte de
moléculas pequenas específicas através das membranas. Cada proteína costuma
transportar apenas um tipo específico de molécula ou, algumas vezes, uma classe de
moléculas (como íons, açúcares ou aminoácidos). Ligam-se ao soluto específico a ser
transportado e sofrem uma série de alterações de conformação que levam à exposição
alternada dos sítios de ligação ao soluto em um dos lados da membrana e, a seguir, no
outro lado, para transferir o soluto através desta.
B) Proteínas de canal: formam poros estreitos que permitem o movimento passivo trans
membrana, predominantemente de água e de pequenos íons inorgânicos. interagem muito
mais fracamente com o soluto a ser transportado. Elas formam poros contínuos e que
atravessam a bicamada lipídica. Quando abertos, esses poros permitem a passagem de
solutos específicos (como íons inorgânicos de tamanho e carga adequa dos e, em alguns
casos, de pequenas moléculas como água, glicerol e amônia) através da membrana. Ocorre
numa velocidade maior.
obs: Proteínas transportadoras podem estar acopladas a uma fonte de energia para catalisar
transporte ativo, que, junto à permeabilidade passiva seletiva, gera grandes diferenças na
composição do citosol quando comparada à composição dos fluidos extra ou intracelulares
ou dos fluidos existentes no interior das organelas delimitadas por membrana. Pelo fato de
gerarem diferenças na concentração iônica inorgânica através da bicamada lipídica, as
membranas celulares podem armazenar energia potencial na forma de gradientes
eletroquímicos, os quais são utilizados para acionar vários processos de transporte, para
enviar sinais elétricos em células eletricamente excitáveis e (nas mitocôndrias, nos
cloroplastos e nas bactérias) para produzir a maior parte do ATP celular.
AS BICAMADAS LIPÍDICAS LIVRES DE PROTEÍNAS SÃO IMPERMEÁVEIS A ÍONS
● Quanto menores e mais hidrofóbicas (apolares) mais facilmente as moléculas se
difundirão através da bicamada lipídica. As moléculas pequenas apolares, como O2 e CO2 ,
facilmente dissolvem-se em bicamadas lipídica. As pequenas moléculas polares sem carga,
(água ou ureia), também se difundem através da bicamada, embora muito mais lentamente
● Em contraste, as bicamadas lipídicas são essencialmente impermeáveis a moléculas
carregadas (íons), não importando o tamanho: a carga e o alto grau de hidratação de tais
moléculas impedem-nas de penetrar a fase hidrocarbônica da bicamada
O TRANSPORTE ATIVO É MEDIADO POR PROTEÍNAS TRANSPORTADORAS
ACOPLADAS A UMA FONTE DE ENERGIA
TRANSPORTE PASSIVO: Todas as proteínas de canal e muitas proteínas transportadoras
somente permitem a passagem passiva dos solutos pela membrana (“morro abaixo”),
gradiente de concentração – que conduz o transporte passivo e determina sua direção
● Difusão simples (geralmente por afinidade da molécula e do poro)
● não envolve sítio ligante e ATPase, as proteínas não tem atividade enzimática
TRANSPORTE ATIVO: mediado por transportadoras cuja capacidade de bombeamento é
direcional por serem fortemente acopladas a uma fonte de energia metabólica, como um
gradiente iônico ou a hidrólise de ATP, ocorre em sentido contrário ao gradiente
eletroquímico.
● mediado por proteínas transportadoras acopladas a uma fonte de energia
● esse processo é usado para a célula gerar energia para suas atividades
● as proteínas são ATPases, tem atividade enzimática,
obs: O movimento de pequenas moléculas através de membranas mediado por
transportadoras pode ser tanto ativo quanto passivo, ao passo que o movimento mediado
por canais será sempre passivo
O TRANSPORTE ATIVO PODE SER DIRIGIDO POR GRADIENTES DE CONCENTRAÇÃO
DE ÍONS
1. Os transportadores acoplados: vinculam a energia estocada em gradientes de
concentração para acoplar o transporte através da membrana de um soluto na direção de
seu gradiente ao transporte de outro soluto no sentido contrário ao seu.
2. As bombas dirigidas por ATP: acoplam o transporte contra o gradiente à hidrólise de ATP.
3. As bombas dirigidas por luz ou reações redox: encontradas em bactérias, arqueias,
mitocôndrias e cloroplastos, acoplam o transporte no sentido do gradiente à energia obtida
da luz, como no caso da bacteriorrodopsina ou obtida de uma reação redox, como no caso
da citocromo c oxidase.
O TRANSPORTE ATIVO PODE SER DIRIGIDO POR GRADIENTES DE CONCENTRAÇÃO
DE ÍONS
UNIPORTE: Algumas proteínas transportadoras simples e passivamente transportam um
único soluto de um lado a outro da membrana sob uma taxa determinada por seus Vmáx e
Km.
Outras atuam como transportadores acoplados, nos quais a transferência de um soluto é
estritamente dependente do transporte de um segundo:
SIMPORTE: O transporte acoplado envolve a transferência simultânea de um segundo
soluto na mesma direção
ANTIPORTE: O transporte acoplado envolve a transferência simultânea de um segundo
soluto na direção oposta, realizado por antiportes (também chamados de permutadores)
EXISTEM TRÊS CLASSES DE BOMBAS DIRIGIDAS POR ATP
As bombas dirigidas por ATP frequentemente são denominadas ATPases transportadoras,
pois hidrolisam ATP em ADP e fosfato e usam a energia liberada para bombear íons ou
outros solutos através de uma membrana.
Três principais classes de bombas dirigidas por ATP:
1. Bombas tipo P: são estrutural e funcionalmente relacionadas a proteínas transmembrana
de passagem múltipla. Elas são denominadas “tipo P” pois se autofosforilam durante o ciclo
de bombeamento. Essa classe inclui diversas bombas de íons que são responsáveis pelo
estabelecimento e pela manutenção de gradientes de Na+, K+, H+ e Ca2+ através das
membranas celulares.
2. Transportadores ABC: distinguem-se estruturalmente das ATPases do tipo P e bombeiam
principalmente moléculas pequenas através das membranas celulares.
3. Bombas tipo V: são máquinas proteicas semelhantes a turbinas, construídas a partir de
múltiplas subunidades diferentes. A bomba de próton tipo V transfere H+ para o interior de
organelas como os lisossomos, vesículas sinápticas e vacúolos de plantas ou leveduras (V =
vacuolar), para acidificar o interior dessas organelas.
SINALIZAÇÃO CELULAR
PRINCÍPIOS DA SINALIZAÇÃO CELULAR
A comunicação entre as células em organismos multicelulares é mediada, princi palmente,
por moléculas de sinalização extracelular. Algumas delas atuam a longas distâncias,
sinalizando para células distantes; outras sinalizam apenas para células vi zinhas. A maioria
das células em um organismo multicelular emite e recebe sinais.
Proteínas receptoras, geralmente localizadas na superfície celular, às quais as moléculas de
sinalização se ligam. A ligação ativa o receptor, o qual, por sua vez, ativa uma ou mais vias
ou sistemas de sinalização intracelular. Esses sistemas dependem de proteínas
sinalizadoras intracelulares, que processam o sinal dentro da célula receptora e o distribuem
para os alvos intracelulares apropriados.
Proteínas efetoras: Os alvos localizados na porção final das vias de sinalização, as quais
são, de alguma forma, alteradas pelo sinal recebido e implementam a alteração adequada
no comportamento celular. Dependendo do sinal, do tipo e do estado da célula que o recebe,
esses efetores podem ser reguladores de transcrição, canais iônicos, componentes de uma
via metabólica ou partes do citoesqueleto
OS SINAIS EXTRACELULARES PODEM ATUAR EM DISTÂNCIASCURTAS OU LONGAS
A)Sinalização dependente de contato: requer que as células estejam em contato direto
membrana--membrana
B) Parácrina: depende de mediadores locais que são liberados no espaço extracelular e
agem sobre as células vizinhas.
C) Sinalização sináptica: é realizada por neurônios que transmitem sinais elétricos ao longo
de seus axônios e liberam neurotransmissores nas sinapses, que frequentemente estão
localizadas longe do corpo celular neuronal.
D) A sinalização endócrina: depende das células endócrinas que secretam hormônios para a
corrente sanguínea, de onde são distribuídos para todo o corpo.
Muitas moléculas sinalizadoras de um mesmo tipo participam nas sinalizações parácrina,
sináptica e endócrina: as diferenças básicas estão na velocidade e na seletividade com que
os sinais são enviados para seus alvos.
SINALIZAÇÃO AUTÓCRINA: . Geralmente, nessa sinalização (parácrina), as células
sinalizadoras e as células-alvo são de tipos celulares diferentes, mas também podem
produzir sinais aos quais elas mesmas respondem.
AS MOLÉCULAS DE SINALIZAÇÃO EXTRACELULAR SE LIGAM A RECEPTORES
ESPECÍFICOS
(A) RECEPTORES DE SUPERFÍCIE CELULAR: A maioria das moléculas de sinalização é
hidrofílica e, por isso, incapaz de atravessar a membrana da célula-alvo; elas se ligam a
receptores de superfície que, por sua vez, geram sinais no interior da célula-alvo.
(B) RECEPTORES INTRACELULARES: Algumas moléculas de sinalização pequenas se
difundem através da membrana plasmática e se ligam a proteínas receptoras no interior da
célula-alvo – no citosol ou no núcleo. Muitas dessas moléculas pequenas são hidrofóbicas e
pouco solúveis em soluções aquosas; por isso, são transportadas, na corrente sanguínea ou
em outros fluidos extracelulares, ligadas a proteínas carreadoras, das quais se dissociam
antes de entrar na célula-alvo.
CADA CÉLULA ESTÁ PROGRAMADA PARA RESPONDER A COMBINAÇÕES
ESPECÍFICAS DE SINAIS EXTRACELULARES
● Cada tipo celular exibe um conjunto de receptores que o torna capaz de responder a
um conjunto correspondente de moléculas de sinalização produzidas por outras células.
Essas moléculas de sinalização agem em várias combinações para regular o
comportamento da célula. Uma célula requer múltiplos sinais para sobreviver, e sinais
adicionais para crescer e se dividir ou se diferenciar. Se a célula for privada dos sinais de
sobrevivência apropriados, ela sofre uma forma de suicídio, conhecido como apoptose.
Apesar de não mostrado, algumas moléculas de sinalização extracelular atuam na inibição
destes e de outros comportamentos celulares, ou mesmo na indução da apoptose.
EXEMPLO: diferentes respostas induzidas pelo neurotransmissor acetilcolina:
- CÉLULA MARCA-PASSO CARDÍACA: redução na velocidade de contração
- CÉLULA DA GLÂNDULA SALIVAR: secreção
- CÉLULA MUSCULAR ESQUELÉTICA: contração
EXISTEM TRÊS CLASSES PRINCIPAIS DE PROTEÍNAS RECEPTORAS DE SUPERFÍCIE
CELULAR
(A) Receptores acoplados a canais iônicos (também chamados de canais iônicos
controlados por transmissores): estão envolvidos na sinalização sináptica rápida entre as
células nervosas e outras células-alvo eletricamente excitáveis, como os neurônios e as
células musculares. É mediado por um pequeno número de neurotransmissores que abrem
ou fecham temporariamente um canal iônico formado pela proteína à qual se ligam,
alterando por um curto período a permeabilidade da membrana plasmática aos íons e,
dessa forma, alterando a excitabilidade da célula-alvo pós-sináptica.
(B) receptores acoplados à proteína G: atuam indiretamente na regulação da atividade de
uma proteína-alvo ligada à membrana plasmática, que pode ser tanto uma enzima como um
canal iônico. A interação entre o receptor e essa proteína-alvo é mediada por uma terceira
proteína, chamada de proteína trimérica de ligação a GTP (proteína G)
(C) receptores acoplados a enzimas: funcionam como enzimas, ou estão associados
diretamente a enzimas ativadas por eles. Geralmente, são proteínas transmembrana de
passagem única, cujo sítio de interação com o ligante está do lado de fora da célula e cujo
sítio catalítico, ou de ligação à enzima, está do lado de dentro
OS RECEPTORES DE SUPERFÍCIE CELULAR TRANSMITEM OS SINAIS ATRAVÉS DE
MOLÉCULAS SINALIZADORAS INTRACELULARES
➔ Moléculas sinalizadoras intracelulares transmitem no interior da célula sinais
recebidos pelos receptores de superfície celular. A cadeia de eventos de sinalização
intracelular resultante altera proteínas-alvo que serão responsáveis pela modificação do
comportamento da célula
➔ SEGUNDOS MENSAGEIROS: moléculas sinalizadoras intracelulares são
substâncias químicas pequenas. São gerados em grande quantidade em resposta à
ativação do receptor e se difundem rapidamente para longe de sua fonte de produção,
transmitindo o sinal para outras partes da célula.
➔ A maioria das moléculas sinalizadoras intracelulares são proteínas que auxiliam na
transmissão do sinal pela geração de segundos mensageiros ou pela ativação da proteína
seguinte na via sinalizadora ou efetora. Muitas se comportam como comutadores
moleculares. Quando recebem um sinal, elas passam do estado inativo para o ativo, até que
outro processo as inative, retornando-as ao seu estado original. A inativação é tão
importante quanto a ativação. Para que uma via de sinalização, após transmitir um sinal,
possa se recuperar e ficar preparada para transmitir outro sinal, cada molécula ativada deve
retornar ao seu estado inativo inicial.
A RELAÇÃO ENTRE O SINAL E A RESPOSTA VARIA NAS DIFERENTES VIAS DE
SINALIZAÇÃO
Sistemas de sinalização não trabalham exatamente da mesma maneira: cada um
desenvolveu comportamentos especializados que produzem uma resposta apropriada para
a função celular controlada por esse sistema.
1. O tempo de resposta varia drasticamente em diferentes sistemas de sinalização, de
acordo com a velocidade requerida para a resposta.
2. A sensibilidade aos sinais extracelulares pode variar muito
3. A variação dinâmica de um sistema de sinalização está relacionada com sua
sensibilidade
4. A persistência de uma resposta pode variar muito.
5. O processamento do sinal pode reverter um sinal simples em uma resposta
complexa
6. A integração permite que uma resposta seja controlada pelo recebimento de
múltiplos sinais.
7. A coordenação de respostas múltiplas em uma célula pode ser alcançada por um
único sinal extracelular.
AS CÉLULAS PODEM AJUSTAR SUA SENSIBILIDADE AO SINAL
As células e os organismos são capazes de detectar a mesma porcentagem de variações
de um sinal em uma escala muito ampla de intensidade do estímulo em resposta a muitos
tipos de estímulos. As células-alvo conseguem isso por meio de um processo reversível de
adaptação, ou dessensibilização, pelo qual uma exposição prolongada a um estímulo reduz
a resposta celular.
SINALIZAÇÃO POR MEIO DE RECEPTORES ACOPLADOS A ENZIMAS
Os receptores acoplados a enzimas são proteínas transmembranas, com seu domínio de
interação com o ligante localizado na superfície externa da membrana plasmática. Seu
domínio citosólico, entretanto, em vez de estar associado a uma proteína G trimérica,
associa-se diretamente a uma enzima ou tem atividade enzimática intrínseca