Sinalização celular

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SINALIZAÇÃO 
CELULAR
Prof. Dr. Cleber Machado de Souza
As células individualmente 
precisam “sentir” e “responder”
completamente ao seu ambiente
Introdução
Estes aspectos são importantes 
no contexto da sinalização celular
Introdução Introdução
E coli
Introdução
Estilos de 
sinalização
Tomando por base... 
Estilos de sinalização
A fonte de origem da molécula sinal/ligante
A localização dos receptores
Autócrina
Parácrina
Endócrina
Estilos de sinalização
Dependente de contato
Existem pelo menos quatro 
modelos gerais de sinalização 
Células neoplásicas
Sinalização autócrina Sinalização parácrina
Processo inflamatório
Sinalização endócrina Sinalização por contato
Desenvolvimento embrionário
Ainda existe outro estilo...
Neuronal
Estilos de sinalização Sinalização neuronal
Neurotransmissores
liberados nas sinapses
Princípios gerais da 
sinalização celular
Princípios da sinalização
1
2
3
4
Princípios gerais: 
As moléculas 
sinalizadoras
Princípios gerais: 
as moléculas 
sinalizadoras
Princípios gerais
Moléculas sinalizadoras...
Princípios gerais
A célula que está sinalizando... 
Produz uma 
molécula-sinal
Moléculas sinalizadoras...
Princípios gerais
Moléculas sinalizadoras...
Mediador 
local
Célula 
sinalizadora
Natureza 
química
Algumas ações
Fator de 
crescimento de 
epiderme (EGF)
Vários tipos 
celulares
Proteína
Estimula a proliferação de 
células epidérmicas
Fator de 
crescimento e 
transformação-β
(TGF-β)
Vários tipos 
celulares
Proteína
Inibe a proliferação celular; 
estimula a produção de MEC
Fator de 
crescimento de 
plaquetas (PDGF)
Vários tipos 
celulares
Proteína
Estimula a proliferação de 
muitos tipos celulares
Óxido nítrico (NO)
Células 
endoteliais
Gás dissolvido
Relaxamento da 
musculatura lisa
Princípios gerais
Moléculas sinalizadoras...
Princípios gerais
Moléculas sinalizadoras...
Princípios gerais
Moléculas sinalizadoras...
Princípios gerais
Moléculas sinalizadoras...
Transmitem os sinais via rotas 
intracelulares de sinalização
Primeiros 
mensageiros
Receptores
Princípios gerais
Moléculas sinalizadoras...
Princípios gerais
Moléculas sinalizadoras...
Princípios gerais
Moléculas sinalizadoras...
Dependem das características 
das moléculas sinalizadoras...
Tamanho (menores ou maiores)
Solubilidade (hidrofílica ou hidrofóbica)
Princípios gerais
Moléculas sinalizadoras...
Menores e hidrofóbicas
Hormônios esteróides
Hormônios da tireóideos
Retinóis
Vitamina D
Princípios gerais
Moléculas sinalizadoras...
Menores e hidrofóbicas
Princípios gerais
Moléculas sinalizadoras...
Princípios gerais
Moléculas sinalizadoras...
Princípios gerais
Menores e 
hidrofóbicas
Moléculas sinalizadoras...
Princípios gerais
Moléculas sinalizadoras...
Menores e 
hidrofóbicas
Princípios gerais
Moléculas sinalizadoras...
São muito grandes
ou muito hidrofílicas 
Características desfavoráveis
para atravessar a membrana
Maiores e hidrofílicas
Princípios gerais: 
receptores de 
superfície
Princípios gerais
Receptores de superfície...
Princípios gerais
Receptores de superfície...
Células-alvo...
Reconhecer
Responder à
molécula-sinal
Possuem proteínas receptoras...
Princípios gerais
Receptores de superfície...
A maioria desses receptores 
pertencem a três famílias:
Receptores associados a canais iônicos
Receptores associados a proteína G
Receptores associados a enzimas
Transformam o 
sinal químico...
Em sinais elétricos
Receptores de superfície...
Princípios gerais
Receptores associados a canais iônicos...
Com a ligação do 
neurotransmissor
O receptor muda 
sua conformação 
Receptores de superfície...
Receptores associados a canais iônicos...
Princípios gerais
Abrindo os canais
para a passagem 
dos íons...
Receptores de superfície...
Receptores associados a canais iônicos...
Princípios gerais
Receptores de superfície...
Princípios gerais
Receptores associados a canais iônicos...
Receptores de superfície...
Princípios gerais
Receptores associados a proteína G...
Receptores de superfície...
Princípios gerais
Receptores associados a enzimas...
Princípios gerais: 
proteínas de 
sinalização 
intracelular
Princípios gerais
Proteínas de sinalização intracelular...
Proteínas de sinalização intracelular...
Princípios gerais
Os sinais recebidos por receptores
localizados na superfície da célula
São transmitidos para o seu interior
Utilizando uma combinação de 
moléculas de sinalização...
Proteínas de sinalização intracelular...
Princípios gerais
Normalmente realizam a ativação
da sinalização pelo sistema de 
cascata de ativação...
Proteínas de sinalização intracelular...
Princípios gerais
Vários tipos de 
proteínas de 
sinalização 
intracelular
Várias funções
Proteínas de sinalização intracelular...
Princípios gerais
Proteínas transmissoras
Proteínas mensageiras
Proteínas moduladoras
Proteínas amplificadoras
Proteínas transdutoras
Proteínas de sinalização intracelular...
Princípios gerais
Proteínas adaptadoras
Proteínas de ancoramento
Proteínas de suporte
Proteínas de sinalização intracelular...
Princípios gerais
Domínios de ligação
São as regiões onde ocorrerão 
as interações entre as proteínas 
de sinalização intracelular...
Proteínas de sinalização intracelular...
Princípios gerais
Domínios de ligação
Cada um desses domínios de ligação 
se ligam a um “motivo estrutural 
particular” na proteína (ou no lipídeo)
Proteínas de sinalização intracelular...
Princípios gerais
Domínios de 
ligação
Proteínas de sinalização intracelular...
Princípios gerais
Proteínas de sinalização intracelular...
Princípios gerais
-> resíduos de tirosina fosforilados
SH2 (domínios de homologia com src 2)
-> seqüência pequena rica em prolina
SH3 (domínios de homologia com src 3)
Importantes domínios de ligação...
PTB (domínios de ligação à fosfotirosina) 
Proteínas de sinalização intracelular...
Princípios gerais
Proteínas de sinalização intracelular...
Princípios gerais
Proteínas de sinalização intracelular...
Princípios gerais
Outras proteínas de sinalização 
intracelular são pequenas...
Mediadores intracelulares pequenos
Segundos mensageiros
Proteínas de sinalização intracelular...
Princípios gerais
Algumas proteínas de sinalização 
intracelular comportam-se como
Comutadores moleculares
Ao receber um sinal elas passam do 
estado inativo para o estado ativo
Até que algum outro processo
as torne novamente inativas...
Proteínas de sinalização intracelular...
Princípios gerais
Proteínas de sinalização intracelular...
Princípios gerais
Proteínas de sinalização intracelular...
Princípios gerais
Princípios gerais: 
proteínas efetoras
Princípios gerais
Proteínas de sinalização intracelular... Proteínas efetoras...
Princípios gerais
São as que efetuam a mudança 
de comportamento da célula...
Os receptores 
de superfície
Receptores de superfície
A maioria desses receptores 
pertencem a três famílias:
Receptores associados a proteína G
Receptores associados a enzimas
Receptores associados a canais iônicos
Receptores 
associados a 
proteína G
Eles formam a família mais 
numerosa dos receptores 
de superfície celular...
Receptores associados a proteína G
Todos esses 
receptores possuem 
uma estrutura 
semelhante...
Receptores associados a proteína G
Cadeia polipeptídica única
Atravessa 7vezes bicamada
A ligação de um sinal extracelular
ao receptor da proteína G...
Receptores associados a proteína G
Desencadeia uma mudança 
conformacional no receptor...
Que torna o mesmo capaz de...
Ativar a proteína G
Receptores associados a proteína G Receptores associados a proteína G
É uma proteína 
intracelular de 
sinalização...
Proteína G ou proteína de ligação ao GTP...
Porém, elas se “ativam”
da mesma forma...
Existem vários tipos 
de proteínas G...
Receptores associados a proteína G
Proteína G ou proteína de ligação ao GTP...
Proteína G
Proteína G
Proteína G ou proteína de ligação ao GTP...
Receptores associados a proteína G
Todas são semelhantes
na sua estrutura geral
Proteína G ou proteína de ligação ao GTP...
Receptores associados a proteína G
Três subunidades (α-β-γγγγ)
Proteína G ou proteína de ligação ao GTP...
Receptores associados a proteína G
Subunidades α e γγγγ
Estão ligadas à
membrana por 
curtas caudas 
lipídicas
A subunidade α possui um GDP
Proteína G ou proteína de ligação ao GTP...
Receptores associados a proteína G
Proteína G ou proteína de ligação ao GTP...
Receptores associados a proteína G
Essa ativação separa as 
subunidades da proteína G
Subunidade α
Complexo βγγγγ
Proteína G ou proteína de ligação ao GTP...
Receptores associados a proteína G
Muda sua conformação...
Não muda sua conformação...
No estado ativado (separado)...
As subunidades poderão 
interagir diretamente...
Proteínas-alvo da membrana
Proteína G ou proteína de ligação ao GTP...
Receptores associados a proteína G
Proteína-alvo
Proteína G ou proteína de ligação ao GTP...
Receptores associados a proteína G
Como se “desliga” a 
proteína G ativada?
Proteína G ou proteína de ligação ao GTP...
Receptores associados a proteína G
A subunidade α é uma GTPase...
Proteína G
Proteína G
Proteína G ou proteína de ligação ao GTP...
Receptores associados a proteína G
Subunidade α acaba 
influenciando o tempo 
de ação da proteína G
Dessa forma...
Proteína G ou proteína de ligação ao GTP...
Receptores associados a proteína G
Proteína-alvo
Proteína G ou proteína de ligação ao GTP...
Receptores associados a proteína G
Regulador da proteína 
G sinalizadora (RGS)
A proteína G 
e suas rotas
Os alvos mais freqüentes das 
proteínas G são as enzimas:
Adenilato ciclase
Fosfolipase C
Proteína G_ativam enzimas
Produzem moléculas sinalizadoras intracelular
- Diacilglicerol
- AMP cíclico
-Trifosfato inositol
Segundos mensageiros
A rota do AMP 
cíclico pode ativar 
enzimas e genes
Rota do AMP cíclico
A subunidade α da proteína G
ativa a enzima adenilato ciclase
Induzindo a síntese de 
AMP cíclico a partir do ATP
Rota do AMP cíclico
O AMP cíclico induzirá a 
ativação de uma quinase...
Proteinoquinase dependente 
de AMP cíclico (PKA)
Rota do AMP cíclico
A PKA possui duas subunidades 
catalíticas e duas reguladoras
Rota do AMP cíclico
Rota do AMP cíclico
A ligação do AMP cíclico força 
uma mudança de conformação 
na subunidade regulatória...
Rota do AMP cíclico
Essa mudança...
Libera as duas subunidades 
catalíticas deixando a PKA ativa
Rota do AMP cíclico
PKA “ativada” catalisa a fosforilação
de aminoácidos específicos em 
proteínas intracelulares específicas
Molécula sinalizadora 
extracelular
Tecido-alvo Resposta inicial
Adrenalina Coração
↑ ritmo cardíaco e na força 
de contração
Adrenalina Músculo Degradação do glicogênio
Adrenalina, ACTH 
e Glucagon
Tecido adiposo Degradação da gordura
ACTH Glândula adrenal Secreção de cortisol
Rota do AMP cíclico
Rota do AMP cíclico
Enzima inativa envolvida 
no metabolismo do 
glicogênio
Respostas rápidas
Enzima ativada
ATP
ADP
P
P
Molécula sinalizadora 
extracelular
Tecido-alvo Resposta inicial
Adrenalina Coração
↑ ritmo cardíaco e na força 
de contração
Adrenalina Músculo Degradação do glicogênio
Adrenalina, ACTH 
e Glucagon
Tecido adiposo Degradação da gordura
ACTH Glândula adrenal Secreção de cortisol
Rota do AMP cíclico
Rota do AMP cíclico
Controla a síntese de hormônios
Respostas lentas
Rota do AMP cíclico
Uma segunda enzima...
Desativando a sinalização
Fosfodiesterases de AMP cíclico
Ao atingir o fim a que se destina...
Converte o AMP cíclico em AMP
Importância biológica
http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Distribution_of_the_cholera.PNG
Proteína G � cólera
Importância biológica
Bactéria (vibrio cholerae) produz 
no intestino a toxina colérica que 
traduz uma intensa diarréia...
A subunidade αααα perde a 
capacidade de hidrolisar o GTP
Importância biológica
Proteína G, adenilato
ciclase e AMPc
Proteína G, 
adenilato ciclase
e AMPc
Importância biológica
Os alvos mais freqüentes das 
proteínas G são as enzimas:
Adenilato ciclase
Fosfolipase C
Proteína G_ativam enzimas
- Diacilglicerol
- AMP cíclico
-Trifosfato inositol
A rota da 
fosfolipase C
Rota da fosfolipase C Rota da fosfolipase C
Fosfolipase C
Fosfatidilinositol
bi-fosfonado
[PI(4,5)P2]
Fosfatidil-inositol
Rota da fosfolipase C
4 4
5
Rota da fosfolipase C
“A cascata sinalizadora”
Proteína G ativa � fosfolipase C
Segundos mensageiros
Fosfatidilinositol bi-fosfonado
[PI(4,5)P2]
Rota da fosfolipase C
Inositol 1,4,5-trifosfato (IP3)
Diacilglicerol (DAG)
Segundos mensageiros
Rota da fosfolipase C
Retículo endoplasmático
Inositol 1,4,5-trifosfato (IP3)
Canais de cálcio
Liberando cálcio para o citosol
� abertura
Rota da fosfolipase C
Recruta uma
proteinoquinases
Diacilglicerol
(DAG)
Rota da fosfolipase C
Recruta proteinoquinases
Diacilglicerol (DAG)
PKC (proteoquinase C)
PKC 
(ativada)
+ cálcio
Rota da fosfolipase C
PKC ativada
Fosforila várias proteínas
Rota da fosfolipase C
Molécula sinalizadora 
extracelular
Tecido-alvo Resposta inicial
Vasopressina Fígado Glicogenólise
Acetilcolina Pâncreas Secreção de amilase
Acetilcolina Músculo liso Contração
Trombina Plaquetas Agregação
Rota da fosfolipase C
O cálcio funciona 
como um 
mensageiro 
intracelular
Após a fertilização
Contração muscular
Secreção de neurotransmissores
O aumento do cálcio cotossólico é
responsável 
O cálcio na rota da fosfolipase C
A ligação da molécula-
sinal ao receptor da 
proteína G regulam 
canais iônicos 
Proteína G_regulam canais iônicos
Proteína G_regulam canais iônicos
Visão e olfato dependem
desses receptores... Rotas de 
sinalização
Rotas de sinalização
Receptores 
associados a 
enzimas
Crescimento
Proliferação
Diferenciação
Sobrevivência
Receptores associados a enzimas
Foram identificados pelo seu papel na 
regulação de respostas celulares
Fatores de 
crescimento
As respostas desse tipo de 
sinalização são muito lentas*
Necessitando ocorrer muitas 
etapas de sinalização celular
Receptores associados a enzimas
Alterações gênicas
Receptores associados a enzimas
Proteína G
A porção citossólica do receptor se 
associa diretamente a uma enzima
ou tem atividade enzimática...
Receptores associados a enzimas
Classes dos receptores...
Receptor serino-treonino-quinase
Receptor associados a histidino-
quinase
Receptor guanilil-ciclase
Receptores associados a enzimas
Classes dos receptores...
Receptor tirosino-quinase
Receptor associado a enzima 
(com atividade de tirosino-quinase)
Receptor tirosino-fosfatase
Receptores 
tirosino-quinase
São proteínas transmembranas...
Possuem dois domínios...
Receptores tirosino-quinase (RTK)Com apenas uma α-hélice
Receptores tirosino-quinase (RTK)
Enzima tirosino-quinase
O domínio intracelular possui 
um sítio que funcionará como...
A ligação da molécula sinal 
ao domínio extracelular...
Induzirá a 
formação
Receptores tirosino-quinase (RTK)
Homodímero
Propiciando que as caudas 
dos 2 receptores interajam...
Ativando a função de quinase
Fosforilando mutuamente
as tirosinas das caudas 
citoplasmáticas dos receptores
Receptores tirosino-quinase (RTK)
Receptores tirosino-quinase (RTK)
ATP
ADP
P
ATP
ADP
P
A ativação das tirosina-quinases
criam ao longo da cauda dos 
receptores de tirosina-quinase
Sítios específicos
Receptores tirosino-quinase (RTK)
Além disso...
Para a ligação de proteínas 
de sinalização intracelular...
Receptores tirosino-quinase (RTK)
P P
P P
P P
P P
Proteínas de 
sinalização 
intracelular
Receptores tirosino-quinase (RTK)
Algumas vezes acaba sendo 
necessário a criação de um maior 
número de sítios específicos...
Receptores tirosino-quinase (RTK)
Pois, os sítios específicos criados na 
cauda desse receptor são insuficientes
Para os receptores de insulina e IGF-1
Nesses receptores os sítios 
específicos são criados por uma 
proteína de ancoramento...
Substrato-1 do receptor 
de insulina – IRS1
Receptores tirosino-quinase (RTK)
Receptores tirosino-quinase (RTK)
No receptor 
apenas 1 sítio
Na IRS-1 pelo 
menos 4 sítios
Rota dos 
receptores de 
tirosina-quinases
Essa rota, a partir da ligação
do sinal ao receptor, efetuará...
Rota dos RTKs
Proteína Ras
Grupo de quinases (MAPK)
Proteínas adaptadoras
Recrutamento de várias proteínas 
de sinalização intracelular...
Proteínas 
adaptadoras 
Proteínas de 
sinalização
intracelular
Proteínas 
adaptadoras
Proteínas adaptadoras
Ligadas diretamente aos sítios criados
nas caudas citossólicas dos receptores
GEFs
Proteínas adaptadoras
Podem ter “função de ancoramento”
para outras proteínas envolvidas
A proteína Ras
Todas as proteínas Ras
pertencem a superfamília 
das GTPases monoméricas
Proteína Ras
A proteína Ras “alterna” entre 
dois estados conformacionais
Que são modulados por duas 
proteínas relacionadas a Ras...
Proteína Ras
GEF e GAP
Ras
Ras
Proteína Ras
GAP
GEF
A proteína GEF necessita 
estar corretamente ancorada 
em proteínas adaptadoras...
Proteína Ras
Para assim conseguir “ajudar”
na ativação proteína Ras
GEFs
Proteína Ras
A proteína Ras em seu 
estado ativado conduz a...
Ativação de quinases...
Proteína Ras
Família das MAP-quinases
MAP-quinases
São quinases ativadas 
pela proteína Ras...
MAP-quinase
Que fosforilam aminoácidos 
serinas, tirosinas e treoninas
em proteínas-alvo... 
Promover: cascata de sinalização
Muitas quinases participam 
dessa cascata de fosforilação
MAP-quinase
Mas 3 dessas quinases constituem 
o módulo central dessa cascata...
Raf
Mek
Erk
GEFs
MAP-quinase
Vamos partir daqui...
MAP-quinase
MAP-quinase MAP-quinase
A última quinase (Erk) “fosforila”
proteínas específicas...
Que podem mudar a sua 
atividade protéica (1)
MAP-quinase
Podem mudar o padrão 
de expressão gênica (2)
MAPK
MAPKK
MAPKKK
MAP-quinase
Receptores associados 
a tirosino-quinase
dependem de enzimas 
tirosino-quinases
citoplasmáticas
Receptores associados a enzimas
Proteína G
A porção citossólica do receptor se 
associa diretamente a uma enzima
ou tem atividade enzimática...
Muitas vias de sinalização 
intracelular agem a partir dos 
receptores de superfície... 
Receptores associados a enzimas
Alterando a transcrição gênica
Diretamente para o núcleo
Receptores associados 
diretamente enzimas 
tirosino-quinase
citoplasmáticas
A via de sinalização 
conhecida por Jak-STAT
É uma das rotas mais diretas
Essa rota foi estudada com base 
no entendimento das respostas às 
infecções provocadas por vírus...
Receptores associados a enzimas
Os receptores para interferon
quando ativados...
Por sua vez, ativam uma classe 
de enzimas tirosino-quinases
que são residentes no citoplasma
Janus quinase
Receptores associados a enzimas Receptores associados a enzimas
Janus
Existem 4 tipos de Jaks:
Jak1
Jak2
Jak3
Tyk2
Receptores associados a enzimas Receptores associados a enzimas
Após a ativação das Jak´s... 
STAT
Faz-se necessário outro grupo 
de proteína para ocorrer o 
processo de sinalização
Receptores associados a enzimas
Existem 7 tipos de STAT
E cada uma 
delas possui 
um domínio 
SH2 
Ligação a cauda do receptor...
A rota Jak-STAT
Após a ligação do sinal ao receptor
ocorre a autofosfotilação das Jaks
interferons
Receptores associados a enzimas
Jaks-ativas fosforilam e ativam
sítios na cauda do receptor...
interferons
Receptores associados a enzimas (TK)
Esses sítios específicos, na cauda 
do receptor, atraem a proteína STAT
interferons
Receptores associados a enzimas (TK)
Agora... 
Receptores associados a enzimas
Jak irá fosforilar
a cauda da 
proteína STAT
Receptores associados a enzimas
Proteína STAT fosfatada...
Irá “soltar”
da cauda do 
receptor...
Formando uma 
estrutura em 
dímero
Esse dímero irá até o núcleo...
interferons
Receptores associados a enzimas
Receptores associados a enzimas
Que funcionará como 
fator de transcrição...
Tirosino-fosfatases (PTPs)
Receptores associados a enzimas
Para desligar as Para desligar as Para desligar as Para desligar as JaksJaksJaksJaks............
De todas as tirosino-fosfatases...
Duas são importantes...
Essas tirosinos-fosfatases são 
chamadas de SHP-1 e SHP-2
Receptores associados a enzimas
Elas possuem domínios SH-2
As tirosino-fosfatases (PTP) 
agem por dois mecanismos...
Receptores associados a enzimas
Por competição com os sítios 
de ligação das STATs
Desfosrorila e desliga a Jak
weees
weees
interferons
Tirosino-fosfatase
(SHP-1 ou SHP-2)
Receptores associados a enzimas (RATK)
P P
• 837(parte)-838(parte)-849-850-851-
852(parte)-
• 862 (parte), 863, 864
• 868-869-870-
• 879,880,881
• 887(parte)-
888-889-890-891-892-893-896(parte)-897
SINALIZAÇÃO 
CELULAR
Prof. Dr. Cleber Machado de Souza