Sinalização por cálcio

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SINALIZAÇÃO CELULAR POR CÁLCIO 
 
Cálcio é um sinalizador intracelular responsável por controlar inúmeros processos celulares. A ação é 
simples: células em repouso possuem concentração intracelular de cálcio ao redor de 100 nM, e são ativadas 
quando essa concentração passa, grosseiramente, para 1000 nM. A sinalização por Ca+2 é um mecanismo 
versátil por sua velocidade, amplitude e padrão tempo-espaço, usando um arsenal de componentes sinaliza-
dores, que agem em diferentes padrões de tempo e espaço. 
A CAIXA DE FERRAMENTAS DA SINALIZAÇÃO POR CÁLCIO 
A rede de sinalização por cálcio divide-se em quatro subunidades: 
 A sinalização é desencadeada por um estímulo 
que gera vários sinais mobilizadores de Ca+2; 
 O último ativa o mecanismo que coloca Ca+2 
dentro do citoplasma; 
 Ca+2 funciona como um mensageiro para esti-
mular vários processos sensíveis a Ca+2; 
 Os mecanismos de saída (bombas e trocado-
res) removem o Ca+2 do citoplasma, restauran-
do o estado de repouso. 
GERAÇÃO DE SINAIS MOBILIZADORES DE CÁLCIO 
Células geram sinais de Ca+2 ao usar os fornecedores 
internos e externos de cálcio; os internos relacionam-se ao 
sistema de membranas do retículo endoplasmático, cuja liberação é controlada por uma série de canais, 
como o receptor de inositol-1,4,5-trifosfato e o receptor de rianodina. O principal ativador desses canais é o 
próprio Ca+2, causando uma liberação de Ca+2 dependente de Ca+2. 
MECANISMOS “ON” 
Esses mecanismos dependem dos canais 
de Ca+2 que controlam a entrada de cálcio do 
meio externo ou o influxo de cálcio de reserva-
tórios internos. Os canais dependentes de vol-
tagem são os mais conhecidos pela entrada de 
cálcio do meio extracelular. 
Ca+2 de reservatórios intracelulares tam-
bém dependem de canais e mensageiros como 
os do meio extracelular. Os mais conhecidos 
são os InsP3Rs e o RYR, regulados por muitos 
fatores, sendo o mais importante o próprio 
cálcio, que regula a saída de Ca+2. Aumentar o 
nível de cálcio no lúmen do retículo aumenta a 
sensibilidade desses receptores. Já a ação cito-
sólica do cálcio é mais complexa: em geral, 
pequenas concentrações de cálcio (100 – 300 
nM) são estimulatórias, enquanto grandes 
concentrações (> 300 nM) são inibitórias e 
desligam o canal. 
PROCESSOS SENSÍVEIS A CA+2 
Uma vez que os mecanismos “ON” gera-
ram um sinal de cálcio, vários processos tradu-
zem esse sinal em respostas celulares. Há diver-
sas proteínas que ligam cálcio, que se dividem 
em amortecedores e sensores. Os sensores 
clássicos são a troponina C e a calmodulina, 
que ligam Ca+2 e promovem uma mudança con-
formacional que ativa vários efetores. A tropo-
nina controla a interação entre actina e miosina na contração muscular; a calmodulina regula muitos outros 
processos, como a contração do músculo liso, a transcrição de genes e a modulação de canais iônicos. Uma 
mesma célula pode usar sensores diferentes para modular processos diferentes. 
MECANISMOS “OFF” 
Uma vez que o cálcio exerceu sua função sinalizadora, ele é rapidamente removido do citosol por bom-
bas e trocadores. A Ca2+-ATPase da membrana plasmática e os trocadores Na+/Ca2+ mandam cálcio para fora, 
enquanto a ATPase do retículo manda o cálcio de volta aos compartimentos intracelulares. 
A mitocôndria sequestra Ca+2 durante o desenvolvimento do sinal e devolve lentamente durante a fase 
de recuperação. Isso ajuda a modular a amplitude e o padrão da sinalização. A mitocôndria possui uma ca-
pacidade enorme de acumular cálcio, e sua matriz possui amortecedores que previnem um aumento muito 
absurdo na concentração do íon. Assim que o nível de cálcio no citosol chegou ao repouso, um trocador 
Na+/Ca+2 da mitocôndria empurra o cálcio para o citoplasma, de onde ele é removido ou para o retículo ou 
para o exterior. 
 
ASPECTOS GLOBAIS DA SINALIZAÇÃO POR CÁLCIO 
 
EVENTOS ELEMENTARES 
Os diferentes tipos de sinalização por Ca+2 resultam dos 
diferentes graus de excitabilidade dos receptores InsP3Rs e 
RYR frente aos níveis dos mensageiros mobilizadores de cálcio 
apropriados. Em pequenos níveis de estimulação, o grau de 
excitabilidade abre canais individuais, evento chamado de 
quark ou blip (RYR e Ins, respectivamente). Esses são os even-
tos fundamentais de sinais mais complexos, como a abertura 
coordenada de grupos de receptores (puffs ou sparks, relacio-
nados a Ins e RYR). 
ONDAS DE CÁLCIO 
Puffs e sparks contribuem para sinais intracelulares de 
Ca+2, como as ondas que varrem as células. Para que elas o-
corram, é necessário que os receptores sejam sensíveis o sufi-
ciente ao cálcio para que respondam à liberação de cálcio 
induzida por cálcio. Um grupo libera Ca+2, que difunde-se pe-
los receptores da vizinhança. Com junções gap, essas ondas 
intracelulares podem espalhar-se para as células vizinhas, 
criando ondas capazes de coordenar a atividade de várias 
células. 
 
ASPECTOS TEMPORAIS DA SINALIZAÇÃO POR CÁLCIO 
 
Sinais de cálcio são geralmente breves. Células geralmente respondem a mudanças na intensidade do 
estímulo variando a frequência das ondas de cálcio. As duas proteínas que parecem decodificar a frequência 
das ondas são a proteína quinase II e a proteína quinase C, ambas dependentes de Ca+/calmodulina. Isso é 
usado para controlar processos como o metabolismo do fígado, a contração do músculo liso e a transcrição 
de genes. 
 
A VERSATILIDADE DA SINALIZAÇÃO POR CÁLCIO 
 
FERTILIZAÇÃO 
Durante a fertilização, óvulos geram traços regulares de Ca+2, que iniciam o desenvolvimento. Cada tra-
ço espalha-se pelo óvulo através de receptores Ins; o aumento no inositol necessário para suportar essas 
ondas pode ter sido gerado por uma única fosfolipase C transferida ao óvulo pelo espermatozoide na fertili-
zação. Esse padrão regular de cálcio estimula a proteína quinase II, que age através do CDC25 (uma fosfata-
se), desfosforilando a quinase dependente de ciclina 1, que ativa a ciclina B e o término da meiose.