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Disciplina de Fisiologia Humana
Seminário: Proteína G e Mensageiros intracelulares – Conceito, classificação, substâncias, aplicação e importância funcional.
Acadêmicos: Pablo R. Gomes e Laura Lopes		Módulo: 125		Apresentação: 13/04/2011
Resumo Geral
TRANSDUÇÃO DE SINAIS: Agrupam-se os receptores com o tipo de resposta quando a molécula sinalizadora se liga ao receptor. Existem quatro processos principais de transdução, os receptores são classificados nos seguintes grupos:
RECEPTORES IONOTRÓPICOS: É uma resposta rápida. Determinam a abertura ou o fechamento de canais e produzindo despolarizações (potenciais de resposta excitatória) ou hiperpolarizações (potencial de resposta inibitória). O mecanismo de ação destes receptores pode ser de duas formas: 
Via sinalização extracelular através da ação de um neurotransmissor, o qual se une ao receptor e provoca a abertura do canal iônico, como é o caso, por exemplo, do receptor de Acetilcolina, abrindo os canais de Na+; 
A sinalização também pode ser intracelular, modificando o potencial de membrana e, assim, induzindo a abertura do canal.
RECEPTORES METABOLOTRÓPICOS: Possuem resposta lenta. Alguns neurotransmissores ligam-se aos receptores, os quais são proteínas sinalizadoras da membrana. Tais proteínas ligam-se as proteínas G. Quando uma molécula de neurotransmissor liga-se a um receptor metabolotrópico, uma subunidade da proteína G dissocia, conectando-se a um canal iônico e abrindo-o ou estimulando a síntese de um segundo mensageiro. Ex.: Hormônios adrenérgicos e a própria acetilcolina.
RECEPTORES LIGADOS A TIROSINA CINASE: A ligação do neurotransmissor, usualmente um hormônio ou um fator de crescimento estimula a fosforilação de um radical de tirosina numa proteína intracelular, desencadeando uma seqüência de eventos que causam uma resposta lenta.
RECEPTORES LIGADOS AO DNA: São chamados de receptores esteróides, são proteínas intracelulares que se ligam ao transmissor (esteróide ou hormônio tireoidiano). Essa ligação provoca alterações conformacionais que estimulam a transcrição do DNA no núcleo.
PROCESSO DE COMUNICAÇÃO CELULAR: 
ENDÓCRINA: As moléculas sinalizadoras são chamadas hormônios e chegam à célula alvo transportadas pelo sangue.
PARÁCRINA: As moléculas agem apenas no local, atuando sobre as células que estão próximas, sendo rapidamente inativada. Quando a sinalização parácrina atua sobre o mesmo tipo celular que a sintetizou, recebe o nome de sinalização autócrina.
SINAPTICA: Exclusivamente do tecido nervoso e muscular, onde moléculas neurotransmissoras agem através de contatos celulares especializados denominados sinapses. As sinapses são divididas em dois grupos:
Sinapse química (lenta): O sinal de entrada é transmitido por um neurotransmissor na fenda sináptica, o qual é detectado pela outra célula através da ativação de receptores situados na fenda pós-sináptica. A ligação química do neurotransmissor aos receptores nicotínicos causa uma série de mudanças fisiológicas na célula que recebe o sinal. Normalmente a liberação sinalizadora do primeiro neurônio (chamado pré-sináptico) é causada por uma série de eventos intracelulares evocados por uma despolarização de sua membrana, quando um potencial de ação é gerado.
Sinapse elétrica (rápida): permite a transferência direta da corrente iônica de uma célula para a célula seguinte. As sinapses elétricas ocorrem em locais especializados chamados junções GAP. Elas formam canais que permitem que os íons passem diretamente do citoplasma de uma célula para o citoplasma da outra. Dessa forma, fazendo com que todas as células trabalhem juntas, como uma única unidade. Os exemplos mais comuns são a musculatura cardíaca e lisa.
EXEMPLOS DE SINALIZADORES EXTRACELULARES: 
RECEPTORES DE MEMBRANA: São proteínas com certas características em comum: um domínio extracelular que liga um mensageiro químico, um ou mais domínio através da membrana que são hélices (α) e um domínio intracelular que inicia a transdução de sinal. Quando o ligante se liga ao domínio extracelular de seu receptor, ele causa alterações conformacional que é comunicada para o domínio intracelular pela hélice α rígida do domínio transmembrana. O domínio intracelular ativado inicia uma rota de transdução de sinal característica que em geral envolve a ligação a uma proteína intracelular da transdução de sinal específica.
Receptores de proteína G – Muscarinicos, adrenérgicos, dopaminérgicos, serotonérgicos, opióides, receptores de peptídeos, purínicos, etc.
Receptores Autônomos - Mais detalhado no livro Linda S. Custando 3 Ed. (tabela pág. 57 e 58)
PROTEÍNA G: Está ligada a porção do receptor que se projeta para dentro da célula e recebe esse nome pela capacidade de se ligar com ao nucleotídeo guanosina. A proteína G pode ser formada de duas maneiras: apenas por uma subunidade (Proteína G Monomérica) ou um trímero de subunidades (Proteína G Heterotrimérica).
PROTEÍNA G (MONOMÉRICA): 
Uma única subunidade que liga e hidrolisa o GTP;
Estão divididas em cinco famílias: Ras, Rho, Arf, Rab e Ran;
Em geral estão ligadas a uma membrana lipídica por uma âncora lipídica, porém pode ser encontrada livre no citosol e no núcleo;
Tem papeis fisiológicos na: regulação do crescimento, morfogênese, motilidade celular, direcionamento axiomal, citocinese, tráfego através do complexo de Golgi;
Atuações importantes da proteína G na célula:
Regulam a associação e atividade de complexos protéicos;
Ativa proteínas de transcrição no núcleo;
Controla a organização do citoesqueleto e a expressão gênica
Encontrada em formas mutantes oncogênicas em muitos tumores humanos;
Direciona as vesículas envolvidas nas rotas secretoras e endocíticas;
Sua atividade é regulada por proteínas acessórias (GAP, GAP, GEF e GDI);
GAP Aumenta a velocidade de hidrólise do GTP e, portanto, a velocidade de dissociação do complexo Proteína G – Proteína Alvo.
GEF Aumenta a velocidade de troca do GDP-ligado pelo GTP.
GDI Se ligam ao complexo GDP-Proteína G e inibe a dissociação do GDP, mantendo a proteína G inativada.
PROTEÍNA G (HETEROTRIMÉRICA):
É formada por três componentes distintos, um componente alfa (α), que é a porção “ativadora” da proteína G, e os componentes beta (β) e gama (γ);
Está ancorada a membrana plasmática, tendo seu deslocamento em função do mosaico fluído da membrana;
Representam intermediários transdutores de sinais entre um determinado receptor e seu efetor;
As subunidades αβγ possuem atividades enzimáticas;
Existem variações de proteínas G, as mais conhecidas são a Gs (possui atividade estimulatória da enzima adenilil ciclase), a Gi (possui atividade inibitória da enzima adenilil ciclase), a Gp (ativa a fosfolipase específica do fosfoinosídeo) e a Go (regula os canais iônicos no cérebro);
Possui um estado de repouso αβγ+GDP e um estado ativado α+GTP;
Papéis fisiológicos dependentes da proteína G heterotrimérica:
Abertura de canais iônicos específicos na membrana;
Ativação do monofosfato de adenosina cíclico (AMPc) ou monofosfato de guanosina cíclico (GMPc);
Ativação de uma ou mais enzimas intracelulares;
Ativação da transcrição gênica;
Ex.: mudanças estruturais de neurônios, especialmente em processos de memória de longa duração.
Hidrólise do glicogênio em glicose;
Ruptura das moléculas de triglicerídeos;
Estímulo da síntese de estrógeno e progesterona;
Retenção de água pelos rins;
Batimentos cardíacos e força dos batimentos.
Funcionamento da proteína G heteromérica:
1°- O receptor é ocupado por uma molécula agonista (ligante que se une aos receptores e aumenta a proporção dos que estão em forma ativa), sofrendo alterações conformacionais, criando afinidade pela proteína G.
2°- A associação do complexo αβγ + GDP com o receptor provoca a dissociação do GDP e ligação com o GTP.
3°- Esse processo desencadeia a dissociação da subunidade α-GTP das subunidades βγ.
4°- O α-GTP se difunde pela membrana plasmática podendo associar-se a enzimas ou canais iônicos, provocando sua ativação ou inativação.5°- O processo acaba quando ocorre a hidrólise do GTP em GDP.
6°- O α-GDP resultante dessa hidrólise se dissocia do efetor e volta a reorganizar, junto com as subunidades βγ, o complexo αβγ, concluindo o ciclo. 
Esse mecanismo é generalizado, pois um único complexo agonista-receptor pode ativar diversas proteínas G e cada uma dessas pode permanecer associada à enzima efetora durante o tempo necessário para produzir muitas moléculas de produto que é freqüentemente um segundo mensageiro;
Cada molécula de proteína receptora pode ativar muitas proteínas G;
Cada proteína G ativa uma molécula da enzima adenilil ciclase;
A enzima adenilil ciclase catalisa a conversão de muitas moléculas de ATP em AMPc criando, assim, uma resposta biológica potencializada.
SISTEMA ADENILIL CILASE: 
Catalisa a formação do AMPc a partir do ATP;
Atua como segundo mensageiro;
É ativada pela proteína Gs e inativada pela proteína Gi; 
O AMPc ativa a proteína cinase, responsável pela ativação de outras enzimas através da fosforilação;
O AMPc encontra-se apenas na membrana plasmática;
É ativado pela proteína Gs e inativada pela proteína Gi;
Funções fisiológicas dependentes do AMPc:
Metabolismo energético; 
Divisão celular;
Diferenciação celular;
Transporte de íons;
Função de canais iônicos; 
Influência sobre proteínas contrateis do músculo liso.
SISTEMA GUANILIL CICLASE: 
Catalisa a formação de GMPc a partir do GTP;
Possui características semelhantes ao AMPc ;
Ativa uma proteína cinase;
O GMPc esta em menor número que o AMPc no citoplasma;
Pode estar livre no citosol ou associado à membrana plasmática 
Pode ser sintetizada pelo aumento de Ca²+ citosolico ou por produtos de degradação lipídica;
Pode ser ativado pela proteína G;
O aumento no nível de NO ativa a guanilil ciclase aumentando o nível GMPc.
Funções fisiológicas dependentes de AMPc:
Vasodilatação 
Secreções intestinais
Fototransdução retiniana
SISTEMA FOSFOLIPASE C:
Degrada fosfoinositídeos da membrana celular;
Traduz sinais extracelulares em intracelulares;
Quando inativada degrada o fosfatidil inositol 4,5 bifosfato (PIP2) - fosfolipídio da membrana plasmática;
Essa degradação forma dois mensageiros: 
Diacil glicerol (DAG) 
Inositol 1,4,5 trifosfato (IP3)
É ativada pela proteína Gp;
SISTEMA FOSFOLIPASE C – IP3:
Consiste em liberar Ca²+ dos depósitos intracelulares (reticulo endoplasmático);
O IP3 se liga a um receptor na membrana do reticulo endoplasmático e ativa os canais de Ca²+, promovendo o aumento da concentração desse íon no LIC;
O Ca²+ torna-se então um terceiro mensageiro que vai interferir em outros processos metabólicos;
Complexo Cálcio – Calmodulina:
A calmodulina é uma proteína citosólica ligadora de Ca²+, pode ligar até quatro íons Ca²+, formando o complexo Ca²+ - Calmodulina;
Regula atividades de proteínas (enzimas) por causar alterações conformacionais no sítio catalítico ativo ou por bloquearem esse sítio;
Pode se ligar a diversas proteínas diferentes e regular sua função;
Ativa a proteína cinase A (regula diferentes rotas metabólicas, participando de cascatas de fosforilação);
Quando o Ca²+ se liga a subunidade da calmodulina-glicogênio-fosforilase cinase no músculo, sofre alterações conformacionais e ativa a cinase, a qual fosforila o glicogênio-fosforilase, aumentando a geração de ATP para fornecer energia a contração muscular;
O Ca²+ atua também se ligando a troponina C (um membro da família Ca²+ - Calmodulina) e ativando a contração muscular.
Respostas a elevação de Ca²+ intracelular:
Contração no músculo liso;
Aumento da força contrátil do miocárdio;
Secreção de glândulas exócrinas;
Liberação de neurotransmissores e de hormônios;
Regulação de canais iônicos.
SISTEMA FOSFOLIPASE C – DAG:
Tem função de ativar a proteína cinase C (enzima ligada à membrana plasmática e controla a fosforilação de radicais serina e de treonina em diversas proteínas intracelulares);
Logo após o termino do processo, o PIP2 é reconstituído através da fosforilação do DAG e da desfosforilação do IP3, reorganizando o fosfolipídio inicial.
Funções dependentes da fosfolipase C:
Liberação de hormônios;
Aumento/redução da liberação de neurotransmissores;
Excitabilidade neuronal;
Contração/relaxamento do músculo liso;
Resposta inflamatória;
Geração de tumores;
Dessensibilização de receptores;
Estimulação de transportes iônicos.
SISTEMA FOSFOLIPASE A2:
É ativada pela proteína G;
Degrada o acido aracdônico; 
Os metabólitos do acido aracdônico atuam como segundos mensageiros podendo sair da célula e atuar em outra célula-alvo local;
 Também foi observado que o ácido aracdônico funciona como mensageiro intracelular controlando os canais de potássio.
SISTEMA DE CANAIS IÔNICOS:
Desempenham papel fundamental no sistema de transmissão de sinais intracelulares, através de íons sinalizadores;
São poros existentes na bicamada lipídica das membranas plasmáticas;
São providos de mecanismos de portão ou comporta (aberto, fechado ou estado refratário);
Possui seletividade iônica;
Podem se abrir em resposta a estímulos como:
Variação da voltagem do potencial de membrana;
Estimulação mecânica;
Estimulação fotoelétrica;
Ligação de uma molécula sinalizadora (ligante) a um receptor, o ligante pode ser um mensageiro extracelular ou intracelular.
Dentre os mensageiros intracelulares está a proteína G, que interage diretamente com o canal iônico, sem a participação de segundos mensageiros (AMPc, GMPc ou PIP2);
Íons e funções dependentes:
K+ Pode deprimir ou estimular a excitabilidade celular, controla o potencial de repouso e o influxo de Ca²+;
Ca²+ Transportador de carga despolarizante, segundo mensageiro que regula a liberação de neurotransmissores, ativa vários sistemas enzimáticos e modifica diretamente a função de outros canais iônicos;
Cl ˉ Hiperpolarização da membrana e controle da excitabilidade;
Na+ Principal íon responsável pela despolarização da membrana no potencial de ação.
Bibliografias
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Netter, F; Hansen, J. Atlas de Fisiologia Humana de Netter. São Paulo. Artmed.
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