Aula 02 Síntese, Estocagem e degradação de neurotransmissores

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BIOQUÍMICA - AULA 2
Síntese, Estocagem e Degradação de Neurotransmissores
Potencial de repouso em neurônios: no estado de repouso, um gradiente elétrico é mantido através da membrana neuronal criando um potencial de repouso na membrana. 
As células dos mamíferos contém transportador Na+/K+ do tipo P que utiliza ATP como a força de transporte de Na+ e K+. Este transportador contém uma enzima de membrana que requer Na+ e K+ para catalisar a hidrolise de ATP (Na+/K+ -ATPase).
O gradiente químico direciona os íons Na+ e o Ca2+ para dentro produzindo despolarização e o K+ para fora produzindo hiperpolarização. Além de direcionarem o Cl- para fora, produzindo despolarização. 
Canais de voltagem: proteínas de membrana que mudam sua conformação com a variação de cargas. Esta mudança de conformação abre o canal quando a diferença de potencial elétrico através da membrana decresce (menos negativo em relação ao valor basal).
Na célula neural: os canais são abertos em uma região particular da membrana durante uma fração de milisegundos. A despolarização localizada causa mudança conformacional na vizinhança. Assim estes canais abrem momentaneamente permitindo o processo prosseguir ao longo do axônio. A polarização e despolarização progressiva ao longo do axônio permite o impulso ser propagado sem diminuir sua amplitude.
A transmissão do impulso elétrico é um processo continuo no tecido nervoso e é a energia do ATP gerado no metabolismo da glicose que mantém o sistema operando.
Neurônios interagem entre si via sinapse elétrica ou química.
A sinapse elétrica é formada no espaço entre o neurônio pré-sináptico e o pós-sináptico (junta). Nos animais, as sinapses elétricas coexistem com as sinapses químicas. 
Existem dois tipos de sinapse química: em uma, o neurotransmissor liga-se diretamente a um canal de íons e causa sua “abertura” ou “fechamento” por mudança conformacional; na outra, o neurotransmissor liga-se a um receptor que libera ou leva a geração de um segundo mensageiro que poderá reagir com um canal de íons, levando este se abrir ou fechar.
 A transmissão via sinapse química é um processo de 5 etapas:
Síntese do neurotransmissor;
Estocagem do neurotransmissor;
Liberação do neurotransmissor;
Ativação de receptores pós-sinápticos dos neurotransmissores;
Inativação de neurotransmissores.
Propriedades funcionais dos receptores químicos:
Encontram-se no terminal axonal pré-sináptico estocadas em vesículas;
 As enzimas necessárias a sua síntese estão presentes no neurônio pré-sináptico;
 A estimulação sob condições fisiológicas resultam em sua liberação;
 Existência de mecanismo para o término de sua ação na fenda sináptica.
Síntese de neurotransmissores
Mais de 100 substâncias neurotransmissoras são sintetizadas. Essas substâncias são divididas em três categorias: aminas biogênicas, aminoácidos e peptídeos. 
Exemplos de neurotransmissores 
Excitatórios: acetilcolina, aspartato, dopamina, histamina, norepinefrina, epinefrina, glutamato, serotonina.
Inibitórios: GABA e glicina. 
Classe de moléculas neurotransmissoras: 
Moléculas pequenas: acetilcolina, aminas biogênicas, dopamina, norepinefrina, epinefrina, serotonina e histamina.
Aminoácidos: GABA, glutamato e glicina.
Peptídeos: muitos
Não convencionais: óxido nítrico, monóxido de carbono, fatores de crescimento.
Síntese de pequenas moléculas neurotransmissoras: são sintetizadas em qualquer parte do neurônio, no citoplasma próximo ao núcleo ou no axônio próximo ao terminal sináptico. Exemplo: a síntese de Ach ocorre dentro do terminal nervoso e é catalisada pela enzima colina acetiltransferase. A acetilcolina é sintetizada a partir de colina e acetato, e é encontrada em vários pontos do SNC e Periférico e em todas as junções neuromusculares. 
A serotonina é sintetizada a partir do triptofano. Sofre hidroxilação (Triptofano 5- Hidroxitriptofano), com a reação catalisada pela enzima Triptofano Hidroxilase. Depois, sofre descarboxilação (5- Hidroxitriptofano Serotonina), catalisada pela enzima Hidroxitriptofano Descarboxilase. Essa serotonina é sintetizada no SNC e nas células cromafins. 
As catecolaminas são sintetizadas a partir da tirosina. Primeiro ocorre hidroxilação, convertendo a tirosina em DOPA (catalisada pela enzima Tirosina Hidroxilase). Depois ocorre a descarboxilação de DOPA para dopamina (catalisada pela enzima DOPA Descarboxilase). Nas células que usam dopamina como neurotransmissor, a reação para nesta etapa. Depois a dopamina sofre uma nova hidroxilação (catalisada pela enzima Dopamina β-Hidroxilase), formando norepinefrina, água e desidroascorbato. Esta reação é irreversível. Finalmente, ocorre uma metilação (catalisada pela enzima Feniletanolamina N-metiltransferase), formando epinefrina e S-adenosil homocisteina. 
A síntese de peptídeos neurotransmissores ocorre no corpo da célula e exige transcrição gênica (no núcleo) e translação (no ribossomo). O neuropeptídio é processado no reticulo endoplasmático e enovelado (conformação) no aparelho de Golgi e em seguida estocado em vesículas no terminal axonal para ser liberado na fenda sináptica. Vários peptídeos são derivados do peptídeo pre-opiomelanocortina (POMC). Os neuropeptídios são responsáveis por mediarem respostas sensoriais e emocionais (fome, sede, desejo sexual, prazer e dor).
Estocagem de neurotransmissores
Ocorre em vesículas no terminal pré-sináptico. 
Vesículas sinápticas (VS) pequenas: estão livres ou ligadas a proteínas do citoesqueleto (actina).
Vesículas sinápticas (VS) grandes contem pequenas moléculas neurotransmissoras, peptídeos e enzimas (algumas também contem enzimas para sintetizar norepinefrina a partir da dopamina).
Biogênese das vesículas sinápticas: diverge da secreção constitutiva. As proteínas constituintes da membrana vesicular sináptica são sintetizadas no Retículo Endoplasmático Granular (REG) e carreadas em vesículas do Complexo de Golgi para o terminal pré-sináptico, mediante proteínas motoras (cinesina e dineína citoplasmática) ao longo de microtúbulos ou miosinas ao longo de filamentos de actina.
Liberação dos neurotransmissores: 
Entrada de cálcio (via canal de voltagem);
Mobilização das vesículas sinápticas; 
Ligação das vesículas a membrana, fusão e exocitose;
Reciclagem da vesículas.
Mobilização de vesículas sinápticas: O potencial de ação no nervo pré-sináptico abre o canal de voltagem de Ca2+, permitindo a entrada de Ca2+ no citoplasma.  Quando Ca2+ entra ativa Ca2+ -CaMquinases I e II. Esta última fosforila a proteína regulatória Sinapsina. Isto previne que as vesículas sinápticas se liguem a proteínas do citoesqueleto, resultando em um aumento da quantidade de vesículas livres.
A calmodulina (proteína do citoesqueleto) pode se ligar a Sinapsina e impedir competitivamente sua interação com a Actina.
As vesículas entram na zona ativa no terminal pré-sináptico
Proteínas especializadas atuam na fixação das vesículas à membrana. Estas proteínas se localizam na membrana das vesículas, outras na membrana pré-sináptica e algumas no citoplasma entre as membranas. A interação destas proteínas traz a vesícula para junto da membrana pré-sináptica. 
Exemplos de proteínas especializadas:
Sinaptofisina: proteína da membrana da vesícula. Contribui para formação de um canal da vesícula para a membrana pré-sináptica que permite a liberação das moléculas neurotransmissoras para a fenda sináptica.
Sinaptotagmina: proteína da membrana da vesícula que interage via Ca2+ dependência com proteínas da membrana pré-sináptica. Envolvida na fixação da vesícula à membrana.
Sintaxina: proteína da membrana plasmática pré-sináptica. A Sintaxina liga-se a Sinaptotagmina e media sua interação com os canais de Ca2+ no lado de liberação das moléculas neurotransmissoras. Também parece estar envolvida na exocitose.
Sinaptobrevina/VAMP (proteína de membrana associada a vesícula): envolvida no transporte e exocitose das vesículas. Tetanus e toxinas botulinum ligam-se a VAMP e causam uma vagarosae irreversível inibição da liberação das moléculas neurotransmissoras.
Rab3: Proteínas ligadas a GTP. Especificas para vesículas sinápticas e estão envolvidas na fixação e no processo de fusão da exocitose. 
SV-2: proteína de membrana.
Bomba de prótons vacuolar: ATPase de membrana envolvida no transporte de neurotransmissores.
Reciclagem das vesículas sinápticas: Após a fusão das vesículas com a membrana celular, a membrana vesicular se afasta e forma uma película constituída de proteína Clatrina que a separa da membrana pré-sináptica. A seguir, a película de Clatrina é removida e ocorre a reconstituição da vesícula. 
 Neurotoxinas botulínica e tetânica são as mais potentes toxinas proteicas bacterianas: quando estas proteínas entram na circulação, ligam-se com alta especificidade a superfície dos terminais nervosos periferais e, por endocitose, entram na célula neural.
 Toxina Botulínica atua localmente e bloqueia a liberação de neurotransmissores das vesículas. Ela se liga respectivamente a proteína SV2 e a sinaptotagmina, sendo internalizada por endocitose nas vesículas cobertas com clatrina. As vesículas endocitóticas acidificam e permitem a entrada por inserção, via membrana da cadeia B da toxina, e por inversão a cadeia A. Esta entra no citoplasma da célula neuronal e cliva SNAP-25, enquanto a cadeia B da neurotoxina rompe a cadeia da sinaptobrevina. A ruptura das proteínas SNARE interferem com a formação do complexo SNARE (proteínas específicas de ancoragem e fusão na zona ativa) estável que é necessário para a fusão exocítica das vesículas sinápticas.
Toxina tetânica é transportada ao longo dos axônios até a corda espinhal. Lá, atravessa a fenda sináptica e inibe os terminais dos interneuronios glicinérgicos. Como resultado, não ocorre regulação da inibição por feedback resultando na superexcitação do neurônio e na contração muscular.
Pequenas doses de neurotoxina botulínica (especialmente tipo A) injetadas no músculo, desenvolvem um bloqueio neuromuscular local de longa duração. Isto é devido ao bloqueio da liberação de acetilcolina que engatilha a contração neuromuscular. Este efeito tem sido empregado para liberar espasmos musculares e remover rugas por paralisia muscular local.
Ativação de receptores pós-sinápticos por neurotransmissores: 
Receptores ionotrópicos estão relacionados com os canais de íons. Possuem comunicação direta e rápida. Podem ser excitatórios ou inibitórios e geralmente são constituídos por proteínas com 5 subunidades embebidas na membrana celular.
Receptores metabotrópicos: formam um canal direto, com ação lenta. Podem ser inibitórios ou excitatórios, modulando vários processos fisiológicos. Composto de uma proteína transmembrânica constituída de 7 hélices que se conecta diretamente com a proteína G, que se conecta à uma terceira proteína que se liga a uma variedade de sinais intracelulares 
Inativação de neurotransmissores: 
Proteínas Transportadoras: proteínas transportadoras na membrana pré-sináptica transportam as moléculas neurotransmissoras de volta para a célula pré-sináptica, onde esta será novamente estocada ou sofrerá uma reação enzimática de ruptura da molécula. Ex: serotonina é reciclada desta maneira. Inibidores de reciclagem de serotonina são utilizados no tratamento da depressão. 
Difusão: Neuropeptídeos rapidamente se difundem no meio circundante, se afastando dos receptores.
Inativação Enzimática: Um exemplo é a acetilcolinesterase, uma enzima presente em todas as sinapses colinérgicas, que degrada a acetilcolina.
A ligação da molécula de GABA à proteína receptora (canal) causa uma mudança conformacional desta para uma forma mais aberta que permite um influxo de íons cloro (Cl-). 
Este influxo de ânions causa hiperpolarização da célula, inibindo a ação potencial.