Biossinalização: Vias de Transdução de Sinal

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Biossinalização
(transcrição)
(Scheila Maria)
- Vias de Transdução de Sinal: Quando há um ligante ligando-se a um receptor, a ligação ligante-receptor não é suficiente. Muitas vezes, há uma proteína dentro da célula. É a proteína G, que ativar uma enzima efetora (adeniliciclase ou fosfolipase C), que vai produzir segundos mensageiros, que vão desencadear a resposta celular. 
- O sinal representa a informação, que é detectada por receptores específicos. O sinal pode ser uma substância química, luz, hormônio, toque mecânico. Sempre vai haver conversão em uma resposta celular (contração, relaxamento, divisão, proliferação celular). Vários processos químicos estão envolvidos, principalmente na formação de segundos mensageiros.
- A conversão da informação, a partir de uma mudança química, é chamada de transdução de sinal. É um processo universal, de praticamente todas as células vivas. 
- Célula responde a: antígenos, sinais de desenvolvimento, fatores de crescimento, hormônios, luz, toque mecânico, neurotransmissores, odores, sabores.
- Sinalização por moléculas secretadas: endócrina, parácrina, autócrina. Hormônios devem participar de processos de sinalização celular, pois antes os livros traziam o conceito de que hormônio tinha que ser uma substância produzida por glândulas.
- Endócrina: o sinal é produzido por uma célula, cai na corrente sanguínea e atua num receptor de uma célula-alvo distante de onde ele foi produzido. 
- Parácrina: Neurotransmissores: Uma célula pré-sináptica secreta substâncias por exocitose e vai ativar o receptor no neurônio pós-sináptico. O receptor está próximo à célula que produziu a substância.
- Autócrina: A substância é secretada pela célula e o receptor pra substância está na própria célula. Ex: Prostaglandinas (autacóides). A plaqueta produz tromboxano e receptor para o tromboxano está na própria plaqueta. 
- O tromboxano pode ter sinalização autócrina e parácrina, pois ele também causa vasoconstrição. Tanto aumenta a agregação de plaquetas pela ativação do receptor na célula, como vai atuar no vaso sanguíneo. A predominante é a autócrina. Podem existir substâncias com mais de um tipo de sinalização, mas uma delas será predominante.
- Os receptores que transduzem o sinal transduzem a mensagem hormonal. “A mensagem é mais importante que o mensageiro.” Independente do mensageiro, a respostas é mais importante, pois se pode ter uma mesma substância ligando-se a receptores diferentes e produzindo respostas diferentes. Pode-se ter também substâncias diferentes, ligando-se em receptores diferentes e produzindo a mesma resposta. O que se altera é a via de transdução que o mensageiro está acoplado. 
- Especificidade/complementaridade entre a substância e o receptor. Se não houver, a resposta não acontece.
- Amplificação por cascatas intracelulares/enzimáticas. O sinal ativa uma enzima efetora, como a adeniliciclase ou a fosfolipase C, que produz segundos mensageiros(IP3 e DAG). Pode haver a ativação de outra enzima (PKC), que junto com os segundos mensageiros levam a ativação de outras enzimas, canais iônicos, proteínas.
- Dessensibilização, adaptação, taquifilaxia: A substância liga-se ao receptor, mas o efeito esperado é reduzido ou nulo, pois os receptores estão “insensíveis”. Essa mudança pode ser uma mudança de conformação no próprio receptor ou o receptor internaliza-se para dentro da célula.
- Receptor Beta-Adrenérgico: Se a adrenalina vem pelo sangue e se liga ao receptor Beta-1 cardíaco, vai ocorrer aumento da força e frequência cardíaca. Essa força e frequência não podem permanecer ativas o tempo todo, então o receptor muda de conformação e vai perder a sensibilidade ao ligante. 
- Integração: sinais diferentes ligando-se a receptores diferentes, mas produzem a mesma resposta. Gastrina liga-se ao receptor de gastrina, acetilcolina liga-se ao receptor M3, histamina liga-se ao receptor H2 e ocorre aumento da produção de HCl no estômago. 
Fatores que contribuem para alta sensibilidade da transdução de sinal
- Afinidade dos receptores
- Cooperatividade na interação do ligante com o receptor. O grupo heme da hemoglobina tem a capacidade de se ligar a 4 moléculas de oxigênio. Cada oxigênio que se liga causa uma mudança na conformação da molécula de hemoglobina. Quando os quatro se ligam, a hemoglobina encontra-se no estado relaxado. A calmodulina tem quatro sítios de ligação pro cálcio, cada cálcio que se liga causa uma mudança conformacional de modo que o quarto cálcio liga-se muito mais facilmente que o primeiro.
- Amplificação por cascatas enzimáticas
- Canal Iônico aberto por ligante: receptor nicotínico da acetilcolina. É um tipo de receptor (canal iônico) aberto por ligante que tem dois sítios de ligação pra acetilcolina. Quando duas moléculas se ligam ao receptor, o canal se abre permitindo a entrada de sódio e consequentemente de Ca. Esse receptor possui o chamado Mecanismo de Comporta. Existe um “portão” que se abre quando a acetilcolina se liga. Esse portão não pode ficar aberto o tempo todo, então ocorre a fase de dessensibilização, fechando o canal iônico. A acetilcolina se desliga e pode ser recaptada pelo neurônio pós-sinaptico ou degradada pela acetilcolinesterase ou tenta ativar novamente o receptor.
- Quando ocorre bloqueio da acetilcolinesterase, há uma ativação do S.N Parassimpático, causando aumento da produção de HCl, de saliva, de secreção, miose (contração pupilar), diminuição da frequência cardíaca
- Receptores com atividade de Tirosina-Quinase: também chamados de receptores enzimáticos ou catalíticos. O receptor se autofosforila ao entrar em contato com a substância e pode transferir o radical fosfato para um canal iônico, enzima, proteína. Vimos que para haver reação de fosforilação, tem que haver ativação de uma quinase, a PKC. No caso da insulina, o próprio receptor tem atividade de quinase, por isso o nome de receptor com atividade tirosina quinase. Os únicos aminoácidos que podem ser fosforilados são serina, tirosina e treonina. Receptor de insulina é um dímero, tem duas alfa-hélices transmembrana(visto na aula passada)
- A insulina pode atuar no metabolismo proteico promovendo síntese de novas proteínas. Quando ela se liga, o receptor se autofosforila e vai transferindo o fosfato para outras enzimas como a MEK, MAPK, RAFK. No fim, há a síntese de uma nova proteína. (SLIDE 20)
- Ativação da glicogênio-sintase pela insulina: a liberação de insulina provoca ativação da glicogênio sintase e inativação da glicogênio fosforilase. O glucagon doa radical fosfato para a glicogênio fosforilase e esta se ativa. Ao mesmo tempo, doa o radical fosfato para a glicogênio-sintase, inativando-a. A insulina faz o contrário. Ela ativa a fosfatase, que retira o radical fosfato, ativando a glicogênio sintase e inativando a glicogênio fosforilase. 
- Os transportadores de glicose, principalmente o GLUT4 são armazenado no interior de vesículas, principalmente das células musculares. Quando a insulina se liga ao receptor, este se autofosforila, transfere radical fosfato pra canal de Ca presente na membrana. O Ca entra e promove a fusão dessas vesículas. O GLUT4 então será mais expresso na superfície celular. Quanto mais GLUT4, mais glicose captada pela célula muscular. 
- Insulina tem atividade de tirosina-quinase
- Receptores de Serpentina/Metabotrópicos: acoplados a proteína G. Ex: receptor para a adrenalina. Essa transdução é definida por três componentes essenciais, um receptor de membrana (metabotrópico), proteína ligadora de nucleotídeos de guanina (liga GDP ou GTP) e uma enzima efetora que vai gerar segundos mensageiros (adenililciclase ou fosfolipase C). A adrenalina se liga ao receptor beta-adrenérgico, que é metabotropico e esse receptor está acoplado a proteína G. Se ele estiver ligado a GDP, a proteína G está inativa. Quando ocorre a ligação, a proteína G (sua subunidade alfa) expulsa o GDP e encaixa no GTP. Subunidade alfa junto com o GTP chega até a adeniliciclase. Esta é uma enzima efetoratransmembrana que converte o ATP em AMPc. Este ativa a PKA (proteína quinase dependente de AMPc), que vai fosforilar outras proteínas, canais iônicos.
- A adrenalina liga-se ao receptor beta-1(receptor do músculo cardíaco), beta-2 e beta-3. Todos eles ativam a adenililciclase. No beta-1, a PKA fosforila canal de Ca, causando contração cardíaca. No beta-2(pulmonar), a PKA fosforila canais para K, causando relaxamento. O beta-3 é responsável pela lipólise. *Beta-bloqueadores.
- Receptores Alfa: Os alfa-1 ativam a fosfolipase C. Os alfa-2 inibem a adenililciclase. Se houver inibição da adenililciclase vai haver diminuição de AMPc, levando a efluxo de K (hiperpolarização. Relaxamento). 
- Agonista alfa-2: Clonidina: utilizada pro tratamento da hipertensão. Ativa o receptor, que inibe a adenililciclase, diminui AMPc, saída de K
- A PKA tem quatro subunidades, duas regulatórias e duas catalíticas. Quando 4 moléculas de AMPc ligam-se a subnidade regulatória, elas liberam a subunidade catalítica. Esta pega o fosfato a partir do ATP, doa pro substrato, liberando este fosforilado. 
- A proteína G tem atividade de GTPase. Enquanto o hormônio estiver ligado ao receptor, a via de transdução está ativada, mas essa ativação não pode existir o tempo todo. Por isso, deve existir alguma forma de inativação da adenililciclase. A subunidade alfa da proteína G pode quebrar o GTP em GDP, inativando a proteína G. A subunidade volta pro complexo beta-gama (complexo com a três subunidades da proteína G: alfa, beta e gama).
- Existem três tipos de proteína G, Gi, Gs e Gq. Gi e Gs estão ligadas a via da adenililciclase. Gs causa ativação da adenililciclase. Gi causa inativação (diminui AMPc, efluxo de K, hiperpolarização). Gq está acoplada a via da fosfolipase C.
- O hormônio chega, liga-se ao receptor, que está acoplado a proteína G. A proteína Gq ativa(isto é, ligada a da GTP) migra pela membrana e ativa a fosfolipase C. O PIP2 presente na membrana vai sofrer ação da fosfolipase C e vai ser quebrado em IP3 e DAG. IP3 migra pro R.E. e liga-se ao receptor de IP3, que é um canal para cálcio, aumentando a liberação do íon. Este vai para o citosol e junto com o DAG ativa a PKC. Esta vai fosforilar canais pra Ca na membrana, o cálcio extracelular entra na célula. O cálcio que chega ao citosol e vai se ligar a calmodulina( 4 Ca2+ se ligam), tornando-a ativa (complexo cálcio-calmodulina). Ela vai ativar outra quinase, a MLCK (quinase da cadeia leve da miosina), fosforilando a cadeila leve da miosina. Então, os filamentos de miosina deslizam pelos filamentos de actina, promovendo a contração da musculatura lisa (PROVA). 
- Receptores de Hormônios Esteroides: são receptores nucleares. Atravessam livremente a membrana e o receptor deles está localizado no núcleo da célula. O receptor para o hormônio pode estar no citosol, o hormônio se liga ao receptor e os dois migram para o núcleo. Pode acontecer de o hormônio “passar direto”, ligando-se a um receptor existente no núcleo. Nos dois casos, sempre haverá regulação da expressão gênica. 
- Tamoxifeno: utilizado no tratamento do câncer de mama, funciona como anatagonista de receptor de progesterona. Ela é um hormônio esteroidal, atravessa livremente a membrana, liga-se ao receptor do núcleo e aumenta a divisão celular do tecido mamário.
- Mifepristona: utilizada em pílulas do dia seguinte. A implantação do zigoto depende de progesterona. A mifepristona bloqueia o receptor de progesterona, causando uma descamação da parede do útero, impedindo a nidação. O uso prolongado pode causar infertilidade e câncer. 
- O potencial de membrana é mantido pela bomba Na-K. Aumento da permeabilidade ao Na causa despolarização. Despolariza-se, abre canais pra cálcio, o cálcio entra e a célula se torna excitável. Quando o K sai da célula, repolariza, fecha canal de Na e fecha canal pra Ca. Isso é chamado de potencial de ação
- Receptores serotoninérgicos: de serotonina. Também podem ativar canais iônicos
- Receptores ligados a Guanililciclase: dependem da produção de óxido nítrico. Este é formado a partir da arginina. Arginina na presença de oxigênio sofre ação da enzima NO-sintase, que vai formar citrulina+NO. O óxido nítrico ativa a guanililciclase, que vai ser responsável pela conversão do GTP em GMPc. 
- O óxido nítrico é uma substância relaxante, promove vasodilatação. É chamado de EDRF (fator relaxante derivado do endotélio). Sozinho, provoca relaxamento, mas quando é liberado, ativa a guanililciclase. O aumento da concentração de GMPc provoca vasodilatação. O GMPc pode levar a ativação de uma quinase chamada PKG(proteína quinase dependente de GMPc). Esta fosforila canais para potássio, abrindo os canais de K, causando a saída do íon (hiperpolarização da célula). A hiperpolarização reduz a entrada de Ca, provocando relaxamento. 
- Viagra (Sildenafil): bloqueia a fosfodiesterase(PDE-5). A PDE-5 degrada o GMPc. A impotência é causada pelo aumento de PDE-5(a enzima está mais ativa) e consequente diminuição do GMPc, então não ocorre relaxamento. A ereção é causada por relaxamento. Ao bloquear a PDE-5, o sildenafil promove o relaxamento. Inicialmente utilizado para tratar angina do peito. 
- Contra-indicações do sildenafil: Se um indivíduo normotenso ingere o medicamento, sua PA vai diminuir e será causada uma hipertensão de rebote (o organismo libera aldosterona, adrenalina)
- ANF (Fator Natriurético Atrial): Quando a PA aumenta, devido ao aumento da concentração de Na no organismo, há a liberação desse fator. Este ativa um receptor com atividade guaniliciclase. A guanililciclase vai produzir GMPc, que vai causar relaxamento, diminuindo a PA. 
- Toxina Colérica (PROVA): A toxina adiciona um resíduo de ADP-ribose a proteína Gs, o que causa perda da atividade GTPase pela Gs. Ocorre uma ativação permanente da proteína Gs, e consequente ativação permanente de adenililciclase. Aumenta a produção de AMPc, e isso aumenta o transporte ativo de sódio, a partir do intestino, causando diarreia intensa e desidratação. 
- PDEs, de modo geral, são enzimas que degradam nucleotídeos cíclicos. A PDE-4 degrada o AMPc. A cafeína (aumenta produção de HCl) e teofilina(usada no tratamento da asma) são inibidores de PDE-4
*Lembrar da via, dos segundos mensageiros e dos efeitos (PROVA)