Sinalização Celular e Fosforilação de Proteínas

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Relatório Teórico 
 
 
 
Biologia Molecular e Celular 
Aula 8 
 
 
 
Química Industrial 1º Ano 
 
 
 
 
 
2017/2018 
 
 
 
GUSTAVO PINHO MAIA 2 
 
Índice 
 
Maquinaria De Sinalização ........................................................................................................................ 3 
Fosforilação De Proteínas .................................................................................................................... 3 
Proteínas Cinases ................................................................................................................................ 4 
Proteínas Fosfatase ............................................................................................................................ 4 
Proteínas Ligantes De Guanosina Trifosfato ............................................................................. 5 
Segundos Mensageiros.......................................................................................................................... 8 
Nucleótidos Cíclicos ........................................................................................................................... 8 
Proteína Cinase A (PKA) .................................................................................................................... 9 
Derivados De Lípidos ........................................................................................................................ 10 
Vias De Sinalização Dos Fosfoinositídios .................................................................................. 11 
Vias De Sinalização Dos Eicosanóides ....................................................................................... 12 
Via De Sinalização Desencadeada Pela Proteína Ras .......................................................... 12 
Cálcio ..................................................................................................................................................... 15 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Maquinaria De Sinalização 
 
Fosforilação De Proteínas 
A fosforilação é uma das modificações mais comuns em proteínas envolvidas em diversas 
vias de sinalização celular. A fosforilação controla a atividade de enzimas metabólicas, 
motilidade celular, canais membranares, montagem do núcleo e progressão do ciclo celular. 
Por vezes a fosforilação pode ativar um determinado processo, mas também pode inibir 
noutros processos (tudo depende da proteína-alvo). Em ambos os casos, é necessário a 
existência de uma proteína cinase (para adição de um grupo fosfato) e de uma proteína 
fosfatase (remoção de um grupo fosfato), para regular a atividade de uma determinada 
proteína. 
Em eucarióticas, mais de 90% das fosforilações ocorrem em resíduos de serina e treonina, 
mas a fosforilação de resíduos de tirosina regula inúmeras vias de sinalização. 
 
A fosforilação de proteínas tem como enfeito na estrutura e função de proteínas: 
• Interferência Direita 
• Alterações Conformacionais 
• Criação de Locais de Ligação 
 
 
 
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Proteínas Cinases 
Uma proteína cinase é uma enzima cinase que modifica outras proteínas adicionando 
quimicamente grupos fosfato (fosforilação). A fosforilação normalmente resulta numa 
alteração funcional da proteína alvo 
(substrato) por alteração da atividade 
enzimática, localização celular ou associação 
com outras proteínas. As quinases são 
conhecidas por regularem a maioria das vias 
celulares, especialmente as envolvidas na 
transdução de sinal. As proteínas quinases 
também são encontradas em bactérias e plantas. 
Catalisam a transferência de um fosfato-γdo ATP para a cadeia lateral de um determinado 
aminoácido. Muitas das proteínas cinases em eucarióticas são serina/treonina cinase ou 
tirosina cinase. Algumas proteínas são cinases de lípidos, em que fosforilam fosfoglicéricos 
de inositol (PI). 
 
Proteínas Fosfatase 
As fosfatases são enzimas que removem um grupo fosfato do seu substrato ao hidrolisar 
os ésteres monofosfóricos de ácido fosfórico dando lugar a um ião fosfato livre e uma 
molécula com um grupo hidroxilo livre (desfosforilação). Esta ação é a oposta à realizada 
pelas fosforilases e cinases, as quais unem grupos fosfatos aos seus substratos utilizando 
moléculas energéticas como o ATP. 
 
 
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O outro grande grupo de fosfatases é o das proteínas fosfatases, que eliminam um grupo 
fosfato de um resíduo de aminoácido fosforilado da proteína substrato. A fosforilação de 
proteínas é uma modificação pós-traducional comum das proteínas, catalisada por proteína 
cinases, enquanto que as proteínas fosfatases invertem o efeito. 
Existem diversas famílias de fosfatases que removem um grupo fosfato da cadeia lateral 
de um aminoácido. 
 
 
Proteínas Ligantes De Guanosina Trifosfato 
Trifosfato de guanosina, também conhecido como guanosina trifosfato ou GTP é uma 
purina. Pode atuar como substrato para a síntese do RNA durante o processo de transcrição 
ou de DNA durante a replicação. É uma molécula de "transporte de energia", na forma de 
potencial de transferência de grupos fosfato, assim como o ATP. É usado como fonte de 
energia para a síntese de proteínas e na gliconeogénese. 
 
 
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GTP é essencial para a transmissão de sinais, especialmente com proteínas-G, em 
mecanismos mensageiros secundários onde é convertido a guanosina difosfato (GDP) pela 
ação de GTPases. 
Como dito, as células usam proteínas ligantes de GTP (chamadas de GTPases ou proteínas 
G) para regularem inúmeras funções, incluindo síntese proteica, transdução de sinal a partir 
de recetores da membrana plasmática, regulação do citoesqueleto, tráfico membranar e 
transporte nuclear. 
Todas as GTPases usam o mesmo ciclo enzimático. A conformação depende se está ligada 
a GTP ou GDP. 
 
Proteínas G Triméricas 
A Proteína G pertence a uma classe de proteínas envolvidas na transdução de sinais 
celulares, ela é um importante mediador de vias metabólicas na forma de heterotrímero, 
com subunidades α, β e γ, que, na membrana plasmática, está associado a recetores 
GPCR. Como dito anteriormente: 
• Possui 3 subunidades (α, β e γ) 
• A subunidade 𝐺α possui um domínio de ligação ao GTP 
• As subunidades 𝐺β e 𝐺γ ligam-se fortemente uma á outra, mas “separam-se” da 
subunidade 𝐺α. 
Os recetores de 7 hélices ativam uma proteína G trimérica, induzindo a dissociação do GDP 
e ligação do GTP, conduzindo á dissociação de 𝐺α da 𝐺βγ. Isto vais gerar dois sinais que 
atuam em proteínas efetoras a jusante, como visualizado na figura. 
 
 
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Os mamíferos têm cerca de 20 genes para a subunidade 𝐺α, 5 genes para a subunidade 𝐺β 
e 12 genes para a subunidade 𝐺γ. Atuam numa variedade limitada de efetores a jusante, 
incluindo canais iónicos e enzimas que produzem segundos mensageiros. 
 
 
 
 
 
 
 
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Segundos Mensageiros 
Segundos mensageiros intracelulares são moléculas de sinalização libertadas pela célula 
para provocar alterações fisiológicas tais como a proliferação, diferenciação, translocação 
de vesículas, produção de enzimas e a apoptose (morte celular programada). Ocorrem em 
resposta a ativação de recetores celular por hormônios, neurotransmissores ou fatores de 
crescimento, que podem assim ser considerados os primeiros mensageiros. 
São quimicamente diversos, variam desde lípidos hidrofóbicos residentes na bicamada 
lipídica, a iões inorgânicos (𝐶𝑎2+) e nucleótidos cíclicos. Grande parte dos segundos 
mensageirossão produzidos por enzimas que variam rapidamente entre o estado ático e 
inativo. Grande parte das enzimas responsáveis pela síntese dos segundos mensageiros 
são ativadas devido á ativação de recetores membranares, 
Nota: Os segundos mensageiros acoplados á proteína G mais comuns: 
• Adenosina Monofosfato Cíclico (cAMP) 
• Guanina Monofosfato Cíclico (cGMP) 
• Inositol Trifosfato (IP3) 
• Diacilglicerol (DAG) 
• Iões de Cálcio (𝐶𝑎2+) 
 
Nucleótidos Cíclicos 
A Adenil ciclase é uma proteína 
transmembranar, que é ativada pela 
subunidade α da proteína Gs. 
𝐶𝑎2+ /calmodulina ou proteína cinase C 
 
 
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(PKC) ativam algumas adenilil ciclases. A subunidade αda proteína G, inibe a adenilil 
ciclase. Os nucleótidos cíclicos difundem-se pelo 
citoplasma, ativando proteínas cinase e canais 
iónicos. São inativados pelas fosfodiésterases. 
O cGMP é sintetizado a partir de GTP pela 
enzima citosólica guanilil ciclase, que funciona 
como o recetor de gás óxido nítrico (NO). O 
aumento dos níveis de cGMP num vaso 
sanguíneo induz um relaxamento músculo liso, promovendo um aumento de fluxo 
sanguíneo. 
Nota: Sildenafil (Viagra) 
Inibe a fosfodiésterase 5 no corpus cavernosum 
 
 
Proteína Cinase A (PKA) 
A proteína cinase A (PKA) é uma família de enzimas cuja atividade depende dos níveis de 
cAMP da célula. Tem diversas funções na célula, incluindo regulação de glicogénio, açúcar, 
e metabolismo lipídico. É formada por duas subunidades reguladoras e duas catalíticas. As 
subunidades catalíticas fosforilam substratos citoplasmáticos e membranares e também 
pode mover-se para o núcleo para ativar o fator de transcrição CREB (proteína de ligação a 
elementos de resposta aos nucleótidos cíclicos). 
 
 
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Derivados De Lípidos 
Os principais segundos mensageiros derivados de lípidos são: 
• DAG 
• IP3 
• PIP3 
A fosfolipase C (PLC) cliva o PIP2 
e origina DAG e IP3. Pode ser 
ativada tanto pela proteína 𝐺𝑘 , 
como por recetores tirosina-
cinase. 
O DAG permanece na bicamada lipídica, ativando a proteína cinase C (PKC). Esta enzima 
regula a atividade de diversas proteínas envolvidas na regulação da expressão génica, 
motilidade, metabolismo, etc. O IP3 difunde-se pelo citoplasma ativando um canal de 𝐶𝑎2+ 
localizado no reticulo endoplasmático. 
 
 
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Resumindo: 
 
 
Vias De Sinalização Dos Fosfoinositídios 
São uma família de enzimas envolvidas em funções celulares tais como crescimento celular, 
proliferação, diferenciação, mobilidade, sobrevivência e tráfego intracelular, 
O PIP3 (2º mensageiro) conduz á ativação da enzima PKB/Akt na membrana celular. A 
PKB/Akt promove o crescimento celular (estimula a síntese proteíca) e sobrevivência (inibe 
a apoptose). 
 
 
 
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Vias De Sinalização Dos Eicosanóides 
São as moléculas derivadas de lípidos. Exercem um complexo controlo sobre diversos 
sistemas do organismo humano, especialmente na inflamação, imunidade e como 
mensageiros do sistema nervoso central. 
São importantes segundos mensageiros que “escapam” das células (mensageiros 
intracelulares) e medeiam os seus efeitos através da ligação a recetores de 7-hélices 
localizados na superfície celular das células vizinhas. São uma diversa família de 
metabolitos derivados do ácido araquidónico, incluindo prostaglandinas, tromboxanos, 
leucotrienos e prostaciclinas. 
 
 
Via De Sinalização Desencadeada Pela Proteína Ras 
A importância da proteína RAS na sinalização intracelular foi indicada por meio de 
experimentos com microinjeção de RAS ativa e anticorpos anti-RAS, mostrando que RAS 
não é somente capaz de induzir o crescimento anormal característico de células de cancro, 
mas é necessária para a resposta de células normais à estimulação de fator de crescimento. 
 
 
 
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A proteínas Ras tem como funções: 
• Estimulo e controlo da multiplicação celular 
• Estimulo e controlo da diferenciação celular 
• Mecanismo de transporte 
• Fusão de membranas 
A proteína RAS encontra-se diretamente relacionada com o recetor catalítico (tirosino-
quinase) em sua porção intracelular, pois a proteína RAS encontra-se ligada à superfície 
citoplasmática (citoplasma) da membrana celular. A proteína RAS participa da transmissão 
recebida por um recetor levando a informação, através de vários estágios, até o interior do 
núcleo celular, para estimular a diferenciação e a multiplicação da célula. 
A proteína RAS está ativada quando combinada com GTP e inativa quando ligada a GDP. 
RAS é convertida ao estado ativo (ligada a GTP) pela troca da GDP ligada por GTP, que é 
estimulada por fatores de troca do nucleotídeo guanidina (GEFs). Ativa, a RAS pode se ligar 
a outras proteínas que estimulam a Via MAP-cinase e dirigir a proliferação e diferenciação 
celular. A atividade de RAS é terminada pela hidrólise de GTP, que é estimulada por 
proteínas ativadoras de GTPase (GAPs), quando a proteína volta ao seu estado inativo. 
Resumindo: 
• Recetores associados a enzimas podem ativar a proteína RAS 
• Proteína RAS: Proteína G monomérica localizada no folheto interno na membrana 
plasmática 
 
 
 
 
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Como dito anteriormente, esta via esta via de sinalização está envolvida na proliferação 
celular, diferenciação e sobrevivência. 
 
 
 
 
 
 
 
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Cálcio 
O cálcio, regula muitos processos 
celulares, incluindo transmissão sináptica, 
fertilização secreção, contração muscular e 
citocinese. Os níveis de cálcio no 
citoplasma são muito baixos (0.1uM). 
Esses mesmos níveis, são controlados pela 
sua libertação e remoção do citoplasma. 
A sua difusão pelo citoplasma é muito baixa, podendo ser sequestrado por diversas 
proteínas ligantes de 𝐶𝑎2+, particularmente a calmodulina. O complexo 𝐶𝑎2+/calmodulina, 
regula a atividade de diversas proteínas incluindo PKC do NO (NOS), adenilil ciclase, canais 
iónicos (𝐾+) e fatores de transcrição (CREB).