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Aula 02: - Mecanismos celulares: excitação, contração e secreção. Proliferação Celular e Apoptose. FARMACOLOGIA PARA ENFERMAGEM Farmacologia para Enfermagem AULA 02: PROLIFERAÇÃO CELULAR E APOPTOSE Proliferação Celular e Apoptose AVANCE PARA FINALIZAR A APRESENTAÇÃO. Nesta aula vamos estudar: • Mecanismos de ação dos fármacos; • Importância do cálcio na fisiologia humana; • Processos transmissão sinal através dos organismos vivos; • Ciclo celular e sua importância patológica; • Ações de fatores de crescimento e citocinas; • Proliferação celular e patologias. Recapitulando... Fármaco + alvo = efeito Ativação de sinalizações: - Resposta rápida- excitação, contração, secreção - Resposta longa – proliferação e apoptose Farmacologia para Enfermagem AULA 02: PROLIFERAÇÃO CELULAR E APOPTOSE Proliferação Celular e Apoptose Resposta rápida – envolve mecanismos que regulam o [Ca++]no citosol , ou são regulados por ele. Regulação dos níveis intracelulares de cálcio • O cálcio se encontra concentrado dentro de organelas, como no retículo sarcoplasmático e mitocôndrias; • Sua concentração é mantida em baixos níveis no citoplasma e em outros tecidos orgânicos; • Alterações, nestes níveis teciduais ou intracelulares de cálcio, levam à morte celular por necrose, devido ao aumento da concentração, enquanto ativam o processo de apoptose em baixos níveis internos; • A regulação das concentrações orgânicas do cálcio dependem de três eventos: 1• controle da entrada do Ca2+; 2• controle da extrusão do Ca2+; 3• troca do Ca2+ entre o citossol e as reservas intracelulares. Farmacologia para Enfermagem AULA 02: PROLIFERAÇÃO CELULAR E APOPTOSE Proliferação Celular e Apoptose Regulação do cálcio intracelular - A entrada ocorre por canais de Ca+2 e troca Na+/Ca+2 - A saída depende de bombas de Ca+2 - A liberação de Ca+2 do RE é controlada pelo potencial de membrana e tb pelo segundo mensageiro IP3 (produzido por muitos agonistas sobre receptores acoplados à ptn G) - O Ca+2 afeta numerosos processos celulares através de ligação com proteínas, como a calmodulina, que, por sua vez, ligam-se a outras ptns e assim regulam a sua função Farmacologia para Enfermagem AULA 02: PROLIFERAÇÃO CELULAR E APOPTOSE Proliferação Celular e Apoptose Mecanismos de entrada de cálcio intracelular Existem quatro vias principais pelas quais o Ca2+ penetra nas células através da membrana plasmática: • canais de cálcio regulados por voltagem; • canais de cálcio regulados por ligantes; • troca de Na+-Ca2+; • canais de cálcio operados por reserva (SOC, storeoperated calcium channels). Farmacologia para Enfermagem AULA 02: PROLIFERAÇÃO CELULAR E APOPTOSE Proliferação Celular e Apoptose Mecanismos de entrada de cálcio intracelular • Hodgkin e Huxley foram os primeiros a comprovar alterações em potenciais elétricos em nervos. Eles identificaram aumento na condutância do Na+ e K+ de forma dependente da modificação na voltagem; • Posteriormente, verificou-se que algumas células nervosas e musculares eram capazes de produzir potenciais de ação que dependiam mais do Ca2+ do que do Na+; • Métodos aprimorados de fixação de voltagem (voltage clamp) revelaram que as células de vertebrados são dotadas de canais de cálcio ativados por voltagem, capazes de permitir a entrada de quantidades significativas de Ca2+ na célula, quando a membrana está despolarizada; • Esses canais regulados por voltagem são altamente seletivos do Ca2+ e não conduzindo o Na+ ou o K+. Farmacologia para Enfermagem AULA 02: PROLIFERAÇÃO CELULAR E APOPTOSE Proliferação Celular e Apoptose Canais regulados por ligantes externos • Também conhecidos como receptores ionotrópicos, são canais ativados por moléculas transmissoras que se ligam a sítios externos e são ativados por neurotransmissores; • Quando ativos são permeáveis a Na+, K+ e Cl-. Nesse aspecto, o elemento mais importante é o receptor de glutamato do tipo N-metil-D-aspartato (NMDA) , que exibe permeabilidade particularmente alta ao Ca2+, constituindo um importante fator para ocorrência de eventos como memória e crescimento dendrítico. Farmacologia para Enfermagem AULA 02: PROLIFERAÇÃO CELULAR E APOPTOSE Proliferação Celular e Apoptose Canais de cálcio “operados por reserva” • O cálcio é carreado por transporte ativo através de bomba Ca+2/ATPase, semelhante à bomba Na+/K+/ATPase, colocando o Ca2+ contra o gradiente de concentração, gerando aumento nos estoques de Ca2+ de reserva, para futuros eventos orgânicos; • Esses canais operados por reserva, podem ser ativados por moléculas de inositol trifosfato ou rianodina, muito importante nos músculos esqueléticos liberando estoques de Ca2+ de reserva para auxiliar na contração muscular. Farmacologia para Enfermagem AULA 02: PROLIFERAÇÃO CELULAR E APOPTOSE Proliferação Celular e Apoptose Canais de cálcio “operados por reserva” • Receptor de rianodina (RyR, ryanodine receptor) bloqueado por alcaloide vegetal rianodina. Ele é particularmente importante no músculo esquelético, onde ocorre acoplamento direto entre os RyR do retículo sarcoplasmático e os receptores de di-hidropiridina dos túbulos T. Este acoplamento determina a liberação de Ca2+ após o potencial de ação na fibra muscular. • Receptor de inositol trifosfato é ativado pelo IP3, um segundo mensageiro produzido pela ação de numerosos ligantes sobre receptores acoplados à proteína G. • O IP3R é um canal iônico regulado por ligante produzido pela ativação de proteína G ativando a fosfolipase C a transformar um fosfolipídeo de membrana em DAG (diacilglicerol e IP3 (trifosfato de inositol) produzindo elevação da [Ca2+]i. Farmacologia para Enfermagem AULA 02: PROLIFERAÇÃO CELULAR E APOPTOSE Proliferação Celular e Apoptose Canais de cálcio calmodulina dependentes • O cálcio exerce controle nas funções celulares em virtude de sua capacidade de regular a atividade de numerosas proteínas, incluindo enzimas quinases e fosfatases, canais, transportadores, fatores de transcrição etc. Na maioria dos casos, o Ca2+ serve de intermediário para funcionalidade proteica; • Existem várias dessas proteínas mediadoras, e a mais conhecida é a calmodulina, como a CAM/kinase II (Ca2+ calmodulina quinase) uma proteína ubíqua e extensamente estudada; • A calmodulina é uma proteína dimérica, com quatro sítios de ligação de Ca2+. Quando todos os sítios estão ocupados, a calmodulina sofre uma alteração estrutural, expondo um domínio hidrofóbico "aderente", que atrai muitas proteínas em associação, afetando, assim, as suas propriedades funcionais. Farmacologia para Enfermagem AULA 02: PROLIFERAÇÃO CELULAR E APOPTOSE Proliferação Celular e Apoptose Células Excitáveis • São capazes de gerar potenciais elétricos, caracterizados por alterações em correntes iônicas, geradas pelo fluxo de íons Na+, K+ e Ca2+; • O influxo de carga positiva causada pelo potencial gerador, abre canais dependentes de voltagem possibilitando um fluxo de corrente que abre outros canais dependentes de voltagem e que, consecutivamente, possibilitam a propagação do potencial elétrico através do tecido; • A principal características das células excitáveis é a presença de canais dependentes de voltagem, ocorrida tanto em neurônios, como quaisquer outro tecido excitável. Farmacologia para Enfermagem AULA 02: PROLIFERAÇÃO CELULAR E APOPTOSE Proliferação Celular e Apoptose Potencial de repouso • O potencial de repouso é uma voltagem específica que cada célula possui,quando não está recebendo nenhum estímulo; • Neurônios, em repouso, têm a voltagem média de -70mV, enquanto os músculos apresentam, em repouso, voltagem de -90mV; • Esse potencial é intracelular negativo, em relação ao extracelular, ocorre devido a uma grande concentração de proteínas aniônicas e íons fosfato no citoplasma; • No repouso, temos um pequeno influxo de Na+ e uma quase proporcional saída de K+; • Esse potencial é mantido pela atividade da bomba Na+/K+ATPase, que retorna com três íons sódio para cada dois íons potássio. Farmacologia para Enfermagem AULA 02: PROLIFERAÇÃO CELULAR E APOPTOSE Proliferação Celular e Apoptose Potencial de repouso – Concentrações iônicas • A manutenção das concentrações iônicas é fundamental para a fisiologia celular, pois mantém a sobrevivência; • O potencial de repouso é dependente da concentração iônica e suas alterações levam a modificações nas voltagens neuronais, tornando-os mais facilmente excitáveis ou parcialmente inibidos dificultando a ocorrência de disparos (potenciais de ação). Farmacologia para Enfermagem AULA 02: PROLIFERAÇÃO CELULAR E APOPTOSE Proliferação Celular e Apoptose Potencial de Ação – Potencial Gerador • Para que ocorra um potencial de ação, primeiramente, deve existir um estímulo gerador, que pode ser um som, uma imagem, um evento com temperatura elevada. • Esse evento deve estimular até atingir o limiar de excitabilidade, que é uma voltagem (40 à 55mV), em que os canais dependentes de voltagem abrem (modificações conformacionais), possibilitando o fluxo (entrada ou saída) de íons. • O potencial gerador é abolido na utilização de anestésicos locais que impedem sua propagação até o encéfalo. Farmacologia para Enfermagem AULA 02: PROLIFERAÇÃO CELULAR E APOPTOSE Proliferação Celular e Apoptose Potencial de Ação – Correntes iônicas Separação das correntes de sódio e de potássio na membrana nervosa. Registros, com técnica de fixação de voltagem (voltage clamp), do nodo de Ranvier de uma fibra nervosa de rã. No momento 0, o potencial de membrana foi estabelecido em um nível despolarizado, variando de -60 mV (traçado inferior em cada série) para +60 mV (traçado superior em cada série) em etapas de 1 5 mV. A, B — Registros de controle de duas fibras; C — Efeito da tetrodotoxina (TTX), que abole as correntes de Na+; D — Efeito do tetraetilamônio (TEA), que abole as correntes de K+. Farmacologia para Enfermagem AULA 02: PROLIFERAÇÃO CELULAR E APOPTOSE Proliferação Celular e Apoptose Potencial de Ação – Correntes iônicas Após a chegada do potencial, no corpo do neurônio, se a razão entre os impulsos excitatórios e inibitórios atingir o limiar de excitabilidade os canais dependentes de voltagens, encontrados na zona de disparo (hilock), abrem (modificação conformacional proteica dependente de voltagem). Devido à diferença de concentração, temos um breve influxo de Na+ elevando o potencial elétrico e uma longa saída do potássio, que leva a hiperpolarização até a volta ao repouso. Farmacologia para Enfermagem AULA 02: PROLIFERAÇÃO CELULAR E APOPTOSE Proliferação Celular e Apoptose Propagação do Potencial de Ação • A propagação do potencial de ação pode ocorrer tanto em células com mielina como em células sem mielina; • A mielina é um oligodrentrócito, da família de células gliais. Sua função é dar rapidez na condução do impulso com menos perda de corrente elétrica; • Em células mielinizadas, o impulso “salta” de nódulo em nódulo de Ranvier (onde existem os canais iônicos), acelerando o impulso elétrico; • A perda da mielina devido a doenças autoimunes como esclerose múltipla, que atua em motoneurônios leva à perda da força motora. Farmacologia para Enfermagem AULA 02: PROLIFERAÇÃO CELULAR E APOPTOSE Proliferação Celular e Apoptose Local de ação de fármacos e toxinas que afetam os canais envolvidos na geração do potencial de ação • Muitos outros mediadores afetam indiretamente esses canais através de receptores de membrana, fosforilação ou expressão alterada; • Anestésicos locais, tetrodotoxina, cocaína, veratridina, toxina do escorpião, saxitoxina entre outros, bloqueiam esses canais de sódio dependentes de voltagem. Farmacologia para Enfermagem AULA 02: PROLIFERAÇÃO CELULAR E APOPTOSE Proliferação Celular e Apoptose Contração do músculo esquelético • A ativação dos receptores colinérgico nicotínicos para acetilcolina, possibilita a entrada de Na+ despolarizando o músculo e ativando canais de Ca2+ dependentes de voltagem; • A entrada de Ca2+ atua em receptores rianodínicos ou inositol trifosfato dependentes, liberando Ca2+ do reticulo sarcoplasmático; • O Ca2+ liberado gera a ligação da miosina com a troponinaC, produzindo as pontes cruzadas, responsáveis pela mudança na conformação da cabeça e miosina (90 para 15 graus), reduzindo o tamanho do sarcômero, contração muscular. Farmacologia para Enfermagem AULA 02: PROLIFERAÇÃO CELULAR E APOPTOSE Proliferação Celular e Apoptose Contração do músculo liso e cardíaco • O músculo estriado e o músculo cardíaco diferem, principalmente, no mecanismo pelo qual a despolarização da membrana está acoplada à liberação de Ca2+; • No músculo estriado, a membrana com túbulos T está estreitamente acoplada ao retículo sarcoplasmático através do receptor de di- hidropiridina e receptor de rianodina; • No músculo cardíaco, a entrada de Ca2+ através dos canais de cálcio regulados por voltagem, desencadeia uma liberação, através da ativação dos receptores de rianodínicos sensíveis ao Ca2+; • No músculo liso, a contração pode ser produzida pela entrada de Ca2+ através dos canais de cálcio regulados por voltagem; regulados por ligantes; ou pela liberação de Ca2+ mediada por IP3 a partir do retículo sarcoplasmático. Farmacologia para Enfermagem AULA 02: PROLIFERAÇÃO CELULAR E APOPTOSE Proliferação Celular e Apoptose Mecanismos de controle da contração e do relaxamento do músculo liso • Receptores acoplados à proteína G para agonistas excitatórios, regulando principalmente a formação de trifosfato de inositol e a função dos canais de cálcio; • Canais de cálcio regulados por voltagem; • Canais de cátions regulados por ligantes (o receptor P2X para o ATP constitui o principal exemplo); • Canais de potássio; • Receptores acoplados à proteína G para agonistas inibitórios regulando, principalmente, a formação de cAMP, a função dos canais de potássio e de cálcio; • Receptor de peptídio natriurético atrial (ANP), acoplado diretamente à guanilato ciclase (GC); • Guanilato ciclase solúvel ativada pelo oxido nítrico (NO); • A fosfodiesterase (PDE) constitui a principal via de inativação do cAMP e do cGMP (AC, adenilato ciclase; PKA, proteinaquinase A; PKG, proteinaquinase G; PLC, fosfolipase C.) Farmacologia para Enfermagem AULA 02: PROLIFERAÇÃO CELULAR E APOPTOSE Proliferação Celular e Apoptose Farmacologia para Enfermagem AULA 02: PROLIFERAÇÃO CELULAR E APOPTOSE Proliferação Celular e Apoptose Liberação de neurotransmissor A ocorrência do efeito orgânico depende da liberação da molécula transmissora e sua ativação do receptor alvo; A chegada do estímulo no botão sináptico, leva a um influxo de Ca2+ que libera as vesículas contendo o neurotransmissor; A vesícula se liga à membrana e, por exocitose, libera seu conteúdo na fenda sináptica; A molécula transmissora ativa receptores pós- sinápticos, gerando uma resposta da célula adjacente; Após efeito, a molécula transmissora é liberada do receptor, sendo recaptada, voltando ao botão sináptico, ondeserá degradada ou armazenada em vesículas, para novo ciclo. Farmacologia para Enfermagem AULA 02: PROLIFERAÇÃO CELULAR E APOPTOSE Proliferação Celular e Apoptose Mecanismos de resposta lenta e duradoura Proliferação celular • A proliferação celular está envolvida em numerosos processos fisiológicos e patológicos, incluindo crescimento, cicatrização, reparo, hipertrofia, hiperplasia, e desenvolvimento de tumores; • As células em proliferação sofrem vários eventos que constituem o ciclo celular, durante o qual a célula multiplica todos os seus componentes e, a seguir, divide-se em duas células-filhas idênticas; • Os componentes importantes das vias de sinalização, nas células em proliferação, consistem nas tirosinaquinases receptoras ou quinases ligadas a receptores e na cascata de quinases ativadas por mitógenos, que finalmente levam à transcrição dos genes que controlam o ciclo celular. Farmacologia para Enfermagem AULA 02: PROLIFERAÇÃO CELULAR E APOPTOSE Proliferação Celular e Apoptose Ciclo celular É uma série ordenada de eventos que consiste em várias fases sequenciais: G15 S, G2 e M. • M — refere-se à fase de mitose; • S — é a fase de síntese de DNA; • G1 — é o gap (intervalo) entre a mitose que deu origem à célula e a fase S; durante a fase G1 a célula está se preparando para a síntese de DNA; • G2 — é o gap (intervalo) entre a fase S e a mitose que dará origem a duas células-filhas; • Durante a fase G2, a célula está se preparando para a divisão mitótica em duas células-filhas. Farmacologia para Enfermagem AULA 02: PROLIFERAÇÃO CELULAR E APOPTOSE Proliferação Celular e Apoptose Efeito dos fatores de crescimento sobre uma célula em fase G0 : - Na fase Go uma ptna hipofosforilada, codificada pelo gene Rb, mantém o ciclo sobre controle ao inibir a expressão dos fatores críticos necessários para replicação do DNA - Quinases específicas (cdks) controlam a progressão da célula pelo ciclo. São ativadas por ciclinas. - Estes complexos ciclinas + quinases remove a inibição mediada pela proteína Rb. - Os fatores de crescimento atuam através de receptores tirosina-quinase ou quinases acopladas a receptores estimulam a produção de reguladores + e – do ciclo celular Farmacologia para Enfermagem AULA 02: PROLIFERAÇÃO CELULAR E APOPTOSE Proliferação Celular e Apoptose Interações entre células, fatores de crescimento e matriz - As células estão mergulhadas na MEC - A MEC influencia as células através das integrinas celulares, que sequestram e reservam fatores de crescimento - Integrinas são receptores de membrana que interagem com a MEC e cooperam com a sinalização e mediam ajustes no citoesqueleto - As células liberam metaloproteinases quando são estimuladas por fatores de crescimento, e elas degradam a MEC no local, preparando para aumentar o número de células Farmacologia para Enfermagem AULA 02: PROLIFERAÇÃO CELULAR E APOPTOSE Proliferação Celular e Apoptose Angiogênese 1. O VEGF induz o oxido nítrico, bem como a expressão de proteases. O oxido nítrico provoca vasodilatação local, e as proteases, além de mobilizar outros fatores de crescimento da matriz; 2. As células endoteliais migram, formando um broto capilar sólido; 3. As células endoteliais, atrás das células em expansão, são ativadas por fatores de crescimento e começam a sofrer divisão; 4. Forma-se uma luz no broto; 5. Os fibroblastos locais, ativados por fatores de crescimento, proliferam e depositam matriz em torno do broto capilar; 6. Ocorre um processo de "maturação", em que se verifica a estabilização da camada endotelial através de ligação intercelular por proteínas de adesão. VEGF –fator de crescimento endotelial vascular Farmacologia para Enfermagem AULA 02: PROLIFERAÇÃO CELULAR E APOPTOSE Proliferação Celular e Apoptose Farmacologia para Enfermagem AULA 02: PROLIFERAÇÃO CELULAR E APOPTOSE Proliferação Celular e Apoptose Apoptose • A apoptose refere-se ao “suicídio” das células por um mecanismo autodestrutivo interno; consiste em uma sequência geneticamente programada de eventos bioquímicos; • Difere da necrose, que consiste em uma desintegração desorganizada de células lesadas, resultando em produtos que desencadeiam a resposta inflamatória; • A apoptose é o mecanismo que, diariamente, remove de forma discreta 10 bilhões de células do corpo adulto. O processo de apoptose está envolvido na descamação do revestimento intestinal, na regressão das células da glândula mamaria após a lactação e na morte dos neutrófilos; • Constitui a base para o desenvolvimento da autotolerância no sistema imune e está implicada na fisiopatologia do câncer, das doenças autoimunes, dos distúrbios neurodegenerativos, das doenças cardiovasculares e da síndrome de imunodeficiência adquirida (AIDS). Farmacologia para Enfermagem AULA 02: PROLIFERAÇÃO CELULAR E APOPTOSE Proliferação Celular e Apoptose Farmacologia para Enfermagem AULA 02: PROLIFERAÇÃO CELULAR E APOPTOSE Proliferação Celular e Apoptose As duas principais vias de sinalização na apoptose • A via dos receptores de morte é ativada quando receptores de morte, como membros da família do fator de necrose tumoral (TNF), são estimulados por ligantes de morte específicos; • Esse processo recruta proteínas adaptadoras que ativam as caspases iniciadoras e efetoras, como a caspase 3; • A via mitocondrial é ativada, levando à lesão de DNA que ativa a proteína p53; • Ambas as vias convergem para a caspase efetora (por exemplo, caspase 3), que leva à morte da célula; • A subvia dos fatores de sobrevida, normalmente, encurrala a apoptose ao inibir a via da mitocôndria, através da ativação de um membro antiapoptótico da família Bcl-2; • O receptor designado por "R" representa os respectivos receptores dos fatores trópicos, fatores de crescimento, fatores de contato intercelular (moléculas de adesão integrinas etc.). Farmacologia para Enfermagem AULA 02: PROLIFERAÇÃO CELULAR E APOPTOSE Proliferação Celular e Apoptose Farmacologia para Enfermagem AULA 02: PROLIFERAÇÃO CELULAR E APOPTOSE Proliferação Celular e Apoptose Mecanismo da necrose • A necrose é uma morte de um grupo de células, ocorrendo a perda da semipermeabilidade ao Ca2+, ativando enzimas, resposta inflamatória e as células ficam tumeficadas; • A necrose é um processo patológico e desordenado de morte celular causado por fatores que levam à lesão celular irreversível e consequente morte celular. Alguns exemplos destes fatores são isquemia, hipóxia, agentes químicos tóxicos ou agentes biológicos que causem dano direto ou desencadeiem resposta imunológica danosa, como fungos, bactérias e vírus; • A necrose pode ser diferenciada em vários tipos, e cada um está associado a determinado agente lesivo e determinadas características teciduais após a necrose. Farmacologia para Enfermagem AULA 02: PROLIFERAÇÃO CELULAR E APOPTOSE Proliferação Celular e Apoptose Farmacologia para Enfermagem AULA 02: PROLIFERAÇÃO CELULAR E APOPTOSE Proliferação Celular e Apoptose AULA 02: PROLIFERAÇÃO CELULAR E APOPTOSE Referências: KATSUNG, B. G. Farmacologia básica e clínica. 12. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2014. RANG, H. P.; DALE, M. M. Farmacologia. 7. ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2012. SILVA, Penildon. Farmacologia. 6. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2002. EM CASA: Vídeo sobre Apoptose, disponibilizados em: http://www.youtube.com/watch?v=3tPOmTAJPgE · Vídeo sobre caspase, disponibilizado em: http://www.youtube.com/watch?v=USmadsHiB3Q · Vias apoptóticas, ler artigo intitulado:“A propósito da apoptose em LMC: estudos promissores”, disponibilizado em: http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S1516- 84842005000200003&script=sci_arttext VAMOS AOS PRÓXIMOS PASSOS? Compreender os processo de absorção e distribuição de fármacos Conhecer as fases de biotransformação de fármacos Entender o sistema P-450 Avaliar os processos de eliminações de fármacos
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