Comunicação celular

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RESUMO FISIOLOGIA – CAPÍTULO 16 ALBERTS 
 
 Comunicação Celular 
 
o As células têm de interpretar a multiplicidade de sinais que recebem de 
outras células para auxiliar na coordenação de seu comportamento. 
o Uma variedade de sinais coordena o crescimento do animal assim como sua 
fisiologia e comportamento cotidiano. 
 
 
 PRINCÍPIOS GERAIS DA SINALIZAÇÃO CELULAR 
 
o Envolve a conversão dos sinais de informação de uma forma para outra – TRANSDUÇÃO DE 
SINAL 
o A célula sinalizadora produz um tipo particular de molécula-sinal que é detectada pela célula-
alvo. Estas possuem proteínas receptoras que reconhecem e respondem especificamente à molécula-
sinal. 
o Transdução: célula-alvo recebe um sinal extracelular – conversão de sinais intracelulares que 
alteram o comportamento celular. 
 
 
 OS SINAIS PODEM ATUAR A DISTÂNCIAS CURTAS E LONGAS 
o Nos organismos pluricelulares, a transmissão de sinal normalmente ocorre através de todo o 
corpo pela secreção na corrente sanguínea, a sinalização endócrina. Nesse tipo de transmissão as 
moléculas sinalizadoras são chamadas de hormônios e as células produtoras de células endócrinas. 
o Há um tipo, menos comum, chamado de sinalização parácrina – em vez de entrar na corrente 
sanguínea, as moléculas se difundem localmente pelo meio extracelular, permanecendo nas 
vizinhanças das células que as secretou. Essas atuam como mediadores locais. 
o A sinalização neuronal constitui uma terceira forma de comunicação celular – a mensagem não 
é amplamente distribuída, mas é liberada rápida e especificamente para as células-alvo individuais 
pelas linhas privadas. 
o A sinalização dependente de contato, uma quarta forma de comunicação, funciona de modo 
que a mensagem passa quando a molécula-sinal ancorada na membrana plasmática da célula 
sinalizadora se liga a uma molécula receptora inserida na membrana plasmática da célula-alvo. 
o A sinalização dependente de contato controla a produção de uma célula nervosa. 
 
 OS SINAIS RESPONDEM A UM CONJUNTO LIMITADO DE SINAIS 
o Cada célula deve responder seletivamente a uma mistura de sinais, des- 
prezando alguns e reagindo com outros, de acordo com sua função 
especializada. 
o A resposta de uma célula a uma molécula sinalizadora depende, antes 
de tudo, do fato de a célula possuir um receptor para essa molécula. 
Sem o receptor apropriado, a célula será insensível ao sinal e não poderá 
reagir. 
o Um sinal pode alterar a forma da célula, o movimento, o metabolismo e 
a expressão gênica. 
o Células diferentes respondem de modo diferente ao mesmo tipo de 
sinal. 
o O sinal afeta a atividade de proteínas que já estão presentes nas células. 
o Uma célula típica possui uma coleção de receptores diferentes, tal variedade torna a célula 
sensível simultaneamente a muitos sinais extracelulares. Esses sinais, ao atuarem juntos, 
DURANTE O DESENVOLVIMENTO DO 
ANIMAL ,POR EXEMPLO, AS CÉLULAS 
DO EMBRIÃO TROCAM SINAIS PARA 
DETERMINAR QUAL FUNÇÃO 
ESPECIALIZADA CADA CÉLULA 
DEVERÁ ADOTAR, QUE POSIÇÃO ELA 
DEVERÁ OCUPAR NO ANIMAL E SE 
DEVERÁ SOBREVIVER, SE DIVIDIR OU 
MORRER. 
 
Cada futuro neurônio libera um 
sinal inibitório às células que 
estão em contato com ele, 
impedindo que elas também se 
especializem em neurônios. Essa 
molécula sinalizadora(Delta) e a 
molécula receptora(Notch) são 
proteínas transmembrana. Esse 
mesmo mecanismo controla o 
padrão detalhado de tipos 
celulares diferenciados em vários 
outros tecidos. 
 
 
podem evocar respostas que são maiores do que apenas a soma dos efeitos que cada sinal 
pode evocar independentemente. 
o A presença de um sinal modifica a resposta do outro, assim, uma combinação de sinais 
permite a sobrevivência da célula. 
 
 
 
 OS RECEPTORES TRANSMITEM OS SINAIS VIA ROTAS INTRACELULARES DE SINALIZAÇÃO 
o Em praticamente todos os casos, a molécula-alvo é uma proteína receptora e cada receptor é 
ativado por somente um sinal. A proteína receptora executa a etapa inicial da transdução 
celular. 
o A mensagem passa de uma molécula sinalizadora intracelular para outra, em que cada uma 
ativa ou gera a próxima molécula sinalizadora até que uma enzima metabólica é posta em 
ação, um gene é ativado, ou o citoesqueleto é forçado a assumir uma nova configuração – 
resposta da célula. 
o Cascata de sinalização: uma proteína receptora localizada na superfície celular transduz um 
sinal extracelular, iniciando a cascata que transfere o sinal para o interior da célula, 
 
 
amplificando-o e dando-lhe direção. Muitas das etapas podem ser moduladas por outras 
moléculas ou por eventos intracelulares. 
o Essas cascatas tem várias funções: transformam ou transduzem o sinal em uma forma 
adequada para que ele passe adiante ou estimule uma resposta. Elas transmitem o sinal do 
ponto na célula onde é recebido, para o ponto no qual a resposta é produzida. Amplificam o 
sinal recebido, tornando-o mais forte, de forma que poucas moléculas sinalizadoras 
extracelulares são suficientes para evocar uma resposta intracelular intensa. Distribuem o 
sinal de forma a influenciar vários processos paralelos. Cada etapa está sujeita à modulação 
por outros fatores. 
 
O ÓXIDO NÍTRICO ATRAVESSA A MEMBRANA PLASMÁTICA E ATIVA DIRETAMENTE ENZIMAS 
INTRACELULARES 
o Esse gás se difunde facilmente para fora da célula que o produz e penetra nas células 
vizinhas. 
o Ele é produzido a partir do aminoácido arginina e atua como um mediador local em muitos 
tecidos. Só age localmente porque é rapidamente convertido em nitratos e nitritos. 
o As células endoteliais liberam NO em resposta à estimulação pelos terminais nervosos. 
o Esse sinal do NO causa o relaxamento dos vasos sanguíneos coronarianos e aumentando o 
fluxo de sangue para o coração. 
o O NO se liga à enzima guanilato ciclase e estimula a formação de GMP cíclico(uma molécula 
sinalizadora intracelular pequena que forma a conexão seguinte na cadeia de sinalização que 
leva à resposta celular final) a partir do nucleotídeo GTP. 
o O GMP cíclico é similar, em estrutura e mecanismo de ação, ao AMP cíclico(uma molécula 
mensageira intracelular). 
o O óxido nítrico desencadeia relaxamento da musculatura lisa da parede dos vasos 
sanguíneos. 
 
ALGUNS HORMÔNIOS ATRAVESSAM A MP E SE LIGAM A RECEPTORES INTRACELULARES 
o Moléculas sinalizadoras hidrofóbicas como os hormônios esteroides e hormônios da tireoide 
passam através da MP das células-alvo e se ligam a proteínas receptoras localizadas no 
citosol ou no núcleo. 
o Esses receptores hormonais são proteínas capazes de regular a expressão gênica, mas se 
encontram na forma inativa nas células não-estimuladas. 
o Quando ocorre a ligação do hormônio, a proteína receptora passa por uma grande mudança 
conformacional que a ativa, tornando-a capaz de promover ou inibir a transcrição de um 
grupo específico de genes. 
o Os hormônios evocam uma variedade de respostas fisiológicas porque regulam diferentes 
conjuntos de genes. 
o O receptor é necessário não somente em um tipo celular, mas em muitos tipos celulares para 
auxiliar na produção de toda a gama de características que distingue os homens das 
mulheres. 
 
OS RECEPTORES DE SUPERFICIE CELULAR PERTENCEM A TRÊS CLASSES PRINCIPAIS 
o Receptores associados a canais iônicos: o sinal resultante é um fluxo de íons pela membrana 
que produz uma corrente elétrica. Um receptor associado ao canal iônico abre ou fecha em 
resposta à ligação da sua molécula sinalizadora. 
o Receptores associados à proteína G: ativam uma classe de proteína ligada à membrana (uma 
prot. trimérica ligadora de GTP ou proteína G), a qual é liberada para migrar no plano damembrana, iniciando uma cascata de outros efeitos. O sinal é passado primeiro a uma 
proteína de ligação à GTP que está associada ao receptor e ativa uma enzima alvo na 
membrana plasmática. 
o Receptores associados a enzimas: quando ativados, atuam como enzimas ou se associam a 
elas no interior da célula. A ativação dessa atividade enzimática gera uma série de sinais 
 
 
adicionais, incluindo pequenas moléculas que são liberadas no citosol. Um receptor 
associado a enzimas interage com sua molécula sinalizadora extracelular e aciona uma 
atividade enzimática do receptor, dentro da célula. 
 
RECEPTORES ASSOCIADOS A CANAIS IÔNICOS CONVERTEM SINAIS QUIMICOS EM SINAIS 
ELETRICOS 
o Esses canais também são conhecidos como canais iônicos com portões controlados por 
transmissores 
o São responsáveis pela transmissão rápida de sinais pelas sinapses no sistema nervoso. 
o Transformam o sinal químico, na forma de um pulso de neurotransmissor liberado no 
exterior da célula-alvo, em um sinal elétrico, na forma de uma mudança de voltagem pela 
membrana plasmática dessa mesma célula. 
o Modifica sua conformação após a ligação do neurotransmissor, levando à abertura ou 
fechamento de um canal para o fluxo de íons específicos pela membrana plasmática. 
o Os íons, conduzidos por um gradiente eletroquímico, correm para dentro ou para fora da 
célula, criando uma mudança no potencial da membrana, podendo desencadear um impulso 
nervoso ou alterar a capacidade de outros íons sinais fazê-lo. 
o Enquanto esses canais são uma especialidade do sistema nervoso e algumas células 
musculares, os receptores de proteína G e associados a enzimas são utilizados por 
praticamente todos os tipos celulares do corpo. 
 
MUITAS PROTEINAS SINALIZADORAS INTRACELULARES ATUAM COMO INTERRUPTORES 
MOLECULARES 
o A recepção de um sinal faz com que comutem de um estado inativo para um ativo. Essas 
proteínas , quando ativadas, podem intensificar outras proteínas ao longo da rota. 
o Elas então permanecem no estado ativo até que algum outro processo as desligue. 
o Para que uma rota de sinalização se recupere após transmitir um sinal e fique apta a 
transmitir outro, cada interruptor molecular deve retornar ao seu estado original não-
estimulado. 
o Em cada etapa, para cada mecanismo de ativação deve haver um mecanismo de inativação. 
o Essas proteínas pertencem a duas classes principais: 
o Proteinas cuja atividade é ligada/desligada por fosforilação – O interruptor é 
acionado em uma direção por uma quinase que adiciona à proteína um grupo 
fosfato, e na outra direção por uma fosfatase que remove o fosfato. 
o Cascata de fosforilação: uma quinase, ativada por fosforilação, fosforila a quinase 
seguinte e assim por diante, transmitindo o sinal adiante, e nesse processo ocorre a 
amplificação, a propagação e a modulação do sinal. 
o Proteinas ligadoras de GTP - Estas comutam entre o estado ativo e inativo de acordo 
com a presença de GTP ou de GDP ligadas a elas. 
 
 
RECEPTORES ASSOCIADOS À PROTEÍNA G 
o A família mais numerosa dos receptores de superfície celular. 
o Medeiam respostas a uma enorme diversidade de moléculas sinalizadoras extracelulares, 
incluindo hormônios, mediadores locais e neurotransmissores. 
o Essas moléculas podem ser proteínas, pequenos peptídeos ou derivados de aminoácidos ou 
de ácidos graxos, e para cada uma delas existe um receptor ou um conjunto de receptores 
específicos. 
o Todos esses receptores possuem estrutura semelhante: cada um é formado por uma única 
cadeia polipeptídica que atravessa a bicamada lipídica sete vezes. 
 
A ESTIMULAÇÃO DOS RECEPTORES ASSOCIADOS A PROTEINA G ATIVA AS SUBUNIDADES 
DESSA PROTEINA 
 
 
o A ligação de uma molécula sinalizadora extracelular ao receptor transmembrana sete-passos 
induz uma mudança conformacional que permite a ele ativar uma proteína G localizada 
dentro da membrana plasmática. 
o Existem variado tipos de proteína G, cada um deles é especifico para um grupo particular de 
receptores e um grupo particular de proteínas-alvo 
o São formadas por subunidades (alfa, beta e gama). 
o No estado não-estimulado, a subunidade alfa possui uma GDP ligada, e a proteina G está 
inativa. 
o A interação de um ligante extracelular com seu receptor causa sua alteração e a consequente 
ativação da proteína G pela perda de afinidade da subunidade alfa por GDP, que é trocada 
por uma molécula GTP. 
o Essa ativação separa as subunidades da proteína G: a sub. Alfa ligada apanha seu GTP, se 
desliga do complexo beta-gama, gerando duas moléculas separadas que se deslocam de 
modo independente ao longo da membrana. 
o A sub alfa e o complexo beta-gama podem interagir diretamente com as proteínas-alvo 
localizadas na MP, as quais podem transmitir o sinal para outros destinos. 
o A sub. Alfa tem uma atividade intrínseca de hidrolise de GTP (GTPase) e hidrolisa sua GTP à 
GDP, associando-se novamente ao complexo beta-gama, desligando o sinal. 
 
ALGUMAS PROTEINAS G REGULAM CANAIS IONICOS 
o As proteínas –alvo das subunidades da proteína G são canais iônicos ou enzimas ligadas à 
membrana. 
o O batimento cardíaco dos animais é controlado por dois grupos de fibras nervosas: um 
acelera o coração e o outro diminui seus batimentos. 
o As fibras que sinalizam uma redução dos batimentos o fazem pela liberação de acetilcolina, 
que se liga a um receptor associado a proteína G na sup. das células musculares cardíacas. 
o A ligação da acetilcolina ao seu receptor inativa uma proteína G (Gi). 
o Nesse exemplo, o componente ativo na sinalização é o complexo beta-gama, ele se liga à face 
intracelular de um canal de potássio na membrana da célula muscular cardíaca, forçando a 
abertura do cana e o efluxo de potássio. 
o Isto altera as propriedades elétricas da célula, inibindo sua atividade. O sinal é desligado e o 
canal se fecha – quando uma subunidade alfa hidrolisa sua GTP e se reassocia ao complexo 
beta-gama para formar uma proteína G inativa. 
 
ALGUMAS PROTEINAS G ATIVAM ENZIMAS LIGADAS A MEMBRANA 
o Suas interações com as enzimas-alvo provocam a produção de moléculas sinalizadoras 
intracelulares adicionais. 
o Os alvos mais frequentes das proteínas G são a adenilato ciclase (enzima responsável pela 
síntese de AMP cíclico) e a fosfolipase C (responsável pela síntese das pequenas moléculas 
sinalizadoras trifosfato de inositol e diaciglicerol). 
o Essas duas enzimas são ativadas por tipos diferentes de proteínas. 
o As moléculas geradas nessas cascatas são frequentemente chamadas de segundos 
mensageiros. 
o Eles são produzidos quando as enzimas são ativadas e se difundem rapidamente, 
disseminando o sinal por toda a célula. 
 
A ROTA DO AMP CÍCLICO PODE ATIVAR ENZIMAS E GENES 
o Muitos sinais extracelulares que atuam por meio de receptores associados à proteína G 
afetam a atividade da adenilato ciclase e alteram a concentração intracelular da molécula 
mensageira AMP cíclico. 
o A subunidade alfa da proteína G é denominada Gs porque estimula a ciclase 
o Uma segunda enzima, fosfodiesterase do AMP cíclico, converte rapidamente o AMP cíclico 
em AMP para ajudar a eliminar o sinal. 
 
 
o A fosfodiesterase do AMP cíclico está continuamente ativa dentro da célula. 
o O AMP cíclico é uma molécula hidrossolúvel. 
o Em muitos tipos de células animais, a estimulação da produção do AMP cíclico impulsiona a 
taxa de consumo de combustíveis metabólicos. 
o O AMP cíclico exerce vários efeitos principalmente pela ativação da enzima proteinoquinase 
dependente de AMP cíclico (PKA) 
o Essa enzima é mantida normalmente inativa, na forma de um complexo com outra proteína. 
o A ligação do AMP cíclico força uma mudança conformacional que libera a quinase ativa. 
o A PKA ativada catalisa a fosforilação de serinas e treoninas especificas em determinadas 
proteínas intracelulares.o Os efeitos do AMP cíclico variam com a célula-alvo. 
o Em alguns casos os efeitos da ativação da cascata do AMP cíclico são rápidos, em outros são 
lentos. 
 
A ROTA DO FOSFOLIPIDEO DE INOSITOL DESENCADEIA UM AUMENTO NO CÁLCIO 
INTRACELULAR 
o Algumas moléculas sinalizadoras extracelulares exercem seus efeitos por meio de um tipo de 
proteína G que ativa a enzima fosfolipase C. 
o A fosfolipase C , uma vez ativada, propaga o sinal pela degradação de uma molécula lipídica 
que é um componente da MP. A molécula é um fosfolipideo de inositol que está presente em 
pequenas quantidades na face citosólica da bicamada lipídica da MP. 
o A rota: ocorre em quase todas as células eucarióticas e afeta uma multidão de proteínas-alvo 
diferentes 
o Funciona assim: Quando a fosfolipase C remove o açúcar-fosfato do fosfolipideo de 
inositol, ela gera duas pequenas moléculas mensageiras – IP3 (açúcar fosforilado 
hidrofílico, se difunde para o citosol) e DAG (lipídeo que permanece na MP). 
o O IP3 liberado no citosol chega ao reticulo endoplasmático, onde se liga aos canais de 
cálcio na membrana da organela, abrindo-os. O cálcio, armazenado dentro do 
reticulo, é então liberado para o citosol, causando um aumento na concentração 
citoplasmática do íon livre. 
o O DAG auxilia no recrutamento e na ativação de uma proteinoquinase, que transloca 
do citosol para a MP. Essa enzima é chamada PKC porque também precisa se ligar ao 
cálcio para se tornar ativa. 
o A PKC, uma vez ativada, fosforila um conjunto de proteínas intracelulares que variam 
dependendo do tipo celular. 
 
UM SINAL DE CÁLCIO DESENCADEIA MUITOS PROCESSOS BIOLOGICOS 
o A concentração de cálcio livre no citosol de uma célula não-estimulada é extremamente 
baixa comparada com sua concentração no fluido extracelular ou no RE. Essas diferenças são 
mantidas por bombas. 
o Bombas que bombeiam ativamente cálcio para fora do citosol. Como resultado, existe um 
alto gradiente eletroquímico de cálcio através da membrana do RE e da MP. 
o Quando um sinal abre os canais de cálcio em uma dessas membranas, o íon se desloca 
rapidamente para o citosol a favor de seu gradiente de concentração e desencadeia 
mudanças nas proteínas sensíveis a ele.