Comunicação Celular: O Ca2+ como Mensageiro

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O Cálcio como segundo mensageiro intracelular
Comunicação Celular
6. O Ca2+ como mensageiro intracelular
	6.1. Mecanismos da regulação da [Ca2+] intracelular
	6.2. Mecanismos de elevação da [Ca2+] intracelular
		6.2.1. Reservatórios intracelulares de Ca2+. Receptores do IP3 e da rianodina.
		6.2.2. Influxo de Ca2+ através de canais da membrana celular.
Temas Abordados
 Sinalização celular;
 Neurotransmissão;
 Contração muscular;
 Coagulação sanguínea; 
 Cofator de enzimas;
 Secreção; 
 Mineralização óssea.
Funções Biológicas do Cálcio
 O cálcio é um elemento abundante.
 A alteração das [Ca2+] controlam muitas das funções das células, sendo os efeitos do Ca2+ mediados frequentemente por ligação a uma proteína, a calmodulina.
 Na ausência de sinal a [Ca2+] no citosol é muito baixa, cerca de 100 nM.
 Se a célula é ativada por recetores mobilizadores do Ca2+ há uma entrada do Ca2+ para o citosol o que pode fazer subir esse nível até 10 μM aproximadamente.
6. Cálcio como mensageiro intracelular
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O cálcio no citosol vai-se ligar a proteínas ligantes do cálcio, as quais podem desempenhar dois papéis:
Proteínas ligantes do cálcio
Proteínas Sequestradoras: sequestram iões Ca2+ sem gasto de energia, reduzindo assim a [Ca2+] inicial.
Atuam como tampões para o cálcio;
Proteínas Sinalizadoras:
permitem a condução ou amplificação do sinal.
Ex.: calmodulina, cinases dependentes da calmodulina, sintase do óxido nítrico (NOS), PLCβ, cPKC, etc.
A membrana plasmática é crucial à manutenção da [Ca2+].
Remove o cálcio da célula, permitindo a sua entrada quando necessário para desencadear sinal.
A concentração de cálcio intracelular é altamente regulada assim como a concentração de cálcio extracelular.
6.1. Mecanismos de regulação da [Ca2+] intracelular
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A [Ca2+ ] extracelular é 10 000 vezes superior à citosólica. 
Dentro da célula, o cálcio está armazenado na mitocôndria ou no retículo endoplasmático;
O cálcio que entra no citoplasma é transportado para o interior dos organelos através de bombas de cálcio.
A saída de cálcio é desfavorável porque vai contra o gradiente químico e o gradiente de 			potencial elétrico (gradiente de potencial eletroquímico).
Requer consumo de energia
 A membrana citoplasmática contém dois tipos de proteínas que catalisam o transporte ativo do Ca2+ intracelular para o exterior: 
 	1) Bomba cálcio - ATPase: utiliza o ATP como fonte de energia;
	2) Permutador Na+/Ca2+: usa o gradiente eletroquímico de Na+
que existe através da membrana, como fonte de energia.
Após um influxo de cálcio, que constitui um sinal, as grandes quantidades de Ca2+ podem ser expelidas da célula rapidamente pelo permutador de Na+/Ca2+. 
Quando a [Ca2+] é baixa, atua a ATPase, que tem elevada afinidade para o cálcio. 
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	A [Ca2+] intracelular também pode ser diminuída por bombeamento para o lúmen do Retículo Endoplasmático (RE), por uma cálcio-ATPase (cálcio-ATPase SERCA do retículo endoplasmático/sarcoplasmático).
Captação para o lúmen do retículo endoplasmático
O Ca2+ é bombeado para o lúmen do R.E. pela cálcio–ATPase SERCA.
	 Cálcio citoplasmático acelera atividade da bomba.
			
 O Ca2+ bombeado para o R.E. é sequestrado e tamponado, mantendo a concentração de iões livres baixa. 
Por exemplo: por ação da calsequestrina.
Cálcio Livre dentro do RE inibe a atividade da bomba.
 O aumento do cálcio citosólico processa-se por dois mecanismos:
Entrada para o interior da célula através de canais de cálcio da membrana, reguláveis, que permitem a entrada do ião na célula de acordo com o seu gradiente de concentração;
Libertação do cálcio dos organitos intracelulares, onde está armazenado. 
O aumento da [Ca2+] resultante, activa as enzimas sensíveis ao cálcio que desencadeiam uma série de efeitos intracelulares.
6.2. Mecanismos de elevação da [Ca2+] intracelular
Moléculas intracelulares (sinais) que regulam a abertura de canais de cálcio: 
InsP3
InsP4
cGMP
cADPr
NAADP (fosfato de dinucleótido de adenina e ácido nicotínico)
Algumas proteínas G
 O processo de sinalização pelo Ca2+ é facilitado pela presença de reservatórios intracelulares dos iões do Ca2+, em que o Ca2+ pode ser sequestrado e rapidamente libertado, e subsequentemente sequestrado, num ciclo de sinalização; 
 Um dos reservatórios principais para os iões de Ca2+ é o lúmen do RE ou o RS dos tecidos do músculo.
 Os canais de Ca2+ sensíveis a rianodina e ao InsP3 permitem a libertação de Ca2+ das reservas intracelulares para o citosol.
Recetores da rianodina e do InsP3 
Membranas do Retículo Sarcoplasmático
+ 
Retículo Endoplasmático
Presentes
6.2.1. Reservatórios intracelulares de Ca2+ Recetores de IP3 e da Rianodina
Permite
Recetores do InsP3
Tetraméricos
Poro Catiónico pouco seletivo
A passagem do Ca2+ pelo canal de IP3 é modulada pelo próprio Ca2+
Passagem do Ca2+ através da membrana do R.E.
Co-agonista
[Ca2+] no citoplasma
[Ca2+]
Libertação do Ca2+ por ação do IP3
Feedback Positivo
[Ca2+] no citoplasma
Inibição do Ca2+
Feedback Negativo
1.
2.
Regulação dos níveis de Cálcio
 O controlo do InsP3Rs não se deve somente à elevação da [Ca2+], mas pode também ser devido a fosforilação do recetor.
Por exemplo: o controlo pode ser feito através da PKA.
 Outros metabolitos do fosfato de inositol podem estar envolvidos na libertação e no controlo da concentração de Ca2+, por exemplo o 1,3,4,5–tetraquisfosfato de inositol (InsP4) mostrou afetar o influxo de Ca2+ nas células e também parece ser um inibidor das bombas do Ca2+.
 O recetor da rianodina é também tetramérico, mas aqui as subunidades são muito maiores, tendo massas moleculares até 560 KDa.
 Recetores ryr - têm como função a amplificação dos sinais de Ca2+, pois são ativados pelo cálcio (feedback positivo). 
Estes recetores de canais de cálcio existem em organelos intracelulares que 	possuem reservas de Ca2+.
Recetores da Rianodina
Medeiam a libertação da concentração de iões Ca2+ 
Recetores ryr
3 isoformas (ryr-1, ryr-2 e ryr-3)
 ryr-1 é expresso no músculo esquelético;
 ryr-2 é expresso no músculo cardíaco;
 ryr-3 representa a forma não muscular.
Ativados por um alcalóide de uma planta, a rianodina.
 
 Estes canais (ryr) também são acionados pela cafeína e endógenamente pelo ADP-ribose cíclico (ryr-1 e ryr-2).
[Rianodina]
Abertura dos canais ryr
[Rianodina]
Inibição da abertura dos canais ryr
 O fluxo de iões através dos VOCCs é controlado pelo potencial elétrico transmembranar, daí a sua designação de operados por voltagem;
 Os canais de Ca2+ que abrem por despolarização da membrana (VOCCs) são distintos quer eletrofisiologicamente quer farmacologicamente, existindo vários canais: L, N, P/Q, R, I e tipo T;
 Os canais tipo L (recetores da dihidropiridina) são primariamente modulados por fosforilação e os N, P/Q e tipo R são modulados pelas proteínas G. 
6.2.2. Influxo de Ca2+ através de canais da membrana celular
 A libertação prolongada de cálcio intracelular nos reservatórios, levam ao seu esgotamento. Isto é ultrapassado pela entrada de Ca2+ extracelular, através da membrana citoplasmática, por canais catiónicos denominados SOCs (“Store Operated Channels”) o que permite reencher os reservatórios de Ca2+.
 O mecanismo de deteção do esgotamento das reservas e da abertura do SOCs ainda não é bem entendido. Parece haver uma interação direta entre os recetores do InsP3 do retículo e os SOCs assemelhando-se à interação entre os ryrs e os VOCCs;
 De facto, a abertura dos SOCs, requerem que os recetores InsP3R estejam ocupados por IP3 e que as reservas de Ca2+ se esgotem.