BIOQUÍMICA - BIOSSINALIZAÇÃO

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BIOQUÍMICA - BIOSSINALIZAÇÃO
Introdução
A biossinalização trata-se de uma cascata de eventos
gerada pela comunicação entre várias células de
diferentes tecidos ou do mesmo tecido, ou até mesmo na
própria célula que recebeu o sinal. Os processos de
biossinalização estão presentes não só em seres humanos,
mas também em plantas, microrganismos, e em todos os
seres vivos.
Importância da biossinalização:
→ Durante o desenvolvimento embrionário, a
biossinalização é importante para que ocorra a
diferenciação celular;
→ Importante para a atividade metabólica em diferentes
tecidos (Ex: Canais iônicos no tecido neural, no tecido
muscular, etc.)
Receptores não estão somente na membrana
plasmática, há receptores dentro da célula. O sinal pode
vir de dentro da célula ou de fora. Se eu tenho um
receptor ligado à membrana plasmática, o sinal pode ter
que atravessar a bicamada lipídica para agir no receptor
solúvel dentro da célula, e as vezes esse receptor ainda
migra para dentro do núcleo para o DNA regular a
produção de RNAm para a síntese de determinadas
enzimas.
Características gerais dos receptores:
→ Especificidade entre receptor e ligante;
→ Complementariedade;
→ Geralmente são proteicos;
→ O antagonista (inibidor) tem estrutura semelhante ao
ligante agonista;
→ Não é preciso uma concentração muito alta de
ligantes para que a resposta seja gerada, pois uma
característica é a AMPLIFICAÇÃO DE SINAL;
→ Os receptores são sensíveis: Um pequeno
aumento na concentração do sinal geralmente já é o
suficiente para desencadear a resposta;
→ Cooperatividade: Em alguns casos, existem outros
sítios no receptor, onde ligam-se modulares positivos ou
negativos, que podem facilitar ou dificultar a geração da
resposta (modulação alostérica).
O que é amplificação de sinal?
Exemplo:
Um sinal desencadeia a mobilização de dez mil
moléculas de glicose. Como isso ocorre? Ativada, a
proteína Gs produz em torno de 20 AMPc, esses 20
AMPc ativa 10 PKA, cada PKA fosforila ao menos 10
moléculas de kinase da fosforilase, e cada kinase vai
fosforilar ao menos 10 glicogênio fosforilases, e cada
uma dessas enzimas vai remover no mínimo 10
glicogênios. Portanto, essa amplificação será de pelo
menos 10 mil vezes.
Receptores GPCR:
→ Receptor que atravessa a bicamada lipídica 7 vezes,
ou seja, são receptores com 7 domínios transmembrana.
O receptor é ACOPLADO à proteína G, e esta faz
parte do processo de biossinalização. Eles funcionam
através de 3 componentes:
1. O receptor em si
2. Proteína G, que facilita na sinalização
3. Uma enzima efetora
→ Dependendo do tipo de proteína G ligado ao receptor,
diferentes enzimas podem ser ativadas;
→ A enzima é ativada apenas por UMA subunidade da
proteína G (subunidade alfa).
→ Proteína G:
Proteína que tem a capacidade de se ligar ao GTP,
tornando-se ativa, sendo capaz de ativar seu alvo (pode
ser a adenilil ciclase ou a fosfolipase C). Possui
subunidades alfa, beta e gama.
→ Proteína Gs:
Quando eu ativo um receptor acoplado à proteína Gs, essa
subunidade ligada em GDP, troca esse GDP por GTP
(agem apenas como ligante, não possuem função
energética), tornando se ativa. Ativa, a subunidade alfa
dissocia-se e interage com a enzima ADENILIL
CICLASE, ativando a.
A enzima pega o ATP presente no citosol (a célula
precisa de ATP para funções energéticas, mas também
para retirar dessas moléculas grupos fosfato, pela ação de
kinases), nesse caso, o ATP é transformado em
AMP-cíclico (tira um fosfato sobre ADP, tira mais um,
sobra AMP). Como consequência, a concentração de
AMPc no citosol aumenta, em resposta.
→ Proteína Gi:
Os sinais que agem em receptores acoplados à
proteína Gi levam à inibição da atividade da adenilil
ciclase, o AMPc está sendo degradado, já que a enzima
está sendo produzida numa taxa basal, a degradação é
mais rápida que a produção, o efeito é a diminuição da
concentração de AMPc.
Um sinal extracelular pode ter efeitos completamente
diferentes, isso depende do tipo de receptor. Ex:
Acetilcolina age em receptor nicotínico (GPCR) e
muscarínico (canal iônico), gerando efeitos
completamente diferentes. Depende também do tecido, da
localização no sistema nervoso central. Adrenalina:
receptores alfa e beta adrenérgicos.
→ Proteína Gq:
O que acontece quando um agonista liga em um receptor
acoplado à proteína Gq? Essa proteína também possui
subunidades alfa, beta e gama, também vai trocar GDP
por GTP, se tornar ativa, dissociar a parte alfa e ativar
a enzima. Mas nesse caso, a enzima é a fosfolipase C
(quebra lipídio). Quando o lipídio de membrana (PIP2 –
fosfatidil inositol bifosfato) é quebrado, dá origem a
outras duas moléculas: Diacilglicerol (glicerol com 2
ácidos graxos) e Inositol trifosfato (IP3). Tanto o
diacilglicerol quanto o IP3 agem em alvos distintos e
convergem para a ativação de outra quinase (PKC).
→ O IP3 abre canais de cálcio do retículo
endoplasmático;
→ O diacilglicerol se liga e ativa a proteína kinase C. O
cálcio liberado do retículo endoplasmático termina de
ativar a PKC;
→ Tanto DAG quanto o cálcio ativam a PKC.
OBS: Cálcio: Envolvido em diversas respostas =
neurotransmissão, contração muscular, ativação de PKC e
outras enzimas importantes no metabolismo, ativação de
diversas proteínas, cascata de ativação plaquetária, etc.
Como o AMPc e seu aumento de concentração ativa
PKA?
Para que a enzima realize sua função agindo sobre o alvo
é preciso que ela se ligue ao seu substrato, se a região do
PKA que liga e fosforila o alvo estiver ligada a um sítio
regulador, não vai encontrar o alvo para fosforilar.
Quando aumenta a concentração de AMPc, (tem se
subunidade regulatórias e catalíticas da PKA e um
domínio onde se ligam as subunidades catalíticas e
regulatórias), o AMPc se liga à subunidade regulatória
causando a alteração na estrutura e liberando a
subunidades catalíticas, responsável por fosforilar os
alvos.
Glucagon
Liberado no estado de jejum para estimular a quebra do
glicogênio no tecido hepático gerando glicose que será
liberada para outros tecidos. O sinal é o glucagon que se
liga em um receptor do tipo GPCR. A enzima que
degrada o glicogênio em glicose se chama glicogênio
fosforilase, para que a glicogênio fosforilase esteja ativa,
ela precisa estar fosforilada, quem a fosforila chama- se
kinase da fosforilase, e essa kinase para ser ativa precisa
ser fosforilada.
Que tipo de regulação a glicogênio fosforilase sofre?
Regulação alostérica (cálcio) e
Covalente reversível (fosforilação e desfosforilação).
Proteína Gs Ativa a enzima Adenilil ciclase AMPc
PKA fosforila a kinase da fosforilase fosforila a
glicogênio fosforilase degrada o glicogênio em
glicose.
Término da resposta
→ Mecanismos para a desativação do sinal:
1. Diminuir a concentração do ligante no plasma,
captando ele de volta para a célula;
2. Degradar o ligante;
3. Hidrólise do GTP , tornando a adenilil ciclase
inativa, deixando de produzir
AMPc;
4. Degradação do AMPc pelas fosfodiesterases;
5. Dessensibilização: Forma de terminar a resposta,
no entanto, acontece quando o sinal perdura por
muito tempo próximo ao receptor.
Enzimas GRK (Kinases de GPCR’s):
Kinases de receptores acoplados à proteína G,
fosforilando os GPCR’s quando o sinal persiste por
muito tempo. Assim os GPCR’s tornam-se insensíveis
aos seus agonistas. Geralmente, a consequência dessa
fosforilação é a ligação de outra proteína chamada Beta
arrestina (‘’arrest’’), prendendo o receptor dentro da
célula, englobando a parte da membrana onde o receptor
se encontra.
Receptor tirosina quinase
→ Insulina= Ativa fosforilases, que desfosforiza os
alvos, portanto, possui efeito contrário do glucagon. A
insulina é liberada em resposta ao aumento da [ ] de
glicose e age sobre um receptor do tipo TIROSINA
QUINASE.
Esse receptor, como o próprio nome já diz, fosforila a
tirosina.
*A insulina regula a expressão de enzimas: Via GRB2
*Diminui a expressão da glicose 6 fosfatase (tira fosfato
da glicose no tecido hepático).
*Regula o metabolismo do glicogênio, inativando uma
enzima que inativa a glicogênio sintase.
*Os receptores GLUTsão receptores envolvidos na
captação de glicose plasmática nos diversos tecidos. Nos
tecidos musculares e adiposo tem -se principalmente o
GLUT 4, e esse GLUT 4 fica ‘’sequestrado’’ dentro da
célula, portanto não vai captar glicose, vai captar glicose
se receber o estímulo da insulina (translocação do
receptor GLUT 4 para a membrana plasmática).
São 2 vias:
A insulina liga -se no receptor tirosina quinase e duas
cascatas podem acontecer: Cascata de GRB2, que regula
a expressão de diversos genes e converge para a
proliferação celular (por isso a insulina é chamada de
mitógeno) e a outra cascata ativa o fosfatidilinositol 3
quinase (PI3 k), que leva à ativação da proteína kinase B.
GRB 2:
1. A insulina se liga em seu receptor, e ativo, esse
receptor se auto fosforila e ativa uma subunidade
catalítica, que vai fosforilar um alvo. Esse alvo é o IRS
(insulin receptor substrate), principalmente o IRS 1.
2. Esse IRS 1 pela via GRB2 regula a expressão gênica.
Fosforilar IRS 1, a proteína GRB 2 reconhece e se liga ao
IRS 1 fosforilado, com isso a GRB2 terá sua conformação
alterada.
3. Com a conformação alterada, outro sítio para a
ligação de outra proteína (SOS) será criado, a SOS
altera novamente a conformação e cria um sítio para a
ligação de outra proteína (RAS).
4. RAS é uma proteína G, que troca GDP por GTP, e ativa
muda a conformação permitindo a ligação pela RAF
(kinase), a RAF fosforila MEK, que fosforila ERK, que
regula a transcrição gênica. O resultado de tudo isso é a
regulação da expressão gênica.
*Cascata de MAP – kinases (proteínas ativadas por
mitógenos)
A outra cascata é via PI3K (fosfatidil inositol 3 kinase)
e PKB:
1. A insulina se liga ao receptor tirosina quinase, ele se
autofosforila, e fosforila a IRS 1, ativando o PI3K, que
fosforila o PIP2, formando PIP3, que se liga à PKB.
2. A PKB ativa tem diversos alvos, ela facilita a
translocação dos receptores GLUT 4 nos tecidos e
permite que a síntese de glicogênio aconteça,
fosforilando e inativando a enzima que inativa a
glicogênio sintase.
*O estímulo para a CAPTAÇÃO de glicose se dá
através do estímulo da translocação do receptor GLUT 4,
essa glicose precisa ser guardada na forma de glicogênio.
Para formar o glicogênio é preciso inativar a enzima que
inativa a glicogênio sintase.
Receptores Guanilil ciclase:
→ A partir de GTP produz GMPc que ativa PKG.
→ Receptores desse tipo podem ser transmembrana ou
solúveis dentro da célula (nesse caso, o ligante tem que
ser hidrofóbico, para que consiga atravessar a bicamada
lipídica, ex: óxido nítrico).
→ Receptor de fator natriurético atrial
→ Receptor de guanilina no intestino
→ Receptor de óxido nítrico
Canais iônicos:
→ São tanto transportadores de membranas como
receptores;
→ Como envolve o fluxo de íons, é preciso que haja um
gradiente de concentração, e para criar o gradiente de
concentração, precisa se de transporte ativo primário,
possibilitado por enzimas;
→ Os sinais para esses receptores: Químico (ligante) e
voltagem;
→ O receptor é o próprio canal iônico e a resposta é a
abertura desses canais;
→ São permissíveis à passagem de um íon ou mais,
dependendo do receptor;
→ Não são saturáveis fisiologicamente;
→ Abertura e fechamento: Um canal sensível à
voltagem, por exemplo, possui alças carregadas
positivamente, e se dentro da célula está mais
negativo, o canal permanece fechado, se dentro da célula
torna se menos negativo ou neutro ou positivo, as alças
são repelidas possibilitando a passagem dos íons.
Receptores de adesão:
→ Servem para manter as células aderidas. (ex:
agregação plaquetária)
→ São importantes para diversos efeitos, para permitir
que células do sistema imune circulantes migrem para
dentro do tecido que apresenta problemas, para que as
células de determinado tecido permaneçam unidas entre
elas.
→ Geralmente a perda da expressão de receptores de
adesão ocorre quando um tumor com metástase, essa
célula cancerígena perde sua ‘’adesividade’’ e cai na
corrente sanguínea, atingindo outros tecidos.
Receptores nucleares:
→ São receptores intracelulares, solúveis no citosol,
solúveis no núcleo
→ Não necessariamente estão no núcleo, mas vão
agir no núcleo, regulando a expressão gênica.
No núcleo tem o DNA, tem os genes que possuem as
informações para a síntese das proteínas, e o gene é
formado por uma região anterior a essa informação
chamada de região promotora.
Nessa região promotora eu ligo proteínas que
produzem mais dessa informação
‘’xerocando’’ esses genes, ou outras proteínas que
reduzem essa produção. Essas proteínas que vão se ligar à
região promotora e vão aumentar ou reduzir a produção
daquele RNAm a partir desse gene são chamados de
fatores de transcrição, a região que reconhece os fatores
de transcrição é chamado de elemento de resposta. O
receptor nuclear é um fator de transcrição, que é ativado
por um ligante que tem que entrar dentro da célula, da
mesma forma que o óxido nítrico, tem que ser apolar.
Obs: Alguns segundos mensageiros de outros tipos de
receptores também podem atuar na transcrição gênica.