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Lara Honório – Acadêmica de Medicina Princípios da sinalização celular: A célula é capaz de enviar uma mensagem, informação ou sinal enquanto outras células são capazes de receber, processar e responder a mensagem recebida (receptor celular). Em azul uma célula/molécula com mecanismo de saída, percorre certa distancia até chegar em sua célula alvo, onde irá acoplar a um receptor que stá na membrana da célula ou dentro da célula. Esse receptor recebe a sinalização, se liga e processa para responder a mensagem recebida, Eventos da Sinalização Celular: Avaliando o processo da sinalização: Molécula sinal/ Ligante primeiro mensageiro químico: Principais classes de mensageiros químicos: - Hormônios esteroides, que são sintetizados a partir do colesterol- Lara Honório – Acadêmica de Medicina testosterona, estrógeno, progesterona e corticosteroides; - Neurotransmissores, como as aminas; - Óxido nítrico; - Peptídeos, que são fatores de crescimento como, polipeptídeos, hormônios peptídeos como a insulina, glucagon e FSH; - Eicosanoides, que são prostaglandinas e leucotrienos derivados de ácidos graxos; Essas moléculas podem ser liberadas no espaço extracelular por exocitose e são enviadas por difusão. Entende-se que, baseado no caráter da molécula, ela será encontrada e recebida pelo seu receptor na membrana da célula ou dentro dela (por meio de receptor no citoplasma ou receptor no núcleo celular). O receptor pode ser transmembrana, quando posicionado na membrana da célula e reconhece ligantes hidrofílicos. O receptor intracelular citoplasmático ou intracelular nuclear está dentro da célula. Quando a distância que os sinais do mensageiro químico, pode chegar se divide em: 1) Sinalização endócrina: liberado e percorre longas distâncias, ligante acessa a circulação sanguínea. Ex.: Hormônios. 2) Sinalização parácrina: Células vizinhas, que estão próximas e são capazes de sintetizar, liberar a substancia que agirá em células adjacentes (próximas a ela). 3) Sinalização autócrina: sintetiza e age em si mesma. Receptor transmembrana ou de superfície: Moléculas sinal são grandes e hidrfílicas, é a maior parte dos receptores e ao se ligarem a molécula sinalizadora, é ativada e geram uma cascata de sinais intracelulares alterando o comportamento da célula. Seu sinalizador é chamado de primeiro mensageiro. A mensagem recebida precisa ser propagada dentro da célula, e isso ocorre pela transdução do sinal para que chegue ao ponto em que há a resposta alterando o comportamento da célula. Lara Honório – Acadêmica de Medicina O receptor intracelular citoplasmático e nuclear: Ligante tem que penetrar na célula alvo para ativação, são membros de uma família de proteínas conhecidas como superfamília de receptores esteroides e se ligam às regiões específicas do DNA alterando a expressão gênica. Transpõem a membrana plasmáticas por ser hidrofóbico. Pode estar posicionado também dentro do núcleo da célula, ele transpõem as duas membranas (membrana plasmática e a membrana nuclear). Na primeira imagem podemos observar o receptor no núcleo da célula. O ligante é oriundo de fora da célula, transpõem as duas membranas e é reconhecido pelo receptor. Nesse momento, o receptor muda sua conformação independente de ser citoplasmático ou transmembana. Ao mudar de conformação ele se destina a atividade que deve funcionar, nesse caso, para alterar a expressão genica em regiões especificas do DNA podendo ativar ou inibir a transcrição. Na imagem da direita tem uma molécula ligante que se encontrava fora e transpõem as duas membranas e já encontra o receptor já posicionado no DNA, como por exemplo o hormônio com receptor para tireóide. Lara Honório – Acadêmica de Medicina Classificação dos receptores de superfície: Receptor acoplado a proteína G: A proteína G é uma proteína trimérica (formada pr subunidade alfa, beta e gama), reguladora de GTP, porque pode conter GDP (difosfato de guanosina) ou GTP (trifosfato de guanosina). Interpretação de figura: Quando o ligante é reconhecido pelo receptor, ele promove a ativação da proteína G e permite que na subunidade alfa haja uma troca de GDP por GTP (uma espécie de evento liga/desliga). Isso é, o GDP sai e o GTP entra e por essa troca há um deslocamento da subunidade alfa que percorre um caminho a fim de ativar uma enzima que está posicionada dentr da célula (intracelular) Após ativada, a enzima forma um segundo mensageiro que é uma molécula (representada por x) e quando é ativada promove a ativação de outras proteínas que se encontram no citoplasma, como por exemplo as proteínas cinases, que ocorrem em cascata. O ligante é um hormônio proteico (hormônio, que é o primeiro mensageiro), é reconhecido pelo receptor acoplado a proteína G. Ao ser ativado, desloca o GDP pelo GTP e uma das subunidades se desloca e ativa um complexo enzimático, que nesse caso é a adenilciclase que gera um segundo mensageiro, que aqui é o AMP e agora vai promover a ativação de forma de cascata de proteínas cinases por adiciona o de fosfato. Proteínas efetoras: sinalização celular é a ativação de proteínas efetoras. Atuam na expressão de genes inativos, atuam em proteínas que regulam a forma da célula para induzir mudanças na morfologia reorganizando o citoesqueleto, atua... Resposta: Lara Honório – Acadêmica de Medicina Resumo do material Sanar Flix: Introdução: A comunicação envolve a conversão de sinais de informações de uma forma para outra, por meio de transdução de sinal. A célula sinalizadora produz uma molécula-sinal, que é detectada pela célula-alvo e isso inclui uma série de reações intracelulares que regulam o comportamento celular, bem como metabolismo, movimento, proliferação, sobrevivência e diferenciação. Células alvo possuem proteínas receptoras que reconhecem e respondem especificamente à molécula-sinal e a transdução de sinal começa quando a proteína receptora recebe sinal extracelular e converte nos sinais intracelulares, que vão moderar o comportamento da célula-alvo. As moléculas-sinal podem ser: proteínas, peptídeos, aminoácidos, nucleotídeos, esteroides, derivados de ácidos graxos e até mesmo gases dissolvidos. Tipos de sinalização: I. Sinalização endócrina: as moléculas sinalizadoras são hormônios secretados por células endócrinas especializadas e transportadas pela circulação com o intuito de atuar em suas células-alvo localizadas em diversos órgãos diferentes, portanto sua ação pode ser local ou sistêmica. II. Sinalização parácrina: moléculas- sinal se difundem localmente para o LEC e permanece vizinho a célula que o secretou atuando como mediadoras locais sobre células próximas. III. Sinalização autócrina: a célula responde ao mediador que ela mesmo produziu. IV. Sinalização sináptica/neuronal: ocorre apenas entre células excitáveis, a partir de neurotransmissores. A sua secreção ocorre nas sinapses locais especializadas, onde cels nervosas ou neurônios através de seus prolongamentos estabelecem comunicação a longa distância. A informação é transmitidas por cia de conversão de sinais elétricos em forma química, que são os neurotransmissores. Att.: A variedade de receptores torna a célula sensível de forma simultânea a muitos sinais extracelulares e permite que um número pequeno de moléculas exerça controle complexo e refinado sobre o comportamento celular. Lara Honório – Acadêmica de Medicina Velocidade da sinalização celular: Depende diretamente da natureza das moléculas de sinalização intracelulares que estão executando a respostada célula-alvo. Se a resposta envolver mudança na expressão gênica e na síntese proteica (maioria delas é assim), a resposta pode demorar muitos minutos e até mesmo horas. Natureza dos sinais celulares: Em geral pertencem a duas classes: Moléculas que são grandes demais ou hidrofílicas, são maiores e atravessam a membrana plasmática da célula- alvo. Encontram seus receptores na superfície da célula-alvo e transmite sua mensagem pela membrana. -> Transmembrana de superfície. Moléculas que são pequenas ou hidrofóbicas, que podem ser intracelular citoplasmático ou intracelular nuclear. Quando dentro da célula, ativa enzimas intracelulares ou se ligam a proteínas receptoras intracelulares que irão regular a expressão gênica. Lara Honório – Acadêmica de Medicina Vias de sinalização intracelular: É responsável pela detecção e a quantificação de um estímulo específico em uma região da célula e gerar resposta no tempo e medida cera em outra região. Para isso, uma série de intermediários são acionados para o envio de informações na forma de sinais moleculares do receptor para o alvo. Esse sinal não é só passado adiante, mas também processado de diversas maneiras. Os componentes dessas vias de sinalização intracelular executam uma ou varias funções de extrema importância como: 1. Transmitir o sinal e auxiliar na propagação pela célula; 2. Amplificar o sinal recebido, deixando ele mais forte e assim menos moléculas são suficientes para provocar uma intensa resposta intracelular; 3. Integrar sinais que vem de diferentes vias; 4. Distribuir o sinal para mais de uma via intracelular ou proteína efetora, podendo criar ramificações no fluxo de informações e provocar uma resposta mais complexa. Alguns dos sistemas de sinalização geram respostas moderadamente graduais a uma variação na concentração do sinal extracelular e outros sistemas só geram respostas significativas quando a concentração do sinal aumenta excedendo determinado linear. A resposta sigmoide não apresenta efeito ou ele é muito baixo quando em baixas concentrações do estímulo, mas em nível intermediário de estímulo há um aumento abrupto e contínuo da resposta. Obs.: Existem filtros para reduzir respostas inapropriadas a baixas concentrações basais de uma molécula-sinal, mas responde com alta sensibilidade quando o estímulo está dentro de uma pequena varação das concentrações do sinal. Uma outra resposta abrupta consiste na resposta dencontínua ou “tudo ou nada”, onde a resposta é inteiramente ativada de forma irreversível, apenas quando o sinal alcança certa concentração limiar. Lara Honório – Acadêmica de Medicina Quanto à retroalimentação: Incorporação de ciclos de retroalimentação onde o produto final de um processo atua na regulação desse processo. Na retroalimentação positiva o produto estimula sua própria produção. Na retroalimentação negativa o produto inibe sua própria produção. a) Retroalimentação positiva: Na via de sinalização pode transformar o comportamento da célula-alvo. Quando apresenta intensidade moderada, o efeito é o aumento abrupto da resposta sigmoide, mas se for suficiente, pode produzir uma resposta “tudo ou nada”. Essa situação mostra que o sistema assumiu seu mais alto nível de ativação e geralmente essa condição é autossustentada, podendo persistir mesmo após a intensidade do sinal ser diminuída abaixo do valo rcrítico. Na retroalimentação +, o sinal extracelular transitório pode induzir mudanças de longa duração nas células e em suas células-filhas que podem persistir por toda a vida. Além disso, essa retroalimentação pode desencadear memoria celular, onde uma célula pode sofrer mudanças permanentes de características sem alterar sequencia de DNA. b) Retroalimentação negativa: Neutraliza o efeito do estímulo e abrevia e limita o nível da resposta, tornando o sistema menos sensível a perturbações. Como na retro+, podem ser obtidas respostas qualitativamente diferentes quando atua de forma mais vigorosa quando atua de forma vigorosa. Com retardo suficientemente longo pode produzir respostas oscilantes que vão persistir enquanto o estímulo estiver presente ou ainda, pode ser gerado de forma espontânea, sem sinal externo. Mas, se o retardo for curto o sistema irá se comportar como detector de mudança e dá uma resposta forte ao estímulo e decai rapidamente mesmo com a persistência do estimulo. Se aumentar o estímulo de forma súbita, ele responde de forma intensa, mas a resposta também decai com rapidez. Interruptores moleculares: A recepção de um sinal faz com que permute o estado inativo para um ativo, onde essas proteínas, uma vez ativadas podem ativar outras proteínas na via de sinalização, permanecendo no estado ativo até que algum outro processo as desligue. Lara Honório – Acadêmica de Medicina As proteínas que atuam como interruptores/mutadores moleculares são de duas classes: I. Proteínas ativadas ou inativadas por fosforilação: o comutador é acionado em uma direção por uma proteína cinase, que adiciona um grupo fosfato a proteína e na outra direção por uma proteína fosfatase, remove o fosfato. O equilíbrio entre as cinases e as fosfatases é essencial para as proteínas reguladas por esse mecanismo. II. Proteínas de ligação a GTP: comutam entre o estado ativo e o inativo na dependência de terem respectivamente GTP ou GDP ligados a elas. Se ativada pela ligação com GTP, a proteína apresenta atividade intrínseca de hidrolise de GTP e faz autoinativação ao hidrolisare seu GTP em GDP. Receptores: As proteínas receptoras da superfície se dividem em três famílias que diferem no mecanismo de transdução usado, são elas: i. Receptores associados a canais iônicos: Transmissão rápida de sinais pelas sinapses do SN. Transforma sinal químico na forma de pulso de neurotransmissor que é liberado no exterior da célula-alvo em sinal elétrico, mudando a voltagem pela membrana plasmática da célula. Após a ligação do neurotransmissor, o receptor apresenta alteração na conformação e isso leva à abertura ou fechamento do canal ara o fluxo de ions específicos da membrana. Esse processo é conduzido por gradientes eletroquímicos, esses ions entram ou saem da célula no tempo de 1ms criando a mudança no potencial da membrana. Tal mudança pode desencadear impulso nervoso ou tornar mais fácil ou mais difícil que os outros neurotransmissores faça isso Esses receptores são uma especialidade do SN e de outras células eletricamente excitáveis como as células musculares, por exemplo. Lara Honório – Acadêmica de Medicina ii. Receptores associados a proteína G: Tem 7 alfa-hélices paralelas que atravessam a membrana, a ligação extracelular à receptores induz mudanças de conformação permitindo ao domínio citosólico que se ligue a uma proteína G associada com a face interna da membrana plasmática. A interação ativa a proteína G, que se dissocia do receptor e transporta o sinal para o alvo intracelular que pode ser uma enzima ou canal iônico. A proteína G tem três subunidades chamadas alfa, beta e gama, caracterizadas como heterotriméricas. Quando em repouso, alfa está ligado a GDP e ao complexo beta-gama. Essa ligação induz uma mudança conformacional no receptor e o domínio citosólico interage com a porteinga G e estimula a liberação de GDP ligado a subunidade alfa e sua troca para GTP. Obs.: A atividade da subunidade alfa é finalizada através da hidrolise do GTP, que irá se associar novamente ao complexo beta-gama para tornar a proteína G pronta para reiniciar o ciclo. Quando a ativação da proteína G intermedia a regulação do canal iônico é ativada a proteína Gi, e nesse caso o componente ativo da sinalização é o complexoque se liga a face intracelular do canal, abrindo ele para a entrada de moléculas. Quando a interação é com enzimas as consequências são mais complexas, provoca produção de pequenas moléculas sinalizadoras intracelulares adicionais, que são segundo mensageiros. Esses segundos mensageiros são produzidos em grande quantidade quando enzimas ativadas se difundem rapidamente, disseminando sinal pela célula. As duas enzimas alvo mais frequentes da proteína G são a adenilato ciclase, responsável pela síntese de AMPc + molécula sinalizadora intracelular pequena + fosfolipase C, responsável pela síntese das pequenas moléculas sinalizadoras intracelulares trifosfato de inositol e diacilglicerol. iii. Via do AMP cíclico (CAMP): Lara Honório – Acadêmica de Medicina Subunidade alfa da proteína G (Gs) estimulada ativa a Adenil/adenilato-ciclase e causa aumento súbito na síntese de CAMP a partir de ATP por ciclização que remove 2 grupos fosfato do substrato e reúne as extremidades livres do grupo fosfato remanescente ao açúcar da molécula do ATP. A segunda enzima se chama cAMP fosfodiester que converte rapidamente o cAMP em AMP para ajudar a eliminar o sinal. O AMP cíclico é uma molécula hidrossolúvel que pode propagar o sinal por toda a célula a partir de interações com proteínas localizazdas no citosol, no núcleo ou em outras organelas. O AMPc exerce diversos efeitos ao interagir com proteínas da célula, principalmente pela ativação da enzima proteína-cinase dependente de AMPc (PKA). Geralmente ela está inativa em complexo com outra proteína e com a ligação ao AMPc estimula mudança conformacional liberando a cinase ativa. PKA ativada vai catalisar a fosforilação de AA, principalmente serinas e treoninas. iv. Via de fosfato inositol: O fosfatidilinositol 4,5 – bifosfato (PIP2) é um componente menor da membrana plasmática, localizado em direção à camada interna da bicamada fosfolipídica. Uma variedade de moléculas – sinal estimula a hidrólise de PIP2 pela fosfolipase C, uma reação que produz dois segundos mensageiros distintos, diacilglicerol e inositol 1,4,5 – trifosfato (IP3). Diacilglicerol e IP3 estimulam vias distintas da cascata de sinalização, de modo que a hidrólise de PIP2 dispara uma cascata dupla de sinalização intracelular. O IP3, um açúcar fosforilado hidrofílico, difunde – se para o citosol e o lipídeo diacilglicerol permanece na membrana plasmática. O IP3 liberado no citosol chega rapidamente ao retículo endoplasmático, onde se liga aos canais de Ca2+ na membrana da organela, abrindo – os. Assim, o Ca2+ armazenado dentro do retículo é liberado para o citosol por meio desses canais abertos, causando um aumento acentuado na concentração citoplasmática do íon livre, a qual, normalmente é muito baixa. Por sua vez, o Ca2+ sinaliza para outras proteínas. Já o diacilglicerol auxilia no recrutamento e na ativação de uma proteína – cinase, que se transloca do citosol para a membrana plasmática. Essa enzima é denominada proteína – cinase c (PKc) porque ela também precisa ligar – se ao Ca2+ para se tornar ativa. A PKC, uma vez ativada, fosforila um conjunto de proteínas intracelulares que variam dependendo do tipo celular. A PKC tem o mecanismo de ação da PKA, embora a maioria das proteínas que ela fosforila sejam diferentes. Lara Honório – Acadêmica de Medicina Muitos dos efeitos de Ca2+ são mediados pela proteína de ligação ao íon cálcio calmodulina que é ativada pela ligação ao Ca2+, quando sua concentração citosólica aumenta para cerca de 0,5μM. O complexo Ca2+/ calmodulina liga – se então a uma variedade de proteínas – alvo, incluindo proteocinases. A ligação da calmodulina ao íon induz uma mudança conformacional na proteína que a torna capaz de se enrolar em uma ampla gama de proteínas – alvo na célula, alterando suas atividades. Uma classe particularmente importante de alvos da calmodulina é a das proteínas – cinases dependentes de Ca2+/ calmodulina (CaM – cinases). Quando são ativadas, essas proteínas influenciam outros processos na célula pela fosforilação de proteínas específicas. v. Receptores associados a enzimas: São proteínas transmembranas em que o domínio citoplasmático do receptor atua como uma enzima – ou forma um complexo com outra proteína com atividade enzimática. Foram descobertos em função do seu papel em resposta aos “fatores de crescimento”, proteínas – sinal que regulam crescimento, proliferação, diferenciação e sobrevivência das células nos tecidos animais. A maioria desses fatores funciona como mediador local e pode agir em concentrações muito baixas. As respostas a elas são geralmente lentas (em um período de horas) e requerem muitas etapas de transdução intracelular que no final produzem mudanças na expressão gênica. Contudo, esses receptores podem mediar reconfigurações rápidas e diretas do citoesqueleto, controlando a maneira pela qual a célula altera sua forma e se move. A família mais numerosa de receptores ligados a enzimas são os receptores tirosina – cinase, que funcionam fosforilando resíduos de tirosina de seus substratos proteicos. As proteínas que formam esses receptores têm somente um segmento transmembrana, o qual se acredita que atravesse a bicamada lipídica com uma única α – hélice. A primeira etapa na sinalização desses receptores é a dimerização induzida pelo ligante, isto é, dois receptores se reúnem na membrana, formando um dímero. A dimerização leva à autofosforilação do receptor à medida que as cadeias polipeptídicas dimerizadas fosforilam umas às outras, nos resíduos de tirosinas de suas caudas citosólicas. Esse processo é importante para aumentar a atividade do receptor e para criar sítios de ligação específicos no domínio citosólico dele. Com a ligação das proteínas sinalizadoras nas tirosinas fosforiladas, elas se tornam ativadas, atuando na propagação do sinal ou como adaptadoras entre o receptor e outras proteínas sinalizadoras – formação de um complexo de sinalização ativo. Essas proteínas possuem um domínio de interação especializado (- SH2) que reconhece e se liga às tirosinas fosforiladas específicas. Enquanto persistem, esses complexos proteicos transmitem o sinal ao longo de várias rotas simultaneamente e dessa forma ativam e coordenam numerosas mudanças bioquímicas necessárias para desencadear uma resposta complexa como a proliferação celular. Porém, essa resposta pode ser interrompida a partir da ação de proteínas-tirosina-fosfatases tanto no receptor quanto em outras proteínas sinalizadoras. Em alguns casos, os receptores tirosina-cinase (e o receptores associados a proteína G) são endocitados e destruídos por digestão nos lisossomos. vi. Via de RAS: Um componente chave da sinalização intracelular dos receptores tirosina – cinase é a Ras, uma pequena proteína ligada à face citoplasmática da membrana por uma cauda Lara Honório – Acadêmica de Medicina lipídica. Praticamente todos os receptores desse tipo ativam Ras. Ela pertence a uma grande família de proteínas ligadas ao GTP, formadas por um única cadeia polipeptídica, frequentemente denominadas GTPases monoméricas. A Ras se assemelha à subunidade α da proteína G e também funciona como interruptor molecular. A interação com uma proteína sinalizadora ativada faz com que a Ras troque seu GDP por um GTP, tornando - se ativa. Após algum tempo, a própria Ras hidrolisa o GTP a GDP, tornando-se inativa. Em seu estado ativado, a Ras promove a ativação de uma cascata de fosforilação, na qual uma série de serina/treonina – cinases fosforilam e ativam uma à outra em sequência. Esse sistema de transmissão inclui um módulo de três proteínas – cinases chamado de módulo de sinalização da MAP – cinase, em homenagem à última cinase da cadeiaque fosforila várias proteínas efetoras, incluindo determinados reguladores de transcrição. vii. Via JACK/STAT: Nem todos os receptores associados a enzimas desencadeiam cascatas de sinalização complexas para levar uma mensagem para o núcleo. Alguns receptores utilizam uma rota mais direta para controlar a expressão gênica, a via JAK/STAT. Os elementos – chave nessa via são as proteínas STAT (transdutoras de sinal e ativadoras de transcrição), uma família de fatores de transcrição com domínios – SH2. A estimulação de receptores de citocinas leva ao recrutamento de proteínas STAT, que se ligam através de seus domínios -SH2 às fosfotirosinas nos domínios citoplasmáticos do receptor. Com isso, as STAT são fosforiladas por membros da família JAK de proteína – tirosina cinases não- receptores, que estão associadas com receptores de citocina. A fosforilação da tirosina promove a dimerização de proteínas STAT, que translocam para o núcleo, onde elas estimulam a transcrição de seus genes – alvo. Regulação da ação dos receptores: As células e os organismos são capazes de detectar a mesma porcentagem de variações de um sinal em uma escala muito ampla de intensidade do estímulo em resposta a muitos tipos de estímulos. As células – alvo conseguem isso por meio de um processo reversível de adaptação, ou dessensibilização, pelo qual uma exposição prolongada a um estímulo reduz a resposta celular. O mecanismo básico é de uma retroalimentação negativa que opera com retardo curto: uma resposta intensa altera a maquinaria de sinalização envolvida, de forma que esta se torna menos responsiva à mesma concentração do sinal. A adaptação a uma molécula de sinalização pode ocorrer de várias maneiras. • Sequestro do receptor: a ligação de uma molécula de sinalização aos receptores de superfície pode induzir a sua endocitose e o sequestro temporário no endossomos; • Retrorregulação do receptor: o sequestro do receptor pode levar à destruição dos receptores nos lisossomos; • Inativação do receptor: os receptores podem ser inativados na superfície da célula, por Lara Honório – Acadêmica de Medicina exemplo, ao serem fosforilados em curto intervalo de tempo após sua ativação; • Inativação de proteínas sinalizadoras • Produção de proteínas inibidoras Lara Honório – Acadêmica de Medicina
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