Sinalização Celular

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Sinalização Celular
SINALIZAÇÃO CELULAR
A sinalização celular é parte de um sistema de comunicação complexo que regula a atividade celular e coordena as ações celulares. A forma como as células respondem ao ambiente é a base para seu desenvolvimento, para a reparação de tecidos e para a resposta imunológica. Duas das principais funções das proteínas na comunicação e sinalização são os receptores e sinais de membrana.
As proteínas de membrana podem servir a uma variedade de funções. Em termos de comunicação e sinalização, as proteínas podem servir como sinais de membrana que os retransmite entre os ambientes interno e externo da célula. Eles também podem servir como receptores ligados à membrana celular ou presentes no interior da célula que recebe os sinais.
Existem vários tipos de sinalização, como neurotransmissores que são reconhecidos na sinapse, antígenos que desencadeiam respostas de anticorpos e células-alvo que respondem a hormônios específicos.
As células estão em comunicação constante dentro do sistema imunológico - isso garante que haja uma resposta coordenada e bem regulada. Frequentemente, a disfunção no sistema imunológico está relacionada à sinalização celular anormal. Algumas células requerem contato célula a célula para que a comunicação ocorra. Para isso, existem junções comunicantes que conectam os citoplasmas de duas células. Na maioria dos casos, uma molécula carrega o sinal de uma célula enquanto que os receptores de outra célula se ligam à molécula do sinal, permitindo a comunicação. Posteriormente, ocorrem muitas vias que, em última análise, desencadeiam uma resposta celular.
Abaixo há uma ilustração desse mecanismo:
Fonte: Alberts.
MODOS DE COMUNICAÇÃO
As células se comunicam entre si por meio da secreção de muitos tipos de moléculas chamadas moléculas sinalizadoras e as células que as secretam são chamadas células sinalizadoras. Essas moléculas podem ser proteínas, ácidos graxos, aminoácidos, peptídeos e até gases. Essas moléculas atingem o espaço extracelular por diferentes métodos, como exocitose, difusão ou podem permanecer ligadas à membrana celular da célula-alvo, mas são expostas ao espaço extracelular. A célula alvo responde à molécula sinalizadora por meio de uma proteína especial chamada receptor que se liga à molécula sinalizadora e inicia processos biomoleculares dentro da célula. As moléculas de sinal podem atuar em longas ou curtas distâncias.
Fonte: Google imagens.
Os sinais endócrinos, liberados pelas glândulas endócrinas, são substâncias químicas chamadas hormônios. Os hormônios viajam através do sangue para órgãos-alvo distantes, que contêm receptores específicos para aquele hormônio em particular. O pâncreas, uma glândula endócrina, libera o hormônio insulina. Ele viaja pelo sangue e encontra seus receptores em células específicas, como células do músculo esquelético ou células do fígado.
Os sinais parácrinos são emitidos por uma célula para as células vizinhas. Por exemplo, os neurônios liberam neurotransmissores, que atuam nos neurônios vizinhos. Um sinal é, portanto, transmitido de um neurônio para outro. 
Sinais autócrinos são produzidos pelas células-alvo e atuam na própria célula por meio de receptores de superfície celular. Um exemplo é o linfócito B, que envia sinais a si mesmo para a proliferação celular.  As células cancerosas também usam o mecanismo de sinalização autócrina.
Os sinais dependentes de contato, são aqueles transmitidos de uma célula para a célula adjacente e ocorrem por meio de junções comunicantes. As células imunes são conhecidas por observar o mecanismo dependente de contato de transmissão de sinal.
RECEPTORES
Receptores são moléculas de proteína na célula-alvo ou em sua superfície que se ligam à molécula alvo ligante. Existem dois tipos de receptores: receptores internos e receptores de superfície celular.
Receptores internos: também conhecidos como receptores intracelulares ou citoplasmáticos, são encontrados no citoplasma da célula e respondem a moléculas de ligantes hidrofóbicas que são capazes de passar através da membrana plasmática. Uma vez dentro da célula, muitas dessas moléculas se ligam a proteínas que atuam como reguladores da síntese de mRNA para mediar a expressão do gene. A expressão gênica é o processo celular de transformar a informação no DNA de uma célula em uma sequência de aminoácidos, que no final das contas forma uma proteína. Quando o ligante se liga ao receptor interno, uma mudança conformacional é desencadeada e expõe um sítio de ligação do DNA na proteína. O complexo ligante-receptor move-se para o núcleo, então se liga a regiões regulatórias específicas do DNA cromossômico e promove o início da transcrição. Receptores internos podem influenciar diretamente a expressão gênica sem ter que passar o sinal para outros receptores ou mensageiros.
Fonte: Google Imagens.
Receptores de membrana celular: Os receptores de superfície celular, também conhecidos como receptores transmembrana, são proteínas ancoradas na membrana da superfície celular que se ligam a moléculas ligantes externas. Esse tipo de receptor atravessa a membrana plasmática e realiza a transdução de sinal, por meio do qual um sinal extracelular é convertido em um sinal intracelular. Os ligantes que interagem com os receptores da superfície celular não precisam entrar na célula-alvo. Os receptores de superfície celular também são chamados de proteínas ou marcadores específicos de células, porque são específicos para cada tipo de célula.
Como as proteínas receptoras da superfície celular são fundamentais para o funcionamento normal da célula, não deve ser surpresa que um mau funcionamento em qualquer uma dessas proteínas possa ter consequências graves. Foi demonstrado que erros nas estruturas das proteínas de certas moléculas receptoras desempenham um papel na hipertensão (pressão alta), asma, doenças cardíacas e câncer. 
Os receptores de superfície celular estão envolvidos na maior parte da sinalização em organismos multicelulares. Existem três categorias gerais de receptores de superfície celular: receptores ligados a canais iônicos, receptores ligados à proteína G e receptores ligados a enzimas.
RECEPTORES E CANAIS IÔNICOS
Esses receptores são responsáveis pela rápida transmissão de sinais pelas sinapses no sistema nervoso. Eles transformam o sinal químico, na forma de um pulso de neurotransmissor liberado no meio extra celular da célula-alvo, em um sinal elétrico, na forma de uma mudança de voltagem pela membrana plasmática dessa mesma célula. Esse tipo de receptor modifica sua conformação após a ligação do neurotransmissor, o que leva à abertura ou fechamento de um canal para o fluxo de íons específicos – como Na+, K+, Ca2+ ou Cl– – pela membrana plasmática. 
Essa mudança no potencial pode desencadear um impulso nervoso, ou tornar mais fácil (ou mais difícil) que outros neurotransmissores o façam.
Enquanto os receptores associados a canais iônicos são uma especialidade do sistema nervoso e de outras células eletricamente excitáveis, como as células musculares, os receptores associados à proteína G e associados a enzimas são utilizados por praticamente todos os tipos celulares do corpo.
RECEPTORES E PROTEÍNA G
Os receptores ligados à proteína G se ligam a um ligante e ativam uma proteína de membrana chamada proteína G. A proteína G ativada então interage com um canal iônico ou uma enzima na membrana. Todos os receptores ligados à proteína G têm sete domínios transmembrana, mas cada receptor tem seu próprio domínio extracelular específico e local de ligação à proteína G. 
Fonte: Alberts.
A sinalização celular usando receptores ligados à proteína G ocorre como uma série de eventos cíclicos. Antes de o ligante se acoplar, a proteína G inativa pode se ligar a um complexo pré-formado no receptor específico para sua ligação. Uma vez que a proteína G se liga ao receptor, a mudança de forma resultante ativa a proteína G, que libera difosfato de guanosina (GDP) e capta 3-fosfato de guanosina (GTP). As subunidades da proteína G então dividem-sena subunidade α e na subunidade βγ. Um ou ambos os fragmentos da proteína G podem ser capazes de ativar outras proteínas como resultado. Após algum tempo, o GTP na subunidade α ativa da proteína G é hidrolisado em GDP e a subunidade βγ é desativada. As subunidades se associam novamente para formar a proteína G inativa e o ciclo começa novamente.
RECEPTORES E ENZIMAS
Os receptores ligados a enzimas são receptores de superfície celular com domínios intracelulares que estão associados a uma enzima. Em alguns casos, o domínio intracelular do próprio receptor é uma enzima. Os receptores ligados a enzimas normalmente têm grandes domínios extracelulares e intracelulares, mas a região que abrange a membrana consiste em uma única região alfa-helicoidal da fita do peptídeo. Quando um ligante se conecta ao domínio extracelular, um sinal é transferido através da membrana, ativando a enzima. A ativação da enzima desencadeia uma série de eventos dentro da célula que eventualmente leva a uma resposta. Um exemplo é o receptor tirosina quinase. Uma quinase é uma enzima que transfere grupos fosfato de ATP para outra proteína. O receptor da tirosina quinase transfere grupos fosfato para moléculas de tirosina (resíduos de tirosina). Em primeiro lugar, as moléculas de sinalização se ligam ao domínio extracelular de dois receptores tirosina quinase próximos. Os dois receptores vizinhos então se ligam ou dimerizam. Os fosfatos são então adicionados aos resíduos de tirosina no domínio intracelular dos receptores (fosforilação). Os resíduos fosforilados podem então transmitir o sinal para o próximo mensageiro dentro do citoplasma.
Fonte: Alberts.
REFERÊNCIAS
KOEPPEN, Bruce M.; STANTON, Bruce A.. Berne & Levy: Fisiologia. 6.ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2009
ALBERTS, B. et al. Fundamentos da biologia celular. 4. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017.