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Referência: Robbins patologia Uma visão geral das respostas celulares ao estresse a aos estímulos nocivos. As células de uma forma geral tendem a manter seu meio intracelular dentro de uma faixa dos parâmetros fisiológicos, ou seja – homeostase normal. As células se ajustam constantemente a sua estrutura e função para que se adaptem à ocorrência de alterações e de estresse extracelular. Quando encontram assim um estresse fisiológico ou um estímulo patológico, pode sofrer adaptação, alcançando assim um novo estado constante, sendo as principais respostas adaptativas hipertrofia, hiperplasia, atrofia e metaplasia. Porém se essa capacidade adaptativa é excedida ou o estresse externo é inerentemente nocivo, vão ser desenvolvidas lesão celular. E essas lesões podem ser de dois tipos: Lesão reversível que vai ser quando as células retornam a um estado basal estável e a lesão irreversível que o estresse grave ou persistente leva a morte das células afetadas. Já a morte celular vai ser um dos eventos cruciais na evolução da doença, bem como, um processo essencial e normal na embriogênese no desenvolvimento dos órgãos e na manutenção da homeostase. Obs: o estresse extracelular e a lesão celular não afetam apenas a morfologia mas também o estado funcional das células e tecidos. Um exemplo disso são os mióticos lesados de modo reversível não estão mortos e podem se assemelhar aos miócitos morfologicamente normais, mas eles estão transitoriamente não contráteis, podendo assim levar a um impacto clínico letal. Adaptação celular ao estresse Como já dito as adaptações vão ser alterações reversíveis em número, tamanho, fenótipo, atividade metabólica ou das funções celulares às alterações no seu ambiente. Ela vai ser divida em adaptações fisiológicas que representam as respostas celulares a estimulação normal pelas hormonas ou mediadores químicos endógenos (um exemplo disso é o útero durante a gravidez) e a adaptação patológica será as respostas ao estresse que permitem às células modular a sua estrutura e função escapando da lesão. HIPERTROFIA Assim teremos a hipertrofia que é um aumento do tamanho das células que resulta assim num aumento do tamanho do órgão, esse aumento de tamanho se dá por conta do aumento da síntese dos componentes estruturais, em especial a proteína em resposta ao estímulo que está recebendo que pode ser tanto hormonal, quanto fator de crescimento etc. Um exemplo disso é no músculo a hipertrofia acontece pelo aumento da carga de trabalho. A hipertrofia pode ser fisiológica ou patológica sendo causada pelo aumento da demanda funcional ou por estimulação hormonal específica. Lembrando que a hipertrofia e a hiperplasia podem acontecer juntas, resultando em um órgão aumentado. Um exemplo disso será durante a gravidez, o aumento fisiológico maciço do útero ocorre como consequência da hipertrofia e hiperplasia do músculo liso pelo estrogênio. E um exemplo da hipertrofia patológica as fibras cardíacas; o que acontece ? vai ser quando o indivíduo tem uma pressão alta, o coração dele está trabalhando sobre uma maior resistência (porque quanto maior a pressão arterial maior será a resistência vascular periférica, com isso tem que fazer mais força e com o passar do tempo as células – principalmente do ventrículo esquerdo tem que vencer a resistência que existe na circulação corporal- vão hipertrofiando e ai o estímulo vai ultrapassar o limite da célula. O miocárdio também pode ser lesado de modo reversível se o estresse for leve ou se a oclusão arterial foi incompleta ou de modo irreversível que seria o fator após a oclusão completa e prolongada. HIPERPLASIA Também teremos a hiperplasia que será uma resposta adaptativas em células capazes de replicação. Ela também pode ser fisiológica ou patológica. Sendo que a hiperplasia fisiológica vai ser divida em dois tipos: - hiperplasia hormonal um exemplo disso é a proliferação do epitélio glândulas da mama ou feminina na puberdade durante a gravidez - hiperplasia compensatória vai ocorrer quando uma porção de um tecido é removido ou lesado. Um exemplo é a remoção parcial do fígado. Já a hiperplasia patogênica é causada por estimulação hormonal excessiva ou por fatores de crescimento que está envolvida também na hiperplasia associada a certas infecções virais (ex: papiloma vírus causam verrugas na pele e lesões mucosas compostas de massas de epitélio hiperplásico). Além disso a hiperplasia também é uma resposta importante das células do tecido conjuntivo na cicatrização de feridas onde os fibroblastos e vasos sanguíneos que proliferam auxiliam o reparo. Nesse processo, os fatores de crescimento são produzidos pelos leucócitos em resposta a lesão e pelas células na matriz celular. È muito importante notar que em todas essas situações o processo hiperplásico permanece controlado; se os sinais que a iniciam cessam, a hiperplasia desaparece, e vai ser essa sensibilidade aos mecanismos de controle de regulação normal que se diferencia as hiperplasias patologias benignas das do câncer, no qual os mecanismos de controle de crescimento tornam-se desregulados ou ineficazes. ATROFIA A atrofia vai ser a diminuição do tamanho da célula pela perda de substância celular mas apesar das células atróficas tenham a sua função diminuída, elas não vão estar mortas. As suas causas incluem a diminuição da carga do trabalho (ex; a imobilização de um membro para permitir o reparo de uma fratura), a perda da inervação, a diminuição do suprimento sanguíneo, a nutrição inadequada, a perda da estimulação endócrina e o envelhecimento. Embora alguns desses estímulos sejam fisiológicos (ex: perda da estimulação hormonal na menopausa) e outros patológicos (ex: desnervacao) as alterações celulares fundamentais são idênticas. Vão representar uma retração da célula para um tamanho menor no qual a sobrevivência ainda é possível. Assim, um novo equilíbrio é adquirido entre o tamanho da célula e a diminuição do suprimento sanguíneo, na nutrição ou da estimulação atrófica. Essa atrofia ela vai resultar da síntese proteica diminuída (ou seja redução da atividade metabólica), degradação proteica aumentada nas células (que vai ocorrer pela via de ubiquitina-proteossoma)* E muitas situações também, essa atrofia é acompanhada do aumento da autofagia que é o processo no qual a célula privada de nutrientes digere seus próprios componentes no intuído de encontrar nutrição e sobreviver. A deficiência de nutrientes e o desuso ativam as ligases da ubiquiitna, que vão conjugar as múltiplas cópias do pequeno peptídeo ubiquitina para as proteínas celulares e vão direcionar essas proteínas para a degradação nos proteossomas*. METAPLASIA Por fim temos a metaplasia que é uma alteração reversível na qual um tipo celular adulto (pode ser epitelial ou mesenquimal) é substituído por outro tipo celular adulto. Nesse tipo de adaptação celular as células que são sensíveis a um determinado estresse serão substituídas por outros tipos celulares mais capazes de suportar o ambiente hostil. Acredita-se que a metaplasia acontece por uma reprogramação genética de célulastronco e não da transdiferenciação de células já diferenciadas. Um exemplo da metaplasia epitelial: temos um epitélio respiratório em fumantes que vai haver uma mudança do epitélio pseudoestratificado cilíndrico ciliado para um epitélio pavimentoso estratificado mais resistente. Outro exemplo é a deficiência de vitamina A que pode induzir também a metaplasia escamosa, embora o epitélio escamoso metaplásico possua vantagens de sobrevivência, os importantes mecanismos de proteção são perdidos, como a secreção do muco e a remoção de pelos cílios de materiais particulados. Objetivo 02 Visão geral da lesão celular e da morte celular Na lesão celular reversível nos estádios iniciais ou nas formas leves da lesão, as alterações morfológicas e funcionais são reversíveis se assim o estímulo for removido. Ela acontece quando as células são estressada tão excessivamente que não são capazes de se adaptar ou quando são expostas a agentes lesivos ou são prejudicadas por anomalias intrínsecas. Embora exista anomalias estruturais e funcionais graves, não vai ter progressão característica lesão para dano significativo à membrana e dissolução nuclear. Morte celular com a continuação do dano, a lesão vai se tornar irreversível e neste período a célula não recupera e morre. Vai ter dois tipos de morte celular; necrose e apoptose. Elas vão se diferir em suas morfologias mecanismo e papéis na fisiologia e na doença. Quando o dano às membranas é acentuado, as enzimas vão extravasar dos lisossomos, entram no citoplasma e digerem a célula resultando em necrose. Os conteúdos celulares também extravasam através da membrana plasmática lesada e iniciam uma reação inflamatória no hospedeiro ( o que vai ser essa resposta inflamatória ?) Já quando a célula é privada de fatores de crescimento ou quando o DNA celular ou as proteínas são danificadas sem reparo, a célula se suicida por outro tipo de morte que vai ser a apoptose, que é caracterizada pela dissolução nuclear sem perda da integridade da membrana. Obs: enquanto a necrose constitui sempre um processo patológico, a apoptose auxilia muitas funções normais e não está necessariamente associada a lesão celular patológica. Além disso, a apoptose em certos papéis fisiológicas não desencadeia a resposta inflamatória. Característica da necrose e da apoptose Característica Necrose Apoptose Tamanho da célula Aumentado (tumefação) Reduzido (retração) Núcleo Picnose – cariorrexe – cariólise Fragmentação em fragmentos do tamanho de nucleossomas Membrana plasmática Rompida Intacta; estrutura alterada especialmente a orientação dos lipideos Conteúdos celulares Digestão enzimática; extravasam da célula Intactos; podem ser liberados nos corpos apoptoticos Inflamação adjacente Frequente Não Papel fisiológico ou patológico Invariavelmente patológica(finalização da lesão celular irreversível) Sempre fisiológica, eliminação de células não desejadas; pode ser patológica após algumas formas de lesão. A lesão celular possuem algumas causas Morfologia da lesão celular e tecidual A função celular pode ser perdida antes de ocorrer a morte celular e as alterações morfológicas na lesão celular surgem mais tarde que ambas. Então os desarranjos celulares da lesão reversível podem ser reparados e se o estímulo nocivo cessa, a célula retorna a sua normalidade. Entretanto, a lesão persistente ou excessiva faz com que as células passem do nebuloso “ pão de retorno” para a lesão irreversível e morte celular Existem dois fenômenos que irão caracterizar de forma consistente a irreversibilidade: a incapacidade de reverter a disfunção mitocondrial – ou seja perda da fosforilação oxidativa e geração de atp- mesmo que depois da resolução da lesão original e também os profundos distúrbios na função da membrana Lesão celular reversível possui duas características morfológicas da lesão celular são: A tumefação celular que é o resultado da falência das bombas de íons na membrana plasmática, dependentes de energia levando assim a uma incapacidade de manter a homeostase iônica e fluido. Ela é a primeira manifestação de quase todas as formas de lesão celular. Quando afeta muitas células de um órgão, causa alguma palidez e aumento do turgor e do peso do órgão. Na microscopia pode ser revelados vacúolos pequenos e claros no citoplasma (serão segmentos distendidos e separados no RE). Ela é designada por alteração hipóxica ou degeneração vacuolar. A degeneração gordurosa ocorre na lesão hipóxica e em várias formas de lesão metabólica ou tóxica e manifesta pelo surgimento de vacúolos lipídicos, grande ou pequenos no citoplasma. Isto ocorre sobretudo em células envolvidas e dependentes do metabolismo de gordura (ex hepatócitos e miócitos). Essa células lesadas podem exibir uma coloração eosinofílica que se torna muito mais profunda com a progressão para necrose. As alterações ultra estruturais da lesão celular reversível: acontecem alterações na membrana plasmática, como bolhas, apagamento ou distorção das microvilosidade e a perda das adesões intercelulares. Vai ter alterações mitocondriais com tumefação e a presença de densidades amorfas ricas em fosfolipídios. Também tem a dilatação do RE com destacamento dos ribossomos e a dissociação dos polissomos e alterações nucleares com condensação da cromatina. Necrose vai ser a alteração que acompanha a morte celular que resulta da ação degradativa de enzimas nas células lesadas letalmente. Essas células necróticas exibem um aumento da eosinofilia (ou seja aumento da ligação da eosina às proteínas citoplasmáticas desnaturadas e perda de basofilia conferida pelo rna no citoplasma). As células mortas serão substituídas por grandes massas espiraladas compostas por fosfolipídios, que são chamadas figuras de mielina, que são derivadas das membranas celulares danificadas. As células mortas também podem se tornar calcificadas (precipitados fosfolipídicos posteriormente degradados em ácidos gordos que calcificam e originam os sabões de cálcio). As alterações nucleares vão assumir três padrões distintos devido a quebra da cromatina e do DNA: A cariólise basofilia da cromatina pode empalidecer A picnose é a retração nuclear e aumento da basofilia. O DNa vai condensar E por último cariorrexe é o núcleo picnótico que sofre fragmentação. E ai vamos ter alguns padrões de necrose tecidual Necrose coagulativa as células componentes estão mortas, mas as estruturas básicas do tecido é reservada pelo menos alguns dias. Seus tecidos afetados vão assumir uma textura firme, vai ter a desnaturação das proteínas estruturais e enzimáticas, bloqueando assim a proteólise das células mortas ( que são anucleadas e eosinofílicas). È característico de infartos (área de necrose isquemia) em todos os órgãos sólidos, exceto no cérebro. A necrose liquefativa vai ser observada em infecções bacterianas focais ou fúngicas (elas estimulam a acumulação de células inflamatórias e as enzimas dos leucócitos a digerirem o tecido). A liquefação digere por completo as células mortas o que vai resultar num tecido de massa viscosa, líquida. Se o processo foi iniciado por inflamação aguda, o material é quase sempre amarelocremoso o pus. Vai ser comum a morte por hipóxia do SNC ocasionar este padrão de necrose. A necrose gangrenosa não é um padrão distinto de morte de celular. Ela vai ser aplicado junto à perna que perdeu o seu suprimento sanguíneo e que sofreu necrose coagulativa. Quando uma infecção bacteriana se sobrepõe, a necrose coagulativa é modificada – gangrena úmida. Necrose caseosa ela é encontrada com mais frequência em focos de infecção tuberculosa. Possui uma aparência friável branco amarelada. A estrutura do tecido é completamente obliterada e os contornos celulares não podem ser distinguidos (células fragmentada, com aparência granular amorfa). Ela também vai ser quase sempre encerrada dentro de uma nítida borda inflamatória (granuloma). Necrose gordurosa áreas focais de destruição gordurosa, tipicamente resultante da liberação de lipases pancreáticas na substância do pâncreas e na cavidade peritoneal – ex: pancreatite aguda. Vão ter áreas brancas gredosas macroscopicamente visíveis (saponificação da gordura), provocadas pela combinação dos ácidos graxos liberados Necrose fibrinóide em geral vai ser observada nas reações imunes que envolvem os vasos sanguíneos. É proeminente quando complexos antígeno-anticorpo são depositados nas paredes das artérias. Vai ter amorfa e róseo-brilhante (combinação de imunocomplexos com fibrina). Ex: poliartrite nodular. Resposta subcelulares à lesão A autofagia é quando há digestão lisossômica dos componentes da célula e contrasta com heterofagia, na qual a célula vai ingerir substâncias do meio extracelular para destruição intracelular. Vai ocorrer em células privadas de nutrientes, as organelas são digeridas mas em alguns casos permanecem pigmentos indigeríveis A indução (hipertrofia) do REL As células expostas às toxinas que são metabolizados no REL exibem hipertrofia do RE, um mecanismo compensatório para maximizar a remoção de toxinas. Mecanismo da lesão celular Possui vários princípios gerais relevantes para a maioria das formas de lesão celular: A resposta celular ao estímulo nocivo depende do tipo de lesão, da sua duração e da sua gravidade. Já as consequências de um estímulo nocivo dependem do tipo, status, adaptabilidade e do fenótipo genético da célula lesada. Também vai resultar alterações bioquímicas e funcionais num ou mais dos vários componentes celulares essenciais; mitocôndrias, membranas celulares, síntese de proteína, citoesqueleto e DNA nuclear. Depleção de ATP As principais causas de depleção de ATP são a redução do suprimento de oxigênio e nutrientes, o dano mitocondrial e as ações de algumas toxinas. Os tecidos com maior capacidade glicolítica são capazes de sobreviver melhor a perda de oxigênio ao decréscimo de fosforilação oxidativa do que os tecidos com capacidade limitada para glicólise. A atividade de bomba de sódio na membrana plasmática depende de energia reduzida resultando em um acúmulo intracelular de sódio e efluxo de potássio. O ganho de soluto vai ser acompanhado de um ganho iso-osmótico de água, causando tumefação celular e dilatação do RE. Vai ter um aumento compensatório na glicólise anaeróbica, na tentativa de manter as fontes de energia celular. E como consequência as reservas de glicogênio intracelular são rapidamente exauridas e o ácido lático vai se acumular levando a diminuição do pH intracelular e da atividade de muitas enzimas celulares. A falência na bomba de Ca2+ ocasiona o influxo de Ca2+ com efeitos nefastos em vários componentes celulares. A depleção prolongada ou crescente de ATP causa rompimento estrutural do aparelho de síntese proteica, manifestado como desprendimento dos ribossomos do REG e dissociação dos polissomos em monossomos, com consequente redução da síntese proteica. Danos e disfunções mitocondriais As mitocôndrias podem ser danificadas por aumento de Ca2+ citosólico por espécies reativas de oxigênios (EROs) e privação de oxigênio, sendo sensíveis a virtualmente todos os estímulos nocivos, incluindo a hipóxia, toxinas químicas e radiação. Esses danos mitocondriais possuem duas consequências: É comum a lesão mitocondrial resultar na formação de um canal de alta condutância na membrana mitocondrial (poro de transição de permeabilidade mitocondrial). A abertura desse canal vai determinar a perda do potencial da membrana da mitocôndria e alteração do pH, resultando numa falha na fosforilação oxidativa e depleção progressiva do ATP, culminando na necrose da célula. E a outra consequência é que as mitocôndrias contêm várias proteínas que ativam as vias apoptóticas incluindo o citocromo C (principal proteína envolvida no transporte de electrões). O aumento da permeabilidade da membrana mitocondrial pode resultar em extravasamento dessas proteínas para o citosol e morte por apoptose. Influxo de cálcio A isquemia e certas toxinas causam um aumento da concentração do cálcio sistólico, inicialmente por causa da libertação de Ca2+ armazenado intracelularmente e mais tarde, do cálcio que resulta do influxo aumentado através da membrana plasmática. Esse aumento do cálcio sistólico vai ativar um número de enzimas com efeitos celulares potencialmente prejudiciais. E o aumento dos níveis de Ca2+ intracelular vão resultar também na indução da apoptose. Acúmulo de radicais livres derivados do oxigênio (estresse oxidativo) Os radicais livres são espécies químicas que tem um único elétron desemparelhado numa órbitas externas. E ai quando são gerados nas células vão atacar com intensidade os ácidos nucleicos, proteínas e lipídeos celulares. Além disso, os radicais livres iniciam as reações autocatalíticas. As espécies reativas do oxigênio (ERO) são um tipo de radical livre derivado do oxigênio, são produzidos pelas celulares durante a respiração e geração de energia mitocondrial, mas são degradadas e removidas pelos sistemas celulares de defesa. E ai quando essa produção de ERO aumenta ou quando os sistemas de remoção são ineficientes, o resultado é um excesso desses radicais livres que levam a uma condição chamada de estresse oxidativo. Em várias ocasiões a lesão celular envolve danos causados pelos radicais livres que vão incluir: lesão da isquemia de reperfusão, lesão química, toxicidade do oxigênio etc. Várias reações vão ser responsáveis pela geração dos radicais livres, as reações redox ocorrem durante o metabolismo mitocondrial normal, a absorção de energia radiante, metabolismo enzimático de substância químicas exógenas. Vão existir também três reações particularmente relevantes para a lesão celular mediada por radicais livres: peroxidação lipídica das membranas, ligação cruzada das proteínas (vão resultar no aumento na perda da atividade enzimática), fragmentação do DNA. Defeitos na permeabilidade da membrana Vários mecanismos bioquímicos podem contribuir para os danos da membrana: Entre elas a diminuição da síntese de fosfolipídios, devido a uma queda dos níveis de ATP, aumento da degradação dos fosfolipídios devido a ativação da fosfolipase endógenas por elevação dos níveis de Ca2+ citosólico. Os sítios mais importantes da membrana durante a lesão celular vão ser, membrana mitocondrial (decréscimode ATP, necrose e libertação de proteínas); membranas plasmáticas vai ter perda do equilíbrio osmótico, influxo de fluidos e íons, perda de conteúdos celulares e perda de metabólitos; membranas lisossomais vai ser extravasamento de suas enzimas para o citoplasma, ativação de hidrolases ácidas (em pH ácido da célula lesada), digestão enzimática dos componentes celulares e necrose. Danos ao dna e a proteínas Acúmulo de dna danificado e proteínas impropriamente dobrada dispara a apoptose. Exemplo de lesão celular e necrose Lesão isquêmica e hipóxica a isquemia ou diminuição do fluxo sanguíneo para um tecido, é a causa mais comum da lesão celular em medicina clínica, a isquemia lesa os tecidos com mais rapidez que a hipóxia. A hipóxia, a produção de energia pela glicólise anaeróbia continua. As principais alterações celulares em células privadas de oxigênio são a diminuição de geração de atp, a lesão mitocondrial e acumulação de ERRO. A alteração bioquímica mais importante nas células hipóxicas que leva a lesão celular é redução da geração de ATP intracelular, como consequência do suprimento reduzido de oxigênio. A perda de ATP ocasiona a falha de muitos sistemas celulares dependentes de energia vão incluir: bombas de íons levando a tumefação celular e ao influxo de Ca++, com suas consequências deletérias; depleção dos estoques de glicogênio e acumulação de ácido lático, diminuindo assim o pH intracelular. A lesão irreversível está associada a intensa tumefação das mitocôndrias, lesão intensa das membranas plasmáticas e tumefação dos lisossomos. E ai pode ocorrer o influxo maciço de cálcio para dentro da célula e acumulação de ERRO. A morte vai ser principalmente por necrose mas a apoptose também vai contribuir; a via apoptótica é ativada pela liberação das moléculas pró-apoptóticas das mitocôndrias. Lesão de isquêmica-reperfusão A restauração do fluxo sanguíneo pode resultar nessa restauração das células forem lesadas de modo reversível. No entanto sob certas circunstâncias, essa restauração para tecidos isquêmicos resulta em uma lesão acentuada e acelerada. Como resultado disso os tecidos continuam a perder células, além daquelas que foram lesadas de modo irreversível no fim do episódio isquêmico. Existem vários mecanismos que podem ser responsáveis pela lesão celular resultante da reperfusão dentro dos tecidos isquêmicos, dentre eles: uma nova lesão pode ser iniciada durante a reoxigenação em virtude de uma produção aumentada de ERRO pelas células endoteliais, do parênquima dos leucócitos infiltrantes sobretudo porque a lesão mitocondrial leva a redução incompleta do oxigênio e também por causa da ação das oxidases dos leucócitos, das células endoteliais ou do parênquima. E também a lesão isquêmica vai está associada a inflamação que pode aumentar com a reperfusão devido ao influxo aumentado de leucócitos e proteínas plasmáticas – ativação do sistema complemento também contribui para a lesão isquemia reperfusão. Lesão química (tóxica) As substâncias químicas induzem a lesão celular por um dos dois mecanismos gerais: Alguma substância química atua diretamente pela combinação de um componente molecular crítico ou com uma organela celular. Também muitas outras substâncias não são intrinsecamente ativas sob o aspecto biológico mas devem ser primeiro convertidas a metabólitos tóxicos reativos que então agem sobre células alvo. Apoptose é uma via de morte celular, induzida por um programa de suidicio rigorosamente regulado no qual as células destinadas a morrer vão ativar enzimas capazes de degradar o seu próprio DNA, proteínas nucleares e citoplasmáticas. A membrana plasmática da célula apoptótica vai permanecer intacta mas vai ser alterada de tal maneira que a célula e seus fragmentos vão se tornar alvos para os macrófagos. Rapidamente essa célula morta vai ser removida antes que o seu conteúdo extravase e por isso que essa via não de morte celular não induz uma resposta inflamatória. As causas da apoptose podem ser: Fisiológicas: a morte por apoptose é um fenômeno normal que funciona para eliminar as células que são mais necessárias e para manter nos tecidos um número constante das várias populações celulares. Elas vão ser importante nas seguintes situações: Destruição programada de células durante a embriogênese; involução de tecidos hormônios dependentes sob privação de hormônios; perda celular em populações celulares proliferativas (ep de cripta intestinal); morte de células que já tenham cumprido seu papel (ex: neutrófilos). E em condições patológicas sua morfologia é que em tecidos corados pelo H&E, as células apoptóticas aparecem como massas ovais ou redondas com citoplasma intensamente eosinofílico. Seus núcleos vão exibir vários estágios de condensação e agregação da cromatina e finalmente cariorrexe (que é a fragmentação do DNA). E rapidamente as células vão retrair formando brotos citoplasmáticos e vão se fragmentar em corpos apoptóticos compostos por vesículas envolvidas por membrana contendo citosol e organelas que rapidamente serão expulsos e fagocitados. O evento fundamento na apoptose vai ser a ativação de enzimas caspases que quando ativadas clivam numerosos alvos, assim culminando na ativação de nucleases que degradam o DNA e outras enzimas que provavelmente destroem nucleoproteínas e proteínas citoesqueleto. A ativação das caspases possuem duas vias distintas: A via mitocondrial (intrínseca) da apoptose: as mitocôndrias contêm uma série de proteínas que são capazes de induzir a apoptose, incluindo o citocromo C e antagonistas de inibidores de apoptose citosólicos endógenos. Essa escolha entre a sobrevivência e a morte celular é determinada pela permeabilidade da mitocôndria que vai ser controlada pela Bcl-2. E ai quando as células são privadas de fatores de crescimento e outros sinais de sobrevivência ou são expostas a agentes que lesam o DNA ou ainda acumulando quantidades inaceitáveis de proteína mal dobradas um grupo de sensores vão ser ativados, esses sensores são da família Bcl-2, eles ativam dois membros pró-apoptóticos da família chamada Bax e Bak que demerizam e se inserem no interior da membrana mitocondrial formando canais através dos quais o citocromo C e outras proteínas mitocondriais extravasam pelo citosol. O citocromo C em conjunto com alguns fatores também vão ativar a caspase-9, dai o resultado final vai ser a ativação da cascata de caspases levando por um a fragmentação nuclear. Via receptor da morte de apoptose (extrínseca): Os receptores da família TNF contém um domínio de morte conservado, esses receptores vão ser do tipo TNF I e Fas. Esse ligante Fas é uma proteína de membrana que é expressa em linfócitos T ativados. Quando essas células T reconhecem os alvos que expressam Fas elas vão ser ligadas em reação cruzada pelo Fas-L e suas proteínas de adaptadoras que por sua vez vão ligar a caspase-8. O agrupamento das moléculas de caspases vai levar a sua ativação, iniciando a cascata de caspases. Em muitos tipos celulares, a caspase 8 pode clivar e ativar um membro pró apoptótico da família Bcl-2 chamada bid. As antagonistade caspase que é a FLIP vai bloquear sua ativação em direção aos receptores de morte. Esta segunda via está relacionada na eliminação de linfócitos auto reativos e na eliminação de células-alvo por alguns linfócitos t citotóxicos. A remoção das células apoptóticas Em células normais as fosfatidilserina está presente no folheto interno da membrana plasmática mas nas células apoptóticas este fosfolipídio vai se mover para fora e estará expresso na camada externa da membrana onde vai ser reconhecida pelos macrófagos. Essas células apoptóticas secretam fatores solúveis que recrutam os fasgocitos. Também alguns corpos apoptóticos expressam glicoproteínas adesivas que são reconhecidas pelos fagócitos. A necrose e apoptose podem coexistir e estar relacionadas mecanicamente: em exemplo disso é a lesão do dna que ativa uma enzima chamada de poli-adp polimerase(ribose) que depleta os suprimentos celulares do nucleotídeo adenina nicotinamida levando a queda dos níveis de atp e por fim necrose. Autofagia Se refere a digestão lisossômica dos próprios componentes da célula. Ela constitui um mecanismo de sobrevivência em períodos de privação de nutrientes de tal modo que a célula privada de alimento sobreviver ingerindo seu próprio conteúdo e recicla os conteúdos ingeridos para fornecer nutrientes e energia. Vai ser iniciada por várias proteínas que percebem a privação de nutrientes e estimulam a formação do vacúolo autofágico. Com o tempo, a célula privada de nutrientes não perdurará canibalizando a si mesma; nesse estágio a autofagia pode também sinalizar a morte celular por apoptose. Também está envolvida na remoção de proteínas anormalmente dobradas por exemplo em neurônios e hepatócitos. Acúmulos intracelulares As células podem acumular quantidades de várias substância, podendo estar localizada no citoplasma, no interior de organelas (tipicamente os lisossomos) ou no núcleo e pode ser sintetizada pelas células afetadas ou produzida em qualquer outro lugar. Existem algumas vias principais de acumulações intracelulares: O metabolismo anormal como a degeneração gordurosa do fígado. Mutações que causam alterações no dobramento e transporte de proteína tal que moléculas defeituosas se acumulam intracelularmente. Degeneração gordurosa É qualquer acumulação de triglicerídeos dentro das células do parênquima. Ela pode ser causada por toxinas (que vão alterar a função das mitocôndrias e do REL), desnutrição protein (diminui a síntese de apoproteinas), diabetes mellitus, obesidade e anoxia (inibe a oxidação dos ácidos graxos). A alteração gordurosa mais acentuada pode de forma transitória prejudicar a função celular mas se algum processo intracelular seja irreversível a degeneração gordurosa não será reversível. Sua morfologia é: a acumulação gordurosa parece como vacúolos claros no interior das células parenquimatosas; a gordura é identificada pela coloração SUdan IV (coram a gordura em vermelho alaranjado); o glicogênio pode ser identificado pela coloração para polissacarídeos utilizando o corante ácido periódico-schiff (cora o glicogênio de vermelho violeta) Comunicação celular Fonte: Albertinho As células individuais, assim como os organismos multicelulares, precisam sentir e responder ao seu ambiente . Uma célula de vida livre – mesmo uma bactéria primitiva – deve ser capaz de farejar nutrientes, perceber a diferença entre claro e escuro e evitar venenos e predadores. Exemplo: Se essa célula tiver algum tipo de “vida social”, ela deve ser capaz de se comunicar com outras células. Quando uma célula de levedura está pronta para acasalar,ela secreta uma pequena proteína chamada de fator de acasalamento. As leveduras do “sexo” oposto detectam esse chamado químico de acasalamento e respondem interrompendo o progresso no ciclo celular e emitindo protrusões na direção da célula que emitiu o sinal Já em organismos multicelulares, as coisas são mais complicadas. Por que? As células têm que interpretar a multiplicidade de sinais que recebem de outras células para auxiliar no seu comportamento. Exemplo:durante o desenvolvimento as células do embrião trocam sinais para determi- nar qual função especializada cada célula deverá adotar, que posição ela deverá ocupar no animal e se deverá sobreviver, dividir-se ou morrer; posteriormente, uma variedade de sinais coordena o crescimento do animal, assim como sua fisiologia e comportamento cotidiano. Psiuuu… no Albertinho tem exemplo de planta, mas não fazemos biologia e só vai esse exemplo mesmo Princípios gerais da sinalização celular A informação pode vir sob várias formas, e a comunicação envolve, frequentemente, a conversão dos sinais de informação de uma forma para outra. Exemplo: Quando você recebe uma chamada de um amigo em seu telefone celular, por exemplo, o telefone converte os sinais de rádio que viajam pelo ar em ondas sonoras que você ouve. Os pontos críticos nessa transmissão ocorrem onde a mensagem é convertida de uma forma para outra. Esse processo é denominado transdução de sinal Alguns pontos importantes ● Os sinais que transitam entre as células são muito mais simples do que as mensagens trocadas pelos seres humanos( isso é quase óbvio) e sobre isso queria aprofundar um pouco mais; Em uma comunicação celular, a célula sinalizadora produz um tipo particular de molécula-sinal que é detectada pela célula-alvo. As células-alvo possuem proteínas receptoras que reconhecem e respondem específicamente à molécula-sinal. -A transdução de sinal começa quando a proteína receptora na célula-alvo recebe um sinal extracelular e o converte nos sinais intracelulares que alteram o comportamento celular. Os sinais podem atuar a distâncias curtas e longas As células dos organismos multicelulares usam centenas de tipos de moléculas extracelulares para enviar sinais umas às outras. As moléculas-sinal podem ser: ● proteínas, ● peptídeos, ● aminoácidos, ● nucleotídeos, ● esteroides, ● derivados de ácidos graxos ● e até mesmo gases dissolvidos – mas contam com somente um punhado de tipos básicos de comunicação para transmitir as mensagens. Nos organismos pluricelulares ( o tipo mais “popular” de comunicação) envolve a transmissão do sinal por todo o corpo pela secreção na corrente sanguínea ( nos animais) ou na seiva( nas plantas) . As moléculas-sinais usadas dessa forma são os hormônios e nos animais, as células que os produzem são as células endócrinas. Exemplo: parte do pâncreas é uma glândula endócrina que produz o hormônio insulina, o qual regula a captação da glicose em todas as células do corpo. -Um pouco menos popular é o processo da sinalização parácrina. Nesse caso, em vez de entrar na corrente sanguínea, as moléculas-sinal se difundem localmente pelo líquido extracelular, permanecendo nas vizinhanças da célula que as secretou. Assim, elas atuam como mediadores locais sobre as células próximas *Muitas das moléculas-sinal que regulam uma inflamação nos locais de infecção ou controlam a proliferação celular na cicatrização de um ferimento funcionam dessa maneira. * Em alguns casos, as células podem responder aos mediadores que elas mesmasproduzem, consistindo em uma forma de comunicação parácrina chamada de sinalização autócrina. Psiu!! As células cancerígenas às vezes promovem, dessa forma, sua própria sobrevivência. -A sinalização neuronal constitui uma terceira forma de comunicação celular. Assim como as células endócrinas, as células nervosas (neurônios) podem enviar mensagens a grandes distâncias. Contudo, no caso da sinalização neuronal, a mensagem não é amplamente distribuída, mas é liberada rápida e especificamente para as células-alvo individuais pelas vias privadas. o axônio de um neurônio termina em junções especializadas (sinapses) nas células-alvo, que podem estar longe do corpo celular neuronal . Os axônios que se estendem desde a medula espinal ao dedão do pé, por exemplo, podem ter mais de 1 m de comprimento. Quando ativado por sinais provenientes do ambiente ou de outras células nervosas, o neurônio envia impulsos elétricos que correm ao longo do seu axônio a velocidades de até 100 m/s. Ao chegar ao terminal axonal, esses sinais elétricos são convertidos em uma forma química: cada impulso elétrico estimula a liberação, pelo terminal nervoso, de um pulso de uma molécula-sinal extracelular chamada de neurotransmissor. Esses neurotransmissores se difundem, em menos de 1 ms, pelo espaço estreito (< 100 nm) existente entre a membrana do terminal axonal e a membrana da célula-alvo. -Um quarto estilo de comunicação célula-célula mediada por sinal – a mais íntima e de mais curto alcance – não requer a liberação de uma molécula secretada. As células fazem contato direto por meio de moléculas-sinal localizadas na membrana plasmática das células sinalizadoras e proteínas receptoras inseridas na membrana plasmática da célula-alvo Exemplo: Essa sinalização dependente de contato permite que as células adjacentes inicialmente iguais se tornem especializadas para formar tipos celulares diferentes. O Albertinho fez essa analogia e eu gostei então… como faz para relacionar esses diferentes estilos de sinalização? Vamos imaginar um concerto ou um jogo de futebol. Um sinal endócrino seria semelhante à transmissão da informação por uma estação de rádio. Um panfleto afixado em um quadro de avisos seria o equivalente a um sinal parácrino localizado. Os sinais neuronais – de longa distância, mas pessoais – seriam similares a uma chamada telefônica ou uma mensagem eletrônica, e a sinalização dependente de contato seria como uma boa e antiga conversa face a face. Na sinalização autócrina, você poderia escrever um recado para lembrá-lo de comparecer. Cada célula responde a um conjunto limitado de sinais, dependendo do seu histórico e do seu estado atual A resposta de uma célula a uma molécula-sinal depende, antes de tudo, do fato de a célula possuir uma proteína receptora, ou um receptor, para essa molécula. Cada receptor é geralmente ativado por apenas um tipo de sinal. Sem o receptor apropriado, a célula será insensível ao sinal e não poderá reagir. Ao produzir somente um pequeno conjunto de receptores entre milhares possíveis, a célula restringe a gama de sinais que pode afetá-la. -Naturalmente, um pequeno número de moléculas-sinal extracelulares pode alterar o comportamento da célula-alvo de muitas maneiras diferentes. Elas podem alterar; ● a forma da célula ● o movimento ● o metabolismo ● a expressão gênica ou algumas combinações desses. o sinal de um receptor de superfície celular é normalmente propagado para o interior da célula-alvo por meio de um conjunto de moléculas sinalizadoras intracelulares que atuam em sequência e basicamente alteram a atividade de proteínas efetoras que afetam o comportamento da célula. Esse sistema de propagação intracelular e as proteínas efetoras sobre as quais ele atua variam de um tipo celular especializado para outro, de modo que células diferentes respondem de modo diferente ao mesmo tipo de sinal. - Por exemplo, quando a célula muscular cardíaca é exposta ao neurotransmissor acetilcolina, a frequência e a força das contrações diminuem. Quando uma glândula salivar é exposta ao mesmo sinal, ela secreta componentes da saliva, mesmo que os receptores sejam os mesmos em ambos os tipos celulares. No músculo esquelético, a acetilcolina se liga a uma proteína receptora diferente e provoca a contração muscular Então a partir daí, podemos concluir que a molécula- sinal extracelular sozinha não é a mensagem: a informação transmitida pelo sinal depende de como a célula-alvo recebe e interpreta o sinal. -Uma célula típica possui muitos tipos de receptores, cada um presente em dezenas a centenas de milhares de cópias. Tal variedade torna a célula sensível simultaneamente a muitos sinais extracelulares e permite que um número relativamente pequeno de moléculas-sinal, usadas em diferentes combinações, exerça um controle complexo e refinado sobre o comportamento celular. Tais combinações de sinais podem evocar respostas que são diferentes da soma dos efeitos que cada sinal pode evocar independentemente. Isso é assim por que? porque os sistemas de propagação intracelular ativados pelos diferentes sinais interagem, de modo que a presença de um sinal modifica a resposta a outro. Uma combinação de sinais permite a sobrevivência da célula; outra combinação leva à diferenciação especializada, e outra promove a divisão celular. Psiu!!!!A maioria das células animais está programada para cometer suicídio, na ausência de sinal A resposta celular a um sinal pode ser rápida ou lenta O tempo que uma célula leva para responder a um sinal extracelular varia muito, dependendo do que deve acontecer após a mensagem ter sido recebida. Alguns sinais extracelulares agem rapidamente: a acetilcolina estimula a contração do músculo esquelético em milissegundos e a secreção das glândulas salivares em cerca de um minuto. Essa rápida resposta é possível porque, nesses casos, o sinal afeta a atividade de proteínas e outras moléculas que já estão presentes na célula-alvo, esperando para executar as ordens. Outras respostas levam mais tempo. O crescimento e a divisão celular, quando desencadeados pelas moléculas-sinal adequadas, podem levar horas para ocorrerem. Isso é porque a resposta a esses sinais extracelulares requer mudanças na expressão gênica e a produção de novas proteínas. Alguns hormônios atravessam a membrana plasmática e se ligam a receptores intracelulares As moléculas-sinal extracelulares pertencem, em geral, a duas classes. ● A primeira, e maior, consiste em moléculas que são grandes demais ou demasiadamente hidrofílicas para atravessar a membrana plasmática da célula-alvo. Elas contam com receptores na superfície da célula-alvo para transmitir sua mensagem pela membrana . ● A segunda classe de sinais, menor, consiste em moléculas que são suficientemente pequenas ou hidrofóbicas para escorregar facilmente através da membrana plasmática. Essas moléculas-sinal, uma vez dentro da célula, ativam enzimas intracelulares ou se ligam a proteínas receptoras intracelulares que regulam a expressão gênica. Uma classe importante de moléculas-sinal que contam com proteínasreceptoras intracelulares é a dos hormônios esteróides – incluindo cortisol, estradiol, e testosterona – e os hormônios da tireoide, como a tiroxina Todas essas moléculas hidrofóbicas passam através da membrana plasmática das células-alvo e se ligam a proteínas receptoras localizadas no citosol ou no núcleo. Esses receptores, tanto citosólicos como nucleares, são denominados receptores nucleares, porque, ao serem ativados pela ligação ao hormônio, atuam como reguladores transcricionais no núcleo.Nas células não estimuladas, os receptores nucleares se encontram na forma inativa. Quando ocorre a ligação ao hormônio, o receptor passa por uma grande mudança conformacional que ativa a proteína, tornando-a capaz de promover ou inibir a transcrição de genes-alvo específicos -Além disso, um dado hormônio geralmente regula diferentes grupos de genes em di- ferentes tipos celulares, evocando, dessa forma, respostas fisiológicas diferentes em tipos diferentes de células-alvo. Alguns gases dissolvidos atravessam a membrana plasmática e ativam diretamente enzimas intracelulares Os hormônios esteróides e os hormônios da tireoide não são as únicas moléculas-sinal que podem atravessar a membrana plasmática. Alguns gases dissolvidos podem mover-se através da membrana para o interior da célula e regular diretamente a atividade de proteínas intracelulares específicas. Essa ativação direta permite que esses sinais alterem uma célula dentro de poucos segundos ou minutos. O óxido nítrico (NO) atua dessa forma. Esse gás se difunde facil- mente para fora da célula que o produz e penetra nas células vizinhas. O NO é sintetizado a partir do aminoácido arginina e atua como um mediador local em muitos tecidos. O gás age só localmente porque é convertido de forma rápida em nitratos e nitritos (com uma meia-vida de 5 a 10 segundos) pela reação com o oxigênio e a água no exterior da célula. As células endoteliais – as células achatadas que revestem os vasos san- guíneos – liberam NO em resposta à estimulação pelos terminais nervosos. Esse sinal do NO causa o relaxamento da musculatura lisa do vaso, fazendo esse di- latar, de modo que o sangue possa fluir mais livremente . O efeito do NO nos vasos sanguíneos é o responsável pela ação da nitroglicerina, que tem sido usada há quase 100 anos no tratamento de pacientes com angina – dor causada pelo fluxo sanguíneo inadequado para o músculo cardíaco. No corpo, a nitroglicerina é convertida em NO, que rapidamente relaxa os vasos sanguíneos, reduzindo, assim, a carga sobre o coração e diminuindo a necessidade muscular por sangue rico em oxigênio. Muitas células nervosas também usam o NO para sinalizar para células vizinhas: a liberação de NO pelos terminais nervosos no pênis, por exemplo, desencadeia uma dilatação local dos vasos sanguíneos que é responsável pela ereção peniana. Os receptores de superfície celular transmitem os sinais extracelulares por meio de vias intracelulares de sinalização A grande maioria das moléculas-sinal, em contraste com o NO e com os hormônios esteroides e tireoideanos, são grandes demais ou muito hidrofílicas para atravessar a membrana plasmática das células-alvo. Essas proteínas, peptídeos e outras moléculas pequenas e hidrossolúveis se ligam a proteínas receptoras da superfície celular que transpassam a membrana plasmática Os receptores transmembrana detectam o sinal no lado de fora e transmitem a mensagem, de uma forma nova, pela membrana para o interior da célula. A proteína receptora executa a etapa inicial da transdução do sinal: ela se liga a um sinal extracelular e gera, em resposta, novos sinais intracelulares. O processo de sinalização intracelular resultante geralmente funciona como uma corrida de revezamento molecular na qual a mensagem passa de uma molécula de sinalização intracelular para outra, em que cada uma ativa ou gera a próxima molécula de sinalização até que, por exemplo, uma enzima metabólica é posta em ação, o citoesqueleto é forçado a assumir uma nova configuração ou um gene é ligado ou desligado. Esse resultado é denominado resposta da célula Os componentes dessas vias de sinalização intracelular executam uma ou várias funções cruciais Os componentes dessas vias de sinalização intracelular executam uma ou várias funções cruciais (Figura 16-13): 1. Eles podem simplesmente transmitir o sinal para diante e dessa forma au- xiliar na sua propagação por toda a célula. 2. Eles podem amplificar o sinal recebido, tornando-o mais forte, de forma que poucas moléculas-sinal extracelulares são suficientes para evocar uma resposta intracelular intensa. 3. Eles podem receber sinais de mais de uma via de sinalização intracelular e integrá-los antes de transmitir o sinal para diante. 4. Eles podem distribuir o sinal para mais de uma via de sinalização intrace- lular ou proteína efetora, podendo criar ramificações no diagrama do fluxo de informações e evocar uma resposta complexa. Algumas proteínas de sinalização intracelulares atuam como interruptores moleculares Muitas das proteínas de sinalização intracelulares essenciais se comportam como interruptores moleculares: recepção de um sinal faz com que comutem de um estado inativo para um ativo. Essas proteínas, uma vez ativadas, podem ativar outras proteínas na via de sinalização.Elas então permanecem no estado ativo até que algum outro processo as desligue. A importância do processo de desligamento é, com frequência, subestimada. Para que uma via de sinalização se recupere após transmitir um sinal e fique apta a transmitir outro, cada proteína ativada deve retornar ao seu estado original não estimulado. Portanto, para cada etapa de ativação ao longo da via, deve haver um mecanismo de inativação. Os dois são igualmente importantes para o processo de sinalização. As proteínas que atuam como comutadores moleculares pertencem principalmente a duas classes. A primeira, e de longe a maior, consiste em proteínas que são ativadas ou inativadas por fosforilação. No caso dessas moléculas, o comutador é acionado em uma direção por uma proteína-cinase que adiciona, à proteína,um grupo fosfato, e na outra direção, por uma proteína-fosfatase, que remove o fosfato A atividade de qualquer proteína que seja regulada por fosforilação depende – a cada momento – do equilíbrio entre as atividades das cinases que as fosforilam e das fosfatases que as desfosforilam Muitas das proteínas comutadoras controladas por fosforilação são, elas próprias, proteínas e estão organizadas em cascatas de fosforilação: uma proteí- na-cinase, ativada por fosforilação, fosforila a cinase seguinte e assim por diante, transmitindo o sinal para diante, e nesse processo ocorrem a amplificação, a pro- pagação e a modulação do sinal. Dois tipos principais de proteína-cinases atuam nas vias de sinalização intracelular: as mais comuns são as serina/treonina-ci- nases, as quais, como o nome indica, fosforilam as serinas e treoninas das pro- teínas; as outras são as tirosina-cinases, que fosforilam as tirosinas das proteínas. A outra classe importante de proteínas comutadoras envolvidas em vias de sinalização intracelular consistenas proteínas de ligação a GTP. Essas co- mutam entre o estado ativo e inativo na dependência de terem, respectivamente, GTP ou GDP ligados a elas (Figura 16-14B). Quando ativadas pela ligação ao GTP, essas proteínas apresentam atividade intrínseca de hidrólise de GTP (GTPases) e fazem autoinativação ao hidrolisarem seu GTP a GDP. Os receptores de superfície celular pertencem a três classes principais Todas as proteínas receptoras de superfície celular se ligam a uma molécula-sinal extracelular e transduzem sua mensagem para uma ou mais moléculas sinaliza- doras intracelulares que alteram o comportamento da célula. Esses receptores, contudo, são divididos em três grandes famílias que diferem nos mecanismos de transdução utilizados. (1) Os receptores associados a canais iônicos permitem um fluxo de íons através da membrana plasmática, que altera o potencial de membrana e produz uma corrente elétrica. (2) Os receptores associados a proteínas G ativam as proteínas triméricas de ligação a GTP liga- das à membrana (proteínas G), as quais então ativam uma enzima ou um canal iônico na membrana plasmática, dando início a uma cascata de outros efeitos. (3) Os receptores associados a enzimas atuam como enzimas ou se associam a enzimas dentro da células essas enzimas, quando estimuladas, ativam uma variedade de vias de sinalização intracelular. O número de tipos diferentes de receptores nessas três classes é ainda maior do que o número de sinais extracelulares que agem sobre eles, porque, para muitas moléculas sinalizadoras, existe mais de um tipo de receptor. Além disso, algumas moléculas sinalizadoras se ligam a receptores de mais de uma classe. O neurotransmissor acetilcolina, por exemplo, atua nas células da musculatura esquelética por meio de um receptor associado a um canal iônico, ao passo que, nas células da musculatura cardíaca, ele age por meio de um receptor associado à proteína G. Esses dois tipos de receptores geram sinais intracelula- res diferentes, o que permite que os dois tipos de células musculares reajam à
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