Sinalização celular ligantes e receptores

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Sabrina B 
 
 
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 Introdução 
Assim como uma jornada de mil quilômetros começa 
com um único passo, também uma via de sinalização 
complexa no interior de uma célula começa com um 
único evento essencial – a ligação entre uma molécula 
sinalizadora, ou ligante, e sua molécula receptora, 
ou receptor. 
Receptores e ligantes possuem várias formas, mas 
todas têm uma coisa em comum: existem em pares 
estreitamente alinhados, com um receptor 
reconhecendo apenas um (ou poucos) ligantes 
específicos, e um ligante se ligando a apenas um (ou 
poucos) receptores alvos. A ligação de um ligante a um 
receptor muda sua forma ou atividade, permitindo-lhe 
transmitir um sinal ou produzir diretamente uma 
mudança dentro da célula 
 
Etapas da transdução de sinais: ligação ligante-
receptor, transmissão do sinal, resposta. 
Este artigo centra-se no primeiro estágio (recepção do 
sinal) 
Nesta seção, nós veremos diferentes tipos de 
receptores e ligantes, vendo como eles interagem para 
transformar informações de fora da célula em 
mudança dentro da célula. 
Tipos de receptores 
Receptores são de vários tipos, mas eles podem ser 
divididos em duas categorias: receptores 
intracelulares, os quais são encontrados dentro da 
célula (no citoplasma ou no núcleo), e receptores de 
superfície celular, os quais são encontrados na 
membrana plasmática. 
Receptores intracelulares 
Receptores intracelulares são proteínas receptoras 
encontradas dentro da célula, normalmente no 
citoplasma ou no núcleo. Na maioria dos casos, os 
ligantes de receptores intracelulares são pequenos, 
moléculas hidrofóbicas (repelidas por água), pois elas 
precisam atravessar a membrana plasmática para 
alcançar seus receptores. Por exemplo, os receptores 
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principais dos hormônios esteróides, tais como os 
hormônios sexuais estradiol (um estrógeno) e 
testosterona, são intracelulares. 
Quando um hormônio entre em uma célula e se liga ao 
seu receptor, isto faz com que o receptor mude de 
forma, permitindo que o complexo hormônio-receptor 
entre no núcleo (se já não estava lá) e regule a 
atividade gênica. A ligação do hormônio expõe regiões 
do receptor que têm atividade de ligação ao DNA, o 
que significa que eles podem se ligar à sequências 
específicas do DNA. Estas sequências são encontradas 
próximas a certos genes no DNA da célula, e quando o 
receptor liga-se próximo a estes genes, ele altera seu 
nível de transcrição. 
 
Diagrama de uma via de sinalização envolvendo um 
receptor intracelular. O ligante atravessa a membrana 
plasmática e se liga ao receptor no citoplasma, Então, o 
receptor vai para o núcleo, onde se liga ao DNA para 
regular a transcrição. 
Muitas vias de sinalização, envolvendo tanto 
receptores intracelulares como de membrana, causam 
alterações na transcrição gênica. No entanto, 
receptores intracelulares são únicos porque causam 
tais alterações muito diretamente, ligando-se ao DNA 
e alterando a transcrição eles mesmos. 
Receptores de superfície celular 
Receptores de membrana plasmática são proteínas 
ancoradas à membrana que ligam-se a ligantes na 
superfície externa da célula. Neste tipo de sinalização, 
o ligante não precisa atravessar a membrana 
plasmática. Portanto, muitos tipos diferentes de 
moléculas (incluindo aquelas grandes, hidrofílicas ou 
"que são atraídas por água") podem agir como ligantes. 
Um receptor de membrana plasmática típico tem três 
diferentes domínios, ou regiões de proteína: um 
domínio extracelular ("fora da célula") de ligação ao 
ligante, um domínio hidrofóbico que se estende 
através da membrana e um domínio intracelular 
("dentro da célula"), o qual geralmente transmite um 
sinal. O tamanho e a estrutura destas regiões podem 
variar muito dependendo do tipo de receptor, e a 
região hidrofóbica pode consistir de vários resíduos de 
aminoácidos que cruzam a membrana. 
Há muitos tipos de receptores de membrana, mas aqui 
nós veremos três tipos comuns: canais iônicos 
dependentes de ligantes, receptores acoplados à 
proteína G, e receptores tirosina quinases. 
Canais iônicos dependentes de 
ligantes 
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Canais iônicos dependentes de ligantes são canais 
iônicos que podem abrir em resposta à ligação de um 
ligante. Para formar um canal, este tipo de receptor de 
membrana celular tem uma região intramembranal 
com um canal hidrofílico (atraído pela água) no meio 
dele. O canal permite que íons atravessem a 
membrana sem precisar tocar o núcleo hidrofóbico da 
camada fosfolipídica. 
Quando um ligante se liga à região extracelular do 
canal, a estrutura da proteína se modifica de uma 
forma tal que íons de um tipo específico, tais como Ca²+ 
ou Cl- podem passar. Em alguns casos, o inverso é 
verdade: o canal é normalmente aberto, e a ligação 
com o ligante faz com que ele feche. Alterações nos 
níveis de íons dentro da célula podem mudar a 
atividade de outras moléculas, como enzimas de 
ligação iônica e canais sensíveis à voltagem, para 
produzir uma resposta. Neurônios, ou células 
nervosas, possuem canais dependentes de ligantes que 
são ligados por neurotransmissores. 
 
Imagem modificada de "Signaling molecules and cell receptors: Figure 4," 
de OpenStax College, Biology (CC BY 3.0). 
Receptores acoplados à proteína G 
Receptores acoplados à proteína G (GPCRs) são uma 
grande família de receptores de membrana plasmática 
que compartilham uma estrutura e um método de 
sinalização comuns. Todos os membros da família 
GPCR têm sete diferentes segmentos de proteínas que 
atravessam a membrana, e transmitem sinais no 
interior da célula através de um tipo de proteína 
chamada de proteína G (mais detalhes abaixo). 
GPCRs são heterogêneos e se ligam a diversos tipos de 
ligantes. Uma classe particularmente interessante de 
GPCRs é o dos receptores odoríferos (perfume). 
Existem cerca de 800 deles nos seres humanos e cada 
um se liga a uma "molécula de odor" própria - como 
uma determinada substância química no perfume, ou 
um certo composto liberado por peixe podre - e faz 
com que um sinal seja enviado para o cérebro, 
fazendo-nos sentir um cheiro! 
Quando seu ligante não está presente, um receptor 
acoplado à proteína G permanece na membrana 
plasmática em um estado inativo. Para ao menos 
alguns tipos de GPCRs, o receptor inativo já está 
ancorado ao seu alvo de sinalização, uma proteína G. 
Proteínas G são de diferentes tipos, mas todos eles se 
ligam ao nucleotídeo guanosina trifosfato (GTP), o qual 
eles podem quebrar (hidrolizar) para formar o GDP. 
Uma proteína G ligada ao GTP está ativa, ou "ativada", 
enquanto que uma proteína G que está ligada ao GDP 
está inativa, ou "desativada". As proteínas G que se 
associam com GPCRs são compostas por três 
subunidades, conhecidas como proteínas G 
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heterotriméricas. Quando elas estão conectadas a um 
receptor inativo, estão sob a forma "desativada" 
(ligada ao GDP). 
 
Imagem modificada de "Signaling molecules and cell receptors: 
Figure 5," de OpenStax College, Biology (CC BY 3.0). 
A ligação ao ligante, no entanto, muda a figura: o GPCR 
é ativado e faz com que a proteína G mude de GDP para 
GTP. A proteína G agora ativa separa-se em duas partes 
(uma chamada subunidade α, a outro composto por 
duas subunidades β e γ), que são liberadas do GPCR. As 
subunidades podem interagir com outras proteínas, 
acionando uma via de sinalização que leva a uma 
resposta. 
Eventualmente, a subunidade α hidrolizará GTP de 
volta a GDP, nesse momento a proteína G se torna 
inativa. A proteína G inativa remonta-se como uma 
unidade de três peças associada com o GPCR. A 
sinalização celular usando os receptores acoplados à 
proteína G é um ciclo, que pode se repetir váriasvezes 
em resposta ao ligante. 
Receptores acoplados à proteína G têm diversos papéis 
no corpo humano, e o distúrbio na sinalização de GPCR 
pode causar doenças. 
Receptores tirosina quinases 
Receptores ligados a enzimas são receptores de 
membrana plasmática com domínios intracelulares 
que estão associados com uma enzima. Em alguns 
casos, o domínio intracelular do receptor na 
verdade é uma enzima que catalisa a reação. Outros 
receptores ligados à enzima têm um domínio 
intracelular que interage com uma enzima. 
Receptores tirosina quinases (RTKs) são uma classe de 
receptores ligados a enzima encontrados em humanos 
e em muitas outras espécies. Uma quinase é apenas 
um nome para uma enzima que transfere grupos 
fosfato para uma proteína ou outro alvo, e um receptor 
tirosina quinase transfere grupos fosfato 
especificamente para o aminoácido tirosina. 
Como a sinalização por RTK funciona? Um exemplo 
típico, moléculas sinalizadoras primeiro se ligam a 
domínios extracelulares de dois receptores tirosina 
quinase próximos. Os dois receptores vizinhos então se 
juntam, ou dimerizam. Os receptores então anexam 
fosfatos à tirosinas nos domínios intracelulares um do 
outro. A tirosina fosforilada pode transmitir o sinal para 
outras moléculas na célula. 
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Imagem modificada de "Signaling molecules and cell receptors: Figure 7," 
de OpenStax College, Biology (CC BY 3.0). 
Em muitos casos, os receptores fosforilados servem 
como uma plataforma de encaixe para outras 
proteínas que contém tipos especiais de domínios de 
ligação. Uma variedade de proteínas contém estes 
domínios, e quando uma destas proteínas se liga, ela 
pode iniciar uma cascata de sinalização a jusante que 
leva a uma resposta celular. 
Receptores tirosina quinases são cruciais para muitos 
processos de sinalização em humanos. Por exemplo, 
eles se ligam a fatores de crescimento, moléculas de 
sinalização que promovem divisão celular e 
sobrevivência. Fatores de crescimento incluem fator de 
crescimento derivado de plaquetas (PDGF), que 
participa da cicatrização de feridas, e fator de 
crescimento de nervos (NGF), que deve ser fornecido 
continuamente para certos tipos de neurônios para 
mantê-los vivos. Por causa de sua função na sinalização 
de fator de crescimento, os receptores tirosina quinase 
são essenciais para o corpo, mas sua atividade deve ser 
mentida em balanço: receptores de fator de 
crescimento superativos estão associados com alguns 
tipos de cânceres. 
Tipos de ligantes 
Ligantes, que são produzidos por células sinalizadoras 
e interagem com receptores no interior ou na 
superfície das células alvo, são de grande variedade. 
Alguns são proteínas, outros são moléculas 
hidrofóbicas como esteróides, e outros ainda são gases 
como óxido nítrico. Aqui, nós veremos alguns exemplos 
de diferentes tipos de ligantes. 
Ligantes que podem entrar na célula 
Pequenos ligantes hidrofóbicos podem passar através 
da membrana plasmática e se ligar a receptores 
intracelulares no núcleo ou no citoplasma. No corpo 
humano, alguns dos mais importantes ligantes deste 
tipo são os hormônios esteróides. 
Hormônios esteróides familiares incluem o hormônio 
sexual feminino estradiol, que é um tipo de estrogênio, 
e o hormônio sexual masculino: testosterona. A 
vitamina D, uma molécula sintetizada na pele usando 
energia da luz, é outro exemplo de hormônio 
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esteróide. Porque eles são hidrofóbicos, estes 
hormônios não têm problema em atravessar a 
membrana plasmática, mas eles devem se ligar a 
proteínas carreadoras para viajar pela corrente 
sanguínea (aquosa). 
 
Imagem modificada de "Signaling molecules and cell receptors: Figure 8," 
de OpenStax College, Biology (CC BY 3.0). 
Óxido nítrico (NO) é um gás que age como um ligante. 
Como os hormônios esteróides, pode se difundir 
diretamente através da membrana plasmática graças 
ao seu pequeno tamanho. Um dos seus papéis chave é 
ativar uma via de sinalização no músculo liso em torno 
dos vasos sanguíneos, aquela que faz o músculo relaxar 
e permite que os vasos sanguíneos se expandam 
(dilatação). De fato, a droga nitroglicerina trata 
doenças do coração desencadeando a liberação de NO, 
dilatando os vasos para restaurar o fluxo sanguíneo 
para o coração. 
NO tem se tornado melhor conhecido recentemente 
porque a via que ele afeta é alvo de medicamentos 
prescritos para disfunção erétil, como o Viagra. 
Ligantes que ligam do lado externo da célula 
Ligantes solúveis em água são polares ou carregados e 
não podem atravessar a membrana plasmática 
facilmente. Portanto, a maioria dos ligantes solúveis 
em água se ligam aos domínios extracelulares dos 
receptores de membrana plasmática, ficando na 
superfície exterior da célula. 
Ligantes de peptídeo (proteína) compõem a maior e 
mais diversa classe de ligantes solúveis em água. Por 
exemplo, fatores de crescimento, hormônios como a 
insulina, e certos neurotransmissores são classificados 
nesta categoria. Ligantes de peptídeo podem variar de 
apenas alguns aminoácidos de comprimento, como as 
encefalinas supressoras de dor, a uma centena ou mais 
de aminoácidos de comprimento. 
 
Encefalina: Um ligante peptídico curto, com sequência 
Tyr-Gly-Gly-Phe-Met. 
Como mencionado acima, alguns neurotransmissores 
são proteínas. Muitos outros neurotransmissores, 
contudo, são pequenas moléculas orgânicas, 
hidrofílicas (que têm afinidade pela água). Alguns 
neurotransmissores são formados por aminoácidos 
padrão como o glutamato e a glicina, e outros são 
aminoácidos modificados ou atípicos. 
 
Referências: KhanAcademy/Mundo Uol Educação 
 
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