Membranas: Barreiras Seletivas e Reguladoras

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Membranas 
O arranjo dinâmico e as interações entre os lipídeos e 
proteínas de membrana são descritos pelo modelo do 
mosaico fluido. 
O esqueleto da membrana determina a forma celular, 
mas é flexível. 
Regulam a passagem (transporte) de compostos e 
íons de um compartimento celular para outro, ou 
entre a célula e o exterior. Ou seja, são barreiras 
seletivamente permeáveis. 
Contém um certo número de enzimas ligadas a ela. 
Devido a isto, parte da catálise enzimática pode 
ocorrer nas membranas. 
Contém proteínas receptoras associadas à superfície 
exterior das membranas que, ao se ligarem a 
determinados compostos biológicos desencadeiam 
as respostas bioquímicas das células. 
Lipídeos não são distribuídos uniformemente ao 
longo da membrana e podem formar bolsas lipídicas. 
A rota de secreção descreve a passagem de proteínas 
de membrana e de secreção através da membrana. 
Diferentes tipos de vesículas revestidas transportam 
proteínas entre compartimentos celulares. 
As SNARE aproximam membranas e auxiliam a 
mediação da fusão de vesículas. 
A primeira célula provavelmente passou a existir 
quando uma membrana se formou. 
Definem os limites externos das células e controlam o 
tráfego molecular por esses limites. Em células 
eucarióticas, elas dividem o espaço interno em 
compartimentos para separar processos e 
componentes. 
Fundamentais para a conservação de energia 
biológica e para a comunicação célula-célula. 
São flexíveis, autosselantes e seletivamente 
permeáveis a solutos polares. 
A flexibilidade das membranas permite que a forma 
mude ao acompanhar o crescimento e o movimento 
da célula. 
Com a sua capacidade de se romper e resselar, duas 
membranas podem se fundir, como na exocitose, ou 
um compartimento envolvido por uma única 
membrana pode sofrer fissão e produzir dois 
compartimentos selados, como na endocitose ou na 
divisão celular, sem gerar grandes vazamentos. 
Retêm certos compostos e íons dentro das células e 
dentro de compartimentos celulares específicos, 
enquanto excluem outros. 
Não são barreiras meramente passivas. 
Incluem um arranjo de proteínas especializadas na 
promoção ou catálise de vários processos celulares. 
Na superfície celular, transportadores movem solutos 
orgânicos e íons inorgânicos específicos através da 
membrana. 
Os receptores captam sinais extracelulares e 
disparam mudanças moleculares na célula. 
As moléculas de adesão mantêm células vizinhas 
juntas. 
Dentro da célula, as membranas organizam processos 
celulares como: síntese de lipídeos e de certas 
proteínas, transdução de energia na mitocôndria e 
nos cloroplastos. 
Por consistirem em apenas duas camadas de 
moléculas, são muito finas – essencialmente 
bidimensionais. Colisões intermoleculares são bem 
prováveis nesse espaço bidimensional. 
Cada tipo de membrana tem proteínas e lipídeos 
característicos. A proporção relativa de proteína e 
lipídeo varia de acordo com o tipo de membrana, 
evidenciando a diversidade das funções biológicas. 
Neurônios possuem bainha de mielina – uma 
extensão da membrana plasmática que se enrola ao 
redor das células várias vezes e age como isolante 
elétrico passivo. A bainha consiste principalmente de 
lipídeos, enquanto a membrana plasmática de 
bactérias, mitocôndrias e cloroplastos contêm mais 
proteínas. 
Para estudar a composição das membranas, primeiro 
se isola uma membrana. Quando células eucarióticas 
são sujeitas à ruptura mecânica, a membrana se 
rompe e se fragmenta, liberando componentes 
citoplasmáticos e organelas ligadas à membrana 
como mitocôndrias, cloroplastos, lisossomos e 
núcleos. 
Membranas plasmáticas, são enriquecidas com 
colesterol e não contêm cardiolipinas detectáveis. 
Membranas mitocondriais contêm pouquíssimo 
colesterol e esfingolipídios, mas contêm 
fosfatidilglicerol e cardiolipina, que são sintetizados 
dentro da mitocôndria. 
 
 
 
Algumas proteínas de membrana são 
covalentemente ligadas aos oligossacarídeos. Como 
por exemplo, na glicoforina – glicoproteína da 
membrana do eritrócito,60% de sua massa é de 
oligossacarídeos complexos covalentemente ligados 
a resíduos de aminoácidos específicos. 
As porções de açúcar das glicoproteínas influenciam 
diretamente o enovelamento das proteínas, assim 
como suas estabilidades e destinos intracelulares, 
desempenhando um papel significativo na interação 
específica de ligantes com os receptores 
glicoproteicos de superfície. 
Algumas proteínas de membranas são 
covalentemente ligadas a um ou mais lipídeos e 
servem como âncoras hidrofóbicas para fixar as 
proteínas à membrana. 
São impermeáveis para a maioria dos solutos polares 
ou carregados, mas não permeáveis a compostos 
apolares. 
Quando proteínas são incluídas em ambos os lados, 
apresentam aparência trilaminar quando vistas em 
secção transversal. 
A permeabilidade, a composição e o movimento de 
moléculas proteicas e lipídicas individuais em 
membranas, levou ao desenvolvimento do modelo do 
mosaico fluido. 
Os fosfolipídeos formam uma bicamada na qual as 
regiões apolares das moléculas lipídicas em cada 
camada são orientadas para o centro da bicamada e 
os seus grupos polares são orientados para fora, 
interagindo com a fase aquosa de cada lado. As 
proteínas estão embebidas nessa lâmina de 
bicamada, mantidas por interações hidrofóbicas entre 
os lipídeos de membrana e os domínios hidrofóbicos 
nas proteínas. Algumas proteínas projetam-se apenas 
de um lado da membrana, enquanto outras expõem 
seus domínios em ambos os lados. A orientação das 
proteínas na bicamada é assimétrica, conferindo à 
membrana uma “lateralização”: os domínios 
proteicos expostos em um lado da membrana são 
diferentes daqueles expostos do outro lado, 
refletindo a assimetria funcional. As unidades lipídicas 
e proteicas individuas na membrana formam um 
mosaico fluido com um padrão livre e constante para 
mudar. O mosaico é fluido pois a maioria das 
interações entre os seus componentes são não 
colantes, deixando moléculas livres para se 
movimentarem lateralmente no plano da membrana. 
Visto que as proteínas ficam embebidas nela, 
participando no movimento lateral que a caracteriza. 
Os oligossacarídeos projetam-se para o exterior da 
célula. 
 
 
A bicamada é o elemento estrutural básico das 
membranas. 
Os glicerofosfolipídeos, os esfingolipídios e os esteróis 
são praticamente insolúveis em água. Quando 
misturados com a água, eles formam agregados, 
agrupando-se com suas porções hidrofóbicas em 
contato entre si e com seus grupos hidrofílicos 
interagindo com a água circundante. Esses 
agrupamentos reduzem a superfície hidrofóbica 
exposta à água e assim minimizam o número de 
moléculas da camada de água ordenada na interface 
lipídeo-água, resultando em um aumento de entropia. 
Existem 3 tipos de agregados: 
Micelas: estruturas esféricas que contêm desde 
poucas dúzias até milhares de moléculas hidrofóbicas 
agregadas na parte interna, enquanto a água é 
excluída, e com seus grupos polares hidrofílicos na 
superfície em contato com a água. A formação de 
micelas é favorecida quando a área de secção 
transversal do grupo polar é maior do que das cadeias 
laterais acil (ácidos graxos, lisofosfolipídeos, 
detergentes). 
Bicamada: duas camadas monolipídicas formam uma 
lâmina bidimensional, a formação da bicamada é 
favorecida quando as áreas de secção transversal dos 
grupos polares e as cadeias acil são similares, como 
nos glicerofosfolipídeos e dos esfingolipídios. As 
porções hidrofóbicas em cada monocamada 
excluídas da água, interagem entre si. Os grupos 
polares hidrofóbicos interagem com a água em cada 
superfície da bicamada. As bordas das regiões 
hidrofóbicas estão em contato com a água, isso faz 
com que a lâmina da bicamada seja relativamente 
instável e pode dobrar-se espontaneamente sobre si 
mesma para formar uma esfera oca – a vesícula. 
Vesículas: a superfície das vesículas cria 
compartimentos aquosos separados. É provável que 
o primeiro percursor das primeirascélulas vivas tenha 
apresentado semelhanças com as vesículas lipídicas. 
Oca, resultante do fechamento de uma bicamada 
lipídica, dotada de uma cavidade central preenchida 
por solvente. 
A parte lipídica das membranas se apresenta em 
camada dupla, com a região polar dos lipídeos em 
contato com a solução aquosa no interior e exterior 
da célula, e as cadeias não polares (hidrocarbonadas) 
formando o interior da membrana. 
Há várias classes de lipídeos de membrana. Os Mais 
abundantes são os fosfolipídios. 
Os principais fosfolipídios encontrados na membrana 
são os fosfoglicerídeos, que contêm duas moléculas 
de ácido graxo esterificado ao primeiro e o segundo 
grupo de hidroxila do glicerol. O terceiro grupo de 
hidroxila do glicerol forma uma ligação éster com o 
ácido fosfórico. 
 
 
 
A bicamada de fosfolipídios tem cerca de 6 a 9nm de 
espessura, dependendo da natureza dos ácidos 
graxos. Elas são fluidas, não rígidas e flexíveis. A maior 
ou menor fluidez no interior da dupla camada 
depende da natureza desses ácidos graxos. 
A maioria das moléculas biológicas é solúvel em água, 
por serem polares ou ionizadas no pH fisiológico. Tais 
moléculas não podem atravessar as membranas 
celulares por simples difusão, devido ao caráter 
hidrofóbico da bicamada lipídica. 
Apenas a água e outros poucos compostos 
atravessam livremente as membranas. Todos os 
outros metabólitos (ou moléculas nutrientes) 
dependem de sistemas de transporte que contornam 
a sua impermeabilidade. 
 
As proteínas das membranas podem ser periféricas ou 
integradas. 
 
As proteínas de membrana, desempenham diversas 
atividades, sendo mesmo as principais responsáveis 
por algumas das funções das membranas. 
As proteínas de transporte participam na entrada e na 
saída de compostos e íons, enquanto as proteínas 
receptoras intervêm na recepção de sinalizadores 
extracelulares, como os hormônios e na 
retransmissão para o interior da célula. 
Há 3 tipos de proteínas de membrana que se diferem 
quanto às suas associações com a membrana. Sendo 
elas: periféricas, integrais e anfitrópicas. 
As periféricas associam-se à membrana por interações 
eletrostáticas e ligações de hidrogênio com domínios 
hidrofílicos de proteínas integrais e com grupos 
polares dos lipídeos de membrana. Podem ser 
liberadas por tratamentos relativamente brandos que 
interferem com as interações eletrostáticas 
relativamente brandos que interferem com as 
interações eletrostáticas ou quebram as ligações de 
hidrogênio, um agente comumente usado é o 
carbonato com o pH alto. 
As antifitrópicas são encontradas tanto no citosol 
quando em associações com membranas. Suas 
afinidades pelas membranas resultam, em alguns 
casos, das interações não covalentes das proteínas 
com uma proteína ou lipídeos de membrana e, em 
outros casos, da presença de um ou mais lipídeos 
covalentemente ligados à proteína anfitrópica. 
Geralmente, a associação reversível das proteínas 
anfitrópicas com a membrana é regulada; por 
exemplo, a fosforilação ou a ligação de um ligante 
pode forçar a uma mudança conformacional na 
proteína, expondo o sítio de ligação da membrana 
inacessível anteriormente. 
As integrais, são firmemente associadas à bicamada 
lipídica, sendo removíveis apenas por um agente que 
interfere com reações hidrofóbicas, como 
detergentes, solventes orgânicos ou agentes 
desnaturantes. 
 
 
Além dessas funções, certo número de enzimas se 
encontra ligado às membranas, é o caso de muitas 
enzimas responsáveis pelas reações aeróbicas de 
oxidação – algumas das quais se encontram na 
superfície interna e outras na superfície externa da 
membrana. 
As membranas dos eucariontes contêm também, 
esteróis (o colesterol e compostos análogos nos 
organismos animais) e os fitosteróis (nas plantas). 
O transporte através das membranas: 
O transporte de moléculas pequenas é efetuado por 
permeases, também chamadas de translocases, 
proteínas integradas capazes de se ligar 
reversivelmente a um composto específico de um 
lado da membrana e transportá-lo para o outro. 
Muitas permeases são co-transportadoras, ou seja, o 
transporte de uma molécula depende da 
transferência simultânea de outra molécula, no 
mesmo sentido (simporte) ou no sentido oposto 
(antiporte). 
Outras traslocases transportam apenas um composto 
e são uni-transportadoras. 
 
A transferência de substâncias entre o exterior e a 
célula e, dentro da célula, entre o citosol e as 
organelas (núcleo, mitocôndrias, cloroplastos...) é 
indispensável ao funcionamento metabólico. 
Transporte passivo – o composto ou íon atravessa a 
membrana, a partir do compartimento de maior 
concentração para o de menor concentração, é a 
movimentação que se designa “a favor do gradiente 
de concentração”. Este transporte não requer 
energia, podendo ocorrer: 
Por difusão simples ou através de canais, as pequenas 
moléculas (H2O, O2 e CO2) atravessam diretamente a 
membrana (por difusão simples), mas os íons e as 
moléculas maiores, sobretudo as mais polares, 
necessitam de “portas” de passagem, essas 
aberturas são construídas por proteínas que se 
designam canais. Cada tipo de “canal” é específico de 
determinados íons ou moléculas. 
Na difusão facilitada, a molécula que deve atravessar 
a membrana liga-se a uma proteína transportadora, 
proteína-canal, a qual sofre uma alteração de 
conformação que obriga a membrana a abrir um poro 
(semelhante à passagem aberta no transporte por 
difusão simples). 
 
Diferenças: 
Na difusão facilitada é a ligação da molécula a ser 
transportada na proteína-transportadora integrada 
na membrana, que induz a abertura do poro. 
Na difusão simples o “canal” já está aberto. 
Transporte ativo – este transporte consiste na 
deslocação de substâncias contra um gradiente de 
concentração, isto é, de um compartimento onde se 
encontra em concentração mais baixa para outro 
onde a mesma espécie química existe em contração 
mais elevada. 
 
O transporte ativo de íons pode ocorrer à custa de 
energia fornecida pela hidrólise do ATP ou à custa do 
transporte de outra espécie química a favor de um 
gradiente. 
Transporte da glicose: a glicose é uma molécula polar 
que consegue atravessar a bicamada lipídica por 
difusão facilitada. O GLUT4 (transportador) faz o 
transporte da glicose dentro da célula, se liga na 
glicose do lado de fora, se altera para que a glicose 
entre na célula, assim, a proteína muda a estrutura e 
consegue fazer a glicose entrar na célula. A glicose 
pode entrar ou sair da célula. 
 
A glicose pode ser utilizada para energia, fazer 
glicogênio, lipídeo ou aminoácidos. 
Os transportadores não estão sempre dentro das 
células, eles ficam dentro das vesículas, vão para a 
membrana quando a insulina (hormônio proteico) é 
liberada no sangue e após ligada em um receptor, ao 
se ligar nesse receptor que manda uma mensagem, 
para que os GLUT4 vão para membrana, permitindo 
que a glicose entre. Por isso os diabéticos não 
conseguem fazer com que a glicose entre nos 
músculos, assim, ela fica apenas no sangue, gerando 
a hiperglicemia. Cada tecido tem um tipo de GLUT 
diferente. 
 
A glicose entra através de um co-transportador de 
sódio-glicose (SGLT). Não usa energia, assim, essa 
célula na membrana basal tem uma bomba de sódio-
potássio, ela joga o sódio na corrente sanguínea e 
entra potássio, assim, a concentração de sódio no 
interior da célula é baixo, por causa disso, o Na+ que 
veio da alimentação entra a favor do gradiente de 
concentração e por ser um co-transportador 
transporta a glicose na “carona” junto. Esse 
transportador não gasta energia diretamente, mas é 
acoplado no sistema que usa ATP que mantem o 
sódio baixo. Quando entra grandes quantidades de 
soluto, a água entra junto, isso é um método também 
de hidratação (soro caseiro), essas bebidas têm 
glicose e sódio, fazendo com que a água entra de uma 
forma bem mais rápida (osmose), hidratando bem 
mais. 
As células tipicamente se comunicam utilizando sinais 
químicos. Estessinais químicos, que são proteínas ou 
outras moléculas produzidas por uma célula 
emissora, são geralmente secretados na célula e 
liberados no espaço extracelular. Lá eles podem 
flutuar - como mensagens em uma garrafa - até 
células vizinhas. 
 
Nem todas as células podem "perceber" uma 
mensagem química em particular. Para poderem 
detectar um sinal (isto é, serem uma célula alvo), uma 
célula vizinha deve ter o receptor correto para aquele 
sinal. Quando uma molécula sinalizadora se liga a seu 
receptor, altera a forma ou atividade do receptor, 
acionando uma mudança dentro da célula. Moléculas 
sinalizadoras são geralmente chamadas de ligantes, 
um termo geral para moléculas que se ligam 
especificamente a outras moléculas (como os 
receptores). 
A mensagem carregada por um ligante é geralmente 
retransmitida por uma cadeia de mensageiros 
químicos dentro da célula. Em última análise, isso leva 
a uma mudança na célula, como a alteração da 
atividade de um gene ou até mesmo a indução de 
todo um processo inteiro, como a divisão celular. 
Assim, o sinal intercelular (entre células) original é 
convertido em sinal intracelular (dentro das células) 
que aciona uma resposta. 
 
A sinalização da célula - célula envolve a transmissão 
de um sinal de uma célula emissora para uma célula 
receptora. No entanto, nem todas as células 
emissoras e receptoras são vizinhas próximas, e nem 
todos os pares de células trocam sinais da mesma 
forma. 
Há quatro categorias básicas de sinalização química 
encontradas em organismos multicelulares: 
sinalização parácrina; sinalização autócrina, 
sinalização endócrina e sinalização por contato direto. 
A principal diferença entre as diferentes categorias de 
sinalização é a distância que o sinal percorre no 
organismo para alcançar a célula alvo. 
 
Parácrina: muitas vezes, as células que estão perto 
uma da outra se comunicam por meio da liberação de 
mensageiros químicos (ligantes que podem difundir-
se através do espaço entre as células). Esse tipo de 
sinalização, na qual as células se comunicam em 
distâncias relativamente curtas. 
Permite que células coordenem localmente 
atividades com suas células vizinhas. Embora elas 
sejam usadas em muitos tecidos e contextos 
diferentes, sinais parácrinos são especialmente 
importantes durante o desenvolvimento, quando 
permitem que um grupo de células comunique a um 
grupo de células vizinhas, qual identidade devem 
assumir. Exemplo: desenvolvimento da medula 
óssea. 
Sináptica: quando células nervosas transmitem sinais. 
Este processo é chamado de sinapse, que é a junção 
entre duas células nervosas, onde ocorre a 
transmissão de sinal. 
Quando o neurônio emissor dispara, um impulso 
elétrico move-se rapidamente pela célula, viajando 
por uma fibra de longa extensão chamada axônio. 
Quando o impulso alcança a sinapse, ele provoca a 
liberação de ligantes chamados neurotransmissores, 
os quais rapidamente cruzam o pequeno espaço 
entre as células nervosas. Quando os 
neurotransmissores chegam na célula receptora, eles 
ligam-se a receptores e causam uma alteração 
química dentro da célula (muitas vezes, abrindo 
canais iônicos e mudando o potencial elétrico através 
da membrana). 
Os neurotransmissores que são liberados na sinapse 
química são rapidamente degradados ou retomados 
pela célula emissora. Isto "reinicia" o sistema, assim, 
sinapse fica preparada para responder rapidamente 
ao próximo sinal. 
 
Autócrina: um sinal celular por sí só, liberando um 
ligante que se liga a receptores em sua própria 
superfície (ou, dependendo do tipo de sinal, em 
receptores dentro da célula). Isto pode parecer uma 
coisa estranha para a célula fazer, mas a sinalização 
autócrina tem papel importante em muitos 
processos. 
É importante durante o desenvolvimento, ajudando 
as células a assumir e reforçar suas identidades 
corretas. Do ponto de vista médico, a sinalização 
autócrina é importante no câncer e acredita-se que 
tenha papel chave na metástase (a difusão do câncer 
do seu local de origem para outras partes do corpo. 
Em muitos casos, um sinal pode ter tanto efeitos 
autócrinos quanto parácrinos, ligando-se à célula que 
envia o sinal bem como a outras células semelhantes 
na região. 
Endócrina: quando as células precisam transmitir 
sinais por longas distâncias, elas muitas vezes usam o 
sistema circulatório como uma rede de distribuição 
para as mensagens que elas enviam. Na sinalização 
endócrina de longa distância, os sinais são produzidos 
por células especializadas e liberados na corrente 
sanguínea, que transporta estes sinais para as células 
alvo em partes distantes do corpo. Sinais que são 
produzidos em uma parte do corpo e viajam através 
da circulação para atingir alvos distantes, são 
conhecidos como hormônios. 
Em humanos, glândulas endócrinas que liberam 
hormônios incluem a tireoide, o hipotálamo, e a 
pituitária, assim como as gônadas (testículos e 
ovários) e o pâncreas. Cada glândula endócrina libera 
um ou mais tipos de hormônios, muitos dos quais são 
reguladores principais do desenvolvimento e da 
fisiologia. 
Por exemplo, a hipófise libera hormônio do 
crescimento (GH), que promove crescimento, 
particularmente do esqueleto e da cartilagem. Como 
a maioria dos hormônios, o GH afeta muitos tipos 
diferentes de células por todo o corpo. No entanto, as 
células cartilaginosas são um exemplo de como o GH 
funciona: ele se liga aos receptores na superfície 
dessas células estimulando-as a se dividirem. 
 
Sinalização por meio do contato entre células: 
Junções comunicantes em animais e plasmodesmas 
em plantas são pequenos canais que conectam 
diretamente células vizinhas. Estes canais cheios de 
água permitem que pequenas moléculas 
sinalizadoras, chamadas mediadores intracelulares, 
se difundam entre as duas células. Pequenas 
moléculas e íons são capazes de se mover entre as 
células, mas grandes moléculas como proteínas e 
DNA não cabem nestes canais e para atravessá-los 
precisam de assistência especial. A transferência de 
moléculas sinalizadoras transmite o estado atual de 
uma célula à sua célula vizinha. Isso permite que um 
grupo de células coordene a sua resposta a um sinal 
que somente uma delas possa ter recebido. Em 
plantas, há plasmodesma entre quase todas as 
células, tornando a planta inteira em uma rede 
gigante. 
 
Em outra forma de sinalização direta, duas células 
podem se ligar uma à outra porque carregam 
proteínas complementares em suas superfícies. 
Quando as proteínas se ligam umas às outras, esta 
interação muda a forma de uma ou de ambas as 
proteínas, transmitindo o sinal. Este tipo de 
sinalização é especialmente importante no sistema 
imune, onde células do sistema imune usam 
marcadores de superfície celular para reconhecerem 
células "próprias" (as células do próprio corpo) e 
células infectadas por patógenos. 
 
Ligante que iniciam a via de sinalização: 
Quando um ligante se acopla à um receptor na 
superfície celular, o domínio intracelular do receptor 
(na parte de dentro da célula) modifica-se de alguma 
forma. Geralmente, assume uma nova forma que o 
tornará ativo como enzima ou deixará que outras 
moléculas se associem. A mudança no receptor 
desencadeia uma série de eventos de sinalização. 
Por exemplo, o receptor ativa outra molécula de 
sinalização dentro da célula que ativará seu próprio 
alvo. Essa reação em cadeia pode, eventualmente, 
levar a mudanças no comportamento ou 
características da célula. 
 
 
Por causa do fluxo direcional da informação, o 
termo a montante é frequentemente usado para 
descrever moléculas e eventos que vêm no início da 
cadeia de transmissão, enquanto a jusante deve ser 
usada para descrever aqueles que vêm depois 
(relativo a uma molécula particular de interesse). Por 
exemplo, no diagrama, o receptor é a jusante do 
ligante, porém a montante das proteínas no 
hialoplasma. Muitas vias de transdução de sinal 
intracelular amplificam o sinal inicial, para que uma 
molécula de ligante possaguiar para a ativação de 
muitas moléculas de um alvo à jusante. 
As moléculas que transmitem um sinal muitas vezes 
são proteínas. No entanto, moléculas não proteicas, 
como íons e fosfolipídios, podem também 
desempenhar papéis importantes. 
Fosforilação: um dos artifícios mais comuns para 
alterar a atividade das proteínas é a adição de um 
grupo fosfato a um ou mais locais na proteína, um 
processo chamado fosforilação. 
 
Os grupos de fosfato não podem ser anexados a 
qualquer parte de uma proteína. Em vez disso, eles 
normalmente são ligados a um dos três aminoácidos 
que apresentam grupos hidroxila (-OH) em suas 
cadeias laterais: serina, treonina e tirosina. A 
transferência do grupo fosfato é catalisada por uma 
enzima chamada quinase, e as células contêm muitas 
quinases diferentes que fosforizam alvos diferentes. 
A fosforilação muitas vezes age como um interruptor, 
mas seus efeitos variam entre as proteínas. Às vezes, 
a fosforilação deixará uma proteína mais ativa (por 
exemplo, aumentando a catálise ou deixando-a 
vincular a um parceiro). Em outros casos, a 
fosforilação pode inativar a proteína ou fazê-la 
romper-se. 
Em geral, a fosforilação não é permanente. Para fazer 
as proteínas voltarem ao seu estado não fosforilado, 
as células têm enzimas chamadas fosfatases, que 
removem um grupo fosfato de seus alvos. 
 
 
A fosforilação (assinalada como F) é importante em 
muitos estágios desta via. 
Quando os ligantes do fator de crescimento se ligam 
a seus receptores, estes se alinham e atuam como 
quinases, ligando grupos fosfato às caudas 
intracelulares uns dos outros. 
Os receptores ativos disparam uma série de eventos 
(pulados aqui porque eles não envolvem 
fosforilação). Esses eventos ativam a quinase Raf. 
Raf ativa fosforila e ativa MEK, que fosforila e ativa as 
ERKs. 
As ERKs fosforizam e ativam uma variedade de 
moléculas-alvo. Essas incluem os fatores de 
transcrição, como c-Myc, assim como os alvos 
citoplasmáticos. Os alvos ativados promovem divisão 
e crescimento celular. Juntos, Raf, MEK e as ERKs 
compõem uma via de sinalização da quinase em três 
níveis chamada cascata de proteína quinase ativada 
por mitógeno (MAPK). (Um mitógeno é um sinal que 
faz com que as células se submetam à mitose ou se 
dividam). Como os genes que codificam o receptor do 
fator de crescimento, Raf e c-Myc , desempenham um 
papel central na promoção da divisão celular, eles são 
proto-oncogenes, significando que formas hiperativas 
dessas proteínas são associadas ao câncer. 
As vias de sinalização MAP quinase são comuns na 
biologia: Elas podem ser encontradas em uma ampla 
gama de organismos desde humanos até leveduras e 
plantas. A similaridade das cascatas MAPK nos 
diversos organismos sugerem que essa via surgiu 
cedo na história evolutiva da vida e já estava presente 
no ancestral comum dos animais, plantas e fungos 
modernos 
Segundos mensageiros: 
Íons de cálcio: são um tipo de segundo mensageiro 
amplamente utilizado. Na maioria das células, a 
concentração dos íons de cálcio no hialoplasma é 
muito baixa, visto que as bombas de íons na 
membrana plasmática trabalham continuamente 
para removê-los. Com a finalidade de sinalização, 
pode ser armazenado em compartimentos, como o 
retículo endoplasmático. Nas vias que utilizam os íons 
de cálcio como segundo mensageiro, eventos de 
sinalização a montante liberam um íon ligante que se 
vincula e abre os canais de receptores inotrópicos. 
Estes canais se abrem e permitem que os altos níveis 
presentes fora da célula (ou em compartimentos de 
armazenamento intracelular) fluam para o 
citoplasma, elevando a concentração plasmática. 
Algumas proteínas na célula possuem sítios de ligação 
para íons, e os íons liberados se unem a essas 
proteínas e mudam sua forma (e, portanto, sua 
atividade). As proteínas presentes e a resposta 
produzida são diferentes em diferentes tipos de 
células. Por exemplo, a sinalização nas células-β do 
pâncreas leva à liberação de insulina, enquanto a 
sinalização em células musculares leva à contração 
muscular. 
Adenosina monofosfato cíclica: uma molécula 
pequena produzida a partir de ATP. Em resposta aos 
sinais, uma enzima chamada Adenil ciclase converte 
ATP em cAMP, removendo dois fosfatos e ligando o 
fosfato remanescente ao açúcar em forma de anel 
(por isso, o nome "cíclica"). Depois de produzida, a 
cAMP pode ativar uma enzima chamada proteína 
quinase A (PKA), possibilitando que esta fosforize 
seus alvos e passe o sinal adiante. A proteína quinase 
A é encontrada em uma variedade de tipos de células 
e, em cada tipo, suas proteínas-alvo variam. Desta 
forma, o mesmo segundo mensageiro cAMP pode 
produzir diversas respostas em diferentes contextos. 
A sinalização de cAMP é desligada por enzimas 
chamadas fosfodiesterases, que quebram a estrutura 
em anel da cAMP e a transformam em adenosina 
monofosfato normal, não cíclica (AMP). 
 
 
 
Inositol fosfatos: Fosfolipídios denominados 
de fosfatidilinositóis podem ser fosforilados e 
quebrados ao meio, liberando dois fragmentos que 
podem atuar como segundos mensageiros. 
Um lipídio desse grupo que é particularmente 
importante na sinalização é denominado. Em 
resposta a um sinal, uma enzima denominada de 
fosfolipase C em dois fragmentos: DAG e IP3. Esses 
fragmentos sintetizados podem atuar como 
segundos mensageiros. 
DAG permanece na membrana plasmática e pode 
ativar uma proteína-alvo denominada de proteína 
quinase C (PKC), permitindo que ela fosforize seus 
próprios alvos. IP3 se difunde pelo citoplasma e pode 
se acoplar à canais de cálcio ligante-dependentes no 
retículo endoplasmático, liberando Ca2+ que continua 
a cascata de sinalização. 
 
 
Ligantes e Receptores: 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. 
 
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: 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 
principais dos hormônios esteroides, 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 se liga próximo a estes 
genes, ele altera seu nível de 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 membrana plasmática: são proteínas 
ancoradas à membrana que se ligam 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 em 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: 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. 
 
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!^33cubed 
Quando seu ligante não está presente, um receptor 
acoplado à proteína G permanece na membrana 
plasmática em um estado inativo. Para ao menos 
https://pt.khanacademy.org/science/biology/membranes-and-transport/the-plasma-membrane/a/structure-of-the-plasma-membrane
https://pt.khanacademy.org/science/biology/human-biology/neuron-nervous-system/v/anatomy-of-a-neuron
alguns tipos de GPCRs, o receptor inativo já está 
ancorado ao seu alvo de sinalização, uma proteína G4 
Proteínas G são de diferentes tipos, mas todos eles se 
ligam ao nucleotídeo guanosina trifosfato (GTP), o 
qual ele pode quebrar (hidrolisar) para formar o GDP. 
Uma proteína G ligada ao GTP está ativa, ou "ativada", 
enquanto 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 
heterotriméricas. Quando elas estão conectadas a um 
receptor inativo, estão sob a forma "desativada" 
(ligada ao GDP). 
 
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 hidrolisará 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 várias vezes 
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 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 fosforizada 
pode transmitir o sinal para outras moléculas na 
célula. 
 
Em muitos casos, os receptores fosforizados 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 esteroides, e outros 
ainda são gases como óxido nítrico. 
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 esteroides. 
Hormônios esteroides familiares incluem o hormônio 
sexual feminino estradiol, que é um tipo de 
estrogênio, e o hormônio sexual masculina 
testosterona. A vitamina D, uma molécula sintetizada 
na pele usando energia da luz, é outro exemplo de 
hormônio esteroide. 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). 
Óxido nítrico (NO) é um gás que age como um ligante. 
Como os hormônios esteroides, 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 osvasos 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. 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. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
https://pt.khanacademy.org/science/biology/cellular-molecular-biology/stem-cells-and-cancer/a/cancer