Receptores associados à Proteína G

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Processos Celulares
e Moleculares
Lucas Celes Dominguez
@lucas.celes
 1 Lucas Dominguez – Primeiro Semestre - Medfacs 
PROTEÍNA G 
RECEPTORES ASSOCIADOS À PROTEÍNA G 
 
- São moléculas que atuam ativando outras moléculas ao longo da membrana plasmática -> São moléculas efetoras. 
- Os diferentes tipos de proteínas que os receptores podem se associar são: 
 
 
PROTEÍNAS DE CANAL 
- São proteínas capazes de atuar como receptoras nos processos de sinalização -> Atuam na primeira etapa, a de recepção. 
- Elas podem selecionar os íons de forma diferente -> Tanto por tamanho, como por cargas, etc. 
- Quando se estuda proteína de canal, normalmente, baseia-se no íon que essa proteína transporta e em como ela seleciona esse 
íon. 
- Nas proteínas de canal, existem domínios ou sítios de ligação para moléculas sinalizadoras, como é o caso da acetilcolina. 
- Entre a sua subunidade alfa e alguma outra subunidade qualquer, sempre existirá um domínio de ligação para uma molécula 
sinalizadora extracelular hidrofílica e que não consegue atravessar livremente a membrana da célula. 
- Existe um sítio, um poro, para a passagem do íon e outros sítios específicos para a ligação com determinadas moléculas 
sinalizadoras -> A partir daí, a capacidade de, além de ser uma proteína transportadora, ser também uma proteína receptora que 
pode desencadear um processo de sinalização. 
 
- Exemplo de proteína receptora de canal da perspectiva da sinalização celular: 
• É possível ver que existem domínios ou sítios de ligação para moléculas 
sinalizadoras -> Nesse exemplo, uma proteína que se liga ao GABA. 
• Nessa proteína receptora é possível ver, inclusive, que existem domínios 
diferentes para o GABA -> Tem-se o sítio de ligação para o agonista de GABA 
e outro para o antagonista de GABA -> Importante para a criação de fármacos. 
 
- Cada proteína possui sítios de ligação específicos para alguma molécula-sinal!!! 
 
 
 
 
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- Existe um processo de sinalização que é mediado pela troca ou intercâmbio de GDP por GTP e vice-versa. 
• Não existe uma atividade de proteínas específicas para fazer a fosforilação ou desfosforilação (como as cinases ou 
fosfatases fazem). 
• Nesse caso, as próprias proteínas são enzimas capazes de hidrolisar o GDP em GTP -> Ela quebra um fosfato, liberando-
o no meio. Ou pode, através da ligação deum fosfato com o GTP (nucleosídeo menos energético), transformando-o em 
GTP e tornar a molécula ativada normalmente. 
o Ou seja, essas moléculas têm a capacidade intrínseca de quebrar m GTP em GDP, e depois dessa troca, fazer 
com que exista um novo estado de energização, de ativação da molécula. 
o Esse é o caso da proteína G. 
• Esses nucleosídeos se encontram no cerne da proteína enzimática (faz parte dela), o que ela faz é hidrolisar a molécula 
constantemente ou adicionar fosfato. 
• Diferença entre as cinases e a proteína G: A cinase é uma proteína que fosforila outra, coo em uma cascata. No caso da 
proteína G, ela não fosforila outra proteína ou a ela mesma, ela fosforila um nucleosídeo (transforma GDP em GTP e vice-
versa). 
 
 
PROTEÍNA G 
- Foi descoberta enquanto se trabalhava com GDP e GTP -> Por isso é proteína G. 
- Curiosidade: 1/3 os fármacos que são desenhados hoje são fármacos direcionados para a proteína G, que a utilizam como alvo. 
- A proteína G não é uma proteína receptora e também não é uma proteína integral, ela se associa à um receptor! 
• Ela vai ser uma proteína periférica interna. 
 
- A proteína receptora, que a proteína G vai se associar, é integral (transmembrana) e possui 7 passagens pela membrana. 
- Na face extracelular existe o sítio de ligação da molécula-sinal e na face intracelular existe o sítio de ligação com a proteína G. 
- A proteína G é uma proteína heterotrimérica que fica ancorada na membrana citoplasmática e possui três subunidades diferentes 
(α, β e γ). 
- Uma das suas subunidades se liga ao nucleosídeo, que pode ser difosfato (desligada) ou trifosfato (ligada). 
OBS: Lembrando que é a subunidade alfa que vai se ligar ao nucleosídeo. 
- Quando ela está em repouso/desligada/inativa, a subunidade alfa estará ligada a uma molécula de GDP (nucleosídeo difosfato -
> Lembrando que o nucleosídeo é basicamente a ligação do açúcar com a pentose e pode se ligar a dois ou a três fosfatos). 
- Quando o ligante se liga ao receptor (que não é a proteína G), a proteína G troca a molécula de GDP por GTP e a subunidade alfa 
vai deslizar pela membrana (em todas as direções), se dissociando das duas outras subunidades para encontrar a molécula efetora, 
que possa induzir uma resposta à essa proteína. 
- Quando acontece a transformação de GDP em GTP, a subunidade alfa modifica a sua forma (através da geração de uma estrutura 
proeminente/saliente), por isso ela se desconecta das subunidades beta e gama (que, na verdade, são regulatórias da alfa, fazendo 
com que ela esteja inativa normalmente, quando a célula não precisa dela, evitando, assim, um gasto energético desnecessário). 
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- Quando a subunidade alfa finalmente encontra uma proteína que possa induzir uma resposta, ela se conecta a ela -> A proteína-
alvo será ativada pela subunidade alfa! 
- Quando a subunidade alfa consegue o seu objetivo, de ativar a proteína, ela hidrolisa o GTP que estava ligado ao seu cerne, 
retirando o fosfato do GTP (o fosfato não é dela, é do nucleosídeo!), tornando-o um nucleosídeo difosfato (GDP) -> Isso faz com 
que ela se volte a sua conformação de repouso e, consequentemente, se ligue novamente às suas outras duas subunidades, se 
tornando novamente um complexo heterotrimérico inativo. 
 
- Lembrando que: 
• A proteína G é uma proteína periférica da membrana -> Ela não sai da membrana. 
• A proteína G estará ligada quando conectada à um GTP e desligada, em repouso, quando conectada à um GDP. 
• A subunidade que se liga ao nucleosídeo é a alfa. Beta e gama são subunidades regulatórias. 
- Lembrando também que existem muitas proteínas G diferentes e cada uma vai ter uma atividade ou perfil de atividade diferente 
das outras. 
- Cada proteína G atua com um sistema efetor diferente, ou até o mesmo sistema efetor, mas com atuação diferente (por exemplo, 
as proteínas Gs e Gi atuam na adenilato-ciclase (mesmo sistema efetor) porém a Gs possui perfil estimulador, enquanto a Gi perfil 
inibitório). 
- As proteínas G mais conhecidas são as Gs, Gi = Gk, G0, Gp = Gq e a Gt. 
 
2º Mensageiros: 
- São moléculas que tem a capacidade de amplificar o sinal para dentro da célula e fazer com que ela responda de maneira mais 
rápida, mais eficaz, àquele processo de sinalização. 
- Servem para ativar proteínas da cascata de transdução da mensagem até o local onde deve ser gerada uma resposta. 
- Os segundos mensageiros não são proteínas. 
- Existem muitas formas de segundos mensageiros. As formas cíclicas do AMP e do GMP são alguns dos principais, além do cálcio. 
- Quando se tem um receptor de superfície, a molécula-sinal que se liga a esse receptor não entra na célula. 
- Por exemplo: Quando uma molécula-sinal chega para alterar ou modular a expressão gênica, que acontece no núcleo, mas essa 
molécula-sinal não tem como entrar, ela fica presa ao receptor. O receptor também não tem como sair da membrana -> O sinal 
chega ao núcleo através de transdução (segunda etapa da sinalização), que é feito por proteínas que participam da cascata de 
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fosforilação e ativação de moléculas -> As proteínas vão levando o sinal em diante até chegar ao compartimento ou nas proteínas 
especificas onde se quer alterar as atividades. 
• Para que as proteínas da cascata de fosforilação se ativem, é necessário que existam outras moléculas, os segundos 
mensageiros. 
- O primeiro mensageiro ativou o receptor, que é imóvel na membrana. As proteínas que estão no citosol e participam da cascata 
de transdução são proteínas móveis,são proteínas que podem amplificar a mensagem para dentro da célula (em todo o ambiente 
celular) e isso faz com que se obtenha uma resposta mais rápida e eficaz. 
• Tanto a molécula-sinal quanto o receptor ficam ancorados na membrana, por conta disso é que precisam de segundos 
mensageiros para transduzirem o sinal recebido!!! 
- Para ativar essas proteínas, eu preciso de outras moléculas-sinal intracelulares, que podem se difundir para o citosol ou podem 
atuar na membrana plasmática ativando proteínas específicas. 
- Alguns dos principais segundos mensageiros intracelulares, que participam dos processos de sinalização celular, são o AMP-
cíclico, derivado do ATP, e o GMP-cíclico, derivado do GTP -> Estarão livres no citosol da célula. 
• Para atuarem como segundos mensageiros, essas moléculas devem ser cíclicas -> Se houver quebra dessa ligação e a 
molécula desciclizar, elas não serão mais capazes de atuar no processo de sinalização celular -> Inclusive essa é uma das 
formas que se utiliza para cessar respostas à determinada sinalização (por exemplo cessar o relaxamento - viagra). 
- Temos ainda o 1,2-diaglicerol (DAG) e o inositol-1,4,5-trifosfato (Ip3), que possuem um precursor comum, o fosfatidil-inusitol (é 
um lipídio de membrana), que quando é quebrado por uma fosfolipase gera esses dois segundos mensageiros: O primeiro, 
hidrofóbico e fica na membrana ajudando a ativar proteínas da membrana da célula, enquanto o segundo, hidrofílico, se difunde 
para o citosol para atuar como segundo mensageiro lá. -> Lembrando que os dois mensageiros não estarão soltos no citosol da 
célula! 
• Fosfatidil-inusitol = DAG (que atua na membrana) + Ip3 (que atua no citosol) -> São segundos mensageiros!!! 
 
Que vantagens há em usar segundos mensageiros? 
- São moléculas que vão amplificar aquele sinal químico que ficou lá preso na 
membra, que não pode entrar na célula. Se é necessária uma resposta rápida e 
eficaz é importante que se tenha a capacidade de amplificar os sinais químicos que 
foram recebidos fora da célula. 
- No exemplo ao lado, existe um neurotransmissor que se liga à uma proteína 
receptora, mas ele não irá conseguir entrar na célula, estando preso à membrana. 
• Esse receptor ativa a proteína G e ela vai começar a produzir AMP-cíclico 
(AMPc), através da ativação de moléculas efetoras, como a adenilato-
ciclase -> A partir do ATP. 
• O AMPc é capaz de ativar várias proteínas específicas dentro da célula, 
se tiver a ampliação do sinal. 
• Imaginando que esse neurotransmissor tenha sido para que a célula abra 
canais de cálcio da membrana do retículo sarcoplasmático -> São muitos 
canais de cálcio que existem na membrana do retículo, e se ele tivesse 
que abrir todos os canais, essa resposta seria extremamente lenta. Logo, 
dentro da célula, ele induz, a partir de uma molécula-sinal que foi 
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recebida lá em cima, a formação de vários segundos mensageiros (vários AMPc), que são capazes de ativar várias 
proteínas cinases ao mesmo tempo, que vão fosforilar esses canais, abrindo-os. 
o Ou seja, a ideia de se usar o segundo mensageiro é a possibilidade de amplificar um sinal que, externamente, 
era um só. 
 
 
Ativação Hormonal da Adenilil/Adenilato Ciclase: 
- A adenilil/adenilato ciclase é uma das enzimas-chaves, que uma vez ativada pela proteína G produz o segundo mensageiro 
conhecido como AMPc. 
- A adenilato-ciclase converte ATP em AMPc, um segundo mensageiro. 
 
- Quem modula a resposta é o receptor-alvo -> A resposta a uma mesma molécula sinalizadora (primeiro mensageiro) nem sempre 
será a mesma. Exemplo disso é a adrenalina, que provocará vasoconstrição ou vasodilatação, dependendo do receptor encontrado 
no vaso sanguíneo. 
 
- A noradrenalina, quando se liga ao receptor do tipo beta adrenérgico (coração), ativa o sítio Gs da proteína G. Essa ativa a enzima-
chave adenil-ciclase, que a partir do ATP produzirá o segundo mensageiro, o AMPc. 
• O AMPc tem a função de ativar uma enzima cinase A (PKA), cuja função é a de fosforilar canais de Ca++. 
- Um outro tipo de receptor da mesma noradrenalina é um tipo alfa-2 adrenérgico, que tem um efeito antagônico, ou seja, inibe 
a adenil-ciclase. Com a inibição, a enzima deixará de produzir AMPc e como consequência, os canais de K+ que estavam abetos se 
fecham. 
- De modo geral, a proteína G, além de ativar enzimas, pode, em alguns casos, regular canais iônicos de membrana (menor parte 
dos casos). 
• Os canais iônicos têm sítios de ligação para moléculas que são sinalizadoras e podem permitir a regulação deles -> Alguns 
canais, entretanto, são regulados também por proteína G (podem ser abertos ou fechados por ativação da proteína G). 
 
 
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Ativação da PKA (Proteína Cinase dependente de AMPc): 
- É uma das enzimas que a proteína G ativa. 
• O AMPc é um segundo mensageiro que serve para ativar enzimas cinases dependentes. 
- APKA é uma proteína cinase dependente do AMPc. 
- PKA apresenta quatro subunidades: Duas dessas subunidades são regulatórias, que mantém as outras duas subunidades 
catalíticas inativas quando ligadas a elas. 
 
- O AMPc, ao se ligar com as subunidades regulatórias da PKA, muda a conformação delas e faz com que elas se dissociem nas 
subunidades catalíticas, ativando, portanto, a enzima PKA. 
- A partir do momento que se soltam das subunidades regulatórias, essas cinases estão aptas a realizar seu papel: fosforilar. 
 
- A PKA pode entrar no núcleo e induzir uma resposta baseada na alteração da expressão gênica (induzindo uma nova transcrição 
e tradução), como também pode ativar outras enzimas, alterando o metabolismo, a forma e o movimento celular, gerando uma 
resposta baseada no citoesqueleto. 
• Atenção: Enquanto a proteína G estiver ligada à adenilil-ciclase, ela vai continuar produzindo AMPc -> Só irá parar de 
produzir AMPc quando a proteína G realizar a hidrólise do seu nucleosídeo trifosfato, transformando-o em GDP, que é 
quando ela modifica sua conformação e se dissocia da molécula receptora, voltando a se ligar às subunidades beta e 
gama -> Proteína G fica inativa! 
 
Ação da Toxina da Cólera: 
- Na microvilosidade, superfície apical, das células intestinais existe uma proteína que transporta sódio e glicose ao mesmo tempo 
(transporte secundário). 
- O agente da cólera (bactéria) produz uma toxina que é uma proteína que possui duas subunidades (alfa e beta) -> Essa toxina 
será recebida pelos enterócitos (células intestinais) atuando diretamente na proteína G, ribosliando (adicionando uma ribose – 
açúcar ribose) a proteína Gs (que tem perfil estimulatório). 
• Isso faz com que a proteína G não seja mais capaz de fazer aquilo que ela faz para se inativar, que é a hidrólise do GTP – 
• > Ela não consegue mais trocar GTP por GDP, fazendo com que ela fique sempre ativa. 
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• Isso faz com que se aumente o nível de AMPc na célula. Lembrando que nessas células em específico, o AMPc vai atuar 
ativando os canais e condutância de cloreto, logo esse aumento no nível de AMPc faz com que os canais de condutância 
de cloreto sejam ativados, provocando, assim, um efluxo de cloreto da célula para o lúmen intestinal, levando junto a 
glicose e a água, consequentemente. Isso faz com que as células fiquem desidratadas! 
• Lembrando que as proteínas transportadoras de sódio não são atingidas por esse mecanismo, ou seja, elas vão continuar 
expulsando-o normalmente -> Ou seja, o sódio vai ser mandado para fora em quantidades normais por essa bomba não 
atingida. 
 
 
- Em casos de cólera, o indivíduo fica desidratado e por isso indica-se o consumo de “soros” -> Quando se consome muito sódio 
ou glicose, causa um desequilíbrio de osmolaridade na célula, puxando a água também para dentro dela, provocando a reidratação 
-> Por isso não se dá apenas água, mas também elementos que farão com que a água seja transportada para dentro das células.Coqueluche ou Pertússis: 
- O individuo tosse o tempo inteiro (não para, praticamente), por conta da produção excessiva de muco em resposta à presença 
da bactéria que causa essa doença. 
- A bactéria produz uma toxina pentamérica, que vai ser endocitada pela célula-alvo em vesículas endossômicas. 
- A subunidade alfa dessa toxina provoca uma ribosilação na proteína Gi, que bloqueia a produção de AMPc -> Ou seja, a enzima 
que deveria inibir o bloqueio de AMPc está sendo bloqueada por ribosilação. Logo, acontecerá um aumento de AMPc -> Esse 
aumento de AMPc nessas células (do sistema respiratório) provoca a produção excessiva de muco, secreção e muita tosse. 
 
 
Proteínas G podem agir em conjunto com a Fosfolipase C: 
- A fosfolipase c é uma enzima que quebra fosfolipídios, nesse caso, o fosfatidil-inusitol, dando origem a dois segundos 
mensageiros. 
- O fosfatidil-inusitol quando é quebrado por uma fosfolipase gera o 1,2-diacilglicerol (DAG), hidrofóbico e que fica na membrana 
ajudando a ativar proteínas da membrana celular e o inositol-1,4,5-trifosfato (Ip3), hidrofílico e que se difunde para o citosol para 
lá atuar como segundo mensageiro. 
- Essas duas moléculas são segundos mensageiros oriundos de um fosfolipídio da face citosólica da bicamada lipídica, o fosfatidil-
inusitol, que foi quebrado pela fosfolipase c, que havia sido ativada por uma proteína Gq. 
- O DAG se liga a proteínas cinases C na membrana. 
- O iP3 se difunde para o citosol e se liga aos canais de cálcio do retículo sarcoplasmático e provocar a saída desse íon para o 
citosol. O cálcio que saiu desse compartimento vai participar da ativação, também, de proteínas cinase C dependente de cálcio. 
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• DAG se liga diretamente a PKC e o iP3 se liga indiretamente a PKC -> O DAG se liga na PKC, enquanto o iP3 ativa a abertura 
dos canais de cálcio e esse cálcio vai se ligar a PKC, ativando ela. 
• PKA: Proteína cinase dependente de AMPc; PKC: Proteína dependente de cálcio. 
 
 
O Ca²+ na Sinalização: 
- O cálcio também pode ser considerado um segundo mensageiro. 
- Normalmente ele não está livre na célula e é justamente por isso que se pensa que ele é um segundo mensageiro, pois se ele 
estiver livre irá provocar ativação celular. 
- Normalmente ele estará em compartimentos (retículo sarcoplasmático, mitocôndria, etc) ou, se estiver no citosol ou numa célula 
em repouso, ele estará sempre ligado com proteínas. 
- Cálcio é importante para a contração, para tornar a célula despolarizada, etc. 
 
Observações Importantes: 
 
 
- A sinalização pode acontecer entre células diferentes na mesma estrutura, como é o caso dos vasos. 
- Caso de uma resposta rápida de um vaso, para gerar vasoconstricção e vasodilatação, como isso acontece? 
• Eu posso ter uma molécula sinal inicial (primeiro mensageiro), que no caso é a acetilcolina, que vai ser liberada do 
neurônio e será recebida por receptores específicos na célula endotelial. 
• Essa célula vai ser estimulada, em resposta à acetilcolina, a produzir óxido nítrico (NO), a partir da arginina (aminoácido). 
Ou seja, a célula endotelial, mediante a estimulação da acetilcolina, vai transformar arginina em NO, que é um gás. 
• Por ser um gás, o NO se difunde pela membrana da célula endotelial e atinge a célula muscular do vaso (Lembrando que 
o vaso vai possuir várias camadas/túnicas, com diferentes tipos de célula) -> Ou seja, na mesma estrutura eu tenho células 
diferentes, com características diferentes e que responde de maneiras diferentes a diferentes processos de sinalização. 
• Ele vai ser recebido por receptores intracelulares. Esse receptor vai fazer com que se tenha a transformação de GTP em 
GMP cíclico, que é um segundo mensageiro, e a produção desse GMPc ativa uma proteína cinase dependente de GMP, 
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PKG, e o PKG faz com que as células que estavam contraídas se tornem células relaxadas, fazendo com que se aumente 
o diâmetro do vaso e provoque a diminuição da pressão arterial (vasodilatação). 
o Ou seja, se houver um aumento de GMPc, vai haver uma dilatação no vaso, fazendo com que se diminua a 
pressão arterial -> Esse é o mecanismo de ação de vários fármacos. 
 
- A sinalização ainda pode acontecer numa mesma membrana de uma célula e por proteínas G diferentes: 
 
• A célula acima é uma célula beta-pancreática, que possui proteína Gq em sua membrana, além de Gs, etc. 
• São responsáveis pela secreção de insulina. 
• Existem várias vias de sinalização convergindo para o mesmo propósito/resposta celular, que é a secreção da insulina. 
• Um exemplo disso é a incretina, que é produzida quando mastigamos. Ela vai ser sinal na proteína Gs, que é estimulatória 
de adenilato-ciclase, que vai converter ATP em AMPc, que vai ativar PKA e vai fazer com que se tenha a secreção de 
grânulos de insulina -> Tudo isso porque o organismo entende que você está se alimentando, quando está mastigando.