Lista de exercícios - Transdução de sinal

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Estudo dirigido- biofísica molecular
baseado no livro: fundamentos da biologia celular - Bruce Alberts
CAPÍTULO 16
QUESTÃO 16-10
Uma vez que os receptores de superfície celular, incluindo os receptores de citocinas e Notch, podem
sinalizar rapidamente para o núcleo pela ativação de reguladores de transcrição na membrana
plasmática, por que a maioria desses receptores usa cascatas de sinalização longas e indiretas para
influenciar a transcrição gênica no núcleo?
Porque as cascatas de sinalização permitem amplificar o sinal recebido à medida que o mesmo é transmitido ao
longo da sua via de sinalização. Outro fator importante também é a adaptação, essa característica permite que as
células respondam tanto a sinais mais “fortes”, quanto a sinais mais “fracos”.
Resposta do livro: Quanto mais etapas uma via de sinalização intracelular tiver, mais locais a célula tem para
regular a via, por amplificação do sinal, pela integração dos sinais vindos de vias diferentes e pela sua
disseminação ao longo de vias divergentes
QUESTÃO 16-11
Quais das seguintes afirmativas estão corretas? Explique suas respostas.
A. A molécula-sinal extracelular acetilcolina tem efeitos diferentes em diferentes tipos celulares de um
animal e se liga a diferentes moléculas receptoras nessas células.
Exato.
● A acetilcolina pode atuar em receptores associados a canais iônicos, a mesma irá estimulá-los e seu efeito
será a constrição dos vasos sanguíneos e elevação da pressão sanguínea. Também pode atuar inibindo os
mesmos e seu efeito será bloqueio da transmissão neuromuscular, resultando em paralisia.;
● Quando a célula muscular cardíaca é exposta a acetilcolina, a frequência e a força das contrações cardíaca;
Quando uma glândula salivar é exposta ao mesmo sinal, ela secreta componentes da saliva;
● Quando ligada a uma proteína receptora nos músculos esqueléticos, a mesma provoca contração muscular.
"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.”
B. Depois de ser secretada, a acetilcolina tem uma vida longa, pois tem de alcançar células-alvo em todo o
corpo.
Gabarito: A acetilcolina tem vida curta e exerce seus efeitos localmente. O prolongamento de sua vida pode ser
desastroso. Os compostos que inibem a enzima acetilcolinesterase, a qual normalmente degrada a acetilcolina
em uma sinapse neuromuscular, são extremamente tóxicos. Por exemplo, o gás nervoso sarin, usado em guerra
química, é um inibidor da acetilcolinesterase
C. As subunidades αlfa ligadas a GTP e os complexos βγ sem o nucleotídeo – mas não a proteína G
totalmente montada e ligada a GDP – ativam outras moléculas posicionadas após os receptores associados
à proteína G.
Exato. É por meio da alteração, na maioria das vezes conformacional, do receptor (proteína) quando a mesma
interage com um ligante (molécula-sinal) que promove a ativação da proteína G, onde a mesma tem sua
configuração alterada. A alteração da subunidade alfa permite que a proteína troque seu GDP por GTP. É a
troca do GDP por GTP que promove uma mudança conformacional que ativa a subunidade alfa e o complexo
βγ
Gabarito: Os complexos βγ sem nucleotídeo ligado podem ativar canais iônicos, e subunidades α com GTP
ligado podem ativar enzimas. A proteína G trimérica com GDP ligado é a forma inativa.
D. IP3 é produzido pela hidrólise de um fosfolipídio de inositol sem a incorporação de um grupo fosfato
adicional.
A hidrólise é feita pela fosfolipase C e seu produto será o inositol 1,4,5-trifosfato (IP3) e o diacilglicerol (DAG)
Gabarito: O fosfolipídio de inositol que é hidrolisado para produzir IP3 possui três grupos fosfato, e um deles
liga o açúcar ao diacilglicerol. O IP3 é gerado por uma única reação de hidrólise
E. A calmodulina regula a concentração intracelular de Ca2+
Exato. A calmodulina é uma proteína resposta presente no citosol e sua ligação ao Ca2+ induz uma mudança em
sua conformação, tornando-a capaz de se enrolar ao redor de uma ampla gama de proteínas alvo na célula e
alterar suas atividades, regulando assim a [Ca2+].
Gabarito: A calmodulina sente, mas não regula, os níveis intracelulares de Ca2+
F. Diferentes sinais com origem na membrana plasmática podem ser integrados pela intercomunicação
recíproca entre vias de sinalização diferentes dentro da célula.
Por meio disso, a célula é capaz de reunir múltiplas informações e reagir a suas combinações.
G. A fosforilação de tirosinas serve para gerar sítios de ligação para que outras proteínas se liguem aos
receptores tirosina-cinase.
A fosforilação de tirosinas desencadeia a agregação de um elaborado complexo de sinalização intracelular nas
caudas do receptor.
QUESTÃO 16-12
A proteína Ras funciona como um interruptor molecular que é “ligado” por outras proteínas que a
induzem a abandonar seu GDP e se ligar a GTP. Uma proteína ativadora de GTPase a conduz ao seu
estado “desligado” pela indução da hidrólise do GTP a GDP pela Ras muito mais rapidamente do que
sem essa proteína. Assim, a Ras funciona como se fosse um interruptor de uma lâmpada que é ligada por
uma pessoa e desligada por outra. Você tem uma célula mutante que não possui a atividade da proteína
ativadora de GTPase. Que anormalidades você esperaria encontrar na resposta de Ras a sinais
extracelulares?
Uma extrapolação da resposta devido a não inativação da Ras. Geralmente ocasionando uma alta proliferação
celular e, consequentemente, mutações.
Gabarito:
1. Você esperaria um alto nível basal de atividade de Ras porque ela não pode ser inativada eficientemente.
2. Como algumas moléculas de Ras já têm GTP ligado, sua atividade em resposta a um sinal extracelular seria
maior do que o normal, mas estaria sujeita à saturação quando todas as moléculas fossem convertidas na forma
ligada a GDP.
3. A resposta a um sinal seria muito menos rápida, porque o aumento de Ras ligada a GTP dependente de sinal
ocorreria em um nível basal elevado de Ras preexistente
4. O aumento na atividade de Ras em resposta a um sinal seria também prolongado em comparação com as
células normais.
QUESTÃO 16-13
A. Compare e contraste a sinalização por neurônios, que secretam neurotransmissores nas sinapses, com
a sinalização efetuada pelas células endócrinas, que secretam hormônios no sangue.
Ambos os sinais podem ocorrer a longa distância: os neurônios podem enviar potenciais de ação ao longo de
axônios muito longos, e os hormônios são transportados pela corrente sanguínea para todo o organismo. A
concentração das moléculas-sinal é alta porque os neurônios secretam grande quantidade de neurotransmissores
para a sinapse. Por isso, os receptores só precisam se ligar aos neurotransmissores com baixa afinidade. Ao
contrário, os hormônios estão muito diluídos na corrente sanguínea, onde circulam frequentemente em
concentração muito baixa. Seus receptores, por isso, se ligam a eles com uma afinidade extremamente alta.
B. Discuta as vantagens relativas dos dois mecanismos.
Enquanto a sinalização neuronal é um assunto privado, onde um neurônio se comunica com um grupo
selecionado de células-alvo por meio de conexões sinápticas específicas, a sinalização hormonal é um anúncio
público, onde as células-alvo percebem os níveis de hormônio no sangue. A sinalização neuronal é muito rápida,
limitada apenas pela velocidade de propagação do potencial de ação e atividade das sinapses, e a sinalização
hormonal é mais lenta, limitada pelo fluxo sanguíneo e pela difusão por maiores distâncias.
QUESTÃO 16-15
“Um dos grandes reis do passado governava um enorme reino que era mais bonito do que qualquer outro
no mundo. Cada planta resplandecia tão brilhantemente como jade polido, e as colinas suavemente
onduladas eram tão lisas como as ondas do mar de verão. A sabedoria de todas as suas decisões era
resultado de um fluxo de informação constante levado a ele, diariamente, por mensageiros que relatavam
cada detalhe do que ocorria no reino, de modo que ele podia agir rápida e adequadamente quando
necessário. Apesarda abundância de beleza e eficiência, seu povo se sentia condenado sob seu governo,
porque ele tinha um conselheiro que havia estudado transdução de sinal celular e administrava o
Departamento de Informação real. O conselheiro implantou a política de que todos os mensageiros
deveriam ser decapitados tão logo fossem localizados pela Guarda Real, porque o tempo de vida dos
mensageiros deveria ser curto para que a sinalização fosse rápida. Seus apelos ‘Não me machuque, eu sou
somente o mensageiro!’ eram vãos, e o povo do reino sofria terrivelmente pela perda rápida de seus filhos
e filhas.” Por que a analogia na qual o conselheiro baseou sua política não é adequada? Discuta
brevemente as características que regulam as vias de sinalização não considerando a via de comunicação
humana descrita na história.
Porque há processos e respostas celulares que necessitam de uma sinalização mais lenta , como por exemplo o
crescimento e divisão celular que podem levar horas para ocorrer. Isso se deve ao fato de que a resposta a esses
sinais extracelulares requer mudanças na expressão gênica e a produção de novas proteínas.
Gabarito: A informação transmitida por uma via de sinalização celular está contida na concentração do
mensageiro, quer ele seja uma molécula pequena ou uma proteína fosforilada. Portanto, para que se possa
detectar uma mudança na concentração, o mensageiro original deve ser rapidamente destruído. Quanto mais
curto for o tempo de vida do mensageiro, mais rapidamente o sistema pode responder às mudanças. A
comunicação humana se baseia em mensagens que são distribuídas somente uma vez e que geralmente não são
interpretadas por sua abundância, mas por seu conteúdo. Assim, é um erro matar os mensageiros, pois eles
podem ser usados mais de uma vez.
QUESTÃO 16-16
Os genes que codificam para formas mutantes de um receptor tirosina-cinase foram introduzidos na
célula por uma série de experimentos. As células também expressam a forma normal do receptor, embora
os genes mutantes tenham sido construídos para exibirem concentrações consideravelmente mais altas do
receptor do que do gene normal. Quais seriam as consequências da introdução de um gene mutante para
o receptor tirosina-cinase (A) sem o seu domínio extracelular, ou (B) sem seu domínio intracelular?
A- Não irá acontecer a sua fosforilação. É inativo. Ele não pode ligar os sinais extracelulares, e sua presença não
interfere no funcionamento do receptor normal
B- Não irá ser ativada. Também é inativo, mas sua presença bloqueia a sinalização pelo receptor normal. A
ligação de uma molécula sinalizadora aos receptores induz sua dimerização. Deve acontecer a dimerização entre
dois receptores normais para que possam ser fosforilados mutuamente e ativados.
QUESTÃO 16-17
Discuta a seguinte afirmação: “As proteínas de membrana que a atravessam várias vezes são submetidas
a uma mudança conformacional pela interação com o ligante que pode ser percebida no outro lado da
membrana. Assim, moléculas proteicas individuais podem transmitir um sinal através da membrana. Em
contraste, proteínas de membrana unipasso não podem, individualmente, transmitir uma mudança
conformacional pela membrana, necessitando de oligomerização”.
A afirmativa é correta. Ao interagir com o ligante, as hélices transmembrana dos receptores multipasso, como os
receptores associados à proteína G, são submetidas a um rearranjo uma em relação à outra. Essa mudança
conformacional é percebida no lado citosólico da membrana em virtude de uma alteração no arranjo das alças
citoplasmáticas. Um segmento transmembrana único não é suficiente para transmitir o sinal pela membrana.
Nesse caso, não é possível a ocorrência de rearranjos na membrana a partir da interação com o ligante. Os
receptores unipasso, como os receptores tirosina-cinase, tendem a dimerizar quando interagem com o ligante, o
que faz com que seus domínios enzimáticos intracelulares se aproximem, podendo, então, ocorrer a fosforilação
mútua e a consequente ativação.
QUESTÃO 16-18
Quais são as semelhanças e as diferenças entre as reações que levam à ativação das proteínas G e as que
levam à ativação da Ras?
A ativação em ambos os casos depende de proteínas que catalisam a troca GDP-GTP na proteína G ou
na proteína Ras. Enquanto os próprios receptores associados à proteína G realizam essa função, os receptores
associados a enzimas reúnem múltiplas proteínas adaptadoras em um complexo de sinalização, quando os
receptores são ativados por fosforilação, e um desses adaptadores recruta uma proteína ativadora de Ras que
catalisa a troca.
QUESTÃO 16-19
Por que você supõe que a célula use o Ca2+ (que é mantido, pela bomba de Ca2+, em uma concentração
intracelular de 10-7 M) na sinalização intracelular e não outro íon, por exemplo, o Na+ (que é mantido,
pela bomba de Na+, em uma concentração intracelular de 10-3 M)?
Visto que a concentração intracelular de Ca2+ é muito baixa, um influxo de relativamente poucos íons leva a
grandes mudanças na sua concentração citosólica. Assim, um aumento de dez vezes pode ser alcançado pelo
aumento da concentração na faixa de micromolar, o que seria obtido com muito menos íons do que seriam
necessários para mudar significativamente a concentração de um íon muito mais abundante como o Na+. No
músculo, uma mudança maior de dez vezes na concentração citosólica do Ca2+ pode ser obtida em
milissegundos pela liberação do íon dos seus estoques intracelulares no retículo sarcoplasmático, uma tarefa que
seria difícil de ser realizada se fossem necessárias mudanças na faixa de milimolar.
QUESTÃO 16-20
Parece anti-intuitivo que uma célula, mesmo tendo um suprimento abundante de nutrientes disponível,
cometa suicídio se não for estimulada constantemente por sinais vindos de outras células (ver Figura
16-6). Em sua opinião, quais poderiam ser as vantagens de uma regulação desse tipo?
A prevenção de mutações genéticas.
Gabarito: Em um organismo multicelular como um animal, é importante que as células sobrevivam somente
quando e onde forem necessárias. Tornar as células dependentes de sinais de outras células pode ser uma
maneira simples de garantir isso. Uma célula colocada em lugar errado, por exemplo, provavelmente, poderia
não receber os sinais de sobrevivência necessários (pois suas vizinhas não seriam as corretas) e se mataria. Essa
estratégia poder ser útil também na regulação do número de células: se a célula do tipo A depende de um sinal
de sobrevivência enviado pela célula do tipo B, o número de células B poderia controlar o número de células A
pela produção de uma quantidade limitada do sinal de sobrevivência, de modo que somente um determinado
número de células A pudesse sobreviver. De fato, existem evidências da existência desse mecanismo de
regulação do número de células – tanto nos tecidos em desenvolvimento quanto nos adultos
QUESTÃO 16-21
A contração do sistema actina-miosina nas células musculares é desencadeada por um aumento na
concentração intracelular de Ca2+ As células musculares possuem canais especializados para liberação de
Ca2+ – chamados de receptores de rianodina em virtude da sua sensibilidade a esse fármaco – nas
membranas do retículo sarcoplasmático, uma forma especializada de retículo endoplasmático. A molécula
sinalizadora que abre os receptores de rionidina é o próprio Ca2+, ao contrário dos canais de Ca2+
controlados por IP3 do retículo endoplasmático. Discuta as consequências da existência dos canais de
rianodina para a contração muscular.
Os receptores de rianodina formam uma classe de canais de cálcio intracelulares encontrados em tecido
excitável. Os canais de Ca2 + ativados por Ca2+ criam um circuito de retroalimentação positiva: quanto mais
Ca2+ é liberado, mais canais se abrem. Por essa razão, o sinal de Ca2+ no citosol é propagado de forma
explosiva por toda a célula muscular, assegurando, assim, que todos os filamentos miosina-actina se contraiam
quase sincronicamente.
QUESTÃO 16-23
A. Exemplos de via de sinalização longa e indireta:
Sinal extracelular- Via por receptorestirosina-cinase (associados a enzimas)
Sinal extracelular- Via por receptores associados à proteína G
B. Exemplos de via de sinalização curta e direta
-Através da citocina
- Através da proteína Notch
(as duas estão associadas a enzimas)
QUESTÃO 16-24
Por que a PI-3-cinase ativa a cinase Akt após a ativação do receptor tirosina-cinase?
Quando a PI-3-cinase é ativada por um receptor tirosina-cinase ativado, ela fosforila um fosfolipídio de inositol
específico na membrana plasmática. Esse então recruta, para a membrana, Akt e outra proteína-cinase que
auxilia na fosforilação e ativação da Akt. Uma terceira cinase que está associada permanentemente à membrana
também auxilia na ativação de Akt
QUESTÃO 16-25
As células animais e vegetais possuem mecanismos de sinalização intracelulares muito diferentes, mas
também compartilham alguns mecanismos comuns? Por que você imagina que seja assim
Acredita-se que animais e plantas tenham evoluído para a multicelularidade independentemente, e, por isso, se
espera que tenham desenvolvido alguns mecanismos de sinalização distintos para a comunicação entre as
células. Por outro lado, considera-se que as células animais e vegetais tenham evoluído de uma célula
eucariótica ancestral, de modo que se esperaria que as plantas e os animais compartilhassem alguns mecanismos
de sinalização intracelular que o ancestral utilizava para responder ao seu meio ambiente.