SINALIZAÇÃO CELULAR

Prévia do material em texto

Sinalização celular
PRÍNCIPIOS:
Moléculas de sinalização extracelular – algumas atuam a longas distâncias, outras sinalizam apenas para células vizinhas. 
Proteínas receptoras – recepção dos sinais; localizadas na superfície celular, as quais as moléculas de sinalização se ligam.
Vias/sistemas de sinalização intracelular – ativadas pelo receptor.
Proteínas sinalizadoras intracelulares – processam o sinal dentro da célula receptora e distribuem para os alvos intracelulares apropriados. 
Proteínas efetoras – alvos localizados na porção final das vias de sinalização. Podem ser reguladores de transcrição, canais iônicos, componentes de uma via metabólica ou partes do citoesqueleto. 
SINAIS EXTRACELULARES:
Sinalização dependente de contato – moléculas de sinalização extracelulares que permanecem ligadas a superfície das células e influenciam somente as células que estabelecem contato 
Mediadores locais – moléculas secretadas no fluido extracelular pelas células sinalizadoras.
Sinalização parácrina – mediadores locais atuando somente sobre as células no ambiente da célula sinalizadora. Nesse caso, as células sinalizadoras e as células-alvo são de tipos celulares diferentes. 
Sinalização autócrina – células que produzem sinais aos quais elas mesmas respondem (células cancerosas).
Sinalizações de longo alcance coordenam o comportamento de células em partes distantes do corpo – células nervosas, por meio dos axônios, nas sinapses químicas. Outro exemplo dessas sinalizações são as células endócrinas. 
Moléculas de sinalização extracelular – proteínas, peptídeos pequenos, aminoácidos, nucleotídeos, esteroides, reinóis, moléculas derivadas de ácidos graxos, óxido nítrico e monóxido de carbono. A maioria é liberada por exocitose, algumas por difusão através da membrana celular e outras são expostas na superfície externa da célula e permanecem ligadas a ela (proteínas-sinal transmembrana). 
Muitas moléculas sinalizadoras agem em concentrações muito baixas e seus receptores geralmente se ligam a elas com alta afinidade.
Moléculas de sinalização – podem ser solúveis, ligadas a matriz extracelular ou ligadas a superfície de uma célula vizinha; podem ser estimuladoras ou inibidoras; podem atuar em inumeráveis combinações diferentes e podem influenciar qualquer aspecto do comportamento celular. 
*Uma molécula de sinalização normalmente tem diferentes efeitos sobre diferentes tipos de células-alvo, exemplo: acetilcolina, nas células cardíacas, diminui a velocidade do potencial de ação e, nas glândulas salivares, estimula a produção de saliva, ainda que os receptores sejam os mesmos. No músculo esquelético, causa a contração por se ligar a um receptor diferente → diferenças nas proteínas de sinalização intracelular, proteínas efetoras e genes. 
PROTEÍNAS RECEPTORAS:
Receptores transdutores de sinal – convertem um evento extracelular de interação com o ligante em sinais intracelulares que alteram o comportamento da célula-alvo. 
Três classes: 
· Receptores acoplados a canais iônicos (canais iônicos controlados por transmissores ou receptores ionotrópicos) – envolvidos na sinalização sináptica rápida entre células nervosas e outras células-alvo, como os neurônios e células musculares. A maioria desses receptores pertence a grande família das proteínas homólogas transmembrana de passagem múltipla.
· Receptores acoplados a proteína G – atuam indiretamente na regulação da atividade de uma proteína-alvo ligada a membrana plasmática, que pode ser tanto uma enzima como um canal iônico. A interação entre o receptor e essa proteína-alvo é mediada pela proteína trimérica de ligação a GTP (proteína G). Se for uma enzima, a ativação da proteína-alvo altera a concentração de uma ou mais moléculas sinalizadoras intracelulares pequenas; se for um canal iônico, altera a permeabilidade da membrana aos íons. 
· Receptores acoplados a enzimas – quando ativados, funcionam como enzimas, ou estão associados diretamente a enzimas ativadas por eles. Geralmente, são proteínas transmembrana de passagem única. Apresentam estrutura heterogênea e a grande maioria é representada por cinases ou é associada a elas e, ao serem ativados, fosforilam grupos específicos de proteínas nas células-alvo. 
Moléculas sinalizadoras intracelulares – substâncias químicas pequenas (segundos mensageiros). Gerados em grande quantidade e se difundem rapidamente para longe de sua fonte de produção. Exemplos: AMP cíclico e o Ca2+, são hidrossolúveis e se difundem pelo citosol; diacilglicerol, são lipossolúveis e se difundem no plano da membrana plasmática. 
Comutadores moleculares – sinalizadoras intracelular que, quando recebem um sinal, passam do estado inativo para o ativo, até que outro processo as inative, retornando-as ao seu estado original. A maior classe delas consiste em proteínas que são ativadas/inativadas por fosforilação, ou seja, são fosforiladas por uma proteína-cinase e desfosforiladas por uma proteína-fosfatase. 
*Proteínas cinase: serinas/treoninas-cinase e tirosinas-cinase.
Cascatas de cinases – proteínas sinalizadoras intracelulares controladas por fosforilação que fosforilam a próxima cinase na sequência e assim por diante. 
Proteínas de ligação a GTP – passam de um estado ativado quando o GTP está ligado para um estado inativado quando o GDP está ligado. Exemplos: proteínas triméricas de ligação a GTP (proteínas G) e GTPases monoméricas (proteínas monoméricas de ligação a GTP). 
*Proteínas reguladoras específicas controlam ambos os tipos de proteínas de ligação a GTP – proteínas de ativação da GTPase (GAPs) convertem as proteínas a um estado inativado pelo aumento da taxa de hidrólise do GTP. 
Fatores de troca de nucleotídeos de guanina (GEFs) ativam as proteínas de ligação a GTP por estimular a liberação do GDP, o que permite a ligação de um novo GTP. No caso das proteínas G triméricas, o receptor ativado atua como GEF. 
 RELAÇÃO ENTRE O SINAL E A RESPOSTA:
1. Tempo de resposta: varia em diferentes sistemas de sinalização, de acordo com a velocidade requerida para a resposta;
2. Sensibilidade aos sinais extracelulares: pode variar muito; controlada por alterações no número ou na afinidade dos receptores na célula-alvo; um mecanismo que aumenta a sensibilidade é a amplificação do sinal, em que um pequeno número de receptores evoca uma resposta intracelular grande por produzir grandes quantidades de um segundo mensageiro ou por ativar várias cópias de uma proteína sinalizadora; 
3. Variação dinâmica: relacionada com sua sensibilidade; é alcançada por mecanismos de adaptação que ajustam a receptividade do sistema de acordo com a quantidade predominante do sinal;
4. Persistência de uma resposta: pode variar muito; mecanismos como retroalimentação positiva podem ser usados para alterar a reversibilidade e a duração de uma resposta; 
5. Processamento do sinal: pode reverter um sinal simples em uma resposta complexa; 
6. Integração: permite que uma resposta seja controlada pelo recebimento de múltiplos sinais. A célula tem que integrar a informação oriunda de sinais múltiplos, que dependem dos detectores de coincidência intracelulares. 
7. Coordenação de respostas múltiplas: pode ser alcançada por um único sinal extracelular. Depende dos mecanismos de distribuição de um sinal para efetores múltiplos, com a criação de ramificações na via de sinalização. 
VELOCIDADE DE UMA RESPOSTA
Depende da natureza das moléculas de sinalização intracelular. Quando a resposta envolve somente mudanças em proteínas já existentes na célula, pode ocorrer muito rapidamente. Porém, quando envolve mudanças na expressão gênica e na síntese de novas proteínas, demora mais. 
Na maioria dos casos, a resposta desaparece quando o sinal cessa; o efeito é transitório, porque o sinal exerce seu efeito pela alteração de um grupo de moléculas de vida curta, que sofrem reposição contínua. A velocidade com a qual a célula responde a remoção do sinal depende da velocidade de degradação ou de reposição das moléculas afetadas por ele. 
A velocidade dessa reposição determina a rapidez daresposta quando um sinal é emitido. Após o aumento ou a diminuição abrupta da velocidade de síntese da molécula, o tempo necessário para que metade das moléculas mude da concentração de equilíbrio antiga para a nova é igual a sua meia-vida normal. 
SINAL QUE AUMENTA GRADUALMENTE
Alguns sistemas de sinalização são capazes de gerar uma resposta moderadamente gradual a uma variação ampla nas concentrações do sinal extracelular.
* Outros geram respostas significativas somente quando a concentração do sinal aumentar acima de um valor limiar. 
Tipos de respostas abruptas: resposta sigmoide, quando baixas concentrações do estímulo não têm muito efeito quando a resposta aumenta abrupta e continuamente em níveis intermediários de estímulo. 
Esses sistemas fornecem um filtro para reduzir respostas inapropriadas a baixas concentrações basais de uma molécula de sinalização, mas respondem com alta sensibilidade quando o estímulo está dentro de uma pequena variação das concentrações do sinal fisiológico. 
Outro tipo de resposta abrupta: resposta descontínua/” tudo ou nada”, quando a resposta é inteiramente ativada quando o sinal alcança certa concentração limiar; geralmente envolvem a retroalimentação positiva. 
Para produzir resposta sigmoide → ligação de mais de uma molécula de sinalização intracelular a sua proteína-alvo para induzir a resposta; exemplo: quatro moléculas do segundo mensageiro AMP cíclico se ligam de forma simultânea a cada molécula da proteína-cinase dependente de AMP cíclico (PKA) para ativar a cinase. Essas respostas se tornam mais agudas a medida que aumenta o número de moléculas ou de grupos fosfato e, se o número for suficientemente grande, as respostas se tornam “tudo ou nada”. 
RETROALIMENTAÇÃO POSITIVA
Se a retroalimentação positiva tiver intensidade apenas moderada, seu efeito será simplesmente o aumento abrupto da resposta ao sinal, gerando uma resposta sigmoide; mas, se for suficientemente forte, pode produzir uma resposta “tudo ou nada”. 
Nessa última, como a resposta está em seu nível mais alto de ativação, essa condição é autossustentada e pode persistir mesmo depois que a intensidade do sinal tenha diminuído abaixo do seu valor crítico → sistema biestável 
Memória celular – dependente de retroalimentação positiva; célula pode sofrer uma mudança permanente de características sem nenhuma alteração na sequência do DNA. 
SINALIZAÇÃO POR MEIO DE RECEPTORES ACOPLADOS A PROTEÍNA G
A mesma molécula de sinalização pode ativar muitos membros da família dos GPCRs (receptores acoplados a proteína G). Todos os GPCRs têm uma estrutura semelhante; consistem em uma única cadeia peptídica que atravessa a bicamada lipídica sete vezes, formando uma estrutura cilíndrica. A proteína G é usada para transmitir o sinal para o interior da célula. 
Rodopsina – membro dos GPCRs. 
Quando uma molécula de sinalização extracelular se liga a um GPCR, o receptor sofre uma mudança conformacional que o permite ativar uma proteína trimérica de ligação a GTP (proteína G), que acopla o receptor a enzimas ou canais iônicos na membrana. 
Proteínas G – formadas pelas subunidades α, β e γ; no estado não estimulado a subunidade α está ligada ao GDP e a proteína G está inativa. Quando o GTP se liga no lugar do GDP, há uma mudança conformacional ativadora, o que libera a proteína G do seu receptor e o sinal é transmitido. 
Proteínas reguladoras da sinalização da proteína G (RGS) – proteínas ativadoras da subunidade α da GTPase e atuam na interrupção de respostas mediadas pela proteína G em todos os eucariotos. 
AMP cíclico (cAMP) – segundo mensageiro; sintetizado a partir do ATP por uma enzima chamada adenililciclase, e é rápida e continuamente destruído pelas fosfodiesterases de cAMP. Um sinal extracelular pode ativar os GPCRs que estão acoplados a uma proteína G estimuladora e aumentar as concentrações de cAMP ou pode ativar uma proteína G inibidora. 
*Relação com a cólera (estimulação indefinida da adenililciclase e elevação nos níveis de cAMP) e coqueluche (proteína G permanece no estado inativo). 
Proteína-cinase dependente de AMP cíclico (PKA) – fosforila serinas ou treoninas específicas em determinadas proteínas-alvo. 
 
*PKA ativada cAMP – fosforila a CREB (proteína de ligação a CRE; regulador de transcrição) em uma única serina e, assim, estimula a transcrição dos genes-alvo. 
Muitos dos GPCRs exercem seus efeitos via ativação da enzima de membrana fosfolipase C-β. Isso acontece com a vasopressina no fígado, acetilcolina no pâncreas, acetilcolina no músculo liso e trombina nas plaquetas. 
Ca2+ COMO MEDIADOR INTRACELULAR UBÍQUO
Muitos sinais extracelulares desencadeiam um aumento na concentração citosólica de Ca2+, porque sua concentração no citosol é muito baixa. 
Sinais mediados por GPCR atuam principalmente por meio dos receptores de IP3 para estimular a liberação do Ca2+ dos estoques intracelulares no RE. 
ÓXIDO NÍTRICO
Mediador de sinalização gasoso que tem como função relaxar a musculatura lisa nas paredes de vasos sanguíneos. O neurotransmissor acetilcolina estimula a síntese do NO pela ativação de um GPCR na membrana das células endoteliais que revestem o interior do vaso. Esse receptor ativado desencadeia a síntese de IP3 e a liberação de Ca2+, estimulando uma enzima que sintetiza NO. 
O óxido nítrico atua localmente, porque tem meia-vida curta antes de se converter em nitratos e nitritos pela ação do oxigênio e água. 
Reduz a necessidade de oxigênio do músculo cardíaco. 
Esse gás é produzido pela desaminação do aminoácido arginina, catalisada pelas enzimas óxido NO sintase (NOS), estimuladas por Ca2+. 
O NO estimula a síntese de GMP cíclico e isso pode ocorrer em segundos, porque a velocidade normal de reposição do GMP cíclico é alta, ou seja, sua degradação por uma fosfodiesterase equilibra a produção dele por guanilil-ciclase. 
***Viagra= inibem a fosfodiesterase de GMP cíclico no pênis, aumentando o tempo no qual os níveis de GMP cíclico permanecem elevados nas células musculares lisas dos vasos sanguíneos penianos depois que a produção de NO é induzida por terminais nervosos locais. O GMP cíclico mantém os vasos relaxados e o pênis ereto.