SINALIZAÇÃO CELULAR - TRANSDUÇÃO DE SINAL

Prévia do material em texto

SINALIZAÇÃO CELULAR -
TRANSDUÇÃO DE SINAL
INTRODUÇÃO
Sinalização celular: mecanismo de
comunicação entre as células que resulta
numa via de reações bioquímicas
intracelulares (sinalizações).
Pode ser que essa via:
I. Estimule uma enzima metabólica,
alterando seu metabolismo;
II. Atue no genes alterando a
transcrição;
III. Atue nas proteínas do citoesqueleto.
Assim, há vários caminhos que a sinalização
pode percorrer, mas todas se baseiam na
interação entre um receptor da célula-alvo e
um ligante (molécula química sinalizadora).
Qual o objetivo da sinalização celular?
As células de um organismo pluricelular
foram programadas para responder a um
conjunto específico de sinais extracelulares
produzidos por outras células. A sinalização
celular requer, além das moléculas
sinalizadoras extracelulares, um conjunto
complementar de proteínas receptoras em
cada célula que permita a ela responder de
uma forma característica.
A sinalização celular permitiu a evolução das
espécies.
Para que haja a correspondência entre o
movimento do corpo e o pensamento, é
necessário mecanismos complexos de
sinalização celular.
A sinalização está em diversas áreas do
conhecimento dentro da biologia porque
permite o funcionamento integrado dos
sistemas biológicos.
Por quais motivos as células se comunicam?
Quase todas as células do nosso organismo
libera compostos químicos/moléculas
sinalizadoras ou os expressa em suas
superfícies.
Moléculas químicas sinalizadoras
(mensageiros químicos):
Lipídeos, proteínas (insulina), hormônios
esteróides (testosterona), aminoácidos
(glutamato), gases (óxido nítrico).
O tipo de célula sinalizadora vai depender da
célula e do tecido em questão
Algumas células conseguem responder a essas
moléculas (possuem receptores específicos
para responder a determinado composto
químico).
O primeiro mensageiro é uma molécula que
gera resposta da células-alvo.
Uma célula-alvo, portanto, é uma célula que
possui receptor da molécula química
sinalizadora em questão
Receptor quase sempre é uma proteína; é
específico à molécula sinalizadora, ocorrendo
uma ligação química entre receptor e
molécula química sinalizadora
Depois da ligação do receptor à molécula
sinalizadora, acontecerá o início de uma
série/cascata/via de reações bioquímicas
intracelulares (sinalizações) que regulam o
funcionamento da célula-alvo.
Conjunto/cascata/via de reações químicas
intracelulares é chamada de transdução de
sinal.
O segundo mensageiro deve estar no meio
intracelular, portanto, será formado dentro da
célula-alvo.
1° mensageiro químico = molécula química
sinalizadora
2° mensageiro químico = produzido pela
célula-alvo
Célula sem receptor não responde à molécula
sinalizadora porque não possui receptores na
membrana plasmática, não havendo ligação
receptor-molécula sinalizadora,
interrompendo a transdução de sinal.
Ex: algumas células tem receptor à hormônio
outras não
Quais são os tipos de sinalização celular?
Descreva suas peculiaridades.
Existem 5 tipos de sinalização celular:
Sinalização do tipo
dependente de
contato;
Célula rosinha é
sinalizadora e azul é
célula alvo que
responde ao sinal.
Molécula
sinalizadora
permanece ligada na
membrana
plasmática da célula sinalizadora. Existe
contato entre a molécula sinalizadora e
receptor.
Ex: sistema imunológico - mediar células
como linfócitos B e T.
Sinalização do tipo parácrina: (para = ao
lado/adjacente).
Célula sinalizadora fica perto das células-alvo; a
sinalizadora libera
ligantes reconhecidos
por receptores das
células-alvo que estão
na vizinhança.
Esses ligantes são
sinalizadores do tipo
autacóide, são
mediadores/moléculas
de sinalização que
possuem atuação de
forma local, apenas no mesmo tecido ou em
locais próximos.
Ex: histamina e prostaglandinas são
autacóides de uma alergia;
Histamina vai atuar de forma local,
sensibilizando as células próximas da célula
sinalizadora, fazendo com que haja coceira.
Sinalização do tipo autócrina: célula
sinalizadora libera mensageiro químico e
também possui
receptores para esse
mensageiro. Desse
modo, a célula
realiza sua auto
sinalização.
Outra forma seria
outra célula idêntica
à célula anterior
liberar o mesmo
mensageiro químico
e ocorrer uma “sinalização cruzada”.
Sinalização de curta distância.
Ex: células neoplásicas se auto estimulam
para se multiplicar. Elas liberam
continuamente fatores de crescimento, para
manter seu metabolismo elevado e ativo.
Mas isso também ocorre naturalmente no
organismo para que as próprias células se
manterem vivas.
Sinalização do tipo sináptica: sempre
acontece entre um
neurônio e uma
célula-alvo (outro
neurônio, uma célula
muscular ou uma
célula de uma
glândula). Depois que
o sinal elétrico
(potencial de ação)
chega no terminal do
axônio, ele estimula a liberação da molécula
sinalizadora / mensageiro químico (nessa
sinalização denominado neurotransmissor).
Ocorre na junção neuromuscular
(comunicação entre neurônio e fibra muscular
(neurotransmissor=acetilcolina, e na
membrana da junção neuromuscular há
receptores nicotínicos)
Sinalização de longa distância (axônio pode
alcançar metros de comprimento)
Ocorre em neurônios:
Infra Regulação: muita molécula sinalizadora,
receptor sai da membrana
Supra Regulação: pouca molécula
sinalizadora, adiciona-se receptores na
membrana
Sinalização endócrina:
Mensageiro viaja longas distâncias através da
corrente sanguínea
para encontrar a
célula-alvo. Célula
sinalizadora é
endócrina (célula de
alguma grândula).
Célula da glândula
libera molécula
sinalizadora /
mensageiro químico
(nesse caso
denominada hormônio) que cai na corrente
sanguínea e consegue viajar por longas
distantes, atingindo tecidos distantes da célula
endócrina.
Sinalização de longa distância e atuação de
forma sistêmica, visto que os mensageiros
químicos (hormônios) são levados pela
corrente sanguínea.
Ex: insulina
Como uma célula responde aos múltiplos
estímulos orgânicos?
Vários tipos de moléculas podem atuar em
uma mesma célula.
4 processos básicos do ciclo celular
controlados por sinalizações:
Sobreviver: célula precisa se manter viva
Crescer e se dividir - multiplicação
Diferenciar-se: diferenciação celular
Morte celular: apoptose
Depende dos estímulos que ela está sofrendo.
Relembrando…
CICLO CELULAR - formado por 2 fases: intérfase e mitose
Intérfase: maior parte do ciclo, grande atividade
metabólica.
Subdividida em 3 fases:
G1 (primeiro intervalo): ocorre logo após a mitose; ocorre
síntese de RNA, proteínas e organelas celulares. A célula
recupera seu volume celular, já que há um aumento do
tamanho celular
É o momento em que se encontra o chamado ponto de
restrição, que impede que células com material genético
danificado, por exemplo, continuem o ciclo.
A fase G1 é curta em tecidos com grande renovação celular
(muita mitose). Já em tecidos com pouca renovação, as
células saem de G1 e entram numa fase chamada de G0
(exemplo dos neurônios)
Mitose: mais curta, divisão da célula em 2 células-filhas.
S (fase de síntese de DNA): ocorre a duplicação do
material genético (DNA).
G2 (segundo intervalo): acúmulo de energia necessária
para a realização da divisão celular. Além disso, ocorre a
verificação da duplicação dos cromossomos e de possíveis
danos no DNA reparados.
Nesse momento a tubulina (necessária para a formação
dos microtúbulos) é sintetizada
Mitose: processo de divisão celular das células somáticas
(células germinativas também realizam mitose durante a
gametogênese). Nele, uma células-mãe dá origem a duas
células-filhas, com mesmo número de cromossomos da
células que as originou.
Uma mesma molécula sinalizadora pode ter
efeitos distintos sobre o mesmo receptor.
Exemplo:
Acetilcolina:
1. Nas células marca-passo do coração, a
acetilcolina se liga aos receptores
muscarínicos. Quando ela se liga aos
receptores, vai fazer com que haja uma
diminuição da frequência cardíaca,
com complexos QRS mais espaçados.
2. Nas glândulas secretoras, como na
glândula salivar, a acetilcolina se liga
aos receptores muscarínicos. Quando a
acetilcolina se liga, ela causa a liberaçãodas secreções.
Como um mesmo ligante e mesmo receptor
geram respostas diferentes?
Mais de 1500 genes que codificam moléculas,
gerando variabilidade celular muito grande.
Células são diferentes, conteúdo intracelular
varia, gerando respostas celulares diferentes
Acetilcolina se liga a receptores do tipo canal
iônico (nicotínico) no músculo liso e promove
sua contração. Portanto receptores diferentes
causam sinalizações diferentes.
Propriedades da interação química entre
receptor e ligante:
Adaptação induzida: ligante e receptor se
adaptam mutuamente à presença um do
outro.
A interação química é saturável: o aumento
de ligante vai fazer com que todos os
receptores estejam ocupados pelo ligante.
Desse modo, o aumento de ligante não causa,
necessariamente, aumento na velocidade da
interação, já que todos os sítios estão
ocupados.
Reversibilidade: interação receptor-ligante se
ligam e se desligam de forma reversível.
Os receptores iniciam a cascata de sinalização
na célula.
A célula-alvo sempre irá iniciar sua resposta a
partir da proteína receptora.
A proteína receptora muda sua forma ou sua
atividade, transmitindo um sinal ou
produzindo diretamente uma mudança dentro
da célula.
As células não expressam tantos receptores, a
complexidade das respostas estarão nas
diferentes formas que as células vão responder
aos sinais que chegam a elas.
Quanto tempo demora para a célula
responder a sinalização?
Se na transdução de sinal houver a ativação de
proteínas (via vermelha) dentro da célula, isso é
rápido (seg ou min).
Se a transdução de sinal envolver alteração da
transcrição gênica (via verde) então o tempo é
de min, horas ou até dias
EX: Regulação das vias metabólicas -
regulação alostérica: ativação de enzimas
endócrina é mais demorada porque pode
precisar alterar a transcrição gênica da célula
alvo, demorando mais tempo
O que é um receptor celular?
Uma proteína que permite a interação de
determinadas substâncias químicas
(moléculas sinalizadoras) com os mecanismos
do metabolismo celular.
Quais são os tipos de receptores?
TIPOS DE RECEPTORES:
Canais iônicos ativados por ligante
(receptores ionotrópicos):
Localizados na membrana plasmática; esses
receptores são proteínas-canais ligadas na
membrana que reconhecem a molécula
sinalizadora, se ligam a ela e se abrem, para
que ocorra a passagem de íons.
Tempo de realização desse processo:
milissegundos.
Ex: acetilcolina e receptor ionotrópico para
acetilcolina (nicotínico)
OBS:
Existem muitos tipo de canais iônicos mas
nem todos são ionotrópicos
Canais mecânicos: o canal iônico se abre por
meio de estímulos mecânicos (se machucar,
vibração - som e encosta na membrana
plasmática). EX: células da pele
Canais químicos: ionotrópicos
Canais elétricos: despolarização de membrana.
A mudança de potencial elétrico, o que causa a
abertura dos canais.
Receptores acoplados a proteína G
(metabotrópicos), localizados na membrana
plasmática das células.
São complexos. Os receptores estão ligados à
proteína G. Essa proteína g pode ser ativada ou
inibida que resultará de uma serie de eventos
quimicos.
Ex: adrenalina (receptores para
adrenalina=adrenergicos), presentes no
coração por ex
(tempo: segundos)
Receptores ligados a quinases (catalisam
fosforilação).
Quinase específica: receptor ligado a tirosina
quinase - molécula sinalizadora se liga a ele
(tempo: horas)
EX: A insulina é a molécula sinalizadora, nas
células hepaticas, adipocitos e musculares.
Receptores nucleares/citoplasmáticos:
podem estar no citoplasma da célula, mas se
encaminham para o núcleo, ou ainda sempre
ficarão no núcleo. Molécula sinalizadora tem
que chegar no receptor que ta no núcleo.
A molécula tem que ser muito lipofílica para
passar pelas membrana plasmática e nuclear.
Ex: hormonios esteroides - estrógeno
tempo: horas
-------------------------------------------------------
CASO CLÍNICO 1
Miastenia gravis: pessoa desenvolve
anticorpos contra os receptores da acetilcolina,
encontrado na membrana das fibras
musculares.
Receptor ionotrópico: canal iônico é uma
proteína de 5 subunidades, que se organiza
formando um centro preenchido por água.
Quando o canal iônico se abre, os íons passam
pelo poro.
Ele abre com a presença de uma molécula
sinalizadora.
Ex: acetilcolina se liga no canal, ele abre e o
movimento de íons ocorre. O receptor
ionotropico da acetilcolina é permeável a sódio
(sódio atravessa o receptor nicotínico).
Concentação de sódio é maior no extracelular,
então o movimento ocorre de fora para dentro.
Alguns canais deixam passar apenas ânios ou
apenas cátions (apresentam seletividade).
Característica do íon para deixá-lo passar:
depende da carga e do diâmetro do íon.
Na miastenia possui anticorpos que destroem
o receptor nicotínico. Acetilcolina é liberada
mas não é reconhecida pelo receptor. Fibra
muscular esquelética não vai ter influxo de
sódio.
Quando há despolarização (influxo de íon), não
existem segundos mensageiros, apenas uma
dinâmica de íon (não há a produção de
moléculas sinalizadoras dentro da células
-------------------------------------------------------
CASO CLÍNICO 2
Catecolaminas: adrenalina e adrenalina
(moléculas sinalizadoras); depois que são
metabolizadas surgem metabólitos que
também foram quantificados
Paciente com muitas catecolaminas e com
suas atividades metabólicas aumentadas
Tumor é uma proliferação celular de células
que também produzem adrenalina e
noradrenalina, como as células da medula
adrenal (localização do tumor)
A adrenalina é reconhecida por receptores
metabotrópicos
Receptores acoplados a proteína G
(metabotrópicos): localizados na membrana
plasmática das células.
São complexos. Os receptores estão ligados à
proteína G. Essa proteína pode ser ativada ou
inibida que resultará de uma série de eventos
quimicos.
Ex: adrenalina (receptores para
adrenalina=adrenérgicos), presentes no
coração por exemplo
(tempo: segundos)
Receptor pode ou não ficar ligado à proteína G
(tbm ligada na membrana)
Proteína G: 3 subunidades: alfa, beta e gama.
A alfa tem função enzimática (possui molécula
de GDP), as outras não.
Quando a proteína G está em repouso, 3
subunidades unidas com a alfa com um GDP.
Molécula sinalizadora chega, receptor se liga a
ela (é um proteína, muda de conformação) e
nessa nova conformação passa a interagir com
a proteína G. Esta libera o GDP que estava ali
(subunidade alfa estava ligada a ele).
Assim a subunidade alfa fica vazia, vindo o GTP
que se liga no lugar.
GTP (ligações ricas em energia, moeda
energética como o ATP); isso faz com que as
subunidades beta e gama sejam ativadas; a
subunidade alfa se separa da beta e da gama.
Subunidades beta e gama não se separam
fisiologicamente
Subunidade beta e gama ficam juntas e
desligadas da alfa
Subunidade alfa tem que chegar a um alvo -
alvo pode ser adenilato ciclase ou fosfolipase C
O que determina se a sub alfa seguirá a via da
adenilato ciclase ou da fosfolipase C será o
tipo de proteína G
Proteína Gs: excitatória; parte alfa ativa, ativa a
enzima adenilato ciclase
Proteína Gq: excitatória; sua parte α ativa a
enzima fosfolipase C
Proteína Gi: inibitória; não permite que a parte
α ative as enzimas, inibindo adenilato ciclase e
fosfolipases C de forma indireta.
Subunidade alfa da proteína G pode seguir
via com a adenilato ciclase
Subunidade alfa anda pela membrana até
encontrar a adenilato ciclase (também uma
proteína de membrana)
Adenilato ciclase ativa cliva ATP em AMPc
(segundo mensageiro), liberando 2 fosfatos.
Todas vez que a adenilato ciclase está ativa há
produção de AMPc.
AMPc: 2° mensageiro (é produzido dentro da
célula);
AMPc irá ativar uma enzima chamada
proteína quinase (pka);
Apenas quando os níveis de AMPc aumentam,
a pka (proteína quinase a - dependente de
AMPc) fica ativa.
Como essa proteína é uma quinase, ela realiza
fosforilação.
A pka fosforilam outras enzimas ou canais
iônicos (podem se abrir, entrar íons e
despolarizar).
Sendo uma célula cardíaca, haverá
despolarização do coração.
No caso clínico, há hipertensão.
Subunidade alfa da proteína G podeseguir
via com a enzima fosfolipase C
Noradrenalina/adrenalina é reconhecida por
receptor metabotrópico na membrana das
células do vaso sanguíneo (músculo liso -
exemplo do caso clínico)
Receptor interage com proteína Gq, que será
ativada. Separação das sub alfa-GDP e
beta-gama.
A alfa se encontra com a fosfolipase C
(catalisa quebra de fosfolipídeos)
Membrana plasmática é feita de bicamada de
fosfolipídeos, fosfolipase C vai clivar o
fosfolipídeo PiP2 (fosfatidil inositol bifosfato)
presente na membrana plasmática.
Depois da clivagem, uma parte da molécula é
liberada no citoplasma.
Permanece na membrana o diacilglicerol
(DAG) e vai para o citoplasma o IP3 (inositol
trifosfato).
DAG é formado e tem como alvo a proteína
quinase C.
IP3 no citoplasma, possui um receptor na
membrana do retículo endoplasmático (cheio
de cálcio).
Receptor do IP3 é canal iônico, assim o IP3 se
liga e promove a abertura do canal iônico,
gerando saída de cálcio do retículo para o
citoplasma.
O cálcio gera a contração muscular.
Como resultado há a vasoconstrição.
A vasoconstrição causa aumento da PA e da
FC.
2° mensageiros: IP3 e DAG
3° mensageiro: cálcio; é considerado molécula
sinalizadora, porque causa a contração das
fibras musculares
-------------------------------------------------------
CASO CLÍNICO 3
Homem, 46 anos, vai à UBS do seu bairro para consulta
com seu médico endocrinologista, pois tem apresentado
visão turva constante, polidipsia, poliúria e fadiga nos
últimos meses. É diabético.
Ele pesa 79 kg e tem 1,65 m de altura. Cálculo do IMC:
divide o peso (quilogramas) pela altura (metros) ao
quadrado. O IMC = 18,5 a 24,99 é considerado normal,
mas IMC ≥ 25 indica sobrepeso.
Os resultados dos exames de sangue indicam glicemia de
jejum em 79 mg/dL (V.R.: 70 – 100 mg/dL) e hemoglobina
glicada de 8,7% (V.R.: 4,5 a 7,0 % para normoglicêmicos
ou diabéticos controlados).
Qual é a relação entre a fisiopatologia deste tipo de
diabetes e a sinalização celular?
Receptores ligados à tirosina quinase
Ex: insulina
Receptor é uma proteína que também age
como enzima.
Os receptores estão na membrana plasmática.
2 sub alfa e 2 sub beta (as beta tem atividade
catalítica).
Quando inativos, estão separados.
Insulina promove a junção das subunidades
(ocorre dimerização).
A junção levará a uma autofosforilação.
Dessa forma, os receptores ligado à tirosina
quinase foram ativados.
A autofosforilaçao faz com que algumas
proteínas do citoplasma interajam com o
domínio fosforilado (receptor ativo)
Conjunto de proteínas: substrato do receptor
de insulina.
Via 1: Algumas das proteínas ativas vão para a
vesícula que armazena GLUT4. Avisam as
vesículas para que liberem a GLUT4, que irá se
inserir na MP.
Na MP ele permite a passagem de glicose
(pode ir para a via glicolítica, resp aeróbia,
substrato para produção de gordura,
armazenada em glicogênio)
Via 2: alguns substratos ativos do receptor de
insulina e ativam fatores de transcrição (vai
para o núcleo e estimulará ou reprimirá a
transcrição de alguns genes.
Se estimula, o RNAm é formado, sai do núcleo
vai para o citoplasma e serve de molde para a
síntese proteica.
Essa via ocorre na proliferação celular (células
neoplásicas)
Diagnóstico: diabetes tipo II - 2 explicações
possíveis:
Disfunção do receptor ligado a tirosina
quinase/receptor de insulina; a ligação da
insulina não promove a mudança na
conformação, não dando início a transdução
de sinal.
Transdução do sinal está afetada
Fatores ambientais podem servir de gatilho
para esse diabetes
Insulina é considerada molécula anabólica.
Molécula sinalizadora
Domínio catalítico inativo Domínio catalítico (quinase) ativo
faz fosforilação cruzada
-------------------------------------------------------
CASO CLÍNICO 4
Mulher de 37 anos, nuligesta, detectou um nódulo da
mama esquerda em autoexame.
Tem antecedentes familiares de câncer de mama.
A mamografia descreve nódulo suspeito, apresentando
microcalcificações em área de condensação (Birads‐4).
Foi submetido a biópsia que diagnosticou carcinoma ductal
invasivo (CDI).
A análise imuno-histoquímica evidenciou presença de
câncer com receptores positivos para estrogênios (ER+).
Na neoplasia com receptores positivos para estrogênios,
como classificamos estes tipos de receptores? O que
acontece nas células que os têm?
Birads-4: indicador que indica suspeita de
malignidade; deve ser realizado a biópsia, que
reconheceu um carcinoma ductal invasivo.
Tumor possui receptores positivos para
estrogênios (ER+) - estrogênio é uma molécula
sinalizadora;
Tecidos com receptores de estrogênio:
mulher adulta possui receptores no útero, no
ovário (é produzido no ovário tbm), serve para
regular o ciclo ovariano, na mama.
Receptores nucleares
Primeiro mensageiro é lipofílico.
Ex: hormônios esteróides como primeiros
mensageiros
Estrogênio se difunde pela MP e chega ao
citoplasma, seu receptor pode ser nuclear ou
citoplasmático.
A ligação do estrogênio com seu receptor gera
um complexo que se move para o núcleo da
célula atravessando a MP nuclear.
Esse complexo se liga ao DNA (sequências de
nucleotídeos que reconhecem o complexo).
O complexo estrogênio-receptor poderá
reprimir ou incentivar a transcrição de
proteínas, isso dependerá de coativadores ou
correpressores (fatores de transcrição) de
DNA.
Ex: estimulando - RNAm se desloca do núcleo
para o citoplasma para a tradução.
Isso pode ativar a divisão celular se for o caso
de células cancerígenas como no caso clínico.
Tratamento: bloquear receptores por meio de
fármacos; hormonioterapia seria induzir
menopausa, com a diminuição da produção de
estrogênio.
Isso pode ocorrer também pela progesterona
-------------------------------------------------------
Como ocorrerá a ativação(ação) e o efeito
decorrente da ativação dos respectivos
receptores celulares?
Atividade pré-aula:
https://forms.gle/tjZMtaShBbSGNbBG8
https://meet.google.com/vzr-vcpu-vth
https://forms.gle/tjZMtaShBbSGNbBG8
https://meet.google.com/vzr-vcpu-vth