Resumo 4 - Sinalização Celular da Insulina

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Resumo da Malu – 2020.2 
Sinalização Celular da Insulina
Via da Insulina 
• Bioquímicos reconhecem a via da insulina como resultado de 
fosforilações sucessivas de enzimas-alvo por PTNs quinases 
• O alvo da fosforilação, normalmente é outra proteína quinase 
que na sequencia fosforila uma terceira proteína quinase, e 
daí por diante 
• O resultado é uma cascata de reações que amplifica muito o 
sinal inicial, chamada de cascatas MAPK (mitogen-activated 
protein kinases ou proteínas quinases ativadas por mitógenos) 
• O mitógenos são sinais que atuam do lado externo da célula 
para induzir mitose e divisão celular 
Sinalização Comandada pela 
Insulina 
• Através desse tipo de mecanismo a insulina pode: 
- Afetar a atividade de enzimas existentes (ação rápida) 
- Modular a expressão genica alterando as quantidades de 
certas enzimas (ação mais lenta) 
 
→ Ação sobre a atividade de enzimas existentes: 
 
1. Ativação da fosfodiesterase de AMPc: 
• Muitos dos efeitos metabólicos da insulina, 
especialmente os que ocorrem rapidamente, são 
mediados por alteração da atividade enzimática de 
proteínas atarves de reações de fosforilação e 
desfosforilação 
• Em alguns casos, a insulina diminui os níveis 
intracelulares de AMPc ativando a fosfodiesterase de 
AMPc, diminuindo assim o estado de atividade da PTN 
quinase dependente de AMPc 
• Essa é uma das formas da insulina de alterar a atividade 
de enzimas como a glicogênio sintase (enzima chave da 
glicogênese) e da fosforilase de glicogênio (enzima 
chave da glicogenólise) 
• A insulina atua de forma contrária ao glucagon 
• O glucagon é um dos hormônios contra-regulatórios da 
ação da insulina 
• No fígado, para reverter uma situação de hipoglicemia 
associada a um estado de jejum prolongado, o glucagon 
pode se ligar à sua proteína receptora de membrana 
promovendo uma mudança alostérica na mesma 
• Essa mudança alostérica, é propagada para a proteína 
Gs que está ligada a esse receptor 
• A proteína Gs é formada pelas subunidades alfa, beta e 
gama, inicialmente ligada ao GDP 
• Com a mudança conformacional sofrida, a subunidade 
alfa se separa das outras, perde afinidade pelo GDP e se 
associa ao GTP 
• Dessa forma, a subunidade alfa associada ao GTP 
percorre a membrana plasmática até encontrar e se 
associar com a enzima adenilato ciclase, promovendo sua 
ativação 
• Uma vez ativada, a adenilato ciclase começa a catalisar 
a conversão de ATP em AMPc 
• Os níveis intracelulares de AMPc aumentados provocam 
a ativação da proteína quinase A, e essa enzima ativada 
promove a fosforilação da fosforilase de glicogênio e do 
glicogênio sintase 
• Após fosforilada, a fosforilase de glicogênio fica ativada, 
ativando a glicogenólise para produção de glicose 
hepática, afim de reverter a hipoglicemia 
• Após fosforilada, a glicogênio sintase é inibida, dessa 
forma, a glicogênese também fica inibida 
• Assim, ativando a glicogenólise e inibindo a glicogênese, 
que são vias metabólicas antagônicas, o glucagon pode 
atuar para reverter a hipoglicemia 
 
• A insulina, uma vez secretada, realiza a ação oposta ao 
glucagon 
• Uma das formas de promover isso, é através da ativação 
da fosfodiesterase de AMPc, que promove a degradação 
do AMPc 
• Como o AMPc é o mensageiro secundário utilizado pelo 
glucagon para promover suas ações no meio intracelular, 
ao degradá-lo a insulina consegue interromper e 
reverter esse processo 
 
2. Ativação de proteínas quinase não-dependentes de AMPc: 
• Em outros casos essa ação pode ser independente de 
AMPc, sendo exercida pela ativação de certas proteínas 
quinases como no caso do receptor de insulina que é uma 
tirosina quinas e 
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• O receptor de insulina é uma proteína quinase especifica 
de tirosina 
• O receptor de insulina ativo é formado por: 
» 2 cadeias alfa idênticas: 
- Localizadas na face externa da membrana plasmática 
- Contém o domínio ligante de insulina 
» 2 subunidades beta transmembrana: 
- Possui terminações carboxila na sua extremidade que 
se estendem para dentro do citosol 
- Seus domínios intracelulares contém a atividade de 
proteína quinase que transferem um grupo fosfato do 
ATP para o grupo hidroxil de resíduos de tirosina de 
proteínas alvo específicas 
• A sinalização através do receptor de insulina começa 
quando a ligação da insulina às cadeias alfa, ativa a 
atividade de tirosina quinase das cadeias beta 
• Cada monômero alfa-beta fosforila 3 resíduos de tirosina 
críticos próximos do terminal carboxila da cadeia beta 
de seu parceiro no dímero 
• Essa autofosforilação, abre o sitio ativo de forma que a 
enzima pode fosforilar resíduos de tirosina de outras 
proteínas-alvo 
 
 
3. Inibição de proteínas quinase via PI-3K-PKB: 
• A ação da insulina também pode ocorrer de forma rápida 
pela inibição de outras proteínas quinases 
• Após a ligação da insulina e a autofosforilação do seu 
receptor de membrana, esse receptor de insulina ativado 
pode fosforilar resíduos de tirosina de outras proteínas-
alvo, e uma dessas proteínas-alvo, é o substrato 1 do 
receptor de insulina (IRS-1) 
• Após fosforilado em seus resíduos de tirosina, o IRS-1 se 
liga ao PI-3K (enzima fosfoinositídeo-3-quinase) através 
de seu domínio precedente SH2 
• Uma vez ativada através dessa ligação, a PI-3K irá 
converter o lipídeo de membrana PIP2 (fosfatidilinositol 
4,5-difosfato) em PIP3 (fosfatidilinositol 3,4,5-trifosfato) 
• Quando ligado ao PIP3, a PKB (proteína quinase B) é 
fosforilada e ativada por uma outra proteína quinase, 
que é a PDK1 (piruvato desidrogenase quinase 1) 
• A PKB ativada, fosforila resíduos de serina ou treonina 
em suas proteínas-alvo, uma das quais é a GSK3 
(glicogênio sintase quinase 3) 
• Em sua forma não fosforilada ativa, a GSK3 fosforila a 
glicogênio sintase, inativando-a e contribuindo para a 
diminuição da síntese do glicogênio 
• Quando fosforilada pela PKB, a GSK3 é inativada, dessa 
forma, esse processo impede a inativação do glicogênio 
sintase no fígado e nos músculos esqueléticos, e a 
cascata de fosforilação de proteínas iniciada pela 
insulina estimula a síntese de glicogênio 
• Nos músculos, a PKB dispara o movimento do GLUT-4 
(transportador de glicose), de vesículas internas para a 
membrana plasmática, estimulando a absorção de 
glicose do sangue 
 
 
4. Estimulação da atividade de fosfoproteínas fosfatases: 
• A insulina é capaz de exercer sua ação de forma rápida 
pela ativação de fosfoproteínas fosfatases 
• Fosfoproteínas fosfatases – são capazes de manter a 
glicogênese ativa através da desfosforilação direta do 
glicogênio sintase que tenha sido fosforilada e inativada 
no momento adequado 
• Enzimas cuja atividade é influenciada pela ação da 
insulina: 
 
 
 
 
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→ Ação sobre a expressão gênica: 
• Através dos seus mediadores nucleares, a insulina é capaz 
de afetar processos nucleares específicos 
 
1. Afeta a transcrição de genes: 
• Isso pode ocorrer através da regulação da síntese de 
RNAm 
• É dessa forma, que a síntese da PEPCK (fosfoenolpiruvato 
carboxiquinase), uma importante enzima regulatória da 
gliconeogênese, é diminuída pela insulina, inibindo o 
funcionamento dessa via metabólica 
• Via Grb2-Sos-Ras-MAPK 
 
2. Efeitos na embriogênese, diferenciação, crescimento e 
replicação celular: 
• A insulina é capaz de estimular a proliferação de certo 
numero de células em cultura 
• Fibroblastos cultivados, são as células mais usadas 
nesses estudos 
• Isso ocorre, pois nos fibroblastos a insulina potencializa 
a capacidade que certas substancias, como o fator de 
crescimento de fibroblastos e o fator de crescimento 
derivado de plaquetas, possuem para a estimulação da 
progressão do ciclo celular quando essas células ficam 
presas na fase G1 do ciclo pela privação de soro 
• A potencializaçãoda ação desses compostos no 
desenvolvimento celular parece estar associada a 
similaridade entre os receptores de insulina e os 
receptores desses compostos, visto que ambos 
apresentam atividade de tirosina quinase 
 
» Regulação da expressão gênica pela insulina: 
• O receptor de insulina de liga à insulina, disparando uma 
mudança conformacional que permite a autofosforilação 
de resíduos de tirosina nos domínios carboxi terminais 
das subunidades beta 
• Com isso, o receptor de insulina fica apto a fosforilar o 
IRS-1, que uma vez fosforilado em seus resíduos de 
tirosina, o IRS-1 torna-se o ponto de nucleação para um 
complexo de proteínas que carrega a mensagem do 
receptor de insulina a alvos finais no citosol e núcleo, 
através de uma longa série de proteínas intermediarias 
• Primeiro, um resíduo de fosfotirosina no IRS-1 é ligado 
pelo domínio SH2 da proteína Grb2 
• A Grb2 contém um segundo domínio ligante de proteína, 
que é o SH3, que se liga a regiões ricas em resíduos de 
prolina 
• A Grb2 se liga a uma região rica em prolina da Sos, 
recrutando Sos para o complexo em crescimento 
• Quando ligada à Grb2, a Sos catalisa a substituição do 
GDP ligado na Ras por GTP 
• A Ras é uma das proteínas de uma família de proteínas 
ligantes de guanosina (proteínas G) que medeiam uma 
ampla variedade de transduções de sinais 
• Quando o GTP está ligado, a Ras pode ativar a proteína 
quinase Raf1, a primeira de três proteínas quinases, 
Raf1, MEK e ERK, que formam uma cascata na qual cada 
quinase ativa a próxima através de fosforilação 
• A proteína quinase ERK é ativada pela fosforilação de um 
resíduo de treonina e um de tirosina 
• Quando ativada, a ERK ela medeia algum dos efeitos 
biológicos da insulina, entrando no núcleo e fosforilando 
proteínas como a Elk-1, que modula a transcrição de 
cerca de 100 genes regulados pela insulina 
• A proteína Raf1, MEK e ERK são membros de 3 famílias 
grandes, para as quais várias nomenclaturas são 
empregadas 
• ERK: 
- Membro da família MAPK 
- Logo após a descoberta da primeira MAPK, descobriu-
se que tal enzima era ativada por uma outra proteína 
quinase, que foi chamada de MAP-quinase-quinase 
• MEK: 
- Membro da família MAP-quinase-quinase (MAPKK) 
• Raf1: 
- Família MAP-quinase-quinase-quinase (MAPKKK) 
- Logo após descobrir que uma terceira quinase ativava 
a MAP-quinase-quinase, deu-se a ela o nome de MAP-
quinase-quinase-quinase 
• As quinases das famílias MAPK e MAPKKK são especificas 
para resíduos de serina ou treonina 
• A quinase da família MAPKK fosforila um resíduo de 
serina e um de tirosina em seus substratos MAPK 
• Esse esquema complexo, permite que um receptor 
ativado ative varias moléculas de IRS-1, amplificando o 
sinal da insulina e ele prepara para a integração de 
sinais de vários receptores, que podem fosforilar o IRS-1 
• Além disso, devido ao fato de o IRS-1 poder ativar 
qualquer uma de várias proteínas que contenham os 
domínios SH2, um único receptor atuando através de 
IRS-1 pode disparar uma ou mais vias de sinalização 
• A insulina afeta a expressão genica através da via Grb2-
Sos-Ras-MAPK e o metabolismo do glicogênio através da 
via PI3K-PKB 
 
» RNAs mensageiros regulados pela insulina: 
• Mais de 100 RNAs mensageiros específicos são afetados 
pela insulina 
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• Esse efeito da insulina envolve enzimas contidas nas 
células, enzimas e proteínas secretadas, proteínas 
envolvidas no processo reprodutivo e proteínas 
estruturais 
• Vários órgãos ou tecidos estão envolvidos 
• O efeito ocorre em muitas espécies 
• A regulação da transcrição de genes para a formação de 
RNAs mensageiros específicos pela insulina, já está bem 
estabelecida e como um meio de modular a atividade 
enzimática, ela se iguala aos processos de fosforilação e 
desfosforilação em importância 
• Proteínas intracelulares – síntese de ácidos graxos, 
fosfoenolpiruvato carboxiquinase, glicerol-3-fosfato 
desidrogenase, piruvato quinase, e glicoquinase 
• Proteínas secretadas – albumina, amilase e hormônio do 
crescimento 
 
3. Afeta a tradução do RNAm: 
• Consequentemente, afeta a síntese geral de proteínas 
em diversos órgãos, incluindo o fígado, tecido adiposo e 
musculatura esquelética 
• A insulina ativa uma via de proteína quinase que resulta 
na ativação do fator 4E de iniciação da tradução em 
eucariontes (eIF-4E) → esse fator é essencial para a 
etapa limitante do fluxo na síntese de proteínas 
 
→ Ação sobre o apetite: 
• A insulina atua em receptores específicos no hipotálamo 
para inibir o ato de comer, regulando assim a alimentação 
e a conservação de energia 
• A ligação da insulina aos seus receptores do núcleo 
arqueado dessa glândula endócrina influencia o apetite 
• Os receptores de insulina nos neurônios orexigênicos do 
núcleo arqueado do hipotálamo, inibem a liberação do 
neuropeptídeo Y (NPY) 
• Esses neurônios são estimuladores de apetite e exercem 
essa função produzindo e liberando o NPY, que faz com que 
o próximo neurônio no circuito envie o sinal ao cérebro 
para o individuo se alimentar 
• Em jejum, os níveis de NPY no sangue está aumentado 
• Já os receptores de insulina dos neurônios anorexigênicos, 
supressores de apetite dessa glândula, estimulam a 
produção do hormônio estimulador de alfa-melanócito 
(alfa-MSH), diminuindo a ingestão de combustível e 
aumentando a termogênese 
• O MSH é formado a partir do seu precursor polipeptídico 
pró-opiomelanocortina (POMC), a liberação desse neurônio 
faz com que o próximo neurônio nesse circuito envie sinal 
ao cérebro para o individuo parar de se alimentar 
• A insulina não trabalha sozinha na inibição do ato de 
comer, sua ação sobre esses neurônios é potencializadora 
da ação do hormônio leptina sobre o apetite 
• A leptina é produzida e liberada pelo tecido adiposo para 
provocar uma inibição do apetite do individuo quando as 
reservas de gordura do organismo são reestabelecidas 
após a ingestão de alimentos 
• A sinalização neuronal desses dois hormônios está 
interligada (“crosstalk”) devido à similaridade dos seus 
receptores e a utilização de mensageiros secundários 
comuns 
• É a ação conjunta da leptina com a insulina que mantem 
um perfeito acoplamento entre a ingestão alimentar e a 
termogênese, resultando na estabilidade do peso corpóreo