PROBLEMA 2

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PROBLEMA 2
1. Explanar o processo de comunicação celular;
Capítulo 15 Sinalização celular 813-ALBERTS
A comunicação entre as células em organismos multicelulares é mediada, principalmente, por moléculas de sinalização extracelular. Algumas delas atuam a longas distâncias, sinalizando para células distantes; outras sinalizam apenas para células vizinhas. A maioria das células em um organismo multicelular emite e recebe sinais. A recepção dos sinais depende das proteínas receptoras, geralmente (mas nem sempre) localizadas na superfície celular, às quais as moléculas de sinalização se ligam. A ligação ativa o receptor, o qual, por sua vez, ativa uma ou mais vias ou sistemas de sinalização intracelular. Esses sistemas dependem de proteínas sinalizadoras intracelulares, que processam o sinal dentro da célula receptora e o distribuem para os alvos intracelulares apropriados. Os alvos localizados na porção final das vias de sinalização geralmente são denominados proteínas efetoras, as quais são, de alguma forma, alteradas pelo sinal recebido e implementam a alteração adequada no comportamento celular. Dependendo do sinal, do tipo e do estado da célula que o recebe, esses efetores podem ser reguladores de transcrição, canais iônicos, componentes de uma via metabólica ou partes do citoesqueleto. 
Muitas moléculas de sinalização extracelulares permanecem ligadas à superfície das células e influenciam somente as células que estabelecem contato. Essa sinalização dependente de contato é importante, especialmente durante o desenvolvimento e na resposta imune. Durante o desenvolvimento, essa sinalização às vezes pode atuar em distâncias relativamente longas se as células que se comunicam estenderem longos prolongamentos finos para fazer contato umas com as outras.
A estrutura altamente organizada da sinapse assegura que o neurotransmissor seja liberado especificamente aos receptores na célula-alvo pós-sináptica.
Uma estratégia bem diferente de sinalização a longas distâncias utiliza as células endócrinas, que secretam suas moléculas sinalizadoras, chamadas hormônios, na corrente sanguínea. Esta se encarrega de transportá-las por todo o corpo, permitindo que atuem sobre as células-alvo que podem estar em qualquer lugar do corpo.
Nos animais multicelulares, as células se comunicam por meio de centenas de tipos diferentes de moléculas de sinalização extracelular. Estas incluem proteínas, peptídeos pequenos, aminoácidos, nucleotídeos, esteroides, retinóis, moléculas derivadas de ácidos graxos, e mesmo gases dissolvidos, como óxido nítrico e monóxido de carbono. A maioria dessas moléculas é liberada pela célula sinalizadora no espaço extracelular por exocitose. Algumas, contudo, são enviadas por difusão através da membrana celular, enquanto outras são expostas na superfície externa da célula e permanecem ligadas a ela, sinalizando para outras células somente quando entram em contato. As proteínas-sinal transmembrana podem agir dessa forma ou, seus domínios extracelulares podem ser liberados da superfície da célula sinalizadora por clivagem proteolítica e atuar à distancia. Independentemente da natureza do sinal, a célula-alvo responde por meio de um receptor, ao qual a molécula de sinalização se liga, iniciando uma resposta na célula-alvo. O sítio de ligação do receptor possui uma estrutura complexa que é organizada para reconhecer, com alta especificidade, a molécula de sinalização, ajudando a assegurar que o receptor responda ao sinal adequado e não às muitas moléculas sinalizadoras presentes no ambiente da célula. Muitas moléculas sinalizadoras agem em concentrações muito baixas e seus receptores geralmente se ligam a elas com alta afinidade.
Na maioria dos casos, os receptores são proteínas transmembrana expostas na superfície da célula-alvo. Ao se ligarem a uma molécula de sinalização extracelular (um ligante), esses receptores são ativados e geram uma cascata de sinais intracelulares, que alteram o comportamento da célula. Em outros casos, os receptores proteicos são intracelulares, e a molécula de sinalização tem que penetrar na célula-alvo para se ligar a eles: isso requer que ela seja suficientemente pequena e hidrofóbica para que possa se difundir através da membrana plasmática.
Uma célula típica em um organismo multicelular está exposta a centenas de moléculas de sinalização diferentes em seu ambiente. Essas moléculas podem ser solúveis, ligadas à matriz extracelular ou, ainda, ligadas à superfície de uma célula vizinha; elas podem ser estimuladoras ou inibidoras; podem atuar em inumeráveis combinações diferentes; e podem influenciar praticamente qualquer aspecto do comportamento celular. A célula responde a essa gama de sinais de modo seletivo, em grande parte por expressar somente aqueles receptores e sistemas de sinalização intracelular que respondem aos sinais que são necessários para a regulação dessa célula. A maioria das células responde a muitos sinais diferentes do ambiente, e alguns deles podem influenciar a resposta a outros sinais. Um dos grandes desafios da biologia celular consiste em determinar como uma célula integra todas essas informações para tomar suas decisões – dividir-se, locomover-se, diferenciar-se, e assim por diante. Muitas células, por exemplo, exigem uma combinação específica de fatores extracelulares de sobrevivência para permitir que continuem vivas; uma vez privadas desses sinais, as células ativam um programa suicida e se matam – normalmente por apoptose, uma forma de morte celular programada.
Uma molécula de sinalização normalmente tem diferentes efeitos sobre diferentes tipos de células-alvo. O neurotransmissor acetilcolina, por exemplo, diminui a velocidade do potencial de ação das células cardíacas e estimula a produção de saliva pelas glândulas salivares apesar dos receptores em ambas as células serem os mesmos. No músculo esquelético, a acetilcolina causa a contração das células por se ligar a uma proteína receptora diferente. Os diferentes efeitos da acetilcolina nesses tipos celulares são o resultado de diferenças nas proteínas de sinalização intracelular, proteínas efetoras e genes que são ativados. Assim, o próprio sinal extracelular tem pouco conteúdo de informação; ele simplesmente induz a célula a responder de acordo com seu estado predeterminado, que depende da história do desenvolvimento da célula e dos genes específicos que ela expressa.
A maioria das proteínas receptoras de superfície celular pertence a três classes, definidas por seus mecanismos de transdução. Os receptores acoplados a canais iônicos, também conhecidos como canais iônicos controlados por transmissores ou receptores ionotrópicos, estão envolvidos na sinalização sináptica rápida entre as células nervosas e outras células-alvo eletricamente excitáveis, como os neurônios e as células musculares. Esse tipo de sinalização é mediado por um pequeno número de neurotransmissores que abrem ou fecham temporariamente um canal iônico formado pela proteína à qual se ligam, alterando por um curto período a permeabilidade da membrana plasmática aos íons e, dessa forma, alterando a excitabilidade da célula-alvo pós-sináptica. A maioria dos receptores acoplados a canais iônicos pertence à grande família das proteínas homólogas transmembrana de passagem múltipla.
Os 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, cujo sítio de interação com o ligante está do lado de fora da célula e cujo sítio catalítico, ou de ligação à enzima, está do lado de dentro. Os receptores acoplados a enzimas apresentam estrutura heterogênea em comparação às outras duas classes; a grande maioria, contudo, é representada por cinases ou é a elas associada e, quando ativados, fosforilam grupos específicos de proteínas na célula-alvo.
Os receptores acoplados à proteína G atuam indiretamente na regulação da atividade de uma proteína-alvo ligada à membrana plasmática, que pode ser tanto umaenzima como um canal iônico. A interação entre o receptor e essa proteína-alvo é mediada por uma terceira proteína, chamada de proteína trimérica de ligação a GTP (proteína G). A ativação da proteína-alvo altera a concentração de uma ou mais moléculas sinalizadoras intracelulares pequenas (se a proteína-alvo for uma enzima) ou altera a permeabilidade da membrana plasmática aos íons (se a proteína-alvo for um canal iônico).
Existem vários tipos de proteínas G. Cada uma é específica para um grupo particular de receptores e para um grupo particular de enzimas-alvo ou canais iônicos na membrana plasmática. No entanto, todas essas proteínas G são semelhantes na sua estrutura geral e desempenham suas funções de modo semelhante. Essas proteínas são formadas por três subunidades – α, β e γ –, duas das quais estão ligadas à membrana plasmática por caudas lipídicas curtas. No estado não estimulado, a subunidade α possui uma molécula de GDP ligada, e a proteína G está inativa. Quando uma molécula de sinalização extracelular se liga ao receptor, este se altera, causando a ativação da proteína G pela diminuição da afinidade da subunidade α por GDP, que é substituído por uma molécula de GTP. Em alguns casos, essa ativação separa as subunidades da proteína G, de forma que a subunidade α ativada se liga ao GTP e se dissocia do complexo βγ, que também é ativado. As duas partes da proteína G ativadas – a subunidade α e o complexo βγ – podem, então, interagir diretamente com as proteínas-alvo localizadas na membrana plasmática, as quais, por sua vez, podem transmitir o sinal para outros destinos na célula. Quanto mais tempo essas proteínas-alvo permanecerem ligadas a uma subunidade α ou a uma βγ, mais prolongado será o sinal transmitido. A hidrólise do GTP e a inativação em geral ocorrem dentro de segundos após a ativação da proteína. A proteína G inativa agora está pronta para ser reativada por outro receptor ativo.
As proteínas-alvo reconhecidas pelas subunidades da proteína G são canais iônicos ou enzimas ligados à membrana plasmática. A interação das proteínas G com os canais iônicos causa uma mudança imediata no estado e no comportamento da célula. Suas interações com as enzimas, ao contrário, têm consequências que são não tão rápidas e mais complexas, uma vez que levam à produção de moléculas de sinalização intracelular adicionais. As duas enzimas-alvo mais frequentes das proteínas G são a adenilato-ciclase, que produz a pequena molécula de sinalização intracelular AMP cíclico, e a fosfolipase C, que gera as pequenas moléculas de sinalização intracelular inositoltrifosfato e diacilglicerol. O inositol trifosfato, por sua vez, promove o acúmulo de Ca2+ – também outra pequena molécula de sinalização intracelular. A adenilato-ciclase e a fosfolipase C são ativadas por tipos diferentes de proteínas G, permitindo que as células acoplem a produção dessas pequenas moléculas de sinalização intracelular a diferentes sinais extracelulares. Embora esse acoplamento possa ser estimulador ou inibidor.
Muitos sinais extracelulares que atuam por meio de receptores associados à proteína G afetam a atividade da adenilato-ciclase e alteram, portanto, a concentração intracelular da molécula do pequeno mensageiro AMP cíclico. A subunidade α da proteína G estimulada ativa a adenilato-ciclase, causando um aumento súbito e drástico na síntese do AMP cíclico a partir de ATP (que está sempre presente na célula). Essa proteína G é denominada Gs porque estimula a ciclase. Uma segunda enzima, denominada fosfodiesterase do AMP cíclico, converte rapidamente o AMP cíclico em AMP para ajudar a eliminar o sinal. O AMP cíclico exerce esses vários efeitos sobretudo pela ativação da enzima proteína-cinase dependente de AMP cíclico (PKA). Essa enzima é normalmente mantida inativa, formando um complexo com uma proteína reguladora. A ligação do AMP cíclico à proteína reguladora força uma mudança de conformação que interrompe a inibição e libera a cinase ativa. A PKA ativada catalisa a fosforilação de serinas e treoninas específicas em proteínas-alvo intracelulares, alterando, desse modo, a atividade dessas proteínas-alvo. Em tipos celulares diferentes, grupos diferentes de proteínas estão disponíveis para serem fosforilados, o que explica por que os efeitos do AMP cíclico variam de acordo com o tipo de célula-alvo.
 
A ação da fosfolipase C gera dois pequenos mensageiros: inositol 1,4,5-trifosfato (IP3) e diacilglicerol (DAG). Ambos têm um papel fundamental na transmissão do sinal. O IP3 é um açúcar fosfatado hidrossolúvel que é liberado no citosol, onde ele se liga aos canais de Ca2+ que estão na membrana do retículo endoplasmático (RE), abrindo-os. O Ca2+, armazenado no RE, é então liberado para o citosol por meio desses canais abertos, causando um acentuado aumento na concentração citosólica do íon livre, a qual é, normalmente, muito baixa. Esse Ca2+, por sua vez, atua como molécula sinalizadora para outras proteínas, conforme discutido a seguir. O diacilglicerol é um lipídeo que permanece inserido na membrana plasmática após ser produzido pela fosfolipase C; na membrana plasmática ele atua auxiliando no recrutamento e ativação de uma proteína-cinase, que é translocada do citosol para a membrana plasmática. Essa enzima é denominada proteína- -cinase C (PKC) porque também precisa ligar-se ao Ca2+ para se tornar ativa. A PKC, uma vez ativada, fosforila um conjunto de proteínas intracelulares que varia, dependendo do tipo celular. A PKC tem o mesmo mecanismo de ação da PKA, embora as proteínas que ela fosforila sejam diferentes.
Os efeitos do Ca2+ no citosol são, basicamente, indiretos: eles são mediados pela interação do íon com vários tipos de proteínas de resposta ao Ca2+. A mais comum e mais difundida delas é a calmodulina. Essa proteína está presente no citosol de todas as células eucarióticas estudadas até agora, inclusive em plantas, fungos e protozoários. A ligação da calmodulina ao Ca2+ induz uma mudança de conformação na proteína que a torna capaz de interagir com uma ampla gama de proteínas-alvo na célula e alterar suas atividades. Uma classe particularmente importante de alvos da calmodulina é a das proteínas-cinase dependentes de Ca2+/calmodulina (CaM-cinases). Quando são ativadas pela ligação ao Ca2+ complexado com a calmodulina, essas proteínas influenciam outros processos na célula pela fosforilação de proteínas específicas. No encéfalo de mamíferos, por exemplo, existe uma CaM-cinase específica de neurônios que é abundante nas sinapses, onde se imagina que tenha uma função importante no aprendizado e na memória.
A maior classe de receptores acoplados a enzimas consiste em receptores com um domínio citoplasmático que funciona como uma tirosina-cinase, que fosforila resíduos específicos de tirosina em proteínas de sinalização intracelular específicas. Tais receptores, denominados receptores de tirosina-cinase (RTKs, de receptor tyrosine kinases), são nosso principal assunto nesta seção. O crescimento celular, a proliferação, a diferenciação, a sobrevivência e a migração anormais são características de uma célula cancerígena, e as anormalidades na sinalização mediada por RTKs e outros receptores acoplados a enzimas desempenham papel principal no desenvolvimento da maioria dos tipos de câncer.
Para funcionar como um transdutor de sinal, um receptor acoplado a enzimas tem de acionar a atividade enzimática de seu domínio intracelular (ou de uma enzima associada) quando uma molécula-sinal externa se liga ao seu domínio extracelular. Ao contrário dos GPCRs transmembrânicos de sete passagens, os receptores acoplados a enzimas em geral possuem somente um segmento transmembrânico, que atravessa a bicamada lipídica como uma única α-hélice. Aparentemente não há como induzir uma mudança de conformação em uma única α-hélice, de modo que esses receptores têm uma estratégia diferente para transduzir o sinal extracelular. Em muitos casos, a ligação de uma molécula-sinal extracelular induz a ligação de dois receptores na membrana plasmática, formandoum dímero. Este pareamento reúne as duas caudas intracelulares dos receptores, ativando seus domínios de cinase de modo que uma das caudas fosforila a outra. No caso dos RTKs, as fosforilações ocorrem em tirosinas específicas. Essa fosforilação das tirosinas desencadeia a formação de um complexo de sinalização intracelular, elaborado mas transitório, nas caudas citosólicas do receptor. As tirosinas fosforiladas servem como sítios de ancoragem para um amplo conjunto de proteínas de sinalização intracelular. Algumas dessas proteínas se tornam fosforiladas e ativadas ao se ligarem ao receptor, e então propagam o sinal; outras funcionam somente como suporte, acoplando o receptor a outras proteínas de sinalização, ajudando assim a formar o complexo de sinalização ativo. Todas essas proteínas de sinalização intracelular ancoradas possuem um domínio de interação especializado, que reconhece tirosinas específicas fosforiladas na cauda do receptor. Enquanto persistem, esses complexos proteicos de sinalização formados nas caudas citosólicas dos receptores tirosina-cinase transmitem um sinal ao longo de várias rotas simultaneamente para vários destinos no interior da célula. As fosforilações nas tirosinas são revertidas pelas proteínas tirosinas-fosfatase, que removem os fosfatos que foram adicionados aos resíduos de tirosina dos receptores tirosina-cinase e a outras proteínas de sinalização intracelular em resposta ao sinal extracelular, o que ajuda a extinguir a resposta.
Conforme vimos, os RTKs ativados recrutam e ativam muitos tipos de proteínas de sinalização intracelular, levando à formação de grandes complexos de sinalização no segmento citosólico do RTK. Um dos principais membros desses complexos é a Ras – uma pequena proteína ligada à face citoplasmática da membrana plasmática por uma cauda lipídica. Praticamente todos os RTKs ativam Ras, incluindo os receptores do fator de crescimento derivado de plaquetas (PDGF), os quais medeiam a proliferação celular na cura de lesões, e os receptores do fator de crescimento neural (NGF), os quais têm um importante papel no desenvolvimento de determinados neurônios de vertebrados. A proteína Ras pertence a uma grande família de pequenas proteínas ligadoras de GTP, frequentemente denominadas GTPases monoméricas para distingui-las das proteínas G triméricas que foram descritas anteriormente. A Ras se assemelha à subunidade α de uma proteína G e também funciona como um interruptor molecular. Ela alterna entre dois estados conformacionais distintos – ativa quando ligada a GTP e inativa quando ligada a GDP. Em seu estado ativado, a Ras inicia uma cascata de fosforilação, na qual uma série de serinas/treoninas-cinase fosforilam e ativam uma à outra em sequência, como se fosse um jogo de dominó molecular. Esse sistema de transmissão, que conduz o sinal da membrana plasmática para o núcleo, inclui um módulo de três proteínas-cinase chamado de módulo de sinalização da MAP- -cinase, em homenagem à última cinase da cadeia (MAP-cinase, de mitogen- activated protein kinase). a MAP-cinase é fosforilada e ativada por uma enzima denominada, logicamente, MAP-cinase-cinase. Essa enzima é, por sua vez, ativada por uma MAP-cinase-cinase-cinase (a qual é estimulada por Ras). No final da cascata da MAP-cinase, esta enzima fosforila várias proteínas efetoras, incluindo reguladores de transcrição específicos, alterando sua capacidade de controlar a transcrição gênica. Tal mudança no padrão da expressão gênica pode estimular a proliferação, promover a sobrevivência ou induzir a diferenciação das células: a consequência exata vai depender de quais outros genes estão ativos e que outros sinais a célula está recebendo. Antes de ser descoberta em células normais, a proteína Ras foi identificada em células cancerosas humanas; a mutação inativa a atividade GTPásica da Ras, de forma que a proteína não pode se autoinativar, o que causa a proliferação celular descontrolada e o desenvolvimento do câncer.
Muitas proteínas de sinalização extracelular que estimulam a sobrevivência e o crescimento das células animais o fazem por meio de receptores tirosina-cinase. Entre elas estão as proteínas-sinal pertencentes à família do fator de crescimento semelhante à insulina (IGF, de insuline-like growth factor). Uma via de sinalização extremamente importante, ativada pelos receptores tirosina-cinase para promover o crescimento e a sobrevivência celular, conta com a enzima fosfoinositídeo-3-cinase (PI 3-cinase), que fosforila fosfolipídeos de inositol na membrana plasmática. Esses servem então como sítios de ancoragem para proteínas de sinalização intracelular específicas, que são transferidas do citosol para a membrana plasmática, onde se ativam mutuamente. Uma das mais importantes proteínas de sinalização transferidas nesse processo é a serina-treonina-cinase Akt. A Akt, também denominada proteína-cinase B (PKB), promove a sobrevivência e o crescimento de vários tipos celulares, frequentemente pela inativação de proteínas de sinalização fosforiladas por ela. Por exemplo, Akt fosforila e inativa uma proteína citosólica denominada Bad. No seu estado ativo, Bad encoraja a célula a se matar por ativar indiretamente um programa de morte celular chamado de apoptose. Dessa forma, a fosforilação por Akt promove a sobrevivência celular pela inativação de uma proteína que promove a morte celular. A via de sinalização PI 3-cinase-Akt, além de promover a sobrevivência celular, também estimula as células a crescerem em tamanho. Isso é feito pela ativação indireta de uma grande serina/treonina-cinase denominada Tor. Essa enzima estimula o crescimento das células pelo aumento da síntese proteica e pela inibição da degradação. O fármaco anticâncer rapamicina age na inativação de Tor, indicando a importância dessa via de sinalização na regulação da sobrevivência e do crescimento celular – e as consequências de sua desregulação no câncer.
Numerosas moléculas sinalizadoras intracelulares transmitem no interior da célula sinais recebidos pelos receptores de superfície celular. A cadeia de eventos de sinalização intracelular resultante altera proteínas-alvo que serão responsáveis pela modificação do comportamento da célula. Algumas moléculas sinalizadoras intracelulares são substâncias químicas pequenas chamadas de segundos mensageiros (os “primeiros mensageiros“ seriam os sinais extracelulares). Eles são gerados em grande quantidade em resposta à ativação do receptor e se difundem rapidamente para longe de sua fonte de produção, transmitindo o sinal para outras partes da célula. Alguns, como o AMP cíclico e o Ca21, são hidrossolúveis e se difundem no citosol, enquanto outros, como o diacilglicerol, são lipossolúveis e se difundem no plano da membrana plasmática. Em ambos os casos, eles transmitem o sinal por se ligarem a proteínas de sinalização ou efetoras específicas e alterarem seu comportamento. A maioria das moléculas sinalizadoras intracelulares são proteínas que auxiliam na transmissão do sinal pela geração de segundos mensageiros ou pela ativação da proteína seguinte na via sinalizadora ou efetora. Muitas dessas se comportam como comutadores moleculares. Quando recebem um sinal, elas passam do estado inativo para o ativo, até que outro processo as inative, retornando-as ao seu estado original. A inativação é tão importante quanto a ativação. Para que uma via de sinalização, após transmitir um sinal, possa se recuperar e ficar preparada para transmitir outro sinal, cada molécula ativada deve retornar ao seu estado inativo inicial. A maior classe de comutadores moleculares consiste em proteínas que são ativadas ou inativadas por fosforilação. No caso dessas proteínas, elas são, por um lado, fosforiladas por uma proteína-cinase, que adiciona um ou mais grupos fosfato de modo covalente, e, por outro lado, desfosforiladas por uma proteína-fosfatase, que remove os grupos fosfato da molécula. A atividade de qualquer proteína regulada por fosforilação depende do equilíbrio entre a atividade das cinases que a fosforilame a das fosfatases que a desfosforilam.
Outra classe importante de comutadores moleculares são as proteínas de ligação a GTP. Elas passam de um estado “ativado” (sinalizando ativamente), quando o GTP está ligado, para um estado “inativado”, quando o GDP está ligado a elas. Quando ativadas, geralmente possuem atividade GTPase intrínseca e inativam a si mesmas, hidrolisando o GTP em GDP. Existem dois tipos principais de proteínas de ligação a GTP. As grandes proteínas triméricas de ligação a GTP (também chamadas de proteínas G) ajudam a transmitir sinais a partir dos receptores acoplados à proteína G que as ativam. As pequenas GTPases monoméricas (também chamadas de proteínas monoméricas de ligação a GTP) auxiliam na transmissão de sinais de muitas classes de receptores de superfície celular. As proteínas reguladoras específicas controlam ambos os tipos de proteínas de ligação a GTP. As proteínas de ativação da GTPase (GAPs) convertem as proteínas a um estado “inativado” pelo aumento da taxa de hidrólise do GTP. Ao contrário, os 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 a GEF.
As moléculas de sinalização extracelular pertencem, em geral, a duas classes. A primeira, e maior, consiste em moléculas que são grandes demais ou demasiadamente hidrofílicas para atravessar a membrana plasmática da célula- alvo. Elas contam com receptores na superfície da célula-alvo para transmitir sua mensagem por meio da membrana. A segunda classe de sinais, e menor, consiste em moléculas que são suficientemente pequenas ou suficientemente hidrofóbicas para atravessar a membrana plasmática e entrar no citosol. Essas moléculas-sinal, uma vez no interior da célula, ativam enzimas intracelulares ou se ligam a proteínas receptoras intracelulares que regulam a expressão gênica. Uma categoria importante de moléculas-sinal que contam com proteínas receptoras intracelulares é a família dos hormônios esteroides – incluindo cortisol, estradiol e testosterona – e os hormônios da tireoide, como a tiroxina. Todas essas moléculas hidrofóbicas atravessam a membrana plasmática das células-alvo e se ligam a proteínas receptoras localizadas no citosol ou no núcleo. Esses receptores, tanto citosólicos como nucleares, são denominados receptores nucleares, porque, ao serem ativados pela ligação ao hormônio, atuam como reguladores de transcrição no núcleo. Nas células não estimuladas, os receptores nucleares se encontram na forma inativa. Quando ocorre a ligação ao hormônio, o receptor passa por uma grande mudança de conformação que ativa a proteína, tornando-a capaz de promover ou inibir a transcrição de genes-alvo específicos. Cada hormônio se liga a um receptor nuclear diferente, e cada receptor atua sobre um conjunto diferente de sítios reguladores no DNA. Além disso, um dado hormônio geralmente regula diferentes grupos de genes em tipos celulares distintos, evocando, dessa forma, diferentes respostas fisiológicas em diferentes células-alvo.
Os hormônios esteroides e os hormônios da tireoide não são as únicas moléculas de sinalização extracelular que podem atravessar a membrana plasmática. Alguns gases dissolvidos podem difundir-se através da membrana para o interior da célula e regular diretamente a atividade de proteínas intracelulares específicas. Essa ativação direta permite que esses sinais alterem uma célula-alvo dentro de poucos segundos ou minutos. O gás óxido nítrico (NO) age dessa maneira. O NO é sintetizado a partir do aminoácido arginina e se difunde facilmente do seu local de síntese para o interior de células adjacentes. O gás tem apenas efeito local porque é convertido, de forma rápida, em nitratos e nitritos (com uma meia-vida de 5 a 10 segundos), reagindo com o oxigênio e a água no exterior da célula. As células endoteliais – as células achatadas que revestem os vasos sanguíneos – liberam NO em resposta a neurotransmissores secretados pelas terminações nervosas próximas. Esse sinal do NO causa o relaxamento da musculatura lisa do vaso adjacente, causando sua dilatação, de modo que o sangue possa fluir mais livremente. 
No interior de muitas células-alvo, o NO se liga à enzima guanilato-ciclase e estimula a formação de GMP cíclico a partir do nucleotídeo GTP. O próprio GMP cíclico é uma molécula sinalizadora intracelular pequena que atua como mensageiro na próxima etapa na cadeia de sinalização do NO que leva à resposta celular final. O fármaco Viagra contra a impotência aumenta a ereção peniana porque bloqueia a enzima que degrada o GMP cíclico, prolongando o sinal do NO. O GMP cíclico é similar, em estrutura e mecanismo de ação, ao AMP cíclico, uma molécula sinalizadora intracelular muito mais utilizada. 
A proteína receptora executa a etapa inicial na transdução do sinal: reconhece o sinal extracelular e, em resposta, gera novos sinais intracelulares. O processo de sinalização intracelular resultante em geral funciona como uma corrida de revezamento molecular, na qual a mensagem passa de uma molécula de sinalização intracelular para outra, em que cada uma ativa ou gera a próxima molécula de sinalização até que, por exemplo, uma enzima metabólica seja posta em ação, o citoesqueleto seja forçado a assumir uma nova configuração ou um gene seja ativado ou inibido. Esse resultado é denominado resposta da célula.
Os componentes dessas vias de sinalização intracelular executam uma ou várias funções cruciais: 1. Podem simplesmente transmitir o sinal para diante e dessa forma auxiliar na sua propagação por toda a célula. 2. Podem amplificar o sinal recebido, tornando-o mais forte, de modo que poucas moléculas de sinalização extracelular sejam suficientes para evocar uma resposta intracelular intensa. 3. Podem detectar sinais de mais de uma via de sinalização intracelular e integrá-los antes de transmitir o sinal para diante.
2. Descrever os principais mecanismos de adaptação e de lesão celular;
Capítulo 1-Lesão Celular, Morte Celular e Adaptações-ROBBINS
Quando encontram um estresse fisiológico ou um estímulo patológico, podem sofrer uma adaptação, alcançando um novo estado constante, preservando sua viabilidade e função. As principais respostas adaptativas são hipertrofia, hiperplasia, atrofia e metaplasia. Se a capacidade adaptativa é excedida ou se o estresse externo é inerentemente nocivo, desenvolve-se a lesão celular. Dentro de certos limites, a lesão é reversível e as células retornam a um estado basal estável; entretanto, um estresse grave, persistente e de início rápido resulta em lesão irreversível e morte das células afetadas. A morte celular é um dos eventos mais cruciais na evolução da doença em qualquer tecido ou órgão. É resultante de várias causas, incluindo isquemia (redução do fluxo sanguíneo), infecções, toxinas e reações imunes. A morte celular constitui também um processo essencial e normal na embriogênese, no desenvolvimento dos órgãos e na manutenção da homeostasia.
As adaptações são alterações reversíveis em número, tamanho, fenótipo, atividade metabólica ou das funções celulares em resposta às alterações no seu ambiente. As adaptações fisiológicas normalmente representam respostas celulares à estimulação normal pelos hormônios ou mediadores químicos endógenos (p. ex., o aumento da mama e do útero, induzido por hormônio, durante a gravidez). As adaptações patológicas são respostas ao estresse que permitem às células modularem sua estrutura e função escapando, assim, da lesão. Tais adaptações podem ter várias formas distintas.
A hipertrofia é um aumento do tamanho das células que resulta em aumento do tamanho do órgão. Em contraste, a hiperplasia (discutida adiante) é caracterizada por aumento do número de células devido à proliferação de células diferenciadas e substituição por células-tronco do tecido. A hipertrofia pode ser fisiológica ou patológica e é causada pelo aumento da demanda funcional ou por fatores de crescimentoou estimulação hormonal específica.
Durante a gravidez, o aumento fisiológico maciço do útero ocorre como consequência da hipertrofia e hiperplasia do músculo liso estimulado pelo estrogênio Um exemplo de hipertrofia celular patológica é o aumento cardíaco que ocorre com hipertensão ou doença de valva aórtica. Os mecanismos que influenciam a hipertrofia cardíaca envolvem, pelo menos, dois tipos de sinais: os desencadeantes mecânicos, como o estiramento, e os desencadeantes tróficos, que tipicamente são mediadores solúveis que estimulam o crescimento celular, como fatores de crescimento e hormônios adrenérgicos.
Como discutido inicialmente, a hiperplasia ocorre se o tecido contém populações celulares capazes de se dividir; ocorre simultaneamente com a hipertrofia e sempre em resposta ao mesmo estímulo. A hiperplasia pode ser fisiológica ou patológica. Em ambas as situações, a proliferação celular é estimulada por fatores de crescimento que são produzidos por vários tipos celulares.
Os dois tipos de hiperplasia fisiológica são: (1) hiperplasia hormonal, exemplificada pela proliferação do epitélio glandular da mama feminina na puberdade e durante a gravidez e (2) hiperplasia compensatória, na qual cresce tecido residual após a remoção ou perda da porção de um órgão.
A maioria das formas de hiperplasia patológica é causada por estimulação excessiva hormonal ou por fatores do crescimento. Por exemplo, após um período menstrual normal, há aumento da proliferação do epitélio uterino, que normalmente é estritamente regulada pela estimulação dos hormônios hipofisários, pelo estrogênio ovariano e pela inibição através da progesterona. Entretanto, se o equilíbrio entre estrogênio e progesterona é alterado, ocorre a hiperplasia do endométrio, causa comum de sangramento menstrual anormal.
É importante notar que, em todas essas situações, o processo hiperplásico permanece controlado; se os sinais que a iniciam cessam, a hiperplasia desaparece. É essa sensibilidade aos mecanismos de controle de regulação normal que diferencia as hiperplasias patológicas benignas das do câncer, no qual os mecanismos de controle do crescimento tornam-se desregulados ou ineficazes. Contudo, em muitos casos, a hiperplasia patológica constitui um solo fértil no qual o câncer pode surgir posteriormente. Por exemplo, pacientes com hiperplasia do endométrio têm risco aumentado de desenvolver câncer endometrial.
A diminuição do tamanho da célula, pela perda de substância celular, é conhecida como atrofia. Quando um número suficiente de células está envolvido, todo o tecido ou órgão diminui em tamanho, tornando-se atrófico. Deve ser enfatizado que, embora as células atróficas tenham sua função diminuída, elas não estão mortas. As causas da atrofia incluem a diminuição da carga de trabalho (p. ex., a imobilização de um membro para permitir o reparo de uma fratura), a perda da inervação, a diminuição do suprimento sanguíneo, a nutrição inadequada, a perda da estimulação endócrina e o envelhecimento (atrofia senil). Embora alguns desses estímulos sejam fisiológicos (p. ex., a perda da estimulação hormonal na menopausa) e outros patológicos (p. ex., a desnervação), as alterações celulares fundamentais são idênticas. Elas representam uma retração da célula para um tamanho menor no qual a sobrevivência seja ainda possível; um novo equilíbrio é adquirido entre o tamanho da célula e a diminuição do suprimento sanguíneo, da nutrição ou da estimulação trófica. Os mecanismos da atrofia consistem em uma combinação de síntese proteica diminuída e degradação proteica aumentada nas células.
A síntese de proteínas diminui por causa da redução da atividade metabólica. A degradação das proteínas celulares ocorre, principalmente, pela via ubiquitina-proteossoma. A deficiência de nutrientes e o desuso ativam as ligases da ubiquitina, as quais conjugam as múltiplas cópias do pequeno peptídeo ubiquitina às proteínas celulares e direcionam essas proteínas para a degradação nos proteossomas. Acredita-se que essa via seja responsável também pela proteólise acelerada observada em várias condições catabólicas, incluindo a caquexia associada ao câncer. 
Em muitas situações, a atrofia é acompanhada também pelo aumento da autofagia, que resulta no aumento do número de vacúolos autofágicos. A autofagia (“comer a si próprio”) é o processo no qual a célula privada de nutrientes digere seus próprios componentes no intuito de encontrar nutrição e sobreviver.
Metaplasia é uma alteração reversível na qual um tipo celular adulto (epitelial ou mesenquimal) é substituído por outro tipo celular adulto. Nesse tipo de adaptação celular, uma célula sensível a determinado estresse é substituída por outro tipo celular mais capaz de suportar o ambiente hostil. Acredita-se que a metaplasia surja por uma reprogramação de células-tronco que se diferenciam ao longo de outra via, em vez de uma alteração fenotípica (transdiferenciação) de células já diferenciadas. A metaplasia epitelial é exemplificada pela mudança escamosa que ocorre no epitélio respiratório em fumantes habituais de cigarros. As células epiteliais normais, colunares e ciliadas da traqueia e dos brônquios são focal ou difusamente substituídas por células epiteliais escamosas estratificadas. O epitélio pavimentoso estratificado, mais resistente, torna-se mais capaz de sobreviver às substâncias químicas do cigarro do que o epitélio especializado, mais frágil, que não poderia tolerar.
A lesão celular ocorre quando as células são estressadas tão excessivamente que não são mais capazes de se adaptar ou quando são expostas a agentes lesivos ou são prejudicadas por anomalias intrínsecas (p. ex., no DNA ou nas proteínas).
Lesão celular reversível: Nos estágios iniciais ou nas formas leves de lesão, as alterações morfológicas e funcionais são reversíveis se o estímulo nocivo for removido. Nesse estágio, embora existam anomalias estruturais e funcionais significativas, a lesão ainda não progrediu para um dano severo à membrana e dissolução nuclear.
Morte celular: Com a persistência do dano, a lesão torna-se irreversível e, com o tempo, a célula não pode se recuperar e morre. Existem dois tipos de morte celular — necrose e apoptose — que diferem em suas morfologias, mecanismos e papéis na fisiologia e na doença.
Quando o dano às membranas é acentuado, as enzimas extravasam dos lisossomos, entram no citoplasma e digerem a célula, resultando em necrose. Os conteúdos celulares também extravasam através da membrana plasmática lesada e iniciam uma reação (inflamatória) no hospedeiro. A necrose é a principal via de morte celular em muitas lesões comumente encontradas, como as que resultam de isquemia, de exposição a toxinas, várias infecções e trauma.
A hipóxia, ou deficiência de oxigênio, interfere com a respiração oxidativa aeróbica e constitui uma causa comum e extremamente importante de lesão e morte celulares. A hipóxia pode ser distinguida da isquemia, que é a perda do suprimento sanguíneo em um tecido devido ao impedimento do fluxo arterial ou à redução da drenagem venosa.
Enorme número de substâncias químicas que podem lesar as células é amplamente conhecido; mesmo substâncias inócuas, como glicose, o sal ou mesmo água, se absorvidas ou administradas em excesso podem perturbar o ambiente osmótico, resultando em lesão ou morte celular. Os agentes comumente conhecidos como venenos causam severos danos em nível celular por alterarem a permeabilidade da membrana, a homeostasia osmótica ou a integridade de uma enzima ou cofator. A exposição a esses venenos pode culminar em morte de todo o organismo. Outros agentes potencialmente tóxicos são encontrados diariamente no nosso ambiente; eles incluem poluentes do ar, inseticidas, CO, asbesto e os “estímulos” sociais, como o álcool. Mesmo as drogas terapêuticas podem causar lesão à célula ou ao tecido em paciente suscetível ou se usadas de modo excessivo ou inapropriado. Até mesmo o oxigênio em altas pressões parciais é tóxico.
Agentes Infecciosos Esses agentes variam desde vírus submicroscópicosa tênias grandes; entre eles estão as riquétsias, as bactérias, os fungos e os protozoários.
Reações Imunológicas Embora o sistema imune defenda o corpo contra micróbios patogênicos, as reações imunes podem também resultar em lesão à célula ou ao tecido. Os exemplos incluem as reações autoimunes contra os próprios tecidos e as reações alérgicas contra substâncias ambientais, em indivíduos geneticamente suscetíveis. 
Os defeitos genéticos causam lesão celular por causa da deficiência de proteínas funcionais, como os defeitos enzimáticos nos erros inatos do metabolismo ou a acumulação de DNA danificado ou proteínas mal dobradas, ambos disparando a morte celular quando são irreparáveis. As variações genéticas (polimorfismos) podem influenciar também a suscetibilidade das células a lesão por substâncias químicas e outras lesões ambientais.
As deficiências nutricionais permanecem como a principal causa de lesão celular. As deficiências proteico-calóricas entre as populações desfavorecidas é o exemplo mais óbvio; as deficiências de vitaminas específicas não são incomuns, mesmo em países desenvolvidos com alto padrão de vida. Ironicamente, os excessos nutricionais são também causas importantes de morbidade e mortalidade; por exemplo, a obesidade aumenta consideravelmente o risco para diabetes melito tipo 2. Além disso, as dietas ricas em gordura animal estão fortemente implicadas no desenvolvimento da aterosclerose, como também na vulnerabilidade aumentada a muitas desordens, incluindo o câncer. 
Agentes Físicos O trauma, os extremos de temperatura, a radiação, o choque elétrico e as alterações bruscas na pressão atmosférica exercem profundos efeitos nas células.
A senescência celular leva a alterações nas habilidades replicativas e de reparo das células e tecidos. Essas alterações levam à diminuição da capacidade de responder ao dano e, finalmente, à morte das células e do organismo.
As duas principais características morfológicas da lesão celular reversível são a tumefação celular e a degeneração gordurosa. A tumefação celular é resultado da falência das bombas de íons dependentes de energia na membrana plasmática, levando a uma incapacidade de manter a homeostasia iônica e líquida. A degeneração gordurosa ocorre na lesão hipóxica e em várias formas de lesão metabólica ou tóxica e manifesta-se pelo surgimento de vacúolos lipídicos, grandes ou pequenos, no citoplasma.
O extravasamento de proteínas intracelulares através da membrana celular rompida e, por fim, para a circulação fornece meios de detectar a necrose tecido-específica, usando-se amostras de sangue ou de soro. Por exemplo, o músculo cardíaco contém uma isoforma única da enzima creatina cinase e da proteína contrátil troponina, enquanto o epitélio do ducto hepático biliar contém uma isoforma, resistente à temperatura, da enzima fosfatase alcalina, e os hepatócitos contêm transaminases. A lesão irreversível e a morte celular nesses tecidos são caracterizadas por níveis séricos aumentados dessas proteínas, e as medidas desses níveis séricos são usadas clinicamente para diagnosticar o dano a esses tecidos.
A resposta celular ao estímulo nocivo depende do tipo de lesão, sua duração e sua gravidade. 
As consequências de um estímulo nocivo dependem do tipo, status, adaptabilidade e fenótipo genético da célula lesada.
A lesão celular resulta de alterações bioquímicas e funcionais em um ou mais dos vários componentes celulares essenciais. Os alvos mais importantes dos estímulos nocivos são: (1) as mitocôndrias e sua habilidade em gerar ATP e ERO em condições patológicas; (2) desequilíbrio na homeostasia do cálcio; (3) danos às membranas celulares (plasmática e lisossômica) e (4) danos ao DNA e ao dobramento das proteínas.
3. Diferenciar os tipos de morte celular (apoptose e necrose) e seus mecanismos fisiológicos;
Capítulo 18 Morte celular 1021-ALBERTS
As células que morrem por apoptose sofrem modificações morfológicas características. Elas se encolhem e condensam, o citoesqueleto colapsa, o envelope nuclear se desfaz, e a cromatina nuclear se condensa e se quebra em fragmentos. A superfície da célula frequentemente abaula para o exterior e, se a célula for grande, rompe-se em fragmentos fechados por uma membrana, chamados corpos apoptóticos. A superfície da célula ou dos corpos apoptóticos torna-se quimicamente alterada, sendo rapidamente engolfada por uma célula vizinha ou um macrófago, antes que ela possa liberar seus conteúdos. Dessa maneira, a célula morre de forma ordenada e é rapidamente eliminada, sem causar uma resposta inflamatória prejudicial.
Ao contrário da apoptose, as células animais que morrem em resposta a um dano agudo, como um trauma ou uma falta de suprimento sanguíneo, geralmente morrem por um processo chamado de necrose celular. As células necrosadas se expandem e explodem, liberando seus conteúdos sobre as células adjacentes e provocando uma resposta inflamatória. Em muitos casos, a necrose provavelmente é causada pela depleção energética, que leva a defeitos metabólicos e perda de gradientes iônicos que normalmente ocorrem através da membrana celular. Uma forma de necrose, chamada necroptose, é uma forma de morte celular programada disparada por um sinal regulador específico de outras células, embora estejamos apenas começando a entender seus mecanismos básicos.
As células animais podem reconhecer dano em suas várias organelas e, se o dano for grande o suficiente, elas podem matar a si mesmas entrando em apoptose. Um exemplo importante é o dano no DNA, que pode produzir mutações que promovem câncer se não forem reparadas. As células possuem várias vias de detecção de danos no DNA e entram em apoptose caso não possam repará-los.
A apoptose é disparada por membros de uma família de proteases intracelulares especializadas, que clivam sequências específicas em numerosas proteínas dentro da célula, proporcionando, assim, mudanças dramáticas que levam à morte celular e ao engolfamento. Essas proteases têm uma cisteína no seu sítio ativo e clivam suas proteínas-alvo em ácidos aspárticos específicos; elas são então chamadas de caspases (c para cisteína e asp para ácido aspártico). As caspases são sintetizadas na célula como precursores inativos e são ativadas apenas durante a apoptose. Existem duas principais classes de caspases apoptóticas: caspases inciadoras e caspases executoras.
As caspases iniciadoras, como indica seu nome, iniciam o processo apoptótico. A principal função das caspases iniciadoras é ativar as caspases executoras. Estas normalmente existem como dímeros inativos. Quando são clivadas por uma caspase iniciadora no sítio no domínio da protease, o sítio ativo é rearranjado de uma conformação inativa para uma ativa. Um complexo de caspase inciadora pode ativar muitas capases executoras, resultando em uma amplificação da cascata proteolítica. Uma vez ativada, caspases executoras catalisam os diversos eventos de clivagem de proteínas que matam a célula.
A ligação de proteínas de sinalização extracelular a receptores de morte na superfície celular dispara a via extrínseca da apoptose. Os receptores de morte são proteínas transmembrana contendo um domínio extracelular de ligação ao ligante, um domínio transmembrana único e um domínio de morte intracelular, o qual é requerido pelos receptores para ativar o programa apoptótico. Os receptores são homotrímeros e pertencem à família de receptores do fator de necrose tumoral (TNF, tumor necrosis factor), o qual inclui um receptor para o próprio TNF e o receptor de morte Fas. Os ligantes que ativam os receptores de morte também são homotrímeros; eles são estruturalmente relacionados e pertencem à família TNF de proteínas sinalizadoras. Um exemplo bem entendido de como os receptores de morte disparam a via extrínseca da apoptose é a ativação de Fas na superfície da célula-alvo pelo ligante Fas na superfície de um linfócito (citotóxico) matador. Quando ativado pela ligação do ligante Fas, domínios de morte na cauda citosólica dos receptores de morte Fas, ligam- -se a proteínasadaptadoras intracelulares, que, por sua vez, ligam caspases iniciadoras (caspase-8 principalmente), formando um complexo de sinalização indutor de morte (DISC). Uma vez dimerizada e ativada em DISC, as caspases iniciadoras clivam seus parceiros e então ativam caspases executoras a jusante (downstream) para induzir apoptose. Em algumas células a via extrínseca recruta a via apoptótica intrínseca para amplificar a cascata da caspase e matar a célula.
Muitas células produzem proteínas inibidoras que agem para controlar a via extrínseca. Algumas células, por exemplo, produzem a proteína FLIP que se assemelha à caspase iniciadora mas não possui atividade de protease, porque falta a cisteína-chave no seu sítio ativo. FLIP dimeriza-se com caspase-8 no complexo DISC; embora a caspase-8 pareça ser ativa nesses heterodímeros, ela não é clivada no sítio requerido para sua ativação estável e o sinal apoptótico é bloqueado. Tais mecanismos inibidores ajudam a prevenir a ativação inapropriada da via extrínseca da apoptose.
As células podem ativar também seus programas de apoptose de dentro da célula, frequentemente em resposta ao estresse, tal como o dano do DNA ou em resposta a sinais de desenvolvimento. Em células de vertebrados, essas respostas são governadas por vias apoptóticas intrínsecas ou mitocondriais, que dependem da liberação de proteínas mitocondriais no citosol, que normalmente residem no espaço intermembrana dessas organelas. Algumas das proteínas liberadas ativam a cascata proteolítica de caspases no citoplasma, levando à apoptose. Uma proteína-chave na via intrínseca é o citocromo c, um componente solúvel em água da cadeia transportadora de elétrons da mitocôndria. Quando liberada no citosol, ela assume uma nova função: liga-se a uma proteína adaptadora chamada Apaf1 (fator 1 de ativação da protease apoptótica), promovendo a oligomerização de Apaf1 em um heptâmero tipo roda, chamado apoptossomo. Então as proteínas Apaf1 no apoptossomo recrutam as proteínas caspase-9 inciadoras, que, acredita-se serem ativadas pela proximidade no apoptossomo, tal como a caspase-8 é ativada em DISC. As moléculas caspases-9 ativadas ativam então caspases executoras para induzir apoptose.
A via intrínseca da apoptose é firmemente regulada para assegurar que células cometam suicídio apenas quando for apropriado. A principal classe de reguladores intracelulares da via intrínseca é a família de proteínas Bcl2, as quais, como a família das caspases, são conservadas de vermes a humanos ao longo da evolução. As proteínas da família Bcl2 de mamíferos regulam a via intrínseca da apoptose, principalmente controlando a liberação, no citosol, de citocromo c e de outras proteínas mitocondriais intermembrana. Algumas proteínas da família Bcl2 são pro-apoptóticas e promovem a apoptose através do aumento da libertação, ao passo que outras são antiapoptóticas e inibem a apoptose através do bloqueio da libertação. As proteínas pró- apoptóticas e antiapoptóticas podem se ligar umas às outras em várias combinações para formar heterodímeros, nos quais as duas proteínas inibem as funções umas das outras. O balanço entre as atividades dessas duas classes funcionais de proteínas da família Bcl2 determina se células de mamíferos vivem ou morrem pela via intrínseca da apoptose.
As proteínas antiapoptóticas da família Bcl2, incluindo a própria Bcl2 (membro fundador da família Bcl2) e BclXL, compartilham quatro domínios (BH1-4) homólogos (BH) característicos de Bcl2. As proteínas pró-apoptóticas da família Bcl2 consistem em duas subfamílias – as proteínas efetoras da família Bcl2 e as proteínas BH3-apenas. As proteínas efetoras principais são Bax e Bak, que são estruturalmente similares a Bcl2 sem o domínio BH4. As proteínas BH3–apenas compartilham homologia de sequência com Bcl2 somente no domínio BH3.
Quando um estímulo apoptótico dispara a via intrínseca, proteínas efetoras da família Bcl2 pró-apoptóticas tornam-se ativadas e se agregam para formar oligômeros na membrana externa da mitocôndria, induzindo a liberação do citocromo c e outras proteínas intermembranas por um mecanismo desconhecido. Em células de mamíferos, Bax e Bak são as principais proteínas efetoras da família Bcl2, e ao menos uma delas é necessária para a via intrínseca de apoptose funcionar. Enquanto Bak está ligada à membrana externa mitocondrial, mesmo na ausência de um sinal apoptótico, Bax está principalmente localizada no citosol e se transloca para a mitocôndria apenas depois que um sinal apoptótico a ativa. A ativação de Bax e Bak geralmente depende de proteínas pró-apoptóticas BH3-apenas ativadas.
As proteínas da família Bcl2 antiapoptóticas, como Bcl2 e BclXL, também estão localizadas na superfície citosólica da membrana mitocondrial externa, onde ajudam a impedir a liberação inapropriada de proteínas intermembrana. As proteínas da família Bcl2 antiapoptóticas inibem a apoptose principalmente pela ligação e inibição de proteínas da família Bcl2 pró-apoptóticas – tanto na membrana mitocondrial como no citosol. Na membrana mitocondrial externa, por exemplo, elas ligam-se a Bak e impedem a sua oligomerização, consequentemente inibindo a liberação de citocromo c e outras proteínas intermembranas. Existem ao menos cinco proteínas da família Bcl2 antiapoptóticas em mamíferos, e cada célula de mamífero requer ao menos uma para sobreviver. Entretanto, um número dessas proteínas deve ser inibido para que a via intrínseca induza apoptose; as proteínas BH3-apenas fazem a mediação da inibição. As proteínas BH3-apenas são a maior subclasse de proteínas da família Bcl2. A célula tanto as produz como as ativa em resposta a um estímulo apoptótico, e elas são conhecidas por promoverem a apoptose principalmente pela inibição de proteínas antiapoptóticas. Seus domínios BH3 ligam-se a uma fenda hidrofóbica longa nas proteínas da família Bcl2 antiapoptóticas, neutralizando sua atividade. Essa ligação e a inibição permitem o agregamento de Bax e Bak na superfície da mitocôndria, a qual dispara a liberação de proteínas mitocondriais intermembranas que induzem a apoptose.
As proteínas BH3-apenas proporcionam a ligação crucial entre estímulos apoptóticos e a via intrínseca da apoptose, com diferentes estímulos ativando diferentes proteínas BH3-apenas. Alguns sinais de sobrevivência extracelulares, por exemplo, impedem a apoptose pela inibição da síntese ou atividade de certas proteínas BH3-apenas. Similarmente, em resposta ao dano do DNA que não pode ser reparado, as proteínas p53 supressoras de tumor se acumulam e ativam a transcrição de genes que codificam proteínas BH3-apenas Puma e Noxa. Essas proteínas BH3-apenas disparam a via intrínseca, eliminando, desse modo, uma célula potencialmente perigosa, que, caso contrário, poderia se tornar cancerosa. Como mencionado anteriormente, em algumas células, a via apoptótica extrínseca recruta a via intrínseca para amplificar a cascata de caspase para matar a célula. A proteína BH3-apenas Bid é a conexão entre as duas vias. Bid está normalmente inativa. Contudo, quando receptores de morte ativam a via extrínseca em algumas células, a caspase iniciadora, caspase-8, cliva Bid, produzindo uma forma ativa de Bid que se transloca para a membrana externa mitocondrial e inibe proteínas antiapoptóticas da família Bcl2, amplificando assim o sinal de morte.
Pelo fato de a ativação da cascata de caspases causar morte certa, as células empregam múltiplos mecanismos robustos para assegurar que essas proteases sejam ativadas apenas quando necessário. Uma linha de defesa é fornecida por uma família de proteínas chamadas inibidores de apoptose (IAPs). O papel das proteínas IAP e anti-IAP na apoptose é menos claro. As anti-IAPs são liberadas do espaço intermembrana mitocondrial quando a via intrínseca da apoptose é ativada, bloqueando IAPs no citosol e, dessa maneira, promovendo a apoptose. Contudo, camundongos parecem se desenvolver normalmente caso percam a principal IAP de mamíferos (chamado XIAP) ou as duas anti-IAPs de mamíferos conhecidas (chamadasde Smac/Diablo e Omi). Vermes nem sempre contêm uma proteína IAP inibidora de caspase.
A morte da célula por apoptose é um processo extraordinariamente organizado: a célula apoptótica e seus fragmentos não se rompem e liberam seus conteúdos, mas em vez disso, permanecem intactas para serem eficientemente comidas – ou fagocitadas – por células vizinhas, não deixando traços e, portanto, sem disparar nenhuma resposta inflamatória. Esse processo de engolfamento depende de modificações químicas na superfície das células apoptóticas, que disparam sinais de recrutamento de células fagocíticas. Uma modificação especialmente importante ocorre na distribuição de fosfolipídeos fosfatidilserina carregados negativamente na superfície celular. Esse fosfolipídeo normalmente está localizado exclusivamente na folha interna da bicamada lipídica da membrana plasmática, mas ele vira para a folha externa em células apoptóticas. O mecanismo subjacente é pobremente entendido, mas a exposição externa da fosfatidilserina provavelmente depende da clivagem pela caspase de algumas proteínas envolvidas na distribuição de fosfolipídeos na membrana. Uma variedade de proteínas “de ponte” solúveis interagem com fosfatidilserinas expostas em células apoptóticas. Essas proteínas de ponte também interagem com receptores específicos na superfície de células da vizinhança ou macrófagos, disparando modificações do citoesqueleto e outras mais que iniciam o processo de engolfamento.