Bloco E. Fonte: Biologia molecular
da célula. Bruce et al. 5 Edição. Este resumo não substitui a leitura completa
do livro.
MAPA TEÓRICO
·
A molécula-sinal
extracelular (MSE)
o
As MSE se ligam a receptores específicos.
o
As MSE podem agir a pequenas ou a grandes distâncias
o
Cada célula está programada para responder a combinações específicas de
moléculas-sinais extracelulares
o
Diferentes tipos celulares respondem a diferentemente à mesma MSE
o
Morfógeno
o
Que ativam receptores intracelulares ( NO e esteróides)
o
As células podem usar múltiplos mecanismos para responder abruptamente a
um aumento gradual na concentração de um MSE.
o
As células podem ajustar sua sensibilidade ao sinal
·
Os receptores
o
intracelular: receptores nucleares
são proteínas reguladoras gênicas moduladas por ligação
o
Extracelular: Os receptores associados a: canais iônicos, proteína G e
enzimas
·
As vias: Proteínas
de sinalização intracelular (PSI)
o
A maioria dos receptores de superfície celular ativados transmite sinais
por meio de pequenas moléculas e de uma rede de PSI
o
Muitas PSI atuam como comutadores moleculares que são ativados por
fosforilação ou ligação ao GTP
o
Complexo de sinalização intracelular: conjunto de PSI, aumenta a
velocidade, eficiência e especificidade da resposta.
o
Os domínios de ligação modulares: a interação com os PSI, As redes de sinalização intracelular: o circuito de retroalimentação
Vale ressaltar que, tanto o MSE, quanto receptores e vias trabalham em
conjunto em uma célula, a divisão é apenas teórica para facilitar o
entendimento do conteúdo.
1 - A MOLÉCULA-SINAL
EXTRACELULAR
Parte I
A comunicação célula-célula ocorre
através da emissão e recepção de sinais moleculares que são recebidos por
proteínas receptoras. Essas proteínas podem está localizadas na superfície
extracelular ou intracelular aos quais as MSE se ligam. Esta ligação ativa o
receptor da célula alvo e por conseguinte uma ou mais vias intracelulares mediadas
por uma séria de Proteínas Sinalizadoras Intracelulares (PSI). Os PSI podem
está associados formando complexos de sinalização como também unidos a domínios
de ligações modulares. Finalmente, uma ou mais proteínas alteram a atividade de
proteínas efetoras, alterando, assim, o comportamento da célula. Dependendo do
sinal, do estado e da natureza da célula receptora, estes efetores podem ser,
entre outros, proteínas reguladoras de genes, canais iônicos, componentes de ma
via metabólica, ou partes do citoesqueleto (figura).
Palavras chaves: Moléculas-sinais,
receptores, células-alvo, proteínas sinalizadoras intracelular e efetoras.
Parte II
Existem diferentes tipos de molécula-sinal extracelular
(MSE),formadas por proteínas, aminoácidos, nucleotídeos, esteroides, retinóis,
derivados de ácido graxo, gases dissolvidos e principalmente pequenos
peptídeos. Os sinais extracelulares tanto podem ser hidrofílicos quanto
hidrofóbicas. Os hidrofílicos são incapazes de atravessar a Membrana da
célula-alvo; logo se ligam a receptores de superfície, que por sua vez geram
sinais no interior desta célula, os hidrofóbicas ou suficientemente pequenos conseguem
difundir pela membrana e se ligarem a receptores intracelular na célula-alvo –
no citosol ou núcleo. Uma vez no interior da célula, elas regulam diretamente a
atividade de proteínas intracelulares específicas. Um importante exemplo é o
óxido nítrico, que nos mamíferos, das muitas funções que exerce, relaxa a
musculatura lisa dos vasos sanguíneos, outro exemplo citado pelo autor são os
hormônios esteroides (testosterona), tireoides, gênicos, vitamina D e retinóis que se ligam a proteínas receptores intracelulares e alteram a capacidade de
controlar a transcrição de genes específicos, sendo assim, reguladoras gênicas.
Valem lembrar que, existem, também, reguladores gênicos produzidos por sinais
oriundos de receptores da superfície da membrana através das proteínas de
sinalização intracelular que ativam proteínas efetoras.
Os sinais podem
manter-se ligados ao receptores de forma permanente (mecanismo de memória
celular) ou parcialmente, sendo estes removidos do receptor. A remoção
dependerá, dentre outros fatores, da
velocidade de destruição ou reposição das moléculas afetadas por ela. Os MSEs podem
ser liberadas por exocitose a partir das células
sinalizadoras no espaço extracelular, difusão ou exposição na superfície
externa da célula. As MSE, liberadas podem agir a pequena ou grande
distância ( longa ou curta). Essa ação dependerá do tipo de célula sinalizadora
(contato,parácrina, sináptica ou endócrina) que produz o sinal para a
célula-alvo. A célula-alvo pode está em contado, próximo ou a longas
distâncias. A sinalização por contato
requer que as células estejam em contato direto; membrana-membrana.
Geralmente, esse tipo de sinalização,ocorre no desenvolvimento embrionário e
respostas imunes. Já a sinalização a distância acontece quando as MSE são
secretados para o fluido extracelular.
§
Célula de sinalização parácrina: os sinais atuam localmente sobre células alvo
próximas. Aqui as células sinalizadoras
e alvo podem ser iguais ( câncer) ou diferentes. Para que os MSE ajam
localmente, estes devem interagir com a matriz extracelular que diminui seu
pontecial de difusão restringindo seu alcance.
·
Célula de sinalização
sináptica:
desenvolveram ramificações (axônios), a fim de entrar em contato com a
célula-alvo distante por intemédio dos neurotransmissores.
·
Célula de sinalização
endócrina: Suas MSE são
os hormônios que são secretados na corrente sanguínea agindo em logas
distâncias.
Diferença entre a sinalização sináptica e endócrina
Célula de
sinalização sináptica
|
-Lenta, pois é difundida
pelo corrente sanguínea
-Sinais muito diluídos, menor
concentração
-hormônios
- dissociação baixa
|
Célula de
sinalização endócrina:
|
-Rápida,
difusão por contato sináptico
-Sinais menos diluídos, maior concentração
-Mais precisa
em relação ao tempo x espaço
-
- dissociação
rápida dos receptores
|
Observação: Existem mecanismos que permitem
às células endócrinas e os neurônios coordenarem a longa distância o
comportamento celular.
Observação 2: A função das junções ocludentes. Essas junção são definidas como canais aquosos
estritos que conectam citoplasmas de células epiteliais adjacentes. Esta
permite que informações sinalizadas seja compartilhadas pelas células vizinhas moléculas pequenas intracelular como: AMP cíclico, Cálcio entre outro.
Exemplo de comunicação por junção; quando o nível de glicose está
baixo no sangue, a noradrenalina estimula a sinapse em células hepatócitos que
aumentam a concentração de AMP, que por sua vez estimula a quebra de glicogênio
produzindo glicose livre.
Palavra-chave: Tipos de célula de
sinalização, junção ocludente, MSE, célula-alvo.
Parte III
Cada tipo celular exibe um
conjunto de receptores
que tormam capazes de responder a um conjunto de MS produzidas por outras
células. Essas moléculas regulam o comportamento celular trabalhando de forma
coordenada. Essa diferenciação de conjuntos de resposta está ligado a
característica específica de cada célula formada através do seu desenvolvimento
de especialização celular. Por exemplo, muitas células epiteliais requerem
sinais de sobrevivência da lâmina basal sobre a qual elas se acomodam; se
perderem o contato com a lâmina da matriz, elas morrem por apoptose.
A combinações específicos de MSE podem obter as seguintes
respostas:
§
Sobrevivência
§
Crescimento
e divisão
§
Diferenciação
§
Morte
por apoptose
Um mesmo MSE pode agir em diferentes tipos de células
produzindo respostas diferentes ou um mesmo tipo de célula. Esse fato pode ser
resumido abaixo:
(1) Um mesma MSE que atua sobre diferente tipos de células produz
respostas diferentes. A acetil-colina produz respostas diferentes em células
cardíacas e musculares, por exemplo, nas células cardíacas este sinal diminui a
velocidade de contração, já no músculo, aumenta a velocidade. Este fato é
explicado através das diferentes respostas intracelulares de cada célula.
(2) Um mesmo MSE que atua sobre o mesmo tipo de célula, pode ter,
qualitativamente, diferentes efeitos dependendo da concentração do sinal. Essa
resposta é importante para as células se diferenciarem. As MSE que atuam
durante o desenvolvimento são chamadas de morfógeno.
Essa diferença no gradiente de concentração leva a níveis diferentes de
ativação de receptores que resultam em diferentes padrões de expressão gênica.
A velocidade de resposta depende:
§
Mecanismos
de liberação do sinal x Natureza da resposta da célula-alvo
§
Aumenta a
velocidade ( mudanças alostérica), Diminui
a velocidade ( expressão gênica)
A resposta celular depende:
§
Conversão
das proteínas sinalizadoras intracelulares passarem da forma inativa para ativa
ou sua síntese-degradação
§
Tipos
de receptores
§
Dos
diferentes tipos de MS
§
Dissociação
das Ms dos receptore e liberação
§
Exposição
prolongada do estímulo reduz uma resposta, ou seja, alterações na concentração
das MSE alteram a respota.
2 – OS RECEPTORES
Os receptores podem ser de superfície celular como
intracelulares. Os receptores são proteínas
formada por regiões, sendo uma delas com um domínio de interação com o
ligante. Os receptores intracelular que altera a capacidade de controlar a
transcrição de genes específico são chamados de nucleares. Os receptores
nucleares tanto podem ser regulados por metabólitos intracelulares ( mamíferos)
como por moléculas-sinal secretadas. Alguns destes receptores estão localizados
no citosol, outros ligados ao DNA no núcleo. A superfamília dos receptores
nucleares apresentam uma estrutura semelhante. Possuem duas formas: inativa(geralmente
ligado a um inibidor) e ativa. As proteínas receptoras nucleares estão, às
vezes, presentes também na superfície da célula, onde atuam por mecanismos diferentes dos quando no citosol ou núcleo. Existe também os receptores de
superfície celular que convertem sinais extracelulares em intracelulares, no processo chamado de transdução de sinal.
Estes receptores podem está associados ou não a proteínas ( G, enzimas,
sinalizadoras intracelulares), canais iônicos.
Parte IV
A maioria das proteínas receptoras de superfície celular
pertence a três classes, definidas por seu mecanismo de transdução, são eles:
associados a canais iônicos, à proteína G e a enzimas. Falaremos brevemente sobre eles:
(A) Receptores associado a canais
iônicos: envolvidos
na sinalização sináptica rápida entre células nervosas e célula-alvo mediado
por neurotransmissores que forma proteínas que interagem com o receptor presente
no canal fazendo com que este abra ou feche, temporariamente.
(B) Receptores associados à
proteína G:
todos os eucariontes usam receptores associados a proteínas G ( GPCRs). Estes
forma a maior família de receptores na superfície da célula e mediam a maioria
dos sinais extracelulares, bem como os sinais de outras células como hormônios, neurotransmissores e mediadores locais. Apresentam estrutura semelhante que
consiste em única cadeia polipeptídica que atravessa sete vezes a bicamada
lipídica. A ligação entre a MSE e o GPCRs provoca mudança conformacional no
receptor, que por conseguinte, ativa a proteína G. Esta proteína G pode está
ligada à face citoplasmática da membrana, acoplada funcionalmente e
fisicamente ao receptor, a enzimas ou canais iônicos da membrana. Existem
vários tipos de proteína G, cada uma específica para um conjunto particular de
receptor associados e para um conjunto particular de proteínas alvos na M.P
(Membrana Plasmática). As proteínas G triméricas são formadas por três
subunidades; alfa, beta e gama. A subunidade alfa quando não estimulada apresenta GDP ligada, quando ativada, esta sofre hidrolise liberando o GDP para
substituir por GTP. Logo, a unidade alfa é responsável pela ativação das
proteínas G. Algumas proteínas G regulam a produção de AMP cíclico, por
exemplo, A proteína-cinase depende de AMP cíclico sendo mediadas pela PKA. Os
GPCRs ativam várias vias de sinalização intracelular, uma delas é a via
adenilil-cicalse. Essa via aumenta a quantidade de Gs que aumenta a
concentração de cAMP no citosol, que por sua vez, ativa PKA, e suas subunidades
catalíticas liberadas entram no núcleo( proteínas efetoras – sinalização intracelular), onde fosforizam a proteína reguladora que estimulam a
transcrição gênica(elemento de resposta ao cAMP). Está via controla muitos
processos celulares, desde a síntese de hormônio pelas células endócrinas a
produção de proteínas necessária à indução de memória de longa duração.
As proteínas G ativam:
§
Enzimas
( adenili-ciclase)
§
Canais
iônicos ( aumentando à concentração de cálcio)
§
Permeabilidade
da membrana ou canal, Algumas
de forma direta outras indireta pela estimulação da fosforilação dos canais (
PKA..)
(C). Receptores associados a enzimas: Os receptores associados a enzimas (RAE) são proteínas transmembranar com um domínio de interação localizado tanto na superfície externa da MP como no citosol, associam-se diretamente a uma enzima, ou apresentando atividade enzimática intrínseca. Enquanto as GPCRs possuem sete segmentos os cada subunidade do RAE possuem apenas um segmento. Algumas vias de sinalização podem tanto ser ativados por uma ou dois segmentos
No livro, veremos exemplos de várias proteínas sinalizadoras
intracelures ou receptores adjacentes ligadas as subunidade: As ligadas às
tirosinas fosforiladas, as proteínas adaptadora (Drk), efexina, PI 3 cínase,
STAT 1, JAKS, Receptor tipo I, entre
outros.
Existem seis classes de receptores associados a enzimas:
·
Tirosina-cinase:
fosforilam tírosinas específicas próprias e em um pequeno grupo de proteínas
sinalizadoras intracelulares
·
Associados
à tirosina-cinase: n têm atividade enzimática intrínseca, mas recrutam,
diretamente, proteínas tirosina-cinases citoplasmática para transmitir o sinal
·
Serinatreonina-cinase:
fosforilam serinas ou treoninas específicas próprias e em proteínas reguladoras
gênicas latente, com as quais associam.
·
Associados
à histamina-cinase: ativam uma via de sinalizacao de dois componentes na qual a
cinase fosforila suas protepias histidinas e transfere o fosfato imediatamente
para uma segunda proteína sinalizadora intracelular.
·
Guantili-ciclase
catalisam, diretamente, a produção de GMP cíclico
·
Tirosina-fosfatases:
similares a receptor removem grupos fosfato de tirosinas de proteínas
sinalizadoras intracelulares específicas
A classe de receptores tirosina-cinases
Muitas proteínas-sinal extracelulares atuam via receptores
tirosina cinases (RTKs tirosina-cinase. Eles geralmente, atuam nas vias de
crescimento, formado por subfamílias), que apresentam um domínio externo rico
em cisteína e internamente: receptor EpH que tem como ligante a efrina, os NGF,
EGF, de insulina, entre outros. Sua ação ocorre quando as tirosinas fosforiladas
no receptores servem como sítios de ancoragem para proteínas de sinalização intracelular.
Logo, as mais diferentes proteínas sinalizadoras
intracelulares podem se ligar às fosfatidilserinas dos cistinas de RTKs ativados
ou nas ancoradas ao receptor. Um exemplo interessante é a ativação da ancora PI
3-Cinase, esta cinase fosforila principalmente fosfolipídeos de inositol
gerando os chamados fosfoinositídeos. A produção dos fosfoinositídeos servirão
de sítio de ancoragem para várias proteínas de sinalização
intracelular.(figura), elas tem função central na promoção da sobrevivência
celular e crescimento. Para que um organismo multicelular cresça, suas células
devem crescer(acumular massa e aumentar o tamanho). Se as células simplesmente
se dividirem sem crescimento, elas ficarão progressivamente menores, e o
organismo como um todo permanecerá do mesmo tamanho. Sinais extracelulares são
requeridos para as células cresçam e se dividam, além de sobreviverem.
Assim, alguns fatores de crescimento estimulam o desenvolvimento e
sobrevivência de muitos tipos de células animais. Esse fatores se ligam aos
RTKs, os quais ativam a PI 3-cinase para produzir fosfoinositídeos PI( 3,4,5)P3
ou PIP3. Os PIP3 recrutam duas proteínas cinase para a membrana plasmática via
PH-Akt. As Akt são ativadas que fosforila várias proteínas alvo na MP, citosol
e núcleo. O efeito observado na maioria dos alvos é sua inativação cooperando
assim com a sobrevivência celular. Quando a Akt fosforila uma proteína
conhecida como bad, ela inativa-se, contudo, seu estado não fosforilado,
provoca a morte celular por apoptose.
Um exemplo que também pode ser citado dentro desta
classe de receptores são os q recebem sinais de citocinas ativando vias de
sinalização JAK-STAT. Os receptores de citocinas estão associados, de forma
estável, a uma classe de tirosina-cinase citoplasmática denominada de JAKS,
elas ativam proteínas reguladoras gênicas chamadas de STAtS. Essa proteínas
estão localizam-se no citosol e são referidas como proteínas reguladoras
gênicas latente porque migram para o núcleo e regulam a transcrição somente
após serem ativadas. A ligação da citosina altera a organização, causando a
aproximação de duas JAKs para que possam fazer transfosforilação, aumentando,
assim, a atividade de seus domínios de tirosina-cinase.Elas fosforilam as
tirosinas dos receptores de citocinas, criando sítios para a ancoragem do
STATs. São conhecidas, pelo menos, 6 STATs nos mamíferos. Dentre sua resposta
estão: ativação dos macrófagos, aumenta da resistência celular frente a
infecção, produção de leite, eritrócitos entre outros
AS VIAS: PROTEÍNAS DE SINALIZAÇÃO INTRACELULAR (PSI)
Os PSIs são moléculas de sinalização intracelular ativadas em
resposta aos sinais que se ligam a receptores associados a proteína G ou
enzimas na superfície celular. Os PSI atuam em proteínas alvos que serão
responsável pela mudança comportamental celular.
Algumas das funções das PSI
1- transmissão: transmitir a
mensagem para o próximo componente da cadeia de sinalização
2- suporte: reunir duas ou mais
PSI para que possam interagir
3- amplificar; o sinal que recebe
produzindo grandes quantidades de mediadores intracelulares ou ativar várias
cópias de uma proteína sinalizadora, provocando uma reposta ampla ou cascata de
sinalização.
4- transduzir: o sinal que recebe,
de forma diferente
5- propagar o sinal a partid de
PSI secundários
6- ancorar as PSI
7- modular a atividade de outras
PSI, regulação sua ação.
PARTE V
As PSIs utizam algumas estratégias
no processamento do sinal:
(1)
comutação= muitas PSI passam de conformação inativa para ativa, fênomeno
conhecido como comutadores moleculares. Exemplo: os comutadores moleculares que
são ativados inativados por fosforilação ( adição ou remoção do grupo fosfato)
através das protínas cinase e fosfatase
(2) Detectores de coincidência= os
sinais A e B ativam diferentes vias de sinalização intracelular, que levam à
fosforilação de diferentes sítios da proteína Y. Está é ativada somente quando
ambos os sítios forem fosforilados, ou seja, é ativada somente usando os sinais
A e B estiverem presentes
simultaneamente.
(3) Os complexos de sinalização
intracelular = formado pelo receptor e vários PSI unidos por diferentes
mecanismos, seja através das proteínas de suporte, seja através de um ou mais
receptores, seja por proteínas G. Os complexos aumentam a velocidade,
eficiência e especiicidade da resposta. Os complexos são formados quando um MSE
ativa múltiplas vias de PSI paralelas. Eles podem ser montados tanto no receptor
quando em proteínas ancoradas.
(4)Domínios de ligação modulares =
quando os PSIs estão reunidos, sua proximidade ativa-os, fenômeno que recebe o
nome de proximidade induzida, na qual um sinal desencadeia a montagem é
utilizado na transmissão entre as proteínas. Entretanto, Os domínios de
interação permitem que as proteínas se liguem umas às outras em combinações
múltiplas. os domínios de interações podem ser uma sequência petídica curtas, altamente conservada, modificações covalentes, entre outras, estes domínios
unem PSIs de diferentes tipos possibilitando novas vias de sinalização. Logo a
inserção em qualquer local na PSI de um novo domínio preexistente possibilita
novas vias. Algumas PSIs possuem apenas dois, ou mais domínios de interação e
funcionam somente como adaptadores para reunir duas ou mais proteínas em uma
via.
(5) As redes de sinalização
intracelular utilizam circuitos de retroalimentação = os produtos da PSI atuam
na retroalimentação negativa ou positiva. São muito importantes, pois regulam
muitos processos químicos e físicos na célula.
Nenhum comentário:
Postar um comentário