MEMBRANAS CELULARES E NOES DE VIA DE TRANSMISSO
MEMBRANAS CELULARES E NOÇÕES DE VIA DE TRANSMISSÃO DE SINAIS
TRANSDUÇÃO DE SINAIS • Habilidade das células de receber e reagir a sinais advindos do meio extracelular através da membrana. • Estes sinais são detectados por um receptor específico e convertidos em uma resposta celular (desencadeiam reações químicas).
TRANSDUÇÃO DE SINAIS • A via de sinalização complexa no interior de uma célula começa com um único evento essencial – a ligação entre uma molécula sinalizadora, ou ligante, e sua molécula receptora, ou receptor.
TRANSDUÇÃO DE SINAIS • Receptores e ligantes possuem várias formas, mas todas têm uma coisa em comum: Existem em pares estreitamente alinhados, com um receptor reconhecendo apenas um (ou poucos) ligantes específicos, e um ligante se ligando a apenas um (ou poucos) receptores alvos. • A ligação de um ligante a um receptor muda sua forma ou atividade, permitindo-lhe transmitir um sinal ou produzir diretamente uma mudança dentro da célula.
TRANSDUÇÃO DE SINAIS
Tipos de receptores • Os receptores apresentam natureza proteica e são de vários tipos, sendo divididos em duas categorias: • Receptores intracelulares – Encontrados dentro da célula (no citoplasma - citosol ou núcleo celular). Exemplo: receptores de estrógenos, aldosterona, cortisol. . . • Receptores de superfície celular - Encontrados na membrana plasmática. Exemplo: receptor de insulina, glucagon, ocitocina, ADH. . . • Há aproximadamente de 2. 000 a 100. 000 receptores por células.
TIPOS GERAIS DE TRANSDUTORES DE SINAIS
Receptores intracelulares • Na maioria dos casos, os ligantes de receptores intracelulares são pequenos, moléculas hidrofóbicas. • Quando um hormônio entra em uma célula e se liga ao seu receptor, isto faz com que o receptor mude de forma, permitindo que o complexo hormônioreceptor entre no núcleo (se já não estava lá) e regule a atividade gênica. • A ligação do hormônio expõe regiões do receptor que têm atividade de ligação ao DNA, o que significa que eles podem se ligar à sequências específicas do DNA. Estas sequências são encontradas próximas a certos genes no DNA da célula, e quando o receptor liga-se próximo a estes genes, ele altera seu nível de transcrição.
Crédito da imagem: "Signaling molecules and cell receptors: Figure 3, " de Open. Stax College, Biology (CC BY 3, 0).
Receptores de superfície celular O ligante não precisa atravessar a membrana plasmática. Portanto, muitos tipos diferentes de moléculas (incluindo aquelas grandes, hidrofílicas ") podem agir como ligantes. Um receptor de membrana plasmática típico tem três diferentes domínios, ou regiões de proteína: • um domínio extracelular ("fora da célula") de ligação ao ligante, • um domínio hidrofóbico que se estende através da membrana • um domínio intracelular ("dentro da célula"), o qual geralmente transmite um sinal. O tamanho e a estrutura destas regiões podem variar dependendo do tipo de receptor, e a região hidrofóbica pode consistir de vários resíduos de aminoácidos que cruzam a membrana.
Receptores de Membrana Canais iônicos dependentes de ligantes • São canais iônicos que podem abrir em resposta à ligação de um ligante. Para formar um canal, este tipo de receptor de membrana celular tem uma região intramembranal com um canal hidrofílico no meio dele. O canal permite que íons atravessem a membrana sem precisar tocar o núcleo hidrofóbico da camada fosfolipídica. • Quando um ligante se liga à região extracelular do canal, a estrutura da proteína se modifica de uma forma tal que íons de um tipo específico, tais como Ca ou Cl, podem passar. • Neurônios possuem canais dependentes de ligantes que são ligados por neurotransmissores.
Imagem modificada de "Signaling molecules and cell receptors: Figure 4, " de Open. Stax College, Biology (CC BY 3, 0).
Receptores de Membrana Acoplados à proteína G • Receptores acoplados à proteína G (GPCRs) são uma grande família de receptores de membrana plasmática heterogêneos que compartilham uma estrutura e um método de sinalização comuns. • Todos os membros da família GPCR têm sete diferentes segmentos de proteínas que atravessam a membrana, e transmitem sinais no interior da célula através de um tipo de proteína chamada de proteína G.
Receptores de Membrana Acoplados à proteína G • Uma classe particularmente interessante de GPCRs é o dos receptores odoríferos (perfume). • Existem cerca de 800 deles nos seres humanos e cada um se liga a uma "molécula de odor" própria - como uma determinada substância química no perfume, ou um certo composto liberado por peixe podre - e faz com que um sinal seja enviado para o cérebro, fazendo-nos sentir um cheiro.
Receptores de Membrana Acoplados à proteína G • Proteínas G são de diferentes tipos, mas todos eles se ligam ao nucleotídeo guanosina trifosfato (GTP), o qual ele pode quebrar (hidrolisar) para formar o GDP. • Uma proteína G ligada ao GTP está ativa, ou "ativada", enquanto que uma proteína G que está ligada ao GDP está inativa, ou "desativada". • As proteínas G que se associam com GPCRs são compostas por três subunidades, conhecidas como proteínas G heterotriméricas. Quando elas estão conectadas a um receptor inativo, estão sob a forma "desativada" (ligada ao GDP).
Imagem modificada de "Signaling molecules and cell receptors: Figure 5, " de Open. Stax College, Biology (CC BY 3, 0).
TIPOS DE PROTEÍNAS G • Tipos de proteínas G que interagem com diferentes receptores e controlam diferentes efetores (AMPc): • Proteína G inibitória (Gi) – inativada pela toxina pertussis. • Proteína G estimulatórias (Gs ou Ge) – ativada pela toxina do vibrião da cólera. • Proteína G ativadora da fosfolipase C (Gq).
TIPOS DE PROTEÍNAS G
Receptores de Membrana Tirosina quinases • Receptores tirosina quinases (RTKs) são uma classe de receptores ligados a enzima quinase - transfere grupos fosfato para uma proteína ou outro alvo, e um receptor tirosina quinase transfere grupos fosfato especificamente para o aminoácido tirosina. • Moléculas sinalizadoras se ligam a domínios extracelulares de dois receptores tirosina quinase próximos. Os dois receptores vizinhos então se juntam, ou dimerizam. Os receptores então anexam fosfatos às tirosinas nos domínios intracelulares um do outro. A tirosina fosforilada pode transmitir o sinal para outras moléculas na célula(fatores de crescim. ).
Imagem modificada de "Signaling molecules and cell receptors: Figure 7, " de Open. Stax College, Biology (CC BY 3, 0).
Tipos de Ligantes • Ligantes, que são produzidos por células sinalizadoras e interagem com receptores no interior ou na superfície das células alvo, são de grande variedade. • Alguns são proteínas, outros são moléculas hidrofóbicas como esteroides, e outros ainda são gases como óxido nítrico.
Ligantes que podem entrar na célula • Pequenos ligantes hidrofóbicos podem passar através da membrana plasmática e se ligar a receptores intracelulares no núcleo ou no citoplasma. No corpo humano, alguns dos mais importantes ligantes deste tipo são os hormônios esteroides - incluem o hormônio sexual feminino estradiol , o hormônio sexual masculino testosterona, a vitamina D (uma molécula sintetizada na pele usando energia da luz). Não têm problema em atravessar a membrana plasmática, mas devem se ligar a proteínas carreadoras para viajar pela corrente sanguínea (aquosa).
RECEPTORES ESTEROIDES Imagem modificada de "Signaling molecules and cell receptors: Figure 8, " de Open. Stax College, Biology (CC BY 3, 0).
Ligantes que podem entrar na célula • Óxido nítrico (NO) é um gás que age como um ligante. Como os hormônios esteroides, pode se difundir diretamente através da membrana plasmática graças ao seu pequeno tamanho. Um dos seus papeis chave é ativar uma via de sinalização no músculo liso em torno dos vasos sanguíneos, aquela que faz o músculo relaxar e permite que os vasos sanguíneos se expandam (dilatação). De fato, a droga nitroglicerina trata doenças do coração desencadeando a liberação de NO, dilatando os vasos para restaurar o fluxo sanguíneo para o coração. • NO tem se tornado melhor conhecido porque a via que ele afeta é alvo de medicamentos prescritos para disfunção erétil, como o Viagra.
Ligantes que ligam do lado externo da célula • Ligantes solúveis em água são polares ou carregados e não podem atravessar a membrana plasmática facilmente. Portanto, a maioria dos ligantes solúveis em água se ligam aos domínios extracelulares dos receptores de membrana plasmática, ficando na superfície exterior da célula. • Ligantes de peptídeo (proteína) compõem a maior e mais diversa classe de ligantes solúveis em água. Por exemplo, fatores de crescimento, hormônios como a insulina, e certos neurotransmissores são classificados nesta categoria. Alguns neurotransmissores são pequenas moléculas orgânicas, hidrofílicas.
CARACTERÍSTICAS Especificidade Dessensibilização Amplificação Integração
SEGUNDOS MENSAGEIROS • Produzidos dentro da célula-alvo como resultado do acoplamento do ligante-receptor. • Retransmitem o sinal de um local para o outro. • Responsáveis por uma cascata de mudanças que ocorrem dentro da célula e que resultam em uma modificação da função ou identidade celular. • Segundos mensageiros: aminoácidos, peptídeos, proteínas, ácidos graxos, lipídios, nucleosídeos ou nucleotídeos.
Um sinal extracelular pode ter efeitos bem diferentes em tecidos ou células diferentes dependendo: • 1. Tipos de receptor; • 2. Tipo de proteína G (estimulatória ou inibitória) com a qual o receptor estiver acoplado; • 3. Conjunto das enzimas-alvo na célula.
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