Biossinalização e Transdutores de Sinal

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BIOQUÍMICA METABÓLICA – ODONTOLOGIA
Aula 13 (Prof.ª Elaine)
BIOSSINALIZAÇÃO
Entender como os hormônios regulam o metabolismo, como os sinais extracelulares regulam o metabolismo, pois ocorre catabolismo/anabolismo dependendo da condição em que o organismo estiver.
Alguns sinais aos quais a célula responde: antígenos, glicoproteínas/oligossacarídeos na superfície da célula, sinais para o desenvolvimento, componentes da matriz extracelular, fatores de crescimento, hormônios. FOCO PARA OS HORMÔNIOS E MECANISMOS DOS ORGÃOS DO SENTIDO!
Fatores que influenciam a sensibilidade dos mecanismos de regulação: 
Especificidade: cada receptor é específico para uma determinada substância;
Amplificação: normalmente, o receptor está acoplado a uma enzima, e essa enzima ativa uma cascata de outras enzimas. Isso é progressivo em quantidade (uma enzima ativa outras 3 enzimas, e cada uma dessas enzimas ativa mais 3 enzimas...). Além de amplificar o sinal, essa cascata é importante para a regulação (aumentar/reduzir sínteses);
Desensibilização/Adaptação: algo acontece que quebra essa interação “receptor-substância”, que vai ativar esse receptor para que ele volte ao estado normal e possa novamente pegar uma nova substância para reiniciar um sinal;
Integração: é possível que haja dois receptores que vão responder a sinais semelhantes, o que vai maximizar mais ainda a resposta. 
ETAPAS DA SINALIZAÇÃO
Sinal Sinal + Receptor Receptor + Maquinaria celular Produção de 2º mensageiro ou alteração da atividade da proteína Alteração da atividade da célula alvo Fim da transdução Retorno da célula ao estado pré-estímulo
TIPOS DE TRANSDUTORES DE SINAL
Receptor mediado por canais iônicos: o sinal vai abrir ou fechar o canal de íons, e esse canal joga os íons para fora ou para dentro da célula e altera o potencial de membrana. Isso está muito associado aos neurotransmissores.
Receptor tipo enzima: na porção extracelular, encontramos a proteína transmembrana, onde o sinal é reconhecido, e na porção intracelular, ela está acoplada a outras proteínas, mas sofre uma mudança conformacional com a ligação do sinal ao receptor (normalmente fosforilação), e isso desencadeia o sinal (é uma atividade de auto fosforilação). (Ex.: Insulina). 
Receptor tipo serpentina: são proteínas que tem sete domínios transmembrana, e ligadas a ela estão proteínas que são responsáveis pela transdução do sinal (proteínas G). Quando a molécula sinal liga ao receptor, a proteína G que está acoplada se solta e ativa uma enzina, que gera um segundo mensageiro, que gera uma resposta intracelular. (Ex.: epinefrina). 
Receptores esteroides: precisam percorrer o sangue, mas como são lipídios, não são solúveis em água, e não conseguem fazer isso sozinho, então eles são transportados acoplados à proteína. Quando chegam à célula alvo, o hormônio dissocia da proteína no meio extracelular, atravessa a membrana plasmática, a membrana do núcleo e lá ativa/reprime a transcrição de genes (controla os níveis de expressão das proteínas nas células). 
Detalhando cada um...
RECEPTOR MEDIADO POR CANAIS IÔNICOS
Nas células (neurônios), existe um canal chamado sódio-potássio-ATPase, e esse canal tem a função de transportar para o meio extracelular três moléculas de sódio e para o meio intracelular, duas moléculas de potássio. As duas são positivas, mas está sendo transportada mais carga positiva para fora, e menos carga positiva para dentro. Então quando essa bomba começa a agir, o meio extracelular fica mais positivo que o meio intracelular POTENCIAL DE MEMBRANA. Geralmente é de 60 mV. 
Um exemplo de neurotransmissor que realiza esse mecanismo de canais iônicos é a Acetilcolina (hormônio que liberamos no repouso). Seu receptor tem dois sítios de ligação para ela, e o canal sem a acetilcolina tem uma conformação com aspecto “aberto para fora”. Quando a acetilcolina se liga, o canal abre a comunicação entre meio extracelular e intracelular, e o sódio e o cálcio são mandados para dentro. Se entrou sódio e cálcio, há uma proximidade do equilibro de cargas entre os dois lados – despolarização. Quando isso ocorre, as vesículas que contem acetilcolina vão ser direcionadas para o final do axônio, na membrana, e liberam a acetilcolina na sinapse. Após a excitação, é necessária a desensibilização. Então a acetilcolina precisa ser removida, e sendo removida, o receptor volta ao estado de repouso para um novo estímulo possa ocorrer. 
RECEPTOR ENZIMÁTICO
Exemplo da insulina. 
No meio extracelular se tem o domínio em que a proteína se liga à molécula sinal, e no meio intracelular se tem o domínio que tem a atividade de autocatálise (a fosforilação). A molécula que se liga no meio extracelular é a insulina. Quando ela se liga, o receptor muda de conformação e é fosforilado em um resíduo de tirosina. Essa fosforilação é a chave para iniciar a sinalização. Por isso ele é “receptor tipo enzima”, por receber o sinal e ter atividade de autocatálise. É uma cascata de fosforilação. Ação da insulina na ativação da glicogênio sintase: além de todo aquele mecanismo de fosforilação em cascata, ela interage com proteínas que controlam a atividade da glicogênio sintase. No final, a cascata da insulina no controle da glicogênio sintase vai inativar a proteína que faz a fosforilação da glicogênio sintase. Inativando essa proteína, a glicogênio sintase estará na forma ativa. Se a glicogênio sintase está trabalhando, ela tem que transportar glicose para dentro da célula, para fazer a síntese do glicogênio. Tudo isso é acelerado, pois se o sinal ativou a glicogênio sintase, é necessário mais substrato (glicose), então o transportador deve ir para a superfície da célula, pegar a glicose e transportar para o meio intracelular (aumenta a sensibilização). Conclusão: a insulina deve ser eficiente para as duas coisas – para ativar o receptor da glicose (para seu transporte) e para deixar a glicogênio sintase na forma ativa. 
RECEPTOR DO TIPO SERPENTINA
A proteína tem sete domínios transmembrana. No meio extracelular, tem o sítio de ligação para a molécula sinal (epinefrina) e a porção terminal da proteína está associada à proteína G. Uma vez que a epinefrina tenha se ligado ao receptor, a proteína G vai trocar o GDP por GTP. Agora, a proteína G vai ter mais afinidade por GTP. (apenas a subunidade alfa), e quando era GDP, as subunidades gama e beta tinham afinidade por ele. Quando ocorre essa troca, a subunidade alfa se dissocia das subunidades gama e beta, e se transloca (caminha pela membrana) até se associar a uma proteína que produz o segundo mensageiro. No caso da epinefrina, essa proteína é a adenilato ciclase – converte o ATP em AMP cíclico. Essa molécula é que agora vai produzir o sinal.
Outro exemplo é o acoplamento da proteína G à fosfolipase C: mesmo processo no ínicio; quando o hormônio se liga ao receptor, GDP é trocado por GTP, fazendo com que a subunidade alfa se dissocie, mas em vez de ligar à adenilato ciclase (caso anterior), vai ligar à fosfolipase C. Como fosfolipase degrada fosfolipídio de membrana (produzindo diacilglicerol e fosfatidilinositol trifosfato). Então, nesse caso os segundos mensageiros são diacilglicerol e inositol trifosfato. O inositol trifosfato se liga ao receptor tipo canal iônico, que está na membrana do retículo endoplasmático, e faz o fluxo de cálcio do retículo para o citosol. Esse é o sinal produzido: aumento da concentração intracelular de cálcio pelo inositol trifosfato. Esse aumento de cálcio serve para ativar a proteína C. E o diacilglicerol? Vai ativar diretamente proteína quinase C (C porque depende de fosfolipase). Resultado: aumento da fosforilação de proteínas C.
O que diferencia o caso da epinefrina do da fosfolipase C é o segundo mensageiro.
No caso do inositol, como ele promoveu o aumento da concentração de cálcio intracelular, depois essa concentração de cálcio tem que voltar ao normal. Uma maneira de voltar ao normal é o cálcio intracelular se ligar a proteínas que ligam cálcio. Calmodulina é uma delas. Ela tem vários sítios paracálcio, diminuindo a concentração de cálcio livre para fazer efeito, porque o cálcio apenas livre tem efeito. Então, ligar a Calmodulina é uma maneira de dessensibiliar a célula para uma nova resposta.
RECEPTORES ESTERÓIDES
Precisam percorrer o sangue, mas como são lipídios, não são solúveis em água, e não conseguem fazer isso sozinho, então eles são transportados acoplados à proteína. Quando chegam à célula alvo, o hormônio dissocia da proteína no meio extracelular, atravessa a membrana plasmática, a membrana do núcleo e lá ativa/reprime a transcrição de genes (controla os níveis de expressão das proteínas nas células). 
Serão mais detalhados na parte de mecanismo de ação de hormônios esteroides e tireoide, retinol, vitaminas D e E.
MECANISMO SENSORIAL
A diferença com relação aos mecanismos hormonais é que toda essa parte dos sentidos será mediada por neurônios (mediante canais iônicos, semelhante ao que acontecia com a acetilcolina). Semelhanças envolvidas: presença de proteína G, dessensibilidade de subunidades, etc...
VISÃO
Nos olhos, dois tipos de células: cones e bastonetes (neurônios especializados). A maior parte da intensidade luminosa é dada pelas células bastonetes. As células cones apenas fazem a sensibilização de cor, estando em menor número. 
Vai ocorrer o mesmo esquema do canal sódio-potássio-ATPase, e esse canal tem a função de transportar para o meio extracelular três moléculas de sódio e para o meio intracelular, duas moléculas de potássio. Na região externa, a bomba é fechada. Só estará aberta quando o nível de GMP cíclico for alto (na ausência de luz). Na presença de luz, ela degrada o GTP cíclico, e com pouco GTP cíclico, o canal fica fechado, havendo hiperpolarização da membrana (cada vez mais positivo fora, cada vez menos positivo dentro, pois o canal de retorno está fechado e o de saída está aberto). 
Proteína Rodopsina: fica na superfície da célula bastonete, sendo responsável por sentir a luz. É uma proteína transmembrana acoplada a transducina (proteína G). 
Mecanismo: vitamina A – vitamina da visão (retinol). A rodopsina tem uma molécula de cis-retinol (derivado da vitamina retinol) ligada a ela. Quando a luz ali incide, esse cis-retinol é convertido em trans-retinol, mudando sua conformação. Se ele muda sua conformação, a proteína G acoplada a ela sente essa modificação, substituindo o GDP por GTP. Como já visto, essa substituição faz com que a subunidade alfa caminhe e “ative alguma coisa”, mas dessa vez, em vez de ativar, ela vai tirar a inibição de uma proteína (fosfodiasterase), pois esta proteína está ligada a um inibidor. Quando a subunidade alfa chega, ela se liga ao inibidor e a fosfodiasterase fica ativa, convertendo GMP cíclico em GMP (lembrando que luz quebra o GMP, havendo hiperpolarização – canal fechado -, pois a subunidade alfa da proteína G tira a inibição da enzima que converte GMP cíclico em GMP). Há também na membrana a guanilato ciclase, que converte o GTP em GMP cíclico, ou seja, é a recuperação da célula, depois que passam alguns segundos do estímulo, devido a diminuição da concentração de cálcio.
A rodopsina recebe a luz -> o retinol passa de trans para cis -> como houve mudança conformacional, a proteína G sente, pois está acoplada -> o GDP é substituído por GTP -> a subunidade alfa vai de encontro à fosfodiasterase e tira o inibidor dela -> tirando o inibidor dela, converte GMP cíclico em GMP -> baixa o nível de GMP -> fecha o canal -> hiperpolarização -> sinal para o cérebro -> nível de cálcio reduz devido ao fechamento do canal -> reduzindo o nível de cálcio, ativa a guanilato ciclase (converte GMP em GMP cíclico) -> nível de GMP cíclico aumenta -> abre o canal -> polarização volta ao normal -> rodopsina volta ao normal, acoplando a uma proteína que faz fosforilação, desligando, acoplando a outra proteína e mudando a conformação, voltando a forma trans. 
Recapitulando: 
2º mensageiro = GMP cíclico
Mecanismo = via proteína G – sensibilização 
OLFATO
Bem semelhante. Existe a molécula que gera o cheiro, que pode chegar ao receptor de olfato atravessando uma camada de muco sozinha ou associada a outra molécula que serve de transportadora. Isso varia. Quando chega o sinal, o receptor muda de conformação. A proteína G sente a mudança, substituindo GDP por GTP. A subunidade alfa caminha, ligando-se a adenilato ciclase, produzindo AMP cíclico. O AMP cíclico estimula a abertura do canal de cálcio. Quando o nível de cálcio está alto, inibe. Ao mesmo tempo, sai cloro.
Mecanismo de ação da Toxina Pertussis
Faz a ADP ribosilação da proteína G. Quando ela fica nessa forma, ela fica estável assim, ou seja, não há dissociação da subunidade alfa, mudando abertura e fechamento dos canais. O que isso causa no intestino? Os canais de cloro e bicarbonato (solutos) ficam constantemente abertos. Se vai um monte de soluto ao lúmen do intestino, precisa de água. 
Mecanismo de ação de hormônios esteroides e tireoide, retinol, vitaminas D e E
Todas essas moléculas são lipossolúveis, ou seja, são transportadas no sangue acopladas a proteínas do soro. Chegando na célula, a molécula é liberada, atravessa a membrana (pois é lipossolúvel) tanto da célula quanto do núcleo, se liga a proteínas que regulam a expressão de genes (ativando ou diminuindo). Por exemplo, a vitamina D: quando é produzida, ela chega nas células do intestino, atravessa, chega ao núcleo e ativam a transcrição de uma proteína que é receptora e transportadora de cálcio. O receptor para cálcio vai para as células do intestino e capta cálcio. 
Outros exemplos: competidor do estrógeno (tratamento de câncer de mama): o estrógeno (hormônio esteroide) atravessa a membrana do núcleo e ativa transcrição, replicação e etc... nesse caso, ele inibe o receptor do estrógeno no núcleo, mas não muda a conformação, não havendo a ativação, transcrição, replicação e etc, não havendo a devida divisão da célula – e antagonista da progesterona (término da gravidez): se liga ao receptor da progesterona (que é necessária na gravidez para fazer a implantação do feto no útero), mas não causa o efeito, não sintetizando as proteínas necessárias para a implantação (aborto).