bioquímica

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Curso de Farmácia 
Disciplina: Bioquímica Farmacêutica e Molecular 
Professora: Gabrielle Racoski Custódio 
Receptores acoplados à proteína G 
Receptores acoplados à proteína G (GPCRs) são uma grande família de receptores 
de membrana plasmática que compartilham uma estrutura e um método de sinalização 
comuns. São proteínas integrais de membrana caracterizadas por 7 hélices no domínio 
transmembrana. 
Há vários tipos de proteínas G (p. ex., Gs, Gi e Gq), mas todas são compostas de três 
subunidades de proteínas. A subunidade α liga trifosfato de guanosina (GTP), e as 
subunidades β e γ ancoram a proteína G na membrana celular. 
 
 
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! 
 
 
 
 
 
 
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Professora: Gabrielle Racoski Custódio 
Funcionamento: 
 
 Quando seu ligante não está presente, um receptor acoplado à proteína G permanece na 
membrana plasmática em um estado inativo. 
 A ligação a um agonista, muda a figura: o GPCR é ativado e faz com que a proteína G 
mude de GDP para GTP. 
 A proteína G agora ativa separa-se em duas partes (uma chamada subunidade α, a outro 
composto por duas subunidades β e γ), que são liberadas do GPCR. 
 As subunidades podem interagir com outras proteínas, acionando uma via de sinalização 
que leva a uma resposta. 
 Eventualmente, a subunidade α hidrolizará GTP de volta a GDP, nesse momento a 
proteína G se torna inativa, assim, remonta-se como uma unidade de três peças associada 
com o GPCR. 
A sinalização celular usando os receptores acoplados à proteína G é um ciclo, que 
pode se repetir várias vezes em resposta ao ligante. Algumas vezes, os efetores ativados 
produzem segundos mensageiros que ativam outros efetores adicionais na célula, causando 
um efeito cascata. 
 
 
 
 
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Professora: Gabrielle Racoski Custódio 
O sistema receptor b-adrenérgico atua por meio do segundo mensageiro cAMP 
A adrenalina dispara o alarme quando alguma ameaça exige que o organismo mobilize 
sua maquinaria de geração de energia; ela sinaliza a necessidade de “lutar ou fugir”. 
A ação da adrenalina é iniciada quando o hormônio liga-se ao seu receptor proteico 
na membrana plasmática de uma célula sensível à adrenalina. 
Os receptores b-adrenérgicos do músculo, do fígado e do tecido adiposo. Esses 
receptores controlam alterações no metabolismo energético, incluindo o aumento na 
degradação de glicogênio e gordura. 
 
A ligação da adrenalina ao sítio no receptor mergulhado na membrana plasmática 
(etapa 1) promove uma alteração conformacional no domínio intracelular do receptor que afeta 
sua interação com uma proteína G associada, promovendo a dissociação do GDP e a ligação 
do GTP (etapa 2). Em todos os GPCR, a proteína G é heterotrimérica, composta por três 
subunidades diferentes: α, β e γ. Tais proteínas G são, portanto, conhecidas como proteínas 
G triméricas. Neste caso, é a subunidade α que se liga ao GDP ou GTP e transmite o sinal do 
receptor ativado para a proteína efetora. Como esta proteína G ativa o seu efetor, ela é 
chamada de proteína G estimulatória, ou Gs. A Gs funciona como um “comutador” biológico: 
quando o sítio de ligação a nucleotídeos na Gs (na subunidade α) é ocupado por GTP, a Gs 
é ativada e pode ativar sua proteína efetora (neste caso, a adenilil-ciclase); com GDP ligado 
ao sítio, a Gs é inativada. 
 
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Na forma ativa, as subunidades β e γ da Gs dissociam-se, sob a forma de um dímero βγ, 
da subunidade a, e a Gsα, com o GTP ligado, move-se, no plano da membrana, do receptor 
a uma molécula de adenilil-ciclase próxima (etapa 3). A Gsα é mantida na membrana pela 
ligação covalente a um grupo palmitoil. 
A adenilil-ciclase é uma proteína integral da membrana plasmática, com o sítio ativo na 
face citoplasmática. A associação de Gsα ativa com a adenilil-ciclase estimula a ciclase a 
catalisar a síntese de cAMP a partir de ATP (etapa 4), elevando a [cAMP] citosólica. A 
interação entre Gsα e adenilil-ciclase é possível apenas quando Gsα está ligada a GTP. A 
adrenalina exerce seus efeitos pelo aumento na [cAMP] que resulta da ativação da adenilil-
ciclase. O 
 AMP cíclico, por sua vez, ativa alostericamente a proteína-cinase dependente de cAMP, 
também chamada de proteína-cinase A ou PKA (etapa 5), a qual catalisa a fosforilação de 
resíduos de Ser ou Thr em proteínas-alvo, incluindo a cinase da glicogênio--fosforilase β. 
Essa enzima está ativa quando fosforilada e pode iniciar o processo de mobilização do 
glicogênio a partir dos seus estoques no músculo e no fígado, na expectativa da necessidade 
de energia, como é sinalizado pela adrenalina. 
 
Como em muitas rotas de sinalização, a transdução de sinal pela adenilil-ciclase 
envolve várias etapas que amplificam o sinal hormonal original. Primeiro, a ligação de uma 
molécula de hormônio a uma molécula de receptor ativa cataliticamente muitas moléculas Gs 
que se associam com o receptor ativado uma após a outra. Depois, pela ativação de uma 
molécula de adenilil-ciclase, cada molécula de Gsα estimula a síntese catalítica de muitas 
moléculas de cAMP. O segundo mensageiro cAMP, então, ativa a PKA, e cada molécula da 
enzima catalisa a fosforilação de muitas moléculas da proteína-alvo – a cinase da fosforilase 
β. Essa cinase ativa a glicogênio-fosforilase β, o que leva à rápida mobilização de glicose a 
partir de glicogênio. 
O efeito líquido da cascata é a amplificação do sinal hormonal em várias ordens de 
magnitude, o que justifica a necessidade de concentrações muito baixas de adrenalina (ou 
qualquer outro hormônio) para a atividade hormonal. 
A adrenalina é somente um de muitos hormônios, fatores de crescimento e outras 
moléculas reguladoras que atuam por alteração na [cAMP] intracelular e, desta maneira, na 
atividade da PKA. Por exemplo, o glucagon se liga ao seu receptor na membrana plasmática 
dos adipócitos, ativando (via uma proteína Gs) a adenilil-ciclase. A PKA, estimulada pelo 
resultante aumento na [cAMP], fosforila e ativa duas proteínas essenciais para a mobilização 
dos ácidos graxos dos depósitos de gordura. 
 
 
 
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Canais iônicos dependentes de ligantes 
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 (atraído pela água) 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 Ca2+ ou Cl-, podem 
passar. Em alguns casos, o inverso é verdade: o canal é normalmente aberto, e a ligação com 
o ligante faz com que ele feche. Alterações nos níveis de íons dentro da célula podem mudar 
a atividade de outras moléculas, como enzimas de ligação iônica e canais sensíveis à 
voltagem, para produzir uma resposta. Neurônios, ou células nervosas, possuemcanais 
dependentes de ligantes que são ligados por neurotransmissores. 
 
 
O receptor nicotínico de acetilcolina controla a passagem do sinal de um neurônio 
eletricamente excitado em alguns tipos de sinapses e em junções neuromusculares (entre um 
neurônio motor e uma fibra muscular), desencadeando a contração muscular. A acetilcolina 
liberada pelo neurônio pré-sináptico ou pelo neurônio motor se difunde por alguns 
micrômetros até a membrana plasmática do neurônio pós-sináptico ou do miócito, onde se 
liga ao receptor de acetilcolina. Isso força uma mudança conformacional no receptor, 
causando a abertura de seu canal iônico. O movimento resultante de cátions para dentro da 
célula despolariza a membrana plasmática. Em uma fibra muscular, isso inicia a contração. O 
receptor de acetilcolina permite a pronta passagem de íons Na+, Ca2+ e K+, porém outros 
cátions e todos os ânions são incapazes de passar. 
 
 
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Inicialmente, a membrana plasmática do neurônio pré-sináptico está polarizada 
(interior negativo) pela ação da Na1K1-ATPase eletrogênica, que bombeia 3 Na1 para fora da 
célula para cada 2 K1 bombeados para dentro. 1. A estimulação deste neurônio (não 
mostrada) causa o avanço de um 
potencial de ação ao longo do axônio 
(setas azuis), que se distancia do corpo 
celular. A abertura de um canal de Na+ 
controlado por voltagem permite a 
entrada de Na+, e a despolarização 
local resultante causa a abertura dos 
canais de Na+ adjacentes, e assim por 
diante. A direcionalidade do movimento 
do potencial de ação é garantida pelo 
breve período refratário subsequente à 
abertura de cada canal de Na+ 
controlado por voltagem. 2. Uma fração 
de segundo após a passagem do 
potencial de ação por um ponto do 
axônio, canais de K+ controlados por 
voltagem se abrem, permitindo a saída 
de K+, o que causa a despolarização da 
membrana (setas vermelhas), 
preparando-a para o próximo potencial 
de ação. (Para maior clareza, os canais 
de Na+ e os canais de K+ estão 
ilustrados em lados opostos do axônio; 
ambos os tipos de canais estão 
distribuídos de maneira uniforme na 
membrana do axônio.) 3. Quando a 
onda de despolarização atinge a 
extremidade do axônio, canais de Ca2+ 
controlados por voltagem se abrem, 
permitindo a entrada de Ca2+. 4. O 
resultante aumento na [Ca2+] interna 
desencadeia a liberação, por exocitose, 
do neurotransmissor acetilcolina para 
dentro da fenda sináptica. 5. A acetilcolina liga-se a um receptor no neurônio (ou miócito) pós-
sináptico, levando à abertura de seu canal iônico controlado por ligante. 6. Na+ e Ca2+ 
extracelular entram por meio deste canal, despolarizando a célula pós-sináptica. O sinal 
elétrico, deste modo, foi transferido para o corpo celular do neurônio (ou miócito) pós-sináptico 
e irá deslocar-se ao longo do axônio até um terceiro neurônio (ou miócito) por meio desta 
mesma sequência de eventos. 
 
 
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Esta ilustração de um corte transversal pelo centro das hélices mostra cinco cadeias 
laterais de Leu (em amarelo), uma de cada hélice, projetando-se para dentro do canal e 
constringindo-o a um diâmetro pequeno demais para permitir a passagem de Na+, Ca2+ e K+. 
Quando ambos os sítios de ligação a acetilcolina (um em cada subunidade α) estão ocupados, 
ocorre uma mudança conformacional. À medida que as hélices se torcem levemente, os cinco 
resíduos de Leu são afastados do canal e são substituídos por resíduos polares menores (em 
azul). Este mecanismo de controle abre o canal, permitindo a passagem de Na+, Ca2+ e K+. 
Receptores ligados a enzimas 
Receptores ligados a enzimas são receptores de membrana plasmática com domínios 
intracelulares que estão associados com uma enzima. Em alguns casos, o domínio 
intracelular do receptor na verdade é uma enzima que cataliza a reação. 
Regulam primariamente funções celulares a longo prazo, iniciando cascatas de 
sinalização intracelular que culminam na ativação ou na inibição da expressão gênica. 
Essas alterações na expressão gênica dirigem vias muito fundamentais de resposta 
celular integrada, como divisão celular, morte celular programada ou diferenciação celular. 
 Receptores tirosina quinases (RTKs) – incluem receptores de fator de 
crescimento epidérmico (EGF), fator de crescimento derivado de plaquetas 
(PDGF), insulina e muitos outros fatores de crescimento polipeptídicos. 
 Receptores serina/treonina quinase – incluem receptores de fator de 
crescimento transformador-β (TGF- β) e proteínas morfogenéticas de osso (BMP). 
São fatores de crescimento com importantes papéis sinalizadores em 
desenvolvimento de tecidos em estágios fetais e neonatais e na manutenção do 
fenótipo de tecido diferenciado em adultos. 
 
 
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Receptores tirosina quinases (RTKs) são uma classe de receptores ligados a 
enzima encontrados em humanos e em muitas outras espécies. Uma quinase é apenas um 
nome para uma enzima que transfere grupos fosfato para uma proteína ou outro alvo, e um 
receptor tirosina quinase transfere grupos fosfato especificamente para o aminoácido tirosina. 
Como a sinalização por RTK funciona? Um exemplo típico, moléculas sinalizadoras 
primeiro 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 
à tirosinas nos domínios intracelulares um do outro. A tirosina fosforilada pode transmitir o 
sinal para outras moléculas na célula. 
 
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Diagrama de receptores tirosina quinase, mostrando a ligação com o ligante e a 
autofosforilação do receptor. 
Quando duas moléculas sinalizadoras se ligam a dois receptores próximos, os 
receptores dimerizam-se (formam pares). Os receptores pareados fosforilam os resíduos de 
tirosina um do outro no domínio intracelular (a porção da proteína localizada no interior da 
célula). Os receptores fosforilados podem interagir com outras proteínas no interior da célula 
para desencadear vias de sinalização que provoquem respostas. 
Em muitos casos, os receptores fosforilados servem como uma plataforma de encaixe 
para outras proteínas que contém tipos especiais de domínios de ligação. Uma variedade de 
proteínas contém estes domínios, e quando uma destas proteínas se liga, ela pode iniciar uma 
cascata de sinalização que leva a uma resposta celular. 
Receptores tirosina quinases são cruciais para muitos processos de sinalização em 
humanos. Por exemplo, eles se ligam a fatores de crescimento, moléculas de sinalização que 
promovem divisão celular e sobrevivência. Fatores de crescimento incluem fator de 
crescimento derivado de plaquetas (PDGF), que participa da cicatrização de feridas, e fator 
de crescimento de nervos (NGF), que deve ser fornecido continuamente para certos tipos de 
neurônios para mantê-los vivos. 
Por causa de sua função na sinalização de fator de crescimento, os receptores tirosina 
quinase são essenciais para o corpo, mas sua atividade deve ser mentida em balanço: 
receptores de fator de crescimento superativos estão associados com alguns tipos 
de cânceres. 
Mutações de certor genes RTK pode resultar em expressão de receptores que 
assumem conformações ativadas em ausência de estímulo por fatores de crescimento. Genes 
RTKmutados podem atuar como oncogenes ou genes que contribuem para iniciação ou 
progressão do câncer. 
 
REFERÊNCIAS 
BERG, J. M.; TYMOCZKO, J. L.; STRYER, L. Bioquímica. 7. ed. Rio de Janeiro: Guanabara 
Koogan, 2014. 
CLARK, M.A., HARVEY, R.A.; CHAMPE, P.C. Farmacologia ilustrada. 5 ed. Porto Alegre: 
Artmed, 2013. 
DELVIN, T. M. Manual de bioquímica com correlações clínicas. 6 ed. São Paulo: Editora 
Blucher, 2007. 
LEHNINGER, A. L.; NELSON, D.; COX, M. Princípios de bioquímica. 4 ed. São Paulo: 
Sarvier, 2004. 
PLATAFORMA KHAN ACADEMY. Biologia – Sinalização celular. Disponível em:< 
https://pt.khanacademy.org/science/biology/cell-signaling>.