Comunicação Intercelular: Mecanismos de Transdução de Sinais
A base da vida, como a conhecemos, é a comunicação. Nós, humanos, nos comunicamos uns com os outros para demonstrar afeto, raiva, descontentamento, decepção, alegria, amor, para nos informarmos, etc. No entanto, fazemos isso com as mais diversas ferramentas: palavras, faladas e escritas, gestos e olhares, para citar algumas. Da mesma forma, as células precisam estabelecer comunicação entre elas para que os diversos eventos que acontecem no corpo sejam percebidos em pontos diferentes do estímulo que originou as alterações, pois, muitas vezes, a resposta deverá ser sistêmica e não apenas no local do estímulo. Dessa forma, as células também precisam ter sua linguagem. Neste caso, não são palavras ou gestos, mas sinais químicos ou físicos, que provocam outras alterações químicas e/ou físicas, modificando a resposta das células. Portanto, podemos considerar que a bioquímica é mais uma linguagem e que através dela conseguiremos entender como as células se comunicam.
Você pode ver esse vídeo, antes de seguir a leitura do texto.
Neste texto, vamos estudar as “palavras-chave” desta comunicação entre as células. Primeiramente, portanto, é preciso pensar no que constitui o sinal que uma célula envia para a outra. Há vários tipos de sinais, a depender da sua composição química. Inicialmente, podemos classificar os sinais como sinais hidrofílicos e sinais hidrofóbicos.
Vamos olhar atentamente estas palavras. Podemos separá-las em duas partes que nos farão entender o seu significado e poderemos transpor estes conhecimentos para outras palavras no contexto da fisiologia. Hidro, vem de água. Filia, vem de afinidade. Logo, algo que seja hidrofílico tem afinidade pela água e consegue se mesclar em ambientes aquosos (se dissolve na água). E hidrofóbico? Já sabemos a primeira parte. Fóbico, vem de fobia, que pode significar medo ou estranhamento. Temos várias palavras com este sufixo no nosso cotidiano, como exemplos: xenofobia, aracnofobia, zoofobia, agorafobia, etc.
Portanto, sinais químicos que sejam hidrofílicos conseguem circular livremente em ambientes aquosos, como por exemplo o plasma sanguíneo, o citoplasma das células, enfim, os líquidos corporais. Ao contrário, sinais químicos que sejam hidrofóbicos precisam de auxiliares neste transporte, pois, pela sua característica química, não conseguem circular livremente nos líquidos corporais. Entretanto, sinais hidrofóbicos, conseguem fazer algo que os hidrofílicos não conseguem: ultrapassar barreiras constituídas de lipídios, como as membranas das células (Figura 1). Isso acontece porque, se são hidrofóbicos, são, ao mesmo tempo, lipofílicos (lipo – vem de lipídios, e filia, você já sabe!). Assim, com essa classificação
inicial podemos pensar que estes sinais químicos devem ter outras diferenças: são sintetizados, armazenados e liberados de forma diferente pelas células que os produzem, circulam pelo corpo de maneiras diferentes, atuam nas células-alvo de modos distintos e as respostas por eles causadas também são diferentes.
Figura 1: A composição química das moléculas determina sua solubilidade.
Fonte: Aprendendo Fisiologia
É comum na fisiologia que os sinais sejam denominados como ligantes, hormônios, neurotransmissores, neuro-hormônios, neuromoduladores, etc. Aqui manteremos a denominação “sinal”, pois é um termo mais geral e que abrange todas estas outras denominações, uma vez que aqui o nosso foco é o modo como estas substâncias agem, e não seu local de produção.
Só para relembrar: os neurotransmissores são produzidos por neurônios; os hormônios por células endócrinas, ou não, e são liberados na corrente sanguínea; neuro-hormônios são uma mistura dos dois anteriores, ou seja, são produzidos por neurônios e liberados em capilares.
Os sinais hidrofílicos podem ter várias origens com relação ao seu precursor: podem ser aminoácidos ou derivados destes, peptídeos, proteínas ou nucleotídeos. Cada tipo de sinal terá suas particularidades quanto a sua síntese, podendo ser produzidos no citoplasma das células ou processados nas diversas organelas.
Cuidado! Não confundir esta célula que produz o hormônio com a célula-alvo, aquela onde o hormônio vai atuar e produzir seus efeitos, muitas vezes alterando a síntese proteica
Em geral, estes sinais, uma vez produzidos, são armazenados em vesículas no citoplasma das células, devendo ser liberados em resposta a um estímulo, que pode ser de vários tipos.
Exemplificando: a histamina, sinal hidrofílico derivado do aminoácido histidina, é produzida no citoplasma das células e tem várias funções no organismo. Uma destas pode ser percebida quando nossa pele entra em contato com algum irritante, como por exemplo uma planta ou tecido que nos causa alergia. Nesse caso, o contato da pele com o alérgeno (substância que desencadeia a alergia) é o estímulo para que a célula (mastócitos, neste caso), liberem a histamina que estava armazenada em seu citoplasma. A histamina liberada no líquido intersticial estará livre, e por difusão, entrará em contato com outros tipos celulares, desencadeando a resposta inflamatória inicial. Neste exemplo, é possível perceber que uma vez liberada da célula, a histamina estará livre no meio, ou seja, não está ligada em nenhuma outra molécula responsável pelo seu transporte; isto é possível pelo seu caráter hidrofílico, como explicado anteriormente.
ATENÇÃO! Este é apenas um exemplo de ação da histamina, no entanto, este sinal é abundante nos sistemas fisiológicos e tem várias funções. Entenderemos como a mesma substância pode desencadear respostas diferentes em células-alvo diferentes na sequência dos nossos estudos. No momento, mantenha a mente aberta às possibilidades.
Questão para pesquisar e pensar:
Como você acha que a mesma substância poderia provocar diferentes efeitos nas células?
Por outro lado, os sinais hidrofóbicos podem ser derivados do colesterol, ou de outros lipídeos, ou ainda, gases. Como estes sinais são hidrofóbicos (ou seja, lipofílicos), eles vão ser produzidos pelas células de acordo com o estímulo, ou seja, apenas quando recebem estímulo para isso. (alguns chamam esse tipo de regulação da síntese como “sob demanda”, ou seja, algo parecido com “a pedido” ou “sob encomenda” usados em outros contextos). Isto porque não é possível armazená-los em vesículas, já que estas têm a membrana constituída de fosfolipídios e, portanto, não constituem barreira de separação para este tipo de sinal, que se difundiria pela membrana facilmente. No caso dos gases, é ainda mais inviável o seu armazenamento, pois além de conseguirem ultrapassar a barreira lipídica, eles tem um curto tempo de meia-vida, ou seja, se degradam muito rapidamente, e portanto, sua síntese deverá ser realizada apenas no momento em que a célula for estimulada.
Você sabe o que significa?
Reveja o significado das palavras:
Resposta sistêmica, ligante, hidrofílico, lipossolúvel, fosfolipídios, líquido intersticial, meia-vida.
Um exemplo é a liberação do gás óxido nítrico (NO) pelas células do endotélio dos vasos. O estresse de cisalhamento, ou seja, o estresse causado pela pressão exercida pelo fluxo de sangue na parede do vaso, ativa a enzima sintase do óxido nítrico, que irá utilizar a L‑arginina, um aminoácido, como substrato para produzir NO e L-citrulina. O NO, por ser um gás lipossolúvel, se dissolve através da membrana da célula endotelial que o produziu e atua na célula muscular lisa na camada abaixo, promovendo o relaxamento deste músculo. Isso promove o aumento do diâmetro do vaso e com isso a redução da pressão exercida pelo fluxo de sangue na parede do vaso. O NO, assim como a histamina também tem outras funções no organismo, por isso, a ideia não é memorizar o efeito do NO em um determinado sistema, mas entender qual o mecanismo pelo qual ele pode agir e quais as possíveis respostas que isto pode causar.
Antes de seguir lendo o texto, relembre quais são os hormônios hidrofílicos e quais os hidrofóbicos.
Outra possível classificação das moléculas sinalizadoras diz respeito aos seus locais de atuação. Os diferentes tipos de sinais podem atuar tanto localmente, ou seja, na vizinhança imediata do seu local de produção, como podem se difundir através da corrente sanguínea e atuar em locais distantes de onde foram produzidos. Em geral, as substâncias que são produzidas e agem localmente são substâncias que, ou já estão armazenadas nas células, ou sua produção é feita por demanda, mas de forma rápida, como é o caso do exemplo do NO. Os efeitos produzidos por elas também iniciam muito rapidamente e, via de regra, têm também um efeito de curta duração. A atuação local pode se dar de três formas, sendo o interstício o meio por onde o sinal atinge seu receptor: autócrina, parácrina e sináptica (Figura 2).
Figura 2: Sinais com atuação localizada, via interstício. Comunicação autócrina, parácrina e neural (sináptica).
Fonte: Aprendendo Fisiologia
Vamos novamente analisar a composição das palavras? Auto, diz de si própria, ou seja, a célula libera sinais que vão atuar nela própria ou em células do mesmo tipo. Células cancerígenas são o exemplo clássico disso, uma vez que elas liberam sinais que são fatores de crescimento para atuarem nelas mesmas, num ciclo de perpetuação do seu desenvolvimento.
Questão para pesquisar e pensar:
O que você acha que justifica que uma célula precise produzir e secretar um sinal para que isso cause um efeito nessa mesma célula?
Para, diz da vizinhança imediata, ou seja, uma célula libera um sinal que atuará em uma célula próxima, mas de tipo diferente, como é o exemplo do NO e da histamina dados anteriormente.
E, por fim, sináptica, vem de sinapse, um tipo de comunicação celular onde a célula que libera o sinal é NECESSARIAMENTE um neurônio, e a célula que o recebe pode ser outro neurônio, uma glândula ou um músculo. Todo o nosso sistema nervoso funciona com este tipo de comunicação! Neste tipo de comunicação o neurônio que libera o sinal é chamado de pré-sináptico e a célula que recebe este sinal é chamada de pós-sináptica, havendo um espaço muito estreito entre estas duas células denominado fenda sináptica. É neste espaço que o sinal liberado irá se difundir até chegar à célula pós-sináptica para desencadear um efeito. Um exemplo é a liberação da substância acetilcolina (ACh) a partir de um neurônio motor-alfa, levando à contração do músculo esquelético pós-sináptico, claro, após muitas etapas que serão alvo da nossa discussão adiante.
Ao contrário, substâncias que agem longe do seu local de produção, requerem mais tempo, tanto para a difusão/transporte do sinal em questão, como para o início do seu efeito e, também, a duração desse efeito é mais prolongada. Sinais classicamente denominados hormônios são um exemplo deste tipo de ação, podemos citar: insulina, glucagon, T3/T4, TSH, etc. Todos estes são sinais produzidos por uma célula e que vão agir em locais distantes através da sua difusão por meio da corrente sanguínea. A depender das características químicas destes sinais eles serão transportados de maneiras diferentes, ou seja, se forem sinais hidrofílicos poderão circular como substâncias livres no plasma. No entanto, se forem substâncias hidrofóbicas, irão circular pela corrente sanguínea ligadas a proteínas especializadas neste tipo de transporte, como é o caso da albumina. Este tipo de comunicação celular é chamado de endócrino. Quando a célula que produz o sinal é um neurônio, dizemos que a comunicação é neuroendócrina.
(OBS: Cada hormônio tem suas proteínas carreadoras específicas, mas como há grande concentração de albumina circulante, ela acaba transportando muitos hormônios).
Figura 3: Sinais com atuação à distância, via circulação sanguínea. Comunicação endócrina e neuroendócrina.
Fonte: Aprendendo Fisiologia
Até aqui discutimos as características das moléculas sinalizadoras: suas características químicas e as maneiras pelas quais as células as utilizam na comunicação com outras células. No entanto, podemos nos perguntar: como uma mesma molécula pode desencadear vários efeitos diferentes? O que determina que um tipo de substância atue na célula A e não na célula B? Quais são e onde estão os mecanismos de controle da ação destas substâncias? Isto tudo faz parte da complexa e interessante “conversa” entre as células e nós vamos discutir mais cada um destes pontos a seguir. A primeira e a segunda pergunta têm respostas muito semelhantes. Um sinal só agirá em um determinado tipo celular se este puder reconhecer este sinal. Este reconhecimento se dá por meio de uma estrutura que, genericamente, denominamos receptor. Este receptor se caracteriza pela sua alta especificidade para um determinado tipo de molécula sinalizadora; assim, um determinado receptor responde apenas a um determinado sinal. Além disso, um sinal poderá ter vários tipos de receptor, e cada um deles poderá desencadear respostas celulares diferentes. Vamos tentar clarear estes conceitos. Pense no sinal de WI-FI. O sinal segue emitido pelo roteador, no entanto, se o seu computador ou celular não dispuser de um mecanismo receptor, você não terá acesso à internet. Da mesma forma, o sinal de WI-FI pode seguir sendo emitido pelo roteador para diferentes aparelhos que têm a capacidade de receber este sinal, mas em cada um destes aparelhos o uso da internet poderá ser diferente. Da mesma forma acontece com as moléculas sinalizadoras e seus diferentes receptores nas células.
As características químicas da molécula sinalizadora, em geral, são determinantes para a localização do receptor nas células-alvo. Ou seja, se o sinal é hidrofílico, este não conseguirá atravessar a barreira da membrana celular e, portanto, os receptores para este tipo de sinal deverão estar localizados na membrana das células-alvo, com o sítio de ligação à molécula sinalizadora voltado para o meio extracelular. Ao contrário, moléculas hidrofóbicas (lipofílicas), têm a capacidade de atravessar as membranas, sendo assim, em geral, seus receptores estão localizados ou no citoplasma das células-alvo ou em seus núcleos. Esta é a configuração mais difundida fisiologicamente, mas há exceções, como derivados de lipídeos que possuem receptores de membrana.
Se olharmos para a acetilcolina (ACh), por exemplo, ela poderá: causar contração do músculo esquelético, relaxamento do músculo cardíaco e, ainda, o aumento da secreção em algumas glândulas. No entanto, a molécula é a mesma. Daí a necessidade de entendermos COMO esta molécula age, quais os MECANISMOS envolvidos nas ações por ela desencadeadas. No caso da ACh, uma molécula hidrofílica, em cada um dos tipos celulares (músculos cardíaco, esquelético e glândulas) a ACh dispõe de receptores e, mais que isso, de TIPOS DIFERENTES de receptores. Ora, a característica química desta molécula já nos dá uma pista a respeito de onde estão localizados os seus receptores: na membrana plasmática. Assim, já podemos inferir que há tipos diferentes de receptores de membrana para a ACh, o que é de fato verificado. Mas antes de analisarmos individualmente os receptores da ACh, vamos compreender melhor as características gerais dos receptores?
De modo geral, pode-se dizer que o tipo de receptor determina o mecanismo de ação do hormônio ou molécula sinalizadora sobre sua célula-alvo. Ou seja, a ligação do hormônio ao receptor desencadeia respostas intracelulares que levam ao efeito do ligante na célula-alvo. Mas, o que acontece entre a ligação com o receptor e a resposta celular? É o que chamamos de sinalização intracelular ou mecanismo de transdução de sinais. O mecanismo de ação nas células-alvo depende dos tipos de receptores, estes poderão alterar a permeabilidade da membrana, a produção de segundos-mensageiros (via proteína G ou não), a síntese proteica e a ativação de enzimas. Vamos estudar esses mecanismos, a partir da localização dos receptores na célula-alvo: receptores de membrana e receptores intracelulares.
1) Receptores de membrana
Como o próprio nome sugere, os receptores de membrana são estruturas presentes na membrana plasmática das células com sítios (locais) de reconhecimento para determinada molécula sinalizadora. Estas estruturas são formadas por proteínas, podendo ser um único segmento de aminoácidos formando uma proteína receptora ou ainda, várias subunidades proteicas, ou seja, vários segmentos de aminoácidos, que se combinam para formar um único receptor. Se pensarmos que os aminoácidos são diversos, as possibilidades de combinações químicas entre eles são inúmeras. Assim, as interações entre as moléculas sinalizadoras e os receptores ocorrem quimicamente. Esta interação química entre a molécula sinalizadora e o receptor altera a conformação espacial do receptor, levando à sua ativação. Em linhas gerais, este é o mecanismo pelo qual uma molécula sinalizadora inicia a transmissão da mensagem que ela carrega. A alteração da conformação espacial do receptor e sua consequente ativação vão desencadear cascatas de eventos intracelulares que irão amplificar o sinal recebido, de forma que não há a necessidade de uma concentração enorme de molécula sinalizadora para o desencadeamento do efeito da mesma. Como os eventos intracelulares têm mecanismos de ativação e desativação em diversos pontos, a célula tem a possibilidade de controlar finamente esses mecanismos. Desta forma, estas vias de sinalização têm como características a especificidade, a capacidade de ampliação do sinal e a possibilidade de regulação em diversos pontos da via.
Como já vimos os tipos de moléculas sinalizadoras, e que elas dependem da ligação a um receptor para que seus efeitos aconteçam, devemos nos perguntar: quais são os tipos de receptores de membrana?
Receptores GPCR (G-protein coupled receptors)
O nome GPCR vem do inglês e significa: receptores acoplados à proteína G. São receptores de suma importância no funcionamento do corpo humano, visto que estão presentes em todas as células. Este tipo de receptor é constituído por uma única subunidade proteica que atravessa a membrana sete vezes na conformação de alfa-hélices, sendo a porção N-terminal extracelular e a porção C‑terminal intracelular. É na face voltada para o meio extracelular que se localiza o sítio de ligação à molécula sinalizadora e, na face intracelular, este receptor se liga a um tipo de proteína específico, chamado de proteína G, daí o seu nome. Dessa forma, quando a molécula sinalizadora se liga ao receptor GPCR na sua face externa, esta ligação química desencadeia mudanças na estrutura do receptor, levando à ativação do mesmo e, na face interna da membrana ativa a proteína G a ele conectada.
Mas e a proteína G? O que é e qual sua função?
A proteína G está ancorada na face interna da membrana e possui três subunidades diferentes entre si: alfa, beta e gama, ou seja, é uma proteína heterotrimérica (Figura 4). Em repouso, ou seja, antes da sua ativação, a subunidade alfa está ligada a uma molécula de GDP (difosfato de guanosina – daí o nome proteína G). Quando o receptor muda de conformação pela ligação com a molécula sinalizadora, ocorre a alteração da ligação da proteína G em repouso com o receptor. Neste momento, por conta das alterações conformacionais desencadeadas pela ligação da molécula sinalizadora, a proteína G diminui sua afinidade por GDP e aumenta sua afinidade pelo GTP (trifosfato de guanosina), realizando, então, a troca de nucleotídeos na sua subunidade alfa. Esta troca de nucleotídeos na subunidade alfa faz com que esta subunidade, ligada agora ao GTP, se dissocie das outras duas, que seguem como um dímero (beta-gama). A descrição clássica de ação da proteína G diz que é a subunidade alfa-GTP que irá ativar as enzimas na sequência de ação intracelular. No entanto, já há relatos, em vários sistemas, de ação também do dímero beta‑gama. A proteína G torna-se novamente inativa quando a sua subunidade alfa quebra por hidrólise o GTP convertendo-o em GDP, e, novamente, se associando ao dímero beta-gama. Esta inativação da proteína G ocorrerá quando não mais houver molécula sinalizadora ligada ao receptor.
Figura 4: Vias de sinalização de receptores de membrana acoplados a uma proteína G. LEC: Líquido extracelular; LIC: Líquido intracelular.
Fonte: Aprendendo Fisiologia
Você sabe o que significa?
Reveja o significado das palavras:
Cisalhamento, heterotrimérica, hidrólise, nucleotídeos, conformacionais, dímero, subunidade, cinase.
Todos os receptores do tipo GPCR passarão por essas etapas para sua ativação. O que vai causar a diferença nas respostas promovidas pelos diferentes tipos de receptores são os diferentes tipos de proteínas G aos quais estes receptores estão associados e os tipos celulares onde isso acontece. Para facilitar nosso entendimento das vias completas de sinalização intracelular, vamos analisar separadamente as respostas desencadeadas pelos principais tipos de proteínas G: Gs, Gi e Gq.
Via da Ciclase de Adenilil – AMPc - PKA
Nesta via de sinalização intracelular, estão envolvidas as proteínas Gs e Gi. Assim como as demais vias de sinalização intracelular, a via só tem início a partir da ligação de um sinal químico ao seu receptor de membrana, então vamos começar com exemplos para facilitar o nosso entendimento. Para que possamos entender como dois tipos de proteína G podem integrar a mesma via de sinalização, vamos discuti-la utilizando como exemplo o mesmo órgão, mas moléculas sinalizadoras diferentes (mas isso também pode ocorrer com a mesma molécula sinalizadora e receptores diferentes).
Toda vez que você se assusta, ou precisa fazer a apresentação de um seminário na frente da turma toda, seu coração dispara, aumenta a frequência de batimentos e, passado algum tempo, volta ao normal. O que acontece nesses casos é o balanço entre duas moléculas sinalizadoras liberadas por nervos distintos: a noradrenalina, que aumenta a frequência cardíaca e é liberada pelo sistema nervoso simpático e a acetilcolina, que diminui esta frequência e é liberada pelo sistema nervoso parassimpático. Neste momento, não se atenha aos nomes das subdivisões do sistema nervoso, elas estão descritas aqui apenas para situar você no contexto da fisiologia. O nosso foco agora são as moléculas sinalizadoras, os neurotransmissores noradrenalina e acetilcolina.
Quando a noradrenalina é liberada nestes momentos de tensão, ela se ligará ao seu receptor, do tipo GCPR, na membrana das células cardíacas marca-passo (nodo sinoatrial). Essas células são responsáveis por gerar o ritmo dos batimentos cardíacos, determinando a frequência cardíaca. Para a noradrenalina, no coração, este receptor recebe o nome de beta-1. Uma vez que a noradrenalina se ligue ao seu receptor, este sofre uma alteração na sua conformação que leva a mudanças conformacionais na proteína G a ele associada: troca de GDP por GTP na sua subunidade alfa e dissociação desta subunidade do dímero beta-gama. No caso deste receptor, a proteína G em questão é a proteína Gs. Ela recebe o nome de Gs pois vem do inglês stimulatory (estimuladora, estimulante), pois é a proteína que estimula, que ativa a enzima chamada ciclase de adenilil. Portanto, a subunidade alfa ligada ao GTP (ativa) promove a ativação da enzima ciclase de adenilil (ou adenilil ciclase). E o que essa enzima faz? O nome dela já nos dá a pista: ela transforma quimicamente nucleotídeos de adenosina, levando à ciclização. Em outras palavras, a ciclase de adenilil transforma ATP (adenosina trifosfato) em AMPc (monofosfato cíclico de adenosina). Nessa via de sinalização, o AMPc é o segundo mensageiro, pois é ele quem vai disparar as respostas intracelulares (Figura 6). O primeiro mensageiro é a molécula sinalizadora; neste exemplo, a noradrenalina.
Para visualizar melhor o que estamos falando, você pode ver esse vídeo, antes de seguir a leitura do texto.
ATENÇÃO! A forma ciclizada do AMP (AMP cíclico) é diferente do AMP não-ciclizado e, nesse caso, a molécula ativa é apenas a forma ciclizada (Figura 5). A enzima fosfodiesterase converte o AMP cíclico em AMP, acabando com o seu efeito de segundo mensageiro na célula-alvo. Portanto, sinais que regulam a atividade da adenilil ciclase ou da fosfodiesterase serão reguladores dessa via de sinalização e podem causar inúmeros efeitos em diferentes células.
Figura 5: Representação espacial do AMPc (A) e do AMP (B).
Fonte: Wikipédia
Mas afinal, o que acontece a partir do aumento da concentração intracelular de AMPc? De forma geral, para além do coração, o AMPc promove a ativação de uma proteína cinase A (A porque depende de AMPc). Qualquer proteína cinase promove a fosforilação de outras proteínas, ou seja, proteínas cinases transferem um grupo fosfato para outras proteínas.
A B
Figura 6: Mecanismo de sinalização intracelular de receptor acoplado à proteína G e à produção de AMPc como segundo mensageiro. LEC: Líquido extracelular; LIC: Líquido intracelular.
Fonte: Aprendendo Fisiologia
E o que isso causa? Para entender isso, temos que lembrar que tudo no nosso corpo funciona por ligações químicas. Assim também são as proteínas. Então, uma proteína que recebe um grupo fosfato (PO4), terá uma alteração nas ligações químicas que a compõe e, portanto, na sua conformação espacial. Como toda proteína tem a sua função diretamente relacionada com a sua conformação espacial, a alteração desta conformação altera também a função da proteína, podendo levá-la à sua ativação ou à inibição, a depender da proteína. Em resumo: a ativação da proteína Gs, promove a ativação da ciclase de adenilil, o que ocasiona o aumento intracelular de AMPc, que, por sua vez, ativa a proteína-cinase A (PKA). Uma vez ativa, a PKA irá fosforilar outras proteínas-alvo modificando a atividade das mesmas, tanto citoplasmáticas, como também podendo atuar no núcleo das células modificando sua expressão gênica.
O AMPc ainda pode desencadear respostas independentes da PKA, como a abertura de canais iônicos, ou mesmo a regulação da expressão gênica nas células. No parágrafo seguinte, vamos citar um exemplo de como isso ocorre. Assim, as possibilidades de atuação do AMPc são várias, o que reafirma a importância da regulação da sua concentração nas células.
E no caso do nosso exemplo, a ação da noradrenalina no coração? Neste caso, tudo ocorrerá de forma semelhante até a ativação da PKA e, então, o que vai variar entre os tipos celulares são as proteínas-alvo da PKA. No caso do coração, esta proteína irá fosforilar canais de cálcio presentes na membrana das células do nodo sinoatrial, fazendo com que estes canais se abram. A entrada de cálcio aumenta a velocidade da despolarização nessas células marca-passo, aumentando a frequência dos batimentos cardíacos. O próprio AMPc também contribui, independente da PKA, para acelerar a despolarização e aumentar a frequência de disparos, uma vez que abre canais HCN (dependentes de nucleotídeos) responsáveis pela famosa corrente engraçada (If: “funny”). No coração, há outros alvos para a PKA além dos canais de cálcio, mas, para entender o mecanismo geral da ativação da via da ciclase de adenilil, podemos parar por aqui e retomar o raciocínio quando estivermos estudando o sistema cardiovascular.
E com relação à proteína Gi? Vamos utilizar como exemplo a ACh de que falamos anteriormente. Quando o nervo vago, do sistema nervoso parassimpático, libera ACh no coração, a resposta é a diminuição dos batimentos cardíacos. Por que isso acontece? No coração, a ACh se liga a um receptor do tipo GCPR, que, para a ACh, no coração, é denominado M2 (M vem de muscarínico; conheceremos mais detalhadamente os receptores da ACh quando estivermos estudando o sistema nervoso parassimpático em detalhes). No coração, e onde mais esse subtipo de receptor para a ACh (M2) estiver presente, ele estará acoplado à proteína G tipo Gi. Conforme já estudamos, quando este tipo de proteína G é ativado, a partir da troca de GDP por GTP na sua subunidade alfa, esta subunidade alfa ligada ao GTP irá INIBIR (daí o Gi) a enzima ciclase de adenilil. O que faz essa enzima? Já discutimos anteriormente: ela converte ATP em AMPc, que, no coração, tem um efeito estimulatório. Ou seja, a inibição da ciclase de adenilil pela proteína Gi leva à redução dos níveis intracelulares de AMPc e, portanto, à diminuição da atividade cardíaca. No exemplo que estamos vendo, a redução de AMPc e da consequente ativação da PKA, leva à diminuição da abertura de canais de cálcio e da frequência cardíaca. Especialmente no caso da ACh no coração, a ativação dos receptores M2 e consequente ativação da proteína Gi ainda pode levar à diminuição dos batimentos por uma outra via. O dímero beta-gama da proteína Gi, uma vez dissociado da subunidade alfa ligada ao GTP, pode, ele mesmo, ativar canais de potássio presentes na membrana plasmática das células marca-passo. Com a abertura desses canais, o potássio irá se difundir por eles de acordo com o seu gradiente eletroquímico, ou seja, sairá da célula. A saída de cargas positivas do potássio leva à hiperpolarização da célula nodal e à consequente diminuição da frequência de batimentos.
É importante salientar que utilizamos o coração apenas como exemplo, e que essas vias de sinalização aqui descritas ocorrem em muitos tipos celulares. A depender do tipo celular, a resposta será diferente, pois uma glândula não poderá contrair como um músculo, ou um músculo secretar substâncias como uma glândula! No entanto, o que une estes tipos celulares é o “maquinário” celular que medeia estas respostas, pois os mecanismos pelos quais as respostas são desencadeadas são muito semelhantes e, uma vez que você aprenda estes caminhos, você será capaz de compreender as “conversas” entre vários tipos de células.
Você sabe o que significa?
Reveja o significado das palavras:
Clivagem, PKA, despolarização, gradiente eletroquímico, fosforilação, célula nodal, fosfatase.
Via da Fosfolipase C – PKC
A proteína G envolvida nesta via de sinalização intracelular é a proteína Gq. Esta via, assim como a via da ciclase de adenilil, é nomeada em referência à enzima ativada pela proteína G em questão. Assim como a via anterior, o nome da enzima nos dá ideia de que alterações ela promove. No caso da fosfolipase, o sufixo “ase” vem de clivagem (quebra), e “fosfolip” podemos inferir que venha de fosfolipídio. Logo, uma fosfolipase é uma enzima que “quebra” fosfolipídios, nesse caso, fosfolipídios de membrana.
Assim como fizemos na via da ciclase de adenilil, estudaremos a via da fosfolipase C a partir de um exemplo. Neste caso, utilizaremos a nossa já conhecida ACh, mas num órgão diferente: o estômago. Mais precisamente, vamos entender como a ACh causa o aumento da secreção de HCl (ácido clorídrico) pelas células parietais do estômago. Semelhante ao que ocorre no coração, a ligação da ACh ao seu receptor de membrana, do tipo GPCR e, nesse caso denominado M3, faz com que haja modificação estrutural do mesmo. Esta modificação estrutural faz com que a afinidade da subunidade alfa da proteína G por GDP diminua e a afinidade por GTP aumente, fazendo então a troca desses nucleotídeos. Assim, a subunidade alfa ligada ao GTP se dissocia do dímero beta-gama da proteína G e vai ativar a enzima que dá nome à via: a fosfolipase C. Uma vez ativa, esta enzima irá clivar fosfolipídios de membrana, mas não qualquer um. Como toda enzima, a fosfolipase C também apresenta especificidade de substrato e, nesse caso, o fosfolipídio em questão é o PIP2 (4,5 - bisfosfato de fosfatidilinositol), que está na face interna da bicamada lipídica da membrana plasmática. A hidrólise (quebra) deste fosfolipídio acontece sempre no mesmo ponto, liberando a parte apolar do fosfolipídio, o diacilglicerol (DAG), que por sua característica química permanece ancorado na membrana, e a parte polar, o IP3 (1,4,5- trisfosfato de inositol), que por ser hidrofílico se solta da membrana e pode se difundir pelo citoplasma da célula (Figura 7).
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Figura 7: Mecanismo de sinalização intracelular de receptor acoplado à proteína G e à ativação da proteína cinase C a partir do cálcio e do diacilglicerol. PIP2: fosfatidil inositol bifosfato; IP3: trifosfato inositol; DAG: diacilglicerol; PKC: proteína cinase C; REL: retículo endoplasmático liso; LEC: Líquido extracelular; LIC: Líquido intracelular.
Fonte: Aprendendo Fisiologia
Na membrana do retículo endoplasmático liso das células-alvo, existem receptores para o IP3 que têm uma característica diferente: eles são ao mesmo tempo receptores e canais iônicos. Dito de outra forma, são canais iônicos abertos por ligantes, nesse caso específico o IP3. Uma vez que o IP3 se ligue aos seus receptores, haverá ativação dos mesmos e, portanto, a abertura desses canais. Os receptores de IP3 são canais para cálcio; lembre-se que uma das funções do retículo endoplasmático é armazenar este íon. Como a concentração citoplasmática do cálcio é mais baixa do que no interior do retículo, a abertura destes canais faz com que o cálcio armazenado nesta organela seja liberado para o citoplasma, aumentando, dessa forma, a concentração citoplasmática deste íon.
O cálcio liberado no citoplasma é importante para carregar a proteína cinase C (PKC), presente no citoplasma, até próximo à membrana plasmática, onde a PKC se tornará ativa. Para isso, a PKC associa-se ao DAG presente na membrana e requer a presença do cálcio. Ou seja, para ativar a PKC é necessário: aumentar a concentração citoplasmática de cálcio para que haja a translocação da PKC até a membrana e, então, sua interação com o DAG. Aqui temos já uma diferença desta via de sinalização para a via da ciclase de adenilil; enquanto na última o segundo mensageiro é o AMPc, na via da fosfolipase C há três segundos mensageiros: IP3, DAG e Ca .
Como toda proteína cinase (lembram da PKA?), a PKC tem a função de fosforilar outras proteínas-alvo. A depender do tipo celular, as proteínas-alvo da PKC serão diferentes. No caso das células parietais do estômago, que são o nosso exemplo, a PKC fosforila o transportador ativo conhecido como bomba de prótons ou próton-ATPase (ATPase H /K ), fazendo com que ele se torne mais ativo e, consequentemente, aumentando a secreção ácida destas células.
Veja que discutimos praticamente toda a via de sinalização, até chegarmos à PKC, para fazer a diferenciação dos alvos e assim, conhecer a resposta celular. Portanto, o mecanismo pelo qual a via da fosfolipase C age é semelhante em todos os tipos celulares, diferenciando-se, apenas o tipo de receptor que será ativado (e isso vai depender da molécula sinalizadora) e as proteínas-alvo da PKC ao final da via.
É importante salientar que, em alguns tipos celulares, o aumento do cálcio liberado pelo retículo endoplasmático já é suficiente para desencadear a resposta, ou ainda pode ativar outras proteínas ligantes de cálcio, como é o caso da calmodulina. Portanto, com o aumento da concentração de cálcio no citoplasma nem sempre haverá todo o percurso até a ativação da PKC, dependendo de quais ferramentas a célula dispõe para exercer os efeitos desencadeados pelo ligante.
Mecanismos de regulação de receptores GPCR e suas vias
Os receptores do tipo GPCR podem ser regulados para mais ou para menos nas membranas celulares, dependendo da oferta de sinais (Lembra do que falamos sobre down e up regulation?). Ou seja, se há poucos sinais, a célula pode aumentar a oferta de GPCR na membrana para que não haja flutuação do efeito, assim, a célula produz novos receptores e os externaliza na sua membrana plasmática. Por outro lado, as células também podem reduzir a sensibilidade dos receptores aos sinais, ou mesmo internalizá-los para que não estejam disponíveis para ativação. Há proteínas cinases específicas para este tipo de receptores, são as GRKs (GPCR cinases – cinases de receptores do tipo GPCR). A fosforilação destes receptores na face interna da membrana faz com que eles não respondam ao estímulo extracelular promovido pela ligação do sinal. Além disso, esta fosforilação pode servir de sinal intracelular para um outro tipo de proteínas, as beta-arrestinas, que são responsáveis por desencadear a internalização destes receptores. Uma vez internalizados, os receptores podem ser degradados pelas células e os aminoácidos que os compõem utilizados para a síntese de outras proteínas, ou ainda, estes receptores podem ser mantidos temporariamente em vesículas no meio intracelular para a reinserção na membrana em outro momento.
Há também outros mecanismos reguladores destas vias de sinalização, atuando ou por meio da degradação de segundos mensageiros, como o AMPc, ou por meio da retirada dos grupos fosfato inseridos pelas cinases. O AMPc, bem como outros nucleotídeos cíclicos, é degradado por enzimas chamadas de fosfodiesterases (PDE). Ou seja, são enzimas que irão clivar as ligações químicas do tipo fosfodiéster que estruturam o AMPc, transformando-o em 5’-AMP. Há vários tipos de PDEs, sendo mais comum observar um ou outro tipo a depender do tipo celular. As proteínas que retiram os grupos fosfato das proteínas-alvo das cinases são conhecidas como fosfatases e são tão diversas quanto as proteínas cinases. De fato, é o balanço entre a fosforilação causada pelas cinases e a desfosforilação causada pelas fosfatases que possibilita o ajuste fino da direção da sinalização intracelular.
Os mecanismos de regulação aqui apresentados, à exceção daqueles envolvendo diretamente os receptores GPCRs, podem ser extrapolados para quaisquer vias de sinalização intracelular observados em quaisquer tipos celulares, sendo diferentes apenas os nomes das enzimas cinases e fosfatases.
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A cafeína é uma xantina encontrada no café, mas também em outras bebidas como chá, chimarrão, refrigerantes e energéticos. Você já deve ter percebido os efeitos estimulantes da cafeína, que às vezes nos faz perder o sono, diminui a fadiga ou causa taquicardia. Outros efeitos da cafeína bem conhecidos são o aumento da saciedade e da lipólise. Mas como ela age nas células-alvo para produzir esses efeitos? A cafeína atua basicamente por dois mecanismos: 1) Inibe a enzima fosfodiesterase, o que diminui a degradação do AMPc, alterando a atividade de várias enzimas; 2) Inibe receptores de adenosina.
Você Sabia?
b) Receptores Ionotrópicos
Uma das possibilidades de entender do que se trata qualquer coisa em fisiologia é entender o porquê do seu nome. No caso dos receptores ionotrópicos, podemos dividir essa palavra em duas: iono + trópicos. “Iono” faz alusão a íons, e trópicos, deriva de afinidade por. Logo, são receptores que tem afinidade por íons. De maneira mais objetiva: são receptores que também são canais iônicos (Figura 8). Aqui chamamos atenção para a diferença entre receptores ionotrópicos de membrana e receptores de IP3 anteriormente citados. A diferença reside na localização destes receptores, enquanto os ionotrópicos estão localizados na membrana plasmática e tem uma face intracelular e uma face extracelular, os receptores de IP3 estão localizados na membrana de uma organela intracelular e, portanto, irão apresentar uma face voltada para o interior da organela e a outra face voltada para o citoplasma da célula.
Figura 8: Tipos de canais e receptores ionotrópicos. Os receptores ionotrópicos são, na verdade, canais dependentes de ligante. Ou seja, depende da molécula sinalizadora para abrir. LEC: Líquido extracelular; LIC: Líquido intracelular.
Fonte: Aprendendo Fisiologia
Os receptores ionotrópicos apresentam características estruturais bem diferentes dos GPCRs, pois, se são canais iônicos isso significa que formam um poro na membrana plasmática. O que não acontece com os GPCRs. Para a formação deste poro faz-se necessária a junção de mais de uma subunidade proteica e em geral estes canais são compostos por subunidades que se organizam como uma proteína única formando um canal na membrana plasmática. A similaridade que ocorre entre os GPCRs e os receptores ionotrópicos está na molécula sinalizadora: nos dois casos, a ligação do sinal ocorre pela face externa da membrana plasmática. Alguns receptores ionotrópicos precisam que duas moléculas sinalizadoras se liguem a eles ao mesmo tempo para poder causar sua ativação, o que não ocorre nos GPCRs.
Apesar destes receptores formarem poros na membrana, estes não estão sempre abertos e é, precisamente, a ligação da molécula sinalizadora, que permite a abertura destes canais e a passagem de íons. Os poros formados podem ser muito seletivos, deixando passar apenas um tipo de íon específico, ou serem seletivos pela carga dos íons, deixando passar apenas cátions ou apenas ânions. Podemos tomar como exemplo de canal muito seletivo os receptores GABAA do GABA (ácido gama-aminobutírico).
O GABA é uma molécula sinalizadora muito presente no sistema nervoso, apresentando como função a inibição das sinapses, o que é um importante mecanismo protetor. E como isto se processa? Bem, uma vez que o GABA seja liberado do neurônio pré-sináptico, ele se difunde pela fenda sináptica até a membrana do neurônio pós‑sináptico e, uma vez que a membrana deste neurônio apresente receptores ionotrópicos para o GABA, denominados GABAA, o GABA se ligará nestes receptores, alterando a sua conformação espacial e permitindo a abertura do poro deste canal. Como é um canal seletivo para íons cloreto (Cl ), a abertura do canal favorece com que esse íon se difunda de acordo com o seu gradiente eletroquímico, ou seja, este íon irá entrar no neurônio pós‑sináptico. Como o Cl é um ânion, ou seja, um íon carregado negativamente, o aumento da sua concentração no neurônio pós-sináptico leva à hiperpolarização da membrana deste neurônio e, consequentemente, dificulta a geração de um novo potencial de ação no mesmo.
Em resumo, sempre que uma molécula sinalizadora se ligar em um receptor do tipo ionotrópico, haverá mudança de conformação deste receptor e, na sequência, a abertura do poro formado por ele, permitindo a passagem do íon para o qual ele for permeável. Como a passagem de íons por este poro ocorre de forma passiva, a direção do fluxo dos íons dependerá SEMPRE do gradiente eletroquímico dos mesmos. Da mesma forma, sempre que houver passagem de cargas através dos canais nas membranas celulares haverá alteração do potencial destas membranas, seja para a hiperpolarização (deixando-a mais negativa do que em repouso) ou para a despolarização (deixando-a mais positiva do que em repouso).
Assim, conseguimos observar mais três diferenças fundamentais entre os GPCRs e os receptores ionotrópicos: 1) os receptores ionotrópicos não geram segundos mensageiros, uma vez que a resposta celular já é provocada imediatamente na sequência da ativação do receptor; 2) a resposta provocada pela ligação de moléculas sinalizadoras a receptores ionotrópicos ocorre de forma muito mais rápida do que a provocada pelas alterações via GPCR; 3) uma vez que as vias de sinalização geradas pelos GPCRs provocam mudanças em cascata no metabolismo das células, os efeitos produzidos por estas vias são mais duradouros do que as alterações geradas a partir da ativação de receptores ionotrópicos.
De posse destes conhecimentos, você já é capaz de entender como a ACh promove a contração do músculo esquelético? Se quiser uma ajuda, veja este vídeo para relembrar (pelo menos até o minuto 3).
c) Receptores Catalíticos ou Enzimáticos
São a última classe de receptores de membrana que iremos discutir aqui. Como o próprio nome sugere, são receptores que têm ações enzimáticas próprias ou intrinsecamente associadas a eles. Estruturalmente, estes receptores apresentam-se como uma proteína que atravessa apenas uma vez a membrana plasmática, possuindo um domínio extracelular para o sinal e um domínio intracelular com ação enzimática ou que está intimamente associado a uma enzima. Em alguns casos, quando há a ligação do sinal nestes receptores eles se dimerizam, ou seja, se associam com outros receptores de mesmo tipo, para então exercerem suas funções. Em outros casos, como é o caso da insulina, estes receptores já estão associados como duas proteínas iguais unidas por pontes de dissulfeto na face externa da membrana. Há vários exemplos de receptores catalíticos/enzimáticos, aqui nos deteremos aos receptores tirosina‑cinase e aos receptores guanilil-ciclase.
Receptores Tirosina Cinases
Novamente o nome do receptor diz muito sobre a sua função. Se são cinases isso quer dizer que promovem a fosforilação de outras proteínas; e com relação à “tirosina”? Ora, esta parte da sua nomenclatura nos diz ONDE estes receptores fosforilam as proteínas: nos seus resíduos de tirosina, um aminoácido constituinte de muitas proteínas. A diferença destes receptores tirosina-cinase para as outras proteínas cinases que discutimos anteriormente está justamente no tipo de aminoácido onde ocorre a fosforilação, enquanto as proteínas tirosina‑cinase fosforilam os resíduos de tirosina, as outras cinases fosforilam resíduos de serina e treonina.
Assim como nas outras vias, é a característica funcional que determina o nome dos receptores. E quanto às características estruturais? Como se organizam os receptores tirosina cinase? Há várias possibilidades! O mais comum é que estes receptores sejam proteínas que atravessam uma única vez a membrana plasmática, na conformação alfa-hélice. A porção voltada para o lado externo da membrana plasmática é onde se localiza o sítio de ligação à molécula sinalizadora e a face interna é onde está localizada a porção enzimática responsável pela função cinase. Um exemplo clássico deste tipo de receptor é o receptor de insulina presente em muitos tipos celulares, incluindo adipócitos e músculo esquelético (Figura 9).
Quando ocorre o aumento da glicemia a insulina é liberada e, para que ela exerça seus efeitos e leve à redução da glicemia, a insulina deverá ligar-se aos seus receptores do tipo tirosina‑cinase. O receptor da insulina, como dito anteriormente, é um tanto diferente dos demais desta classe. Ele é constituído de quatro subunidades: duas alfas e duas betas. As subunidades alfas têm suas maiores porções localizadas na face externa e ligadas entre si por pontes de dissulfeto, sendo que cada uma das subunidades alfa de comunica com a respectiva subunidade beta voltada para a face intracelular. Para a ativação deste receptor é necessário que duas moléculas de insulina se liguem a ele, uma em cada subunidade alfa. A partir daí, as regiões intracelulares enzimáticas irão realizar uma fosforilação cruzada, ou seja, uma irá fosforilar a outra e, dessa forma, se tornarão ativas para fosforilar outras proteínas na via, gerando, assim, alterações metabólicas em cascata para promover o efeito final: inserção de transportadores de glicose na membrana destas células e consequente aumento da captação desta pelas células, levando à redução da glicemia (Figura 9).
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Figura 9: Tipos de receptores e mecanismos de ação. Observa-se da esquerda para a direita da figura a) ligante hidrofóbico encontra seu receptor intracelular no citoplasma e o complexo hormônio-receptor é carregado até o núcleo, onde produzirá alterações na transcrição gênica; b) receptor ionotrópico, um canal que se abre após a interação do ligante com o receptor, abrindo o canal e alterando a permeabilidade da membrana a íons específicos; c) receptor acoplado à proteína G (GPCR); d) receptor tirosina-cinase; e) receptor associado a uma tirosina-cinase (via Jak-STAT).
Fonte: Aprendendo Fisiologia
Aqui, semelhante ao observado nas vias iniciadas a partir dos GPCRs, é preciso uma série de eventos intracelulares em cascata até a observação do efeito. Muitas vezes levando a alterações na produção de proteínas intracelulares. Portanto, o efeito produzido a partir destes receptores é mais lento, porém também mais duradouro, do que os produzidos pelos receptores ionotrópicos.
Receptores associados a uma tirosina-cinase (via Jak-STAT).
Alguns receptores ativam uma tirosina cinase, fosforilando tirosinas, mas essa atividade não é intrínseca da porção intracelular do receptor. Neste caso, há uma proteína citoplasmática com essa propriedade e ela é atraída para o receptor e é ativada a partir da ligação do hormônio ou ligante ao receptor. Os hormônios GH e prolactina, além da leptina e várias citocinas usam este mecanismo para causar seu efeito na célula-alvo. A proteína citoplasmática com atividade tirosina cinase é da família Janus, daí seu nome de JAK (janus cinase). Ao ser ativada, a JAK fosforila o próprio receptor e também outras proteínas citoplasmáticas, como a STAT, que será transportada até o núcleo da célula onde atua para modificar a transcrição gênica (Figura 9). A prolactina é um hormônio proteico que aumenta a síntese de proteínas do leite nas células dos alvéolos mamários. Ela se liga em um receptor de membrana que está associado a uma proteína com atividade cinase, a JAK. Ao se ligar no receptor, tirosinas da JAK são fosforiladas e a ativação dessa via levará a proteína STAT até o núcleo, aumentando a transcrição gênica e a síntese de proteínas do leite.
Receptores Guanilil-ciclase
Este tipo de receptor, assim como os demais receptores catalíticos, possui um domínio extracelular para a ligação do sinal, e um domínio intracelular com ação enzimática. Mais uma vez o nome do receptor nos sugere qual a sua atividade. Guanilil-ciclase significa dizer que a ação enzimática deste receptor é a de modificar estrutural e quimicamente nucleotídeos de guanina, o GTP (trifosfato de guanosina), transformando-o em GMPc (monofosfato cíclico de guanosina). A ação dos receptores do tipo guanilil-ciclase se assemelha à ação da ciclase de adenilil que vimos anteriormente, com a diferença de que a ciclase de adenilil não cumpre função receptora e utiliza nucleotídeos diferentes. Ou seja, não há ativação de uma proteína G para ativar a enzima guanilil ciclase. Um exemplo de sinal que utiliza este tipo de receptor é o peptídeo natriurético atrial (PNA ou, do inglês, ANP). O PNA é uma molécula sinalizadora composta por uma série de aminoácidos, formando um peptídeo, liberado pelos átrios cardíacos em resposta à elevação da pressão arterial. Desta explicação, já entendemos de onde vêm as palavras peptídeo e atrial, mas e natriurético, o que significa? Se dividirmos essa palavra em duas, conseguimos achar o seu significado de forma simples: “natrium”, é aquilo que se refere ao elemento sódio; e “urese”, significa eliminar na urina. Logo, o efeito observado a partir da ação do PNA é a eliminação de sódio na urina, o que leva à redução da pressão arterial.
Mas, como isso acontece? Vamos descobrir! Uma vez que o PNA se ligue aos seus receptores nas células dos ductos coletores no néfron, haverá a mudança conformacional dos mesmos e, com isso sua ativação. A partir daí, a região intracelular destes receptores irá converter GTP em GMPc. O aumento da concentração citosólica de GMPc ativa uma proteína cinase G (PKG), que irá fosforilar outras proteínas-alvo. Canais de sódio presentes na membrana apical do ducto coletor são alvos da PKG, e uma vez que ela fosforile estes canais, eles se fecham e deixam de reabsorver sódio para a corrente sanguínea, levando à excreção deste íon. Junto com ele, mais água é eliminada e a soma destes eventos leva à redução da pressão arterial.
Perceba mais uma vez que as alterações intracelulares são as ferramentas disponíveis para as células, o que vai determinar a possibilidade de uma molécula sinalizadora realizar seus efeitos na célula-alvo ou não.
Você sabe o que significa?
Reveja o significado das palavras:
Captação, fosfolipase, hidrólise, néfron, domínio extracelular, membrana apical, excreção.
2) Receptores Citosólicos e Nucleares
Para os sinais que conseguem atravessar a barreira da membrana plasmática, os receptores estão dentro das células, no citoplasma ou no núcleo. Os receptores citoplasmáticos podem ser enzimas, como a ciclase de guanilil solúvel, ou atuarem como os receptores nucleares levando à expressão de genes específicos.
Ciclase de guanilil solúvel (GCs)
Como já vimos anteriormente, uma ciclase de guanilil atua transformando GTP em GMPc. Nesse caso específico, recebe o nome de solúvel por estar livre no citoplasma das células, diferentemente do receptor de membrana. Um dos sinais fisiológicos para a ativação desta enzima é o óxido nítrico (NO). Se lembrarmos do exemplo dado no início do texto, onde o estresse de cisalhamento promove a formação do NO e, na sequência, o relaxamento do vaso, agora podemos nos perguntar: Como, de fato, o NO promove esta resposta fisiológica!?
O NO produzido no endotélio dos vasos se difunde até o interior das células musculares lisas subjacentes e promove a ativação da GCs, fazendo com que haja um aumento na concentração intracelular de GMPc. Este aumento de GMPc leva à ativação da proteína cinase G (PKG), que irá fosforilar outras proteínas-alvo, diminuindo a concentração de cálcio intracelular; bem como, também poderá fosforilar canais de potássio na membrana destas células, levando à abertura destes canais e ao consequente vazamento de potássio e, assim, à hiperpolarização das células. Outros alvos também poderão ser fosforilados, levando, em conjunto, ao relaxamento do músculo liso vascular e, portanto, à vasodilatação. Com o diâmetro do vaso aumentado, diminui-se o estresse de cisalhamento.
Você Sabia?
Você já deve ter ouvido falar de medicamentos usados por homens para melhorar sua performance sexual. Esses medicamentos causam vasodilatação nos corpos cavernosos do pênis aumentando a resposta erétil. Mas qual o mecanismo intracelular responsável por essa vasodilatação? A via de sinalização usada é a do GMPc, o qual reduz a concentração intracelular do íon cálcio, levando ao relaxamento do músculo liso vascular e, consequentemente, à vasodilatação e ao aumento do fluxo sanguíneo nesses vasos.
Outros receptores citoplasmáticos e nucleares
Há ainda sinais que atravessam a membrana plasmática e levam à síntese proteica por meio da ativação de sequências genéticas específicas. No entanto, para que isso aconteça, estes sinais deverão ligar-se a receptores intracelulares que possuem, em sua estrutura, regiões promotoras do gene, ou seja, regiões que de fato irão “ativar” a transcrição dessas sequências genéticas.
Figura 10: Mecanismo de ação de moléculas sinalizadoras hidrofóbicas. O receptor pode estar no citoplasma ou no núcleo, mas após a ligação com o hormônio o complexo hormônio-receptor será transportado até o DNA e se ligará ao elemento de resposta hormonal (ERH). Após a transcrição gênica o RNA produzido é levado ao citoplasma para ser traduzido pelos ribossomos.
Fonte: Aprendendo Fisiologia
Mas se a sequência promotora do gene está no receptor, por que é necessária a ligação do ligante? Bem, em repouso, estes receptores estão ligados a outras proteínas inibidoras, que os tornam inativos (HSP: proteínas de choque térmico). A ligação do sinal, em um local diferente daquele onde o receptor está sendo inibido por outras proteínas, faz com que este receptor mude a sua conformação. Esta mudança conformacional leva à redução da afinidade do receptor pelas proteínas que o estavam inibindo. Agora, o receptor está livre, ligado ao sinal e irá se dimerizar, ou seja, se ligar, a outro receptor, na mesma célula, que também tenha se dissociado das proteínas inibitórias e esteja ligado ao sinal. Se o receptor for do tipo citosólico, a dimerização é a “chave” para entrar no núcleo; se o receptor for do tipo nuclear, bem, nesse caso ele já está onde deveria estar. Os dímeros de receptores associados aos sinais irão ligar-se a uma porção específica do DNA, chamada de elemento de resposta hormonal (ERH) e promover a síntese de proteínas (Figura 10).
Como exemplos de substâncias que conseguem se difundir pela membrana e ativar este tipo de receptor tem-se os hormônios produzidos na tireoide, estrogênio, progesterona, vitamina D (receptores nucleares) e o cortisol (receptor citosólico). Uma vez que estes hormônios atuam promovendo a síntese de proteínas, os efeitos produzidos por eles demoram mais tempo para serem observados, assim como demoram mais tempo para desaparecerem, uma vez que as novas proteínas sintetizadas a partir da ação dos hormônios/sinais não serão imediatamente removidas com a ausência dos mesmos.
A ação no núcleo e na transcrição de genes não é exclusividade de receptores intracelulares. Alguns hormônios hidrofílicos, que possuem receptores de membrana e ativam vias de segundos mensageiros, podem fosforilar proteínas que são levadas ao núcleo para modular a expressão de determinados genes. Por exemplo, a via do AMPc fosforila uma sequência de proteínas, entre elas a PKA, como já vimos. Uma das proteínas fosforiladas pela PKA é a CREB (proteína ligadora do elemento de resposta ao AMPc), que se ligará no DNA atuando da mesma forma já descrita na modulação da síntese proteica.
Do mesmo modo, hormônios hidrofóbicos também podem agir alterando a permeabilidade da membrana a determinados íons e também podem se ligar a receptores de membrana, executando efeitos rápidos. Ainda temos muito a descobrir sobre as ações hormonais e seus mecanismos de ação, e de outros ligantes, nas células-alvo. Principalmente quanto às interações entre as diversas vias de sinalização intracelular, que podem ser bastante complexas, como um mapa de metro ou de distribuição de energia de uma cidade grande, onde uma infinidade de vias ou fios seguem diferentes caminhos, mas se cruzam inúmeras vezes. Apesar de muitas vezes não entendermos o sentido biológico de todas essas vias, e suas interações, o quebra-cabeça segue sendo montado, com cada peça produzida pela observação e experimentação que cientistas realizam todos os dias no mundo todo. Seguimos desvendando o código usado na comunicação entre as células, como se fossemos crianças aprendendo a falar, aprendendo o significado de cada som, cada palavra, cada frase na linguagem humana.