23/11/2014

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Biossinalizao

Prof. Dr. Edson dos Anjos

BiossinalizaoA biossinalizao muito importante para todos os organismos vivos (unicelulares epluricelulares):

Unicelulares:Monitoramento de pH externo (bactrias);Fora osmtica;Disponibilidade de alimento;Deteco de oxignio e luz;Presena de substncias qumicas nocivas;Formao de esporos em um ambiente com escassez denutrientes;

Pluricelulares (clulas diferentes trocam sinais entre si):Concentrao de ons e glicose nos fluidos extracelulares;Atividades metablicas;Localizao correta das clulas durante o desenvolvimento(embrio).

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Transduo de Sinal O sinais biolgicos representam informaes que so detectadaspor receptores especficos e convertidos em resposta celular(processo qumico);

Transdutores de sinal so extremamente especficos e sensveis;

A especificidade alcanada por uma complementaridademolecular precisa entre as molculas sinalizadoras;

As foras intermoleculares esto envolvidas;

Em organismos multicelulares o grau de especificidade aindamaior (clulas diferentes possuem receptores ainda maisespecficos)

A converso de informao em alterao qumica chamada detransduo de sinal;

3 fatores so responsveis pela alta sensibilidade da transduo de sinal:

1) A alta afinidade dos receptores para as molculas sinalizadoras;

Transduo de Sinal

2) A cooperatividade da interaoligante-receptor;

3) A ampliao do sinal por cascatas enzimticas.

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A afinidade entre o sinal (ligante) e o receptor pode ser expressa na forma de

constante de dissociao (Kd), comumente 10-10 M ou menos, concentraes de

picomolares so detectadas pelos receptores;

Transduo de Sinal

A cooperatividade nas interaes receptor-ligante causa grandes alteraes na ativaodo receptor em resposta a pequenas alteraes na concentrao do ligante;

Transduo de Sinal

Exemplo de cooperatividade: Mudanas de conformao prximas ao heme pela ligao do O2 desoxiemoglobina, estado T (baixa afinidade) e estado R (alta afinidade).

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A amplificao ocorre quando uma enzima associada a um receptor de sinal ativada;

Transduo de Sinal

Essa enzima ativadacatalisa a ativao demuitas molculas de umasegunda enzima;

E depois essas ativammuitas molculas de umaterceira enzima,ocorrendo ento achamada CascataEnzimtica;

Essas cascatas produzem amplificaes de vrias ordens de magnitude emmilissegundos.

Outra caracterstica importante a modularidade das protenas de

sinalizao;

Transduo de Sinal

Permite que a clula e combine um conjunto de molculas

sinalizadoras para a criao de complexos com diferentes

funes ou localizaes celulares;

Um exemplo comum a ligao de uma protena de

sinalizao modular a resduos fosforilados em outra

protena, essa interao pode ser regulada pela fosforilao

ou desfosforilao;

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Nas membranas existem ainda as Protenas de ancoragem:

So protenas que no tem atividade enzimtica;

Possuem afinidade por diversas enzimas que interagem em cascatas, fazendocom que essas enzimas se aproximem;

Garante as interaes enzimticas em locais celulares e momentos especficos;

Transduo de Sinal

Das diferentes protenas da membrana

eritrocitria, existe muitas protenas

de ancoragem como a

Anquirina: funciona como a

maior ponte para o citoesqueleto

espectrinaactina

Trocador de ons

A sensibilidade dos sistemas receptores est sujeita

a modificaes;

Quando um sinal est presente continuamente,

ocorre a dessensibilizao do sistema receptor;

Quando o estimulo diminui o sistema torna-se

sensvel novamente (luz e ecurido);

Transduo de Sinal

Muita luz solar Quarto escuro

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Uma ltima caracterstica notvel dos sistemas de transduo de sinal a integrao:

Transduo de Sinal

a capacidade de um sistema receber mltiplossinais e produzir uma resposta unificada;

Essas diferentes rotas de sinalizao se comunicamumas com as outras em diferentes nveis, gerando umacomplexa converso cruzada que mantm ahomeostase da clula ou do organismo.

Quando 2 sinais apresentam efeitos opostos, como aconcentrao de um segundo mensageiro (X) ou opotencial de membrana (Vm), a regulao consequncia da ativao integrada de ambosreceptores;

Existem vrios tipos de sinais biolgicos (ordem de milhares);

Sendo que a maquinaria de transduo de todos esses sinais tem como base 10

tipos bsicos de componentes proteicos.

Transduo de Sinal

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Os sistemas de transduo de sinal so classificados de acordo com o tipos de receptor(6 principais):

Receptores

1) -adrenrgico (adrenalina);

2) Fator de crescimento da epiderme (EGFR);

3) cGMP (ativa cinases);

4) Receptor de acetilcolina;5) Integrinas;

6) Hormnios esterides

1) Receptores associados a protenas G e segundos mensageirosReceptores (Protena G)

Esses receptores so chamados de GPCR (G protein-coupled receptors);

So receptores associados a um membro da famliade protenas de ligao a nucleotdeos de guanosina(protenas G);

Existem 3 componentes essenciais para estatransduo:

Um receptor de membrana plasmtica (helicoidal);

Uma protena G, ativada (ligada GTP) e desativada(ligada a GDP);

Uma enzima efetora (ou canal inico), regulada pelaprotena G ativada, produzindo um 2 mensageiro;

Os ligantes mais comuns so: hormnios, fatores de crescimento, atuam tambm comoreceptores olfativos e gustativos.

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Sistema -adrenrgico O sistema -adrenrgico um tipo de receptor associadoa protenas G e segundos mensageiros;

A adrenalina o ligante dos receptores do sistema -adrenrgico que atua por meio do segundo mensageirocAMP;

Os receptores adrenrgicos so de 4 tiposbsicos:1, 2, 1 e 2;

So definidos pelas afinidades e respostas a umgrupo de agonistas e antagonistas;

Agonistas: so anlogos estruturais que se ligama um receptor e mimetizam o efeito normal doligante

Antagonistas: so anlogos que se ligam aoreceptor sem disparar o efeito normal (bloqueamo efeito do ligante biolgico)

Receptores (Protena G)

Os receptores -adrenrgicos mais comuns so encontrados no msculo, fgado e tecidoadiposo, onde os receptores 1 e 2 atuam pelo mesmo tipo de mecanismo:

A adenilil-ciclase regulada poruma protena G estimulatria (Gs);

Uma protena G inibitria (Gi)tambm pode se ligar;

A PKA (protenas-cinase A)quando fosforilada (ativa) iniciaoo processo de mobilizao deglicognio (msculo e fgado)

Protenas RGS (reguladores

de sinalizao por protenas

G)

Receptores (Protena G)

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Como funciona a PKA?

A AKAP uma protena de ancoragem para acinase A (PKA);A subunidade cataltica da PKA s ficadisponvel depois que se ligam as molculasde cAMP;Assim ocorre a fosforilao de outras por AP

Receptores (Protena G)

A transduo de sinal pela adenilil-ciclaseenvolve vrias etapas que amplificam o sinalhormonal original;

As numeraes mostradas so meramenteilustrativas, mas acredita-se a adrenalina ativecerca centenas de protenas G;

2 cAMP ativam 1 PKA

Receptores (Protena G)

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O receptor adrenergico dessensibilizado pela fosforilao epela associao com arrestina:

Existem duas protenas querealizam a mediao desse sistema :

Cinase do receptor -adrenrgico(ARK): fosforila alguns resduosde Ser do receptor no domniointracelular;

E a arrestina (arr): se liga aodomnio fosforilado do receptor,impedindo a ligao da protenas Ge provoca o sequestro do receptorpor endocitose.

Para ser funcional, um sistema de transduo de sinal deve ser desligado aps otrmino do estimulo hormonal;

Receptores (Protena G)

O cAMP age como segundomensageiro para muitas molculasreguladoras:

O cAMP age como segundomensageiro para muitas molculasreguladoras:

Receptores (Protena G)

Cortropina: secreo do cortisol;

Dopamina: neurotransmissor;

Histamina: substnciavasodilatadora (imunolgica);

Hormnio luteinizante: secreo deprogesterona e testosterona;

Hormnio Paratireoide: [Ca2+];

Somastatina: modula a secreo deinsuluna e glucagon;

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O diacilglicerol, inositol-trifosfato eCa2+ tm funes relacionadas comsegundos mensageiros;

Fosfolipase C (PLC) especfica para ofosfolipdeo de membrana fosfatidil-inositol-4,5-bifosfato (PIP2);

A PLC produz diacilglicerol e IP3(inositol trifosfato) a parir de PIP2 ;

O IP3 se liga a canais de Ca2+ no RE,abrindo-os;

A [Ca2+] aumenta no citosol ativandopreotena-cinase C (PKC) juntamentecom o diacilglicerol;

IP3

Receptores (Protena G)

Alguns sinais (hormnios) que agem atravs da PKC, IP3 e Ca2+Receptores (Protena G)

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Os receptores tirosina-cinases (RTK, de

receptor tyrosine kinases) transduzem os

sinais extracelulares por um mecanismo

diferente dos GPCR;

Receptores (Tirosina-Cinase) 2) Receptores Tirosina-Cinases

Possuem um domnio externo de

interao com o ligante e um domnio

interno (protena-cinase) que fosforila

resduos de Tyr em protenas-alvo

especficas.

A cascata de reaes de fosforilao

desencadeada pela estimulao do

receptor de insulina um exemplo do

mecanismo dos receptores RTK;

Receptores (Tirosina-Cinase)

O INSR o receptor proteico da

insulina, que quando ativado (insulina)

se autofosforila (Tyr) utilizando ATP;

Essa autofosforilao expe o stio

ativo que pode fosforilar outras

protenas (Tyr).

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Quando o INSR autofosforilado umde seus alvos o substrato de receptor deinsulina-1 (IRS-1, de insulin receptorsubstrate-1);

Receptores (Tirosina-Cinase)

Grb2 (protena adaptadora sematividade enzimtica), cuja funo aproximar 2 protenas (IRS-1 e a Sos);

Sos uma protena que se liga a Ras(da famlia de protenas G pequenas),ativada por GTP;

Ras ativa uma protena-cinase (Raf-1)que fosforila a protena-cinase MEK edepois essa fosofrila a ERK;

Por fim a ERK ativada entra no ncleoe fosforila fatores de transcrio (Elk1,modula a transcrio de 100 genes, fatorde crescimento e diviso celular)

O fosfolipdeo de membrana PIP3, fosfatidilinositol-3,4,5-trifosfato (no confundir com

IP3) age em uma ramificao da sinalizao da insulina;

Receptores (Tirosina-Cinase)

PIP3(3,4,5)

IP3IP3(1,4,5)

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As guanilil-ciclases so enzimas receptoras que, quando

ativadas, convertem GTP no segundo mensageiro:

monofosfato cclico de 3,5-guanosina (GMP cclico,

cGMP);

Receptores (Guanilil-Ciclases) 3) Receptores Guanilil-Ciclases

Muitas das aes do cGMP em animais so mediadas pela protena-cinase dependente

de cGMP, chamada de protena-cinase G (PKG), ela fosforila resduos de Ser e Thr em

protenas-alvo.

Existem 2 tipos de guanilil-ciclases que participam da transduo de sinal:

Receptores (Guanilil-Ciclases)

1) A guanilil-ciclase renal(homodmero) que ativada pelohormnio peptdico fator natriurticoatrial (ANF);

ANF liberado pelas clulas do triocardaco (corao est estirado peloaumento volume sanguneo);

2) O outro receptor uma enzima que contm heme e ativado por xido ntrico (NO)intracelular, presente no msculo liso do corao e nos vasos sanguneos.

[cGMP] causa um aumento naexcreo de renal Na+ e gua, reduz ovolume sanguneo.

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O NO produzido a partir da arginina pela enzima NO-sintase dependente de Ca+

Receptores (Guanilil-Ciclases)

Sildenafil (Viagra)

Ereo

O Sildenafil age inibindo umadas 3 diferentes isoformas dacGMP-PDE (fosfodiesterase);

Os canais inicos so a base da sinalizaoeltrica nas clulas excitveis, pois provocamuma alterao no potencial da membrana;

Receptores (Canais Inicos) 4) Canais Inicos Controlados por Portes

A excitabilidade de clulas sensoriais deneuronais e micitos so dependentes de canaisinicos (controlam o movimento de ons comoNa+, K+, Ca2+ e Cl-);

A Na+K+-ATPase eletrognica: cria umdesequilbrio de cargas por transportar 3Na+para cada 2K+ que entram (membranapolarizada);

A entrada de um ction (Na+) ou de umnion (Cl-) despolariza a membrana (Vm~ 0);

Inversamente, a sada de K+ hiperpolariza amembrana (Vm torna-se mais negativo).

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Os canais inicos controlados por voltagemproduzem os potenciais de ao neuronais;

Receptores (Canais Inicos)

Existem 3 canais inicos controlados por voltagemnos neurnios: canais de Na+; canais de K+ e canais deCa2+;

Inicialmente a membrana do neurnio pr-sinpticoesta polarizada e depois ocorre a entrada de Na+ queinicia a despolarizao, desencadeando a entrada deCa+ tambm;

O resultante aumento na [Ca2+] interno provoca aliberao por exocitose do neurotransmissoracetilcolina para dentro da fenda sinptica;

A acetilcolina ativa canais que de Na+ e Ca+ noneurnio ps-sinptico, despolarizando a clula;

K+ liberado e repolariza a membrana;

A integrinas so protenas da membrana plasmtica que controlam a adeso de clulasumas s outras e matriz celular;

Receptores (Adeso) 5) Receptores de Adeso

Transmitem sinais emambas direes e todaspossuem uma subunidade e ;

Os ligantes extracelulares que interagem so colgeno, fibrinognio e fibronectina;

Atuam nodesenvolvimentoembrionrio, coagulaosangunea, funcionamentodas clulas imunolgicas,diferenciao celular,crescimento e metstasetumoral

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Os hormnios esteroides, o cido retinoico (retinoide) e os hormnios da tireoide atuamno ncleo e alteram a expresso gnica;

Receptores (Nuclear) 6) Receptores Nucleares

O ligante se liga a umreceptor proteico que interagecom sequncias reguladorasespecficas no DNA (HRE);

A especificidade dainterao esteroide-receptor explorada pelo frmacotamoxifeno (combate o cncerde mama), antagonista deestrognio, compete peloreceptor de estrognio;

Tamoxifeno