Comunicação e sinalização celular

“Do simples para o complexo, moléculas organizadas formam as células, que unidas formam os tecidos, que unidos formam os órgãos, os quais unidos formam os sistemas orgânicos que criam e mantém a vida.”

“A vida de todos os organismos pluricelulares baseia-se na comunicação e nas interações entre as células que os compõem”

Assim pensando, a vida depende basicamente do bom funcionamento de suas células, tanto de forma individual como de forma coletiva. De forma individual as células devem ter aparatos que permitam garantir a normalidade estrutural e bioquímica, e de forma coletiva deverão se relacionar através de sistemas de comunicação e sinalização. Essa comunicação poderá ocorrer por contato direto ou por intermédio de moléculas de sinalização.

Comunicação por Contato direto:

Junções comunicantes: Permitem a passagem direta de moléculas pequenas (<1500Da) entre as células tais como os eletrólitos e os 2º mensageiros.

Moléculas de aderência: São glicoproteínas transmembrana que pertencem a cinco grandes famílias:

1- Integrinas 2- Caderinas 3- Selectinas 4- Imunoglobulinas 5- Moléculas ricas em leucina

As moléculas de aderência celular desempenham papéis importantes tanto durante o desenvolvimento embrionário quanto nos fenômenos de reparação tecidual e combates a invasões tumorais na vida adulta.

Comunicação por Moléculas de sinalização:

As moléculas de sinalização de origem celular podem pertencer a várias famílias de substâncias bioquímicas e atuarão como mensageiras entre duas células mais ou menos distantes entre si.

Famílias das moléculas de sinalização

•Neurotransmissores

• Hormônios e neuro-hormônios

• Citocinas

• Imunoglobulinas

• Eicosanóides (derivados do ác. aracdônico)

• Gases (ON, CO)

Dentre os diferentes tipos de comunicação celular que envolvem moléculas de sinalização destacam-se:

Comunicação endócrina – Torna possível a ligação de células distantes através de sinais químicos. As moléculas sinalizadoras são os hormônios. Atingem a célula alvo através da circulação sanguínea.

Comunicação parácrina – Comunicação entre células vizinhas que não utiliza a circulação. Ex: células endoteliais-musculatura lisa vascular, onde o óxido nítrico atua como modulador do tônus.

Comunicação neurócrina – Semelhantemente à parácrina, essa comunicação ocorre entre células próximas. A diferença existe no tipo de ligação, tendo em vista que a comunicação neurócrina somente liga uma célula nervosa a outra, ou a uma célula muscular. O mecanismo básico é a sinapse (neuro-neuronal ou neuro-muscular).

Comunicação autócrina – Ocorre quando o sinal age sobre a célula que o emitiu. Muito utilizado com a intenção de amplificar sinais, como a retroalimentação positiva. Pode também atuar na retroalimentação negativa, inibindo sua própria síntese. Vale ressaltar, que há necessidade de que a célula que produz a substância, também possua receptor para a mesma.

Comunicação intrácrina – Forma especializada de comunicação autócrina. Visa atuação dentro da própria célula, não chegando a haver exteriorização do sinal. Faz-se necessário um receptor intracelular.

Comunicação justácrina – As moléculas sinalizadoras participantes possuem baixo peso molecular, além das moléculas de aderência. A proximidade no contato entre moléculas de aderência vizinhas na superfície celular, possibilita a transmissão

As trocas de informações entre as células condicionam e regulam o funcionamento dos órgãos e determinam a homeostase de todo o organismo. As informações são transmitidas de célula a célula sob a forma de moléculas. De acordo com a natureza química das moléculas de sinalização ocorrerão respostas celulares diferentes em diferentes locais. As moléculas podem ser classificadas em:

Hidrossolúveis – São pequenas moléculas derivadas dos aminoácidos, as catecolaminas, ou peptídeos, moléculas de grande peso. São os neuro-transmissores ou hormônios.

Lipossolúveis – Moléculas de pequeno tamanho, cuja capacidade de difusão através da membrana celular as caracteriza. Podem ser derivadas do colesterol (esteróides), derivadas de aminoácidos (tireóideos) ou compostos gasosos (ON e CO).

Para que haja resposta a uma determinana molécula sinalizadora a célula deverá ter a capacidade de reconhecer a substância. Este reconhecimento é feito através dos receptores localizados na membrana celular, no citosol ou no núcleo. Os mecanismos de homeostase envolvem ação de diversos receptores distribuídos nos vários compartimentos orgânicos. Na medida em que você for aprofundando seus conhecimentos nas diversas seções dessa WebQuest você será informado sobre os diferentes receptores envolvidos em respostas que visam o equilíbrio e manutenção do ambiente interno, ou seja, a homeostase.

Moléculas sinalizadoras e seus receptores A - Moléculas de sinalização ativas nos receptores da membrana

1 - Hormônios peptídicos

- Hipotalâmicos (TRH, CRH, GH-RH, GnRH, etc) - Adeno-hipofisários (GH, TSH, ACTH, prolactina, LH, FSH) - Neuro-hipofisários (ADH, ocitocina) - Tireóideos (Calcitonina) - Paratormônio (PTH) - Pancreáticos (Insulina e glucagon) - Fatores endoteliais (endotelina)

2 - Citocinas 3 - Eicosanóides (prostaglandinas e tromboxanos) 4 - Neurotransmissores (norepinefrina, acetilcolina, serotonina, etc) e neuropeptídeos

B - Moléculas de sinalização ativas nos receptores intracelulares (citosólicos e/ou nucleares)

1 - Hormônios esteróides

- Glicocorticóides e mineralocorticóides - Sexuais (testosterona, estrogênios, progesterona) - Vitamina D

2 - Hormônios tireóideos (T3/T4) 3 - CO, ON

COMUNICAÇÃO CELULAR As células em um organismo multicelular, precisam se comunicar umas com as

outras de modo a direcionarem e regularem seu crescimento, desenvolvimento e organização. Células animais se comunicam secretando substâncias químicas que sinalizam células distantes.

Sinais endócrinos ocorrem quando substâncias chamadas hormônio são secretadas pelas células e viajam através da corrente sanguínea até células-alvo. Na sinalização parácrina, a célula secreta mediadores químicos locais que ajem somente em células vizinhas. Moléculas de sinalização parácrina são rapidamente internalizadas, destruidas ou imobilizadas. A sinalização sináptica ocorre quando moléculas são liberadas de vesículas em juncões neuronais chamadas sinapses. Estas moléculas, os neurotransmissores, se difundem através da fenda sináptica e vão agir somente na célula-alvo pós-sináptica. Todas estas

substâncias químicas se ligam à receptores de dentro ou de fora da célula-alvo iniciando a resposta celular.

O mecanismo de recepção varia de acordo com a solubilidade de cada tipo de molécula (endócrina, parácrina ou neurotransmissor) em água. Moléculas hidrofóbicas precisam ser carregadas pela corrente sanguínea ligadas a proteínas transporte e por isso sua meia-vida na corrente sanguínea é de horas ou dias, ao contrário de moléculas hidrofílicas que são degradadas rapidamente. Portanto, moléculas de sinalização que são solúveis em água usualmente medeiam respostas de curta duração, enquanto moléculas de sinalização que não são solúveis em água medeiam respostas bem mais longas.

Receptores intracelulares

Pequenas moléculas hidrofóbicas de sinalização (hormônios esteróides e

tireoideanos) atravessam a membrana da célula-alvo para se ligarem a receptores intracelulares localizados no citoplasma ou no núcleo desta célula. O complexo hormônio-receptor sofre uma mudança conformacional que leva a um aumento da afinidade do receptor pelo DNA regulando a transcrição de genes específicos, tal ligação, leva à ativação ou à supresão destes genes. O produto de alguns genes, ainda, podem servir de ativadores de outros genes produzindo um efeito secundário.

Receptores celulares ligados à membrana

Todas as moléculas hidrofílicas e as prostaglandinas efetuam sua resposta celular por

se ligarem a receptores proteicos específicos localizados na membrana da célula-alvo. Estes receptores se ligam a moléculas sinalizadoras com grande afinidade e transduzem o sinal em sinais intracelulares que afetam o desenvolvimento celular. Receptores de membrana não regulam a expressão gênica diretamente. Estes receptors transmitem o sinal através da membrana e a resposta da célula-alvo vai depender de moléculas secundárias, denominadas segundo mensageiro (ex: cAMP, fosfato de inositol ou cálcio).

Existem três tipos de receptores de membrana, baseados no mecanismo de transdução de sinal.

Receptores associados a canais: estes são canais de ions involvidos na sinalização sináptica ( tecido nervoso ou junção neuromuscular).Um transmissor específico pode rapidamente abrir ou fechar os canais de ions por se ligarem a receptores associados a estes canais, mudando, assim, a permeabilidade da membrana celular a certo íon.

Receptores catalíticos: estes receptores se comportam como enzimas quando ativados por um ligante específico. A maioria destes receptores apresentam uma região citoplasmática catalítica que se comporta como uma tirosina quinase. Uma proteínas-alvo é fosforilada em resíduos específicos de tirosina, mudando, assim, sua conformação (ex: receptor para insulina).

Receptores associados a proteína-G: quando ligados a um ligante específico estes receptores, indiretamente, ativam ou inativam uma enzima ou um canal iônico ligados a membrana celular, esta interação é mediada por uma proteína associada a uma molécula de GTP. Proteínas-G associadas a receptores iniciam uma cascata de eventos químicos dentro da célula-alvo que geralmente altera a concentração de mensageiros intracelulares como cAMP ou trifosfato de inositol, estes mensageiros intracelulares alteram o comportamento

de proteínas intracelulares. O efeito destes mensageiros são rapidamente revertidos quando o sinal extracelular é removido.