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Transcrição

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6 Os hormônios atuam como moléculas de sinalização entre as células (sinalização endócrina), ativando receptores celulares específicos. Sinalização endócrina: os hormônios são lançados no espaço extracelular, penetram nos capilares sanguíneos e se distribuem por todo o corpo, indo atuar a distância, nas chamadas células-alvo. Célula-alvo é aquela que tem receptor para o hormônio. Quando o hormônio tem natureza hidrofóbica, ele atravessa a membrana plasmática por difusão e se liga a receptores intracelulares. Quando o hormônio tem natureza hidrofílica, ele não atravessa a membrana plasmática por difusão e precisa se ligar a receptores específicos presentes na membrana plasmática para exercer a sua função. 6

7 Os múltiplos sistemas hormonais desempenham um papel-chave na regulação de quase todas as funções corporais, incluindo o metabolismo, crescimento e desenvolvimento, equilíbrio hidroeletrolítico, reprodução e comportamento. Por exemplo, sem hormônio do crescimento uma pessoa seria anã. Sem tiroxina e triiodotironina da tireoide, quase todas as reações químicas do corpo ficariam lentas e a pessoa também se tornaria lenta. Sem a insulina do pâncreas, as células do corpo poderiam usar pouco dos carboidratos presentes nos alimentos para produzir energia. E sem os hormônios sexuais, o desenvolvimento sexual e as funções sexuais não existiriam. 7

8 Peptídeos são compostos resultantes de união entre dois ou mais aminoácidos. Assim temos: dipeptídeo (formado pela união de 2 aminoácidos), tripeptídeo (formado pela união de 3 aminoácidos), tetrapeptídeo (formado pela união de 4 aminoácidos) etc. De maneira geral, podemos classificar os peptídeos com 2 a 10 aminoácidos como oligopeptídeos. Já quando a molécula possui mais de dez aminoácidos, fala-se em polipeptídeo. Geralmente, usamos o termo proteína para designar certas moléculas com um número igual ou superior a 100 aminoácidos. Assim, os hormônios peptídicos englobam desde tripeptídeos até proteínas. Em geral, os hormônios polipeptídeos com 100 ou mais aminoácidos são chamados de proteínas, e aqueles com menos de 100 aminoácidos são denominados peptídeos. 8

9 Glu= ácido glutâmico His= histidina Pro= prolina 9

10 Geralmente são sintetizados como proteínas maiores que não são biologicamente ativas (pré-pró-hormônios) e clivados para formar pró-hormônios menores no retículo rugoso. Estes são então transferidos para o aparelho de Golgi para acondicionamento em vesículas secretoras. Neste processo, as enzimas nas vesículas clivam os pró-hormônios para produzir hormônios menores biologicamente ativos e fragmentos inativos. As vesículas são armazenadas no citoplasma e muitas ficam ligadas à membrana celular até que o produto da sua secreção seja necessário. A secreção de hormônios ocorre quando as vesículas secretoras se fundem com a membrana celular e o conteúdo é expelido para o líquido intersticial ou diretamente na corrente sanguínea por exocitose. Em muitos casos, o estímulo para a exocitose é um aumento na concentração citosólica de íons cálcio, causado pela despolarização da membrana plasmática. Em outros casos, a estimulação de um receptor endócrino na superfície celular causa aumento de monofosfato de adenosina cíclico (AMPc) e, subsequentemente, a ativação de proteínas quinases que iniciam a secreção do hormônio. 10

11 Embora haja muito pouco armazenamento de hormônio em células endócrinas produtoras de esteroides, grandes depósitos de ésteres de colesterol em vacúolos do citoplasma podem ser rapidamente mobilizados para a síntese de esteroides após um estímulo. Como os esteroides são altamente lipossolúveis, uma vez sintetizados eles se difundem através da membrana celular para o líquido intersticial e entram na circulação sanguínea. 11

12 Para maiores detalhes sobre a síntese dos hormônios aminas, ver aulas sobre Tireoide e Paratireoides e sobre Adrenais e Pâncreas Endócrino. 12

13 A tireoglobulina é armazenada em grandes folículos dentro da tireoide. É uma grande glicoproteína que contém resíduos de sulfato e fósforo covalentemente ligados. Quando é iodada ela forma monoidotirosina e diidotirosina. A monoidotirosina ligada a diidotirosina forma o T3 (Triiodotironina), e a ligação de duas diiodotirosina forma o T4 (Tetraiodotironina). Assim, O T3 é composto da ligação de três iodos e o T4 da ligação de quatro iodos. 13

14 A medula adrenal secreta cerca de 4 vezes mais adrenalina do que noradrenalina. 14

15 GH= hormônio do crescimento. O início da secreção após o estímulo e a duração da ação variam. 15

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18 pg= picogramas; ng= nanogramas; g= microgramas 18

19 Feedback (ou retroalimentação) negativo: depois que um estímulo causa liberação do hormônio, condições ou produtos decorrentes da ação do hormônio tendem a suprimir uma liberação adicional. Ou seja, o hormônio (ou um de seus produtos) tem um efeito de feedback negativo impedir a hipersecreção do hormônio ou a hiperatividade do tecido-alvo. A variável controlada não costuma ser a taxa de secreção do próprio hormônio, mas o grau de atividade no tecido-alvo: somente quando a atividade no tecido-alvo se eleva até um nível apropriado, os sinais de feedback para a glândula endócrina se tornarão poderosos o suficiente para tornar mais lenta a secreção do hormônio. 19

20 Em alguns casos, ocorre feedback positivo (+) quando a ação biológica do hormônio causa sua secreção adicional. Um exemplo é o surto de secreção do hormônio luteinizante (LH) que ocorre em decorrência do efeito estimulatório do estrógeno (E) sobre a hipófise anterior antes da ovulação. O LH secretado então atua sobre os ovários, estimulando a secreção adicional de estrógeno, o que, por sua vez, causa mais secreção de LH, que alcança uma concentração apropriada, estimulando a ovulação. A partir da qual é então exercido um controle típico por feedback negativo da secreção do hormônio. Para maiores detalhes, veja aulas sobre Sistema Reprodutor Feminino. 20

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22 Catecolaminas são hormônios/neurohormônios derivados do aminoácido tirosina. As catecolaminas mais abundantes são a adrenalina, a noradrenalina e a dopamina. Os hormônios ligados a proteínas plasmáticas (esteroides e da tireoide) não conseguem se difundir facilmente pelos capilares. Portanto, tanto o acesso às células-alvo quanto a sua remoção da circulação são mais lentos. Também, as quantidades relativamente grandes desses hormônios ligados a proteínas plasmáticas servem como reservatório, reabastecendo a concentração de hormônios livres quando estes estão ligados a receptores nas células-alvo ou são removidos da circulação. 22

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26 O primeiro passo da ação de um hormônio é ligar-se a receptores específicos na célulaalvo. As células que não possuem receptores para hormônios não respondem. Os receptores para alguns hormônios estão localizados na membrana das células-alvo, enquanto outros receptores hormonais estão localizados no citoplasma ou no núcleo. Quando o hormônio se combina com seu receptor, isto geralmente inicia uma cascata de reações na célula, com cada etapa tornando-se mais poderosamente ativada, de modo que pequenas concentrações do hormônio podem ter um grande efeito celular. Para maiores informações, ver aulas sobre Fisiologia da Membrana: Transporte, Sinalização Celular e Fatores de Crescimento. 26

27 Os receptores hormonais são proteínas grandes, e cada células estimulada tem cerca de a receptores. Cada receptor é altamente específico para um único hormônio. Isto determina o tipo de hormônio que atuará sobre um tecido em particular (tecido-alvo). Tecidos-alvo: são aqueles que têm os receptores específicos para determinado hormônio. 27

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29 Down-regulation = regulação para baixo. O aumento da concentração de hormônio e o aumento da sua ligação aos receptores da célula-alvo podem levar à redução da responsividade do tecido-alvo ao hormônio. Up-regulation = regulação para cima. O estímulo hormonal pode induzir a formação de receptores ou moléculas de sinalização intracelular maior que o normal, aumentando a sensibilidade do tecido-alvo aos efeitos da estimulação hormonal. 29

30 GABA: ácido gama-aminobutírico: principal neurotransmissor inibidor no sistema nervoso central dos mamíferos. Glutamato: principal neurotransmissor excitatório no SNC. Receptores colinérgicos nicotínicos: se encontram principalmente placa motora da junção neuromuscular e nos gânglios pós-sinápticos do sistema parassimpático e se ativa quando a acetilcolina é liberada nas sinapses. 30

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32 GPCRs = G Protein-coupled receptors 7TM = 7 transmembrane helices O mecanismo de ativação da maioria dos receptores 7TM envolve acoplamento a proteínas G, e neste caso eles são também chamados acoplados à proteína G (GPCRs receptores). Para maiores detalhes, ver aula sobre Sinalização Celular. 32

33 Em seu estado inativo, as subunidades, e da proteína G formam um complexo que se liga ao difosfato de guanosina (GDP) na subunidade. Quando o receptor é ativado, ele sofre uma mudança de conformação que faz com que a proteína G trimérica ligada ao GDP se associe à parte citoplasmática do receptor. Isto ativa a parte citoplasmática do receptor, que então adiciona um grupo fosfato ao GDP da cadeia (formando trifosfato de guanosina ou GTP), tornando-a ativa. Isto faz com que a subunidade se dissocie do complexo trimérico e se associe a outras proteínas de sinalização intracelular. Estas proteínas, por sua vez, alteram a atividade dos canais iônicos ou enzimas intracelulares, como a adenil ciclase (animação) ou fosfolipase C, o que altera a função da célula. Alguns hormônios se acoplam a proteínas G inibitórias (Gi), enquanto outros se unem a proteínas G estimuladoras (Gs). Desta forma, dependendo do acoplamento de um receptor hormonal com uma proteína G inibitória ou estimuladora, um hormônio pode aumentar ou diminuir a atividade das enzimas intracelulares. Este sistema complexo de proteínas G da membrana celular fornece um vasto conjunto de respostas celulares em potencial a diferentes hormônios nos vários tecidos do corpo. Para maiores detalhes, ver aula sobre Sinalização Celular. 33

34 Quando o receptor e o hormônio se separam, a própria cadeia hidrolisa o GTP, transformando-o em GDP. Em consequência, as três cadeias da proteína G se prendem novamente, e o receptor é desligado. 34

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36 Exemplos de receptores ligados a enzimas (ou receptores catalíticos): receptores tirosina quinase (atividade intrínseca ou associada), receptores serina/treonina quinase (atividade intrínseca), receptores guanilato ciclase (único domínio transmembrana), receptores histidina quinase. A ativação desses receptores leva à ativação de proteínas reguladoras da expressão gênica que migram para o núcleo celular, onde fosforilam um conjunto de moléculas responsáveis pela transcrição, iniciando assim a proliferação celular. 36

37 Exemplos: receptores tirosina quinase (atividade intrínseca ou associada), receptores serina/treonina quinase (atividade intrínseca), receptores guanilato ciclase (único domínio transmembrana), receptores histidina quinase. A ativação desses receptores leva à ativação de proteínas reguladoras da expressão gênica que migram para o núcleo celular, onde fosforilam um conjunto de moléculas responsáveis pela transcrição, iniciando assim a proliferação celular. Figura da direita: O receptor de leptina existe como um homodímero (duas partes idênticas). A leptina se liga à parte extracelular do receptor, causando fosforilação e ativação da janus quinase 2 (JAK2) intracelular associada. Isto causa fosforilação das proteínas transdutoras de sinal e ativadoras da transcrição (STAT), que então ativam a transcrição de genes-alvo e a síntese de proteínas. A fosforilação de JAK2 também ativa vários outros sistemas de enzimas que medeiam alguns dos efeitos mais rápidos da leptina. Para alguns hormônios peptídicos, como o peptídeo nautriurético atrial (ANP), o monofosfato cíclico de guanosina ou guanosina monofosfato cíclico (GMPc) serve como segundo mensageiro. 37

38 O complexo hormônio-receptor ativado se liga a uma sequência do DNA reguladora (promotora) específica chamada de elemento de resposta hormonal e, desta forma, ativa ou reprime a transcrição de genes específicos e a formação do RNA mensageiro (mrna). Muitos tecidos têm receptores hormonais intracelulares idênticos, mas os genes que os receptores regulam são diferentes nos vários tecidos. Um receptor intracelular pode ativar uma resposta gênica somente se estiver presente a combinação apropriada das proteínas reguladoras de genes, e muitas destas proteínas são tecido-específicas. Desta forma, as respostas de diferentes tecidos a um hormônio são determinadas não apenas pela especificidade dos receptores, mas também pelos genes que o receptor regula. 38

39 Adenil ciclase = adenilato ciclase 39

40 Os receptores adrenérgicos ou adrenorreceptores pertencem a classe de receptores ligados à proteína G e que são alvos das catecolaminas. Os receptores adrenérgicos são ativados por seus ligantes endógenos, as catecolaminas: adrenalina (epinefrina) e noradrenalina (norepinefrina). Existem dois grupos principais de receptores adrenérgicos,, apresentando vários subtipos: - os receptores têm os subtipos 1 (um receptor acoplado a uma proteína GQ) e 2 (um receptor acoplado a Gi). -os receptores possuem os subtipos 1, 2 e 3. Todos os três estão ligados às proteínas Gs, que por sua vez, estão ligados a adenilato ciclase. Para maiores informações sobre proteínas G e seus receptores, ver a aula sobre Sinalização celular. 40

41 A ligação dos hormônios com o receptor permite a ativação da proteína G. A ação específica que ocorre em resposta a aumentos ou reduções de AMPc em cada tipo de célula-alvo depende da natureza da maquinaria intracelular (complexo enzimático diferente em tipos celulares diferentes). Portanto, diferentes funções são desencadeadas em diferentes células-alvo, tais como iniciar a síntese de substâncias químicas intracelulares específicas, iniciar a secreção pela célula ou alterar a permeabilidade celular. Ex.: uma célula da tireoide estimulada por AMPc forma os hormônios metabólicos tiroxina e triiodotironina, enquanto o estímulo de uma célula do córtex adrenal por AMPc provoca secreção de hormônios esteroides adrenocorticais. Já nas células epiteliais dos túbulos renais, o AMPc aumenta a sua permeabilidade à água. 41

42 Os receptores têm os subtipos 1: um receptor acoplado a uma proteína Gq (envolvida na ativação da enzima fosfolipase C) e 2 (um receptor acoplado Gi). 42

43 Difosfato de fosfatidilinositol = fosfatidil inositol difosfato (PIP 2 ), um fosfolipídio da membrana celular. 43

44 Difosfato de fosfatidilinositol = fosfatidil inositol difosfato (PIP 2 ), um fosfolipídio da membrana celular. REL= retículo endoplasmático liso A ligação do hormônio ao receptor acoplado à proteína G (GPCR) desencadeia a ativação da proteína Gq, localizada na face citoplasmática da membrana plasmática. Esta, por sua vez, ativa a enzima fosfolipase C, que degrada o fosfatidil inositol bifosfato (PIP 2 ), um componente fosfolipídico da membrana plasmática, em trifosfato de inositol (IP 3 ) e diacilglicerol (DAG), segundos mensageiros envolvidos nas respostas fisiológicas mediadas pela proteína Gq. O IP 3 é uma molécula pequena e hidrossolúvel que sai da membrana e se difunde rapidamente pelo citosol, onde se liga aos seus receptores, que são canais de liberação de Ca 2+ controlados por IP 3 localizados na membrana do retículo endoplasmático (RE), abrindoos. O Ca 2+ estocado no RE é então liberado através dos canais abertos, aumentando rapidamente sua concentração no citosol. O DAG permanece na bicamada interna da membrana plasmática, onde se movimenta com grande velocidade e vai participar da ativação de uma proteína quinase, a PKC, assim chamada porque é dependente de Ca 2+. O aumento inicial do Ca 2+ citosólico, induzido por IP 3,alteraa PKC, de forma que ela se desloca do citosol para a face citoplasmática da membrana. Aí ela é ativada pela combinação de Ca 2+, DAG e de um fosfolipídeo de membrana carregado negativamente, a fosfatidilserina. Nesse tipo de cascata de sinalização, o cálcio é o mensageiro secundário e pode afetar diretamente componentes do citoesqueleto, como os microtúbulos, disparar mecanismos de secreção ou prosseguir a cascata, ativando diretamente enzimas como a PKC, que vai fosforilar outras proteínas passando o sinal adiante. OBS.: O DAG, apesar de permanecer na membrana plasmática, também atua como mediador intracelular pequeno e pode ter outros papeis potenciais na sinalização. Além dos efeitos apresentados, a parte lipídica do DAG é o ácido aracdônico, que é precursor das prostaglandinas e outros hormônios locais que causam efeitos múltiplos nos tecidos de todo o corpo. Assim, o DAG pode ser clivado e liberar ácido araquidônico, que pode agir como um mensageiro ou ser usado na síntese de outras moléculas lipídicas pequenas chamadas eicosanoides (incluindo as prostaglandinas; ver aula sobre sinalização celular para maiores informações). 44

45 Difosfato de fosfatidilinositol = fosfatidil inositol difosfato (PIP 2 ), um fosfolipídio da membrana celular. 45

46 Se uma proteína Gq interage e abre um canal de Ca 2+, o aumento da concentração de cálcio no citoplasma inicia cascatas de transdução de sinal dentro da célula-alvo. A maior parte do Ca 2+ mediador das cascatas de transdução de sinal atua através da proteína calmodulina, uma proteína ligadora de cálcio que está presente em todas as células eucarióticas. A calmodulina é uma molécula em forma de sino que possui quatro sítios de ligação ao Ca +2. A ligação de cálcio em todos os quatro sítios promove uma mudança conformacional na calmodulina, ativando-a. Isto possibilita a interação do complexo Ca +2 -calmodulina com sequências conservadas de várias proteínas-alvo, ativando ou desativando suas atividades. Um importante grupo dessas proteínas é a família serina/treonina quinase chamada de proteína quinase dependente de Ca 2+ - calmodulina (CaM-quinase). Um exemplo bem estudado de CaM-quinase é a CaM-quinase II, encontrada em altas concentrações em neurônios que secretam os neurotransmissores catecolaminas (ver também cadeia leve da miosina II na aula de Fisiologia da contração muscular). 46

47 Para maiores informações, veja aula sobre Fisiologia da contração muscular. 47

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