TEMA 2: Função das Membranas Celulares. Receptores, enzimas membranares e sinalização intracelular

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Vitorino Bento Espírito Santo
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1 Licenciatura em Engenharia Biomédica 2005/06 Luís Martinho do Rosário (Depto. de Bioquímica / FCTUC) TEMA 2: Função das Membranas Celulares Receptores, enzimas membranares e sinalização intracelular

2 Moléculas de sinalização extracelular / I Mediadores químicos locais Actuam somente no ambiente local (difusão extracelular) Exemplos: factor de crescimento nervoso NGF (proteína); histamina (derivado de aminoácido); prostaglandina E 2 (derivado de ácido gordo) Hormonas Interactuam com células-alvo em zonas remotas do organismo (transporte pelo sangue) Exemplos: insulina (proteína); somatostatina (pequeno péptido); adrenalina (derivado de aminoácido); testosterona (esteroide) Neurotransmissores Interactuam com células-alvo pós-sinápticas (difusão na fenda sináptica) Exemplos: glicina, noradrenalina, ácido γ-aminobutírico GABA, acetilcolina (aminoácidos e derivados); encefalinas (pequenos péptidos) BionBiom/#2-26

Exemplos: insulina (proteína); somatostatina (pequeno péptido); adrenalina (derivado de aminoácido); testosterona (esteroide) Neurotransmissores Interactuam com células-alvo

3 Solúveis em água Moléculas de sinalização extracelular / II Maior parte das hormonas e mediadores químicos locais Todos os neurotransmissores Adrenalina Ligam-se a RECEPTORES na MEMBRANA PLASMÁTICA ligando receptor ocupado pelo ligando Célula-alvo em repouso receptor Célula-alvo activada Pouco solúveis em água (hidrofóbicas) activação de vias de sinalização intracelular (produção de segundos mensageiros) Hormonas esteroides e hormonas da tiroide Ligam-se a RECEPTORES INTRACELULARES ligando regulação da transcrição de genes proteína transportadora Testosterona receptor intracelular BionBiom/#2-27

Pouco solúveis em água (hidrofóbicas) activação de vias de sinalização intracelular (produção de segundos mensageiros) Hormonas esteroides e hormonas

4 Receptores membranares IONOTRÓPICOS Ou canais operados por receptores. Integram um canal iónico, aberto por ligação do neurotransmissor METABOTRÓPICOS Receptores com sete segmentos transmembranares (7-TMS) Receptores catalíticos com um único segmento transmembranar Receptores ionotrópicos Superfamília de receptores tipo colinérgico 5-HT 3 (serotonina) GABA-A Cl Glicina - Acetilcolina (nicotínico) Na + (Ca 2+ ) Ex: receptor de acetilcolina nicotínico Superfamília de receptores glutamatérgicos ionotrópicos N-metil-D-aspartato (NMDA) Ca 2+ (Na + ) AMPA / Kainato (Entrada de Na + Despolarização Activação de CCSVs) Entrada de Ca 2+ [Ca 2+ ] i BionBiom/#2-28

único segmento transmembranar Receptores ionotrópicos Superfamília de receptores tipo colinérgico 5-HT 3 (serotonina) GABA-A Cl Glicina - Acetilcolina (nicotínico)

5 Receptores catalíticos com um único segmento transmembranar Ex: - Receptor de insulina - Receptor de factor de crescimento da epiderme (EGF) - Receptor de factor de crescimento derivado de plaquetas (PDGF) Sítio de reconhecimento do ligando (insulina) Insulina Domínio transmembranar Domínio catalítico (actividade de tirosina cinase) Inclui sub-domínio regulador Associação oligomérica induzida por insulina Actividade de tirosina cinase (inclui auto-fosforilação) Interacção entre domínios catalíticos BionBiom/#2-29

Insulina Domínio transmembranar Domínio catalítico (actividade de tirosina cinase) Inclui sub-domínio regulador Associação

6 Receptores 7-TMS Sítio de reconhecimento externo de ligandos Sete segmentos transmembranares helicoidais Sítio de reconhecimento interno de proteínas G GTP Receptor Proteínas G: proteínas que ligam nucleótidos de guanina (GTP e GDP) Ligando Enzima membranar L Enz G Agonista G α + Receptor 7-TMS + Prot G +/- Enzima membranar Segundos mensageiros 2 os mensageiros Respostas celulares Enzimas intracelulares +/- BionBiom/#2-30

de guanina (GTP e GDP) Ligando Enzima membranar L Enz G Agonista G α + Receptor 7-TMS + Prot G +/- Enzima

7 Proteínas G heterotriméricas Heterotrímeros (subunidades α, β e γ) no estado inactivo Subunidade α tem actividade de GTPase (GTP GDP+P i ) G αβγ /GTP G αβγ /GDP Enz inactiva Enz inactiva G βγ G α /GDP G α /GTP Enz activa Enz inactiva BionBiom/#2-31

8 Síntese processo endergónico camp como segundo mensageiro processo exergónico Degradação Adenil ciclase Fosfodiesterase H 2 O ATP Ex: Receptor de glucagão Receptor adrenérgico β (β 1 ou β 2 ) Ex: Agonista β Glucagão Pirofosfatase PP i H 2 O 2P i processo exergónico camp (adenosina 3,5 -monofosfato) 5 -AMP G s : Proteína G estimuladora (α s βγ) - sensível à toxina da cólera G i : Proteína G inibidora (α i βγ) - sensível à toxina pertussis - activada pelo receptor adrenérgico α 2 Activa PKA Glicogénio (n) Glicogénio (n-1) + Glicose-1-fosfato Glicogénio fosforilase Glicose Glucagão ou adrenalina camp Fosforilação de proteínas Respostas celulares a agonistas β ou glucagão BionBiom/#2-32

(α s βγ) - sensível à toxina da cólera G i : Proteína G inibidora (α i βγ) - sensível à toxina pertussis - activada pelo receptor adrenérgico α 2 Activa PKA Glicogénio (n)

9 Proteína cinase dependente de camp (PKA) R 2 C 2 inactivo Sub. reguladora Sub. catalítica fosforilação em resíduos de serina / treonina camp / PKA ATP + Proteína Proteína - P + ADP fosfatase Proteína + P i activas Amplificação de sinais Um complexo agonista receptor Activação de várias moléculas de proteína G Uma molécula de G s activada Activação de várias moléculas de adenil ciclase (AC) Uma molécula de AC activada Síntese de várias moléculas de camp e activação de várias moléculas de PKA Uma molécula de PKA activada Fosforilação de várias moléculas de proteína-alvo Um único evento de ligação agonista-receptor Activação de milhares de moléculas de proteínas-alvo RESPOSTA CELULAR BionBiom/#2-33

agonista receptor Activação de várias moléculas de proteína G Uma molécula de G s activada Activação de várias moléculas de adenil ciclase (AC) Uma molécula de AC activada

10 Segundos mensageiros derivados de fosfolípidos membranares PIP 2 DAG PLC: Fosfolipase C PIP 2 : Fosfatidilinositol-4,5- -bisfosfato DAG: Diacilglicerol (1,4,5)IP 3 : Inositol 1,4,5-trifosfato PKC: Proteína cinase C Receptor 7-TMS (activo) Fosfolipase C (1,4,5)IP 3 Proteína cinase C (activa) cpkc Domínio de ligação do substrato Proteína-alvo Domínio do pseudo- -substrato Proteína cinase C (inactiva) ATP + Proteína Proteína- P + ADP DAG - lipofílico, activa PKC (1,4,5)IP 3 - hidrossolúvel, activa receptores do RE / RS Ex os de receptores 7-TMS acoplados a PLC: acetilcolina muscarínico, adrenérgico α 1, glutamato metabotrópico fosforilação em resíduos de serina / treonina BionBiom/#2-34

Proteína-alvo Domínio do pseudo- -substrato Proteína cinase C (inactiva) ATP + Proteína Proteína- P + ADP DAG - lipofílico, activa PKC (1,4,5)IP 3 - hidrossolúvel, activa

11 Ca 2+ intracelular como segundo mensageiro Mecanismos de produção - Influxo / canais (membrana plasmática) - Libertação de reservatórios / receptores-canais (ER / SR) Mecanismos de terminação -Ca 2+ ATPases (membrana plasmática, ER / SR) - Trocador Na + /Ca 2+ - Tomada por outros organelos (ex: mitocôndria) Libertação de Ca 2+ de reservatórios intracelulares Receptor de rianodina 4 subunidades iguais (4-TMS) delimitam um poro 4 subunidades iguais (6-TMS) delimitam um poro Activadores:Ca 2+, cadpr (rianodina, cafeína) Receptor de (1,4,5)IP 3 Activador: (1,4,5)IP 3 BionBiom/#2-35

organelos (ex: mitocôndria) Libertação de Ca 2+ de reservatórios intracelulares Receptor de rianodina 4 subunidades iguais (4-TMS) delimitam um

12 1 2 Ligação de Ca 2+ e activação de proteínas + Ca 2+ Ca2+ Ca 2+ Actividade 1: Proteína ligante de Ca 2+ 2: Proteína reguladora H O H Ca 2+ Ca 2+ Mg 2+ Ca 2+ H O H Raios iónicos Mg Å Ca Å Alteração conformacional da proteína ligante de Ca 2+ BionBiom/#2-36

Ca 2+ Ca 2+ Mg 2+ Ca 2+ H O H Raios iónicos Mg 2+. 0.

13 Calmodulina e proteína cinase dependente de Ca 2+ / calmodulina Proteínas ligantes de Ca 2+ (exemplos) Proteína cinase C (PKC) Anexinas Troponina C Calmodulina (CaM) ~ 15 kda liga 4 iões Ca 2+ (loops entre α-hélices) Proteínas dependentes de CaM (exemplos) Cinase das cadeias leves da miosina Cinase da fosforilase do glicogénio Fosfatases (calcineurina) Fosfodiesterases Sintase do óxido nítrico Cinases dependentes de CaM (tipos I-IV) CaMK: CaM/Ca 2+ promove a desrepressão do local catalítico (ocupado pela sequência do pseudo-substrato do domínio regulador, na ausência de CaM/Ca 2+ ) fosforilação de proteínas em resíduos de serina / treonina BionBiom/#2-37

Fosfatases (calcineurina) Fosfodiesterases Sintase do óxido nítrico Cinases dependentes de CaM (tipos I-IV) CaMK: CaM/Ca 2+ promove a desrepressão do local

14 Sinalização por óxido nítrico (NO) Regulação por NO Fluxo sanguíneo e vasodilatação Agregação plaquetária Neurotransmissão e neuromodulação Defesas imunitárias Outras NOS: Sintase do óxido nítrico NOS L-arginina Citrulina + NO O 2 NADPH Mensageiro intercelular Produção Ex: células endoteliais vasculares Difusão Isoformas Acção Ex: músculo liso vascular nnos (ou neuronal, NOS-1) enos (ou endotelial, NOS-3) constitutivas, activadas por Ca 2+ /CaM (via receptores) Efeitos de NO Dependentes de cgmp Guanil ciclase solúvel (sgc) Independentes de cgmp Nitrosilação de proteínas, hemoglobina, oxigénio / superóxido inos (ou indutível, NOS-2) Induzidas por transcrição de genes (via citoquinas, endotoxinas, etc) elevada afinidade para com Ca 2+ /CaM BionBiom/#2-38

NOS-1) enos (ou endotelial, NOS-3) constitutivas, activadas por Ca 2+ /CaM (via receptores) Efeitos de NO Dependentes de cgmp Guanil ciclase solúvel (sgc) Independentes de cgmp Nitrosilação

15 GMP cíclico (cgmp) como segundo mensageiro Regulação por cgmp Tonicidade do músculo liso Fototransdução Homeostasia de fluidos e electrólitos GC: Guanil ciclase GC GTP cgmp + PP i Classes de GC Membranar (pgc) receptor activado por péptidos natriuréticos, guanilina, endotoxinas Solúvel (sgc) citossólica, activada por ligação de NO a um grupo hemo (pgc) Alvos de cgmp + PKG (sgc) Proteína cinase dependente de cgmp (PKG) (cinase serina / treonina) Canais activados por nucleótidos cíclicos (fototransdução na retina) Fosfodiesterases reguladas por cgmp BionBiom/#2-39

Solúvel (sgc) citossólica, activada por ligação de NO a um grupo hemo (pgc) Alvos de cgmp + PKG (sgc) Proteína cinase dependente de cgmp

16 Fosfodiesterases reguladas por cgmp e vasodilatação Degradação do sinal PDE: Fosfodiesterase PDE cgmp 5 -GMP Famílias de PDEs Específicas para camp Específicas para cgmp: PDE5 (plaquetas / músculo liso / corpus cavernosum), PDE6 (fototransdução) e PDE9 Especificidade mista para camp/cgmp H 2 O Inibidor de PDE5 cgmp Relaxação do músculo liso do corpus cavernosum, aumento do fluxo sanguíneo e erecção do pénis BionBiom/#2-40

cavernosum), PDE6 (fototransdução) e PDE9 Especificidade mista para camp/cgmp H 2 O Inibidor de PDE5 cgmp

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