TEMA 2: Função das Membranas Celulares
Receptores, enzimas membranares esinalização intracelular
Licenciatura em Engenharia Biomédica2005/06
Luís Martinho do Rosário(Depto. de Bioquímica / FCTUC)
Moléculas de sinalização extracelular / I
BionBiom/#2-26
►Mediadores químicos locais
Actuam somente no ambiente local (difusão extracelular)
►HormonasInteractuam com células-alvo em zonas remotas do organismo (transporte pelo sangue)
►NeurotransmissoresInteractuam com células-alvo pós-sinápticas(difusão na fenda sináptica)
Exemplos: factor de crescimentonervoso – NGF (proteína); histamina(derivado de aminoácido); prostaglandinaE2 (derivado de ácido gordo)
Exemplos: insulina (proteína); somatostatina (pequeno péptido); adrenalina (derivado de aminoácido);testosterona (esteroide)
Exemplos: glicina, noradrenalina,ácido γ-aminobutírico – GABA, acetilcolina(aminoácidos e derivados); encefalinas(pequenos péptidos)
BionBiom/#2-27
Moléculas de sinalização extracelular / II◙ Solúveis em água
Maior parte das hormonas e mediadores químicoslocais Todos os neurotransmissores
Adrenalina
Ligam-se a RECEPTORES na MEMBRANA PLASMÁTICA
Célula-alvoem repouso
Célula-alvoactivada
ligando
receptor
receptor ocupadopelo ligando
activação de viasde sinalização intracelular
(produção de segundos mensageiros)◙ Pouco solúveis em água (hidrofóbicas)
Hormonas esteroides e hormonas da tiroide
Testosterona
regulação da transcriçãode genes
ligando
proteínatransportadora
receptorintracelular
Ligam-se a RECEPTORES INTRACELULARES
BionBiom/#2-28
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 Ex: receptor de acetilcolinanicotínico
Superfamília de receptores tipo colinérgico▓ 5-HT3 (serotonina)▓ GABA-A▓ Glicina
▓ Acetilcolina (nicotínico)
Superfamília de receptores glutamatérgicos ionotrópicos▒ N-metil-D-aspartato (NMDA) Ca2+ (Na+)▒ AMPA / Kainato
Na+ (Ca2+)
Cl-
(Entrada de Na+ Despolarização Activação de CCSVs) Entrada de Ca2+ [Ca2+]i
BionBiom/#2-29
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)
InsulinaSítio de reconhecimento do ligando(insulina)
Domínio transmembranar
Domínio catalítico(actividade de tirosina cinase) Inclui sub-domínio
regulador
Associação oligomérica induzidapor insulina
Interacção entre domínios catalíticos
Actividade de tirosina cinase(inclui auto-fosforilação)
Receptores 7-TMS
BionBiom/#2-30
╬ Sítio de reconhecimento externo de ligandos╬ Sete segmentos transmembranares helicoidais╬ Sítio de reconhecimento interno de proteínas G
Proteínas G: proteínas que ligam nucleótidosde guanina (GTP e GDP)
GTP
Receptor
L
Ligando
GGα
Enz
2os mensageiros
Enzimamembranar
Receptor7-TMS
Enzimamembranar
Segundosmensageiros
Enzimasintracelulares
Respostascelulares
Agonista
+
+/-
+/-Prot G
+
BionBiom/#2-31
Proteínas G heterotriméricas
► Heterotrímeros (subunidades α, β e γ) no estado inactivo
► Subunidade α tem actividade de GTPase (GTP→GDP+Pi)
Gαβγ/GDP Enz inactiva Enz inactiva
Gαβγ/GTP
Gβγ
Gα/GTP Enz activaEnz inactiva
Gα/GDP
1. 2.
3. 4.
BionBiom/#2-32
cAMP como segundo mensageiro
ATP cAMP(adenosina 3’,5´-monofosfato)
5’-AMP
Adenil ciclase Fosfodiesterase
H2O
PPi 2PiH2O
Pirofosfatase
processo endergónico
processo exergónico
processo exergónicoSíntese
Ex: Receptor de glucagãoReceptor adrenérgico β(β1 ou β2)
cAMP
Activa PKA
Fosforilação de proteínas
Ex: Agonista βGlucagão
Respostas celulares aagonistas β ou glucagão
Degradação
Gs: Proteína G estimuladora (αsβγ)- sensível à toxina da cólera
Gi: Proteína G inibidora (αiβγ)- sensível à toxina pertussis- activada pelo receptor adrenérgico α2
Glicogénio (n) Glicogénio (n-1) + Glicose-1-fosfatoGlicogénio fosforilase
GlicoseGlucagão ou adrenalina
BionBiom/#2-33
Proteína cinase dependente de cAMP (PKA)
Sub. reguladora
Sub. catalíticaR2C2
inactivo
activas
ATP + Proteína Proteína - P + ADPcAMP / PKA
fosforilação em resíduosde serina / treonina
Proteína + Pi
fosfatase
Amplificação de sinais
Um complexo agonista–receptor Activação de várias moléculas de proteína G
Uma molécula de Gs activada Activação de várias moléculas de adenil ciclase (AC)
Uma molécula de AC activada Síntese de várias moléculas de cAMP e activação devárias moléculas de PKA
Uma molécula de PKA activada Fosforilação de várias moléculas de proteína-alvo
Um único evento de ligaçãoagonista-receptor
Activação de milhares demoléculas de proteínas-alvo
RESPOSTA CELULAR
Segundos mensageiros derivados de fosfolípidos membranares
BionBiom/#2-34
PIP2 DAG
(1,4,5)IP3
PLC: Fosfolipase CPIP2: Fosfatidilinositol-4,5-
-bisfosfatoDAG: Diacilglicerol(1,4,5)IP3: Inositol 1,4,5-trifosfatoPKC: Proteína cinase C
Fosfolipase CProteína cinase C
(activa)
Receptor 7-TMS(activo)
Proteína cinase C(inactiva)
DAG - lipofílico, activa PKC(1,4,5)IP3 - hidrossolúvel, activa
receptores do RE / RSExos de receptores 7-TMS acoplados a PLC: acetilcolina muscarínico, adrenérgico α1, glutamato metabotrópico
Domínio de ligaçãodo substrato
Domínio do pseudo--substrato
Proteína-alvocPKC
ATP + Proteína Proteína- P + ADP
fosforilação em resíduosde serina / treonina
Ca2+ intracelular como segundo mensageiro
BionBiom/#2-35
Mecanismos de produção- Influxo / canais (membrana plasmática)- Libertação de reservatórios / receptores-canais (ER / SR)
Mecanismos de terminação- Ca2+ ATPases (membrana plasmática, ER / SR)- Trocador Na+/Ca2+
- Tomada por outros organelos (ex: mitocôndria)
Libertação de Ca2+ de reservatórios intracelulares
Receptor de (1,4,5)IP3
4 subunidades iguais (6-TMS) delimitam um poro
Activador: (1,4,5)IP3
Receptor de rianodina
4 subunidades iguais (4-TMS)
delimitam um poro
Activadores:Ca2+, cADPR(rianodina, cafeína)
Ligação de Ca2+ e activação de proteínas
BionBiom/#2-36
+ Ca2+ ↔Ca2+
Ca2+Actividade
1 2
1: Proteína ligante de Ca2+
2: Proteína reguladora
Alteração conformacionalda proteína ligante de Ca2+
Ca2+
Ca2+
OH H
OHH
Mg2+
Ca2+
Raios iónicosMg2+ …. 0.6 ÅCa2+ …. 0.95 Å
Calmodulina e proteína cinase dependente de Ca2+ / calmodulina
BionBiom/#2-37
Proteínas ligantes de Ca2+
(exemplos)
● Proteína cinase C (PKC)● Anexinas● Troponina C● Calmodulina (CaM) ~ 15 kDa
liga 4 iões Ca2+ (loops entreα-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/Ca2+ promove a desrepressão do local catalítico (ocupadopela sequência do pseudo-substrato do domínio regulador, na ausência de CaM/Ca2+)
fosforilação de proteínas em resíduos de serina / treonina
Sinalização por óxido nítrico (NO)
L-arginina Citrulina + NONOS
O2 NADPH
NOS: Sintase do óxido nítricoRegulação por NO• Fluxo sanguíneo e vasodilatação• Agregação plaquetária• Neurotransmissão e neuromodulação• Defesas imunitárias• Outras
Isoformas
nNOS (ou neuronal, NOS-1)eNOS (ou endotelial, NOS-3)
iNOS (ou indutível, NOS-2)
Mensageiro intercelular
Produção Ex: célulasendoteliais vasculares
Difusão
Acção Ex: músculoliso vascular
constitutivas, activadaspor Ca2+/CaM (via receptores)
Induzidas por transcrição de genes(via citoquinas, endotoxinas, etc)
elevada afinidade para com Ca2+/CaM Efeitos de NODependentes de cGMP• Guanil ciclase solúvel (sGC)Independentes de cGMP• Nitrosilação de proteínas, hemoglobina,
oxigénio / superóxido BionBiom/#2-38
GMP cíclico (cGMP) como segundo mensageiro
GTP cGMP + PPiGC
GC: Guanil ciclaseRegulação por cGMP• Tonicidade do músculo liso• Fototransdução• Homeostasia de fluidos
e electrólitosClasses de GC
• Membranar (pGC) receptor activado por péptidosnatriuréticos, guanilina, endotoxinas
• Solúvel (sGC) citossólica, activada por ligação de NO a um grupo hemo
(pGC)
(sGC)
PKG+
Alvos de cGMP
• Proteína cinase dependente de cGMP (PKG)(cinase serina / treonina)
• Canais activados por nucleótidos cíclicos(fototransdução na retina)
• Fosfodiesterases reguladas por cGMPBionBiom/#2-39
Fosfodiesterases reguladas por cGMP e vasodilatação
PDEPDE: Fosfodiesterase
cGMP 5’-GMP
H2O
Degradação do sinalFamílias de PDEs
• Específicas para cAMP• Específicas para cGMP: PDE5 (plaquetas / músculo liso /corpus cavernosum), PDE6 (fototransdução) e PDE9• Especificidade mista para cAMP/cGMP
Inibidor de PDE5 cGMP
Relaxação do músculo liso do corpuscavernosum, aumento do fluxo sanguíneo
e erecção do pénis
BionBiom/#2-40