compreender os tipos de receptores e sinalizadores

I Módulo 402 – Problema 2 I Thiago Almeida Hurtado – Turma VII

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1) Compreender os tipos de receptores e sinalizadores celulares e tipos de agonistas e antagonistas e inibidores através de forças intermoleculares • Quando um fármaco se liga a seu receptor, pode ocorrer uma resposta em consequência a essa ligação.

o O efeito do fármaco pode ser molecular, celular, tecidual ou do organismo como um todo, dependendo da quantidade de moléculas ligadas e da quantidade de receptores “ocupados”

• A constante de dissociação é uma grandeza característica de cada fármaco com seu determinado receptor.

o A medida que aumenta a concentração de ligante, a concentração de receptores ligados também aumenta

o A medida que a concentração de receptores livres aumenta, a quantidade de receptores ligados aumenta em consequência a isso.

o Portanto, o efeito farmacológico pode sofrer aumento em consequência a um aumento na concentração do ligante ou do receptor!

• Os receptores farmacológicos podem ser categorizados dentro de dois estados de conformação, em equilíbrio reversível entre si: o estado ativo e estado inativo. A ligação de um fármaco influencia na probabilidade de o receptor se encontrar em uma dessas duas conformações.

o Agonista à fármaco que que favorece a conformação ativa de seu receptor. A principal diferença dos agonistas citados abaixo para os antagonistas é que estes atuam mesmo na ausência do agonista. § Agonista Parcial à é uma molécula que se liga ao receptor, contudo só produz resposta parcial,

mesmo quando todos os receptores encontram-se ligados ao agonista. Por muitas vezes se ligam ao mesmo receptor que o agonista, portanto, podem atuar como antagonistas. Ainda não se sabe muito bem o motivo de isso ocorrer, contudo, algumas hipóteses já foram elaboradas, como a possibilidade de eles se ligarem a receptores, tanto no estado ativado quanto no inativado, ou ativa uma determinada conformação do receptor na qual ele não se encontra 100% ativo.

§ Agonista Inverso à liga-se a um receptor que está em atividade quando em estado basal, cessando essa quando ligado a ele. Na presença de agonista, tem como ação reduzir a atividade de determinado receptor.

o Antagonista à fármaco que impede a ativação do receptor por seu agonista, contudo, não exerce nenhum efeito na ausência desse! § Antagonista de receptor à liga-se ao sítio ativo ou alostérico de

um receptor, impedindo a ligação do agonista e a consequente ativação do receptor ou mudança de conformação necessária para ativação desse. Podem se ligar reversivelmente ou irreversivelmente a esses.

ü Competitivo à se liga reversivelmente ao sítio de um receptor, mantendo-o em sua conformação inativa e bloqueando a ligação do agonista a esse (não permite sua ativação). Ele reduz a potência, porém não a sua eficácia (caso a concentração do agonista aumente mt, ele ainda pode exercer seu efeito)


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ü Não-Competitivo à ligam-se a um sítio ativo ou alostérico de um receptor, podendo fazê-lo de modo covalente ou com elevada afinidade, gerando uma ligação efetivamente irreversível. Portanto, não compete com o agonista, já que mesmo com o aumento da concentração desse, seu efeito não pode ser superado.

o Quando de caráter alostérico, impede a ação do receptor, mesmo que esse esteja ligado a um agonista, por mudar sua conformação espacial. Quando reversível, o efeito do fármaco cessa quando é metabolizado e eliminado pelo organismo, o que não ocorre quando não é reversível.

o Geram redução na eficácia do agonista! § Antagonista sem receptor à inibe a capacidade do agonista de iniciar uma resposta, por meio

de ligação direta a esse ou indireta (agindo em um componente da cascata de reação ou ativando uma via que se opõe a ativada pelo agonista).

ü Químicos à inativam o agonista antes de ele agir, por meio de modificações em sua estrutura ou sequestra-lo do organismo, de forma a impedir sua ligação ao receptor

ü Fisiológico à produz efeito fisiológico oposto ao induzido pelo agonista por ligação a receptor que medeia tal resposta.

• Potência do agonista à é a concentração necessária para produzir metade do efeito máximo • Eficácia do agonista à concentração necessária para produzir o efeito máximo do agonista

2) Explicar as vias de sinalização acopladas aos receptores de superfície celular • As células respondem a mudanças ambientais, através de monitorização contínua de seu meio externo e

interno. o Detecção e resposta de sinais intra e extracelulares que controlam crescimento, divisão e

diferenciação celular, assim como o seu comportamento. o Geralmente, é um processo mediado por proteínas como hormônios e fatores de crescimento

(moléculas de sinalização extracelular). • Células se comunicam e influenciam o seu comportamento de forma mútua.

o Nível elevado de complexidade em organismos multicelulares (em unicelulares como bactérias e fungos, coordena processos como “sexo” e produção de antibióticos)

o Geralmente, o bem estar do organismo como um todo é tido como prioridade pela célula, ao invés da sobrevivência de uma única.

o Os sistemas de sinalização permitem colaboração e coordenação de diferentes tipos de células e tecidos


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• A comunicação intercelular é mediada principalmente por moléculas de sinalização extracelular, as quais podem atuar a curta ou longa distância (sinalização parácrina ou endócrina)

o O recebimento adequado dos sinais depende de proteínas receptoras, geralmente localizadas na superfície celular, onde as moléculas de sinalização se ligam, ativando tal receptor.

§ O receptor ativado desencadeia uma ou mais vias de sinalização intracelular, que levam o sinal para dentro da célula e o distribuem para os alvos apropriados.

§ Os “alvos” da sinalização intracelular são geralmente denominados de proteínas efetoras, as quais sofrem alteração pelo sinal recebido, implementando a alteração adequada no comportamento da célula.

ü Reguladores de transcrição, canais iônicos, componentes de vias metabólicas... o O genoma humano apresenta mais de 1500 genes que codificam proteínas receptoras, sendo esse

número ampliado devido ao splicing alternativo e modificações pós traducionais do RNA. • A sinalização pode ter diversas características

o Dependente de contato à permanecem ligadas a superfície células, influenciando apenas as células que estabelecem contato.

§ É importante durante o desenvolvimento e na resposta imune. o Sinalização Parácrina à corresponde à maioria dos casos, em que células sinalizadoras secretam

moléculas para o fluido extracelular, sendo mediadores locais, que atuam apenas no ambiente ao redor da célula sinalizadora.

o Sinalização Autócrina à a célula produz sinais aos quais ela mesma responde.

§ Um exemplo são células cancerosas, que produzem sinais aos quais elas mesmas respondem (como crescimento e divisão)

o Sinalização Sináptica à sinalização a longa distância extremamente específica para a célula alvo (prolongamento direto), geralmente feita por impulso elétrico e liberação de NT.

§ Presente em neurônios o Sinalização Endócrina à sinalização pela secreção de

hormônios, moléculas sinalizadoras, na corrente sanguínea, permitindo a atuação dessas em qualquer parte do corpo.

• Cada molécula de sinalização extracelular se liga a um tipo de receptor específico. o Tipos diferentes de moléculas sinalizadoras: proteínas, peptídeos pequenos, aminoácidos,

esteroides, gases dissolvidos... § Podem ser jogadas no espaço extracelular por exocitose, difusão ou mera exposição na

superfície celular (até que uma célula se ligue, como as proteínas-sinal transmembrana, as quais podem ter seu domínio extracelular clivado, exercendo sinalização a longa distancia)

o Os receptores apresentam estrutura que permite reconhecer com alta especificidade a molécula de sinalização.

§ Moléculas sinalizadoras se encontram em baixas concentrações e, mesmo assim, os receptores se ligam efetivamente a essas.

o Proteínas transmembranas à são a maioria dos receptores, expostos na superfície da célula


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o Proteínas intracelulares à encontram-se no interior da célula, sendo que as moléculas devem penetrar na célula para se ligar a tal receptor.

§ As moléculas de sinalização devem ser suficientemente pequenas e hidrofóbicas para se difundir pela MP e chegar a esse receptor.

• Cada célula apresenta uma programação específica para responder a uma combinação específica de sinais extracelulares

o Uma célula típica apresenta-se continuamente exposta a milhares de moléculas de sinalização dispersas no ambiente.

§ A célula responde de modo seletivo, expressando apenas os receptores e sistemas de sinalização que respondem aos sinais necessários para regulação celular.

o As células respondem a muitos sinais distintos do ambiente, os quais podem apresentar interações entre si, integrando-se e gerando respostas como: divisão, locomoção, diferenciação...

§ Por exemplo, a proliferação depende de combinação de sinais que promovem divisão, sobrevivência e crescimento da célula, enquanto a interrupção do estado de divisão (diferenciação terminal) depende de uma combinação de sinais de sobrevivência de diferenciação que devem suplantar sinais para divisão celular.

o A forma como a célula responde a diversidade da combinação de sinais recebidos é o que gera a complexidade da sinalização celular.

• Uma molécula de sinalização geralmente apresenta diferentes efeitos sobre cada tipo de célula-alvo. o Acetilcolina à reduz o potencial de ação das células cardíacas e estimula a produção de saliva nas

células glandulares, apesar de terem o MESMO receptor! o Essa diferença é explicada por diferenças nas proteínas de sinalização intracelular, proteínas

efetoras e genes ativados. o Logo, o sinal extracelular APRESENTA APENAS UM POUCO DE INFORMAÇÃO!


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§ Induz a célula a responder de acordo com seu estado predeterminado, que depende da história de desenvolvimento celular e dos genes específicos expressados.

Classes de proteínas receptoras

• A maioria das moléculas se ligam a receptores extracelulares, e não entra no interior da célula o São TRANSDUTORES DE SINAL, convertendo um evento extracelular de interação com o ligante em

sinais intracelulares, que alteram o comportamento da célula-alvo. • As proteínas receptoras são agregadas em classes, definidas pelos seus mecanismos de transdução.

o Receptores acoplados a canais iônicos à sinalização sináptica rápida e em células eletricamente excitáveis. Agem por meio da abertura ou fechamento do canal iônico formado pela proteína a que se ligam, alterando a permeabilidade da membrana aos íons.

§ Células musculares e neurônios o Receptores acoplados à proteína G à atuam indiretamente na regulação da atividade de proteína

alvo ligada a membrana plasmática (pode ser uma enzima ou um canal iônico) § Interação mediada por proteína trimérica de ligação a GTP (proteína G)

o Receptores acoplados a enzimas à quando ativados, funcionam como enzimas, ou ativam enzimas associadas a ele. Geralmente apresentam o sítio de ligação extracelular e o sítio catalítico (que se liga à enzima) no interior da célula.

§ A grande maioria é composta por cinases ou é associada a ela, atuando através da fosforilação de grupos-alvo no interior da célula.

o Alguns receptores não se enquadram facilmente em nenhuma das classes supracitadas de receptores, contudo, apresentam funções importantes no controle da especialização de tipos celulares durante o desenvolvimento e na renovação ou regeneração de tecidos.

Moléculas Sinalizadoras Intracelulares


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• São as principais responsáveis por transmitir os sinais recebidos pelos receptores de superfície para o interior da célula, gerando alterações em proteínas-alvo que serão responsáveis pela modificação do comportamento celular.

• Segundos mensageiros à sinalizadores intracelulares compostos por substâncias químicas pequenas. o Gerados em grande quantidade frente a ativação do receptor o Difundem-se para o interior da célula (para o citosol ou para a membrana plasmática, dependendo

da solubilidade da molécula) rapidamente, transmitindo o sinal desejado. o Ligam-se a proteínas de sinalização ou efetoras específicas e alteram seu comportamento.

• Atuam por meio da síntese de segundo-mensageiro ou pela ativação da proteína seguinte na via efetora/sinalizadora.

• São comutadores moleculares à ativam-se frente ao sinal, necessitando de um processo distinto para sua inativação (a qual é importante para que a via possa se recuperar e ficar pronta para transmitir um novo sinal)

o A maior classe de comutadores consiste em proteínas reguladas por fosforilação, processo regulado por cinases (adicionam fostato) e fosfatases (retiram fosfato). A atividade das proteínas reguladoras depende do equilíbrio da ação entre essas duas proteínas.

o Cinases à são compostas por dois tipos principais, que diferem principalmente na estrutura de seus sítios de ligação ao substrato:

§ Serinas/treoninas-cinase à fosforilam os gripos OH de serinas e treoninas (dois aminoácidos)

§ Tirosinas-cinase à fosforilam resíduos de tirosina.

o Proteínas de ligação a GTP à ativam-se quando o GTP está ligado e desativam-se quando o GDP está ligado. Quando ativas, comportam-se como GTPases e hidrolisam-se a si mesmas.

§ Proteína G e GTPases monoméricas ü Proteína G ativada se comporta como GEF

§ As GTPases monoméricas são reguladas por proteínas específicas, sendo inativadas pelas GAP´s (aumentam taxa de hidrólise) e ativadas pelas GEF´s (estimulam liberação de GDP e permitem a ligação de um novo GTP)

• As moléculas sinalizadoras podem necessitar de um processo de cascata (“cascata de cinases”) para serem fosforiladas em sequência (e começam a fosforilar umas as outras)

• A maioria das vias contém etapas de ativação e etapas inibidoras, sendo que, frequentemente, uma sequencia de duas etapas de inibição pode ter o mesmo efeito que uma de ativação (ativação “dupla-negativa”).

• Uma molécula sinalizadora intracelular ativada deve, idealmente, interagir apenas com seus alvos apropriados, assim como esses devem ser ativados apenas frente a sinais adequados.

o Há “ruído” intracelular devido a grande quantidade de moléculas sinalizadoras no citoplasma, pois é inevitável que uma molécula “cruze” a ligação de um substrato com o de outra via.

o Existem mecanismos para que o os sistemas de sinalização permaneçam eficazes:


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§ Elevada afinidade e especificidade das interações entre moléculas sinalizadoras e substratos corretos. Geralmente existem interações complexas e precisas entre superfícies complementares nas duas moléculas, gerando uma ligação extremamente precisa entre elas. Além disso, as interações são fortes e persistentes com os parceiros corretos.

§ As proteínas-alvo ignoram sinais não desejados, respondendo apenas quando o sinal ativador alcança alta concentração ou nível de atividade elevado (por exemplo, fosforilação de um número “x” de moléculas). Dessa forma, o ruído é ignorado, gerando respostas pequenas ou ausentes a baixos níveis de estímulo.

o Frequentemente, as moléculas sinalizadoras são agregadas na mesma região da célula ou em grandes complexos proteicos, evitando com que ocorram interações com parceiros inapropriados.

§ Torna-se necessário a presença de proteínas de suporte, que organizam as sinalizadoras em complexos de sinalização, previamente ao sinal ou tendo sua formação estimulada frente a um sinal extracelular, desagregando-se após o término desse. Isso permite a interação e ativação de forma rápida, eficiente e seletiva em resposta a sinal adequado, evitando a comunicação cruzada indesejada com outras vias.

ü A formação dos complexos frente a ativação do receptor pode ocorrer no próprio receptor ou pela fosforilação de fosfoinositideos (fosfolipídeos modificados presentes na MP)

o Por vezes, reunir as proteínas de sinalização é suficiente para ativá-las, fenômeno chamado de proximidade induzida, em que um sinal desencadeia a associação de um complexo de sinalização.

§ A associação desses complexos depende de vários domínios de interação presentes nas moléculas, que se ligam a estruturas específicas na proteína ou lipídeo (“motivos estruturais”), como sequências peptídicas, modificações covalentes...

ü Esses domínios podem ser inseridos em diversos locais, sem perturbar sua conformação ou função, permitindo conectá-la a novas vias de sinalização.

ü Esses permitem que as proteínas se liguem como “Legos”, formando diversas estruturas tridimensionais distintas, que determinam o caminho a ser seguido pela via de sinalização.

ü SH2 à liga-se a tirosinas fosforiladas ü PTB à liga-se a tirosina fosforilada ü SH3 à liga-se a sequencias curtas ricas em prolina ü PH à liga-se a grupos carregados de fosfoinositídeos específicos, produzidos na MP

em resposta a sinal extracelular. § Algumas proteínas de sinalização consistem em apenas domínios de interação, funcionando

como adaptadores para reunir proteínas em uma única via. § Uma forma de reunir receptores e proteínas de sinalização intracelular é através de cílios

primários, estruturas que projetam-se da superfície da célula por meio de microtúbulos, contendo uma elevada concentração de receptores de superfície e proteínas sinalizadoras.

• A função principal de um sistema de sinalização intracelular é a de detectar e quantificar um estímulo específico em uma região da célula, gerando resposta em tempo e medida certa em outra região.


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o Geralmente esse é feito através do envio de sinais moleculares, que passa por uma série de intermediários, que não apenas passam o sinal, como o processam de formas distintas. Cada sistema desenvolveu mecanismos distintos que produzem uma resposta celular adequada através desse processamento.

§ Variam quanto ao tempo de resposta § Variam quanto a sensibilidade aos sinais extracelulares (por exemplo, hormônios tendem a

agir em baixas concentrações enquanto os NT tendem a agir em altas concentrações nas sinapses). Essa é geralmente controlada por alterações no número ou afinidade dos receptores na célula-alvo, podendo ser ampliada através da amplificação do sinal, pelo qual um pequeno número de receptores gera uma grande resposta intracelular.

§ Variam quanto a variação dinâmica dos sinais extracelulares, sendo sensíveis a uma variação grande ou pequena da concentração dos sinais extracelulares. É frequentemente alcançada por mecanismos de adaptação que ajustam a receptividade do sistema de acordo com a quantidade predominante do sinal

§ Variam quanto a persistência da resposta, por exemplo, em sinapses, uma resposta de milissegundos é suficiente para desencadear o impulso.

§ Variam quando ao processamento do sinal, que pode converter um sinal simples em uma resposta complexa. Por exemplo, um sinal pode ser convertido em uma resposta oscilatória (ciclo de sinais intracelulares transitórios) através de mecanismos de feedback adequados.

§ Variam quanto a integração do sinal, que permite a regulação de determinada resposta pelo recebimento adequado de múltiplos sinais extracelulares. A célula deve integrar informações oriundas de múltiplos sinais, estando dependentes frequentemente dos detectores de coincidência, proteínas que são apenas ativadas caso recebam sinais múltiplos convergentes.

§ Variam quanto a coordenação de resposta em uma célula, que pode ser regulada por um único sinal extracelular, através de ramificações na via de sinalização, a qual pode, inclusive, permitir que um sinal module a intensidade da resposta dos demais. Por exemplo, um único sinal extracelular pode gerar diversas respostas na célula, como crescimento e divisão celular.

o Tendo isso em vista, torna-se evidente que esses sistemas, apesar de sererm em sua maioria lineares, integram-se como uma rede, em que sua informação irradia para diversas outras vias de sinalização.

• O tempo de resposta depende da reposição de moléculas sinalizadoras. o Quando a resposta depende apenas de mudanças em proteínas já sintetizadas pela célula, a

resposta pode ocorrer de forma extremamente rápida, entretanto, quando essa depende de mudanças na expressão gênica e síntese proteica, ela demora minutos ou horas, independentemente do mecanismo de libração do sinal.

o Na maioria dos tecidos, a resposta cessa quando o sinal estimulatório desaparece (salve geração de memória celular durante o desenvolvimento da célula). A degradação de moléculas alteradas (o sinal exerce efeito por alteração em moléculas de vida curta, que necessitam de reposição constante) gera o fim da resposta.

§ Portanto, a velocidade com que a célula responde a cessação do sinal depende da velocidade de degradação ou reposição das moléculas afetadas.

§ A velocidade também depende da rapidez com que a ativação e desativação de moléculas sinalizadoras ocorre (permite sua reutilização)


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• Podem ocorrer respostas abruptas ao aumento gradual da sinalização celular o Alguns sistemas, como o hormonal, são capazes de gerar uma resposta moderadamente gradual a

uma variação ampla nos sinais extracelulares, permitindo uma regulação precisa de sua atuação. o Alguns sistemas apenas atuam após a concentração de um determinado fator intracelular

ultrapassar um limiar de concentração. Essas respostas abruptas podem ser classificadas em 02 tipos:

§ Sigmoide à Baixas concentrações do estímulo não apresentam efeito significante, entretanto, a resposta aumenta continuamente e abruptamente em níveis intermediários de estímulo. Servem como “filtro” para reduzir respostas inadequadas a baixas concentrações de determinadas moléculas, permitindo a resposta apenas em pequenas variações de intervalos fisiológicos.

ü Um dos mecanismos utilizados por esse tipo de resposta é a ligação de mais de uma molécula de sinalização a sua proteína-alvo para induzir a resposta ou a fosforilação em múltiplos sítios para ativar (quanto maior o número de moléculas necessários, mais a resposta se torna do tipo “tudo ou nada”)

§ Descontínua (tudo ou nada) à a resposta é inteiramente ativada, frequentemente de forma irreversível, quando o sinal atinge determinada concentração limiar, sendo úteis para controlar a escolha entre estados celulares alternativos (“binário”)

ü A resposta é mais abrupta quando uma molécula ativa uma enzima e inibe outra que catalisa a reação oposta.

• A retroalimentação positiva é um fenômeno em que o produto gerado pela via de sinalização, por si só, estimula sua produção (a retroalimentação negativa é justamente o controle). Quando no interior de uma via de sinalização (intracelular), dependendo de sua intensidade, pode favorecer a geração de respostas “tudo ou nada”. Caso for um sistema autossustentado, a estimulação pode permanecer mesmo que o sinal extracelular tenha se reduzido a valores “não críticos”

o Por meio de feedback positivo, é possível gerar alterações a longo prazo na célula, que persistam durante toda a vida do organismo, como a decisão acerca do tipo celular (inicialmente por fator de crescimento, que estimula a síntese de proteínas que condicionam a transcrição de mais genes para essa proteína, etc.)

o O feedback postivo é uma das formas pelas quais as células podem alterar permanentemente suas características.

• A retroalimentação negativa é um fenômeno que neutraliza o efeito de um estímulo, dessa forma, “limitando a resposta brusca” a determinado estímulo, tornando o sistema menos sensível a perturbações.

o Sua interação com respostas de feedback positivo gera uma resposta resultante distinta dependendo da intensidade da interação. Por exemplo, quando ativados de caráter longínquo, geram respostas oscilatórias, e quando de caráter breve, geram respostas de adaptação.

• A sensibilidade da célula a um determinado sinal pode ser ajustada. o Processos reversíveis de adaptação/dessensibilização à uma exposição prolongada a um estímulo

gera redução na resposta celular a esse. o Os processos supracitados permitem que as células respondam a variações da concentração dos

sinais extracelulares, ao invés de uma mera presença/ausência desses. § O mecanismo básico de atuação é o de uma retroalimentação negativa que opera com

retardo curto, ou seja, uma resposta intensa que torna a célula menos responsiva ao sinal.


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Como essa resposta não é instantânea, uma breve alteração na concentração do sinal estimulador permite que a célula seja estimulada novamente, antes que o feedback volte a atuar.

o Essa pode ocorrer por alguns mecanismos: § Inativação dos receptores à a ligação de uma molécula pode inativar o receptor (por

endossomos ou fosforilação) § Retrorregulação dos receptores à a ligação de uma molécula pode levar a destruição dos

receptores nos lisossomos § Alteração nas proteínas intracelulares à degradação ou produção de proteína que inibe a

transdução.

Receptores acoplados à Proteína G

• Formam a maior família de receptores de superfície celular. o Sentidos como visão, olfato e paladar são extremamente dependentes

desses receptores. • As moléculas que interagem com esses receptores são extremamente variáveis,

incluindo proteínas, pequenos peptídeos, derivados de aminoácidos e ácidos graxos, fótons de luz...

• Uma única molécula de sinalização pode ativar diversos membros da família das GPCRs

o Geralmente, diferentes tipos de receptores para um único sinal são expressos em células distintas e geram respostas diferentes.

• Todos os receptores GPCR apresentam uma estrutura semelhante o Cadeia peptídica que atravessa a bicamada lipídica sete vezes, formando

estrutura cilíndrica, com o sítio de ligação em seu centro. o Todos os receptores utilizam a proteína G para propagar o seu sinal para

o centro da célula • Mais da metade dos fármacos conhecidos atuam por meio de interação com a

GPCR ou suas vias de sinalização. • As proteínas G triméricas transmitem os sinais a partir dos receptores associados a proteína G

o O receptor, quando ativado, sofre uma mudança conformacional que ativa uma proteína trimérica de ligação ao GTP (proteína G), que acopla o receptor a enzimas ou canais iônicos na membrana.

o Existem diversos tipos de proteína G, cada uma específica para um conjunto de receptores associados e para um conjunto específico de proteínas-alvo na membrana plasmática, possuindo uma estrutura semelhante e funcionalidade análoga.

a) Proteína G • Formada por três subunidades: α, β e γ

o Quando inativa, a subunidade alfa encontra-se ligada ao GDP.


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o Quando ativa, o receptor atua como um GEF e induz a subunidade alfa a se dissociar do GDP, permitindo a ligação de uma molécula de GTP, mudando a conformação da subunidade alfa, liberando a proteína G do seu receptor e dissociando a subunidade alfa do complexo proteico, permitindo que os complexos beta e gama interajam com seus substratos na via de sinalização.

o A subunidade alfa atua como uma GTPase de ação rápida, inativada por ligação do GDP em seu sítio ativo.

§ A atividade hidrolítica dessa subunidade pode ser aumentada pela ligação a proteína alvo ou a um regulador da sinalização de proteína G (RGS)

b) AMP cíclico • O AMP cíclco (cAMP) atua como segundo mensageiro em algumas vias de sinalização de forma rápida

(devido a sua síntese e degradação rápida) • É sintetizado a partir do ATP pela enzima adenilciclas

o Proteína transmembrana de passagem múltipla grande, com domínio catálitico voltado para o interior da célula.

• É destruído pelas fosfodiesterases de cAMP • Diversos sinais celulares agem pelo aumento da concentração de cAMP no

interior da célula, por meio da ativação de proteína G estimuladora. A subunidade alfa ativa dessa subunidade ativa a adenilciclase (aumenta síntese de AMPc). Já a proteína G inibidora faz o processo contrário.

o Ambas as proteínas são alvos de toxinas bacterianas, como a da cólera, que altera a subunidade alfa de Gs de forma que ela não consiga mais hidrolisar o GTP, realizando aumento significativo de AMPc, o qual gera efluxo de água e cloro para o intestino, acarretando na diarreia.

• Tipos celulares distintos apresentam respostas distintas ao aumento de AMPc no interior da célula.

• A proteína cinase dependente de AMPc (PKA) medeia a maioria dos efeitos do cAMP. o Enzima que fosforila aminoácidos específicos em determinadas proteínas-alvo (as quais são distintas

dependendo do tipo celular, o que explica a diversidade de efeitos), como as efetoras ou as de sinalização intracelular, regulando suas atividades.

o Composta por dois complexos: duas subunidades reguladoras (cinase A) e duas subunidades catalíticas.

§ O cAMP se liga as subunidades reguladoras, dissociando-nas e originando subunidades catalíticas ativas, que se tornam livres para fosforilar substratos específicos.


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§ As cinases A são importantes para determinar a localização da PKA no interior da célula, pois complexos proteicos são capazes de se ligar a ela (AKAPS) e a confinar o PKA em determinado compartimento.

ü Podem ser levadas até os já citados complexos de sinalização.

• Algumas respostas do cAMP podem ocorrer em segundos, enquanto outras podem demorar mais devido a necessidade de transcrição gênica.

c) Fosfolipase C-β (PLCB) • Muitos do GPCRs exercem seu efeito através da

ativação dessa enzima. o Ativam a proteína Gq (análogo a Gs,

porém para a PCLB) • Essa enzima atua sobre o fosfatidilnositol 4,5-bisfosfato, um fosfoinositídeo presente nas camadas internas

da MP. • Atua pela denominada via de sinalização do fosfolipídeo de inositol.

o A fosfolipase age sobre o seu substrato, gerando dois produtos: IP3 e diacilglicerol § IP3 à molécula que alcança o retículo endoplasmático, ligando-se a canais de Ca específicos

e abrindo-os, aumentando a concentração de Ca no citosol da célula. O aumento do Ca citosólico age propagando o sinal por meio de proteínas que agem especificadamente em resposta a ele.

§ Diacilglicerol à permanece na membrana plasmática, ativando a proteína-cinase C, PKC, (DIFERENTE DA PKA ATIVADA POR AMPc!!!), a qual depende da ligação de Ca mediada por IP3 e da ligação de um fosfolipídeo de membrana denominado fosfatildilserina para ser ativada completamente.

ü Essa molécula pode ser clivada e liberar ácido aracdônico, agindo como mensageiro ou seguindo a cascata do ácido aracdônico, na síntese de eicosanoides (como prostaglandinas).

d) Funções do Ca² • Muitos sinais extracelulares desencadeiam um aumento na concentração citosólica de Ca², que promove

respostas distintas dependendo do tipo celular analisado.


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• Apresenta-se em elevadas concentrações no fluido extracelular e no lúmen do retículo endoplasmático (gradiente de concentração)

• Esse pode sofrer influxo interno (através da abertura de canais do R.E por GPCR ou receptores de rianodina) ou externo (abertura de canais na M.P) de Ca².

o Esses receptores são ativados por concentrações baixas e moderadas de Ca, sendo possível uma liberação de cálcio induzida por Ca (CICR) por feedback positivo!

§ Inicialmente, pequenos picos de Ca são vistos no citosol devido a presença de proteínas de ligação, que atuam como tampões e restringem a difusão do íon, contudo, eventualmente, essa concentração se torna alta o suficiente para ativar os demais canais e gerar um fluxo em “onda”.

o Esses receptores são inibidos por concentrações altas de Ca, através de feedback negativo. § A remoção pelas bombas, simultaneamente a redução da difusão devido ao feedback

negativo, leva a queda dos níveis citoplasmáticos de cálcio. § É um caso de feedback negativo por retardo, gerando o retorno do feedback positivo

gradativamente e, consequentemente, gerando a liberação oscilatória do Ca, a qual persiste enquanto os receptores estão ativados na superfície da célula, com frequência proporcional a intensidade do estímulo.

• A frequência das oscilações de Ca pode ser traduzidas em respostas celulares (as quais podem ser oscilatórias, como a liberação de hormônios pela tireoide, ou não, como a transcrição de genes diferentes devido a frequências distintas de liberação desse íon)

o Proteínas sensíveis ao Ca alteram sua atividade em função da frequência de picos. o A proteína mais importante nesse processo é a calmodulina, que funciona como um receptor

intracelular polivalente de cálcio, mediando diversos processos regulados por esse íon. § Apresenta quatro sítios de ligação ao Ca de alta afinidade, sofrendo mudança de

conformação frente a ligação de dois ou mais íons de Ca, portanto, possuindo uma regulação alostérica.

§ Pode agir diretamente, através da ligação direta a proteínas, enzimas ou canais de transporte ou indiretamente, pela ação de proteínas cinases dependentes de Ca/Calmodulina, que agem fosforilando diversas proteínas alvo no interior da célula.

o A CAM-cinase II é um dos complexos mais bem estudados, estando envolvida na memória molecular.

§ A enzima torna-se ativa quando exposta ao complexo e permanece ativa na ausência desse, por autofosforilação das unidades adjacentes em sua estrutura de anel. A ação da enzima é apenas interrompida por uma fosfatase, que interrompe o processo de auto-fosforilação.

§ Está presente no S.N de diversos vertebrados, tendo papel importante no aprendizado e memória desses organismos.

• As células apresentam mecanismos que encerram rapidamente o sinal do Ca, através de bombas no R.E e citoplasma que bombeiam rapidamente esse íon para fora do citosol.

e) Regulação dos canais iônicos por proteínas G • Alguns tipos de proteína G podem atuar através da regulação da permeabilidade da M.P a certos íons. • Alteram a excitabilidade da membrana a certos íons • As proteínas G podem atuar diretamente sob os canais, ou seja, ligando-se a eles, ou indiretamente, através

da fosforilação, produção ou dergradação de nucleotídeos cíclicos que se ligam a esses canais, ativando ou inativando-os.

• Sentidos como o olfato e a visão são extremamente dependentes dessa ação da Proteína G.


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o GPRC´s específicos, denominados de receptores olfatórios, são responsáveis pela percepção de cheiros específicos, estando localizados na superfície de cílios modificados que se projetam das células. Essas agem por meio de AMPc, permitindo influxo de sódio pela membrana e gerando condução de impulso nervoso até o cérebro.

§ Cada neurônio olfatório possui um tipo específico de receptor, que detecta um único odorante.

o No caso da visão, existem GRPC´s mediados por GMP cíclico, o qual, frente a estímulo luminoso, sofre redução em sua concentração. Os fotorreceptores dos cones são responsáveis pela visualização de cores, enquanto os dos bastonetes são responsáveis pela visão monocromática no escuro.

§ O sistema de fototransdução está no segmento externo do bastonete, por meio de uma pilha de discos cheios de rodopsina, uma GPCR cujo sinal extracelular é o fóton de luz. Frente a estimulo luminoso, sofre mudança conformacional e transforma-se em opsina

§ A membrana dos discos é repleta de canais de sódio controlados por cGMP, que os mantém abertos no escuro, portanto, há uma hiperpolarização frente a estímulo luminoso devido a queda na concentração de cGMP e fechamento desses canais. São utilizados vários ciclos de feedback negativo para permitir que as células retornem rapidamente a um estado escuro de repouso que se segue a um sinal luminoso

ü Rodopsina cinase à processo em que ocorre a fosforilação de várias serinas na cauda citosólica da rodopsina, inibindo a capacidade de ativação da transducina

ü Arrestina à liga-se a rodopsina fosforilada, inativando-a. ü RGS à se liga a transducina ativada, inativando-a

• Como dito anteriormente, é possível ter moléculas hidrofóbicas e pequenas que atravessam a M.P e levam sinais para as células próximas. O óxido nítrico (NO) é um gás que se enquadra em tal feito.

o Molécula de meia vida curta (que por isso atua apenas localmente), produzida devido a ligação de acetilcolina a receptores GPCR na membrana das células endoteliais, que, através da síntese de IP3 e da consequente liberação de cálcio, estimula a NO sintetase (a qual apresenta subtipos diferentes, por exemplo, a cerebral é distinta da presente no coração), que produz NO. Esse, quando dissolvido, atravessa facilmente a membrana e difunde-se para a região do vaso, gerando uma sinalização parácrina, por meio da síntese de GMPc por ligação à guanililciclase (a qual tem a capacidade de produção muito rápida, contudo, é equilibrada pela degradação por fosfodiesterase), gerando uma sinalização que relaxa os vasos sanguíneos.

f) Amplificação de sinal • As cadeias de sinais intracelulares fornecem muitas oportunidades de amplificar o sinal.

o Por exemplo, através da ativação de muitas moléculas em determinada via por um único sinal, é possível gerar uma resposta “exagerada” a um único sinal externo. Por exemplo, nos bastonetes, um único fóton é capaz de hidrolisar 4.000 moléculas de cGMP por segundo, gerando um fechamento maciço de canais de Ca na membrana plasmática, portanto, amplificando o sinal.

• Uma única molécula de sinalização extracelular pode gerar a alteração de milhares de moléculas proteicas no interior da célula alvo.

• As cascatas amplificadoras necessitam de mecanismos regulatórios, a fim de restabelecer o estado de repouso do sistema após o fim do sinal, como a degradação de nucleotídeos, tamponamento de Ca, desativação enzimática...

o Cada proteína na cadeia de transmissão, incluindo o receptor, pode ser alvo para a regulação.

g) Dessensibilização do receptor • Quando exposta a um longo período de estimulação, as células se tornam dessensibilizadas a esse estímulo

por meio de vários mecanismos.


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• No caso dos GPCR´s, existem três mecanismos gerais de adaptação o Sequestro do receptor à interiorização do receptor, de forma que ele fica impossibilitado de se

ligar novamente a seu ligante o Retrorregulação à destruição lisossômica após internalização o Inativação à alteração estrutural, de maneira a se tornarem impossibilitados a interagirem com as

proteínas G. • Em todos os casos, a dessensibilização dos receptores

depende de sua fosforilação por enzimas PKA, PKC ou GRKs (que fosforilam apenas após a ligação ao ligante). A fosforilação permite a ligação as arrestinas,

o Impedem a interação do receptor com as proteínas G o Acopla o receptor a maquinaria responsável por

endocitose, e, daí, pode sofrer diversos destinos.

Receptores acoplados a enzimas

• Proteínas transmembrana com domínio de interação com o ligante localizado na superfície externa da MP. • Seu domínio citosólico se associa diretamente com uma enzima ou possui, por si só, atividade enzimática. • Em alguns casos, pode ativar as mesmas vias sinalizadas pelos GPCR. • A classe mais comum desses receptores são os de tirosina-cinase

a) Receptores tirosina-cinase (RTK´s)

• Esses receptores são proteínas secretadas e ligadas na superfície da célula. • Assim como os GPCR, apresentam diversos “subtipos”, cada um atendendo a um determinado tipo de

ligante. o Existem 60 RTK´s, os quais podem ser classificados em 20 subfamílias estruturais, cada uma

destinada a seus ligantes específicos.

• A ligação de uma molécula leva a fosforilação das cadeias da tirosina na porção citosólica do transmissor, criando sítios de ancoragem para várias proteínas de sinalização intracelular que transmitem o sinal.

o As RTK´s são ativadas por meio de interação com ligantes proteicos, que provoca a dimerização dos receptores, unindo os domínios citoplasmáticos da cinase e promovendo sua ativação. A dimerização ativa o receptor por meio de vários mecanismos, como fosforilação mútua (ficam próximos um ao outro) ou mudanças conformacionais.


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o Na ausência de sinais extracelulares, a maioria das RTK´s encontram-se como monômeros, em que o domínio cinase está inativo. A aproximação dos domínios cinase permite que ocorra um processo de auto-fosforilação nos sítios de tirosina, o que pode tanto ativá-los quanto gerar sítios de ancoragem para proteínas de sinalização intracelular.

§ O mecanismo pelo qual a dimerização ocorre é único para cada RTK. • As tirosinas fosforiladas servem como sítio para ancoragem de proteínas de sinalização intracelular.

o Cada uma das proteínas sinalizadoras se liga a um sítio fosforilado específico nos receptores ativados.

o Depois de ligadas, as proteínas sinalizadoras tornam-se ativas por fosforilação ou mudanças na conformação, gerando transmissão do sinal para diversos destinos na célula.

o É a proteína sinalizadora, específica para cada tipo de RTK que determina a resposta codificada pelo receptor.

o O sítio de ancoragem pode ser “ampliado” por algumas RTK´s, através da ligação de proteínas de ancoragem, que se ligam aos sítios fosforilados e aumentam sua quantidade. Essas podem, inclusive, ser enzimas, como a PLCgama, a qual age de forma semelhante a beta, ativando a via de sinalização que aumenta os níveis citosolicos de Cálcio.

b) Poteínas com domínio SH2 • As proteínas de sinalização intracelular compartilham domínios SH2 que se ligam a fosfotirosinas

o Também existem domínios PTB, que agem da mesma forma do SH2, contudo são menos frequentes.

• Esses domínios reconhecem tirosinas fosforiladas específicas, permitindo a ligação das proteínas a RTKs ativados e outras proteínas sinalizadoras intracelulares que apresentem as mesmas tirosinas fosforiladas, permitindo interações na cadeia de sinalização.

• Nem todas as proteínas que se ligam aos RTKs via SH2 auxiliam no processo de transmissão de sinal, podendo, inclusive, inibir o processo por meio de feedback negativo (por exemplo, por meio da retrorregulação do receptor como a c-Cbl, que ubiquitiniza o receptor e degrada-o).

o A endocitose do receptor nem sempre inibe a sua sinalização, pois esse pode ser endocitado associado a sua proteína sinalizadora e continua atuando por meio de endossomos ou outros compartimentos intracelulares (como ocorre nos neurônios, em que sinalizadores da poção terminal do axônio se movem para o corpo celular).

• Proteínas auxiliadoras à servem como “mediadores”, se ligando a outras proteínas que não apresentam domínio SH2, auxiliando no processo de sinalização

c) GTPase Ras e Rho • Famílias de GTPases monoméricas envolvidas na transmissão de sinais dos receptores de superfície.

o Um único membro da família Ras ou Rho pode propagar o sinal ao longo de diversas vias de sinalização distintas, pois interage com diferentes proteínas de sinalização intracelular, agindo como uma espécie de “centro de comunicação”.

• Família Ras o Apresentam um ou mais grupos lipídicos, que auxiliam na ancoragem de proteínas na M.P, de onde

ela irá transmitir sinais para outras partes da célula. Esses são importantes para permitir a navegação e fixação dessas proteínas a locais onde irão transmitir seus respectivos sinais, como o núcleo da célula.

o É um importante regulador de proliferação e diferenciação celular, atuando diretamente na expressão gênica da célula.

o Quando ligadas ao GTP são ativas, e quando ligadas ao GDP são inativas. § Duas classes de proteínas regulam o estado “binário” de ativação ou inativação celular.

ü Ras-GEF´s (ativa a RAS por ligar o GTP) ü Ras GAP´s (inativam a Ras por redução na taxa de hidrólise do GTP)

o São ativadas pelo RTK, que regula a ativação ou inibição de GAP e GEF. § Ativa o Ras por inibir GAP ou ativar GEF e inativa ao fazer o oposto.


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§ A ativação é feita por uma proteína adaptadora chamada Grb2, que se liga ao receptor pelo seu domínio SH2 e a proteína GEF, gerando, portanto, ativação da proteína Ras.

o Uma vez ativada a Ras ativa diversas proteínas sinalizadoras, transmitindo o sinal ao longo de diversas vias.

o A ativação do Ras apresenta uma curta duração! § Esses eventos de curta duração, para estimular a sinalização, necessitam de amplificação,

para que possam sustentar o sinal e transmiti-lo para o núcleo. • Família Rho (Rho, Rac e Cdc42)

o Regulam o citoesqueleto de actina e os microtúbulos, controlando aspectos como forma da célula, polaridade, mobilidade, adesão, progressão no ciclo celular, transcrição gênica e transporte de membrana.

o Os membros mais conhecidos dessa família são o São reguladas, assim como as da família Ras,

pelas GEF´s e GAP´s específicas para proteínas da família Rho.

o Ao contrário das da família Ras, que se encontram na MP mesmo em sua forma inativa, as GTPases da família Rho inativas ligam-se a inibidores de dissociação de nucleotídeos de guanina no citosol.

§ Impedem a interação dessas GTPases com as suas GEF´s na MP. § Podem ser ativados através das RTK´s

d) Módulo MAP-cinase

• É um dos modos pelos quais a ativação efêmera de Ras é convertida para uma de ampla duração.

• É um sistema composto por três componentes, que formam um módulo de sinalização extremamente bem conservado ao longo da evolução.

o Todos os componentes do sistema são proteínas-cinase.

§ Raf, Mek e Erk o Os componentes da via sofrem

“autofosforilação”, ou seja, o que se comunica com a Ras realiza a fosforilação das demais proteínas do sistema.

o Quando ativados, transmitem o sinal pela fosforilação de várias proteínas na célula, como reguladores de transcrição e outras proteínas-cinase.

§ Por exemplo, a Erk penetra no núcleo e fosforila componentes de um complexo regulador de transcrição, ativando genes precoces imediatos (nome que se dá devido a ativação rápida desses após um sinal extracelular), que irão ativar outros genes, em um processo mais demorado.

• São geralmente ativadas de forma transitória em resposta a sinais extracelulares, e o período que permanecem ativas influencia muito a natureza da resposta. Por exemplo, dependendo do tempo de resposta, pode gerar a diferenciação ou a proliferação da célula em resposta ao estímulo analisado.

o A velocidade da resposta é influenciada por fatores como ciclos de feedback (que podem ser combinados para gerar respostas graduais ou do tipo “tudo ou nada”)

• Módulos diferentes de MAP levam a respostas distintas em uma mesma célula (como respostas ao jejum e acasalamento em leveduras)


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• Erros de sinalização entre módulos paralelos são evitados por proteínas de suporte o As proteínas de suporte evitam a intercomunicação entre as diferentes vias de sinalização, devido a

abundante presença de módulos MAP-cinase em uma mesma célula, como supracitado. o Reduz as possibilidades de amplificação e disseminação do sinal para diferentes partes da célula,

processo que exige a intercomunicação entre algumas vias. e) PI 3-cinase (fosfoinositídeo 3-cinase)

• Cinase que fosforila fosfolipídeos de ionositol o O fosfatidilinositol (PI) é um lipídeo de membrana que apresenta uma característica peculiar

quando em comparação aos demais, pois pode ser fosforilado em diversos sítios, gerando uma grande variedade de fosfolipídeos de inositol, denominados fosfoinositídeo)

§ Esses apresentam funções distinta no interior da célula, como por exemplo, servir como sítio de ancoragem para proteínas de sinalização intracelular.

§ A principal, cuja função foi supracitada, é a PI(3,4,5)P3, que fica na membrana plasmática até sofrer desfosforilação por fosfatases de fosfoinositídeos específicas, como a PTEN, que desfosforila a porção 3 da molécula e “origina” seu precursor, o PI(4,5)P3.

ü Mutações na PTEN estão presentes em muitos tipos de cânceres, devido a permanência da ancoragem de proteínas de sinalização intracelular, que podem levar a ocasiões como crescimento celular descontrolado.

• Pode ser ativa tanto por RTKs quando GPCRs, que ativam a classe I de PI 3-cinases

o RTK à ativa classe Ia o GPCR à ativa classe Ib

• Função central na promoção da sobrevivência celular e no crescimento

• As proteínas de sinalização se ligam a PI(3,4,5)P3 por meio de um domínio de interação específico, conhecido como domínio de homologia à proteína pleqstrina (PH).

o Ajudam a determinar a especificidade da ligação, por atuarem como domínios de interação proteína-proteína.

o Uma das proteínas mais importantes que contém esse domínio é a serina/treonina-cinase Akt, que apresenta função essencial na promoção da sobrevivência e crescimento de diversos tipos celulares.

f) Via PI-cinase-Akt • É uma via que apresenta grande importância na interpretação de sinais de sobrevivência celular

o A ligação de sinais de sobrevivência a RTK´s geram a ativação da PI3-cinase, produzindo moléculas de agregação na MP para as proteínas cinases Akt e PDK1, o que possui, como efeito resultante, a ativação da Akt.

• O Akt é uma proteína cinase que fosforila diversas proteínas no núcleo e membrana plasmática, tendo como último efeito o aumento de crescimento e sobrevivência celular.

• O controle do crescimento depende de uma proteína cinase denominada mTOR.

o Pode estar presente em dois complexos: § Complexo 1 à contém a proteína raptor, estimula o

crescimento celular ü Integra informações de várias fontes, advindas de

fatores de crescimento, nutrientes, auxiliando na ativação de mTOR pela via supracitada e ativação de GTPase monomérica chamada de Rheb e inativação de uma GAP denominada Tsc2

§ Complexo 2 à contém a proteína rictor, ativa a Akt e regula o citoesqueleto de actina via GTPases da família Rho


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g) Sobreposição das vias e interação com receptores • Entre GPRC e RTK

o Esses receptores ativam vias de sinalização em comum.

o Podem ativar vias distintas que, contudo, convergem nas mesmas proteínas-alvo.

• Além dessa interação, muitos receptores de superfície dependem da fosforilação de tirosina para ser ativados, entretanto não apresentam um domínio tirosina-cinase.

o Alguns receptores funcionam de forma semelhante aos RTK´s, apresentando tirosina-cinase citoplasmáticas que fosforilam as proteínas-alvo, as quais são codificadas por genes distintos, e apresentam ligação com a tirosina-cinase de forma não covalente.

§ A família Src é a maior família de tirosina-cinase citoplasmáticas, estando parcialmente fixadas por interação com proteínas receptoras transmembrana e ligadas covalentemente a cadeias lipídicas.

ü Diferentes membros dessa família estão associados a receptores distintos e fosforilam grupos de proteína-alvo distintos.

ü Pode se ligar a receptores já ativados, de forma a fortalecer e prolongar o sinal

ü Algumas vias de proteína G ativam Src, sendo essa uma possível interação cruzada como a supracitada.

§ A FAK atua em conjunto com a Src, fosforilando-se simultaneamente, para sinalizar a adesão celular adequada através das integrinas, permitindo o crescimento e metabolismo normal da célula, quando é detectada uma adesão focal adequada para o crescimento celular.

h) Receptores de citocinas (Via JAK-STAT) • São um tipo de receptor que utilizam tirosinas-cinase citoplasmática para transmitir sinais par ao interior da

célula. • Atuam como receptores hormonais (como prolactina e GH) e dos demais mediadores locais (citocinas) • Esses receptores encontram-se associados a uma classe de tirosinas-cinase citoplasmática denominadas de

JAK´s o As JAK´s atuam através da ativação de reguladores de transcrição denominados STAT´s.

§ Migram para o núcleo e regulam a transcrição gênica apenas após ativação • Os receptores de citocinas são dímeros ou trímeros e estão associados a uma ou duas das quatro JAKs

conhecidas. o A ligação da citocina aproxima as duas JAKS,

gerando fosforilação mútua e aumentando a atividade de seus domínios de tirosina-cinase.

o As JAKS fosforilam as tirosinas, criando síticos de ancoragem para as STATs.

• As STATs possuem um domínio SH2 que apresenta duas funções:

o Mediação da ligação a sítio de ancoragem de fosfotirosina em receptor de citocina ativado

o Mediação da ligação a uma fosfotirosina de outra STAT, formando dímeros, que se translocam para o núcleo e atuam como fatores de transcrição.


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• A resposta mediadas por STATs são reguladas por feedback negativo. o Os dímeros de STAT ativam genes que codificam proteínas que atuam na inibição de sua resposta

através da interferência na função dos próprios dímeros ou pela ligação à JAK.

i) Tirosinas-fosfatase • Enzimas que revertem as fosforilações das tirosinas, sendo tão importantes nos processos de sinalização

quanto as que adicionam os fosfatos. • Ocorrem tanto na forma transmembrana quanto citoplasmática • Apresentam especificidade refinada por seus substratos • Asseguram a curta duração das fosforilações sejam de curta duração e que o nível de tirosinas fosforiladas

seja muito baixo nas células em repouso, estando programadas para agir apenas na hora apropriada.

j) Receptores serina-treonina sinase e Smads • Ativam uma via de sinalização para o núcleo ainda mais direta que a JAK-STAT • Smads à reguladores de transcrição latentes que migram para o núcleo e controlam a transcrição de genes • A superfamília de fator de crescimento transformador β atua por meio desses receptores

o Essenciais durante o desenvolvimento e reparo de tecidos • São receptores transmembrana de passagem única, existindo dois tipos: Tipo I e Tipo II, os quais são

homodímeros estruturalmente semelhantes. o Quando ativados, os receptores do tipo II e I se aproximam, sofrendo fosforilação e formando um

complexo receptor tetramérico ativo. • O sinal para o núcleo é enviada de forma rápida.

o O receptor do tipo I se ligaoa o regulador da família Smad e o fosforila o Em seguida, o Smad ativado se dissocia do receptor e se liga a Smad4, a qual pode formar um

complexo com qualquer um dos tipos de Smad o O complexo de Smad se desloca para o núcleo, associando-se a outros reguladores de transcrição e

controlando a expreção de genes específicos. • Os receptores são posteriormente internalizados por endocitose, processo que pode levar a sua ativação ou

inativação o Ativação à endocitose em vesículas revestidas por clatrina que conduz aos endossomos, onde

ocorre a maior aprte da ativação de Smad. o Inativação à formação de caveolos no endossomo, gerando ubiquitinação e destruição do receptor.

• As Smads apresentam-se de forma dinâmica, transitando entre citoplasma e núcleo, sofrendo desfosforilação e fosforilação na MP conforme ativação de receptores.

• Essa via é regulada por retroalimentação negativa, por exemplo, através da transcrição de genes por Smads que codificam proteínas que inibem a ação do receptor

o Competição por sítios de ligação (reduz a chance de fosforilação) o Recruta ubiquitinase Smurf, degradando o receptor e as Smads o Recrutam proteína-fosfatase que desfosforila e inativa o receptor

Vias alternativas de regulação gênica

• As mudanças no comportamento de uma célula dependem de mudanças na expressão de muitos genes.


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o Muitas moléculas exercem seus efeitos por iniciarem vias de sinalização que alteram atividade de reguladores de transcrição.

• Além das vias já citadas, a regulação gênica pode ocorrer por vias menos tradicionais de sinalização.

a) Receptor Notch • Proteína reguladora latente da transcrição.

o Produz via simples e direta de receptor de superfície celular para o núcleo • Apresenta uma atuação no controle da escolha do destino celular e na regulação do padrão de formação

durante o desenvolvimento da maioria dos tecidos. • Proteína transmembrana de passagem única que necessita de processamento proteolítico para exercer sua

função adequadamente. o Quando ativada pela ligação de delta (proteína transmembrana de passagem única exposta na

superfície celular que exerce inibição lateral) de célula adjacente, sua cauda sofre hidrolise e se desloca para o núcleo, onde ativa a transcrição de um grupo específico de genes.

• É biossintetizado em Golgi, formando heterodímero que é transportado para a superfície como receptor maduro. Na superfície, sofre mais duas hidrolises por proteases extracelulares.

o Devido ao processo de triidrolítico, sua ativação é um processo irreversível, pois a proteína torna-se inutilizável após a degradação de sua estrutura.

• A regulação de sua interação com delta é feita por glicolisação, o que altera sua especificidade por ligantes.

b) Proteínas Wnt e receptores Frizzled • Proteínas Wnt à moléculas de sinalização secretadas que agem

como mediadores locais e morfogenos no controle de diversos aspectos de desenvolvimento nos animais.

o Não são usualmente secretadas, pois sua estrutura predispõe uma ligação covalente com a superfície celular

o Existem 19 tipos em humanos, sendo que frequentemente sobrepões suas funções. o Ativam dois tipos de sinalização intracelular

§ Via Wnt Canônica à possui como ação principal a transcrição de beta-catenina (regulador de transcrição latente)

§ Via de polaridade planar à coordena a polarização das células no plano do epitélio em desenvolvimento, dependendo das GTPases da família Rho

• Receptores Frizzled à interagem com as Wnt o Proteinas transmembranas de 7 passagens. o Quando ativadas por Wnt, recrutam a proteína de suporte Dishevelled, a qual ajuda na transmissão

do sinal para outras moléculas. • Via Wnt/β-catenina à apresenta como resultado a regulação da proteína multifuncional beta-catenina

o A beta-catenina auxilia no controle da adesão celular, sendo a porção da proteína que não está envolvida nesse processo é rapidamente degradado no citoplasma, processo que depende de um grande complexo proteico, que apresenta, como resultado, a ubiquitinação da proteína e sua degradação em lisossomos. Esse complexo de proteínas é estabilizado pela proteína APC.

o As Wnt´s regulam a proteólise da beta-catenina ao se ligar ao receptor Frizzled e a LRP (uma proteína relacionada ao receptor), promovendo a fosforilação do receptor de LRP.

§ Isso faz com que as APC´s sejam levadas ao complexo receptor e inativadas, o que rompe o ciclo de degradação da beta-


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catenina, permitindo a deslocação da proteína beta-cantenina para o núcleo, onde irá alterar o padrão de transcrição gênica.

o Na ausência de sinalização por Wnt, os genes-alvo são inibidos por um complexo proteico regulador de transcrição. Esse complexo é deslocado pela beta-catenina, mudando a repressão para ativação da transcrição

§ Entre os genes ativados, está o myc, importante para regular crescimento e proliferação celular.

o O gene APC está mutado em cerca de 80% dos casos de câncer de colo de útero § A mutação impede a proteína de se ligar a beta catenina, acumulando-a no núcleo e

estimulando constantemente a transcrição de Myc na ausência de sinal específico.

c) Proteínas Hedgehog e receptores Patched • As proteínas Hedgehog atuam como mediadores locais e morfógenos em tecidos em desenvolvimento.

o Sofrem modificações pela ligação de lipídeos o Para serem ativados, dependem de proteoglicanos secretados ou ligados à membrana o Ativam reguladores latentes de transcrição por inibir a sua degradação. o Desencadeiam uma mudança de repressão da transcrição para ativação o Uma sinalização excessiva na vida adulta pode levar ao câncer

• As formas ativas das proteínas Hedgehog apresentam-se covamlentemente ligadas ao colesterol, bem como a cadeias de ácidos graxos.

o O colesterol é adicionado pelo processamento de uma proteína, que gera uma proteína sinal menor contendo colesterol.

• Cubitus interruptus (Ci) à regulador latente de transcrição que sofre degradação na ausência de Hog.

o Não é 100% degradada! Gera um pequeno fragmento proteico que atua como repressor da transcrição.

o Sua proteólise depende da fosforilação por proteínas-cinase epecíficas em complexos multiproteicos, os quais são mantidos fora do núleo a Ci não processada

• A Hog atua no blouqueio do processamento proteolítico da Ci, transformando-a em um regulador da transcrição

o O receptor Patched, que atravessa 12 vezes a membrana, podendo estar tanto em vesículas quanto na MP, atuando como ligande de Hog

§ Na ausência de um sinal de Hog, o receptor Patched mantém a Smoothened sequestrada em vesículas intracelulares e em sua forma inativa.

§ Quando a Hog se liga ao receptor abaixo e a esse, estimula a degradação de Patched, o que “libera” Smoothened de sua inibição, translocando-se para a MP, onde irá recrutar o complexo proteico supracitado, portanto, inibindo a degradação de Ci.

ü Um dos genes transcritos por Ci é o do receptor Patched, o que gera um mecanismo de feedback negativo.

o A iHog é um receptor para Hog o A Smoothened é uma proteína transmembrana de sete passagens que é controlada pelos

receptores supracitados. • A sinalização por Hog ainda é um processo pouco compreendido em células de vertebrados. Contudo,

algumas de suas funções são o Proliferação celular à sinalização excessiva leva ao câncer (principalmente carcinomas

basocelulares) o Diferenciação tecidual

d) Via de sinalização NFkB

• NFkB à proteínas reguladoras de transcrição latentes presentes na maioria das células o Resposta ao stress o Resposta inflamatória


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o Resposta inata do SI o Desenvolvimento tecidual normal o Auxiliam a reagir a infecções e lesões, auxiliando a proteção de organismos multicelulares no stress

• Quando essa via é excessiva ou inapropriada, pode gerar uma resposta intensa, gerando danos e dor (inflamação crônica), o que pode levar ao câncer.

• Vários receptores ativam a via de sinalização da NFkB nas células animais o Toll à reconhecem patógenos e ativam a via na resposta imune inata o TNF-alfa e IL-1à receptores de citocinas importantes na indução de respostas inflamatórias

• Quando os receptores são ativados, desencadeiam ubiquitançaõ multiproteica e uma cascata de fosforilações que libera a NFkB de um complexo proteico inibidor, possibilitando seu transporte para o núcleo, onde irá atuar na transcrição de determinados genes que irão ser traduzidos em proteínas que participam nas respostas imunes inflamatórias e inatas

• Existem cinco tipos de NFkB em mamíferos, sendo que cada um ativa seu próprio conjunto de genes

• IkB à complexo proteico inibitório que se liga com alta afinidade aos dímeros de NFkB, mantendo-os inativos no citoplasma das células não estimuladas. A via supracitada, quando ativada, estimula a degradação desse complexo e a atuação de NFkB no núcleo.

o Também há um mecanismo de feedback negativo, devido a transcrição de genes que estimulam a síntese do complexo supracitado, inibindo a continuidade da atuação da NFkB

e) Receptores nucleares • São reguladores de transcrição modulados por ligantes.

o Os ligantes são moléculas pequenas e hidrofóbicas que se difundem através da MP e se ligam a receptores intracelulares, que são reguladores de transcrição.

§ Hormônios esteroides, retinóis e viamina D ü Apesar de apresentarem estrutura distinta seu mecanismo de ação é similar.

o Os ligantes alteram a capacidade da proteína de controlar a transcrição de genes específicos. • Servem como receptores e efetores intracelulares do sinal • Muitos desses receptores ainda apresentam ligantes desconhecidos, sendo denominados de receptores

nucleares órfãos o Podem ser regulados por metabólitos intracelulares (regulação autócrina) e não por moléculas

secretadas. Por exemplo, podem se ligar a determinados metabólitos e estimular vias relacionadas ao seu metabolismo

• Hormônios esteroide à cortisol, esteroides, vitamina D o São derivados do colesterol o Cortisol à produzido no córtex das glândulas suprarrenais o Esteroides à sintetizados nas gônadas o Vitamina D à sintetizada na pele em resposta à luz solar, devendo ser convertida em sua forma

ativa no fígado e rins, regulando o metabolismo de cálcio o Hormônio da tireoide à produzidos a partir de tirosina e atuam aumentando a taxa metabólica de

vários tipos celulares o Retinoides à sintetizados a partir da Vitamina A, apresentando papel como mediadores locais no

desenvolvimento de vertebrados • As moléculas, por serem insolúveis em água, necessitam de proteínas carreadoras para que sejam

adequadamente transportadas na corrente sanguínea • Os receptores se ligam a sequencias específicas de DNA adjacentes aos genes regulados pelo ligante,

podendo se localizar no citosol e entrando no núcleo somente após a interação com esse, ou se apresentar naturalmente ligado ao DNA.

o O complexo encontra-se inicialmente, ligado a complexos proteicos inibidores


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o A ligação com o ligante gera alteração da conformação proteica, levando a dissociação do complexo inibidor e a ligação do receptor a proteínas coativadoras que estimulam a transcrição gênica (o oposto também pode ocorrer, ou seja, a inibição da transcrição)

f) Relógios circadianos • Muitos organismos apresentam um ritmo interno que dita

comportamentos distintos em diferentes momentos do dia o Dormir e acordar, mudanças metabólicas cíclicas...

• Permitem ao organismo antecipar alterações do ambiente e realizar ações antecipadamente.

o O relógio interno não pode ser 100% preciso, devendo ser capaz de ser readequado por informações externas advindas do ambiente (como modificações da luz diária)

§ Portanto, continuam funcionando quando as informações do ambiente são alteradas, entretanto, tem seu ritmo alterado.

§ Manutenção da sincronia entre a interação do organismo com seu ambiente. • Geralmente são coordenados por um único tipo celular (como as células do núcleo supraquiasmático

hipotalâmico) o Apresentam um padrão cíclico de expressão gênica o Recebem informações neuronais da retina referente a luz e escuridão e emitem informações acreca

da hora do dia para a glândula pineal, que atua liberando hormônios adequadamente a esse estímulo

• Os relógios geralmente dependem de ciclos de feedback negativo, pois, como já citado, oscilações na atividade dessa podem ocorrer se essa proteína inibir sua própria atividade com um grande retardo.

o Influencia nos reguladores de transcrição à o acúmulo de determinados produtos gênicos inativa a transcrição de seus próprios genes, contudo, com um retardo, de forma que a célula oscila entre estado em que os produtos estão presentes e a transcrição é inativada e em um diametralmente oposto

• Alguns relógios podem estar baseados em proteínas que controlam sua própria atividade por mecanismos de pós-tradução.

o Por exemplo, em bactérias, há um oscilador composto por 03 proteínas, sendo que uma catalisa sua própria fosforilação e desfosforilação em um processo cíclico de 24 horas, de forma gradual, sofrendo fosforilação durante o dia e desfosforilação durante a noite, sendo esse processo mediado também por interação com as outras 02 proteínas (inibidor e estimulador da fosforilação, respectivamente, recrutados pela proteína seletivamente)

3) Entender as moléculas de DNA, RNA e proteína e explicar os processos de replicação,

transcrição e tradução

Replicação do DNA

• A capacidade das células de manter seu elevado grau de organização depende dos mecanismos adequados de replicação e reparo do DNA.

• Todos os organismos duplicam seu DNA com extrema precisão antes de cada divisão celular

1) Pareiamento de bases • O uso de um DNA-molde é essencial para que a replicação ocorra de forma adequada. • É necessário a separação da hélice de DNA em duas fita-molde, os quais são

reconhecidos por nucleotídeos complementares livres, os quais serão adicionados pela polimerização catalisada pela enzima na nova cadeia de DNA, a DNA polimerase


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• Cada uma das duas fitas originais atua como um molde para a formação de uma fita inteiramente nova (processo “semiconservativo”, em que cada fita-filho leva um pedaço de seu progenitor)

o A forquilha de replicação é a região em que a DNA polimerase irá sintetizar as fitas filho.

• As fitas de DNA encontram-se em orientação antiparalela, sendo que a DNAp só é capaz de sintetizar DNA na direção 5´ à 3´, portanto, as moléculas de DNA filho devem ser sintetizadas em direção oposta.

o Fragmentos de Okasaki à uma das fitas é sintetizadas em fragmentos na forquilha de replicação, sendo unidos após a sua síntese, formando longas de cadeias de DNA

• Uma enzima especial, denominada de DNA-primase coloca um iniciador para demarcar

o início da replicação. Apenas um iniciador é necessário na fita que sofrerá transcrição contínua, enquanto vários serão necessários para a síntese de fragmentos de Okazaki. Os primers são pequenos fragmentos de RNA que iniciam a síntese proteica.

o A síntese de cada fragmento de Okazaki termina quando a DNAp encontra o fragmento de RNA que iniciou a transcrição do fragmento antigo. Posteriormente, o iniciador de RNA é substituído por DNA pro meio da enzima DNA-ligase.

• A abertura da dupla-hélice à frente da forquilha de replicação é mediada por duas enzimas: as DNA-helicases e as proteínas ligadoras de fita simples de DNA (SSB)

o As DNA-helicases se ligam a fita de DNA, e, por meio de processo mediado por gasto de ATP, impulsionam-se rapidamente sobre a fita de DNA e abrem-na a uma grande velocidade.

o As SSB´s ligam-se fortemente e de maneira cooperativa para expor as fitas simples de DNA, sem encombrir suas bases, as quais permanecem disponíveis como moldes. Essas proteínas auxiliam as helicases a desenrolar a fita, mantendo-a em uma conformação linear de fita-simples, evitando a formação de grampos, que podem evitar a síntese pela DNAp

o A proteína PCNA atua como uma “cinta deslizante”, mantendo a polimerase firmemente associada ao DNA enquanto essa está em movimento, liberando-a quando ela encontra uma região de DNA de fita dupla. Essa proteína apresenta uma estrutura de anel.

§ A fita-líder, a qual é trancrita continuamente, está fortemente ligada a cinta e não se dissocia dessa.

§ Já a que realiza a síntese descontínua de DNA, necessita de um grande número dessas proteínas, pois sofre dissociação e reassociação sempre que encontra um primer de RNA.

2) Complexo proteico na forquilha de replicação • Além das enzimas e proteínas supracitadas, a maior parte das

proteínas é mantida unida em um grande complexo multienzimático que realiza uma síntese rápida de DNA, o qual desliza sobre o complexo, de forma semelhante a um tecido em uma máquina de costura.


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• Na frente da forquilha de replicação, a DNA-helicase abre a dupla-hélice de DNA. Duas moléculas de DNA-polimerase trabalham na forquilha uma na fita-líder, e outra na fita retardada. Enquanto a molécula de DNA-polimerase na fita-líder pode operar de modo contínuo, a molécula de DNA-polimerase na fita retardada deve reiniciar em intervalos curtos, utilizando os pequenos iniciadores de RNA produzidos pela DNA-primase. A íntima associação de todos esses componentes proteicos aumenta bastante a eficiência da replicação, sendo possível graças à conformação da fita retardada que parece enovelar-se para trás como mostra a Figura 5-18A. Esse arranjo também facilita a formação da cinta da polimerase cada vez que um fragmento de Okazaki é sintetizado: o montador da cinta e a molécula de DNA-polimerase da fita retardada são mantidos unidos como parte da maquinaria proteica mesmo quando dissociados do DNA-molde.

• O deslocamento da forquilha ao longo da fita dupla de DNA gera um emaranhamento das fitas de DNA, pois o DNA encontra-se “fixo” no cromossomo a sua frente (lembra uma corda)

o Essa supertorção é continuamente aliviada por proteínas conhecidas como DNA-topoisomerases .Essa enzima gera uma ligação fosfodiéster na fita de DNA de caráter reversível, a qual é regenerada quando a proteína é liberada.

§ Topoisomerase I à produz clivagem temporária na fita simples, sendo que essa quebra permite que as duas porções da hélice de DNA girem livremente uma em relação a outra. A ligação, após a torção é reestabelecida rapidamente.

§ Topoisomerase II à forma uma ligação covalente com as duas fitas de DNA simultaneamente, formando uma quebra da fita temporária frente a gasto de ATP e “passando” uma das hélices por cima da outra, desfazendo o ponto de entrecruzamento. É extremamente útil para desfazer o entrelaçamento entre cromossomos.

3) Inicio da replicação • A síntese de DNA se inicia na origem de replicação, regiões no cromossomo onde a

estrutura de dupla-hélice, a qual é geralmente fortemente aderida entre si, é aberta.

• Em eucariotos, para que a duplicação do DNA ocorra de forma rápida, é necessário a presença de múltiplas origens de duplicação em um único cromossomo.

o As origens de duplicação param apenas quando se encontram “cabeça a cabeça”, portanto, operando de maneira independente e criando bolhas de replicação a medida que se movem em direções opostas.

• Esse processo acontece na FASE S do ciclo celular. • As origens de replicação estão em sítios de DNA que apresentam sítios de ligação

para um complexo proteico denominado de complexo de reconhecimento de origem (ORC), uma sequencia de DNA rica em A e T (fácil desnaturação) e um sítio de ligação para proteínas que facilitem a ligação do ORC.

o As helicases são colocadas no DNA próximos ao ORC, formando um complexo pré-replicativo. Essas são ativadas na fase S, em que proteínas cinase especializadas se juntam ao complexo e ativam as helicases, abrindo a dupla fita e permitindo a montagem do complexo de duplicação. As mesmas proteínas cinases impedem a formação de novos complexos pré-replicativos, garantindo que a duplicação do DNA ocorra uma única vez por meio da fosforilação de ORC.

o Ainda não se sabe ao certo quais características do genoma humano determinam as origens de replicação.

• Nucleossomos são formados atrás da forquilha de replicação o Cromossomos eucariotos são constituídos por uma porção de DNA e proteínas o Nucleossomos são as unidades compactadoras de cromatina

§ Síntese de histonas na fase S.


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o Á medida que a forquilha avança, ela deve passar sobre os nucleossomos parentais Transcrição e Tradução (DNA à RNA à PROTEÍNA)

• O DNA genômico não controla a síntese proteica diretamente, utilizando o RNA como intermediário o “Dogma central da biologia molecular” à O fluxo de informação segue de DNA à RNA à Proteína o O RNA ainda sofre modificações depois de sair do núcleo, processo conhecido como “splicing”

§ Os genes na maioria das células se encontra de forma caótica, na forma de íntrons e exons que devem ser selecionados posteriormente.

§ Algumas regiões na sequencia de DNA que codificam proteínas estão intercalados com grandes blocos que não apresentam função aparentemente.

o Para diversos genes, o RNA é o produto final, não acarretando na síntese de uma proteína específica. • A transcrição e a tradução são os meios pelos quais as células leem e

expressam as instruções genéticas de seus genes. o Essa taxa é variável, portanto, uma célula pode produzir muitas

proteínas a partir de um gene e poucas a partir de outro, ou seja, genes podem ser expressos em diferentes graus de eficiência.

• Estrutura do RNA o São fitas-simples de sequências de nucleotídeos o Polímero linear composto por quatro tipos diferentes de

subunidades nucleotídicas unidas entre si por ligações fosfodiéster. § Ribonucleotídeos, apresentando o açúcar ribose ao invés

de desoxirribose o Contém as bases adenina, guanina, citosina e uracila (GC, AU) o Devido a sua estrutura em fita simples, o RNA pode se enovelar de diversas

formas, semelhante ao que ocorre com uma cadeia de polipeptídeos que se enovela em uma conformação determinada, dando uma forma final à proteína. Isso permite que algumas moléculas de RNA desempenhem funções estruturais e catalíticas.

1) Transcrição • Processo que se inicia com abertura e desespiralização de uma pequena porção da

dupla-hélice de DNA, expondo as bases em suas respectivas fitas. • Uma fita de DNA serve como molde para a síntese de molécula de RNA, através do

pareamento de bases complementares entre os nucleotídeos a serem incorporados e o DNA-molde. Quando ocorre um pareamento adequado, o ribonucleotídeo é ligado covalentemente a cadeia de RNA em formação através de reação catalisada enzimaticamente.

o A cadeia de RNA é transcrita 1 nucleotídeo por vez. • Ao contrário da replicação do DNA, a fita de RNA se disassocia da de DNA assim que

o nucleotídeo adequado é transcrito. Moléculas de RNA produzidas pela transcrição são liberadas do DNA-molde sob a forma de fita simples.

o Devido a essa liberação rápida, muitas cópias de RNA podem ser produzidas a partir de um mesmo gene em um período de tempo relativamente pequeno, permitindo a síntese de moléculas de RNA adicionais antes que as moléculas anteriores tenham sido finalizadas.

• Moléculas de RNA são muito menores dos que as de DNA por serem sintetizadas a partir de uma região específica.

a) RNA polimerases à enzimas que realizam a transcrição o Catalisam a formação de ligações fosfodiéster que conectam os nucleotídeos entre si, formando

uma cadeia linear. o Se desloca lentamente pelo DNA, desespiralizando a dupla hélice em frente do sítio ativo de

polimerização e expondo uma nova região da fita para pareamento de bases complementares


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o Extenção da cadeia de RNA no sentido 5` para 3`. o A hidrólise de ligações energéticas fornece energia necessária para

promover a reação. o É possível que ocorra a fixação de mais de uma RNAp na região

adequada de DNA, podendo transcrever uma grande quantidade de RNA por gene simultaneamente.

o Não precisam de iniciador para iniciar a transcrição § Erros na transcrição de RNA não são tão impactantes quanto

erros na duplicação de DNA. § Podem corrigir os erros, “voltando” ao nucleotídeos mal posicionado e gerando uma reação

de excisão. o Ao contrário da DNA polimerase, não faz o processo “por

partes”, e só se dissocia quando o RNA for 100% sintetizado. o Para transcrever um gene com precisão, essa enzima deve

reconhecer o sítio de término e início no genoma. o Existem várias proteínas que geram a iniciação da transcrição

em eucariotos: RNApI, RNApII e RNApIII § São polimerases estruturalmente similares entre si, contudo, transcrevem diferentes

categorias de genes. § RNAp I e RNAp III à genes que codificam RNat, RNAr e outros tipos de RNAs § RNAp II à transcreve a maioria dos genes, em RNAm

o As RNAp II (principais) necessitam de fetores gerais de transcrição para iniciar a transcrição, assim como essa deve ocorrer em DNA que está empacotado em nucleossomos ou em cromatinas de ordem superior

§ Fatores gerais de transcrição à são os fatores de transcrição para a polimerase II (TFII) e ajudam a posicionar a RNAp corretamente sobre o promotor, auxiliando na separação das cadeias de DNA para permitir o início da transcrição e liberando a RNAp do promotor para dar início ao alongamento. Se ligam a uma curta sequencia de DNA, denominada TATA-box, a qual está geralmente localizada 25 nucleotídeos antes do sítio de início da transcrição, promovendo uma grande distorção do DNA nessa região.

• Após essa distorção do DNA, diversos fatores se ligam a RNAp II para formar um complexo de iniciação da transcrição completo. É apenas após a formação desse que, por meio de uma DNA-helicase no interior do TFIIH gera a hidrólise do DNA, separando-o e permitindo a ligação da DNAp II.

§ Para que a RNAp comece o processo de síntese de RNA por meio do “enlongamento”, é necessário que essa seja fosforilada em seu domínio C terminal, pela TFIIH, presente no complexo de iniciação da transcrição. Após essa fosforilação, a RNAp II se afasta dos fatores gerais de transcrição, sofrendo modificações conformacionais que fortalecem sua interação com o DNA e adquire novas proteínas que lhe permitem transcrever por longas distancias sem se dissociar do RNA.

• Após esse processo, os fatores de transcrição são liberados para serem posteriormente usados novamente para a síntese de novo RNA.

§ Além dos fatores gerais de transcrição, a RNAp II também necessita de proteínas ativadoras, mediadoras e modificadoras de cromatina

• O DNA está empacotado em nucleossomos, organizados em estruturas de cromatina de maior complexidade.


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• As proteínas ativadoras se ligam a sequencias específicas sobre o DNA e auxiliam a RNAp II a se ligar ao DNA no ponto de início da transcrição. Sua proteólise pe necessária para que a RNAp II se dissocie desse complexo e inicie a transcrição.

• O complexo mediador permite que as proteínas ativadoras se comuniquem adequadamente com a RNAp II e com os fatores gerais de transcrição.

• Por fim, são necessárias enzimas modificadoras de cromatina, que aumentam o acesso ao DNA e facilitam a montagem da maquinaria para transcrição do DNA.

o Proteínas acessórias são necessárias para que a fase de alongamento da transcrição ocorra § São proteínas que reduzem a probabilidade de dissociação da RNAp antes que essa chegue

ao término de um gene. § Essas proteínas também auxiliam a RNAp a lidar com estrutura de cromatina conforme elas

se movem sobre o molde de DNA, evitando com que essa “pare” devido a emaranhamento genético.

§ As chaperonas de histonas auxiliam a dissociar parcialmente os nucleossomos a frente de uma RNAp e associa-los após a sua passagem.

• Podem ser produzidos diferentes tipos de RNA! o RNAm à é o RNA mais frequentemente

sintetizado, sendo as que promovem a síntese proteica

o RNA não codificante à não codificam proteínas, servindo como reguladores enzimáticos, componentes estruturais...

§ Neles estão RNAr, RNAt, RNAsn... • Cada segmento de DNA transcrito é denominado

de unidade de transcrição, sendo que cada uma geralmente codifica uma única proteína, ou grupos relacionados a uma única proteína pelo processo de splicing.

• A supertorção do DNA é um empecilho a transcrição adequada o Conformação adotada pelo DNA frente a tensão super-

helicoidal gerada pela RNAp no processo de transcrição. o É um fenômeno energeticamente favorável, criado pela

dissociação de pares gerada pela RNAp, criada pelo fato de o DNA estar com extremidades fixas no cromossomo

o O deslocamento gera tensão maior na frente da RNAp, e tensão menor em regiões pelas quais ela já passou. Isso torna a abertura de zonas à frente mais difíceis.

§ As enzimas DNA-topoisomerases auxiliam no desenrolamento, removendo rapidamente essa tensão.


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• A fase de alongamento transcricional está fortemente associada ao processamento de RNA o As duas extremidades do RNAm sintetizado são modificadas pelo

capeamento na extremidade 5` e pela poliadenilação na extremidade 3`, processo que permite que a célula verifique se ambas as extremidades de uma molécula de RNAm estão presentes (portanto, se a mensagem está intacta) e a exportação do RNA para fora do núcleo.

o A retirada de íntrons permite que o RNAm produza diversas proteínas a partir de um único gene.

o A fosforilação da extremidade C terminal da RNAp permite a entrada de novas proteínas que se desagregam progressivamente, exercendo um papel fundamental no processamento de RNA. Portanto, a RNApII pode agir como uma “máquina”, que sintetiza e amadurece RNA simultaneamente.

b) O pré-RNAm § Deve sofrer splicing e processamento das extremidades 5` e 3` • Como supracitado, ele deve sofrer o capeamento

o Ocorre na extremidade 5`, pela adição de uma capa que contém um nucleotídeo guanina modificado

o Processo que é mediado por três enzimas, que retiram um fosfato da extremidade 5` do RNA, colocam um GMP e adicionam um grupo metila a esse. Essas enzimas se ligam a extremidade C da RNApII, exemplificando o processo supracitado.

o Essa capa auxilia a célula a distinguir o RNAm dos demais, auxiliando no processo de tradução.

• Deve ter seus íntrons retirados o Sequencias codificadoras são caracteristicamente interrompidas por

sequencias intervenientes não codificadoras. o Em geral, a sequencia codificadora do DNA é apenas uma pequena sequencia do gene. o Cada evento de splicing remove um íntron por meio de duas reações sequencias de

transesterificações, que unem os dois éxos e removem o íntros sob a forma de um laço. o Esse processo de splicing é sinalizado pelas sequencias nucleotídicas, os quais são geralmente

conservados entre os íntrons (estão respectivamente na região 5, 3 e ponto da forquilha) o Esse processo é realizado pelo spliceossomo, estrutura formada por moléculas de RNAsn (pequenos

RNAs nucleares), e proteínas § O pareamento de bases entre snRNA e RNAm permite o reconhecimento das sequencias

nucleotídicas supracitadas.


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§ É uma estrutura que depende da hidrólise do ATP para se associar e sofrer rearranjos, por exemplo, para romper interações RNA-RNA já existentes e permitir a formação de novas. Isso permite que o spliceossomo se reorganize diversas vezes e consiga analisar e reavaliar os sinais de splicing, aumentando a rpecisão global desse processo, além de criarem sítios ativos para as reações de transesterificação.

§ As moléculas de RNA são as principais catalizadoras do processo de splicing.

§ Ao final do splicing, o spliceossomo liga os éxons por meio de um conjunto de proteínas denominado complexo de junção do exon, que marcam o sítio de evento de splicing

§ Erros no splicing são evitados por ligações diretas dos fatores presentes em spliciossomos pela cauda fosforilada de RNAp assim que o RNA é sintetizado (auxilia a controlar íntros e exons).

§ O splicing também é influenciado pela composição da cromatina, pois, essa pode influenciar a transcrição do RNA, a qual, como já foi descrito anteriormente, está intrinsecamente relacionada ao splicing (por exemplo, caso a transcrição seja mais lenta, isso dá menos chances de ocorrer erros no splicing, pois esse também ocorrerá de forma mais lenta)

o O splicing é um processo relativamente flexível em relação aos outros processos gênicos § Éxons são frequentemente eliminados, mutações alteram frequentemente o padrão de

cortes de íntrons... § O splicing se adapta a possíveis erros ou mutações, o que leva a crer na importância desse

processo na evolução dos genes e organismos. § Um processo aberrante de splicing está associado com várias patologias, como fibrose

cística, visto que essa evoluiu de forma a perceber os melhores padrões para junções de splicing.

• Enzimas de processamento do RNA geram a extremidade 3´ do mRNA de eucariotos o A medida que a RNAp II se aproxima do final do gene, ela apresenta mecanismos que asseguram que

a extremidade 3’ do pré-RNAm seja corretamente processada. o O genoma apresenta sinais codificadores, que são transcritos em RNA, os quais então são

conhecidos por uma série de proteínas e enzimas, dentre elas estão os fatores de estimulação de clivagem e fator de especificidade de clivagem e poliadenilação, os quais são transferidos a extremidade 3’ da molécula de RNA logo que ela emerge da RNAp

§ Após as enzimas supracitadas se ligarem a extremidade 3’, proteínas adicionais também se ligam e adicionam cerca de 200 nucleotídeos “A” a extremidade 3’ produzida pela clivagem,


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a poli-a-polimerase, a qual, por não precisar de um mmolde para síntese, não apresenta codificação genômica.

§ Após a clivagem de uma extremidade 3’, a RNAp II pode continuar o seu processo de transcrição, em alguns casos, até centenas de nucleotídeos, contudo, esses não apresentam quepe 5’ e são rapidamente degradados, o que eventualmente gera a dissociação da RNAp

c) Transporte de RNAm • Apenas uma pequena fração do pré-RNA é transportada para fora do núcleo para

ser utilizada pela célula. • Como já foi dito anteriormente, é possível gerar diversos RNAm anormais, os quais

são extremamente perigosos para o organisma o O processamento de RNA gera a perda de certas proteínas, assim como a

adição de outras. Por exemplo, a presença de certas proteínas podem significar um splicing incompleto/aberrante.

o É apenas quando proteínas adequadas se liguem ao RNAm é que esse é exportado do núcleo rumo ao citosol, onde pode ser traduzido.

o O exossomo é um grande complexo rico em exonucleases que degradam mRNAs processados inadequadamente e resíduos de RNA retidos no núcleo.

• São transportados através dos complexos do poro nuclear, canais aquosos na membrana nuclear que conectam diretamente o nucleoplasma e o citosol, devendo sofrer processos especiais para atravessar esse complexo, devido ao tamanho excessivo desse.

o Devem ser ligados a receptores de transporte nuclear, que empacotam o DNA de maneira específica, permitindo a sua passagem por esses poros. Esse processo é extremamente rápido, sendo que, até sua migração ao núcleo, processos como a maturação do RNA continuam ocorrendo

d) Os RNA não codificadores • O RNAr é o principal tipo, constituindo aproximadamente 80% do RNA em uma célula que se encontra em

rápida divisão. o Esses, ao contrário do RNAm, são produtos gênicos

finais, sendo que quantidades adequadas de RNAr só podem ser produzidas pq a célula contém múltiplas copias de genes de rRNA que codificam esse tipo de RNA.

§ Existem 4 tipos de RNAr, cada um reprentado no ribossomo por uma cópia, Três desses sçao sintetizados por modificações químicas de um RNA precursor enquanto o outro é sintetizado a partir de um grupo separados de genes pela RNA-polimerase III.

§ O RNA precursor sofre diversas modificações químicas, como metilações e isomerações, que auxiliam no enovelamento e união do rRNA final e afetam nas funções do ribossomo. Essas são orientadas por outras moléculas de RNA, que por meio do pareiamento de bases trazem enzimas adequadas para a modificação de RNA e clivagem em locais determinados para a


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síntese de rRNA maduro. Esses RNA´s são membros da família snoRNA, que desempenham suas funções no nucléolo.

o O nucléolo é a região onde ocorre o processamento de rRNAs e sua organização sob a forma de subunidades ribossômicas, sendo constituído por um enorme aglomerados de macromolécular, que tem como objetivo a organização dos ribossomos de forma rápida e sem perturbações.

2) Tradução • A maioria dos RNA´s sintetizados são utilizadas como intermediários

para síntese de proteínas • Uma sequência de mRNA é decodificada em conjuntos de três

nucleotídeos. o A sequencia de nucleotídeos de mRNA é lida em conjuntos

consecutivos de 03, denominados de códons. Existem 64 códons no código genético.

§ Alguns aminoácidos são sintentizados por mais de um códon, dando um caráter redundante ao código genético.

§ Diversos mecanismos atuam para que a proteína seja transcrita no local correto (fases de leitura)

• RNAt à são as responsáveis pelo transporte de aminoácidos para os códons no mRNA. o Sintetizados pela RNAp III o Ligam-se, em uma extremidade, ao códon, e na outra, ao aminoácido o Apresentam uma estrutura tridimensional semelhante a um “trevo de folha”, a qual é enovelada em

diversas regiões por interações intramoleculares entre seus aminoácidos o Duas regiões nucleotídicas não pareadas intramolecularmente

§ Anticódon à conjunto de 03 nucleotídeos que irá se parear ao códon complentar

§ Extremidade 3´ à região onde o aminoácido correspondente ao códon irá se ligar.

o Existe mais de um RNAt para um único aminoácido. § Pode tolerar “oscilação” em uma extremidade, portanto, é possível

que um único RNAt acomode mais de um aminoácido, ou seja, precisa de apenas duas ligações com pareamento perfeito.

o Sofrem modificação covalente antes de saírem do núcleo § Assim como os RNAr, são sintetizados como um grande complexo precursor, que deve ser

clivado para a produção de RNA maduro. Assim como o RNAm, sofre splicing, contudo, esse é mediado por proteínas que atuam por meio de “corte e colagem”, ao contrário da alça de RNA gerada no mensageiro.

§ As reações de corte e splicing atuam como etapas de controle da qualidade do RNAt sintetizado, já que RNAt´s precursores com enovelamento incorreto não sofrem esses processos.


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§ As bases do RNAt apresentam modificações químicas, por exemplo, a adenosina pode ser desaminada, produzindo a inosina, afetando a conformação e pareamento das bases do anticódon, facilitando o reconhecimento do códon apropriado no mRNA.

o Enzimas específicas acoplam cada aminoácido a sua molécula de RNAt adequado.

§ Aminoacil-tRNA-sintetases, que acoplam covalentemente cada aminoácido ao seu conjunto apropriado de moléculas de tRNA. Na maioria das células, existe uma sintetase específica para cada aminoácido.

§ A reação catalisada por essa enzima é associada a hidrólise de ATP, produzindo uma energia de alta ligação, a qual será utilizada posteriormente na síntese proteica.

§ Essas sintetases são capazes de assegurar que o aminoácido correto seja ligado a cada tRNA

• Aminoácido possui extrema afinidade ao sítio ativo da enzima

• Aminoácidos estruturalmente semelhantes (como a isoleucina e a valina) são distinguidos por meio da entrada de um segundo bolso de edição da enzima, o qual irá identificar e remover o aminoácido incorreto por meio de hidrólise

§ As sintetases também reconhecem o tRNA ao qual estão se ligando por meio da leitura dos nucleotídeos através de uma complementaridade químico estrutural.

• Os aminoácidos são adicionados a extremidade C-terminal de uma cadeia polipeptídica em crescimento o A reação fundamental para a síntese proteica consiste na formação de uma ligação peptídica entre

o grupo carboxila na extremidade de uma cadeia polipeptídica em crescimento e um grupo amino livre do outro aminoácido.

o Uma proteína é sintetizada passo a passo de a partir de sua extremidade N-terminal para a sua extremidade C-terminal.

§ A extremidade adicionada sempre se encontrará ligada a um RNAt (tRNA-peptidil

• Ribossomos à estruturas em que o RNA é decodificado.

o Assegura a fase de leitura correta e a exatidão do processo de síntese proteica. o Compostos por uma subunidade maior e outra menor.

§ A subunidade menor fornece uma região sobre a qual os tRNA são pareados de maneira eficiente aos códons do mRNA

§ A subunidade maior catalisa a formação das ligações peptídicas que unem os aminoácidos, formando a cadeia em si.

§ As subunidades encontram-se sepradas quando a síntese proteica não está ativa, associando-se a extremidade 5´ de uma molécula de RNA para iniciar a síntese proteica.

o “Puxa” o RNAm, após esse se ligar a sua subunidade menor e maior, três nucleotídeos de cada vez. Transcreve a informação por meio dos tRNA, por mecanismo supracitado.

o Termina o processo de transcrição quando um códon de terminação é encontrado. o Apresenta 04 sítios de ligação: um para o RNAm e 03 para o RNAt (A, P e E)


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§ Uma molécula de tRNA se liga com afinidade aos sítios A e P apenas se seus anticódons formarem pares de bares com o códon complementar na molécula de mRNA ligada ao ribossomo.

§ A proximidade entre os sítios A e P permite que ocorra a fase de leitura correta.

o Os aminoácidos são adicionados a cadeia em crescimento através de um ciclo de reações que segue quatro etapas principais

§ Ligação do tRNA § Formação da ligação peptídica § Movimentação do ribossomo para o próximo códon, com saída do RNAt

anterior. § A ligação peptídica é catalisada por uma peptidiltransferase, enzima

presente na subunidade maior do ribossomo. o A cada ciclo de adição de aminoácido, dois fatores de alongamento entram e

saem do ribossomo, induzindo modificações conformacionais no processo (EF1 e EF2), acelerando o processo e aumentado sua exatidão (media a interação códon-anticódon no sítio A)

§ Os fatores de enlongamento encontram-se acoplados a GTP e RNAt, sendo que a subunidade menor do ribossomo “checa” se a interação códon anticódon está adequada, e, caso esteja, induz uma mudança conformacional no ribossomo, o que induz a hidrólise do GTP, desligando o EF do RNAt, e só assim permitindo que ele seja utilizado na síntese proteica.

§ Além disso, após a dissociação do RNAt, é provável que um pareiamento inadequado se dissocie do RNAm espontaneamente, devido a fraca interação códon-anticodon.

§ Caso, mesmo assim, um aminoácido incorreto seja ligado, esse erro deixa o ribossomo propenso a executar mais erros sequenciais, o que gera a dissociação precoce da proteína e sua degradação, assegurando que essa não será utilizada pela célula.

o Encaixe induzido à mecanismo enzimático de encaixe “geométrico” (como o ribossômico supracitado) que garante a paridade correta entre as bases, também estando presente na RNAp.

o Correção cinética à pares incorretos, devido a interação fraca, apresentam maior chance de se dissociar espontaneamente.

• As sequências nucleotídicas de mRNA sinalizam onde iniciar e terminar a síntese proteica.

o Isso é importante, pois define a fase de leitura adequada para a molécula inteira. Um erro no início da transcrição irá gerar erro na leitura de todos os códons subsequentes.

o Início da tradução à start códon AUG, carreado por um tRNA iniciador, que sempre carrega o aminoácido metionina (a qual pode ser posteriormente removida por uma protease específica)

§ O tRNA iniciador é depositado sob a unidade ribossômica em conjunto com fatores de iniciação eucarióticos (eIF)

§ O tRNA iniciador pode se ligar sem o ribossomo estar presente, e o faz diretamente no sítio P.

§ A subunidade menor do ribossomo reconhece o quepe 5´ e se liga a ele, que já apresentava ligação prévia com dois fatores de iniciação. A subunidade então se move pelo RNAm até encontrar o primeiro AUG, e, quando o faz, dissocia os fatores de iniciação e permite a associação da subunidade maior para completar o ribossomo. Muitas vezes, as células conseguem “selecionar” o códon AUG em que esse processo será iniciado, por meio de códons adjacentes que conseguem “enganar” a subunidade menor e fazer ela ignorar o AUG.

o Fim da tradução à determinado pelos códons de terminação UAA, UAG ou UGA, os quais não são reconhecidos por um tRNA, sinalizando para o ribossomo o final da tradução


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§ Fatores de liberação ligam-se ao códon de terminação no sítio A, catalizandoa ligação de uma molécula de água, nessa região, o que leva a liberação da cadeia polipeptídica ao seu tRNA terminal.

§ O ribossomo libera o mRNA e se dissocia, tornando-se pronto para um novo ciclo de síntese proteica.

§ O ribossomo possui uma espécie de “túnel de moléculas hidrofóbicas” o qual abriga o polipeptídeo e permite o seu deslizamento suave durante o processo de tradução, o que sugere que a proteína apenas ganha sua conformação tridimensional característica após sair do ribossomo.

• Polirribossomos à processo que amplifica a síntese proteica, em que mais de um ribossomo se liga a um único RNAm. Assim que um ribossomo se move, a extremidade 5´ da molécula de RNA sofre ligação por um novo ribossomo.

o Permite a produção de um grande número de proteínas em um menor espaço de tempo.

• Recodificação da tradução à informações nas sequencias nucleotídicas presentes em um mRNA podem modificar o signgificado do código genético em determinada região do mRNA. Isso permite a ligação de um vigésimo primeiro aminoácido, a selenocisteína, essencial para o funcionamento de diversas enzimas. Essa é codificada pelo códon UAG, o qual, ao invés de significar “parada” acaba colocando um novo aminoácido devido a influencia dos códons ao redor.

•

compreender os tipos de receptores e sinalizadores

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