FIGURA 23.1Diagrama mostrando as diferentes localizações de classes de receptores expressos por uma célula alvo.

FIGURA 23.2Cascata hormonal de sinais do SNC até o hormônio final. A “glândula” alvo é o último tecido produtor de hormônio da cascata, que é estimulado por um hormônio apropriado da pituitária anterior. Exemplos são glândula tireóide, córtex adrenal, ovário e testículo. O hormônio final retroalimenta negativamente os locais produtores de hormônios intermediários da cascata. Quantidades [nanograma (ng), micrograma (μg) e miligrama (mg)] representam as quantidades aproximadas de hormônios liberados.Redesenhado de Norman, A. W. e Litwack, G. Hormones. New York: Academic Press, 1987, p. 38.

FIGURA 23.3Muitos sistemas hormonais envolvem o hipotálamo. Cascata de respostas hormonais começando com um sinal externo ou interno. Este sinal é transmitido primeiro para o SNC e pode envolver o sistema límbico, incluindo hipocampo e amígdala. Estes componentes inervam o hipotálamo em uma região específica, que responde com secreção (nanogramas) de um hormônio liberador específico. Hormônios liberadores são transportados por um sistema porta fechado para a pituitária anterior, onde causam secreção de microgramas de hormônios específicos da pituitária anterior. Estes acessam a circulação geral por meio de capilares locais fenestrados e desencadeiam liberação de um hormônio final em microgramas a miligramas por dia, que geram sua resposta por ligação a receptores em tecidos alvos. Na realidade, este sistema é uma cascata amplificadora. Conseqüentemente, o organismo está em íntima associação com o meio externo. Setas sólidas indicam um processo secretório. Setas longas recobertas por círculos abertos ou fechados indicam vias de retroalimentação negativa (alças de retroalimentação ultra-curtas, curtas e longas).Redesenhado de Norman, A. W. e Litwack, G. Hormones. New York: Academic Press, 1987, p. 102

FIGURA 23.4Visão geral de hormônios da pituitária anterior com hormônios liberadores hipotalâmicos e suas ações.

FIGURA 23.5Pró-opiomelanocortina é um polipeptídeo codificado por um gene. As barras verticais escuras representam sítios de clivagem proteolítica para enzimas específicas. Os sítios de clivagem são Arg-Lys, Lys-Arg ou Lys-Lys. Alguma especificidade também pode ser conferida por resíduos de aminoácidos vizinhos. Na pituitária anterior, enzimas clivam os sítios 3 e 5, liberando os produtos principais ACTH e β-lipotropina. Na pars intermedia, especialmente em vertebrados inferiores ao homem, estes produtos são posteriormente clivados nos sítios principais 4, 6 e 7 para liberar α-MSH, CLIP, γ-lipotropina e β-endorfina. Alguma β-lipotropina pode ser mais degradada para formar β-endorfina. A pituitária anterior está sob controle positivo de CRH e seus auxiliares, arginina vasopressina (AVP) e angiotensina II. AVP por si só não libera ACTH, mas amplifica a ação de CRH neste processo. A pituitária intermediária está sob controle positivo de norepinefrina. β-Endorfina também contém um pentapeptídeo, encefalina, que potencialmente poderia ser liberado em algum ponto (hidrólise em 8).

FIGURA 23.6Relação anatômica entre hipotálamo e glândula pituitária. A principal rede vascular é um plexo primário, no qual hormônios liberadores entram por fenestrações. O plexo secundário fica na pituitária anterior, onde os hormônios liberadores são transportados para fora das fenestrações, para interagirem com as células alvos da pituitária anterior. Hormônios liberadores hipotalâmicos causam secreção dos hormônios da pituitária anterior, que entram na circulação geral.Adaptado de Norman, A. W. e Litwack, G. Hormones. New York: Academic Press, 1987, p. 104.

FIGURA 23.7Pré-pró-vasopressina e pré-pró-ocitocina. Maturação proteolítica ocorre de cima para baixo, para cada precursor. A organização dos produtos de tradução do gene é semelhante, exceto que um glicopeptídeo é incluído no precursor de vasopressina, na região C-terminal. Barras cinza-médias da neurofisina representam regiões de aminoácidos conservados; barras cinza representam extremidades C e N variáveis.Redesenhado com permissão de Richter, D. VP and OT are expressed as polyproteins. Trends Biochem. Sci. 8:278, 1983.

FIGURA 23.9Modelo do precursor de encefalinas. Distribuição das seqüências de Met-encefalina (M1-M6) e Leu-encefalina (L) no precursor da medula adrenal bovina. CHO, sítios potenciais de ligação de carboidratos.Redesenhado de Comb, M., Seeburg, P. H., Adelman, J., Eiden, L. e Hebert, E. Nature 295:663, 1982.

FIGURA 23.11Relação das células cromafins da medula adrenal com inervação por neurônio pré-ganglionar e elementos estruturais envolvidos na síntese de epinefrina e descarga de catecolaminas em resposta a acetilcolina. (a) Relação funcional entre córtex e medula para controle da síntese de catecolaminas da adrenal. Glucocorticóides que induzem a enzima PNMT chegam às células cromafins a partir dos capilares mostrados em (b). Descarga de catecolaminas dos grânulos de armazenamento das células cromafins após liberação de acetilcolina de estímulo por fibras nervosas. Cálcio entra nas células, causando a fusão de membranas glanulares e plasmática e exocitose dos conteúdos.Reimpresso com permissão de Krieger, D. T. e Hughes, J. C. (Eds.) Neuroendocrinology, Sunderland, MA: Sinauer Associates, 1980.

FIGURA 23.12Biossíntese, empacotamento e liberação de epinefrina na célula cromafim da medula adrenal. PNMT, feniletanolamina N-metiltransferase; EP, epinefrina; NEP, norepinefrina. Grânulos neurossecretórios contêm epinefrina, dopamina β-hidroxilase, ATP, Met ou Leu-encefalina, e peptídeos contendo encefalina ou norepinefrina no lugar de epinefrina. Epinefrina e norepinefrina são freqüentemente armazenadas em grânulos cromafins.Adaptado de Norman, A. W. e Litwack, G. Hormones. New York: Academic Press, 1987, p. 464.

FIGURA 23.14Mecanismos celulares para liberação de T3 e T4 na corrente sangüínea. Seqüestro de iodeto por membrana basal concentra iodeto aproximadamente 30 vezes. Secreção requer endocitose de tireoglobulina e subseqüente proteólise. DIT e MIT são deiodinados, e os íons iodeto liberados são reutilizados para síntese de hormônio.Redesenhado de Berne, R. M. e Levy, M. L. (Eds.) Physiology, 2nd ed. St. Louis, MO: C.V. Mosby, 1988, p. 938.

FIGURA 23.16Efeito de TSH sobre a secreção de hormônio da tireóide. TSH estimula todas as etapas da síntese e secreção de T3 e T4. Estas são mediadas por sua ligação aos receptores de TSH localizados na membrana basal de células epiteliais da tireóide, elevação dos níveis de cAMP e subseqüente cascata de reações de fosforilação.

FIGURA 23.17Biossíntese de melatonina em pinealócitos. HIOMT, hidroxiindol-O-metiltransferase.Redesenhado de Norman, A. W. e Litwack, G. Hormones. New York: Academic Press, 1987, p. 710.

FIGURA 23.18Ciclo ovariano em termos de geração de hormônio hipotalâmico, hormônios gonadotrópicos da pituitária e hormônios sexuais. Na puberdade, vários centros do SNC coordenam-se com o hipotálamo para que GnRH seja liberado de maneira pulsátil. Isto causa liberação de LH e FSH, que afetam o folículo ovariano, a ovulação e o corpo lúteo. Inibina inibe seletivamente a secreção de FSH. Os produtos do folículo e do corpo lúteo são, respectivamente, β-estradiol e progesterona. GnRH, hormônio liberador de gonadotropina; FSH, hormônio folículo-estimulante; LH, hormônio luteinizante.

FIGURA 23.19Ciclo ovariano. No diagrama superior, níveis sangüíneos relativos de GnRH, LH, FSH, progesterona, estrógeno e PGF2α são mostrados. No diagrama inferior, eventos no folículo ovariano, no corpo lúteo e no endométrio uterino são esquematizados. GnRH, hormônio liberador de gonadotropina; LH, hormônio luteinizante; FSH, hormônio folículo-estimulante; PGF2α, prostaglandina F2α; E2, estradiol; E2R, receptor intracelular de estrógeno; PR, receptor intracelular de progesterona

FIGURA 23.20Efeito da fertilização sobre o ciclo ovariano em termos de secreção de progesterona e de gonadotropina coriônica humana (hCG).

FIGURA 23.21A interação das subunidades e de LH com receptor de LH em células de Leydig de rato. Ambas as subunidades α e β participam na ligação ao receptor de LH.Adaptado de Alonoso-Whipple, C., Couet, M. L., Doss, R., Koziarz, J., Ogunro, E. A. e Crowley, W. E. Jr. Endocrinology 123: 1854, 1988.

FIGURA 23.22Modelo do receptor de TSH. O receptor é formado por componentes glicoprotéicos e gangliosídicos. Após a subunidade β do TSH interagir com o receptor, o hormônio muda sua conformação e a subunidade α interage com outros componentes da membrana. A subunidade β do TSH pode conter os determinantes primários reconhecidos pelo componente glicoprotéico do receptor. Sugere-se que o sinal do TSH para a adenilato ciclase seja via o gangliosídeo; o componente glicoprotéico parece mais diretamente ligado ao sistema de sinal fosfolípidico. PI, fosfatidilinositol; Gs, proteína G ligada a ativação da adenilato ciclase; Gq, proteína G ligada ao ciclo PI.Adaptado com modificações de L. D. Kohn, et al. Em: G. Litwack (Ed.), Biochemical Actions of Hormones, Vol. 12. Academic Press, 1985, p. 466.

FIGURA 23.23Modelo proposto para inserção do receptor 2-adrenérgico (AR) na membrana celular. O modelo é baseado em análise de hidropaticidade do β2-AR humano. Códigos padrões de uma letra para resíduos de aminoácidos são utilizados. Os domínios hidrofóbicos são representados como hélices transmembrânicas. Círculos cinza com letras pretas indicam resíduos da seqüência humana, que diferem do hamster. Também anotados estão os potenciais sítios de N-glicosilação.Redesenhada de Kobilka, B. K., Dixon, R. A., Frielle, T., Dohlman, H. G., et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 84:46, 1987.

FIGURA 23.24Arranjo proposto das hélices do receptor -adrenérgico na membrana. A porção inferior da figura é uma visão de cima do plano da membrana plasmática. Propõe-se que as hélices IV, VI e VII formem um bolsão de ligação ao ligante, com a hélice VII localizada centralmente.Adaptado de Frielle, T., Daniel, K. W., Caron, M. G. e Lefkowitz, R. J. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 85:9494, 1988.

FIGURA 23.25Sumário esquemático da endocitose em células. Os elementos morfológicos da via de endocitose não estão desenhados em escala. Os ligantes mostrados são EGF, transferrina e α2-macroglobulina. Para EGF, ambos ligante e receptor são enviados para lisossomos; para transferrina, ambos ligante e receptor reciclam para a superfície; para α2-macroglobulina, ligante é levado para lisossomos, mas o receptor recicla de volta para a superfície da célula, via complexo de Golgi.Adaptado de Pastan, I. e Willingham, M. C. (Eds.). Endocytosis. New York: Plenum Press, 1985, p. 3.

FIGURA 23.26Estrutura e montagem de uma vesícula encapada. (a) Uma vesícula encapada típica tem 40 nm de diâmetro e é rodeada por uma rede fibrosa de proteínas. Um triskelion de clatrina é centralizado em cada um dos 36 vértices da capa. (b) Detalhe de um triskelion de clatrina. Cada uma das três cadeias pesadas da clatrina é curvada em um braço proximal e um braço distal. Uma cadeia leve de clatrina está ligada a cada cadeia pesada, provavelmente próxima do centro. (c) Um intermediário na montagem de uma vesícula encapada.Ver Crowther, R. A. e Pearse, B. M. F. J. Cell Biol. 91:790, 1981; redesenhado de Nathke, I.S., Heuser, J., Lupas, A., Stock, J., Turck, C. W. e Brodsky, E.M. Cell 68:899, 1992. Redesenhado de Darnell, J., Lodish, H. e Baltimore, D. Molecular Cell Biology. New York: Scientific American Books, 1986, p. 647.

FIGURA 23.27Proteínas quinases da membrana plasmática ou citosol mostrando tamanho e localização de seus domínios catalíticos. Em todos os casos, o domínio catalítico (região mais escura) tem cerca de 250 resíduos de aminoácidos de comprimento. EGF, fator de crescimento epidérmico; NGF, fator de crescimento de nervo; VEGF, fator de crescimento do endotélio vascular.Redesenhado de Alberts, B., Bray, D. Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. e Watson, J. D. Molecular Biology of the Cell, 3rd ed. New York: Garland, 1994, p. 760.

FIGURA 23.28Modelo hipotético representando duas vias bioquímicas separadas para explicar os efeitos paradoxais da insulina na fosforilação de proteínas. Insulina simultaneamente produz aumento na fosforilação de serina/treonina de algumas proteínas e diminuição em outras. Este efeito paradoxal pode resultar da ativação de quinases e fosfatases. O modelo explica (1) a geração de um segundo mensageiro solúvel que ativa direta ou indiretamente serina/treonina fosfatase e (2) a estimulação de uma cascata de proteínas quinases, resultando na fosforilação de proteínas celulares.Redesenhado de Saltiel, A. R. The paradoxal regulation of protein phosphorylation in insulin action, FASEB J. 8: 1034, 1994.

FIGURA 23.29Esquema hipotético para transdução de sinal na ação da insulina. O receptor de insulina sofre autofosforilação e ativação da quinase após ligação do hormônio. Fosforila substratos intracelulares, incluindo IRS-1, Shc e Cbl, que se associam com proteínas contendo SH2 como p85 e Grb2. Formação do complexo IRS-1/p85 ativa PI (3-) quinase; o complexo IRS-1/Grb2 ativa MAP quinase. Abreviaturas: IRS-1: substrato 1 do receptor de insulina; PI(3)K, fosfatidilinositol-3-OH quinase; MAP quinase, proteína quinase ativada por mitógeno; MeK, MAP quinase quinase.Redesenhado de Saltiel, A. R. e Kahn, C.R. Insulin signaling and the regulation of glucose and lipid metabolism. Nature 414:799, 2001.

FIGURA 23.30Secreção e ação de arginina vasopressina em túbulos distais do rim. Liberação de arginina vasopressina (AVP ou VP) da pituitária posterior é desencadeada por osmorreceptor ou barorreceptor (não mostrado). Este sinal é transmitido por um neurônio vasopressinérgico e promove a liberação do complexo VP-neurofisina da glândula pituitária posterior, onde o hormônio é normalmente armazenado. A ligação de neurofisina com VP eventualmente se dissocia, e o hormônio da pituitária posterior se liga a seu receptor de membrana cognato na célula do túbulo distal do rim. Por meio deste receptor acoplado a proteína G, adenilato ciclase é estimulada a elevar os níveis de cAMP a partir de ATP. Proteína quinase A dependente de cAMP é então ativada, e fosforila várias proteínas, incluindo subunidades da aquaporina dos canais. A membrana plasmática aumenta assim a reabsorção de água. Abreviaturas: NPII, neurofisina II; VP, vasopressina; R, receptor; AC, adenilato ciclase; PDE, fosfodiesterase. Redesenhado, em parte, a partir de Dousa, T. P. e Valtin, H. Cellular actions of vasopressin in the mammalian kidney. Kidney Int. 10:45, 1975.

FIGURA 23.31Regulação da secreção de LH e FSH por proteína quinase C. Um modo geral de ação de GnRH para liberar os hormônios gonadotrópicos do gonadotropo da pituitária anterior é apresentado. GnRH, hormônio liberador de gonadotropina; FSH, hormônio folículo-estímulante; LH, hormônio luteinizante; DAG, diacilglicerol.

FIGURA 23.32Domínios funcionais do receptor de ANF-1. O modelo mostra um domínio de ligação a ANF, domínio(s) que atravessa(m) a membrana, uma região sensível a proteólise, um domínio guanilato ciclase, sítio de glicosilação (CHO), e extremidades amino e carboxi terminais do receptor.Redesenhado de Liu, B., Meloche, S., McNicoll, N., Lord, C. e DeLéan, A. Biochemistry 28:5599, 1989.

FIGURA 23.33Modelo para transdução de sinal por receptor de ANF. O domínio guanilato ciclase está em estado muito fosforilado em condições normais. Ligação do hormônio aumenta muito a atividade da enzima e a defosforilação do domínio guanilato ciclase.Redesenhado de Schultz, S., Chinkers, M. e Garbers, D. L. FASEB J. 3:2026, 1989.

FIGURA 23.35Diagrama esquemático do sistema hormonal fator natriurético atrial – atriopeptina. O pró-hormônio é armazenado em grânulos de cardiócitos atriais perinucleares. Um volume vascular elevado resulta em clivagem e liberação de atriopeptina, que aumenta a taxa de filtração glomerular (GFR), o fluxo sangüíneo renal (RBF), o volume de urina (UV), e a excreção de sódio (UNa), e diminui a atividade de renina plasmática e a secreção de aldosterona e arginina vasopressina. Vasodilatação diminui a pressão sangüínea (BP). Em contraste, diminuição do volume vascular suprime os níveis circulantes de atriopeptina.Redesenhado de Needleman, P. e Greenwald, J. E. Atriopeptin: A cardiac hormone intimately involved in fluid, electrolyte, and blood pressure homeostasis. N. Engl. J. Med. 314:828, 1986.

FIGURA 23.37Representações de “esfera e barra” de alguns hormônios esteróides determinadas por métodos de cristalografia de raios X. Detalhes de cada estrutura são identificados. Na aldosterona o grupo acetal é CHROR1OR2 e o grupo hemicetal é R1R2COR3OH, onde R1, R2 e R3 referem-se a diferentes substituintes.Reimpresso com permissão de Glusker, J. P. Em G. Litwack (Ed.), Biochemical Actions of Hormones, Vol. 6. New York: Academic Press, 1979, pp. 121-204.

FIGURA 23.41Visão geral do estímulo hormonal sobre a biossíntese de hormônios esteróides. A natureza do hormônio (alto da figura) depende do tipo de célula e do receptor (ACTH para síntese de cortisol; FSH para síntese de estradiol; LH para síntese de testosterona, etc., como mostra a Tabela 23.9). Isso ativa adenilato ciclase via uma proteína G estimulatória ou pode estimular diretamente um canal de cálcio ou indiretamente por ativação do ciclo do fosfatidilinositol (ciclo PI). Se o ciclo PI for estimulado, IP3 aumenta os níveis de Ca2+ no citosol a partir de estoque no ER. cAMP ativa a proteína quinase A, que, via fosforilação, aumenta a hidrólise de colesteril ésteres de vesículas a colesterol livre, e aumenta o transporte de colesterol para dentro da mitocôndria. Os níveis elevados de Ca2+ e a fosforilação de proteínas, bem como a indução da proteína StAR, resultam em aumento da clivagem da cadeia lateral e da biossíntese de esteróides. Estas reações superam as etapas limitantes da velocidade (disponibilidade de colesterol a partir de colesterol ésteres armazenados em vesículas, transporte de colesterol para a membrana mitocondrial interna, reação de clivagem da cadeia lateral) na biossíntese de esteróides, e mais esteróides são sintetizados e secretados.

FIGURA 23.42Ação de ACTH sobre células fasciculadas da adrenal para aumentar produção e secreção de cortisol. AC, adenilato ciclase; cAMP, AMP cíclico; PKA, proteína quinase A (ativa); PKAi, proteína quinase A (inativa); SCC, sistema enzimático de clivagem da cadeia lateral. Proteína StAR (Steroidogenic Acute Regulatory, esteroidogênica regulatória aguda) é um transportador de colesterol que funciona entre as membranas mitocondriais externas e internas.

FIGURA 23.43Reações levando à secreção de aldosterona na célula da zona glomerulosa da adrenal. cGMP, GMP cíclico; ANF, fator natriurético atrial; ver Figura 23.42 para as demais abreviaturas.

FIGURA 23.44Sistema renina-angiotensina. ver p. 78 para abreviatura dos aminoácidos. NEP, norepinefrina.

FIGURA 23.45Formação e secreção de 17 -estradiol e progesterona.

FIGURA 23.47Modelo esquemático da ação de 1,25(OH)2D3 na célula da mucosa intestinal no estímulo da absorção de cálcio do lúmen. Redesenhado de Nemere, I. e Norman, A. W. Biochim. Biophys. Acta 694: 307, 1982.

FIGURA 23.48Modelo de ação de hormônios esteróides. Etapa 1: dissociação do hormônio livre da proteína de transporte circulante. Etapa 2: difusão do ligante livre para o citosol ou núcleo. Etapa 3: ligação do ligante ao receptor citoplasmático ou nuclear. Etapa 4: ativação do complexo hormônio-receptor citoplasmático ou nuclear para a forma que se liga ao DNA. Etapa 5: deslocamento do complexo hormônio-receptor citosólico ativado para o núcleo. Etapa 6: ligação do complexo hormônio-receptor a elementos de resposta específicos no DNA. Etapa 7: síntese de proteínas novas codificadas por genes que respondem ao hormônio. Etapa 8: alteração do fenótipo ou da atividade metabólica da célula alvo, mediada por proteínas induzidas especificamente.

FIGURA 23.49Modelo hipotético de uma forma que não se liga

ao DNA de um receptor de esteróide. Esta forma do

receptor não pode se ligar ao DNA porque o sítio de ligação ao DNA está bloqueado pelas

proteínas hsp de 90 kDa ou por outro constituinte. A massa

deste complexo é aproximadamente 300 kDa.

FIGURA 23.50Ação de glucocorticóides na supressão das respostas imune e inflamatória mediada por citocinas. REC, receptor de glucocorticóide; GC, hormônios glucocorticóides; TNF, fator de necrose tumoral, NF-κβ, fator nuclear kappa β.Redesenhado a partir de Marx, J. Science 270:232, 1995.

FIGURA 23.51Modelo de estabilização do complexo de pré-iniciação por um heterodímero RXR/RAR. TF, fator de transcrição; LBD, domínio de ligação ao ligante; DBD, domínio de ligação ao DNA; AF1, função de ativação localizada na região amino terminal do receptor, que pode fazer contato com proteínas específicas da célula; AF2, função de ativação localizada no domínio de ligação ao ligante, que interage diretamente com a maquinária transcripcional.

FIGURA 23.52Principais domínios funcionais de proteínas receptores de esteróides.DBD, domínio de ligação ao DNA; LBD, domínio de ligação ao ligante.

FIGURA 23.53Superfamília de genes de receptores de esteróides. T3, triiodotironina; RA, ácido retinóico; D3, di-hidroxi vitamina D3; E2, estradiol; CORT, cortisol; ANDR, andrógeno; PROG, progesterona; ALDO, aldosterona. A Figura mostra os tamanhos aproximados relativos dos genes destes receptores.