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A transdução de sinal é processo através do qual a célula converte e amplifica um sinal extracelular num sinal intracelular que afeta algumas funções celulares.
Sinalização celular e recetores
As diferentes células do organismo comunicam entre si num processo chamado de sinalização celular. As células produzem moléculas sinalizadores como, por exemplo, as hormonas e neurotransmissores. Quando estas moléculas sinalizadoras alcançam a célula alvo ligam-se aos seus respetivos recetores que se encontram na membrana plasmática destas células.
Grande parte das moléculas sinalizadoras não entram para o interior da célula. Em vez disso, a mensagem que estas moléculas trazem consigo é transferida, pelo processo de transdução de sinal, para moléculas sinalizadoras intracelulares (ou seja, no interior da célula), conduzindo a uma resposta por parte da célula.
Assim, muitas moléculas regulatórias transmitem informação para o interior das células sem que, para isso, tenham de trespassar fisicamente a membrana plasmática.
Os recetores são tipicamente os primeiros componentes do processo da transdução de sinal. Os recetores que levam à transdução de sinal são os que estão à superfície da membrana plasmática e que reconhecem as moléculas sinalizadoras extracelulares.
| Uma célula envia um sinal (e.g. hormona) | → | Transporte (e.g. corrente sanguínea) | → | Receção (as moléculas sinalizadoras ligam-se ao recetor) | → | Transdução do sinal (o sinal é propagado no interior da célula) | → | Resposta da célula |
Os recetores acoplados à proteína G são o exemplo mais estudado de recetores que iniciam a transdução de sinal.
Os recetores acoplados à proteína G iniciam a transdução de sinal
Os recetores acoplados à proteína G ativam, tal como o próprio nome indica, as proteínas G. As proteínas G são um grupo de proteínas reguladoras envolvidas em muitas vias de transdução de sinal.
Os recetores ativam a proteína G quando se ligam aos seus ligando que são as moléculas sinalizadoras. A proteína G ativada vai, por sua vez, ativar uma enzima membranar. A enzima vai levar à produção de moléculas que vão propagar o sinal, conhecidas como mensageiros secundários.
A proteína G estabelece uma ponte de contato entre a receção do sinal extracelular e a transmissão do sinal para o interior da célula através de mensageiros secundários. A proteína G pode levar a várias vias de transdução de sinal com diferentes mensageiros secundários.
| Ligação do ligando ao recetor |
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| Ativação da proteína G |
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| Ativação de uma enzima membranar |
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| Formação/ ativação de mensageiros secundários |
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| Ativação de moléculas intermediárias |
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| Resposta celular |
A proteína G pode promover a formação do segundo mensageiro cAMP
Após a ligação do ligando (uma molécula sinalizadora extracelular) ao recetor na membrana plasmática, a proteína G sofre uma alteração conformacional e liga-se e ativa a enzima adenilato ciclase. Esta enzima encontra-se na face citoplasmática da membrana plasmática e vai catalisar a síntese de adenosina monofosfato cíclico (cAMP) a partir da molécula de ATP.
O cAMP funciona como mensageiro secundário e vai ativar a cinase A. Esta enzima transfere o grupo fosfato terminal de uma molécula de ATP para um grupo hidroxílico específico de uma proteína alvo – um processo chamado fosforilação.
A proteína fosforilada fica ativa e vai desempenhar uma função no metabolismo da célula.
| Ligação do ligando ao recetor |
| ↓ |
| Ativação da proteína G |
| ↓ |
| Ativação da adenilato ciclase |
| ↓ |
| Conversão de ATP em cAMP (mensageiro secundário) |
| ↓ |
| Ativação da cinase A |
| ↓ |
| Fosforilação de proteínas |
| ↓ |
| Resposta celular |
A proteína G pode usar fosfolípidos na formação de mensageiros secundários
Alternativamente, a proteína G pode ativar a fosfolipase C. Esta enzima, localizada na membrana plasmática, promove a conversão de um fosfolípido membranar, o PIP2 (fosfotidil inositol-4,5-bisfosfato) em dois produtos que funcionam ambos como mensageiros secundários:
a) DAG (diacilglicerol);
b) IP3 (inositol trifosfato).
O DAG permanece na membrana plasmática aonde, em combinação com iões de cálcio, ativa a enzima cinase C. Esta enzima vai fosforilar proteínas alvo.
Já o IP3 desloca-se para o retículo endoplasmático e liga-se aos canais de cálcio deste organelo. Os canais de cálcio, por sua vez, libertam cálcio para o citosol. Os iões de cálcio outros mensageiros secundários que desempenham várias funções nas células.
| Ligação do ligando ao recetor | |
| ↓ | |
| Ativação da proteína G | |
| ↓ | |
| Ativação da Fosfolipase C | |
| ↓ | |
| Quebra do fosfolípido PIP2 | |
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↓ |
↓ |
| Formação de DAG | Formação de IP3 |
| ↓ | ↓ |
| Ativação da cinase C | Ligação aos canais de cálcio no retículo endoplasmático |
| ↓ | ↓ |
| Fosforilação de proteínas | Iões de cálcio libertos no citosol |
| ↓ | ↓ |
| Resposta celular | Resposta celular |
Na transdução de sinal, o sinal é amplificado
As moléculas sinalizadoras estão geralmente presentes em concentrações diminutas, mas têm normalmente um efeito profundo na célula.
O sinal é amplificado ao longo de uma via de transdução de sinal. Pois, a transdução de sinal envolve uma série de reações em cascata que se repetem sucessivamente, mesmo na presença de apenas uma molécula sinalizadora que se ligar ao seu recetor diversas vezes.
A transdução de sinal tem mecanismos para ser finalizada
Uma vez o sinal ter sido transmitido, a transdução de sinal de ser interrompida. Na terminação do sinal, o recetor e todos os componentes da transdução de sinal são inativados. Esta inativação permite que a célula responda a outros sinais.
Por exemplo, o aumento do segundo mensageiro cAMP é apenas temporário, pois ele é inativado pela enzima fosfodiestrase que converte-o em apenas AMP.
De modo semelhante, as fosfotases removem os grupos fosfatos das proteínas, inativando-as.
References:
- Cooper, G. M., & Hausman, R. E. (2013). The cell: A molecular approach. Washington: ASM; Sunderland.
