Este documento resume os principais mecanismos de sinalização celular, incluindo a fosforilação de proteínas, proteínas cinases e fosfatases, proteínas ligantes de GTP, segundos mensageiros como nucleótidos cíclicos, derivados de lípidos e cálcio, e vias de sinalização como a via da proteína Ras.

1. Relatório Teórico
Biologia Molecular e Celular
Aula 8
Química Industrial 1º Ano
2017/2018

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Índice
Maquinaria De Sinalização........................................................................................................................ 3
Fosforilação De Proteínas .................................................................................................................... 3
Proteínas Cinases................................................................................................................................ 4
Proteínas Fosfatase............................................................................................................................ 4
Proteínas Ligantes De Guanosina Trifosfato ............................................................................. 5
Segundos Mensageiros.......................................................................................................................... 8
Nucleótidos Cíclicos ........................................................................................................................... 8
Proteína Cinase A (PKA).................................................................................................................... 9
Derivados De Lípidos........................................................................................................................10
Vias De Sinalização Dos Fosfoinositídios..................................................................................11
Vias De Sinalização Dos Eicosanóides.......................................................................................12
Via De Sinalização Desencadeada Pela Proteína Ras..........................................................12
Cálcio .....................................................................................................................................................15

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Maquinaria De Sinalização
Fosforilação De Proteínas
A fosforilação é uma das modificações mais comuns em proteínas envolvidas em diversas
vias de sinalização celular. A fosforilação controla a atividade de enzimas metabólicas,
motilidade celular, canais membranares, montagem do núcleo e progressão do ciclo celular.
Por vezes a fosforilação pode ativar um determinado processo, mas também pode inibir
noutros processos (tudo depende da proteína-alvo). Em ambos os casos, é necessário a
existência de uma proteína cinase (para adição de um grupo fosfato) e de uma proteína
fosfatase (remoção de um grupo fosfato), para regular a atividade de uma determinada
proteína.
Em eucarióticas, mais de 90% das fosforilações ocorrem em resíduos de serina e treonina,
mas a fosforilação de resíduos de tirosina regula inúmeras vias de sinalização.
A fosforilação de proteínas tem como enfeito na estrutura e função de proteínas:
• Interferência Direita
• Alterações Conformacionais
• Criação de Locais de Ligação

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Proteínas Cinases
Uma proteína cinase é uma enzima cinase que modifica outras proteínas adicionando
quimicamente grupos fosfato (fosforilação). A fosforilação normalmente resulta numa
alteração funcional da proteína alvo
(substrato) por alteração da atividade
enzimática, localização celular ou associação
com outras proteínas. As quinases são
conhecidas por regularem a maioria das vias
celulares, especialmente as envolvidas na
transdução de sinal. As proteínas quinases
também são encontradas em bactérias e plantas.
Catalisam a transferência de um fosfato-γdo ATP para a cadeia lateral de um determinado
aminoácido. Muitas das proteínas cinases em eucarióticas são serina/treonina cinase ou
tirosina cinase. Algumas proteínas são cinases de lípidos, em que fosforilam fosfoglicéricos
de inositol (PI).
Proteínas Fosfatase
As fosfatases são enzimas que removem um grupo fosfato do seu substrato ao hidrolisar
os ésteres monofosfóricos de ácido fosfórico dando lugar a um ião fosfato livre e uma
molécula com um grupo hidroxilo livre (desfosforilação). Esta ação é a oposta à realizada
pelas fosforilases e cinases, as quais unem grupos fosfatos aos seus substratos utilizando
moléculas energéticas como o ATP.

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O outro grande grupo de fosfatases é o das proteínas fosfatases, que eliminam um grupo
fosfato de um resíduo de aminoácido fosforilado da proteína substrato. A fosforilação de
proteínas é uma modificação pós-traducional comum das proteínas, catalisada por proteína
cinases, enquanto que as proteínas fosfatases invertem o efeito.
Existem diversas famílias de fosfatases que removem um grupo fosfato da cadeia lateral
de um aminoácido.
Proteínas Ligantes De Guanosina Trifosfato
Trifosfato de guanosina, também conhecido como guanosina trifosfato ou GTP é uma
purina. Pode atuar como substrato para a síntese do RNA durante o processo de transcrição
ou de DNA durante a replicação. É uma molécula de "transporte de energia", na forma de
potencial de transferência de grupos fosfato, assim como o ATP. É usado como fonte de
energia para a síntese de proteínas e na gliconeogénese.

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GTP é essencial para a transmissão de sinais, especialmente com proteínas-G, em
mecanismos mensageiros secundários onde é convertido a guanosina difosfato (GDP) pela
ação de GTPases.
Como dito, as células usam proteínas ligantes de GTP (chamadas de GTPases ou proteínas
G) para regularem inúmeras funções, incluindo síntese proteica, transdução de sinal a partir
de recetores da membrana plasmática, regulação do citoesqueleto, tráfico membranar e
transporte nuclear.
Todas as GTPases usam o mesmo ciclo enzimático. A conformação depende se está ligada
a GTP ou GDP.
Proteínas G Triméricas
A Proteína G pertence a uma classe de proteínas envolvidas na transdução de sinais
celulares, ela é um importante mediador de vias metabólicas na forma de heterotrímero,
com subunidades α, β e γ, que, na membrana plasmática, está associado a recetores
GPCR. Como dito anteriormente:
• Possui 3 subunidades (α, β e γ)
• A subunidade 𝐺α possui um domínio de ligação ao GTP
• As subunidades 𝐺β e 𝐺γ ligam-se fortemente uma á outra, mas “separam-se” da
subunidade 𝐺α.
Os recetores de 7 hélices ativam uma proteína G trimérica, induzindo a dissociação do GDP
e ligação do GTP, conduzindo á dissociação de 𝐺α da 𝐺βγ. Isto vais gerar dois sinais que
atuam em proteínas efetoras a jusante, como visualizado na figura.

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Os mamíferos têm cerca de 20 genes para a subunidade 𝐺α, 5 genes para a subunidade 𝐺β
e 12 genes para a subunidade 𝐺γ. Atuam numa variedade limitada de efetores a jusante,
incluindo canais iónicos e enzimas que produzem segundos mensageiros.

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Segundos Mensageiros
Segundos mensageiros intracelulares são moléculas de sinalização libertadas pela célula
para provocar alterações fisiológicas tais como a proliferação, diferenciação, translocação
de vesículas, produção de enzimas e a apoptose (morte celular programada). Ocorrem em
resposta a ativação de recetores celular por hormônios, neurotransmissores ou fatores de
crescimento, que podem assim ser considerados os primeiros mensageiros.
São quimicamente diversos, variam desde lípidos hidrofóbicos residentes na bicamada
lipídica, a iões inorgânicos ( 𝐶𝑎2+
) e nucleótidos cíclicos. Grande parte dos segundos
mensageiros são produzidos por enzimas que variam rapidamente entre o estado ático e
inativo. Grande parte das enzimas responsáveis pela síntese dos segundos mensageiros
são ativadas devido á ativação de recetores membranares,
Nota: Os segundos mensageiros acoplados á proteína G mais comuns:
• Adenosina Monofosfato Cíclico (cAMP)
• Guanina Monofosfato Cíclico (cGMP)
• Inositol Trifosfato (IP3)
• Diacilglicerol (DAG)
• Iões de Cálcio (𝐶𝑎2+
)
Nucleótidos Cíclicos
A Adenil ciclase é uma proteína
transmembranar, que é ativada pela
subunidade α da proteína Gs.
𝐶𝑎2+
/calmodulina ou proteína cinase C

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(PKC) ativam algumas adenilil ciclases. A subunidade αda proteína G, inibe a adenilil
ciclase. Os nucleótidos cíclicos difundem-se pelo
citoplasma, ativando proteínas cinase e canais
iónicos. São inativados pelas fosfodiésterases.
O cGMP é sintetizado a partir de GTP pela
enzima citosólica guanilil ciclase, que funciona
como o recetor de gás óxido nítrico (NO). O
aumento dos níveis de cGMP num vaso
sanguíneo induz um relaxamento músculo liso, promovendo um aumento de fluxo
sanguíneo.
Nota: Sildenafil (Viagra)
Inibe a fosfodiésterase 5 no corpus cavernosum
Proteína Cinase A (PKA)
A proteína cinase A (PKA) é uma família de enzimas cuja atividade depende dos níveis de
cAMP da célula. Tem diversas funções na célula, incluindo regulação de glicogénio, açúcar,
e metabolismo lipídico. É formada por duas subunidades reguladoras e duas catalíticas. As
subunidades catalíticas fosforilam substratos citoplasmáticos e membranares e também
pode mover-se para o núcleo para ativar o fator de transcrição CREB (proteína de ligação a
elementos de resposta aos nucleótidos cíclicos).

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Derivados De Lípidos
Os principais segundos mensageiros derivados de lípidos são:
• DAG
• IP3
• PIP3
A fosfolipase C (PLC) cliva o PIP2
e origina DAG e IP3. Pode ser
ativada tanto pela proteína 𝐺 𝑘 ,
como por recetores tirosina-
cinase.
O DAG permanece na bicamada lipídica, ativando a proteína cinase C (PKC). Esta enzima
regula a atividade de diversas proteínas envolvidas na regulação da expressão génica,
motilidade, metabolismo, etc. O IP3 difunde-se pelo citoplasma ativando um canal de 𝐶𝑎2+
localizado no reticulo endoplasmático.

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Resumindo:
Vias De Sinalização Dos Fosfoinositídios
São uma família de enzimas envolvidas em funções celulares tais como crescimento celular,
proliferação, diferenciação, mobilidade, sobrevivência e tráfego intracelular,
O PIP3 (2º mensageiro) conduz á ativação da enzima PKB/Akt na membrana celular. A
PKB/Akt promove o crescimento celular (estimula a síntese proteíca) e sobrevivência (inibe
a apoptose).

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Vias De Sinalização Dos Eicosanóides
São as moléculas derivadas de lípidos. Exercem um complexo controlo sobre diversos
sistemas do organismo humano, especialmente na inflamação, imunidade e como
mensageiros do sistema nervoso central.
São importantes segundos mensageiros que “escapam” das células (mensageiros
intracelulares) e medeiam os seus efeitos através da ligação a recetores de 7-hélices
localizados na superfície celular das células vizinhas. São uma diversa família de
metabolitos derivados do ácido araquidónico, incluindo prostaglandinas, tromboxanos,
leucotrienos e prostaciclinas.
Via De Sinalização Desencadeada Pela Proteína Ras
A importância da proteína RAS na sinalização intracelular foi indicada por meio de
experimentos com microinjeção de RAS ativa e anticorpos anti-RAS, mostrando que RAS
não é somente capaz de induzir o crescimento anormal característico de células de cancro,
mas é necessária para a resposta de células normais à estimulação de fator de crescimento.

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A proteínas Ras tem como funções:
• Estimulo e controlo da multiplicação celular
• Estimulo e controlo da diferenciação celular
• Mecanismo de transporte
• Fusão de membranas
A proteína RAS encontra-se diretamente relacionada com o recetor catalítico (tirosino-
quinase) em sua porção intracelular, pois a proteína RAS encontra-se ligada à superfície
citoplasmática (citoplasma) da membrana celular. A proteína RAS participa da transmissão
recebida por um recetor levando a informação, através de vários estágios, até o interior do
núcleo celular, para estimular a diferenciação e a multiplicação da célula.
A proteína RAS está ativada quando combinada com GTP e inativa quando ligada a GDP.
RAS é convertida ao estado ativo (ligada a GTP) pela troca da GDP ligada por GTP, que é
estimulada por fatores de troca do nucleotídeo guanidina (GEFs). Ativa, a RAS pode se ligar
a outras proteínas que estimulam a Via MAP-cinase e dirigir a proliferação e diferenciação
celular. A atividade de RAS é terminada pela hidrólise de GTP, que é estimulada por
proteínas ativadoras de GTPase (GAPs), quando a proteína volta ao seu estado inativo.
Resumindo:
• Recetores associados a enzimas podem ativar a proteína RAS
• Proteína RAS: Proteína G monomérica localizada no folheto interno na membrana
plasmática

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Como dito anteriormente, esta via esta via de sinalização está envolvida na proliferação
celular, diferenciação e sobrevivência.

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Cálcio
O cálcio, regula muitos processos
celulares, incluindo transmissão sináptica,
fertilização secreção, contração muscular e
citocinese. Os níveis de cálcio no
citoplasma são muito baixos (0.1uM).
Esses mesmos níveis, são controlados pela
sua libertação e remoção do citoplasma.
A sua difusão pelo citoplasma é muito baixa, podendo ser sequestrado por diversas
proteínas ligantes de 𝐶𝑎2+
, particularmente a calmodulina. O complexo 𝐶𝑎2+
/calmodulina,
regula a atividade de diversas proteínas incluindo PKC do NO (NOS), adenilil ciclase, canais
iónicos (𝐾+
) e fatores de transcrição (CREB).