Transdução de sinal: definição, função, exemplos

Organismos unicelulares, como quase todos procariontes (bactérias e arquéias), são abundantes na natureza. Eucariótica organismos, entretanto, podem conter bilhões de células.

Uma vez que faria pouco a um organismo ter tantas entidades minúsculas trabalhando isoladas de uma outro, as células devem ter um meio de comunicação entre si - isto é, enviar e receber sinais. Na falta de rádio, televisão e Internet, as células se engajam em transdução de sinal, usando produtos químicos antigos.

Assim como rabiscar letras ou palavras em uma página não é útil, a menos que esses personagens e entidades formem palavras, frases e uma mensagem coerente e inequívoca, os sinais químicos são inúteis, a menos que contenham instruções.

Por este motivo, as células são equipadas com todos os tipos de mecanismos inteligentes para a geração e transdução (isto é, transmissão por meio físico) de mensagens bioquímicas. O objetivo final da sinalização celular é influenciar a criação ou modificação de produtos gênicos ou proteínas feitas nos ribossomos das células de acordo com as informações codificadas no DNA via RNA.

Se você fosse um entre dezenas de motoristas de uma empresa de táxis, precisaria ter habilidades para dirigir um carro e navegar pelas ruas de sua cidade ou município com conhecimento e habilidade para atender seus passageiros na hora certa, no local certo e levá-los aos seus destinos quando quiserem lá. Isso, entretanto, não seria suficiente por si só se a empresa esperava operar com eficiência máxima.

Os motoristas em táxis diferentes precisariam se comunicar uns com os outros e com um despachante central para determinar o que os passageiros devem ser apanhados por quem, quando certos carros estavam lotados ou indisponíveis por um período, presos no trânsito e assim por diante.

Sem a capacidade de se comunicar com qualquer pessoa que não seja o passageiro em potencial por telefone ou aplicativo online, o negócio seria caótico.

No mesmo espírito, as células biológicas não podem operar com total independência das células ao seu redor. Muitas vezes, grupos locais de células ou tecidos inteiros precisam coordenar uma atividade, como um contração muscular ou cura após uma ferida. Assim, as células precisam se comunicar umas com as outras para manter suas atividades alinhadas com as necessidades do organismo como um todo. Na ausência dessa capacidade, as células não conseguem gerenciar adequadamente o crescimento, o movimento e outras funções.

Os déficits nesta área podem levar a consequências graves, incluindo doenças como o câncer, que é replicação celular essencialmente não verificada em um determinado tecido devido à incapacidade das células de modular sua próprio crescimento. A sinalização celular e a transdução de sinais são, portanto, vitais para a saúde do organismo como um todo, bem como das células afetadas.

A sinalização celular pode ser dividida em três fases básicas:

1. Recepção: Estruturas especializadas na superfície celular detectam a presença de uma molécula sinalizadora, ou ligando.
2. Transdução: A ligação do ligante ao receptor inicia um sinal ou uma série de sinais em cascata no interior da célula.
3. Resposta: A mensagem sinalizada pelo ligante e pelas proteínas e outros elementos que influencia é interpretada e colocada em processo, como via expressão genetica ou regulamento.

Como os próprios organismos, uma via de transdução de sinal celular pode ser primorosamente simples ou comparativamente complexa, com alguns cenários envolvendo apenas uma entrada ou sinal, ou outros envolvendo toda uma série de etapas sequenciais e coordenadas.

Uma bactéria, por exemplo, não tem a capacidade de deliberar sobre a natureza das ameaças à segurança em seu ambiente, mas pode sentir a presença de glicose, a substância que todas as células procarióticas usam para Comida.

Organismos mais complexos enviam sinais usando fatores de crescimento, hormônios, neurotransmissores e componentes da matriz entre as células. Essas substâncias podem agir nas células próximas ou à distância, viajando pelo sangue e outros canais. Neurotransmissores tal como dopamina e serotonina atravessar os pequenos espaços entre as células nervosas adjacentes (neurônios) ou entre neurônios e células musculares ou glândulas alvo.

Os hormônios freqüentemente agem em distâncias especialmente longas, com moléculas de hormônios secretadas no cérebro exercendo efeitos sobre as gônadas, glândulas supra-renais e outros tecidos "distantes".

Assim como enzimas, os catalisadores da reação bioquímica celular, são específicos para certas moléculas de substrato, os receptores nas superfícies das células são específicos para uma determinada molécula de sinal. O nível de especificidade pode variar, e algumas moléculas podem ativar fracamente os receptores que outras moléculas podem ativar fortemente.

Por exemplo, os analgésicos opióides ativam certos receptores no corpo que as substâncias naturais chamam endorfinas também desencadeiam, mas essas drogas geralmente têm um efeito muito mais forte devido à sua alfaiataria.

Os receptores são proteínas e a recepção ocorre na superfície. Pense nos receptores como campainhas de celular. Como uma campainha. As campainhas estão fora de sua casa e ativá-las é o que faz com que as pessoas em sua casa atendam a porta. Mas para que a campainha funcione, alguém deve usar o dedo para tocar a campainha.

O ligante é análogo ao dedo. Uma vez que se liga ao receptor, que é como a campainha, ele iniciará o processo de funcionamento / transdução de sinal, assim como a campainha aciona aqueles dentro da casa para se mover e responder ao porta.

Embora a ligação do ligante (e o dedo pressionando a campainha) seja essencial para o processo, é apenas o começo. A ligação de um ligante a um receptor celular é apenas o início de um processo cujo sinal deve ser modificado em força, direção e efeito final, a fim de ser útil para a célula e o organismo no qual ela reside.

Os receptores de membrana celular incluem três tipos principais:

1. Receptores acoplados à proteína G
2. Receptores ligados a enzimas
3. Receptores de canal iônico

Em todos os casos, a ativação do receptor inicia uma cascata química que envia um sinal do exterior do da célula, ou em uma membrana dentro da célula, para o núcleo, que é o "cérebro" de fato da célula e o locus de Está material genético (DNA ou ácido desoxirribonucléico).

Os sinais viajam para o núcleo porque seu objetivo é influenciar de alguma forma a expressão do gene - a tradução dos códigos contidos nos genes para o produto proteico que o genes código para.

Antes que o sinal chegue perto do núcleo, ele é interpretado e modificado próximo ao local de sua origem, no receptor. Esta modificação pode envolver amplificação por meio de segundos mensageiros, ou pode significar uma ligeira diminuição da intensidade do sinal se a situação exigir.

Proteínas G são polypedtides com sequências de aminoácidos únicas. Na via de transdução do sinal celular em que participam, costumam ligar o próprio receptor a uma enzima que executa as instruções pertinentes ao receptor.

Estes fazem uso de um segundo mensageiro, neste caso monofosfato de adenosina cíclico (AMP cíclico ou cAMP) para amplificar e direcionar o sinal. Outros segundos mensageiros comuns incluem óxido nítrico (NO) e íon cálcio (Ca2 +).

Por exemplo, o receptor para a molécula epinefrina, que você reconhece mais prontamente como a molécula do tipo estimulante adrenalina, causa mudanças físicas em um Proteína G adjacente ao complexo ligante-receptor na membrana celular quando a epinefrina ativa o receptor.

Isso, por sua vez, faz com que uma proteína G acione a enzima adenilil ciclase, o que leva à produção de cAMP. O cAMP então "ordena" um aumento em uma enzima que decompõe o glicogênio, a forma de armazenamento de carboidrato da célula, em glicose.

Os segundos mensageiros freqüentemente enviam sinais distintos, mas consistentes, para diferentes genes no DNA da célula. Quando o cAMP exige a degradação do glicogênio, ele simultaneamente sinaliza para uma reversão na produção de glicogênio por meio de uma enzima diferente, reduzindo assim o potencial para ciclos fúteis (o desdobramento simultâneo de processos opostos, como água corrente em uma extremidade de uma piscina enquanto tenta drenar a outra fim).

Quinases são enzimas que levam fosforilar moléculas. Eles conseguem isso movendo um grupo fosfato de ATP (adenosina trifosfato, uma molécula equivalente ao AMP com dois fosfatos anexados ao que o AMP já possui) para uma molécula diferente. Fosforilases são semelhantes, mas essas enzimas captam fosfatos livres em vez de capturá-los do ATP.

Na fisiologia do sinal celular, os RTKs, ao contrário das proteínas G, são receptores que também possuem propriedades enzimáticas. Em suma, a extremidade receptora da molécula fica voltada para o lado externo da membrana, enquanto a extremidade da cauda, ​​feita a partir do aminoácido tirosina, tem a capacidade de fosforilar moléculas dentro da célula.

Isso leva a uma cascata de reações que direcionam o DNA no núcleo da célula para regular para cima (aumentar) ou para regular para baixo (diminuir) a produção de um produto ou produtos de proteína. Talvez a cadeia de reações mais bem estudada seja a cascata da proteína ativada por mitogênio (MAP) da quinase.

Acredita-se que mutações em PTKs sejam responsáveis ​​pela gênese de certas formas de câncer. Além disso, deve-se notar que a fosforilação pode inativar, bem como ativar moléculas alvo, dependendo do contexto específico.

Esses canais consistem em um "poro aquoso" no membrana celular e são feitos de proteínas embutidas na membrana. O receptor para o neurotransmissor comum acetilcolina é um exemplo de tal receptor.

Em vez de gerar um sinal em cascata per se dentro da célula, a ligação da acetilcolina ao seu receptor faz com que o poro do complexo se alargue, permitindo íons (partículas carregadas) para fluir para a célula e exercer seus efeitos a jusante na síntese de proteínas.

É vital reconhecer que as ações que ocorrem como parte da transdução do sinal do receptor da célula não são fenômenos tipicamente "liga / desliga". Ou seja, o fosforilação ou a desfosforilação de uma molécula não determina a gama de respostas possíveis, seja na própria molécula ou em termos de seu sinal a jusante.

Algumas moléculas, por exemplo, podem ser fosforiladas em mais de um local. Isso proporciona uma modulação mais firme da ação da molécula, da mesma maneira geral que um aspirador de pó ou o liquidificador com múltiplas configurações pode permitir uma limpeza mais direcionada ou fazer smoothie do que um binário "liga / desliga" interruptor.

Além disso, cada célula tem vários receptores de cada tipo, a resposta de cada um dos quais deve ser integrada no ou antes do núcleo para determinar a magnitude geral da resposta. Geralmente, a ativação do receptor é proporcional à resposta, o que significa que quanto mais ligante se liga a um receptor, mais marcadas são as alterações dentro da célula.

É por isso que quando você toma uma dose alta de um medicamento, geralmente ela exerce um efeito mais forte do que uma dose menor. Mais receptores são ativados, mais cAMP ou proteínas intracelulares fosforiladas resultam e mais de tudo o que é necessário no núcleo ocorre (e muitas vezes acontece mais rápido, bem como para uma maior extensão).

As proteínas são feitas depois que o DNA faz uma cópia codificada de suas informações já codificadas na forma de RNA mensageiro, que se move fora do núcleo para ribossomos, onde as proteínas são realmente feitas de aminoácidos de acordo com as instruções fornecidas de mRNA.

O processo de produção de mRNA a partir de um modelo de DNA é denominado transcrição. Proteínas chamadas fatores de transcrição pode ser regulado para cima ou para baixo como resultado da entrada de vários sinais de transdução independentes ou simultâneos. Uma quantidade diferente da proteína para a qual a sequência do gene (comprimento do DNA) codifica é sintetizada como resultado.