GUIA SUPLEMENTAR DE “TRANSDUÇÃO DE SINAIS OU UM GUIA TEÓRICO-PRÁTICO PARA COMPREENDER A COMUNICAÇÃO ENTRE CÉLULAS”
Apresentação do 11º ano Este guia suplementer visa fornecer aos professores um conjunto de informações que facilitem a apresentação por parte do docente. Estes materiais suplementares permitem ao docente ter um conjunto de informações mais abrangente, indo além das informações contidas na apresentação PowerPoint. Recomendamos que caso o docente ache que a apresentação é extensa demais face ao tempo disponível, que apresente apenas um exemplo de cada uma das partes do II e III temas nas seguintes combinações: “Regulação do metabolismo pela insulina e glucagon” + “Homeostasia do cálcio: PTH, calcitonina, Vit.D” + “Diabetes mellitus” OU “Renovação tecidual – Papel da Eritropoietina” + “Reprodução e embriogénese” + “Infertilidade masculina”.
Slide 4 Neste slide é fulcral começar por referir que face à complexidade da organização biológica dos organismos, as células necessitam de comunicar constantemente para promover a homeostasia. Mais ainda, importa salientar que a origem dos sinais pode ser interna (e.g. aumento da frequência cardíaca, diminuição da pressão arterial, ansiedade) ou externa (luz, temperatura, etc.). Importa realçar que mesmo organismos unicelulares necessitam de comunicar com o meio para produzir respostas adequadas em resposta a variações do meio extracelular. Os sinais são captados pelas células e induzem a produção de respostas que se esperam ser adequadas face ao estímulo inicial. Ao conjunto de processos que ocorrem nas células desde a captação do sinal até a produção da resposta (portanto desde a ligação do ligando ao recetor até à produção de efeitos celulares como a alteração do metabolismo) dá-se o nome de transdução de sinal. Tal corresponde à passagem da informação do sinal de um meio externo para o meio interno celular.
Slide 5 Neste slide importa realçar que a sinalização celular é um processo bastante complexo cuja função é a coordenação das funções celulares de diversas células. Para tal ocorrer é necessário a presença de 3 grupos de intervenientes (mensageiro primário, recetores e mensageiros secundário). O Mensageiro Primário é a molécula sinalizadora, produzida por uma célula e libertado para o meio extracelular ou proveniente do meio externo (e.g. nutrientes, toxinas, etc) que que irá desencadear um efeito na célula-alvo. Os Recetores são os elementos que captam o Mensageiro Primário. A ligação do Mensageiro Primário leva à ativação do Recetor que, por norma, ativa moléculas intracelulares denominadas Mensageiros Secundários. Estes determinam a propagação intracelular da resposta, a amplificação do sinal e a aquisição de alterações que permitam a execução de uma resposta adequada. Importa ainda realçar que para que a resposta produzida não seja exacerbada é necessária a existência de mecanismos que permitam a terminação do sinal, por exemplo por degradação do ligando.
Slide 6 Este slide é bastante straight-forward. Importa realçar que há uma relação entre o tipo de Mensageiro Primário e o tipo de comunicação celular. Por exemplo, a sinalização parácrina está mais associada a fatores de crescimento, neurotransmissão a neurotransmissores e as hormonas à sinalização endócrina. Todavia deve-se referir que a relação não é absoluta, podendo por exemplo encontrar-se casos de fatores de crescimento associados a sinalização endócrina ou a neurotransmissão. Importa referir que a sinalização autócrina está também associada primariamente a fatores de crescimento. Existe ainda um (sub-)tipo de sinalização que não se encontra referenciada, conhecida como sinalização apócrina que se verifica quando a sinalização parácrina produz efeitos em células da vizinhança que sejam de um outro tipo celular que não o da célula que produz o sinal.
Slide 8 Importante realçar que os principais critérios para diferenciar estas classes de substâncias são o local de produção e o local onde o efeito é produzido. Mais uma vez verificamos que uma molécula pode ser englobada em mais do que uma classe.
Slide 9 Os Recetores são por norma bastante específicos para o ligando, de modo a que apenas sejam ativados por um restrito número de estímulos. A presença de recetores numa célula determina a sensibilidade desta ao mensageiro primário. A regulação do número de recetores é um dos mecanismos que permite a uma célula aumentar ou diminuir a sua responsividade para um determinado ligando Os recetores extracelulares ligam substâncias hidrofilas como péptidos. Por norma apresentam um domínio extracelular, no qual a ligação ao ligando ocorre, um domínio transmembranar e um domínio intracelular que irá exercer o efeito intracelular (iniciar a transdução do sinal) aquando da sua activação. Os recetores intracelulares ligam substâncias hidrofóbicas, como hormonas esteroides. Podem localizar-se no citoplasma ou no núcleo. Recetores nucleares tendem a atuar como fatores de
transcrição dependentes de ligando, ativando ou reprimindo a expressão génica perante a presença do mensageiro primário.
Slide 10 Na imagem encontram-se diversos mensageiros secundários necessários para a transdução do sinal associado à sinalização pela insulina. Apenas um número limitado de mensageiros secundários existem, sendo que a maior parte das comunicações intracelulares ocorrem usando um pequeno conjunto de mensageiros secundários, sendo cAMP e o cálcio alguns dos mais comummente usados.
Slide 12 O pâncreas deve ser visto como uma glândula exócrina (produção de enzimas digestivas) e endócrina. Enquanto que a função exócrina ocorre pela atividade dos ácinos, a função endócrina é assegurada por células nas ilhotas de Langerhans, sendo que 4 tipos de células são identificáveis (α, β, γ e PP) as quais produzem e lançam para a corrente sanguínea diversas hormonas. As células β produzem a Insulina, enquanto as células α produzem glucagon, hormonas proteicas com profundos e opostos efeitos no metabolismo celular, afetando o metabolismo de lípidos, hidratos de carbono e proteínas e produzindo um efeito sistémico. A ação da insulina está associada a estados em que se verifica um excesso de energia, promovendo a entrada de energia para as células e o armazenamento de energia sob a forma de gordura e glicogénio. Quanto ao metabolismo proteíco, verifica-se um aumento da síntese proteica e uma diminuição do catabolismo proteíco. Também se verifica inibição da gluconeogénese. Os efeitos do glucagon são opostos e estão associados ao estado de jejum ou de depleção energética. Assim sendo, o equilíbrio entre ambas as hormonas é determinante para que o metabolismo seja adequado.
Slide 13 O modo de atuação da insulina é semelhante ao modo de atuação da generalidade dos mensageiros primários proteicos. A Insulina liga-se a um dímero de recetores, ativandoos. Estes passam a apresentar atividade de tirosina cinase e fosforilam uma série de substratos, denominados IRS (enzimas, transportadores, fatores de transcrição) que levam a radicais mudanças no metabolismo celular, sendo a mais óbvia o transporte de glucose por meio do transportador GLUT4. Além destes efeitos, um conjunto de efeitos a longo prazo são também alcançados por modulação da expressão génica de proteínas estruturais ou associadas ao metabolismo e sinalização, com sobre-expressão (a verde) de umas ou subexpressão (a vermelho) de outras.
Slide 14 A existência de uma proteína reguladora da eritropoiese (formação de glóbulos vermelhos) foi proposta após um médico ter verificado após 23 dias no Perú (numa região de alta altitude) um aumento significativo do número de glóbulos vermelhos. Esta enzima (eritropoietina – EPO) é produzida nos rins e o principal estimulo é a hipóxia tecidual, sendo que alguns parâmetros (afinidade para o oxigénio, saturação de oxigénio) são avaliados por células dos rins e induzem o aumento síntese. A EPO estimula a produção de eritrócitos, por expansão de um subgrupo de células precursoras de eritrócitos na medula óssea. Assim sendo, a EPO assegura a produção contínua de eritrócitos (cerca de 1% de eritrócitos “velhos” são destruídos todos os dias, principalmente no baço), sendo que aumentos de produção de EPO são fulcrais para responder a situações de hemorragia, hipóxia ou anemia.
Slide 15 Para se verificar fertilização tem primeiro de ocorrer capacitação do espermatozoide, a qual se verifica no trato reprodutivo feminino, em resposta por exemplo a certas hormonas como a progesterona. Com a capacitação o espermatozoide passa a ter um padrão de movimento diferente, orientado e mais intenso. Seguidamente ocorre a reação acrossómica, na qual a presença de proteínas da zona
pellucida leva a uma série de alterações que culmina na libertação do conteúdo do acrossom que ajuda a degradar a zona pellucida permitindo ao espermatozoide contactar com o oócito. A ligação do espermatozoide ao oócito II irá desencadear entrada de ondas de cálcio que servem de trigger para o início da morfogénese.
Slide 16 A concentração intracelular de cálcio é amplamente regulada. A um nível sistémico verificamos que a entrada e saída de cálcio no organismo ocorre de uma forma bastante regulada que permite que a quantidade de cálcio nas células e no líquido extracelular apresente valor bem determinados. Face à importância do cálcio para diversos processos celulares e fisiológicos, naturalmente alterações do cálcio estão associadas a doenças, sendo que alterações dos níveis intracelulares de cálcio estão associados aos fenótipos de hipo e hipercalcémia
Slide 17 As 3 principais hormonas que regulam os níveis de cálcio a um nível sistémico são a hormona paratiroideia, a vitamina D3 e a calcitonina. Por mecanismos diferentes, as primeiras duas levam a um aumento do cálcio no organismo, enquanto que a calcitonina leva a pequenas reduções dos níveis de cálcio, cujo impacto na fisiologia orgânica é diminuto.
Slide 19 É importante começar por realçar que o termo Diabetes mellitus engloba várias condições nas quais se verifica um aumento da glicémia no sangue. Por norma refere-se a uma condição crónica e no qual se verificam alterações no metabolismo por alterações da ação da insulina. Dois principais tipos de diabetes mellitus existem, sendo que o tipo II é o mais comum (90-95%). No tipo I a destruição das células que produzem a insulina pelo sistema imunitário leva a uma diminuição dos níveis de insulina produzida pelo organismo. Todavia na maior parte dos casos (DM tipo II) verifica-se uma resistência à ação da
insulina, provocada por um conjunto alargado de fatores, nos quais a obesidade, alterações nos recetores da insulina ou nos transportadores de glucose parecem ser relevantes
Slide 20 A morfologia e a mobilidade dos espermatozoides são fulcrais para a fertilidade do indivíduo, sendo que são controladas por uma enorme variedade de vias de sinalização, nas quais cinases e fosfatases são enzimas que desempenham um importante papel regulador. Assim sendo, alguns casos de infertilidade masculina poderão dever-se a um desequilíbrio entre as cinases e as fosfatases, que podem comprometer também a capacidade de comunicação entre o espermatozoide e o oócito
Slide 22 A cultura celular corresponde ao crescimento de células in vitro. Células cancerígenas podem ser facilmente mantidas com um simples meio de crescimento com alguns nutrientes básicos e condições de temperatura e dióxido de carbono ótimas. A cultura de células é assim a origem do material de estudo em biologia celular. No sentido de se avaliar por exemplo o efeito de uma determinada hormona na proliferação celular, pode-se simplesmente adicionar a hormona em causa ao meio de cultura e realizar o ensaio do MTT. Este ensaio permite avaliar a taxa de proliferação celular ao medir ao longo do tempo a redução de uma substância (MTT) a qual apenas pode ocorrer em células vivas e leva a uma alteração na cor da mesma Para avaliarmos por exemplo a taxa de mortalidade ao inibirmos uma determinada via podemos efetuar uma inibição da mesma por meio de drogas por exemplo e avaliar a mortalidade resultante por meio do Trypan Blue. Este cromóforo negativamente carregado apenas entra nas células cuja membrana foi lesada (células mortas, principalmente) pelo que é facilmente identificável qual a percentagem de células mortas com o auxilio de um simples microscópio ótico.