Biologia Celular: Sinalização, Membrana e Organelas

Formas de Sinalização Celular

Sinalização: existem várias formas de sinalização em que cada uma irá desempenhar uma atividade específica na célula. A endócrina é caracterizada pela sinalização de hormônios para o organismo pela corrente sanguínea. Parácrina: será liberado um sinal que age em múltiplas células-alvo próximas do local de sua síntese. Autócrina: é realizada quando a célula libera um sinal e a própria célula tem receptores para responder a tal estímulo. Dependente de contato: na qual uma célula e outra devem interagir com as proteínas de Membrana Plasmática (MP). A sinalização sináptica ocorre quando há neurônios envolvidos, como no caso da passagem de moléculas de Na+, onde o terminal axônico libera vesículas contendo acetilcolina, que irá se ligar ao receptor nicotínico, o qual é o receptor associado ao canal iônico.

Sinalização Mediada por Cálcio e AMPc

Mediado por Cálcio: onde uma molécula ligante (Adrenalina) se liga a um receptor associado à proteína Gq, ativando assim sua subunidade alfa-1, que irá se associar a um GTP, saindo GDP; esta ativa a enzima Fosfolipase. A Fosfolipase C-Beta hidrolisa o PIP2, sendo separado e formando IP3 e diacilglicerol. O IP3 se difunde no citosol, onde se liga a receptores (canais controlados por IP3) atuando no retículo sarcoplasmático. Os canais controlados por IP3 se abrem e liberam o Ca2+, que é disponibilizado no citosol para ativar outros sistemas enzimáticos. O Ca2+ se liga à PKC (fosfoproteína quinase C), que é ativada pelo diacilglicerol e que fosforila outros substratos.

Mediado por AMPc: onde uma molécula ligante se liga a um receptor associado à proteína Gs, ativando assim sua subunidade Beta, e esta ativa a enzima AC (Adenilil Ciclase). A adenilil ciclase, a partir de moléculas de ATP, produz AMP cíclico. O AMPc ativa as subunidades catalíticas de PKA (proteína-quinase A). A PKA entra no núcleo onde fosforila a proteína reguladora gênica CREB; uma vez ativada, a CREB se associa à CBP e se liga a uma sequência de DNA conhecida como elemento de resposta ao AMP cíclico, ou CRE. O CRE determina a transcrição de vários genes.

Junções e Conexões Celulares

Região especializada na MP que faz a conexão entre duas células ou entre uma célula e a matriz, com as funções de comunicação, barreira ou adesão. Junções de oclusão (bloqueadoras) mantêm as células unidas, prevenindo a passagem de moléculas de uma célula para outra. Junções de ancoragem (ancoradoras) unem as células às suas células vizinhas e à matriz extracelular. Estão ligadas a filamentos de actina: Junções aderentes (célula-célula via Caderinas) ou Adesão Focal (célula-matriz via Integrinas). Ligados a filamentos intermediários: Desmossomos (célula-célula via Caderinas) ou Hemidesmossomos (célula-matriz via Integrinas). Junções comunicantes (tipo fenda) medeiam a passagem de sinais químicos ou elétricos entre células vizinhas, permitindo a passagem de íons e pequenas moléculas (1 conexon possui 6 conexinas).

Junções de ancoragem (encontradas em tecidos de grande estresse mecânico) e oclusão (superfície apical e basolateral) apresentam uma estrutura comum. Organizam-se em 3 partes: 1) Proteínas adesivas célula-célula (Ocludinas e Claudinas); 2) Proteínas adaptadoras, que conectam proteínas adesivas com o citoesqueleto. A Junção Oclusiva veda as células vizinhas da camada epitelial, impedindo a passagem de moléculas.

Membrana Plasmática e Transporte

Antes, é preciso entender a constituição da MP, conhecida como Modelo do Mosaico Fluido, na qual é composta de fosfato (polar e hidrofílico) e lipídeos (ácido graxo, apolar e hidrofóbico), formando uma bicamada fosfolipídica. O transporte de substâncias apolares é concluído graças à presença da permeabilidade seletiva da MP; como exemplo, podemos citar as Difusões Simples e Facilitada. Na simples, passarão pela bicamada moléculas lipossolúveis, apolares e de baixo peso molecular, lembrando que é um tipo de transporte a favor do gradiente de concentração, do menos para o mais. Já a passagem de substâncias polares poderá ocorrer através da Difusão Facilitada, que possui mecanismo parecido com a simples (a favor do gradiente), mas necessita da presença de proteínas integradas chamadas de proteínas carreadoras, que possuem diferentes conformações e variabilidades, como podem estar abertas ou fechadas e são estimuladas por nucleotídeos ou impulsos elétricos. Nas proteínas carreadoras, podemos encontrar também diferentes tipos de transporte como Simporte, Uniporte e Cotransporte. Já a passagem de íons será dada por proteínas bombas! Lembrando: nas difusões não haverá gasto de energia, diferente do Transporte Ativo, no qual há gasto de ATP.

Ciclo e Divisão Celular

Na divisão celular participam as organelas Núcleo e REL (Retículo Endoplasmático Liso/Agranular). O mecanismo da divisão é um tanto complexo pelo número de fases em que a mesma ocorre. Há duas fases: Interfase (G1, S e G2) e a Fase M (Prófase, Metáfase, Anáfase e Telófase), onde ocorrem as fases do fuso mitótico, a ligação dos filamentos de actina aos cinetócoros e a separação das cromátides-irmãs; além disso, há também o anel contrátil ou citocinese. A mitose é conhecida como um mecanismo de divisão equivalente, pois a célula-mãe apresenta o mesmo número de cromossomos da célula-filha. Nessa divisão, existem mecanismos de controle como a CDK e Ciclinas e os inibidores como as CDKIs (p53, p21, p27 e a adição de mais um fosfato). Nos mecanismos de controle durante o ciclo celular, algumas enzimas e proteínas devem ser ativadas e desativadas em determinadas fases, e isso é importante para assegurar que um processo tenha terminado antes do início de uma nova etapa; por isso, há pontos de checagem (checkpoints) no final da fase G2 antes de iniciar a fase M, no final da fase G1 e na saída da fase M. Há duas proteínas muito importantes para a vitalidade desse processo: a CDK e a ciclina, lembrando que para a ativação da CDK deve haver a presença de ciclina e um fosfato. As ciclinas sofrem acumulação e degradação (via ubiquitina); a fosforilação da CDK é crucial para que proteínas e enzimas da próxima fase sejam produzidas. Só haverá MPF ativo na fase M e na fase S. Vale ressaltar que também existem mecanismos inibidores de CDK em caso de mutação (cancerígenas) no processo de divisão, como o caso do Taxol, que prejudica a formação do citoesqueleto (filamentos de actina) para o fuso mitótico.

Processos de Endocitose e Fagocitose

Endocitose: processo pelo qual se permitirá a entrada de substâncias do meio extracelular para o intracelular. Há dois tipos de endocitose: a Pinocitose (seletiva e não seletiva) e a Fagocitose. A pinocitose consiste na captura de partículas imersas em fluidos. A Seletiva ocorrerá em duas etapas: na primeira, uma molécula irá se associar a um receptor localizado na membrana da célula; após o ocorrido, haverá o início da segunda etapa, na qual se dará a invaginação do fluido devido à presença de moléculas de proteínas, as clatrinas. A substância é transferida para a vesícula através da ajuda dessas proteínas que possuem filamentos de actina e se agregam em torno das vesículas que possuem receptores; essa vesícula se destaca da superfície penetrando no citoplasma da célula (maior eficiência na internalização).

A pinocitose não seletiva ocorre sem a presença de receptores. A célula engloba as partículas em solução de maneira inespecífica. O material que é captado pela membrana celular é introduzido no citoplasma por meio de vesículas de pinocitose e passará para o interior dos endossomos, graças à fusão da membrana da vesícula com o compartimento endossomal (risco de infecção).

A Fagocitose consiste na formação de pseudópodes (compostos basicamente de filamentos de actina), na qual ocorrerá o englobamento da partícula gradualmente. Forma-se o vácuo, ou fagossomo, o qual será puxado graças à atividade motora do citoesqueleto para o citoplasma. O fagossomo se funde com o lisossomo, onde ocorrerá a digestão graças às enzimas hidrolíticas e ao pH 5 do lisossomo. O início da fagocitose se dá quando uma partícula se liga a um receptor específico capaz de desencadear a resposta e a formação dos pseudópodes.

Mitocôndrias e Bioenergética

Primeiro, temos que entender como será formada a estrutura de uma mitocôndria: ela possui uma membrana externa, uma interna e um espaço intermembranoso (onde ocorrerá a cadeia transportadora de elétrons). Além disso, podemos citar a matriz mitocondrial, onde ocorre o ciclo do ácido cítrico (Ciclo de Krebs). Vale ressaltar que a mitocôndria é uma organela membranosa, ou seja, possui na parte externa 50% de proteínas e 50% de lipídeos; já na membrana interna, temos 20% de proteínas e 80% de lipídeos. A mitocôndria é uma organela responsável pela produção de ATP e respiração celular. Podemos encontrar mitocôndrias nos espermatozoides, nos quais produzirão energia para a movimentação do flagelo, também nas asas das aves e no tecido adiposo próximo ao TAG (Triacilglicerol).

Pode-se ter 3 tipos de 'matéria-prima' para se formar ATP e água: aminoácidos, ácidos graxos (que possuem uma cadeia carbônica extensa, onde um ácido graxo de 14 carbonos irá formar 7 Acetil-CoAs) ou através da glicose, que possui 6 carbonos e será transformado em piruvato com apenas 3 carbonos. Este piruvato será quebrado e transformado em Acetil-CoA (havendo liberação de CO2). O próximo passo da reação será a descarboxilação do oxalacetato com o acetil-CoA formando citrato; ocorrerão outras reações de descarboxilação onde serão liberados elétrons e CO2. Estes elétrons são capturados por carreadores (NAD e FAD), gerando NADH e FADH2 reduzidos. No próximo passo, esses elétrons serão levados para a cadeia transportadora de elétrons, onde haverá 3 proteínas (ubiquinona e citocromo C pegam elétrons e liberam prótons no espaço intermembrana, gerando um gradiente de concentração de prótons). Haverá também uma proteína bomba (invertida), a ATPase, que pegará esses prótons e os jogará de volta para a matriz, o que irá gerar uma condição favorável para que faça a união de ADP com Pi. O aceptor final da cadeia será o O2, que irá se ligar ao H ionizado formando H2O.

Peroxissomos e Exocitose

Os peroxissomos são organelas membranasas presentes no citoplasma das células vegetais e animais, formando vesículas arredondadas, cuja função está relacionada ao armazenamento de enzimas que catalisam o peróxido de hidrogênio (H2O2), uma substância tóxica que necessita ser degradada. Dessa forma, a enzima catalase reage com o peróxido de hidrogênio produzindo água (H2O) e oxigênio molecular (O2). Podemos encontrar peroxissomos no sistema renal e no fígado. Os peroxissomos irão degradar apenas ácidos graxos. Possuem apenas uma membrana, enquanto a mitocôndria possui duas; ocorrem reações anabólicas e catabólicas. Ocorrerão diversas reações havendo liberação de elétrons, que serão transportados por NAD e FAD para a cadeia respiratória. O NAD será reoxidado pelo próprio peróxido de hidrogênio, já o FADH2 será reoxidado fora dos peroxissomos para voltar a funcionar o ciclo.

Exocitose: processo através do qual a maioria das moléculas são secretadas (por vesículas). Proteínas de membrana se direcionam para a MP e as soluções irão para o meio extracelular. Existem 2 rotas: Regulada (a secreção só ocorre na presença de um estímulo; enquanto isso, a vesícula secretora permanece no interior da célula armazenando as substâncias) e Constitutiva (operada continuamente e também pode seguir para o lisossomo). A endocitose ocorre com a exocitose, pois uma repõe os lipídeos e proteínas que se soltaram pela outra.