Definição
sinalização Celular refere-se à capacidade de uma célula para perceber informações do ambiente extracelular e responder apropriadamente. Isto é muito importante dado que a forma como a célula responde tem um impacto direto em vários processos celulares.,
usando alguns organismos unicelulares como exemplo, eles têm que ser capazes de sentir nutrientes ou material tóxico, etc em seu ambiente, a fim de responder eficazmente. Quando sentem a presença de nutrientes, podem mover-se na direcção dos nutrientes, uma vez que o metabolismo é importante para o crescimento e a reprodução.
também, a detecção de materiais tóxicos permite-lhes distanciar-se deles ou desenvolver mecanismos de defesa que lhes permitam sobreviver.,
Generally, information from the external environment comes in the form of signaling molecules known as ligands.
Some examples of ligands include:
- Some proteins – E.g., Bone Morphogenetic Proteins (BMP ligands) and hormones like insulin
- Hydrophobic molecules like steroids
- Ions like calcium ions
- Some gases – E.g. nitric oxide
Four Steps of Cell Signaling
While cell receptors and the type of signaling molecules may vary, a similar pattern is evident it comes to cell signaling., Esta seção focará em Quatro (4) principais etapas/passos que estão presentes em diferentes vias de sinalização celular.,ows:
um – ligante é detectado e se liga ao receptor de células sobre a superfície da célula
b – ligante provoca alteração conformacional do receptor e resulta na produção de retransmissão de moléculas
c – O relé de moléculas, que atuam como mensageiros secundários, levar as informações para o site de destino e de influenciar a resposta celular (e.,g. a expressão do gene para produzir determinado proteínas etc.)
Passo 1: Recepção
o Sinal de recepção é o primeiro passo de sinalização celular e envolve a detecção de moléculas de sinalização provenientes do ambiente extracelular. Aqui, as moléculas (ligantes) são detectadas quando se ligam aos receptores celulares.,
Em seus respectivos ambientes, diferentes tipos de células (organismos unicelulares, as células de organismos multicelulares, etc) entram em contato com diferentes tipos de sinais a maioria dos quais são produtos químicos na natureza. Para que o sinal seja transduzido para o caminho de sinalização intracelular, então a recepção da molécula de sinalização/ligando tem que ocorrer.
geralmente, existem dois mecanismos através dos quais isso pode ser alcançado., Um destes mecanismos envolve a ligação das moléculas / ligantes aos receptores localizados na superfície da célula.
devido às diferentes funções celulares, particularmente em organismos multicelulares, os seus receptores são específicos para moléculas dadas que influenciam as suas respostas.
enquanto que os receptores dopaminérgicos localizados em algumas células do sistema nervoso se ligam especificamente à dopamina, os receptores de insulina encontrados na superfície de muitas células do organismo ligam-se à insulina., Aqui, receptores acoplados à proteína G (GPCRs) e receptores enzimáticos são dois dos tipos mais comuns de receptores que se ligam a diferentes tipos de ligantes químicos.
Além da ligação a receptores celulares, alguns dos ligandos transmitir ou difundir através da membrana celular, o que lhes permite penetrar na célula e se ligam aos receptores localizados no núcleo ou citoplasma. Aqui, os ligandos entram na célula através de canais ligados a ligandos também conhecidos como receptores ionotrópicos.,
como o nome sugere, estes canais permitem que íons como iões de cálcio, sódio e potássio passem. Estes tipos de receptores podem ser encontrados em células nervosas e tem sido mostrado para trabalhar em conjunto com outros tipos de receptores e sinais.
para que os canais abram (por exemplo, na junção neuromuscular), outro sinal tem de se ligar ao receptor. Isto influencia os receptores de canais a abrir, o que por sua vez permite o movimento de íons.,
Passo 2: Indução
Transdução é a segunda etapa de sinalização celular e envolve a ligação de moléculas de sinalização do receptor que, por sua vez, inicia uma série de eventos de transdução de caminho. Além de alguns dos ligantes (por exemplo, íons) que realmente entram na célula através da membrana celular, a maioria dos ligantes não entram na célula porque eles são muito grandes, etc.,
por esta razão, as suas actividades apenas influenciam os receptores aos quais se ligam, causando alterações conformacionais aos receptores que, por sua vez, influenciam uma cascata de eventos através dos quais a informação é comunicada para a célula.
Conformacional mudança de receptores (proteínas transmembrana) depois de ligar para ligantes é importante, uma vez que ele permite a liberação de sinais (sinais químicos) para a célula ou ligar outros componentes dentro da célula.,
por exemplo, após esta ativação (mudança de forma), o receptor pode se ligar a proteínas como a proteína G, Que é tipicamente localizada na superfície interna da membrana. Como resultado, a proteína é ativada para se ligar a outra proteína ligada à membrana (por exemplo, uma enzima), fazendo com que ela sofra uma mudança conformacional.
como resultado, a enzima liberta uma molécula de sinalização (por exemplo, cAMP) capaz de se difundir na célula onde pode interagir com o componente-alvo para iniciar uma resposta., Neste caso, o campo atua como o segundo mensageiro, enquanto o ligando (ligando que primeiro se liga ao receptor celular) é o principal mensageiro.
dado que o segundo ou Secundário receptor serve para amplificar a mensagem que foi apresentada pelo ligante, ele também atua como um mensageiro.
também vale a pena observar que, após a ligação do ligante para o receptor, muitos mensageiros secundários são produzidos dentro da célula (o sinal é amplificado na célula)., Por esta razão, a célula não requer necessariamente uma grande quantidade de ligandos para iniciar uma resposta. Isto significa que para cada ligante que se liga ao receptor, muitos mensageiros secundários são produzidos.
para algumas células, a ligação ao receptor resulta em alterações de conformação do receptor libertando uma molécula de relé para a célula (por exemplo, numa cascata de fosforilação). A molécula então passa a interagir com outras proteínas intracelulares no que é conhecido como uma cascata de fosforilação.,
aqui, as moléculas trocam grupos de fosfato em uma reação em cadeia, permitindo ao sinal ativar o componente alvo e iniciar uma reação celular. Numa endocitose mediada pelo receptor, as moléculas do sinal ligam-se primeiro aos receptores, seguindo-se a invaginação da membrana, onde os receptores e as moléculas do sinal estão contidos num poço que forma uma vesícula. Isto permite que as moléculas sejam transportadas para a célula onde são liberadas das vesículas e alcançam o componente alvo.,
ao contrário das moléculas sinalizadoras, os receptores são transportados de volta para a membrana onde o processo pode ser repetido. Em um caso em que os receptores estão no citoplasma ou núcleo, tais moléculas de sinal como o óxido nítrico simplesmente passam através da membrana para ligar esses receptores. Aqui, no entanto, a maioria destes sinais só são propensos a passar se forem pequenos em tamanho e não-polares.,
Passo 3: Resposta
A terceira etapa da sinalização celular está preocupado com as respostas celulares específicas para as informações apresentadas pela molécula de sinalização. Como já mencionado, a sinalização celular refere-se ao processo através do qual uma célula é capaz de perceber a informação e responder adequadamente.
no terceiro passo da sinalização celular, a célula pode responder de várias maneiras dependendo do sinal que recebeu., Enquanto a célula pode simplesmente responder, aumentando ou diminuindo o processo metabólico através do aumento ou diminuição da ingestão de glicose, a resposta pode envolver também a regulação da expressão de genes, onde certos genes são ativados ou desativados, dependendo de certos processos. No entanto, em última análise, a célula tem de responder adequadamente ao sinal.,
usando o metabolismo como exemplo, um aumento no monofosfato de adenosina Cíclico (cAMP) na célula activa a enzima cinase a, que está envolvida na fosforilação de duas enzimas (fosforilase cinase e glicogénio sintase).
enquanto a enzima fosforilase cinase está envolvida na conversão do glicogénio em glucose, a glicogénio sintase actua impedindo a conversão da glucose em glicogénio. O excesso de glucose no organismo é armazenado na forma de glicogénio.,
portanto, ao converter glicogênio em glicose, impedindo a conversão de glicose em glicogênio, estas enzimas promovem a degradação da glicose no organismo, a fim de produzir mais energia. Aqui, então, a via sinalizadora aumenta a taxa de metabolismo da glicose quando o corpo requer mais energia.,
Passo 4: Repor
Enquanto este passo é omitido em alguns literatura, é uma das etapas de sinalização celular. Aqui, a célula volta ao estado normal. Durante este passo final, a molécula do sinal separa-se do receptor celular que, por sua vez, pára a série de eventos que permitem à célula responder.,
por esta razão, a maquinaria celular envolvida na transdução reverte para o seu estado original enquanto esperam por outro sinal. Portanto, este é um passo importante de sinalização celular, na medida em que permite que o ciclo comece de novo e continue à medida que a célula recebe novos sinais.
também garante que a célula não continua a responder quando não precisa. Isto Regula vários processos celulares e previne funções celulares anormais.,
Caminhos
Enquanto a maioria das vias de compartilhar as mesmas etapas básicas de sinalização celular (recepção, transdução, de resposta, de repor), existem diferentes caminhos.
Alguns desses caminhos incluem:
via de sinalização Notch – A via de sinalização notch é um dos mais comuns em vias de sinalização celular., É uma via importante envolvida no desenvolvimento e homeostase em organismos multicelulares. Enquanto está envolvido no desenvolvimento da rede arterial ramificada, também está envolvido na morte celular e supressão de tumor.
em mamíferos, existem quatro (4) tipos de receptores de entalhe que incluem NOTCH1, NOTCH2, NOTCH3 e NOTCH4. Há também dois tipos principais de ligantes que se ligam a estes receptores que incluem membros da família de proteínas Jagged, bem como membros da família de proteínas Delta-like.,
neste tipo de via, o ligante (molécula de sinalização) é enviado por outra célula que consiste em mais ligantes (por exemplo, mais proteínas do tipo DLL – Delta) do que receptores de entalhe. Portanto, a célula com mais receptores receberá os sinais e responderá. Neste tipo de sinalização, há dois mensageiros a saber, o mensageiro primário e secundário.,
Whereas signal molecules like Delta proteins act as the primary messenger, the Notch intracelular domain produced following binding of the primary messenger acts as the secondary messenger inside the cell.
AKT / PKB via de sinalização – este tipo de Via está envolvido em vários processos celulares incluindo apoptose, angiogénese, metabolismo e diferenciação, etc. Como o nome sugere, a principal proteína envolvida nesta via é a proteína cinase B., Aqui, o receptor principal é RTK (receptor tirosina cinase).
Normalmente, este receptor existe como monômeros e só forma dimers quando o ligando se liga (por exemplo, fator de crescimento). Isto resulta na produção de um mensageiro secundário dentro da célula que, em última análise, desencadeia a resposta da célula. Aqui, a célula pode responder preparando-se para a divisão celular de produzir substâncias que impulsionam a morte celular, etc.,
via de sinalização Hedgehog – se Em diferentes tipos de animais, a via de sinalização Hedgehog é necessário para a diferenciação celular e, consequentemente, para o desenvolvimento de diferentes partes do corpo. Como o nome sugere, a principal molécula sinalizadora nesta via é conhecida como a proteína Hedgehog (Hh).,
Através de uma série de eventos, a molécula de sinalização, em última análise, ativa dado genes no núcleo, que por sua vez permite que a célula de responder a vários processos celulares, tais como a reparação de tecidos e crescimento, etc.
via de sinalização Wnt – Este tipo de sinalização, principalmente, envolve diferentes tipos de crescimento de estimulação de fatores. Como tal, desempenha um papel importante no desenvolvimento embrionário (particularmente no desenvolvimento do coração)., O ligante (Wnt) é produzido por exossomas e activa o receptor celular (Frizzed) quando se liga.
in turn, this activates (phosphorylates) the molecule LRP which then induces the translocation of the destruction complex. Em última análise, isto resulta na elevação dos níveis de beta-catenina que, por sua vez, activa a expressão da ciclina D1 envolvida na proliferação celular.,mTOR signaling pathway
Technology
Given that cell signaling involves the detection and binding of signal molecules to cell receptors in order to induce specific cellular responses, researchers have taken advantage of this mechanism to develop drugs and chemicals aimed at influencing given responses.,
No desenvolvimento de drogas, as moléculas são desenvolvidos com o objetivo de identificar um determinado alvo na superfície da célula ou no interior da célula, com o objetivo de influenciar as respostas. Portanto, a sinalização é uma das áreas mais importantes na descoberta de drogas.
atualmente, mais foco tem sido direcionado para o desenvolvimento de medicamentos que vão tirar proveito da sinalização celular para desenvolver medicamentos para o tratamento de doenças cardiovasculares, doenças de Alzheimer, bem como para a cura de feridas.,
além do desenvolvimento de drogas, novos estudos estão aproveitando a sinalização celular para o fabrico de diferentes tipos de proteínas entre outras moléculas na biotecnologia. Aqui, as células são influenciadas a participar na síntese de proteínas, bem como outras moléculas.
essencialmente, isto envolve tirar partido do mesmo mecanismo utilizado in vivo. Isto provou ser particularmente eficaz usando diferentes tipos de células, incluindo bactérias e alguns protistas.,
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