21.3: Sinalização à Superfície da Célula

Hormonas—ou qualquer molécula que se ligue a um receptor, conhecido como ligante—que não são lipossolúveis (são solúveis em água) não são capazes de difundir através da membrana celular. Para poderem afetar uma célula sem entrar, essas hormonas ligam-se a receptores na membrana celular. Quando um primeiro mensageiro, uma hormona, se liga a um receptor, uma cascata de sinalização é ativada, fazendo com que segundos mensageiros, proteínas dentro da célula, se tornem ativados, resultando em efeitos a jusante.

Variedade de Famílias de Receptores

Os receptores na membrana celular têm três regiões: um domínio de ligação de ligantes externos, um domínio transmembranar e um domínio interno. Existem três categorias de receptores na membrana celular com base na consistência da estrutura e função desses domínios dentro de cada categoria.

Uma categoria são os canais iónicos dependentes de ligantes que, quando ligados a um ligante, sofrem uma alteração conformacional, permitindo iões através de um canal formado pela porção transmembranar do receptor.

Uma segunda categoria são receptores acoplados a proteínas G que têm uma estrutura distinta com sete domínios transmembranares. A ligação do domínio externo a um ligante faz com que a subunidade alfa, uma das três subunidades ligadas à porção interna do receptor, se desassocie do receptor e crie uma resposta celular.

A terceira categoria de receptores, os receptores ligados a enzimas—também chamados receptores catalíticos—têm um domínio intracelular que está associado a uma enzima ou é uma enzima em si. Quando um ligante se liga à região extracelular, a enzima intracelular torna-se ativa, ativando outras proteínas dentro da célula.

Quando os Receptores Deixam de Funcionar

Os receptores na membrana celular são fundamentais para a função celular. Portanto, não é de surpreender que muitas doenças se tenham mostrado diretamente resultantes de receptores da membrana celular com funcionamento inadequado. Por exemplo, a cólera desenvolve-se quando um receptor acoplado a proteína G está desativado nas células que revestem o intestino delgado.

Transdução de Sinal

O processo de conversão de um estímulo extracelular para uma resposta intracelular é conhecido como transdução de sinal. Este é um processo de várias etapas envolvendo a ligação de um ligante a um receptor resultando em várias interações moleculares dentro da célula. Essas interações podem complicar-se porque cada passo depende de múltiplas outras reações. Esta é uma forma de verificação para garantir que ocorrem as atividades celulares adequadas. Isso também amplifica frequentemente a resposta.

Alguns hormônios, como aqueles que são insolúveis em lipídios, como a oxitocina, não podem se difundir através da membrana celular. Em vez disso, eles devem se ligar a recetores na superfície da célula. Após a ligação, o hormônio, considerado o primeiro mensageiro, ativa uma cascata de sinalização.

Por exemplo, quando um recetor acoplado a proteína G, ou GPCR, é ativado por um primeiro mensageiro do lado de fora da membrana da célula, por dentro, uma enzima como a fosfolipase C hidrolisa a membrana fosfolipídica PIP2 em IP3 e DAG, dois segundos mensageiros diferentes. Uma vez formado, o IP3 se move da membrana celular para a membrana endoplasmática, onde se liga a um canal de cálcio controlado por IP3, liberando iões de cálcio, um terceiro segundo mensageiro, no citoplasma e induzindo mudanças, como a contração muscular. Desta forma, um hormônio pode afetar uma célula com a qual nem entra, ativando uma série de processos celulares, dependendo dos ligantes e recetores que estão presentes.