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21.4: Sinalização à Superfície da Célula
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Cell-surface Signaling
 
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21.4: Cell-surface Signaling

21.4: Sinalização à Superfície da Célula

Hormones—or any molecule that binds to a receptor, known as a ligand—that are lipid-insoluble (water-soluble) are not able to diffuse across the cell membrane. In order to be able to affect a cell without entering it, these hormones bind to receptors on the cell membrane. When a first messenger, a hormone, binds to a receptor, a signal cascade is set off, causing second messengers, proteins inside the cell, to become activated, resulting in downstream effects.

Variety of Receptor Families

Cell membrane receptors have three portions: an external ligand-binding domain, a transmembrane domain, and an internal domain. There are three categories of cell membrane receptors based on the consistency of the structure and function of these domains within each category.

One category is ligand-gated ion channels which, when bound to a ligand, undergo a conformational change, allowing ions through a channel formed by the transmembrane portion of the receptor.

A second category is G-proteins-coupled receptors which have a distinct structure with seven transmembrane domains. Binding of the external domain to a ligand causes the alpha subunit, one of three subunits attached to the internal portion of the receptor, to disassociate from the receptor and create a cellular response.

The third category of receptors, the enzyme-linked receptor—also called catalytic receptors—have an intracellular domain that is either associated with an enzyme or is an enzyme itself. When a ligand binds to the extracellular region, the intracellular enzyme becomes active, activating other proteins within the cell.

When Receptors Go Bad

Cell membrane receptors are fundamental to cell function. Therefore, it is not surprising that many illnesses have been shown to be direct results of improperly functioning cell membrane receptors. For example, cholera develops when a G-protein-coupled receptor is disabled in the cells lining the small intestine.

Signal Transduction

The process of conversion of an extracellular stimulus to an intracellular response is known as signal transduction. This is a multi-step process involving a ligand binding to a receptor resulting in several molecular interactions within the cell. These interactions can get complicated because each step is dependent on multiple other reactions. This is a form of verification to make sure that proper cellular activities occur. This also often amplifies the response.

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.


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