Cálcio Intracelular e Segundos Mensageiros

Segundos mensageiros são pequenas moléculas e íons intracelulares que retransmitem e amplificam sinais recebidos na superfície celular. Os íons de cálcio são os mais versáteis: as células mantêm o cálcio citosólico em níveis muito baixos e o liberam em "explosões" controladas para desencadear respostas que variam da contração muscular à secreção. Juntamente com o cálcio, mensageiros como o AMP cíclico e o trifosfato de inositol transportam sinais de receptores ativados para o interior da célula.

Definition

Um segundo mensageiro é uma pequena molécula ou íon intracelular cuja concentração muda em resposta à ativação do receptor e que retransmite o sinal para efetores a jusante; o cálcio intracelular é um exemplo central, mantido em baixos níveis citosólicos de repouso e mobilizado para desencadear respostas celulares.

Scope

Este verbete abrange o conceito de segundo mensageiro, as fontes e o manuseio do cálcio intracelular (entrada através da membrana plasmática e liberação de estoques internos), a via do inositol-fosfolipídio que gera trifosfato de inositol e diacilglicerol, e outros mensageiros como os nucleotídeos cíclicos. Ele trata a sinalização por segundos mensageiros como um tópico de referência em biologia celular e não como orientação clínica.

Core questions

• Por que as células mantêm o cálcio citosólico tão baixo em repouso?
• De onde é retirado o cálcio de sinalização e como ele é liberado?
• Como o trifosfato de inositol liga os receptores de superfície à liberação de cálcio?
• Como os sinais de cálcio e outros segundos mensageiros são moldados no espaço e no tempo?

Key concepts

• Conceito de segundo mensageiro
• Baixo cálcio citosólico em repouso
• Entrada de cálcio através da membrana plasmática
• Liberação de cálcio de estoques internos
• Trifosfato de inositol e diacilglicerol
• Nucleotídeos cíclicos (cAMP, cGMP)
• Padrão espacial e temporal dos sinais de cálcio

Key theories

Via de sinalização do trifosfato de inositol (IP3)

A ativação do receptor da fosfolipase C cliva um fosfolipídio da membrana em IP3 e diacilglicerol; o IP3 difunde-se para o retículo endoplasmático e abre os canais de liberação de cálcio, ligando os sinais de superfície a um aumento no cálcio citosólico.

Mechanisms

As células mantêm o cálcio citosólico muito abaixo dos níveis extracelulares e armazenados por meio de bombas e trocadores, criando um gradiente acentuado que pode ser explorado para sinalização. Quando um estímulo chega, o cálcio entra através dos canais da membrana plasmática ou é liberado de estoques internos, principalmente do retículo endoplasmático (e no músculo, sarcoplasmático). Uma via de liberação importante começa quando os receptores ativam a fosfolipase C, que cliva um fosfolipídio da membrana em trifosfato de inositol (IP3) e diacilglicerol; o IP3 abre os canais de liberação de cálcio do retículo, enquanto o diacilglicerol ativa a proteína quinase C. O aumento resultante de cálcio se liga a proteínas efetoras para desencadear respostas e é moldado em picos transitórios, ondas ou oscilações cujo tempo e localização codificam informações. Outros segundos mensageiros, notavelmente o AMP cíclico e o GMP cíclico gerados a jusante de receptores distintos, retransmitem sinais em paralelo. Os sinais são terminados bombeando o cálcio de volta para os estoques ou para fora da célula e degradando os nucleotídeos cíclicos, reiniciando o sistema.

Clinical relevance

A sinalização de cálcio e de segundos mensageiros sustenta fisiologias fundamentais, como contração muscular, secreção de neurotransmissores e hormônios, e respostas de expressão gênica, portanto, compreendê-los é fundamental para interpretar muitos processos celulares na saúde e na doença. Este verbete descreve os mecanismos de sinalização para referência e não é uma base para diagnóstico ou tratamento.

History

O conceito de segundo mensageiro surgiu da descoberta, em meados do século XX, do AMP cíclico como um retransmissor intracelular da ação hormonal. O cálcio foi subsequentemente reconhecido como um sinal intracelular quase universal, e as décadas de 1980 e 1990 esclareceram a via do inositol-fosfolipídio, identificando o IP3 como o mensageiro que libera o cálcio dos estoques internos. Trabalhos posteriores enfatizaram o padrão espacial e temporal dos sinais de cálcio — picos, ondas e oscilações — como um meio de codificar respostas distintas.

Key figures

• Michael J. Berridge
• Robin F. Irvine

Seminal works

• berridge-2000
• berridge-irvine-1993

Frequently asked questions

O que é um segundo mensageiro?

Um segundo mensageiro é uma pequena molécula ou íon intracelular, como cálcio, AMP cíclico ou trifosfato de inositol, cujo nível muda após a ativação de um receptor e que transporta o sinal para os efetores dentro da célula.

Por que as células mantêm o cálcio citosólico tão baixo?

Manter o cálcio citosólico em repouso muito baixo cria um gradiente acentuado em relação ao espaço extracelular e aos estoques internos, de modo que a abertura dos canais de cálcio produz um aumento rápido e acentuado que pode atuar como um sinal preciso.