SEÇÃO 1 PRINCÍPIOS GERAIS 3 aspectos moleculares · moleculares alteram aspectos importantes da função celular – uma base útil para a compreensão dos efei- tos dos fármacos

22

SEÇÃO 1 PRINCÍPIOS GERAIS

Como agem os fármacos: aspectos moleculares 3

CONSIDERAÇÕES GERAIS

Neste capítulo, passamos dos princípios gerais da ação dos fármacos esboçados no Capítulo 2 às moléculas que estão envolvidas no reconhecimento dos sinais químicos e em sua tradução em respostas celulares. A farmacologia molecular vem avançando rapidamente, e o novo conhecimento está mudando nossa compreensão sobre a ação dos fármacos e também abrindo muitas novas possibilidades tera-pêuticas, discutidas mais adiante, em outros capítulos. Em primeiro lugar, consideraremos os tipos de

proteínas-alvo sobre as quais os fármacos agem. A seguir, descreveremos as principais famílias de receptores e canais iônicos que foram reveladas por clonagem e estudos estruturais. Por fi m, discutire-mos as várias formas de conexão receptor-efetor (mecanismos de transdução de sinal) por meio das quais os receptores são acoplados à regulação da função celular. A relação entre estrutura molecular de um receptor e sua ligação funcional a um tipo particular de sistema efetor é o tema principal. Nos próximos dois capítulos, veremos como esses eventos moleculares alteram aspectos importantes da função celular – uma base útil para a compreensão dos efei-tos dos fármacos sobre organismos vivos íntegros. Aprofundamos em mais detalhes do que o neces-sário para entender a farmacologia de hoje em nível básico, com a intenção de que os estudantes possam, caso queiram, pular ou ler superfi cialmente esses capítulos sem perder o fi o da meada; no entanto, estamos convictos de que a farmacologia de ama-nhã estará solidamente alicerçada nos avanços da biologia celular e molecular aqui discutidos.

ALVOS PARA A AÇÃO DE FÁRMACOS

RECEPTORES

CANAIS IÔNICOS

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3COMO AGEM OS FÁRMACOS: ASPECTOS MOLECULARES

23

b

ENZIMAS

TRANSPORTADORES

Acúmulo decomposto anômalo

TransportebloqueadoInibidor

Falsosubstrato

Transportenormal

RECEPTORES

CANAIS IÔNICOS

ENZIMAS

TRANSPORTADORES

Produto anômaloAgonista/substratoAntagonista/inibidor Pró-fármaco

Direto

Sem efeitoMediadores endógenos bloqueadosAntagonista

Agonista/agonistainverso Transcrição

do DNA

Modulação decanais iônicos

Ativação/inibiçãoenzimática

Abertura/fechamentode canais iônicos

Mecanismosde transdução

Aumento ou diminuiçãoda probabilidadede abertura

Moduladores

Bloqueioda permeaçãoBloqueadores

Produção defármaco ativo

Produção demetabólito anômalo

Inibição da reaçãonormalInibidor

Pró-fármaco

Falsosubstrato

ou

A

B

C

D

Fig. 3.1 Tipos de alvos para a ação de fármacos.

C0015.indd 23 04/11/15 1:13 PM

SEÇÃO 1 PRINCÍPIOS GERAIS3

24

PROTEÍNAS RECEPTORAS

CLONAGEM DE RECEPTORES

TIPOS DE RECEPTOR

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25

ESTRUTURA MOLECULAR DOS RECEPTORES

HETEROGENEIDADE E SUBTIPOS DE RECEPTORES

▼

1.Canais iônicos controlados por ligantes (receptores ionotrópicos)

2.Receptores acoplados à proteína G

(metabotrópicos)

3.Receptoresligados

a quinases

4.Receptoresnucleares

NÚCLEO

Transcriçãode geneTranscrição de gene

Efeitos celularesEfeitos celulares

Fosforilaçãode proteína

Efeitos celulares

Fosforilaçãode proteína

OutroLiberaçãode Ca2+

Alteração daexcitabilidade

Efeitos celulares

Hiperpolarização ou

despolarização

HorasHorasSegundosMilissegundosEscala de tempo

Segundos mensageiros

R R/E

R

EG Gou ou

Íons Íons

Síntese de proteínaSíntese de proteína

Receptorde estrógenos

Receptoresde citocinas

Receptor muscarínicoda ACh

Receptor nicotínicoda ACh

Exemplos

R R

Fig. 3.2 Tipos de relação entre receptor e efetor. ACh, acetilcolina; E, enzima; G, proteína G; R, receptor.

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26

TIPO 1: CANAIS IÔNICOS ATIVADOS POR LIGANTES

ESTRUTURA MOLECULAR

a b g d

aa b g d

a

▼

a

a

Domínio deligação aoDNA (“dedosde zinco”)

Domíniocatalítico

Domíniosde ligação

Revestimentodo canal

x 4 ou 5

Domíniode ligação

Domínio de acoplamentoà proteína G



A

B

C

D

Tipo 3 Receptoresligados a quinases

Tipo 4 Receptoresnucleares

Tipo 1 Canais iônicos

controlados por ligantes (receptores

ionotrópicos)

Tipo 2 Receptoresacoplados à proteína G (receptores

metabotrópicos)

N

C

N

C

N

C

NC

Fig. 3.3 Estrutura geral de quatro famílias de receptores. Os segmentos retangulares representam regiões hidrofóbicas

a -helicoidais da proteína compreendendo aproximadamente

vinte aminoácidos, que formam os domínios transmembrana dos

receptores. [ A ] Tipo 1: canais iônicos controlados por ligantes.

O exemplo aqui ilustrado apresenta a estrutura da subunidade

do receptor nicotínico de acetilcolina. A estrutura da subunidade

de outros canais iônicos operados por ligantes é apresentada

na Figura 3.20 . Muitos canais iônicos controlados por ligantes

compreendem quatro ou cinco subunidades do tipo mostrado,

e o complexo inteiro contém 16-20 segmentos transmembrana

circundando um canal iônico central. [ B ] Tipo 2: Receptores

acoplados à proteína G. [ C ] Tipo 3: receptores ligados a

quinases. A maior parte dos receptores de fatores de crescimento

incorpora o domínio de ligação ao ligante e o domínio enzimático

(quinase) na mesma molécula, como aqui mostrado, enquanto

os receptores de citocinas não possuem um domínio de quinase

intracelular, mas se relacionam com moléculas de quinases

citosólicas. Outras variantes estruturais também existem. [ D ] Tipo

4: receptores nucleares que controlam a transcrição de genes.

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27

MECANISMO DE COMPORTA

▼

a

b a

b a

TIPO 2: RECEPTORES ACOPLADOS À PROTEÍNA G

Tabela 3.1 Os quatro tipos principais de receptores

Tipo 1: canais iônicos controlados por ligantes

Tipo 2: receptores acoplados à proteína G

Tipo 3: receptores ligados a quinases

Tipo 4: receptores nucleares

Localização Membrana Membrana Membrana Intracelular

Efetor Canal iônico Canal ou enzima Proteína quinases Transcrição gênica

Acoplamento Direto Proteína G ou arrestina Direto Via DNA

Exemplos Receptor nicotínico da

acetilcolina, receptor

GABA A

Receptor muscarínico da

acetilcolina, adrenoceptores

Insulina, fatores de

crescimento, receptores de

citocinas

Receptores de esteroides

Estrutura Organização oligomérica

de subunidades

circundando um poro

central

Estrutura monomérica ou

oligomérica compreendendo

sete hélices transmembrana

com um domínio intracelular

acoplador de proteína G

Hélice transmembrana

única ligando o domínio

extracelular do receptor ao

domínio da quinase

Estrutura monomérica

com domínios de ligação

ao receptor e domínios de

ligação ao DNA

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28

ESTRUTURA MOLECULAR

b

Canais iônicos regulados por ligantes

• São chamados às vezes de receptores ionotrópicos. • Estão envolvidos principalmente na transmissão

sináptica rápida. • Existem várias famílias estruturais, sendo a mais

comum a organização heteromérica de quatro ou cinco subunidades, com hélices transmembrana dispostas em torno de um canal central aquoso.

• A ligação do ligante e a abertura do canal ocorrem em uma escala de tempo de milissegundos.

• Os exemplos incluem os receptores nicotínicos da acetilcolina, do GABA tipo A (GABA A ), receptores de glutamato (NMDA) e de ATP (P2X).

A

ACh

ACh ACh

AChα

α

γ

α

β δ

αβ δ

Exterior

Membrana

Citosol

α-Hélices formando a comporta

6 nm

3 nm

2 nm

Poro de ~0,7nm de diâmetro

B

Fig. 3.4 Estrutura do receptor nicotínico da acetilcolina (um típico canal iônico controlado por ligante). [ A ] Diagrama

esquemático em visão lateral (acima) e transversal (abaixo).

As cinco subunidades do receptor ( a 2 , b , g , d ) formam um

agregado que circunda um poro transmembrana central, cujo

revestimento é formado pelos segmentos helicoidais M 2 de

cada subunidade. Esses segmentos contêm predomínio de

aminoácidos carregados negativamente, o que torna o poro

seletivo para cátions. Existem dois pontos de ligação para

acetilcolina na porção extracelular do receptor, na interface

entre a subunidade a e as subunidades adjacentes. Quando

ocorre a ligação com a acetilcolina, as a -hélices entortadas ou

se endireitam ou giram e se afastam, abrindo, assim, o poro do

canal. [ B ] Imagem de alta resolução que apresenta um esquema

revisto dos domínios intracelulares. (Painel [A] baseado em

Unwin N 1993 Nicotinic acetylcholine receptor at 9A resolution.

J Mol Biol 229, 1.101-1.124, and Unwin N 1995 Acetylcholine

receptor channel imaged in the open state. Nature 373, 37-43;

painel [B] reproduzido com autorização de Unwin N 2005

Refi ned structure of the nicotinic acetylcholine receptor at 4A

resolution. J Mol Biol 346(4), 967-989.)

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29

a

▼

a

Tabela 3.2 Famílias de receptores acoplados à proteína G a

Família Receptores b Características estruturais

A: família da rodopsina O maior grupo. Receptores para a maioria dos

neurotransmissores aminados, muitos neuropeptídeos,

purinas, prostanoides, canabinoides etc.

Cauda extracelular (N terminal) curta. O

ligante liga-se a hélices transmembrana

(aminas) ou a alças extracelulares (peptídeos)

B: família dos receptores de

secretina/glucagon

Receptores para hormônios peptídicos, incluindo

secretina, glucagon, calcitonina

Cauda extracelular intermediária

incorporando o domínio de ligação ao ligante

C: família do receptor

metabotrópico de glutamato/

sensor de cálcio

Grupo pequeno. Receptores metabotrópicos de

glutamato, receptores GABA B , receptores sensíveis

ao Ca 2+

Cauda extracelular longa incorporando o

domínio de ligação ao ligante

a Uma quarta família distinta inclui muitos receptores para feromônios, mas nenhum receptor farmacológico.

b Para listas completas, consulte www.guidetopharmacology.org .

N

C

N

CCANAISATIVADOS POR

LIGANTES(5, 4 ou 3

subunidades)

Receptores de NMDA

Exemplos: NMDAExemplos: nAChR, GABAA,5-HT3, IP3R, RyR

Receptores de cistina (cys-loop)

Exemplo: P2XR

Receptores P2X

Fig. 3.5 Arquitetura molecular dos canais iônicos ativados por ligantes. Os retângulos azuis e vermelhos representam as a -hélices

transmembranares, e os ganchos azuis representam as regiões de formação dos poros P loop . Os receptores cys-loop são pentaméricos.

Os receptores do tipo NMDA são tetraméricos, e os P2X, triméricos. Receptor 5-HT 3 , 5-hydroxitriptamina tipo 3; receptor GABA A , GABA

tipo A; IP 3 R, receptor do inositol trifosfato; nAChR, receptor nicotínico de acetilcolina; NMDA, N -metil D-Aspartato; P2XR, receptor de purina

P2X; RyR, receptor de rianodina.

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30

RECEPTORES ATIVADOS POR PROTEASES ▼

PROTEÍNAS G E SUA FUNÇÃO

Exterior da célula

Moduladoralostéricopositivo

AgonistaMembrana

Interiorda célula

Fig. 3.7 Estrutura do receptor muscarínico M 4 . Imagem

de alta resolução que apresenta a conformação do receptor

muscarínico M 4 ligado a um agonista (ortostérico) e também

a um modulador alostérico positivo. Os cilindros em amarelo

representam os domínios transmembranares. A extensão total

dos domínios N- e C- terminal e o terceiro circuito intracelular

não estão representados. (Cortesia de A Christopoulos.)

10 ms

3 pA

20 ms

2 pA

0

1

2

18 pS38 pS

Núme

ro de

cana

is abe

rtos

Estad

os de

cond

utivid

ade

Aberturas do canal nicotínico de acetilcolina

Aberturas do canal NMDA

A

B

Fig. 3.6 Aberturas de canais registradas através da técnica de Patch-clamp . [ A ] Canais iônicos ativados por acetilcolina

na placa motora terminal da rã. A pipeta é pressionada contra a

superfície da membrana com 10 m mol/l ACh. Os desvios abaixo

apresentam o fl uxo da corrente através dos canais iônicos na

zona da membrana em que foi aplicada a pipeta. No fi nal do

registro, é possível ver a abertura discreta entre os dois canais.

[ B ] Correntes num único canal receptor de NMDA registradas

nos neurônios cerebrais na conformação exterior da parte da

membrana da célula ( patch ). O NMDA foi adicionado ao exterior

da parte da membrana da célula ( patch ) para ativar o canal.

O canal abre-se em vários níveis de condutância. Em [ B ] as

aberturas no nível mais alto de condutância e os encerramentos

subsequentes são lentos, indicando que um canal está aberto

(não é provável que dois canais abram e fechem ao mesmo

tempo), enquanto em [ A ] existem níveis discretos que indicam

dois canais. (Painel [A] cortesia de D Colquhoun e DC Ogden;

painel [B] reproduzido com autorização de Cull-Candy SG &

Usowicz MM 1987 Nature 325, 525-528.)

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31

a b ga

bg b g

g

abg

a

abg

a bg

abg

a

bga

a bg

a abg

▼ a

a

a

b

Receptores acoplados à proteína G

• São denominados algumas vezes receptores metabotrópicos ou receptores com sete domínios transmembrana (7-TDM).

• As estruturas compreendem sete a -hélices que atravessam a membrana, em geral ligadas, formando estruturas diméricas.

• A terceira alça intracelular interage com a proteína G. • A proteína G é uma proteína de membrana que

compreende três subunidades ( a , b , g ), com a subunidade a apresentando atividade GTPásica.

• Quando o trímero se liga a um receptor ocupado por um agonista, a subunidade a se liga a GTP, dissocia-se e, então, fi ca livre para ativar um efetor (p. ex., uma enzima de membrana). Em alguns casos, a subunidade b g é a espécie ativadora.

• A ativação do efetor termina quando ocorre a hidrólise da molécula de GTP ligada, o que permite que a subunidade a se recombine com b g .

• Existem vários tipos de proteína G, que interagem com diferentes receptores e controlam diferentes efetores.

• Exemplos incluem o receptor muscarínico da acetilcolina, adrenoceptores, receptores de neuropeptídeos e de quimiocinas, e os receptores ativados por protease.

ATIVO DESSENSIBILIZADO

NClivagem pela trombina

INATIVO

NN

Agonista preso

Fosforilação

Fragmentoliberado

P

N

Fig. 3.8 Ativação de um receptor ativado por protease pela clivagem do domínio N-terminal extracelular. A inativação ocorre por

fosforilação. A recuperação requer nova síntese do receptor.

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32

Tabela 3.3 Os principais subtipos de proteína G e suas funções a

Subtipos Receptores associados Efetores principais Notas

Subunidades G a

G a s Muitos receptores para

aminas e outros (p. ex.,

catecolaminas, histamina,

serotonina)

Estimula a adenililciclase, aumentando a formação

de AMPc

Ativadas pela toxina do cólera,

que bloqueia a atividade GTPase,

impedindo, assim, a inativação

G a i Como para Ga S , e também

receptores opioides e

canabinoides

Inibe a adenililciclase, diminuindo a formação de

AMPc

Bloqueadas pela toxina pertússis,

que impede a dissociação do

complexo a b g

G a o Como para Ga S , e também

receptores opioides e

canabinoides

? Efeitos limitados da subunidade a (os efeitos

devem-se principalmente às subunidades b g )

Bloqueada pela toxina pertússis.

Ocorre principalmente no sistema

nervoso

G a q Receptores de aminas,

peptídeos e prostanoides

Ativa a fosfolipase C, aumentando a produção

dos segundos mensageiros inositol trisfosfato e

diacilglicerol (págs. 34 e 35)

—

Subunidades G b g

Todos os GPCRs Ativam canais de potássio

Inibem canais de cálcio controlados por voltagem

Ativam as GPCR quinases (GRKs, pág. 36)

Ativam a cascata de proteínas quinases ativadas

por mitógenos

Interage com algumas formas de adenil-ciclase e

com fosfolipase C b

Muitas isoformas de b g

identifi cadas, mas as funções

específi cas ainda não são

conhecidas.

GPCR, receptor acoplado à proteína G ( G-protein-coupled receptor ).

a Esta tabela lista apenas as isoformas de maior signifi cância farmacológica. Muitas outras foram identifi cadas, algumas, inclusive, têm

funções no olfato, paladar, transdução visual e em outras funções fi siológicas ( Offermanns, 2003 ).

Receptor

GDP GDP

GDP

P+

GTP

GTP

Estado de repouso

Proteínas-alvoativadas

βγα βγ

βγα βγα

Alvo1

Alvo2

Alvo2

Receptor ocupado por um agonista

InativoInativo

AtivoAtivoAtivoAtivo

InativoInativo

GTP hidrolisado

Target1

Alvo2

Alvo1

Alvo2

α

Alvo1

Fig. 3.9 A função da proteína G. A proteína G consiste em três subunidades ( a , b , g ) que fi cam ancoradas à membrana através de

resíduos de lipídeos fi xos. O acoplamento da subunidade a a um receptor ocupado por um agonista promove a troca do GDP ligado pelo

GTP intracelular; o complexo a -GTP, então, se dissocia do receptor e do complexo b g , interagindo com uma proteína-alvo (alvo 1, que

pode ser uma enzima, como adenil-ciclase ou fosfolipase C). O complexo b g também ativa uma proteína-alvo (alvo 2, que pode ser um

canal iônico ou uma quinase). A atividade GTPase da subunidade a aumenta quando a proteína-alvo é ligada, resultando em hidrólise do

GTP ligado para GDP, o que faz com que a subunidade a volte a se ligar com b g .

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33

a

a

a

ALVOS DAS PROTEÍNAS G

Sistema adenilil ciclase/AMPc

a a

b

a

a b

g

a b g

Enzima-alvo

Receptorinibitório

Receptorestimulatório

Gi Gs

Ri Rsβγ βγαi αs

Fig. 3.10 Controle bidirecional de uma enzima-alvo como a adenilato ciclase, por G s e G i . A heterogeneidade

das proteínas G permite que receptores

diferentes exerçam efeitos opostos em

uma mesma enzima-alvo.

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34

O sistema fosfolipase C/fosfato de inositol

a

b b

b

Lipase (ativa)

ATP

ADP

Aumento da lipólise

ATP

ADP

Redução da síntese de glicogênio

ATP

ADP

ATP

ADPFosforilase

quinase (ativa)

Fosforilase a(ativa)

ATP

ADP

Aumento da quebra de glicogênio

Glicogênio

Glicose-1-fosfato

Glicogênio sintase(inativa)

G

Proteína quinase(ativa)

Proteína quinase(inativa)

Lipase (inativa)

Glicogêniosintase (ativa)

Fosforilasequinase (inativa)

Fosforilase b(inativa)

ACATP

AMPc

AgonistaR

Fig. 3.11 Regulação do metabolismo energético pelo AMPc. AC, adenilil ciclase.

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35

Fosfatos de inositol e cálcio intracelular

Diacilglicerol e proteína quinase C

Canais iônicos como alvos das proteínas G

bg

Sistema Rho/Rho quinase ▼

a

O sistema das MAP-quinase ▼

a bg

OUTROS DESENVOLVIMENTOS NA BIOLOGIA DO GPCR

▼

65

432

1 OH

OH

HO

PP

P

CCCOO

O

I(1,4,5)P3

PIP2

DAG PA

Ácido araquidônico

Ácido graxo

PLA2

PLCPLD

Fig. 3.12 Estrutura do fosfatidilinositol bisfosfato (PIP 2 ), mostrando pontos de clivagem por diferentes fosfolipases para produzir mediadores ativos. A clivagem pela fosfolipase

A 2 (PLA 2 ) produz ácido araquidônico. A clivagem pela fosfolipase

C (PLC) produz inositol trisfosfato (I(1, 4, 5)P 3 ) e diacilglicerol

(DAG). PA, ácido fosfatídico; PLD, fosfolipase D.

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36

Dessensibilização do GPCR ▼

bg

Oligomerização do GPCR ▼

m

Quinases

Quinase

FosfatasesInositol

1-fosfatase

P

PP

I(1,3,4)P3

Inositol

Ativação daproteína quinase C

Liberação deCa2+ intracelular

? Entrada de Ca2+através da membrana

DAG

OH

PIP2

PP

P

PI

P

Ácido fosfatídico

P

IP

P

I(1,4,5)P3

P

PP

I(1,3,4,5)P4

P

PP

P

Fosfolipase C

Receptor

Inibidapelo Li+

Fig. 3.13 Ciclo do fosfatidilinositol (PI). A ativação da fosfolipase C mediada por receptor resulta na clivagem do fosfatidilinositol

bisfosfato (PIP 2 ), formando diacilglicerol (DAG) (que ativa a proteína quinase C) e inositol trisfosfato (IP 3 ) (que libera Ca 2+ intracelular). Não

se sabe ao certo a função do inositol tetrafosfato (IP 4 ), que é formado a partir do IP 3 e de outros fosfatos de inositol, mas pode facilitar

a entrada de Ca 2+ através da membrana plasmática. O IP 3 é inativado por desfosforilação em inositol. O DAG é convertido em ácido

fosfatídico, e esses dois produtos são usados para regenerar o PI e o PIP 2 .

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37

κ d Receptores constitutivamente ativos ▼

b

Especifi cidade do agonista ▼

Efetores controlados por proteínas G

Duas vias fulcrais de segundos mensageiros são controladas por receptores via proteínas G: • Adenilil ciclase/AMPc:

– podem ser ativadas ou inibidas por ligantes farmacológicos, dependendo da natureza do receptor e da proteína G

– a adenilil ciclase catalisa a formação do mensageiro intracelular AMPc

– o AMPc ativa várias proteínas quinases que controlam a função celular de muitas maneiras diferentes, por meio de fosforilação de várias enzimas, transportadores e outras proteínas

• Fosfolipase C/trisfosfato de inositol (IP 3 )/diacilglicerol (DAG): – catalisa a formação de dois mensageiros intracelulares,

IP 3 e DAG, a partir de fosfolipídeos de membrana

– o IP 3 atua aumentando o Ca 2+ citosólico livre, pela liberação de Ca 2+ de compartimentos intracelulares

– o aumento do Ca 2+ livre dá início a vários eventos, incluindo contração, secreção, ativação de enzimas e hiperpolarização de membranas

– o DAG ativa a proteína quinase C, que controla muitas funções celulares através da fosforilação de várias proteínas

As proteínas G ligadas a receptores controlam também: • Canais iônicos

– abertura de canais de potássio que resulta numa hiperpolarização da membrana

– inibição de canais de cálcio, reduzindo, assim, a liberação de neurotransmissores

• Fosfolipase A 2 (e, portanto, a formação de ácido araquidônico e eicosanoides)

Enzimas-alvo

Segundosmensageiros

Proteínasquinases

Efetores Enzimas, proteínasde transporte etc.

Proteínascontráteis

Canaisiônicos

Liberadoscomo

hormônioslocais

AADAGIP3AMPcGMPc

PKG PKA PKC

Eicosanoides↑[Ca2+]i

Guanililciclase

Adenililciclase Fosfolipase C

Receptores Proteínas G

Fig. 3.14 Controle dos sistemas efetores celulares pela proteína G e segundos mensageiros. AA, ácido

araquidônico; DAG, diacilglicerol; IP 3 , inositol

trisfosfato. Estão ausentes nesta fi gura as

vias de sinalização nas quais as arrestinas

se ligam aos GPCRs (e não às proteínas

G) para desencadear os eventos seguintes

( downstream ) (ver o texto).

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38b

ARRP PP P

ARRP P

RAF1 ASK1

MKK3/6MKK4/7MEK1

p38JNK1–3ERK1/2

SrcGRKERK

A

A

A

A

A

A A

ARR JNK3

P P

A

ARR ERKP P

A

A

Expressão genética alterada

Endocitose

Arrestina acoplada a MAP-quinasesBReceptor acoplado a MAP-quinasesA

Fig. 3.15 Ativação da cascata Map-quinase do GPCR. [ A ] Ativação sequencial de múltiplos compostos da cascata MAP-quinase.

A ativação da cascata MAP-quinase do GPCR pode envolver as subunidades G a e b g (não apresentado). [ B ] Ativação do ERK e do JNK3

através da interação com as arrestinas ( b ARR). A ativação do ERK pode acontecer tanto na membrana plasmática envolvendo Src como através

de ativação direta após internalização do complexo receptor/arrestina. ARR, arrestina; GRK, receptor de quinases acopladas à proteína G.

αβ γ β γ

ARR

ARR

PP2A

PP2A

Formação de vesículasrevestidas de clatrina

Internalização

Dessensibilização do receptor

Reinserção

Reciclagem

Degradaçãolisossômica

Desfosforilação

ARRGRK

A

P PP PGDP

AE AA Dyn DynDyn

ARRP P ARR

A

PP

A

AP PA

A

PPP

P

P

Fig. 3.16 Dessensibilização e movimentação dos receptores acoplados à proteína G (GPCRs). Na ativação prolongada do agonista

do GPCR, determinados receptores de quinases acoplados à proteína G (GRKs) são recrutados para a membrana plasmática e fosforilam o

receptor. A essa altura, a arrestina (ARR) liga e desloca o GPCR para vesículas revestidas de clatrina para uma subsequente internalização

nos endossomas, num processo dependente de dinamina. O GPCR, então, é desfosforilado por uma fosfatase (PP2A) ou é reenviado para

a membrana plasmática, ou ainda é degradado pelos lisossomas. ARR, arrestina; Dyn, dinamina; GRK, receptor de quinases acoplados à

proteína G; PP2A, fosfatase 2A.

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39

RAMPs ▼

Sinalização independente das proteínas G ▼

TIPO 3: RECEPTORES LIGADOS A QUINASES E RECEPTORES CORRELATOS

MECANISMOS DA FOSFORILAÇÃO PROTEICA E DA CASCATA DAS QUINASES

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40

Fator decrescimento

Domínioreceptor

α hélicetransmembrana

Domínio tirosinaquinase

Resíduode tirosina

Mudança deconformaçãoDimerização

Autofosforilaçãoda tirosina

Ligação da proteínade domínio SH2 (Grb2)

GDP

Ativação de RasTroca GDP/GTP

MEMBRANA

Fosforilaçãode Grb2

P P

Grb2

GTP Ativação

Raf

Mek

MAP-quinase

Vários fatoresde transcrição

Fosforilação

Fosforilação

Fosforilação

NÚCLEO

P P PGrb2

Transcrição gênica

Ras

CASCATA DASQUINASES

DimerizaçãoAlteração conformacional

Ligação de JakFosforilação do receptor

+ JakCitocina

Jak Jak JakP P

P P

JakJak

NÚCLEO

MEMBRANA

PPStat StatStatLigação e fosforilação

da proteína dedomínio SH2

(Stat)

Dimerizaçãode Stat

Transcrição gênica

A

B

Fig. 3.17 Mecanismos de transdução de receptores acoplados a quinases. A primeira etapa que ocorre após a ligação do agonista é

a dimerização, que leva à autofosforilação do domínio intracelular de cada receptor. Então, proteínas com domínio SH2 ligam-se ao receptor

fosforilado, e são, elas próprias, também fosforiladas. Duas vias bem caracterizadas são mostradas: [ A ] A via do fator de crescimento

(Ras/Raf/proteína ativada por mitógeno [MAP] quinase) ( Cap. 5 ). O Grb2 também pode ser fosforilado, mas isso altera negativamente sua

sinalização. [ B ] Esquema simplifi cado da via da citocina (Jak/Stat) ( Cap. 18 ). Alguns receptores de citocina podem existir previamente como

dímeros em vez de sofrerem dimerização na ligação à citocina. Várias outras vias existem, e essas cascatas de fosforilação interagem com

componentes dos sistemas de proteínas G.

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41

g

κ

κ κ

κ κ

▼

Receptores ligados a quinases

• Receptores para diversos fatores de crescimento incorporam a tirosina quinase em seu domínio intracelular.

• Receptores de citocinas possuem um domínio intracelular que liga e ativa quinases citosólicas quando o receptor é ocupado.

• Todos os receptores compartilham uma arquitetura comum, que consiste em um grande domínio extracelular de ligação ao ligante, conectado ao domínio intracelular através de uma única hélice transmembrana.

• A transdução de sinais geralmente envolve a dimerização de receptores, seguida de autofosforilação de resíduos de tirosina. Os resíduos de fosfotirosina atuam como aceptores dos domínios SH2 de várias proteínas intracelulares, permitindo, dessa maneira, o controle de muitas funções celulares.

• Estão envolvidos principalmente em eventos que controlam o crescimento e a diferenciação celulares, e atuam indiretamente por regulação da transcrição gênica.

• Duas vias importantes são: – A via Ras/Raf/proteína ativada por mitógenos (MAP)

quinase, que é importante na divisão, no crescimento e na diferenciação celulares.

– A via Jak/Stat, ativada por muitas citocinas, controla a síntese e a liberação de muitos mediadores infl amatórios.

• Alguns poucos receptores de hormônios (p. ex., fator natriurético atrial) possuem uma arquitetura similar e estão ligados à guanilil ciclase.

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42

TIPO 4: RECEPTORES NUCLEARES

Fosforilação de proteínas na transdução de sinais

• Muitos eventos mediados por receptores envolvem a fosforilação de proteínas, que controlam as propriedades funcionais e de ligação das proteínas intracelulares.

• As tirosinas quinases ligadas a receptores, as tirosinas quinases ativadas por nucleotídeos cíclicos e as serinas/treoninas quinases intracelulares constituem um mecanismo de “cascata de quinases” que leva à amplifi cação dos eventos mediados por receptores.

• Existem muitas quinases com diferentes especifi cidades de substrato, proporcionando a especifi cidade observada nas vias ativadas por diferentes hormônios.

• A dessensibilização de receptores ligados à proteína G decorre da fosforilação por quinases específi cas de receptores, o que torna o receptor não funcional e leva à sua internalização.

• Existe uma grande família de fosfatases que atuam desfosforilando proteínas e, assim, revertendo os efeitos das quinases.

CASCATAS DE QUINASES

PROTEÍNAS-ALVO

IP3

Ca2+AMPc

Enzimas Receptores Canaisiônicos Transportadores Fatores de

transcriçãoProteínascontráteis

Mecanismosde secreção

RESPOSTAS

Respostasfisiológicas

Respostasimunológicas Apoptose Transformação

maligna Crescimento Diferenciação

GMPc AutofosforilaçãoDAG

GRKs PKA PKC CaMquinases

PKG

Receptores

ligados à GC

Receptores

ligados

a quinases

GPCRs

Fig. 3.18 Papel central das cascatas de quinases na transdução de sinais. As cascatas de quinases (p. ex., aquelas mostradas na

Fig. 3.15 ) são ativadas por GPCRs, diretamente ou por meio de diferentes segundos mensageiros, por receptores que geram GMPc, ou

ainda por receptores acoplados a quinases. As cascatas das quinases regulam diversas proteínas-alvo, que, por sua vez, produzem uma

grande variedade de efeitos de curto e longo prazos. CaM-quinase, quinase dependente de Ca 2+ /calmodulina; DAG, diacilglicerol; GC,

guanilil ciclase; GRK, GPCR quinase; IP 3 , inositol trisfosfato; PKA, proteína quinase dependente de AMPc; PKC, proteína quinase C; PKG,

proteína quinase dependente de GMPc.

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43

ESTRUTURA DOS RECEPTORES NUCLEARES ▼

a b

CONTROLE DA TRANSCRIÇÃO GENÉTICA ▼

CLASSIFICAÇÃO DOS RECEPTORES NUCLEARES

AF1 AF2

N-teminalRegião coativadora AF1

Domínio central de ligação DNAcom “dedos de zinco”

Região de“dobradiça”

ExtensãoC-terminal

Domínio de ligação-liganteRegião coativadora AF2

Ligação HSP

Fig. 3.19 Diagrama esquemático de um receptor nuclear. O domínio heterogêneo N-terminal engloba o local AF1 (função de ativação 1).

Isso liga fatores de transcrição específi cos das células que modifi cam as propriedades do receptor. O domínio central altamente conservado

engloba dois “dedos de zinco”; alças ricas em cistina (ou cisteína/histidina) na cadeia de aminoácidos que são mantidas em determinada

conformação pelos íons de zinco e que são responsáveis pelo reconhecimento e a ligação do DNA. A região de “dobradiça” fl exível na

molécula permite que o receptor dimerize com outros NRs, e o domínio C-terminal, que contém o módulo de ligação-ligante, é específi co de

cada classe de receptor (ver texto para mais detalhes).

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44

Tabela 3.4 Alguns receptores nucleares farmacologicamente signifi cativos

Nome do receptor Abreviatura Ligante Fármacos Localização

Ligação-ligante

Mecanismo de ação

Tipo I

Androgênio AR Testosterona Todos os glicocorticoides

naturais e sintéticos ( Cap. 33 ),

mineralocorticoides ( Cap. 29 )

e esteroides sexuais ( Cap. 35 )

juntamente com os seus

antagonistas (p. ex., raloxifi na,

4-hidroxi-tamoxifen e

mifepristona)

Citosólico Homodímeros

Translocação

para o núcleo.

Ligação aos

HREs com dois

semipontos

em sequência

invertida

Estrogênio ER a , b 17 b -oestradiol

Glicocorticoide GR a Cortisol,

corticosterona

Progesterona PR Progesterona

Mineralocorticoide MR Aldosterona

Tipo II

Retinoide X RXR a , b , g Ácido 9- cis- retinoico Fármacos retinoides

( Cap. 27 )

NuclearHeterodímeros frequentemente com RXR

Complexados com correpressores, que são deslocados após ligação ao ligante e permitindo a ligação de transativadores

Ácido retinoico RAR a , b , g Vitamina A

Hormônio tireoide TR a , b T3, T4 Fármacos hormônio tireoide

Proliferador eroxissoma

PPAR a , b , g , d

Ácidos graxos, prostaglandinas

Rosiglitazona, pioglitazona

Androstano constitutivo

CAR AndrostanoEstimulação da síntese de CYP e alteração metabolismo do fármacoPregnano X PXR Xenobióticos

Apenas estão apresentados exemplos das Classes I e II.

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45

CANAIS IÔNICOS COMO ALVOS DE FÁRMACOS

SELETIVIDADE IÔNICA

MECANISMO DE COMPORTA CANAIS CONTROLADOS POR VOLTAGEM

CANAIS CONTROLADOS POR LIGANTES

Receptores nucleares

• Uma família de 48 receptores solúveis que podem detectar lipídeos e sinais hormonais, além de modular a transcrição gênica.

• Seus ligantes são muitos e variados, incluindo fármacos esteroides e hormonais, hormônios tireoides, vitaminas A e D, vários lipídeos e xenobióticos.

• Duas categorias principais: – Os RN de classe I estão presentes no citoplasma

e formam homodímeros na presença de seu ligante, migrando até o núcleo. Seus ligantes são principalmente de natureza endócrina (p. ex., hormônios esteroides).

– Os RN de classe II estão, em geral, constitutivamente presentes no núcleo e formam heterodímeros com o receptor retinoide X. Seus ligantes são, via de regra, lipídeos (p. ex., os ácidos graxos).

• Os complexos receptores-ligantes iniciam mudanças na transcrição gênica ao se ligarem a elementos da resposta hormonal em promotores de genes e recrutarem fatores de coativação ou correpressão.

• A família dos receptores é o alvo de cerca de 10% dos fármacos prescritos, e as enzimas que regulam afetam a farmacocinética de cerca de 60% de todos os fármacos prescritos.

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46

CANAIS DE LIBERAÇÃO DE CÁLCIO

CANAIS DE CÁLCIO OPERADOS PELAS RESERVAS DE CÁLCIO

ARQUITETURA MOLECULAR DOS CANAIS IÔNICOS

▼

CANAIS DE CÁTIONS (4 subunidades)

CANAIS DE SÓDIO E CÁLCIO

CONTROLADOS POR VOLTAGEM

N C

N C

6T1P

Exemplos: Canais deK+ controlados

por voltagem, canais TRP

N C

2T1P

Exemplos: Canais de K+retificadores de entrada, P2XR,

ASIC, ENaC, degenerinas

N C

4T2P

Exemplo: Canais deK+ em repouso

A

B

Fig. 3.20 Arquitetura molecular dos canais iônicos. Os retângulos vermelhos e azuis representam as a hélices que atravessam

a membrana. Os grampos azuis são domínios em alça do poro (P), presentes em muitos canais, sendo os retângulos azuis as regiões

formadoras dos poros das a hélices que atravessam a membrana. Os retângulos listrados representam as regiões sensoras de voltagem

dos canais controlados por voltagem. O símbolo verde representa a partícula inativadora dos canais de sódio controlados por voltagem.

A nomenclatura do canal de potássio se baseia no número de hélices transmembrana (T) e das alças formadoras de poro (P) em cada

subunidade. Mais informações sobre canais iônicos são dadas no Capítulo 4 . ASIC, canal iônico sensível a ácido; ENaC, canal epitelial de

sódio; TRP, canal de receptor de potencial transitório.

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47

FARMACOLOGIA DOS CANAIS IÔNICOS

▼

b

CONTROLE DA EXPRESSÃO DE RECEPTORES

GPCRs

Segundosmensageiros

PKAPKC

Fosforilação

TetrodotoxinaSaxitoxina

Conotoxinas

BLOQUEIO DAINATIVAÇÃO

VeratridinaBatracotoxina

Toxinas de escorpiãoDDT, piretroides

BLOQUEIODO CANAL

Anestésicos locaisFármacos antiepilépticos

(p. ex., fenitoína)Fármacos antiarrítmicos

(p. ex., disopiramida)

ALTERAÇÃO DOMECANISMO

DE COMPORTALigantesde GPCR

BLOQUEIODO CANAL

Fig. 3.21 Domínios de ligação de fármacos dos canais de sódio controlados por voltagem ( Cap. 43 ). A multiplicidade, os

diferentes pontos de ligação e os efeitos parecem ser típicos para

muitos canais iônicos. DDT, diclorodifeniltricloroetano (dicofano,

um inseticida bem conhecido); GPCR, receptor acoplado à

proteína G; PKA, proteína quinase A; PKC, proteína quinase C.

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48

RECEPTORES E DOENÇAS

ab

b

b

a

b

REFERÊNCIAS E LEITURA COMPLEMENTAR

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49

g

bκ

κ

g

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TRADUÇÃO DA 8ª EDIÇÃO

FarmacologiaH. P. Rang, MB, BS, MA, DPhil, Hon FBPharmacolS, FMedSci, FRS

J. M. Ritter, DPhil, FRCP, FBPharmacolS, FMedSci

R. J. Flower, PhD, DSc, FBPharmacolS, FMedSci, FRS

G. Henderson, BSc, PhD, FBPharmacolS, FSB

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SEÇÃO 1 PRINCÍPIOS GERAIS 3 aspectos moleculares · moleculares alteram aspectos importantes da função celular – uma base útil para a compreensão dos efei- tos dos fármacos