Sumários
Aula 24. Bioquímica para além do estado estacionário (Cont)
19 Maio 2026, 14:00 • Federico Herrera Garcia
Retroação positiva e bifurcação fenotípica
Ao contrário da retroação negativa, a retroação positiva promove instabilidade e pode originar bistabilidade, permitindo que uma célula adote diferentes estados estáveis.
Este mecanismo é particularmente importante durante o desenvolvimento embrionário, onde células inicialmente idênticas necessitam de adquirir destinos celulares distintos.
O processo ocorre em duas fases principais. Durante a indução, as células exploram diferentes estados transitórios e reversíveis. Posteriormente, durante a estabilização, um desses estados torna-se permanente, conduzindo à diferenciação celular.
A presença de ruído molecular, resultante das flutuações aleatórias na expressão génica, favorece a transição entre estados estáveis quando existe retroação positiva, permitindo decisões celulares aparentemente espontâneas.
Latência da infeção pelo HIV
A retroação positiva também desempenha um papel fundamental na infeção pelo HIV.
Após a entrada do vírus nos linfócitos CD4+, o RNA viral é convertido em DNA e integrado no genoma da célula hospedeira. Posteriormente inicia-se a produção das proteínas reguladoras Tat e Rev, essenciais para a replicação viral.
A proteína Tat estabelece um circuito de retroação positiva, estimulando fortemente a transcrição do próprio genoma viral e aumentando significativamente a produção de RNA viral.
Quando os níveis de Tat permanecem elevados, ocorre replicação ativa do vírus. Contudo, quando os níveis de Tat são baixos, pequenas flutuações estocásticas podem determinar dois estados alternativos: um estado ativo, com produção viral intensa, ou um estado latente, no qual o vírus permanece praticamente silencioso.
A integração do HIV em regiões pouco ativas do genoma favorece a latência viral, sendo a saída deste estado dependente das flutuações aleatórias na produção de Tat.
Conclusões
A bioquímica fora do estado estacionário demonstra que o comportamento celular depende não apenas das concentrações das moléculas, mas também da dinâmica temporal dos sistemas regulatórios.
A degradação controla a velocidade de resposta dos sistemas biológicos, enquanto os mecanismos de retroação negativa promovem estabilidade e oscilações controladas. Por outro lado, a retroação positiva favorece bistabilidade e decisões celulares irreversíveis, desempenhando um papel fundamental tanto no desenvolvimento como na latência da infeção pelo HIV.
Aula 23. Bioquímica para além do estado estacionário
18 Maio 2026, 12:00 • Federico Herrera Garcia
Esta aula aborda a dinâmica dos sistemas bioquímicos fora do estado estacionário, destacando como os processos celulares variam ao longo do tempo e como diferentes mecanismos de regulação permitem às células responder a alterações do ambiente.
Escalas de tempo em bioquímica
O comportamento temporal de uma molécula pode ser descrito através do seu tempo de turnover, que representa o tempo médio necessário para que uma molécula seja consumida ou transformada, e pelo tempo de meia-vida, correspondente ao tempo necessário para reduzir a sua concentração para metade.
A velocidade com que um sistema responde a alterações depende essencialmente da taxa de degradação ou consumo das moléculas e não da sua taxa de síntese. Embora a síntese determine o nível final de estado estacionário, é a degradação que define a rapidez com que esse estado é atingido.
A resposta de um sistema a alterações na síntese ou degradação segue uma evolução exponencial até atingir um novo estado estacionário. Moléculas com tempos de vida curtos respondem rapidamente a alterações, enquanto moléculas mais estáveis apresentam respostas mais lentas.
Retroação negativa e oscilações biológicas
A retroação negativa constitui um importante mecanismo regulador que promove a estabilidade dos sistemas biológicos. Na ausência de oscilações, acelera a aproximação ao estado estacionário e reduz a variabilidade entre células.
No entanto, a retroação negativa, por si só, não é suficiente para produzir oscilações. Para que estas ocorram, é necessário existir pelo menos um passo relativamente lento na cadeia regulatória ou um aumento da complexidade e da não linearidade do circuito.
O fator de transcrição p53 constitui um exemplo clássico deste mecanismo. Em condições normais, a proteína p53 ativa a expressão da proteína Mdm2, que por sua vez promove a degradação da própria p53, estabelecendo um circuito de retroação negativa.
Quando ocorre dano no DNA, a degradação da p53 diminui, permitindo o aumento da sua concentração. Em consequência, a p53 ativa genes envolvidos na reparação do DNA, na sobrevivência celular ou na apoptose.
Após exposição à radiação gama, muitas células apresentam oscilações periódicas da concentração de p53. Embora a amplitude destas oscilações varie entre células, o período mantém-se relativamente constante, cerca de 5,5 horas.
Estas oscilações possuem relevância funcional, uma vez que atrasam a entrada da célula em senescência, proporcionando mais tempo para reparar os danos no DNA antes de serem ativados mecanismos irreversíveis de eliminação celular.
After exposure to gamma radiation, many cells display periodic oscillations in p53 concentration. Although oscillation amplitude varies among cells, the oscillation period remains remarkably consistent at approximately 5.5 hours.
These oscillations are biologically important because they delay the onset of cellular senescence, allowing additional time for DNA repair before irreversible cell fate decisions occur.
Aula 22. Transdução IV: A via da PI3K/Akt e as RhoGTPases
12 Maio 2026, 14:00 • Federico Herrera Garcia
A aula 22 centra-se na via **PI3K/Akt**, também conhecida como via **PI3K/PKB**, começando pela biologia dos fosfoinositídeos e avançando para os seus papéis na sinalização celular, sobrevivência, metabolismo, crescimento, diferenciação e regulação do citoesqueleto.
### 1. Fosfoinositídeos e sinalização lipídica
Os **fosfoinositídeos** são lípidos de membrana derivados do fosfatidilinositol. Têm uma cauda lipídica inserida na membrana e uma cabeça de inositol que pode ser fosforilada em diferentes posições.
Um exemplo central é o **PIP2**, ou fosfatidilinositol 4,5-bisfosfato, localizado na face citoplasmática da membrana. Este lípido pode ser modificado por cinases, fosfatases e fosfolipases.
A **fosfolipase C** cliva PIP2, originando dois segundos mensageiros importantes:
- **DAG**, ou diacilglicerol, que permanece na membrana.
- **IP3**, ou inositol trifosfato, que é libertado no citosol.
O IP3 pode ligar-se a receptores no retículo endoplasmático, promovendo a libertação de cálcio dos reservatórios intracelulares. O DAG, juntamente com o cálcio, participa na activação de proteínas como a PKC.
### 2. Diversidade e funções dos fosfoinositídeos
Existem vários tipos principais de fosfoinositídeos, definidos pelas posições fosforiladas no anel de inositol. Estes lípidos não são apenas componentes estruturais da membrana: funcionam como sinais espaciais que recrutam proteínas para locais específicos da célula.
Os fosfoinositídeos ancorados na membrana recrutam proteínas através de domínios específicos, como:
- **PH**
- **PX**
- **FYVE**
As suas funções incluem:
- Direccionar proteínas para organelos específicos durante o tráfego intracelular.
- Modificar propriedades biofísicas das membranas.
- Regular espacialmente vias de sinalização.
- Activar proteínas por mecanismos alostéricos.
Foram também discutidas funções menos canónicas, como a regulação de proteínas integrais de membrana, canais iónicos, GPCRs, flipases e o controlo do tráfego lipídico e da composição das membranas.
### 3. Fosfoinositídeos solúveis
Nem todos os inositóis estão presos à membrana. Alguns, como IP3, IP4, IP5 e IP6, são solúveis e têm funções celulares próprias.
O **IP6** é particularmente abundante em alguns organismos, incluindo sementes de plantas, e também existe em concentrações relevantes em células de mamíferos. Apesar de os seus alvos e funções serem menos claros do que os dos fosfoinositídeos membranares, foram destacados vários papéis:
- Regulação do receptor de IP3 e da libertação de cálcio.
- Participação na transdução de sinal por receptores acoplados a proteína G.
- Contribuição para a activação de PKC.
- Envolvimento na exportação de mRNA do núcleo para o citosol.
- Influência na remodelação da cromatina, nucleossomas e expressão génica.
### 4. Inosina, edição de RNA e IP6
A aula também aborda a edição de RNA, especialmente a conversão de adenosina em inosina por **adenosina desaminases**. Esta modificação pode ocorrer durante a transcrição no núcleo.
Durante o splicing e a tradução, a inosina pode ser reconhecida como guanosina, levando a alterações no splicing e no uso de codões. Foram referidos exemplos em mRNA e tRNA.
O IP6 foi encontrado no núcleo estrutural de algumas destas proteínas envolvidas em edição de RNA. Embora esteja longe do local catalítico, é necessário para a actividade catalítica. No entanto, não é totalmente claro se funciona apenas como cofactor estrutural ou também como regulador de sinalização.
### 5. Enzimas da sinalização lipídica
Duas grandes classes de enzimas foram destacadas:
- **Fosfolipases**, que hidrolisam fosfolípidos de membrana.
- **Cinases lipídicas**, especialmente cinases de fosfatidilinositol, que fosforilam lípidos e geram sinais intracelulares.
A sinalização lipídica é importante porque os lípidos podem funcionar tanto como sinais primários como segundos mensageiros, regulando crescimento, proliferação, diferenciação, motilidade, sobrevivência e tráfego intracelular.
### 6. PI3K e formação de PIP3
A **PI3K**, ou fosfatidilinositol-3-cinase, fosforila PIP2 para formar **PIP3**, ou fosfatidilinositol 3,4,5-trifosfato.
A reacção central da via é:
**PIP2 → PIP3**
O PIP3 torna-se então um sinal lipídico na membrana plasmática, capaz de recrutar proteínas com domínios PH, como Akt e PDK1.
A família PI3K contém vários membros. Os receptores tirosina cinase activam sobretudo a **classe IA** das PI3Ks, compostas por:
- Uma subunidade catalítica, como **p110α**.
- Uma subunidade reguladora, como **p85α**.
A activação pode ocorrer por dois mecanismos principais:
- Recrutamento da PI3K para RTKs activados através da subunidade p85.
- Activação da subunidade p110 por **Ras-GTP**, que promove a sua localização na membrana e aumenta a actividade catalítica.
### 7. PI3K em astrogliogénese e integração de vias
A aula inclui exemplos experimentais sobre astrogliogénese adulta e patológica. As vias de **IL-6/JAK/STAT3** e **TGF-β/BMP/Smad** convergem na regulação de genes como **GFAP**, um marcador astroglial.
Também se discute o papel do ácido retinóico, do receptor **RARα** e da via **PI3K** na modulação desta resposta. A ideia central é que a diferenciação astroglial resulta da integração de múltiplos sinais, incluindo STAT3, Smads, p300/CBP, RARα e PI3K.
Foi ainda apresentada a técnica **MudPIT**, uma estratégia de proteómica multidimensional usada para identificar proteínas e fosfoproteínas em misturas complexas. O processo inclui extracção proteica, isolamento de fosfoproteínas, digestão, separação cromatográfica, análise por espectrometria de massa e atribuição de péptidos a proteínas.
### 8. PTEN como antagonista da PI3K
Os níveis de PIP3 dependem do equilíbrio entre **PI3K** e **PTEN**.
- PI3K converte PIP2 em PIP3.
- PTEN desfosforila PIP3, revertendo-o para PIP2.
A **PTEN** é uma fosfatase de fosfoinositídeos e funciona como supressor tumoral. Ao reduzir PIP3, diminui a activação da via **Akt/PKB**. Por isso, mutações ou perda de PTEN podem levar a activação excessiva de Akt, favorecendo crescimento celular, sobrevivência e tumorigenese.
### 9. Recrutamento e activação de Akt
O PIP3 permite a co-localização de **Akt/PKB** e **PDK1** na membrana plasmática através dos seus domínios PH.
Este recrutamento é essencial porque aproxima a cinase PDK1 de Akt, favorecendo a fosforilação e activação de Akt. Uma vez activada, Akt regula múltiplos processos celulares, incluindo:
- Sobrevivência celular.
- Metabolismo.
- Crescimento celular.
- Tradução proteica.
- Progressão do ciclo celular.
### 10. Akt e regulação de FOXO
A família **FOXO** inclui factores de transcrição que promovem a expressão de genes pró-apoptóticos e inibidores do ciclo celular, sobretudo em resposta a stress celular.
Quando Akt está activa, fosforila FOXO. A FOXO fosforilada liga-se a proteínas **14-3-3**, o que promove a sua retenção fora do núcleo ou a sua exportação nuclear. Assim, Akt reduz a actividade transcricional de FOXO e favorece a sobrevivência e proliferação celular.
Em condições de stress, fosfatases como PP2A podem desfosforilar FOXO, permitindo a sua entrada no núcleo e activação de genes de resposta ao stress.
### 11. Proteínas 14-3-3
As proteínas **14-3-3** são proteínas reguladoras abundantes e redundantes. Existem sete genes em animais e mais em plantas.
Estas proteínas:
- Formam homo- ou heterodímeros.
- Reconhecem motivos contendo serina ou treonina fosforiladas.
- Ligam-se a proteínas alvo através de uma fenda anfipática.
- Regulam localização, estabilidade, actividade e interacções proteína-proteína.
Na via PI3K/Akt, são importantes porque se ligam a alvos fosforilados por Akt, como FOXO e BAD.
### 12. Akt, BAD e sobrevivência celular
Akt também promove sobrevivência celular através da fosforilação de **BAD**, uma proteína pró-apoptótica da família Bcl-2.
Quando BAD está desfosforilada, liga-se a proteínas anti-apoptóticas como **Bcl-2** e **Bcl-xL**, impedindo-as de bloquear BAX e BAK. Isto permite a formação de poros na membrana externa mitocondrial, libertação de citocromo c e activação da cascata das caspases.
Quando Akt fosforila BAD, BAD liga-se a proteínas 14-3-3 e fica inibida. Assim, Bcl-2 e Bcl-xL continuam a bloquear BAX e BAK, impedindo a libertação de citocromo c e favorecendo a sobrevivência celular.
### 13. Akt, GSK3 e metabolismo
Akt fosforila e inactiva **GSK3**, ou glycogen synthase kinase 3.
A inactivação de GSK3 promove:
- **Glicogénese**, através da activação indirecta da glicogénio sintase.
- **Síntese proteica**, através de efeitos em factores de iniciação da tradução, como eIF2B.
Isto liga a via PI3K/Akt ao metabolismo energético e ao crescimento celular.
### 14. Cross-talk com Wnt e beta-catenina
A aula mostra também uma ligação entre PI3K/Akt, GSK3β e a via **Wnt/beta-catenina**.
Na ausência de Wnt, a beta-catenina é fosforilada por um complexo de destruição que inclui GSK3β, sendo depois degradada pelo proteassoma.
Quando Wnt está activo, ou quando GSK3β é inibida por vias como PI3K/Akt, a beta-catenina acumula-se, entra no núcleo e regula genes através de TCF/LEF.
Foram apresentados exemplos em planárias, em que a manipulação de beta-catenina altera padrões de regeneração, evidenciando a importância desta via na determinação de identidade tecidular e polaridade corporal.
### 15. Akt e mTOR
Akt estimula a via **mTOR**, uma cinase de serina/treonina que regula processos como:
- Forma celular.
- Crescimento celular.
- Transcrição génica.
- Síntese proteica.
- Metabolismo.
- Proliferação.
- Autofagia.
A proteína mTOR integra dois complexos principais:
- **mTORC1**
- **mTORC2**
### 16. mTORC1 e síntese proteica
O **mTORC1** funciona como sensor de nutrientes e energia, controlando a síntese proteica em resposta a estímulos proliferativos.
A via envolve a pequena GTPase **Rheb**, membro da superfamília Ras. Quando Rheb está activa, estimula mTORC1.
Em baixa energia, AMPK activa o complexo TSC1/TSC2, que funciona como GAP de Rheb, reduzindo Rheb-GTP e inibindo mTORC1.
Quando mTORC1 está activo, promove tradução proteica através de alvos como:
- **S6K**
- **4E-BP1**
Isto aumenta a síntese proteica e contribui para crescimento celular.
### 17. mTORC2, Rho GTPases e citoesqueleto
O **mTORC2** regula o citoesqueleto de actina. Actua estimulando pequenas GTPases da família Rho, como:
- **RhoA**
- **Rac1**
- **Cdc42**
Estas GTPases controlam contracção de actomiosina, formação de lamelipódios, filopódios, adesões celulares, polimerização de actina e migração celular.
A aula termina reforçando que PI3K também regula directamente pequenas Rho GTPases, ligando a sinalização de crescimento e sobrevivência à motilidade celular e reorganização do citoesqueleto.