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Aula 21. Transdução III: Kinase receptor signaling
11 Maio 2026, 12:00 • Federico Herrera Garcia
A aula 15 aborda a transdução de sinal mediada por receptores associados a enzimas, com foco nos receptores tirosina cinase, nas GTPases da superfamília Ras e nas cascatas de cinases MAPK, especialmente a via ERK.
### 1. Classes principais de receptores de superfície ligados a enzimas
Foram distinguidas três grandes classes:
- **Receptores associados a tirosina cinases**: não têm actividade cinase intrínseca, mas associam-se a proteínas intracelulares com actividade tirosina cinase, como nas vias **citocina/JAK-STAT**.
- **Receptores serina/treonina cinase**: fosforilam resíduos de serina ou treonina em proteínas reguladoras da expressão génica, como na via **TGF-β/Smad**.
- **Receptores tirosina cinase** ou **RTKs**: possuem actividade tirosina cinase intrínseca e fosforilam resíduos de tirosina em proteínas de sinalização intracelular, como o **EGFR**.
Nos RTKs, a ligação do ligando promove geralmente dimerização ou reorganização do receptor, activação da actividade cinase e fosforilação de tirosinas no domínio citosólico.
### 2. Fosforilação e recrutamento de efectores
A fosforilação de resíduos específicos de tirosina cria locais de ligação para proteínas que reconhecem **fosfotirosinas**. Estas proteínas contêm domínios modulares, sobretudo:
- **SH2**: reconhece fosfotirosinas e sequências adjacentes específicas. A especificidade depende dos aminoácidos em redor da tirosina fosforilada.
- **PTB**: também reconhece motivos com fosfotirosina, frequentemente do tipo **NPXpY**, com determinantes de especificidade do lado N-terminal da fosfotirosina.
- **SH3**: reconhece motivos ricos em prolina, tipicamente com a sequência mínima **PxxP**.
O mesmo RTK pode recrutar várias proteínas contendo domínios SH2 ou PTB, permitindo activar diferentes vias de sinalização em paralelo. A especificidade da resposta depende das sequências fora do domínio cinase e dos locais de fosforilação disponíveis.
### 3. Activação dos efectores dos RTKs
Os RTKs activam moléculas efectoras por vários mecanismos:
- **Fosforilação**, que pode induzir alterações conformacionais e activar proteínas.
- **Alteração conformacional**, quando a ligação ao receptor coloca o domínio catalítico numa conformação activa.
- **Translocação**, quando substratos e activadores passam a localizar-se na mesma região celular, por exemplo na membrana plasmática.
- **Montagem de complexos de sinalização**, mediada por domínios modulares como SH2, PTB, SH3 e PH.
Estas interacções permitem que proteínas adaptadoras e enzimas transmitam o sinal para múltiplas vias, incluindo PI3K/Akt, PLCγ/PKC, Ras/MAPK e vias relacionadas com o citoesqueleto.
### 4. GTPases da superfamília Ras
As GTPases funcionam como interruptores moleculares:
- Estão **activas** quando ligadas a GTP.
- Estão **inactivas** quando ligadas a GDP.
- Hidrolisam GTP lentamente por si próprias, sendo reguladas por proteínas auxiliares.
Os principais reguladores são:
- **GEFs**: promovem a troca de GDP por GTP, activando a GTPase.
- **GAPs**: estimulam a hidrólise de GTP para GDP, inactivando a GTPase.
- **GDIs**: mantêm algumas GTPases, especialmente Rho, no citosol e impedem a dissociação de GDP.
A superfamília Ras inclui várias subfamílias com funções distintas:
| Subfamília | Função principal |
|---|---|
| Ras | Crescimento celular |
| Arf | Transporte vesicular |
| Rab | Tráfego de membranas |
| Miro | Transporte mitocondrial |
| Ran | Transporte nuclear |
| Rho | Dinâmica do citoesqueleto e motilidade celular |
### 5. Activação de Ras por RTKs
Um mecanismo clássico de activação de Ras envolve o adaptador **Grb2** e a GEF **Sos**:
1. O RTK activado fica fosforilado em tirosinas.
2. **Grb2** liga-se ao receptor através do seu domínio SH2.
3. Os domínios SH3 de Grb2 recrutam **Sos**.
4. Sos promove a troca de GDP por GTP em Ras.
5. Ras-GTP activa vias efectoras, incluindo a cascata **RAF–MEK–ERK**.
Ras foi inicialmente identificado em vírus de sarcoma de rato e, posteriormente, foram encontrados genes Ras celulares humanos. Existem três genes principais: **H-Ras, K-Ras e N-Ras**. Mutações em Ras são frequentes em vários carcinomas humanos, muitas vezes afectando resíduos críticos como **Gly12** e **Gln61**, que comprometem a hidrólise de GTP e mantêm Ras constitutivamente activa.
### 6. Rho GTPases e citoesqueleto de actina
As GTPases da família Rho regulam fortemente a organização do citoesqueleto de actina. As mais estudadas são:
- **RhoA**: promove a formação de fibras de stress.
- **Rac1**: promove lamelipódios.
- **Cdc42**: promove filopódios.
A activação constitutiva destas GTPases, por exemplo por mutações que reduzem a actividade GTPase, induz respostas específicas na organização dos filamentos de actina.
As **Rho-GEFs** promovem a activação das Rho GTPases por troca de GDP por GTP. As **Rho-GAPs** aceleram a hidrólise de GTP. Ambas possuem domínios adicionais que determinam localização, especificidade e integração com outros sinais celulares.
### 7. Diferenças entre Ras e Rho
Ras e Rho diferem, entre outros aspectos, na modificação lipídica do domínio **CAAX**. A prenilação consiste na adição de um lípido ao grupo sulfidrilo de uma cisteína, permitindo associação com membranas.
Nas Rho GTPases existe ainda um regulador adicional importante: **Rho-GDI**. Este:
- Retira Rho-GDP da membrana plasmática.
- Mantém Rho-GDP sequestrada no citosol.
- Protege Rho da degradação.
- Transporta Rho para a membrana adequada quando chega o sinal correcto.
Por isso, o Rho-GDI funciona como uma espécie de “guarda-costas” das Rho GTPases.
### 8. Cross-talk e integração de vias
As vias activadas por RTKs não funcionam de forma isolada. Existe **cross-talk** entre diferentes módulos de sinalização, como Ras, Rac, PI3K, PAK1, AKT, RAF, MEK e ERK. Esta integração permite que a célula combine sinais de crescimento, adesão, sobrevivência, motilidade e diferenciação.
Em contexto patológico, esta integração pode contribuir para crescimento tumoral, sobrevivência celular, angiogénese e metástase.
### 9. Cascata ERK MAPK
A via **ERK MAPK** é apresentada como uma das cascatas de sinalização mais canónicas. A sequência central é:
**RTK → Ras → RAF → MEK → ERK**
Nesta via:
- Ras-GTP activa RAF, uma MAP cinase cinase cinase.
- RAF fosforila e activa MEK, uma MAP cinase cinase.
- MEK fosforila e activa ERK, uma MAP cinase.
- ERK pode translocar-se para o núcleo e fosforilar factores de transcrição.
- A activação de factores de transcrição induz genes de resposta imediata, incluindo genes relacionados com progressão no ciclo celular, como ciclinas G1.
A cascata gera **amplificação forte** do sinal, porque cada enzima activada pode activar várias moléculas a jusante.
Existem também outras cascatas MAPK clássicas, incluindo vias que levam à activação de **JNK**, **ERK5** e **p38**, em resposta a estímulos como integrinas, stress oxidativo e IL-1.
### 10. Regulação espacial, isoformas e andaimes proteicos
A intensidade e a especificidade da via ERK são reguladas por:
- **Relocalização dos componentes da via**, como K-Ras, RAF, MEK e ERK.
- **Proteínas andaime**, como **KSR**, que aproximam RAF, MEK e ERK e tornam a fosforilação de MEK mais eficiente.
- **Diversidade de isoformas**, incluindo H-Ras, K-Ras, N-Ras, A-RAF, B-RAF, C-RAF, MEK1, MEK2, ERK1 e ERK2.
- **Expressão específica por tecido** e diferenças de regulação ou especificidade de substrato.
Esta diversidade permite que a mesma arquitectura geral da via produza respostas celulares diferentes.
### 11. Dinâmica da activação de ERK
A duração da activação de ERK influencia o destino celular:
- **Activação transitória** de ERK tende a estar associada a respostas como quiescência ou respostas proliferativas limitadas.
- **Activação sustentada** de ERK pode conduzir a proliferação ou diferenciação, dependendo do tipo celular e do estímulo.
Nos exemplos com células PC12, o **EGF** induz uma activação mais transitória de ERK e está associado a proliferação, enquanto o **NGF** induz uma activação mais sustentada e está associado a diferenciação.
### 12. Inactivação dos RTKs
Para que a célula responda adequadamente a factores de crescimento, o sinal tem de ser terminado. A inactivação pode ocorrer em vários níveis:
- Remoção ou antagonismo do ligando.
- Antagonismo do receptor.
- Fosforilação e desfosforilação.
- Endocitose do receptor.
- Degradação do receptor pela via ubiquitina-proteassoma ou por degradação lisossomal.
Muitos RTKs são internalizados após activação através de vesículas revestidas por clatrina. Depois da endocitose, os receptores podem ser reciclados para a membrana ou enviados para degradação, contribuindo para a diminuição da sinalização.
Aula 20. Transdução II: Transmissão Sináptica (Cont)
5 Maio 2026, 14:00 • Federico Herrera Garcia
### 7. Integração de sinais pelos neurónios
Os neurónios não respondem apenas a um único input. Integram múltiplos sinais através de:
- **somação temporal**, quando vários sinais chegam em rápida sucessão ao mesmo local;
- **somação espacial**, quando sinais chegam simultaneamente a diferentes regiões da célula.
A resposta final depende da forma do neurónio, da resistência do axónio, da distribuição dos canais iónicos e das propriedades eléctricas da membrana.
### 8. Transmissão nervosa e perceção sensorial
A aula liga a transmissão nervosa à perceção sensorial, destacando a importância dos mecanismos moleculares da dor, tacto, temperatura, audição, visão e olfacto.
São mencionados vários Prémios Nobel relacionados com estes temas, incluindo o Nobel de Fisiologia ou Medicina de 2021, atribuído a **David Julius** e **Ardem Patapoutian** pelas descobertas de recetores de temperatura e tacto.
### 9. Nociceptores, capsaicina e canais TRP
Os **nociceptores** são neurónios periféricos que respondem a estímulos nocivos químicos, mecânicos ou térmicos.
A capsaicina, presente em alimentos picantes, ativa nociceptores e produz sensação de calor/dor. A exposição prolongada pode causar dessensibilização, explicando o uso aparentemente paradoxal da capsaicina como analgésico.
A identificação do recetor da capsaicina envolveu:
- produção de cDNA a partir de neurónios sensoriais;
- clonagem de milhões de cDNAs;
- expressão em células HEK293, que normalmente não respondem à capsaicina;
- identificação de células que passaram a responder à capsaicina;
- descoberta do canal VR1, hoje conhecido como **TRPV1**.
O TRPV1 é um canal iónico ativado por calor e capsaicina, relevante na via da dor. Outros canais TRP também participam na deteção sensorial:
- **TRPM8**: associado à deteção de frio e à sensação refrescante do mentol;
- **TRPA1**: responde a compostos como wasabi, mostarda, alho e rábano.
### 10. Mecanotransdução e canais Piezo
A mecanotransdução é a conversão de estímulos mecânicos em sinais celulares. É importante para:
- tacto;
- propriocepção;
- audição;
- desenvolvimento;
- resistência a estiramentos;
- controlo do tónus vascular e muscular;
- regulação do fluxo sanguíneo.
Durante muito tempo, os recetores responsáveis por estas respostas eram desconhecidos. A aula descreve a identificação dos canais **Piezo1** e **Piezo2** através de rastreios com siRNA em células que respondiam à pressão com entrada de cálcio.
A estratégia experimental incluiu:
1. silenciamento de genes candidatos;
2. identificação de Piezo1 como candidato essencial;
3. sobreexpressão de Piezo1 em células HEK que não respondiam a estímulos mecânicos;
4. demonstração de que essas células passavam a responder;
5. identificação posterior de Piezo2.
Experiências em ratinhos knockout confirmaram a importância fisiológica destes canais.
### 11. Optogenética
A parte final da aula introduz a **optogenética**, isto é, o controlo da atividade celular através da luz usando proteínas sensíveis à luz.
As **opsinas**, associadas ao retinal, podem funcionar como canais ou bombas iónicas ativadas por luz. Um exemplo central é a **channelrhodopsin-1**, identificada em algas verdes, que funciona como canal de protões ativado por luz.
A expressão destas proteínas em sistemas como ovócitos de Xenopus permitiu demonstrar que a luz podia induzir correntes iónicas. Mais tarde, a optogenética foi aplicada ao controlo de neurónios em escalas de milissegundos, permitindo ativar ou silenciar circuitos neuronais específicos em animais vivos.
Foram depois desenvolvidas várias ferramentas optogenéticas:
- opsinas mais rápidas;
- opsinas biestáveis;
- opsinas ativadas por diferentes comprimentos de onda;
- canais de cloreto derivados de channelrhodopsins;
- sistemas como miniSOG, CRY2-CIBN, PhyB e LOV.
### Ideia central da aula
A transmissão sináptica depende da integração entre **gradientes iónicos, canais de membrana, potenciais eléctricos e recetores especializados**. Estes mecanismos explicam não só a comunicação entre neurónios, mas também fenómenos sensoriais como dor, calor, frio, tacto e resposta mecânica. A aula mostra ainda como a descoberta de canais como **TRPV1**, **TRPM8**, **TRPA1**, **Piezo1**, **Piezo2** e **channelrhodopsins** transformou a neurobiologia moderna e abriu caminho a ferramentas como a optogenética.
Aula 19. Transdução II: Transmissão Sináptica
4 Maio 2026, 12:00 • Federico Herrera Garcia
Esta aula aborda a **transdução de sinais na transmissão sináptica**, começando pela ideia geral de que as células detetam sinais do meio através de **proteínas recetoras**, com destaque para os **canais iónicos dependentes de ligando**, que atuam rapidamente e são fundamentais na comunicação neuronal.
### 1. Transmissão neuronal e sinapses
A transmissão neuronal pode ocorrer através de **sinapses químicas** ou **sinapses eléctricas**. Nas sinapses químicas, o sinal é transmitido por neurotransmissores libertados por vesículas sinápticas. Nas sinapses eléctricas, a comunicação ocorre diretamente entre células através de **gap junctions**, permitindo a passagem de iões e pequenas moléculas.
A aula destaca dois princípios fundamentais:
- **Princípio da polarização dinâmica**: a informação flui de forma direcional no neurónio, geralmente das dendrites/corpo celular para o axónio e terminal sináptico.
- **Princípio da especificidade conexional**: os neurónios estabelecem ligações específicas com determinadas células-alvo, não comunicando de forma aleatória.
### 2. Estado estacionário iónico e potencial de membrana
Os neurónios mantêm um **potencial de membrana em repouso**, normalmente entre cerca de −40 mV e −80 mV. Este potencial depende sobretudo dos gradientes de potássio, embora o sódio e o cloreto também contribuam.
A bomba de sódio-potássio consome uma parte significativa do ATP celular para manter estes gradientes: transporta potássio para dentro da célula e sódio para fora. Assim, a manutenção do potencial de membrana é energeticamente dispendiosa, mas essencial para a excitabilidade neuronal.
O equilíbrio do potássio depende de dois factores:
- o **gradiente de concentração**, que tende a fazer o potássio sair da célula;
- o **gradiente eléctrico**, que pode contrariar essa saída e atrair potássio para o interior.
### 3. Propriedades passivas dos neurónios
Os neurónios podem ser comparados a circuitos eléctricos simples:
- os **canais iónicos** funcionam como condutores ou resistências;
- os **gradientes iónicos** funcionam como pilhas;
- a **bicamada lipídica** funciona como um condensador, pois consegue armazenar carga.
Estas propriedades passivas influenciam:
- a amplitude e duração dos potenciais;
- o limiar de ativação no cone axónico;
- a velocidade de propagação do potencial de ação.
Como os sinais eléctricos passivos se degradam com a distância, os neurónios usam mecanismos para compensar esta limitação.
### 4. Comunicação célula-célula na sinapse química
A transmissão sináptica química segue uma sequência típica:
1. O potencial de ação chega ao terminal pré-sináptico.
2. Canais de cálcio dependentes de voltagem abrem.
3. O cálcio entra na célula pré-sináptica.
4. A entrada de cálcio desencadeia a fusão de vesículas sinápticas com a membrana.
5. O neurotransmissor, por exemplo acetilcolina, é libertado na fenda sináptica.
6. O neurotransmissor liga-se a recetores pós-sinápticos.
7. Canais iónicos dependentes de ligando abrem, permitindo a entrada de sódio.
8. A membrana pós-sináptica despolariza.
9. Se o limiar for atingido, gera-se um novo potencial de ação.
### 5. Potencial de ação
O potencial de ação é um sinal eléctrico rápido e estereotipado. Tem várias características importantes:
- segue a lei do **tudo ou nada**;
- propaga-se ao longo do axónio **sem decaimento**;
- é normalmente **unidirecional**, devido ao período refractário;
- depende sobretudo de canais de sódio e potássio dependentes de voltagem;
- a densidade de canais iónicos influencia o limiar de ativação.
Durante o potencial de ação, a entrada de sódio causa despolarização, enquanto a saída de potássio contribui para a repolarização. Depois, a bomba sódio-potássio ajuda a restaurar os gradientes iónicos.
A **fase refractária** impede que os canais sejam imediatamente reativados, garantindo que o sinal avance numa só direção.
### 6. Estratégias para aumentar a velocidade de condução
Como as propriedades passivas limitam a transmissão do sinal, os neurónios usam estratégias compensatórias:
- **mielinização do axónio**, que permite condução saltatória entre os nódulos de Ranvier;
- **aumento do diâmetro axonal**, que reduz a resistência interna ao fluxo de corrente;
- **distribuição variável de canais iónicos**, que ajusta a excitabilidade em diferentes regiões do neurónio.
O exemplo dos axónios gigantes de lula mostra que um maior diâmetro permite transmissão mais rápida, porque reduz a resistência ao fluxo eléctrico.