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Tratado de Fisiologia Veterinária

Resumo de Livro

CAP 1 – Bases Celulares e Moleculares da Regulação Fisiológica

  1. Papel Central das Proteínas:
    • Todas as alterações fisiológicas são mediadas por uma única classe de macromoléculas poliméricas: as proteínas.
    • A função da proteína depende da sua forma e das modificações nessa forma.
    • As funções das proteínas podem ser divididas em categorias como catálise, acoplamento, transporte, estrutura e sinalização. Proteínas multifuncionais cumprem funções fisiológicas importantes.
  2. Funções Específicas das Proteínas:
    • Catálise: Proteínas catalisadoras, chamadas enzimas, aumentam drasticamente a taxa de reações químicas. Um exemplo é a série de reações enzimáticas que converte a tirosina nas moléculas de sinalização dopamina, norepinefrina e epinefrina (catecolaminas). A especificidade de ligação das enzimas é crucial nesse processo.
    • Acoplamento: Proteínas podem acoplar a hidrólise de ATP (trifosfato de adenosina) para realizar trabalho mecânico, como no músculo.
    • Transporte: Proteínas constituem a via de transporte para a maioria das moléculas e todos os íons através das membranas biológicas. O transporte pode ser passivo (facilitado por proteínas do alto para o baixo potencial eletroquímico, como canais de íons) ou ativo (bombear íons/moléculas para regiões de maior energia livre, como a bomba Na+, K+-ATPase que bombeia 3 Na+ para fora e 2 K+ para dentro da célula por ATP hidrolisado). O transporte passivo de K+ através da membrana plasmática contribui para o potencial elétrico. Moléculas pequenas, sem carga e oleosas podem penetrar biomembranas sem auxílio de proteínas. Equações de transporte resumem forças motrizes.
    • Estrutura: Proteínas (como actina e miosina) formam filamentos que unem células e dão estrutura/organização às células e agregações multicelulares (tecidos, órgãos). A estrutura interna da célula muscular e sua capacidade de trabalho dependem das propriedades das proteínas musculares.
    • Sinalização: A sinalização celular envolve mudanças controladas na forma da proteína. Algumas proteínas têm função puramente informativa. A especificidade de ligação e o alosterismo (mudança de forma induzida por ligação em um local diferente do sítio ativo) são importantes na função fisiológica, regulando a síntese enzimática e a contração muscular. A fosforilação da tirosina hidroxilase (enzima na síntese de catecolaminas) por hormônios/neurotransmissores aumenta sua atividade. A ligação dos produtos finais (dopamina, norepinefrina, epinefrina) à tirosina hidroxilase em um local diferente inibe a atividade enzimática, sendo um caso clássico de inibição do produto final por controle alostérico.
  3. Membranas Biológicas:
    • São compostas por uma dupla camada fosfolipídica com proteínas intrínsecas de membrana encravadas. Os fosfolipídios possuem caudas hidrofóbicas (ácidos graxos) e cabeças hidrofílicas (fosfato).
    • O modelo de mosaico fluido descreve essa estrutura, onde as proteínas se movem na camada lipídica fluida.
    • As membranas biológicas têm quatro funções amplas:
      • Compartimentalização: Separar e segregar diferentes regiões (ex: lisossomos).
      • Transporte seletivo: Controlar a passagem de substâncias.
      • Processamento e transmissão da informação: Envolvem proteínas receptoras.
      • Organização de reações bioquímicas no espaço: Ex: organização de proteínas na via do cAMP.
  4. Transmissão e Transdução da Informação (Sinalização Celular):
    • A sinalização celular ocorre tipicamente em uma longa cadeia de interações moleculares sequenciais.
    • As vias de sinalização são iniciadas pela ligação de uma molécula extracelular (ligando) a uma proteína receptora. A informação fisiológica específica reside no complexo receptor/ligando.
    • Receptores: Existem três grandes famílias importantes na função fisiológica:
      • Receptores Associados à Proteína G (GPCRs): Maior família (superfamília), regulam quase todos os processos fisiológicos. São proteínas integrais de membrana que atravessam a dupla camada lipídica sete vezes. Frequentemente auxiliam na regulação via segundos mensageiros. Associam-se a proteínas G heterotriméricas (alfa, beta, gama) que atuam como chaves moleculares “liga-desliga” pela ligação com GTP ou GDP.
      • Receptores Tirosina Cinases (RTKs): Proteínas de membrana intrínsecas. Ligam-se a fatores de crescimento e ativam diretamente uma atividade de proteína cinase intracelular (fosforilam resíduos de tirosina). Não necessitam de segundos mensageiros no sentido clássico. Discutidos mais a fundo no Capítulo 2.
      • Receptores Nucleares: Proteínas intracelulares solúveis (não de membrana). Transduzem sinais de moléculas lipídicas (hormônios esteroides e tireoidianos, vitaminas A e D, gorduras da dieta) que podem atravessar a membrana plasmática. Atuam diretamente como fatores de transcrição, ligando-se a regiões específicas do DNA e regulando a expressão gênica. Não precisam de segundos mensageiros.
    • Segundos Mensageiros: Ions ou moléculas que transportam informação dentro do citoplasma em resposta a um sinal externo (primeiro mensageiro). Os mais importantes incluem Ca2+, AMP cíclico (cAMP), 1,4,5-trifosfato de inositol (IP3) e diacilglicerol (DAG).
      • cAMP: Produzido pela enzima adenilil ciclase (ligada à membrana) em resposta à ligação hormônio/neurotransmissor a receptores (geralmente GPCRs via proteína G). Regula eventos de curta duração, mas também efeitos de longo prazo via transcrição gênica.
      • IP3 e DAG: Produzidos pela hidrólise de um fosfolipídio da membrana (PIP2) mediada por receptor (geralmente GPCRs via proteína G ativando a fosfolipase C – FLC). O IP3 aumenta o Ca2+ citoplasmático. O DAG permanece na membrana e ativa a Proteína Quinase C (PKC).
      • Ca2+: Atua como segundo mensageiro, sendo crucial na contração muscular de todos os tipos.
  5. Conceitos Adicionais:
    • A fisiologia estuda as funções normais em animais mais evoluídos.
    • O livro é voltado para estudantes de primeiro ano de Veterinária, focando em princípios pertinentes à prática clínica.
    • A contração muscular é usada como exemplo da exploração da especificidade de ligação e alosterismo por proteínas (actina, miosina, troponina, tropomiosina). A disponibilidade de Ca2+ é crucial para iniciar a contração.
    • A síntese de catecolaminas ilustra a especificidade enzimática e a regulação alostérica por produto final.
    • Processos como endocitose e reciclagem de receptores (ex: receptor de LDL) demonstram como as membranas e proteínas gerenciam moléculas. A degradação de moléculas endocitadas após fusão com lisossomos pode regular o número de receptores na membrana.
    • A regulação da expressão gênica pelos receptores nucleares (fatores de transcrição) é um mecanismo fundamental para efeitos de longo prazo. A expressão gênica diferencial é importante na fisiologia e medicina veterinária.

Em resumo, o Capítulo 1 estabelece que as proteínas são os mediadores fundamentais de todas as funções fisiológicas, atuando como catalisadores (enzimas), transportadores, elementos estruturais e componentes-chave na sinalização celular. As membranas biológicas, compostas por dupla camada lipídica e proteínas, compartimentalizam a célula, controlam o transporte, processam informações e organizam reações. A sinalização celular, frequentemente iniciada pela ligação de moléculas extracelulares a receptores de membrana ou intracelulares, utiliza proteínas G e segundos mensageiros para amplificar e transmitir a informação, levando a respostas celulares de curto e longo prazo, incluindo a regulação da expressão gênica.

CAP 2 – Câncer: Doença de Proliferação, Vida e Morte Celular

  1. A Origem do Câncer
    • O câncer é primariamente uma doença genética e celular, embora geralmente não seja hereditária.
    • Ele surge do acúmulo de mutações em uma única célula somática (não reprodutora) ao longo do tempo. Essas mutações ocorrem ao acaso ou por fatores ambientais (como radiação ou químicos).
    • Os descendentes dessa célula mutante inicial acumulam mutações adicionais, levando a um dano progressivo no controle da proliferação, duração da vida e morte celular. Isso confere uma vantagem seletiva às células mutantes em relação às células normais vizinhas.
    • Acredita-se que o acúmulo de mutações é necessário, mas talvez não suficiente; alguns argumentam que a doença também requer instabilidade genética em larga escala, como a aneuploidia (conjuntos anormais de cromossomos), que é comum em tumores espontâneos.
    • As mutações podem ser trocas de pares de bases, deleções ou inserções.
    • As mutações que causam câncer geralmente ocorrem em células somáticas, sendo passadas para outras células somáticas por divisão celular, e não para descendentes por reprodução sexual. Apenas cerca de 10% dos cânceres são hereditários (resultante de mutação na linhagem germinativa).
    • Os diferentes tipos tradicionais de câncer (carcinomas, sarcomas, leucemias) compartilham amplamente formas semelhantes de disfunção no controle da proliferação, suicídio e duração da vida celular.
  2. Controle do Ciclo Celular (Proliferação)
    • A divisão celular ocorre em um ciclo regular, semelhante a um relógio.
    • O ciclo possui fases distintas: G1, S (síntese de DNA), G2 e M (mitose). Durante G1 e G2 (“gap”), a célula se prepara para as fases S e M, respectivamente.
    • A replicação do DNA na fase S e a segregação dos cromossomos na fase M devem ser altamente precisas.
    • Pontos de checagem (checkpoints) interrompem o ciclo celular se danos (ex: no DNA) ou alinhamento incorreto dos cromossomos forem detectados.
    • As “máquinas” que dirigem o ciclo celular são as Cinases Dependentes de Ciclina (CDKs), que são ativadas durante G1 e G2 para direcionar a célula para as fases S e M.
    • As CDKs formam pares com Ciclinas, e diferentes fases do ciclo são associadas a distintos pares ciclina-CDK. A superexpressão de certas ciclinas (D, A, E) está associada a vários cânceres.
    • As máquinas CDK são controladas tanto por estimuladores (oncogenes) quanto por inibidores (supressores de tumor).
  3. Estimuladores da Proliferação Celular: Via do Fator de Crescimento e Adesão Celular
    • Dois estimuladores primários estão implicados no câncer: fatores de crescimento (solúveis) e adesão celular.
    • Via do Fator de Crescimento: Fatores de crescimento (proteínas secretadas) ligam-se e ativam Receptores Tirosina Cinases (RTKs), que são proteínas integrais de membrana com atividade enzimática (cinase). Os RTKs fosforilam resíduos de tirosina, o que está associado ao estímulo para proliferação. Eles transmitem o sinal através da membrana sem necessitar de segundos mensageiros clássicos.
    • Após a ativação do RTK, a via continua com a ativação do produto proteico do proto-oncogene Ras. Ras é uma pequena proteína G que age como uma chave “liga-desliga” pela ligação de GTP ou GDP. Mutação de ganho de função em ras (perda da atividade GTPase) mantém a chave “ligada”, estimulando a divisão celular independentemente do sinal inicial. Mutações em Ras são comuns (~30%) em cânceres humanos.
    • Ras ativado, por sua vez, ativa uma cascata de três cinases conservadas conhecida como Via MAP Cinase. Esta via leva à ativação de fatores de transcrição (como Myc) que promovem a expressão de genes envolvidos no ciclo celular (ex: ciclina D).
    • Adesão Celular: Células normais precisam estar aderidas umas às outras ou à matriz extracelular (MEC) para se dividir (crescimento dependente de ancoragem). Células cancerosas perdem essa restrição e podem dividir-se e sobreviver em suspensão, facilitando a metástase.
    • A adesão celular (célula-célula e célula-MEC) também ativa a Via MAP Cinase, semelhante aos fatores de crescimento. Receptores de adesão, como as Integrinas (ligam-se à MEC), ativam cinases como Src e Fak (cinase de adesão focal), que então ativam a via MAP cinase, estimulando a divisão celular. Src foi o primeiro oncogene descoberto. Mutações ou superexpressão de src e fak contribuem para o câncer.
    • Oncogenes são versões mutantes de genes normais (proto-oncogenes) que promovem a proliferação celular, muitas vezes devido a mutações de “ganho de função” que ativam permanentemente elementos da via.
  4. Supressores de Tumor: Inibidores do Ciclo Celular
    • Supressores de tumor agem como os “freios” no controle do ciclo celular, controlando os pontos de checagem.
    • Dividem-se em Porteiros (envolvidos diretamente na maquinaria de ponto de checagem) e Zeladores (envolvidos no reparo de danos ou manutenção).
    • Porteiros Importantes:
      • Retinoblastoma (Prb): Proteína codificada pelo gene rb, o primeiro supressor de tumor clonado. Controla a transição de G1 para a fase S. Prb inibe o fator de transcrição E2F, que é necessário para a expressão de genes da fase S (incluindo certas ciclinas e CDKs). A fosforilação de Prb pelas CDKs de G1 libera E2F, permitindo que a célula entre na fase S. Mutações no gene rb impedem essa inibição, levando à divisão celular descontrolada.
      • P53: Ativada em resposta a danos celulares (principalmente DNA), estresse (baixa O2) ou ativação de oncogenes. P53 é um fator de transcrição que promove a expressão de genes que causam parada do ciclo celular (via um inibidor geral de CDK) ou apoptose. Mutações em P53 são muito comuns (~50% dos cânceres humanos). Na presença de oncogenes, P53 tende a favorecer o suicídio celular.
  5. Regulação do Suicídio Celular e Duração da Vida Celular
    • Além da proliferação, o câncer envolve resistência à morte celular programada e aquisição de “imortalidade”.
    • Apoptose: O processo de suicídio celular programado. É uma morte celular limpa e ordenada, diferente da necrose (morte por dano externo que causa inflamação). As células cancerosas são frequentemente resistentes à apoptose. A maioria das terapias anticâncer busca estimular a apoptose nas células tumorais.
    • A apoptose é mediada por enzimas proteolíticas chamadas Caspases. Existem vias intrínseca e extrínseca que levam à ativação das caspases.
      • A via extrínseca é iniciada pela ligação de um sinal externo a um “receptor de morte” na superfície celular.
      • A via intrínseca responde a danos internos ou estresse. Elementos chave incluem P53 (que pode ativar genes pró-apoptóticos), mitocôndrias (que liberam proteínas como o citocromo c em resposta a sinais pró-apoptóticos) e a família de proteínas Bcl (que inclui membros pró e antiapoptóticos; o balanço entre eles determina se a célula vive ou morre). A resistência à apoptose no câncer pode envolver mutações em P53, diminuição de mediadores pró-apoptóticos e aumento de proteínas antiapoptóticas.
    • Duração da Vida Celular e Telômeros/Telomerase: Células somáticas normais têm uma duração de vida finita, replicando-se um número limitado de vezes antes de sofrerem senescência. Essa “contagem” de divisões é feita pelos Telômeros, sequências repetitivas de DNA nas extremidades dos cromossomos. Os telômeros encurtam a cada replicação do DNA, pois as polimerases não conseguem replicar completamente as extremidades. Quando os telômeros atingem um comprimento crítico, a célula para de dividir.
    • A Telomerase é uma transcriptase reversa que pode replicar e alongar os telômeros. Em animais evoluídos, ela é normalmente expressa apenas em células embrionárias e células-tronco adultas, que possuem potencial replicativo ilimitado.
    • A expressão de telomerase em 85-90% dos cânceres é um fator crucial para a imortalidade das células tumorais, permitindo que se dividam indefinidamente.
  6. Origem do Tumor e Disseminação (Metástase)
    • Células cancerosas podem estar relacionadas a células-tronco, que são células autorrenováveis de alto potencial proliferativo que podem gerar células diferenciadas e continuar a se dividir indefinidamente.
    • Tumores não são populações homogêneas; frequentemente contêm uma variedade de células. A hipótese das células-tronco cancerosas sugere que apenas uma pequena fração das células tumorais são células-tronco com capacidade ilimitada de iniciar novos tumores, enquanto a maioria são células mais diferenciadas e com vida limitada. Esta hipótese é controversa, mas implica que as terapias podem precisar focar nessas células.
    • A metástase (disseminação do câncer a partir do tumor primário para locais distantes) é a principal causa de morte pela doença.
    • A metástase ocorre por uma cascata metastática multifásica, que envolve a célula escapar do tumor primário, atravessar barreiras teciduais, entrar na circulação (intravasamento), sobreviver no sangue, sair da circulação em um novo tecido (extravasamento) e invadir/colonizar esse novo tecido.
    • Este processo requer disfunções na adesão celular, motilidade celular e secreção de proteases.
    • A forma como a metástase leva à morte é pouco compreendida, mas frequentemente envolve caquexia, uma debilitação geral do organismo, possivelmente causada por moléculas de sinalização liberadas pelas células cancerosas.
    • O crescimento de tumores sólidos depende do desenvolvimento de novos vasos sanguíneos, um processo chamado angiogênese.
    • A angiogênese em tumores é anormal (“feridas que nunca cicatrizam”), com células endoteliais (que formam os capilares) proliferando muito mais rápido do que o normal. A vasculatura tumoral é frequentemente estrutural e funcionalmente anormal.
    • A angiogênese é regulada por um balanço entre fatores estimuladores (como VEGF – Fator de Crescimento Endotelial Vascular, induzido por lesão e hipóxia) e inibidores.
  7. Perspectivas da Terapia do Câncer
    • O futuro da terapia do câncer é promissor, mas desafiador.
    • Terapias tradicionais (quimioterapia, radioterapia) são frequentemente citotóxicas não seletivas, com efeitos colaterais significativos em células normais.
    • A tendência atual é para terapias direcionadas, que levam em conta o genótipo do tumor e alvejam especificamente as mutações ou vias disfuncionais.
    • Exemplos de sucesso incluem o Imatinib (Gleevec) para Leucemia Mieloide Crônica (alvo: BCR-ABL tirosina cinase) e o Gefitinib (Iressa) para certos cânceres de pulmão (alvo: EGFR mutado).
    • Desafios para as terapias direcionadas incluem: dificuldade em encontrar alvos eficazes que não prejudiquem células normais (toxicidade), o desenvolvimento de resistência pelas células tumorais através de novas mutações ou mecanismos, a heterogeneidade do tumor, e a redundância nas vias de controle celular.

Em suma, o Capítulo 2 descreve o câncer como uma doença complexa que resulta de disfunções genéticas acumuladas, afetando a forma como as células proliferam, morrem e mantêm sua vida útil. Essas disfunções envolvem desequilíbrios nas vias de sinalização celular (aceleradores como a via do fator de crescimento/MAP cinase) e nos mecanismos de freio (supressores de tumor como Prb e P53), além de alterações na capacidade da célula de cometer suicídio programado (apoptose) e na aquisição de imortalidade através da telomerase. O crescimento do tumor depende da angiogênese, e a disseminação (metástase) é o principal responsável pela mortalidade. As terapias futuras buscam alvejar especificamente essas disfunções moleculares, mas enfrentam desafios significativos devido à complexidade e adaptabilidade das células cancerosas.