GPCR, AMPc, GMPc, visão e olfato

1. Recetores acoplados a proteínas G

Os GPCR constituem uma grande família de recetores com sete hélices transmembranares. Detetam fotões, odores, neurotransmissores, lípidos, péptidos e hormonas. O ligando estabiliza uma conformação que ativa uma proteína G heterotrimérica na face citosólica.

2. Ciclo das proteínas G heterotriméricas

Proteínas G têm subunidades Gα, Gβ e Gγ. Gα liga GDP/GTP e tem atividade GTPase; Gβγ forma um dímero estável. Em repouso, Gα–GDP associa-se a Gβγ.

2.1 Ativação passo a passo

1. Ligando estabiliza GPCR ativo.
2. GPCR liga proteína G e funciona como GEF, abrindo o bolso de nucleótido de Gα.
3. GDP dissocia-se e GTP liga-se devido à elevada razão GTP/GDP citosólica.
4. Gα–GTP e Gβγ reorganizam-se e interagem com efetores.
5. Gα hidrolisa GTP; proteínas RGS aceleram esta etapa como GAP.
6. Gα–GDP reassocia-se a Gβγ.

É inadequado transferir sem nuance todos os reguladores das pequenas GTPases para proteínas G heterotriméricas. Aqui, o GPCR é a GEF fisiológica principal e RGS é o GAP clássico; GDIs têm papel menos central e dependente do contexto.

3. Famílias Gα e efetores

• Gs/olf: estimula adenilil-ciclase.
• Gi/o: inibe muitas adenilil-ciclases; Gβγ regula canais.
• Gq/11: ativa PLCβ, formando IP₃ e DAG.
• G12/13: ativa RhoGEF–RhoA e contractilidade.
• Transducina: ativa PDE6 na retina.

A toxina da cólera ADP-ribosila Gsα e inibe a sua atividade GTPase, mantendo adenilil-ciclase ativa; no intestino, AMPc elevado ativa CFTR e secreção de Cl⁻/água. A toxina pertussis modifica Gi/o e impede acoplamento ao recetor, mantendo-a GDP-inativa.

4. Amplificação e organização espacial

Um GPCR ativado pode ativar várias proteínas G; cada enzima efetora produz muitas moléculas de mensageiro; cínases fosforilam muitos substratos. Esta cascata amplifica sinais baixos.

Scaffolds, AKAP, domínios PDZ e microdomínios lipídicos aproximam recetor, enzima, cínase e fosfatase. Assim, o AMPc não sobe uniformemente em toda a célula; existem compartimentos com dinâmica própria.

5. Dessensibilização de GPCR

Na dessensibilização homóloga, GRK fosforila o recetor ativado; β-arrestina bloqueia novo acoplamento e promove endocitose. O recetor pode ser desfosforilado e reciclado ou ubiquitinado e degradado. Na dessensibilização heteróloga, PKA/PKC fosforilam vários recetores, mesmo não ocupados.

6. Via do AMPc

6.1 Adenilil-ciclase e fosfodiesterases

A adenilil-ciclase converte ATP em 3’,5’-AMPc. Isoformas transmembranares são ativadas por Gs e, em geral, inibidas por Gi; Ca²⁺/calmodulina e outras proteínas modulam isoformas específicas. Fosfodiesterases (PDE) hidrolisam AMPc a 5’-AMP.

6.2 PKA

A PKA inativa é um complexo R₂C₂. Quatro AMPc ligam as subunidades reguladoras, libertando duas subunidades catalíticas. Estas fosforilam Ser/Thr em substratos específicos. AKAP ancoram PKA perto dos alvos.

7. Adrenalina e metabolismo do glicogénio

No músculo esquelético, adrenalina liga recetor β-adrenérgico–Gs:

1. Gs ativa adenilil-ciclase;
2. AMPc ativa PKA;
3. PKA ativa cínase da fosforilase;
4. esta ativa fosforilase do glicogénio;
5. PKA inibe síntase do glicogénio e, via inibidor-1, PP1.

Resultado: glicogenólise aumenta e glicogénese diminui.

No fígado, glicagina e adrenalina mobilizam glicose; no músculo, o glicogénio abastece glicólise local porque falta glucose-6-fosfatase.

8. AMPK: sensor energético

AMPK é heterotrimérica (α catalítica, β scaffold, γ reguladora). Aumento de AMP/ADP relativamente a ATP favorece ativação por LKB1 e protege Thr172 da desfosforilação. CaMKKβ pode ativá-la em resposta a Ca²⁺.

AMPK ativa catabolismo e inibe anabolismo: aumenta captação/oxidação de lípidos e glicose, inibe acetil-CoA-carboxilase, mTORC1 e síntese macromolecular. Não é ativada simplesmente por “AMP ligado”; requer fosforilação e regulação alostérica.

9. AMPc, expressão génica e CFTR

PKA fosforila CREB, que recruta CBP/p300 em elementos CRE e altera transcrição. Também fosforila o domínio R de CFTR, removendo inibição e permitindo abertura dependente de ATP dos NBD.

Na fibrose quística, a causa primária é variante em CFTR; a fosforregulação pode estar alterada por defeito do próprio canal, mas não é correto reduzir todas as classes de doença a “falta de fosforilação”.

10. Regulação de canais por proteínas G

Gβγ libertado por recetores M2 abre canais GIRK de K⁺ no coração e reduz frequência. Outras vias fosforilam canais por PKA/PKC/CaMK. Canais CNG abrem diretamente por nucleótidos cíclicos em visão e olfato.

11. Fototransdução

11.1 Rodopsina e retinal

Rodopsina contém opsina e 11-cis-retinal ligado por base de Schiff. Um fotão isomeriza-o a all-trans-retinal e estabiliza metarodopsina II.

11.2 Escuro e luz

No escuro, GMPc mantém canais CNG de Na⁺/Ca²⁺ abertos; o bastonete está relativamente despolarizado e liberta glutamato. Na luz:

1. rodopsina ativa transducina;
2. transducina α–GTP ativa PDE6;
3. PDE6 hidrolisa GMPc;
4. canais CNG fecham;
5. a célula hiperpolariza;
6. diminui libertação de glutamato.

Cones usam fotopsinas S, M e L com máximos aproximados em comprimentos de onda curtos, médios e longos. A perceção de cor resulta da comparação entre respostas, não de recetores “azul/verde/vermelho” absolutamente exclusivos.

12. Olfato

Um odorante ativa GPCR olfativo, Golf, adenilil-ciclase III e AMPc. Canais CNG permitem Na⁺ e Ca²⁺; Ca²⁺ abre canais de Cl⁻. Como neurónios olfativos mantêm Cl⁻ intracelular elevado, a saída de Cl⁻ amplifica despolarização.

13. GMPc, NO e vasodilatação

GMPc é produzido por guanilil-ciclases:

• recetores membranares: GC-A/NPR-A responde sobretudo a ANP e BNP, GC-B/NPR-B a CNP e GC-C a guanilina e uroguanilina;
• guanilil-ciclase solúvel ativada por NO.

GMPc ativa PKG e canais e é degradado por PDE. GPCR podem aumentar NO via Ca²⁺–calmodulina–eNOS e, assim, GMPc indiretamente; não é uma saída universal direta de GPCR.

NO liga o heme da guanilil-ciclase solúvel, aumenta GMPc, ativa PKG, reduz Ca²⁺/sensibilidade contrátil e causa relaxamento. Nitratos doam NO; sildenafil inibe PDE5 e prolonga GMPc, mas a combinação pode causar hipotensão grave.

14. Resumo de alto rendimento

• GPCR são GEF para proteínas G heterotriméricas.
• Gα e Gβγ regulam efetores; RGS acelera hidrólise de GTP.
• Gs aumenta AMPc; Gi reduz; Gq ativa PLCβ; G12/13 ativa Rho.
• GRK/β-arrestina dessensibiliza GPCR ativados.
• AMPc ativa PKA; PDE e fosfatases terminam a resposta.
• Adrenalina estimula glicogenólise e inibe glicogénese muscular.
• AMPK responde a baixa energia e inibe anabolismo.
• Luz reduz GMPc no bastonete e hiperpolariza-o.
• Olfato aumenta AMPc e despolariza o neurónio.
• NO ativa guanilil-ciclase solúvel e produz vasodilatação por GMPc/PKG.