Rang e Dale: Farmacologia

Humphrey P. Rang · Capítulo 47 de 751

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Rang e Dale: Farmacologia

Mecanismos de entrada de cálcio

No início dos anos 1970, o estudo da regulação do Ca2+ deu um passo

muito grande com o desenvolvimento das técnicas de fluorescência

baseadas na fotoproteína sensível ao Ca2+, a equorina, e de corantes como o

Fura-2, que permitiram, pela primeira vez, que a [Ca2+]i livre fosse continuamente monitorada em células vivas, com um alto nível de

resolução temporal e espacial.

A maior parte do Ca2+ na célula em repouso está retida em organelas,

especialmente no retículo endoplasmático (RE) ou sarcoplasmático (RS) e

nas mitocôndrias, e o nível de [Ca2+] i livre é mantido baixo, em cerca de 100 nmol/l. A concentração de Ca2+ no líquido extracelular, [Ca2+]0, é de

aproximadamente 2,4 nmol/l, havendo, assim, um grande gradiente de

concentração que favorece a entrada de Ca2+. A [Ca2+]i é mantida baixa (a) por mecanismos de transporte ativo que ejetam o Ca2+ do citosol, através da

membrana plasmática, e o bombeiam para o RE, e (b) pela normalmente

baixa permeabilidade das membranas plasmática e do RE ao Ca2+. A

regulação da [Ca2+]i envolve três mecanismos principais:

 

• Controle da entrada de Ca2+

• Controle da extrusão de Ca2+

• Movimento de Ca2+ entre o citosol e os locais de armazenamento

intracelulares.

 

Esses mecanismos são descritos em detalhes mais adiante e resumidos na

Figura 4.1.

 

MECANISMOS DE ENTRADA DE CÁLCIO

Existem quatro vias principais pelas quais o Ca2+ entra na célula através da

membrana plasmática:

• Canais de cálcio controlados por voltagem

• Canais de cálcio controlados por ligantes

• Canais de cálcio operados por armazenamento (SOC; do inglês, store-

operated calcium channels)

• Troca de Na+-Ca2+ (pode funcionar nas duas direções; ver Mecanismos

de extrusão de cálcio, p. 55).

 

Canais de cálcio controlados por voltagem

O trabalho pioneiro de Hodgkin e Huxley sobre as bases iônicas do

potencial de ação do nervo (pp. 56-58) identificou as condutâncias de Na+ e

K+ dependentes de voltagem como seus principais participantes.

Posteriormente, descobriu-se que algumas células nervosas e musculares de

invertebrados podem produzir potenciais de ação dependentes de Ca2+, e

não de Na+, e, então, verificou-se que as células de vertebrados também

apresentam canais de cálcio ativados por voltagem que permitem a entrada

de quantidades substanciais de Ca2+ na célula quando a membrana se

despolariza. Esses canais de cálcio controlados por voltagem são altamente

seletivos para o Ca2+ (mas também podem transportar íons Ba2+, que, com

frequência, são usados como substitutos em experimentos

eletrofisiológicos), não conduzindo Na+ ou K+; eles estão sempre presentes

em células excitáveis e fazem com que o Ca2+ entre na célula sempre que a

membrana for despolarizada, como, por exemplo, por um potencial de ação

propagado.

Figura 4.1 2+ Regulação do cálcio intracelular. Principais vias de transferência de Ca

para dentro e para fora do citosol, retículo endoplasmático (RE) e estruturas lisossomais em uma célula típica (ver o texto para mais detalhes). Setas pretas: rotas de entrada para o citosol. Setas azuis: rotas para fora do citosol. Setas vermelhas: mecanismos reguladores. O 2+ status do estoque de Ca no RE é monitorado pela proteína sensora Stim1, a qual interage diretamente com o canal de cálcio operado por armazenamento (SOC; do inglês, store-operated calcium channel 2+ ), de modo a promover entrada de Ca quando os estoques no RE se depletam. Normalmente, [Ca2+ –7 ] é mantida em cerca de 10 mol/l na

i

célula “em repouso”. As mitocôndrias (não mostradas) também funcionam como organelas de armazenamento de Ca 2+ 2+ , mas só liberam esse Ca em condições patológicas, como a isquemia (pp. 55-56). Existem evidências recentes de um estoque lisossômico de cálcio ativado pelo segundo mensageiro ácido nicotínico dinucleotídio fosfato (NAADP), através de um canal de cálcio com domínio de dois poros (TPC). GPCR, receptor acoplado à proteína G (Gprotein-coupled receptor); IP 3, trifosfato de inositol; IP3R, receptor de trifosfato de inositol; LGC, canal de cátion operado por ligante (ligand-gated calcium channel + 2+ 2+ ); NCX , transportador de troca Na-Ca ; PMCA , Ca-ATPase de membrana plasmática ( 2+ plasma membrane Ca-ATPase); RyR, receptor de rianodina; SERCA, ATPase do retículo sarcoplasmático/endoplasmático (sarcoplasmic/endoplasmic reticulum ATPase); VGCC, canal de cálcio operado por voltagem (voltage-gated calcium channel).

Uma combinação de critérios eletrofisiológicos e farmacológicos

revelou cinco subtipos distintos de canais de cálcio controlados por

voltagem: L, T, N, P/Q e R.1 Os subtipos variam com relação a sua cinética

de ativação e desativação, seu limiar de voltagem para ativação, sua

condutância e sensibilidade aos agentes bloqueadores, conforme se observa

na Tabela 4.1. A base molecular dessa heterogeneidade já foi parcialmente

elucidada. A principal subunidade formadora de poros (denominada α1; ver

Figura 3.20) apresenta pelo menos 10 subtipos moleculares, sendo

associada a outras subunidades (β, γ e duas subunidades do mesmo gene,

α2δ, ligadas por uma ponte de dissulfeto), que também existem em

diferentes subtipos para formar o canal funcional. Variadas combinações

dessas subunidades dão origem aos diversos subtipos fisiológicos.2 Em

geral, os canais L são particularmente importantes na regulação da

contração dos músculos cardíaco e liso (p. 65); e os canais N (e também os

P/Q) estão envolvidos na liberação de neurotransmissores e hormônios,

enquanto os canais T medeiam a entrada de Ca2+ nos neurônios perto do

potencial da membrana em repouso e podem controlar a velocidade de

repolarização dos neurônios e das células cardíacas, bem como diversas

funções dependentes de Ca2+, como, por exemplo, a regulação de outros

canais, enzimas etc. Os fármacos usados na prática clínica que atuam

diretamente em algumas formas de canais de cálcio incluem o grupo de

“antagonistas do Ca2+”, formado pelas di-hidropiridinas (p. ex.,

nifedipino), verapamil e diltiazem (utilizados por seus efeitos

cardiovasculares; ver Capítulos 22 e 23), e a gabapentina e a pregabalina

(usadas no tratamento de crise convulsiva, dor e ansiedade; ver Capítulos

43, 45 e 46). Muitos fármacos afetam os canais de cálcio indiretamente por

meio de sua atuação nos receptores acoplados à proteína G (ver Capítulo 3). Várias toxinas atuam seletivamente sobre um ou outro tipo de canal de

cálcio (Tabela 4.1), sendo usadas como ferramentas experimentais.

 

Tabela 4.1 Tipos e funções dos canais de cálcio.

Controlado Principais

Características Localização e função Efeitos dos fármacos

por tipos

Voltagem Bloqueado por di-

hidropiridinas, verapamil,

diltiazem e calciseptina

Membrana plasmática em (peptídio de veneno de

Limiar de ativação muitas células serpente) alto

L 2+ Principal fonte de Ca para a Ativado por BayK 8644

Inativação lenta contração dos músculos liso e

cardíaco A fosforilação por PKA (p. ex.,

após ativação β-1 adrenorreceptor) aumenta a

abertura do canal

Bloqueado pela -

conotoxina GV1A

 

N Limiar de ativação (componente do veneno do 2+ Principal fonte de Ca para a caracol marinho Conus ) e baixo liberação de transmissores pelas ziconotida (preparação terminações nervosas Inativação lenta comercializada de -

conotoxina usada no controle

da dor) (ver Capítulo 43)

T Limiar baixo Distribuição ampla Bloqueado pelo mibefradil

Inativação rápida Importante no marca-passo

cardíaco e nos átrios (com

participação em arritmias), e

também nos padrões de disparo

neuronal

P/Q Limiar de ativação Bloqueado pela -agatoxina- Terminações nervosas baixo 4A (componente do veneno

Inativação lenta Liberação de transmissores da aranha-teia-de-funil)

 

Bloqueado por baixas

Limiar baixo Neurônios e dendritos

concentrações de SNX-482

R

Inativação rápida (uma toxina de um membro Controle de padrões de disparo

da família da tarântula)

Não é alvo direto de fármacos

Localizado no retículo

São conhecidos alguns

 

IP Receptor IP 33 2+ de IP e Ca 2+ 3 Medeia a liberação de Ca Responde a agonistas e Ativado por ligação endoplasmático/sarcoplasmático bloqueadores experimentais

produzida pela ativação de GPCR antagonistas do GPCR em

diversas células

Ativado por cafeína e ATP na

presença de Ca2+

A rianodina ativa

(concentrações baixas) e

Ativado diretamente fecha (concentrações no músculo estriado Localizado no retículo elevadas) o canal

 

Ca 2+ Receptor de através do receptor endoplasmático/sarcoplasmático 2+ Também fechado por Mg, de di-hidropiridina

rianodina 2+ no Via para liberação de Ca bloqueadores dos canais de dos túbulos T.

2+ músculo estriado + K e dantroleno

Ativado por Ca no músculo cardíaco

Mutações podem levar a

hipotermia maligna induzida

por fármacos, morte súbita

cardíaca e doença do núcleo

central

Depleção de Canais operados Ativado por sensor Localizado na membrana Ativado indiretamente por

estoques por proteico que plasmática agentes que depletam os

armazenamento monitora o nível dos estoques intracelulares (p.

estoques de Ca 2+ no ex., agonistas do GPCR, retículo tapsigargina) endoplasmático

Não é alvo direto de fármacos

RE, retículo endoplasmático; GPCR, receptor acoplado à proteína G; IP3, trifosfato de inositol; PKA, proteinoquinase A.

 

Canais regulados por ligantes

A maioria dos canais de cátions regulados por ligantes (ver Capítulo 3) que

são ativados por neurotransmissores excitatórios é relativamente não

seletiva, conduzindo íons Ca2+ e outros cátions. Nesse aspecto, o mais

importante é o receptor de glutamato do tipo NMDA (ver Capítulo 39), que

apresenta permeabilidade ao Ca2+ particularmente elevada, sendo um

contribuinte de grande importância para a captação de Ca2+ pelos neurônios

pós-sinápticos (e também pelas células gliais) no sistema nervoso central. A

ativação desse receptor pode facilitar uma entrada de Ca2+ tão grande que a

célula morre, principalmente pela ativação de proteases dependentes de

Ca2+, mas também pela ativação da apoptose (ver Capítulo 6). Esse

mecanismo, chamado excitotoxicidade, provavelmente participa de diversas

doenças neurodegenerativas (ver Capítulo 41).

Por muitos anos, houve discussões sobre a existência de “canais

operados por receptores” no músculo liso que respondem diretamente a

mediadores como epinefrina, acetilcolina e histamina. Atualmente, estima-

se que o receptor P2X (ver Capítulo 3), ativado pelo ATP, seja o único

exemplo de um verdadeiro canal operado por ligantes no músculo liso,

constituindo importante porta de entrada para o Ca2+. Como já mencionado,

muitos mediadores atuam em receptores ligados à proteína G e afetam indiretamente a entrada de Ca2+, principalmente regulando os canais de