Rang e Dale: Farmacologia
Mecanismos de liberação de cálcio
sem significado terapêutico.
O cálcio também é retirado da célula em troca do Na+, por intermédio
do mecanismo de troca Na+-Ca2+. O transportador transfere três íons Na+ em
troca de um íon Ca2+, produzindo uma corrente resultante de despolarização
enquanto transporta o Ca2+. O gradiente eletroquímico do Na+, e não a
hidrólise de ATP, fornece a energia para a extrusão de Ca2+. Isso significa
que uma redução no gradiente de concentração de Na+, decorrente da
entrada desse íon, reduz a extrusão de Ca2+ pelo transportador, levando ao
aumento secundário em [Ca2+]i, um mecanismo particularmente importante
no músculo cardíaco (ver Capítulo 22). A digoxina (derivada da planta
Digitalis ou “Foxglove”), que inibe a extrusão de Na+, atua no músculo
cardíaco dessa maneira (ver Capítulo 22), conduzindo ao aumento de
[Ca2+]i.
MECANISMOS DE LIBERAÇÃO DE CÁLCIO
Existem dois tipos principais de canais de cálcio na membrana do RE e do
RS que desempenham papel relevante no controle da liberação de Ca2+
dessas reservas.
• O receptor de trifosfato de inositol (IP R) é ativado pelo trifosfato de 3
inositol (IP ), um segundo mensageiro produzido pela ação de diversos 3
ligantes nos receptores acoplados à proteína G (ver Capítulo 3). O IP R 3
é um canal iônico regulado por ligante, embora sua estrutura molecular
seja diferente da estrutura dos canais regulados por ligantes da
membrana plasmática (Berridge, 2016). Este é o principal mecanismo
pelo qual a ativação dos receptores acoplados a Gq leva ao aumento da
[Ca2+]i
O receptor de rianodina (RyR) é assim chamado porque foi
• inicialmente identificado mediante bloqueio específico causado pelo
alcaloide vegetal rianodina. Existem três isoformas – RyR1–3 (Van
Petegem, 2012) que estão expressas em muitos tipos de células
diferentes. RyR1 é altamente expressado no músculo estriado, RyR2 no
coração e RyR3 nos neurônios cerebrais. No músculo estriado, os RyR
no RS estão fisicamente acoplados a receptores de di-hidropiridina dos
túbulos T (ver Figura 4.9); esse acoplamento resulta na liberação rápida
de Ca2+ após um potencial de ação na fibra muscular. Em outros tipos de
músculo, os RyR respondem ao Ca2+ que entra na célula, através de
canais de cálcio da membrana, por um mecanismo conhecido como
liberação de cálcio induzida por cálcio (CICR; do inglês, calcium-
induced calcium release).
A função dos IP 3R e RyR é modulada por uma variedade de outros sinais intracelulares (Berridge, 2016; Van Petegem, 2012) que afetam a magnitude
e o padrão espaço-temporal dos sinais de Ca2+. Técnicas de visualização por
fluorescência revelaram um nível extraordinário de complexidade de sinais
de Ca2+, mas são necessários mais estudos para desvendar a importância
desse padrão em relação aos mecanismos fisiológicos e farmacológicos. A
cafeína aumenta a sensibilidade dos RyR ao Ca2+, causando sua liberação
do RS, até mesmo com níveis de [Ca2+]i de repouso. Isso é utilizado experimentalmente, mas raras vezes ocorre em seres humanos, pois os
outros efeitos farmacológicos da cafeína (ver Capítulo 49) ocorrem em
doses muito menores. O bloqueio causado pelo dantroleno, um composto
relacionado à rianodina, é usado terapeuticamente para aliviar o espasmo
muscular que ocorre na hipertermia maligna (Capítulo 42), uma condição
rara associada a anormalidades hereditárias da proteína RyR.
A Figura 4.2A mostra um sinal típico da [Ca2+]i resultante da ativação de um receptor acoplado a Gq. A resposta produzida na ausência de Ca2+
extracelular representa a liberação dos depósitos intracelulares. A resposta
maior e mais prolongada, que ocorre na presença de Ca2+ extracelular,
mostra a contribuição da entrada de Ca2+ mediada por SOC. Os diversos
mecanismos de retroalimentação (feedback) positiva e negativa que
regulam a [Ca2+] i dão origem a uma variedade de padrões oscilatórios
temporais e espaciais (Figura 4.2B) que são responsáveis pela atividade
rítmica espontânea na musculatura lisa e nas células nervosas (Berridge,
2008).
Outros segundos mensageiros
▼ Dois metabólitos intracelulares, a ADP-ribose cíclica (ADPRc) e o
ácido nicotínico dinucleotídio fosfato (NAADP), formados pelas
coenzimas ubíquas nicotinamida adenina dinucleotídio (NAD) e NAD
fosfato, também afetam a sinalização do Ca2+ (Morgan et al., 2015;
Parrington et al., 2015). A ADPRc acentua a sensibilidade dos RyR ao
Ca2+, aumentando o “ganho” do efeito CICR, enquanto se propôs que o
NAADP libere Ca2+ dos lisossomos por ativação de canais de cálcio
com domínio de dois poros (ver Figura 4.1).
Os níveis desses mensageiros nas células dos mamíferos podem ser
regulados principalmente em resposta a alterações no estado metabólico
da célula, embora, até então, os detalhes ainda não tenham sido
esclarecidos. A sinalização anormal de Ca2+ está envolvida em muitas
condições fisiopatológicas, como morte celular por isquemia, alterações
endócrinas e arritmias cardíacas, em que os papéis de ADPRc e de
NAADP, bem como sua interação com outros mecanismos que regulam
a [Ca2+] i, estão, atualmente, sob intensa investigação.
Figura 4.2 A. Aumento na concentração de cálcio intracelular em resposta à ativação de receptor. Os registros foram obtidos de um único neurônio sensitivo de rato cultivado em cultura de tecido. As células foram expostas ao indicador fluorescente de Ca2+, o Fura-2, e o sinal emitido por uma única célula foi monitorado com um microscópio de fluorescência. Uma breve exposição à bradicinina, um peptídio que excita os neurônios sensitivos (ver
Capítulo 43), causa aumento transitório na [Ca2+] a partir do valor de repouso, que é cerca
i
de 150 nmol/l. Quando o Ca2+ é removido da solução extracelular, ainda ocorre aumento da [Ca2+] induzido pela bradicinina, mas é de menor importância e dura menos. A resposta
i
na ausência de Ca2+ 2+ extracelular representa a liberação do Ca intracelular armazenado, resultante da produção intracelular de trifosfato de inositol. Acredita-se que a diferença entre essa resposta e a resposta mais acentuada, que ocorre na presença de Ca 2+ extracelular, represente a entrada desse íon através de canais de íons operados por armazenamento presentes na membrana plasmática. (Figura gentilmente cedida por G. M. Burgess e A. Forbes, Novartis Institute for Medical Research.) B. Oscilações espontâneas de cálcio em células marca-passo da uretra de coelho que regulam as contrações rítmicas da musculatura lisa. Os sinais cessam quando o Ca 2+ extracelular é removido, mostrando o envolvimento da ativação dos canais de Ca2+ de membrana no mecanismo. (De McHale N et al., 2006. J. Physiol. 570, 23-28.)
Papel das mitocôndrias
▼ Em condições normais, as mitocôndrias acumulam Ca2+
passivamente, como resultado do potencial intramitocondrial, que é
fortemente negativo em relação ao citosol. Essa negatividade é mantida
pela extrusão ativa de prótons, sendo perdida – liberando, assim, Ca2+