Introducão Fisiologia Animal
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- Salvador Camelo Barateiro
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1 Introducão Fisiologia Animal Curso: Zootecnia UFC Prof. Arlindo A. Moura /16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 1
2 Introdução Fisiologia consiste no estudo sobrecomo os animais funcionam Fisiologia: aplicação de conceitos integrados Necessidadede conhecimento básicos sobre biologia celular e bioquímica 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 2
3 Fisiologia Conceito: o conhecimento sobre a fisiologia animal permite obter uma percepcão realista e integrada sobre como este animal se desenvolve e produz em um determinado meio. Fisiologia: base para se conhecer os processos de adaptação, evolução, comportamento, hierarquia social, produção, doencas, biotecnologias... 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 3
4 Fisiologia: hierarquia organizacional Célula - tecido - orgão - sistema - organismo - funcionamento integrado e dinâmico - associação entre estruturas e funções - anatomia - fisiologia 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 4
5 Estrutura e Funcao Ha uma relacao estreita entre funcao e estrutura em todos os niveis organizacionais do ser vivo, das celulas ate os sistemas. 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 5
6 Temas centrais no estudo da fisiologia Estrutura e funcao Adaptacao, aclimatacao Homeostase Sistemas de controle ("feedback") Conformidade e regulacao 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 6
7 Adaptacao, acclimatacao adaptacao = evolucao natural, selecao natural ocorre gradualmente durante varias geracoes - nao reversivel (geralmente) aclimatacao = processos fisiologicos, bioquimicos, anatomicos resultantes da exposicao do individuo a um novo meio e/ou condicoes ambientais 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 7
8 Homeostase tendencia dos organismos de regularem e manter uma estabilidade de seus processos fisiologicos o meio externo induz alteracoes na fisiologia animal mas os seus sistemas tendem a se auto regular para manter a viabilidade do individuo independente do meio, as celulas tendem a manter processos equilibrados e indices estaveis de temperatura, ph, concentracao de glicose, niveis de O2 e CO2, etc. 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 8
9 Feedback Control Systems processos regulatorios que mantem a homesotase em organismos multi-celulares 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 9
10 Estrutura do curso Estudo dos sistemas Abordagem dos processos celulares e fisiologicos dentro daquele sistema Percepcao das interacoes entre sistemas - organismo como um todo Relacao com questoes praticas: producao e manejo dos animais, biotechnologias, etc. 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 10
11 Linhas gerais do programa Biologia celular membranas: estrutura e funcoes matriz extracellular citoesqueleto receptores e mensageiros intracellulares controle da expressao genica e sintese de proteinas organelas 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 11
12 Linhas gerais do programa Estudo dos sistemas Sistema endocrino estrutura e funcionamento das glandulas tipos de hormonios complexo hipotalamico-hipofisario glandulas: tireoide, paratireoide, adrenais, pineal, pancreas hormonios associados diretamente a funcao reprodutiva: sistema reprodutor 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 12
13 Linhas gerais do programa Sitema cardiovascular funcionamento da bomba cardiaca sistema de arterias e veis Sitema digestivo ruminantes monogastricos Sitema urinario conceitos basicos sobre o funcionamento dos rins 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 13
14 Linhas gerais do programa Sitema reprodutor endocrinologia da reproducao formacao de gametas fertilizacao desenvolvimento embrionario e gestacao parto Lactacao controle da sintese e liberacao do leite 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 14
15 Biologia celular 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 15
16 Biologia celular 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 16
17 Estrutura celular 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 17
18 Estrutura celular 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 18
19 (c) 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 19
20 Espermatozoides ovinos 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 20
21 Oocitos bovinos 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 21
22 Oocito bovino 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 22
23 Biologia celular: membranas 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 23
24 Proteinas Extracellular Fosfolipideos Colesterol Membrana celular: "lipid bilayer" Intracellular 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 24
25 Hidrofobico Polar Hidrofobico 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 25
26 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 26
27 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 27
28 Extracelular - receptores, poros, associacao com proteinas da matriz extracelular Intracelular - associacao com proteinas do citoesqueleto e mecanismos de ativacao de funcoes celulares 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 28
29 Intracelular Extracelular Intracelular Matrix extracelular: complexo extra celular formado por proteinas 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 29
30 Membrana celular Meio extracelular: ECM (matrix extracellular) Membrana celular 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 30
31 ECM (matrix extracellular) 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 31
32 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 32
33 Bacterias associadas a matriz extracelular 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 33
34 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 34
35 Matrix extracelular Rede de proteinas situadas no espaco extracelular Liga-se a proteinas ancoradas na membrana celular Propicia aderencia entre celulas e estrutura dos tecidos Permite a comunicacao entre celulas 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 35
36 Intracelular Proteinas da membrana celular ligam-se a: - componentes do citoesqueleto - sistemas de mensageiros secundarios que mediam funcoes intracelulares Extracelular Matrix extracelular: complexo formado por proteinas 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 36
37 Citoesqueleto Funcoes: determinar ou contribui para a estrutura celular propicia a celula resistenia fisica contribui para motilidade celular participa ativamente da separacao dos cromossomos durante a meiose e mitose auxilia o transporte intracelular de organelas e componentes 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 37
38 Citoesqueleto e' formado basicamente por 3 tipos de proteinas: Actina (tambem denominada de microfilamentos) Filaments intermediarios Microtubulos 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 38
39 Actina Fibras com ~ 8 nm de diametro. Monomeros de actina polimerizam-se formando longos filamentos. localizam-se proximo a membrana celular; ligam proteinas da membrana a proteinas do citoplasma; proporcionam suporte aos centromeros durante a mitose; auxiliam as celulas na locomocao (celulas do sistema imunologico) 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 39
40 Filamentos intermediarios ~ 10 nm de diametro - tipos: keratinas: celulas epiteliais, cabelo; laminas: forma uma rede que estabiliza a membrana inerna do nucleo; neurofilaments: proporcionam consistencia aos axonios dos neutornios. vimentins: proporcionam estrutura fisica a celulas musculares 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 40
41 Filamentos intermediarios Foto: filamentos de keratinas formam uma "rede" ao redor do nucleo de celulas epiteliais (courtesy of W. W. Franke). Como se obtem imagens deste tipo?????? 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 41
42 Microtubulos filamentos cilindricos; diametro: ~ 25 nm; dimeros de alpha e beta "tubulin"; Microtubulos: participam de varias funcoes celulares, incluindo locomocao. Ex: transporte de organelas, como vesiculas e mitochondria, ao longo dos axonios dos neuronios ocorre com o auxilio dos microtubulos. 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 42
43 Microtubulos 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 43
44 Microtubulos 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 44
45 Microtubulos 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 45
46 Intracelular Proteinas da membrana celular ligam-se a: - componentes do citoesqueleto Extracelular Matrix extracelular - sistemas de mensageiros secundarios que mediam funcoes intracelulares Receptores 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 46
47 Receptores Classificacao geral: Localizados na membrana celular: proteinas da membrana Receptores intracelulares Ligante: componentes que associam-se de forma especifica aos receptores Ex de ligante: hormonios 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 47
48 Receptores Localizados na membrana celular Dominio extracelular "trasnmembrane" LIGANTEs?? Dominio intracelular 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 48
49 Receptores Localizados na membrana celular LIGANTES: Fator de crescimento da epiderme (hormonio) Insulina Neurotrasnmissores beta-adrenergicos 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 49
50 Receptores Cada receptor tem um ligante especifico As celulas somente respondem a um estimulo causado por um hormonio, por exemplo, se as mesmas expressarem o respectivo receptor para aquele hormonio. Mas o que acontece quando um ligante interage com o receptor??? 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 50
51 Ligante especifico Ativacao do receptor Ativacao do receptor desencadeia processos intracelulares Resposta celular a um estimulo externo: ligante 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 51
52 Receptores LH estimula as celulas de Leydig, presentes nos testiculos, a produzir testosterona (adrogeno). Ligante Producao de androgeno: resposta da celula ao estimulo causado pelo ligante (LH) Testiculos: possuem receptores de LH 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 52
53 Ligante especifico: LH Ativacao do receptor especifico do LH nas celulas de Leydig nos testiculos Ativacao do receptor desencadeia processos intracelulares Resposta celular ao estimulo externo (LH): producao de androgeno 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 53
54 Receptores: experimento Modelo animal: ratos Procedimento cirurgico: inativacao da capacidade de producao de LH Pergunta: qual o efeito deste procedimento? o animal perde a capacidade de produzir testosterona (androgeno) 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 54
55 Receptores: experimento Se tratarmos este animal com LH, o que acontecera? A producao de testosterona pelos testiculos aumenta. Se o LH e' injetado na corrente sanguinea e este hormonio chega a praticamente a um grande numero de tipos celulares, porque somente as celulas dos testiculos produzem testosterona em resposta a este tratamento (LH)? 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 55
56 Receptores - ligantes Conceitos: especificidade ativacao celular resposta fisiologica 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 56
57 Ligante especifico: LH Ativacao do receptor especifico do LH nas celulas de Leydig nos testiculos Quais sao estes processos celulares???? Ativacao do receptor desencadeia processos intracelulares Resposta celular ao estimulo externo (LH): producao de androgeno 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 57
58 Receptores e ligantes: "cascada" de eventos Nucleus 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 58
59 Receptores ligadores da proteina "G" e "camp" (AMP ciclico) "Ligante" 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 59
60 Receptores ligadores da proteina "G" e "camp" (AMP ciclico) "Ligante" /16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 60
61 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 61
62 membrana celular (proteina kinase A) membrana nuclear evento fisiologico sintese de proteina 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 62
63 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 63
64 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 64
65 Receptores e ligantes O efeito de ligantes sobre a celula ocorre em etapas distintas, mas em "cadeia": 1. ligacao do hormonio com o receptor; 2. ativacao do receptor; 3. ativacao do sistema de mensageiro secundario: transmite o efeito do ligante (extracelular) aos sistemas intracelulares 4. inducao de uma resposta fisiologica 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 65
66 Receptores e ligantes 4. inducao de uma resposta fisiologica: ativacao de gens e sintese de proteina: podera ter acao intracelular ou ser secretada pela celula; receptor; enzima; modulador da transcricao de outros gens. ativacao de enzimas com atividade intracelular; neste caso, nao ha sintese de nova proteina, mas apenas a ativacao de uma proteina ja presente na celula. ativacao de poros na membrana celular. 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 66
67 membrana celular (proteina kinase A) membrana nuclear evento fisiologico sintese de proteina 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 67
68 Ativacao do receptor pelo ligante desencadeia proccessos intracelulares mediados pelo sistema de mensageiro secundario e ativacao de um determinado gen: Transcricao Traducao Efeito fisiologico 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 68
69 membrana celular membrana nuclear sintese de proteina evento fisiologico 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 69
70 Gen 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 70
71 Gen Nucleo Efeito fisiologico Citoplasma 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 71
72 O que e' um gen?? 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 72
73 Consideracoes: A intensidade do efeito de um ligante sobre a atividade celular depende das concentracoes deste proprio ligante e do respectivo receptor; O efeito de um ligantetem limites fisiologicos; As celulas, apos uma certa intensidade de estimulo, podem tornar-se insensiveis a novos estimulos. "desensitizaao" 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 73
74 Receptores nucleares Localizados no nucleo das celulas Ligantes: esteroides (estradiol, progesterona, testosterona, cortisol) vitamina D retinol estes componentes "atravessam" a membrana celular livremente 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 74
75 Receptores nucleares e ligantes 1. ativacao do ligante com o receptor; 2. ativacao do receptor; 3. ativacao de processos intracelulares: ativacao ou repressao de gens e sintese de proteinas; ativacao ou inibicao de enzimas. 4. inducao de uma resposta fisiologica como consequencia destes processos intracelulares. Importante: neste caso nao ha mensageiro secundario. porque??? 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 75
76 Receptores e ligantes 1. Receptores localizados na membrana celular: os ligantes geralmente sao proteinas, as quais nao "atavessam" a membrana celular; por conseguinte, os mesmos "transmitem" seus efeitos atraves dos mensageiros secundarios. 2. Receptores nucleares: ligantes sao substancias lipofilicas, as quais "atravessam" livremente a membrana lipidica das celulas e membrana nuclear. portanto, ligam-se aos receptores no nucleo da celula. 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 76
77 Receptores nucleares: modelo do receptor de androgeno (testosterona) Testosterona esteroide derivado do colesterol receptor localiza-se no nucleo da celula receptor: proteina. 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 77
78 Testosterona: T (ligante) Membrana celular Citoplasma T T T Nucleo receptor de androgenos Gen Célula-alvo Efeito fisiologico 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 78
79 Regulação do LH e FSH Espermatogênese Testosterona T T T diferenciação sexual Maturação sexual na puberdade Funcao dos órgãos sexuais e dos caracteres sexuais secundarios Efeito fisiologico Crescimento osseo e sintese de proteina muscular Comportamento sexual, agressividade, dominancia 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 79
80 Receptor de adrogeno (AR) Testosterona Testosterona Testosterona liga-se ao AR formando um "dimero" AR ativado liga-se ao DNA e ativa a expressao do gen Receptor (inativo) Expressao do gen Sequencia de DNA (gen) Sintese de proteina Efeito fisiologico 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 80
81 Quando o ligante (testosterona) nao esta presente Sem ligante (testosterone) AR (Inativo) Nao ha expressao de gens porque o receptor nao foi ativado Sequencia de DNA do gen onde o receptor (AR) se liga 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 81
82 Receptor de androgeno Proteina intracellular ativada pela ligacao com a testosterona; Este complexo liga-se de forma especifica a sequencia de DNA presente emdeterminadosgens; Esta interacao (receptor-androgeno) com o DNA causa a ativacao do gen; A ativacao do gen induz a sintese de mrna, o qual e' traduzido em uma sequencia de peptideos, formando uma proteina; esta proteina assim formada exerce efeitos fisiologicos; dentro da propria celula ou como um componente excretado pela celula. 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 82
83 Conceitos Agonistas componentes que se ligam aos receptores e apresentam acao similar ao do ligante natural; pode ser modificado quimicamente parater acao mais potente. Antagonistas componentes que se ligam aos receptores e impedem a ligacao e ativacao destes receptores pelos ligantes naturais; antagonistas "ocupam" os receptores mas nao desencadeiam ativacao dos mesmo nem consequente ativacao dos mensageiros secundarios intracelulares. 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 83
84 Antagonistas LH (secretado pela glandula hipofise) Antagonista do LH (sintetico ou natural) LH-Receptor Celula de Leydig (testisculos) Testosterona produzida pelas celulas de Leydig em resposta a acao do LH Reducao da testosterona produzida pelas celulas de Leydig devido a acao do antagonista do LH LH-antagonista: previne o LH "natural" de se ligar ao seu receptor nas celulas de Leydig Importante: o antagonista liga-se ao receptor, mas nao o ativa; Portanto, o antagonista impede a acao do LH sobre a secrecao de testosterona 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 84
85 Antagonistas: receptores nucleares AR T Anti-androgen AR inativo T nao pode ligar-se ao receptor - testosterona e anti-adrogeno competem pelos receptores (AR); - a maioria dos AR receptores (AR) e' ocupada pelo anti-androgeno (se este estiver em maior concentracao); - o antagonista liga-se ao AR mas nao permite a formacao do dimero, isto e, nao permite a ativacao do receptor. - A maioria dos receptorespermanece ocupada pelo antagonista de modo que os mesmo nao podem ser ativados pelo ligante natura. 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 85
86 Receptor de adrogeno (AR) Testosterona Testosterona Testosterona liga-se ao AR formando um "dimero" AR ativado liga-se ao DNA e ativa a expressao do gen Antagonista Expressao do gen Receptor (inativo) Sequencia de DNA (gen) Sintese de proteina Efeito fisiologico 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 86
87 O que acontece se e a concentracao do antagonista for elevada? Testosterona Testosterona Ligacao do antagonista ao AR impede a dimerizacao do receptor e ativacao do mesmo AR ativado liga-se ao DNA e ativa a expressao do gen Antagonista Expressao do gen Receptor (inativo) Sequencia de DNA (gen) Sintese de proteina Efeito fisiologico 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 87
88 Receptores Localizados na membrana celular receptores de hormonios proteicos; involvem ativacao de mensageiros secundarios Localizados no nucleo da celula receptores de esteroides ou ligantes lipofilicos (como por exemplo, o retinol) o complexo ligante-receptor "liga-se" diretamente a sequencias especificas de DNA nos gens, causando a ativacao destes e, em ultima instancia,a sintese de proteinas. 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 88
89 Gens e sintese de proteinas Transcricao Traducao Efeito fisiologico 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 89
90 Cromossomos e gens Cromossomos: sequencia continua de DNA contendo gens, elementos regulatorios e outros tipos de sequencia Gen: sequencia continua e definida de pares de bases (DNA) responsavel pelo codigo para sintese de um polipeptideo. 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 90
91 Cromossomos e gens 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 91
92 Gens Controle da expressao dos gens: Define quais gens serao ativados ou inibidos em um determinado momento ou processo fisiologico 3/16/2007 Fisiologia Animal - Arlindo Moura 92
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