Aula de integração dos conceitos básicos

Transcrição

1 Aula de integração dos conceitos básicos Prof. Rodrigo Cesar Carvalho Freitas, PhD. Programa de Neuroimunologia -Dep. Neurobiologia-UFF Fisiologia e Farmacologia - UniFOA

2 ORIGEM DA VIDA CONCEITOS DE HOMESTASIA O QUE HÁ DE COMUM ENTRE ESSES ASSUNTOS? CONCEITOS SOBRE ESTRUTURA E FUNÇÃO DAS CÉLULAS CINÉTICA E FUNÇÃO ENZIMÁTICA CÉLULA CONCEITOS DE GENÉTICA E BIOLOGIA MOLECULAR CONCEITOS SOBRE O DESENVOLVIMENTO CELULAR

3 POTOCITOSE OBJETIVOS DESSA AULA: COMPREENDER A DINÂMICA DA FISIOLOGIA CELULAR NO TRANSPORTE DE SOLUTOS PELA MEMBRANA ENTENDER E EXEMPLICAR OS DIFERENTES TIPOS DE TRANSPORTE CELULAR. COMPREENDER O PAPEL DA SINALIZAÇÃO QUÍMICA NA FISIOLOGIA CELULAR RECONHECER A IMPORTANCIA DESSES MECANISMOS DE TRANSPORTE CELULAR NO CONTEXTO DO MODULO I.

4 Fisiologia CELULAR Membranas Biológicas Estrutura Fosfolipídios e Colesterol Função Proteínas de Membrana Transporte de íons, nutrientes e drogas Tráfego de vesículas

5 NO SISTEMA NERVOSO A MEMBRANA PARTICIPA ATIVAMENTE INTENSO TRANSPORTE DE ÍONS GERA AS CORRENTES IÔNICAS CONGREGA E SEGREGA OS SINAIS QUÍMICOS EXTRACELULARES PROMOVE A LIBERAÇÃO CONTROLADA DE TRANSMISSORES QUÍMICOS É PARTE ESSENCIAL DA COMUNICAÇÃO QUÍMICA INTERCELULAR

6 PERGUNTAS BÁSICAS PARA CONSTRUIR O CONHECIMENTO COMO É FORMADA A MEMBRANA PLASMATICA? COMO ESSA ORGANELA FUNCIONA?

7 MEMBRANAS BIOLÓGICAS ESTRUTURA E FUNÇÃO

8 MODELO DO MOSAÍCO FLUIDO ESTRUTURA DA MEMBRANA PLASMÁTICA

9 FOSFOLIPÍDIO EM SOLUÇÃO AQUOSA LIPOSSOMAS : são maiores e podem comportar e sustentar um número maior de organelas celulares Micela Bicamada Lipossoma

10 ORGANIZAÇÃO DA BICAMADA LIPÍDICA EM AMBIENTE AQUOSO

11 UMA CONCLUSÃO A PORÇÃO LIPÍDICA DA MEMBRANA FORMA UMA BARREIA IMPERMEÁVEL A ÁGUA E PARTICULAS SOLUBILIZADAS NA ÁGUA (HIDROFÍLICAS)

12 MOLÉCULA POLAR ACETONA FOSFOLIPÍDIO ÁGUA CAMADA DE SOLVATAÇÃO MAIS PRÓXIMA MOLÉCULA APOLAR METIL PROPANO MOLÉCULA ANFIPÁTICA ÁGUA CAMADA DE SOLVATAÇÃO MAIS AFASTADA

13 Movimento dos fosfolipídeos na membrana

14 FOSFOLIPIDEOS INSATURADOS FOSFATIDIL-ETANOLAMINA FOSFATIDIL-COLINA FOSFATIDIL-INOSITOL FOSFATIDIL-SERINA ASSIMETRIA NA DISTRIBUIÇÃO DOS FOSFOLIPÍDIOS FACE EXTERNA DA MEMBRANA FOSFOLIPIDEOS SATURADOS ESFINGOMIELINA FOSFOLIPIDEOS ANIÔNICOS FOSFATIDIL-INOSITOL FACE INTERNA DA MEMBRANA FOSFATIDIL-SERINA

15 DIFERENTES ESTADOS DE FLUIDEZ DA BICAMADA LIPÍDICA Importância do colesterol

16 BICAMADA COM FOSFOLIPÍDIOS INSATURADOS BICAMADA COM FOSFOLIPÍDIOS SATURADOS MEMBRANA MAIS FLUÍDA ADIÇÃO DE COLESTEROL MEMBRANA MENOS FLUÍDA ADIÇÃO DE COLESTEROL MEMBRANA MENOS FLUÍDA MEMBRANA MAIS FLUÍDA

17 RAFTS LIPÍDICOS DOMÍNIOS DE MEMBRANA CELULAR RICOS EM COLESTEROL E ESFINGOMIELINA

18 CÁVEOLAS

19 OUTRA CONCLUSÃO! COLESTEROL EM ASSOCIAÇÃO COM OS FOSFOLIPIDEOS INFLUENCIAM ATIVAMENTE NO ESTADO DE FLUÍDEZ DA MEMBRANA PLASMÁTICA POIS, A CÉLULA TEM O CONTROLE ATIVO DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA MEMBRANA!

20 PROTEÍNAS DE MEMBRANA TALVEZ SEJAM OS COMPONENTES DE MEMBRANA QUE A CÉLULA POSSUI O CONTROLE MAIS ATIVO

21 PROTEÍNAS PERIFÉRICAS PROTEÍNAS INTEGRAIS

22 MOBILIDADE DAS PROTEÍNAS NA MEMBRANA PROTEÍNAS PERIFÉRICAS PROTEÍNAS INTEGRAIS

23 MICROAMBIENTES DE MEMBRANA DENTRITOS CORPO AXÔNIO

24 A MAIOR DAS CONCLUSÕES A MEMBRANA É ASSIMÉTICA! ISSO SE REFLETE NA SUA CONSTITUIÇÃO QUÍMICA, FORMA E FUNÇÕES!

25 RESUMO DAS DIVERSAS FUNÇÕES DA MEMBRANA 1- INTERAÇÕES INTERCELULARES 2- INTERAÇÕES ENTRE A CÉLULA E A MATRIZ EXTRACELULAR Favorecem a integração da células no tecido 3- TRANSPORTE DE ÍONS E MOLECULAS PELA MEMBRANA: PERMEABILIDADE SELETIVA 4- SINALIZAÇÃO QUÍMICA

26 TRANSPORTE DE MEMBRANA IMPLICAÇÕES NA FISIOLOGIA GERAL E FISIOLOGIA DO SISTEMA NERVOSO

27 CONCEITO BÁSICOS DE TRANSPORTE CELULAR TRANSPORTE INDIVIDUALIZADO DE PEQUENAS MOLÉCULAS OU ÍONS MEDIADO POR TRANSPOTADORES PROTEÍCOS TRANSPORTE DE CONJUNTO DE PEQUENAS MOLÉCULAS OU ÍONS OU DE MACROMOLÉCULAS MEDIADO POR VESÍCULAS

28 TRANSPORTE DE PEQUENAS MÓLECULAS TRANSPORTE INDIVIDUALIZADO DE PEQUENAS MOLÉCULAS OU ÍONS MEDIADO POR TRANSPOTADORES PROTEÍCOS Difusão passiva Difusão facilitada e Carreadores protéicos Transporte Ativo dependente da hidrólise de ATP (DIRETO) Esse é um transporte mediado por bombas Transporte Ativo dependente de gradientes iônicos (INDIRETO) Esse é um transporte mediado por carreadores/transportadores

29 TRANSPORTE DE PEQUENAS MÓLECULAS Difusão passiva Difusão facilitada e Carreadores protéicos Canais iônicos Transporte Ativo dependente da hidrólise de ATP Transporte Ativo dependente de gradientes iônicos

30 PERMEABILIDADE DA BICAMADA LIPÍDICA DIFUSÃO PASSIVA Direcionada pela gradiente químico da molécula: Segue do compartimento onde está mais concentrada para o compartimento em que está menos concentrada

31 DIFUSÃO FACILITADA As proteínas transportadoras aumentam a eficiência do transporte de pequenas moléculas hidrofílicas através da membrana plasmática

32 EXEMPLOS DE TRANSPORTE PASSIVO NA FUNÇÃO CELULAR

33 DIFUSÃO FACILITADA MEDIADA PELAS AGUAPORINAS Importante mecanismo de secreção e absorção de água AQUAPORINAS É como a água atravessa as membranas movida pela força osmótica

34 CANAIS IÔNICOS DIFUSÃO FACILIDADE MEDIADA POR CANAIS IÔNICOS Propriedades de permeabilidade seletiva CANAL IÔNICO SELETIVO AO POTÁSSIO EX: CANAL VAZANTE DE POTÁSSIO

35 CANAIS IÔNICOS DEPENDENTES DE VOLTAGEM Importantes na formação do potencial e Ação nas células excitáveis

36 CANAIS IÔNICOS DEPENDENTE DE LIGANTES RECEPTOR NICOTÍNICO COLINÉRGICO SINAPSE NEUROMUSCULAR

37 EXEMPLO DE TRANSPORTE ATIVO DIRETO ou PRIMÁRIO NA FUNÇÃO CÉLULAR

38 PAPEL DA VITAMINA D AÇÃO ENDÓCRINA DA VIT-D NA ABSORÇÃO DE CALCIO NO INTESTINO: INDUZ DA ABSORÇÃO DE CÁLCIO NO INTESTINO ESTIMULA TRANSPORTE ATIVO DE Ca++ CONTRA GRADIENTE DE TRANSFORMAÇÃO Ca ++ Aumento das BOMBAS DE Ca++ nas membranas Aumento desta proteínas na borda em escova dos enterócitos PROMOVE CAPTAÇÃO ATIVA DE Ca++ ATP ADP Ca ++ TRANSPORTE ATIVO INDUZIDO POR HORMÔNIO Promove hipercalcemia

39 APÓS A AÇÃO DA VIT D EM RECEPTORES INTRACELULAR DO ENTERÓCITO HÁ ESSAS MODIFICAÇÕES NA TRANSPORTE ATIVO DO CÁLCIO Dentro do Enterócito o Ca++ captado ativamente se liga a CALBINDINA Cálcio BOMBA de Cálcio Funciona como um transportador intracelular do íon Ca++ e também como um quelante. calbindinas Protegendo as células intestinais do aumento efusivo e constante de Cálcio no meio intracelular calbindinas BOMBA de Cálcio

40 A ABSORÇÃO DE CALCIO NO INTESTINO INDUZIDA PELA VITAMINA D É IMPORTANTE PARA MANTER A CALCEMIA O OSSO É FORMADO POR CÁLCIO E A SINTESE ÓSSEA DEPENDE A DISPONIBILIDADE DE CÁLCIO NO ORGANISMO

41 Morte celular Induzida por intensa entrada de Cálcio nas células Cálcio Caspases Fragmentação de DNA APOPTOSE

42 EXEMPLO DE TRANSPORTE ATIVO INDIRETO ou SECUNDÁRIO NA FUNÇÃO CELULAR

43 TRANSPORTE ATIVO DE GLICOSE DEPENDENTE DE GRADIENTES IÔNICO DO Na + ENTERÓCITO

44 TRANSPORTE ATIVO DEPENDENTE DA HIDRÓLISE DE ATP A bomba Na K ATPase é responsável por manter o gradiente eletroquímico dos íons Na e K através da membrana A bomba contribuí em grande parte geração da Diferença de Potencial Elétrico na membrana plasmática: BIOELETROGÊNESE Essa função é primordial para geração do impulso nervoso ou Potencial de Ação A bomba é importante para manutenção do volume celular: Eliminando soluto da célula através do efluxo de Na.

45 TRANSPORTE VESICULAR ENDOCITOSE EXOCITOSE Receptores Peptídeos sinalizadores Imunoglobulinas Antígenos Grandes porções sólidas e líquidas Neurotransmissores Hormônios Enzimas (zimogênios) Proteínas de superfície celular Complexos lipoproteícos

46 EXEMPLO DE TRANSPORTE VESICULAR NA FUNÇÃO CELULAR

47 EXOCITOSE EXTERNALIZAÇÃO DE TRANSPORTADORES DE GLICOSE INDUZIDA POR INSULINA Células não estimulada Receptor de insulina Transportador de glicose Células estimulada Insulina Mais Transportadores de glicose reserva intracelular de transportadores de glicose presente nos endossomas Mobilização da reserva intracelular de transportadores de glicose para a membrana plasmática

48 ENDOCITOSE RECEPTORES DE LDL NORMAIS x MUTANTES Sítio de ligação para LDL Clatrina Adaptina Receptor de LDL Normal Sítio de ligação para proteína Adaptina proteína Clatrina LDL Receptor de LDL com sitio defeituoso LIPOPROTEÍNA DE BAIXA DENSIDADE colesterol ruim Transportado no sangue e distribuído para as células do organismo

49 Formação e fusão das vesículas sinápticas Liberação de Neurotransmissores Comunicação química das células nervosas Neurônios e Neuroglias

50 COMPLEXO SNAREs H 2 O H 2 O H H 2 O 2 O H 2 O H 2 O H 2 O H 2 O FUSÃO DE VESÍCULAS H 2 O H 2 O H 2 O H 2 O H 2 O H 2 O

51 POTOCITOSE tipo especial de endocitose onde há englobamento de muitas partículas pequena de uma só vez PROTEÍNAS CAVÉOLAS DROGAS CAVÉOLAS Receptores de membrana Transportadores de membrana ÍONS (Ca 2+, K 1+, Na 1+, Cl 1-, etc) CAVÉOLAS Canais Iônicos EXTRACELULAR INTRACELULAR

52 POTOCITOSE Potocytosis. Robert Feulgen.2001

53 UMA CONCLUSÃO O TRANSPORTE VESICULAR MOBILIZA UM NÚMERO MAIOR DE MOLÉCULAS EM CADA MOMENTO DE TRANSPORTE TRANSITO DE PACOTES!

54 SINALIZAÇÃO QUÍMICA INTRACELULAR IMPLICAÇÕES NA FISIOLOGIA GERAL E FISIOLOGIA DO SISTEMA NERVOSO E CONSIDERAÇÕES SOBRE A MEMBRANA PLASMÁTICA

55 NOÇÕES DE SINALIZAÇÃO QUÍMICA INTRACELULAR ESSES CONCEITOS SERÃO INTENSAMENTE DISCUTIDOS NAS AULAS : BIOELETROGENESE (POTENCIAS DE MEMBRANA) SINAPSES SONO-VIGILIA MEMÓRIA E COGNIÇÃO EXCITAÇÃO E CONTRAÇÃO MUSCULAR

56 TODAS ESSES TIPOS DE SINALIZAÇÃO OCORREM NO SISTEMA NERVOSO! Sinalização parácrina Célula Alvo Célula Nervosa Vesículas secretórias Transmissão de sinal pelo nervo sinapse Mediador químico se difunde através do fluído extracelular Mediador químico se difunde através do fluído extracelular Célula Nervosa A SINAPSE É A SINALIZAÇÃO MAIS CARACTERISTICA DO SISTEMA NERVOSO

57 Sinalização Endócrina Vaso sanguíneo ESSA TIPOS DE SINALIZAÇÃO OCORREM NO SISTEMA NERVOSO! Célula Endócrina HORMÔNIO Célula Alvo BEM COMO NOS OUTROS SISTEMAS Mediador químico se difunde pelo sangue

58 SINALIZAÇÃO QUÍMICA INTRACELULAR MEIO EXTRACELULAR RECEPÇÃO TRANSDUÇÃO RESPOSTA RECEPTOR VIA DE TRANSDUÇÃO DE SINAL ATIVAÇÃO DE DIFERENTES RESPOSTAS CELULARES SINAL QUÍMICO MEMBRANA PLASMÁTICA TRÊS ESTÁGIOS DA SINALIZAÇÃO INTRACELULAR: RECEPÇÃO TRANSDUÇÃO RESPOSTA

59 SINALIZADOR EXTRACELULAR RECEPTOR PROTEÍNAS SINALIZADORAS ENZIMAS METABÓLICAS PROTEÍNAS REGULADORAS DE GENES PROTEÍNAS DO CITOESQUELETO PROTEÍNAS ALVOS ALTERAÇÕES NO METABOLISMO ALTERAÇÕES NA EXPRESSÃO DE GENES ALTERAÇÕES NA FORMA E NO MOVIMENTO DAS CÉLULAS

60 SINALIZAÇÃO QUÍMICA INTRACELULAR ESPECIFICIDADE PROTEÍNAS RECEPTORAS DA MEMBRANA AMPLIFICAÇÃO SINALIZAÇÃO CELULAR ADAPTAÇÃO INTEGRAÇÃO

61 DIVERSAS VIAS DE SINALIZAÇÃO QUÍMICA

62 EXEMPLO DE UMA PROTEÍNA EM AÇÃO! ACTINA Essa proteína confere forma a célula. Mas também participa ativamente da organização e modulação da sinalização química intracelular. Ela promove a interface MEMBRANA-CITOPLASMA

63 Células Musculares lisas de Aorta de Rato. DNA nuclear - Hoechst (azul) Mitocrondrias - Mito Tracker (verde) Filamentos de Actina - phallacidin TR-X (vermelho). Fotografado por Salen Sith. Cell Biology. Células Musculares lisas de Aorta de Rato. Filamentos de Actina - Foloidina/Rodamina. Fotografado por Kevin Miller. Cell Biology.

64 PAPEL DA ACTINA NOS SISTEMAS CELULARES

65 A COMBINAÇÃO DE MÚLTIPLOS SINAIS DETERMINA O DESTINO (DESENVOLVIMENTO) CELULAR PODE SER? SOBREVIVÊNCIA VITD PROGESTERONA PROLIFERAÇÃO NEUROTRANSMISSORES MEDICAMENTOS DIFERENCIAÇÃO MORTE

66 DESAFIO! FORMULE PERGUNTAS SOBRE OS TEMAS ABORDADOS AQUI Vamos discuti-las na áreas de estudo orientado

67 BIBLIOGRAFIA INDICADA FISIOLOGIA HUMANA Stuart Ira Fox FISIOLOGIA HUMANA Guyton e Hall NEUROCIENCIAS - Bear et al Roberto Lent 100 bilhões de neurônios Estudo das funções celulares dentro dos sistemas/ ênfase na parte de introdução e homeostasia Estudo das funções celulares (transporte e sinalização) Ênfase no sistema nervoso central HISTOLOGIA BÁSICA Junqueira e Carneiro Estudo da forma e da função das células nos diferentes sistemas e tecidos BIOLOGIA CELULAR E MOLECULAR The Cell - Albert et al. Artigos científicos sobre sinalização química celular Disponíveis no Portal Acadêmico e/ou com os representantes da turma ESTUDO DOS CONCEITOS BÁSICOS DE TRANSPORTE DE MEMBRANA e Sinalização celular

68 A ORGANIZAÇÃO E AS PROPRIEDADES DAS REDES DE SINALIZAÇÃO QUÍMICA INTRACELULAR

69 REDE ALEATÓRIA REDE SEM ESCALA Número de Pontos Estrela Número de Pontos Estrela Número de Links Número de Links

70 CITOPLASMA MEMBRANA PLASMÁTICA NÚCLEO Núcleo Retículo Endoplasmático Aparelho de Golgi Caveossoma Cavéolas

71 MEIO EXTRACELULAR RECEPTORES ENZIMAS QUINASES ZONA ESPECIALIZADA DA MEMBRANA PÓS- SINÁPTICA ENZIMAS FOSFATASES PROTEÍNAS ADAPTADORAS CAVÉOLA PLATAFORMA DE SINALIZAÇÃO QUÍMICA PROTEÍNAS ESTRUTURAIS PROTEÍNAS DE MATRIZ EXTRACELULAR MEIO INTRACELULAR MEDIADORES INTRACELULARES SOLÚVEIS MEDIADORES EXTRACELULARES SOLÚVEIS