NIVELAMENTO - BIOLOGIA. Profa. Responsável: Dra. Noeli S. M. Silva 29 de maio de 2021

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1 NIVELAMENTO - BIOLOGIA Profa. Responsável: Dra. Noeli S. M. Silva melo.ns@usp.br 29 de maio de 2021

2 2 Encontro 3 Recapitulando... Estrutura e função da membrana Bicamada lipídica; Parede celular; Citoplasma e hialoplasma;

3 Dificuldades preparam pessoas comuns para destinos extraordinários. C.S. Lewis

4 4 Recapitulando... Composição Bioquímica das células; Ácidos nucleicos, proteínas, lipídios e carboidratos...

5 Recapitulando... 5

6 Recapitulando... 6

7 Recapitulando... 7

8 Recapitulando... 8

9 Recapitulando... 9

10 Recapitulando... 10

11 Recapitulando... 11

12 12 Membrana plasmática Fundamental para que existisse a vida no planeta Fluida, flexível, dinâmica! Funções: Definir o limite externo da célula; Ser seletivamente permeável; Transporte de informações. Possui canais e bombas altamente seletivos, formados por moléculas proteicas Presente na grande maioria das organelas

13 13 Membrana plasmática Gradientes iônicos através das membranas Atividade de proteínas especializadas Identificam quando um determinado composto deve entrar ou sair da célula; Mudança de comportamento da célula em resposta à estímulos específicas proteínas sensoras; Transporte de compostos ou ativação de proteínas que desencadearão diversas reações específicas dentro da célula;

14 14 Membrana plasmática Regulação dinâmica-> depende de estímulos ambientais: Presença de nutrientes; Variações de ph; Estímulos neurosensores; Resposta imunológica; Variações de temperatura; etc.

15 15 Membrana plasmática Permeabilidade seletiva -> controle do que entra e do que sai da célula...

16 16 Membrana plasmática: composição Lipoproteínas (lipídeo + proteína) ~60%; Proteínas: resistência mecânica, transporte de diferentes substâncias e papeis enzimáticos. Lipídeos: ~28% -79% organismo envolvido). Fosfolipídeos, glicolipídeos e esteróis. Esterol: (M.O.). (dependendo do tipo de célula e colesterol (Animais), fitosterol (Plantas) ou ergosterol Diminui a permeabilidade e a chance de cristalização da membrana. Carboidratos formam 2% 10%: Oligossacarídeos. Covalentemente ligados à lipídeos e proteínas.

17 Membrana plasmática: composição 17

18 Membrana plasmática: composição 18

19 19 Membrana plasmática: composição Bicamada lipídica Responsável pela estrutura fluida da membrana; Barreira relativamente impermeável a passagem da maioria das moléculas hidrossolúveis; Proteínas Mediadores para praticamente todas as funções da membrana.

20 20 Membrana plasmática: bicamada Facilmente visualizada através de microscopia eletrônica.

21 21 Membrana plasmática: estrutura É dada pelas características especiais das moléculas lipídicas: Agrupam-se espontaneamente em duplas camadas mesmo em condições artificiais simples minimização de energia; Moléculas anfipáticas (hidrofílica e hidrofóbica); Fosfolipídeo: comprimento e saturação da cauda de ácido graxo Afeta a fluidez da membrana.

22 22 Membrana plasmática e modelos Modelo de mosaico fluido - Singer e Nicolson (1972) iceberg de proteína em um mar de lipídeos. Matriz fluida altamente viscosa de duas camadas de moléculas de fosfolipídios, e proteínas.

23 23 Membrana plasmática Matriz fluida altamente viscosa de duas camadas de moléculas de fosfolipídios, e Proteínas: Periféricas (extrínsecas): fracamente ligadas às superfícies polares das camadas lipídicas. Integrais (intrínsecas): penetram profundamente na camada lipídica ~70% das proteínas de membrana. Porções que cruzam a bicamada lipídica: na maioria α-hélice aa não polares. Transmembrana ou de túnel: penetram através das camadas de fosfolipídios e se projetam em ambas as superfícies. Canais para a passagem de íons de água e outros solutos.

24 Membrana plasmática: mosaico fluido 24

25 25 Membrana plasmática Simétrica ou assimétrica? Tudo o que tem do lado externo tem no lado interno?

26 26 Bicamada e assimetria Funcionalmente importante... Membrana das hemácias: moléculas que contém colina no seu grupo apolar (fosfatidilcolina e esfingomielina) estão na monocamada externa e fosfolipídeos com grupamentos amino primário terminal (fosfatidiletanolamina e fosfatidilserina) estão na monocamada interna. Apoptose Célula distingue entre célula viva e morta Fosfatidilserina é translocada para o meio extracelular Reconhecimento- Fagocitose da célula morta

27 27 Bicamada e assimetria Fosfatidilserina é translocada para o meio extracelular...

28 28 Membrana plasmática: estrutura Proteínas de membrana Responsáveis por diversas funções: Transporte de nutrientes, metabólitos e íons; Ancoragem de macromoléculas; Receptores para sinais químicos; Enzimas catalisando reações específicas. Variam muito de uma membrana para outra. Membrana mielínica menos de 25% de sua massa é proteína. Membrana interna da mitocôndria - ~75% da massa.

29 29 Membrana plasmática: composição Transporte de moléculas específicas Catálise de reações associadas a membrana Síntese de ATP (mitocôndria) Ligantes estruturais Ligação a células adjacentes pelo citoesqueleto Transmissão de sinais do meio externo Muitas proteínas de membrana ~30% de todas as proteínas codificadas no genoma

30 30 Membrana plasmática: composição Carboidratos: Porção glicídica das glicoproteínas (extracelular) e dos carboidratos de glicolipídeos. Não se encontram voltados para o citoplasma. Formam o glicocálice ou revestimento celular. Glicose, galactose, manose, fucose. N-acetilgalactosamina.

31 31 Membrana plasmática: composição Glicocálice - revestimento de células animais. Protege a célula contra danos mecânicos e químicos...

32 32 Membrana plasmática: composição Carboidratos funções: Reconhecimento molecular lectinas; Especificação dos grupos sanguíneos; Reconhecimento célula-célula: tecido; Função antigênica: anticorpo-antígeno.

33 33 Membrana plasmática: aspectos funcionais Fluidez das membranas: Capacidade de movimentação dos diferentes componentes da bicamada lipídica. Diminuir a rigidez Difusão de seus constituintes. Característica atribuída à composição lipídica. Fatores que interferem na Fluidez: Composição da membrana; Insaturações; Temperatura; Dieta.

34 34 Membrana plasmática Princípios do transporte de membrana Bicamadas lipídicas livres de proteínas são fortemente impermeáveis a íons. Dado um tempo suficiente qualquer molécula pode se difundir pela bicamada lipídica a favor de seu gradiente de concentração; Depende do tamanho da molécula e da sua solubilidade relativa em lipídeos;

35 35 Membrana plasmática Permeabilidade da membrana Água e moléculas não polares Dependendo da necessidade da célula passam por difusão simples; Moléculas polares (íons, açucares, nucleotídeos, etc) Difusão através de proteínas de transporte; Ativo ou passivo.

36 36 Membrana plasmática

37 37 Aplicando o conhecimento Veículo para liberação de determinados tipos de moléculas: Medicamentos, DNA, RNA, compostos, etc. Produção in vitro: específica para o tipo celular seletividade. Nanolipídeos...

38 Aplicando o conhecimento 38

39 Membrana plasmática e doenças Defeitos nos mecanismos de regulação da membrana plasmática podem resultar em doenças graves: Fibrose cística Aterosclerose Anemia Falciforme Diabete Pulmão de portador de fibrose cística obstruído pelo acúmulo de muco Hemácia falciforme.

40 Fibrose cística (Mucoviscidose) Doença genética autossômica recessiva causada por distúrbio em glândulas exócrinas; Não possui cura; ~5% da população branca seja portadora de uma mutação no gene da fibrose cística; Menos frequente entre negros (1:17 mil nascimentos) e asiáticos (1:25 mil) em comparação com caucasianos (1:2,5mil);

41 Fibrose cística (Mucoviscidose)

42 Causas e Consequências Mutação no gene CFTR localizado no braço longo do cromossomo 7; A proteína afetada será a CFTR (regulador de condutância transmembranar de fibrose cística),que regula a passagem de cloro e de sódio pelas membranas celulares; A saída do Cl- na célula é reduzida, o muco fica excessivamente viscoso. A água, seguindo o fluxo de Na+, entra na célula, agravando a viscosidade do muco (ressecamento do fluido extracelular): acúmulo de muco -> prolifera fungos, bactérias: INFECÇÃO.

43 Fibrose cística Proteína CFTR canal de cloro. Representação de acúmulo de muco nas vias pulmonares e pancreáticas.

44 FC: Causas e Consequências Produção de muco 30 a 60 vezes mais viscoso; Embora o sistema de transporte mucociliar não se encontre afetado pela patologia, ele vai ser incapaz de transportar uma secreção assim tão viscosa; Acúmulo de muco nas vias.

45 Quadro clínico Pode afetar aparelho digestório, glândulas secretoras, causando danos a órgãos como o pâncreas, o fígado e o sistema reprodutor. Diagnóstico: análise do histórico familiar e nível de Cl- e Na+ no suor. Além do exame de sangue, DNA e exame do pezinho. Tratamento: tratamentos específicos para cada problema que o indivíduo possui (Insuficiência pancreática, bronquite, etc). Amiloride é um antidiurético que bloqueia a reabsorção de sódio e consequentemente, aumenta a quantidade de água fora da célula, diminuindo a viscosidade do muco brônquico.

46 Aterosclerose Doença crônica que afeta a parede das artérias (de médio e grosso calibres), levando a formação de placas de gordura (ateromas) que podem comprometer o fluxo de sangue através dessas artérias. Pode afetar as artérias do cérebro, coração, rins e de outros órgãos vitais, assim como as artérias dos membros superiores e inferiores.

47 Principais fatores de risco Hipertensão arterial, dislipidemias (níveis sanguíneos elevados de "colesterol ruim" ou LDL-colesterol e níveis baixos de "colesterol bom" ou HDL-colesterol), tabagismo, obesidade, sedentarismo, estresse psicossocial e o envelhecimento; Histórico familiar também é um importante fator de risco;

48 Consequências O bloqueio de uma artéria que leva sangue ao coração pode causar um infarto do miocárdio, o bloqueio de uma artéria que leva sangue ao cérebro pode levar a um AVC. Apesar dos importantes avanços da medicina, o infarto do miocárdio e o acidente vascular cerebral são responsáveis por mais mortes que todas as demais causas combinadas.

49 Tratamento Exercícios físicos ajudam o indivíduo a perder peso- nível de colesterol, glicemia e a pressão arterial. A interrupção do tabagismo ajuda a aumentar o HDL (ou colesterol bom) e o controle da pressão arterial. Medicamentos: antihipertensivos (para tratar hipertensão arterial), hipoglicemiantes orais e insulina (para tratar o diabete melito), medicamentos hipolipemiantes (drogas redutoras de colesterol, como as vastatinas), medicamentos para auxiliar na perda de peso e na cessação do tabagismo, medicamentos para o combate do estresse e da depressão, entre outras.

50 Anemia falciforme Doenças hereditária recessiva comum no Brasil. Ela afeta principalmente a população negra. Diagnóstico: testes hematológicos como o teste do pezinho em recém nascidos, teste de afoiçamento e estudo da hemoglobina. Se o teste de afoiçamento der positivo, ele pedirá um outro teste chamado eletroforese de hemoglobina.

51 Anemia falciforme Afeta o sangue. Hemácias normais têm a forma de um disco bicôncavo. São células muito flexíveis e passam facilmente por pequenos vasos sanguíneos. Isto é importante porque as hemácias viajam partindo de grandes vasos para pequenos vasos entregando o oxigênio para todos os órgãos do corpo. Hemoglobina normal: duas cadeias alfa globínicas e duas cadeias beta globínicas. Hemácia normal ~95% de hemoglobina A.

52 Anemia falciforme Doença Falciforme: hemoglobina S~ em concentração> 50%. A Hemácia falcisada vive metade do tempo que um eritrócito normal vive. Uma mutação genética afetou uma das bases nitrogenadas que compõe o gene que sintetiza a hemoglobina beta. Ácido glutâmico-> valina: fenômeno de afoiçamento.

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54 Anemia falciforme Assim que o oxigênio é liberado, a deoxi-hb promove a formação de pontes de H entre a valina de uma globina beta e a valina mutante (substituinte do ácido glutâmico). Modificação da estrutura: formação de filamentos que distorcem a membrana da hemácia-> forma irregular e afoiçada-> dificuldade para atravessar a rede sanguínea deslizando. Como resultado muitos pacientes sentem dores, cansaço e falta de apetite.

55 55 Diabetes Mellitus 2 Ausência de respostas da célula ao estímulo da insulina. (Diferente do tipo 1, a produção do hormônio ocorre normalmente, mas a glicose não consegue sair da corrente sanguínea, gerando hiperglicemia); Insulina se liga ao receptor de membrana (chave-fechadura) e a permease GLUT4 (Transportador de Glicose ) não abre; Chegará um momento em que as células não serão mais estimuladas pelo hormônio-> taxa de glicose no sangue continuará alta. Pode ser desenvolvida!!!

56 Diabetes Mellitus 2 56

57 Diabetes Mellitus 2 57

58 58 Diabetes Mellitus 2 Os sintomas incluem aumento na micção (urina com alto teor de glicose), sede excessiva, visão embaçada, dificuldade na cicatrização, sensações de formigamento, coceira e queimação na pele, mãos e pés; Diagnóstico: teste de glicemia; Tratamento: dieta, com redução da ingestão de carboidratos e lipídios e exercícios físicos;

59 59 AIDS Doença crônica causada pelo vírus HIV (vírus de imunodeficiência adquirida); CCR5: um dos receptores mais utilizados pelo HIV-1 para entrar nas células do corpo; Resistência ao HIV: duas cópias mutadas do receptor CCR5-> vírus se torna incapaz de penetrar nas células do corpo que costumam ser infectadas (linfócitos).

60 60 AIDS Paciente de Londres: Células-tronco de um doador que tem essa mutação genética específica, o que fez com o próprio receptor também ficasse resistente ao HIV; Pesquisa: terapia genética em pessoas com HIV, com foco no CCR5.

61 AIDS 61

62 Parede celular Camada mais externa, rígida, protetora, não viva e de suporte encontrada em todas as células vegetais, bactérias, cianobactérias e alguns protistas. 62 Ausente em células animais. Composição química: matriz e fibras celulósicas (microfibrilas). A matriz é composta por hemicelulose, pectina, glicoproteínas, lipídios e água.

63 63 Parede celular Plantas: celulose - (C 6 H 10 O 5 ) n Polímero de cadeia não ramificada de moléculas de glicose -> ligação glicosídica β,1-4. ~ 100 moléculas de celulose ->micela; ~ 20 micelas-> microfibrila; ~ 200 microfibrilas-> fibrila.

64 64 Parede celular Algas verde-azuladas: mucopeptídeo. Polímero de amino açúcares: ácido N-acetil murâmico (NAM) mantidos alternadamente em ligação β,1 >4. Fungos superiores: quitina, polímero de glucosamina. Bactérias e Cianobactérias: peptideoglicano (N-acetil glucosamina).

65 65 Parede celular: funções Manter a forma das células vegetais e proteger as células de danos mecânicos. Afastar os ataques de patógenos (vírus, bactérias, fungos, protozoários). Fornecer suporte mecânico contra a gravidade. É devido à rígida parede celular que as partes aéreas das plantas conseguem se manter eretas e expor suas folhas ao sol. Evitar a expansão indevida da célula quando a água entra por osmose para compensar a falta de vacúolo contrátil. Isso evita o estouro de células. Papel regulador de permeabilidade na passagem de materiais para dentro e para fora da célula.

66 66 Citoplasma É preenchido por uma matriz viscosa e semitransparente Hialoplasma ou citosol; Se localiza ao redor do núcleo e dentro da membrana plasmática contendo várias organelas e inclusões; Forma cerca de 1/2 do volume da célula; ~80% dele é água; Íons, biomoléculas, como açúcar, aminoácido, nucleotídeo, trna, enzima, vitaminas, etc; Produtos metabolicamente inativos, Plastídios, lisossomos, peroxissomos, mitocôndria, ribossomo, Golgi, etc.

67 67 Citoplasma Ectoplasma ou plasmagel (externo): mais viscoso. Endoplasma ou plasmasol (interno): mais fluído. Citoesqueleto importante no transporte de moléculas e divisão celular. Estrutura 3D similar à uma rede de fios finos que são chamados de microfilamentos (filamentos de actina ou rede microtrabecular).

68 68 Citoplasma: funções Regular o ph intracelular; Espaço onde ocorrem as reações químicas vitais para a célula, como a glicólise anaeróbia e a síntese proteica; Contribui na movimentação celular por meio da ciclose. Corrente citoplasmática orientada em determinado sentido, capaz de deslocar organelas Armazena substâncias de reserva das células animais, como as gorduras e o glicogênio.

69 69 Feedback: Kahoot Game PIN: