Aula de integração dos conceitos
básicos
Prof. Rodrigo Cesar Carvalho
Freitas, PhD.
•Programa de Neuroimunologia -Dep.
Neurobiologia-UFF
• Fisiologia e Farmacologia - UniFOA
ORIGEM DA VIDA
O QUE HÁ DE COMUM
ENTRE ESSES ASSUNTOS?
CONCEITOS DE HOMESTASIA
CONCEITOS SOBRE ESTRUTURA
E FUNÇÃO DAS CÉLULAS
CINÉTICA E FUNÇÃO
ENZIMÁTICA
CONCEITOS DE
GENÉTICA E BIOLOGIA
MOLECULAR
CONCEITOS SOBRE O
DESENVOLVIMENTO
CELULAR
CÉLULA
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.
Fisiologia CELULAR
• Membranas Biológicas
• Estrutura
• Fosfolipídios e Colesterol
• Proteínas de Membrana
• Função
• Transporte de íons, nutrientes e drogas
• Tráfego de vesículas
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
PERGUNTAS BÁSICAS PARA CONSTRUIR O CONHECIMENTO
COMO É FORMADA A MEMBRANA PLASMATICA?
COMO ESSA ORGANELA FUNCIONA?
MEMBRANAS BIOLÓGICAS
ESTRUTURA E FUNÇÃO
MODELO DO MOSAÍCO FLUIDO
ESTRUTURA DA MEMBRANA PLASMÁTICA
FOSFOLIPÍDIO
EM SOLUÇÃO AQUOSA
LIPOSSOMAS :
são maiores e
podem comportar
e sustentar um
número maior de
organelas
celulares
Micela
Bicamada
Lipossoma
ORGANIZAÇÃO DA BICAMADA LIPÍDICA EM
AMBIENTE AQUOSO
UMA CONCLUSÃO
A PORÇÃO LIPÍDICA DA MEMBRANA FORMA UMA
BARREIA IMPERMEÁVEL A ÁGUA E PARTICULAS
SOLUBILIZADAS NA ÁGUA (HIDROFÍLICAS)
MOLÉCULA POLAR
FOSFOLIPÍDIO
ACETONA
ÁGUA
CAMADA DE SOLVATAÇÃO MAIS PRÓXIMA
MOLÉCULA APOLAR
MOLÉCULA ANFIPÁTICA
METIL PROPANO
ÁGUA
CAMADA DE SOLVATAÇÃO MAIS AFASTADA
Movimento dos fosfolipídeos
na membrana
FOSFOLIPIDEOS INSATURADOS
FOSFATIDIL-ETANOLAMINA
FOSFATIDIL-COLINA
FOSFATIDIL-INOSITOL
ASSIMETRIA NA DISTRIBUIÇÃO
DOS FOSFOLIPÍDIOS
FACE EXTERNA DA MEMBRANA
FOSFATIDIL-SERINA
FOSFOLIPIDEOS SATURADOS
ESFINGOMIELINA
FOSFOLIPIDEOS ANIÔNICOS
FOSFATIDIL-INOSITOL
FOSFATIDIL-SERINA
FACE INTERNA DA MEMBRANA
DIFERENTES ESTADOS DE FLUIDEZ DA
BICAMADA LIPÍDICA
Importância do
colesterol
BICAMADA COM FOSFOLIPÍDIOS
INSATURADOS
MEMBRANA MAIS
FLUÍDA
ADIÇÃO DE COLESTEROL
MEMBRANA MENOS
FLUÍDA
BICAMADA COM FOSFOLIPÍDIOS
SATURADOS
MEMBRANA MENOS
FLUÍDA
ADIÇÃO DE COLESTEROL
MEMBRANA MAIS
FLUÍDA
“RAFTS” LIPÍDICOS
DOMÍNIOS DE MEMBRANA CELULAR
RICOS EM COLESTEROL
E ESFINGOMIELINA
CÁVEOLAS
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!
PROTEÍNAS DE MEMBRANA
TALVEZ SEJAM OS COMPONENTES DE
MEMBRANA QUE A CÉLULA POSSUI O
CONTROLE MAIS ATIVO
PROTEÍNAS PERIFÉRICAS
PROTEÍNAS INTEGRAIS
MOBILIDADE DAS PROTEÍNAS NA MEMBRANA
PROTEÍNAS PERIFÉRICAS
PROTEÍNAS INTEGRAIS
MICROAMBIENTES
DE MEMBRANA
DENTRITOS
CORPO
AXÔNIO
A MAIOR DAS CONCLUSÕES
A MEMBRANA É
ASSIMÉTICA!
ISSO SE REFLETE NA SUA CONSTITUIÇÃO
QUÍMICA, FORMA E FUNÇÕES!
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
TRANSPORTE DE
MEMBRANA
IMPLICAÇÕES NA FISIOLOGIA
GERAL E FISIOLOGIA DO SISTEMA
NERVOSO
CONCEITO BÁSICOS DE TRANSPORTE CELULAR
TRANSPORTE INDIVIDUALIZADO DE
PEQUENAS MOLÉCULAS OU ÍONS
TRANSPORTE DE CONJUNTO DE
PEQUENAS MOLÉCULAS OU ÍONS
OU DE MACROMOLÉCULAS
MEDIADO POR
TRANSPOTADORES
PROTEÍCOS
MEDIADO POR
VESÍCULAS
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
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
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
DIFUSÃO FACILITADA
As proteínas
transportadoras aumentam
a eficiência do transporte de
pequenas moléculas
hidrofílicas através da
membrana plasmática
EXEMPLOS DE TRANSPORTE
PASSIVO NA FUNÇÃO
CELULAR
DIFUSÃO
FACILITADA
MEDIADA PELAS
AGUAPORINAS
Importante mecanismo
de secreção e absorção
de água
É como a água
atravessa as
membranas movida
pela força osmótica
AQUAPORINAS
CANAIS IÔNICOS
DIFUSÃO FACILIDADE
MEDIADA POR CANAIS
IÔNICOS
Propriedades de
permeabilidade seletiva
CANAL IÔNICO SELETIVO AO
POTÁSSIO
EX: CANAL VAZANTE DE
POTÁSSIO
CANAIS IÔNICOS
DEPENDENTES DE
VOLTAGEM
• Importantes na formação
do potencial e Ação nas
células excitáveis
CANAIS IÔNICOS
DEPENDENTE DE LIGANTES
SINAPSE NEUROMUSCULAR
RECEPTOR NICOTÍNICO
COLINÉRGICO
EXEMPLO DE TRANSPORTE
ATIVO DIRETO ou PRIMÁRIO
NA FUNÇÃO CÉLULAR
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
Aumento das
BOMBAS DE Ca++
nas membranas
Ca++
Aumento desta proteínas
na borda em escova dos
enterócitos
PROMOVE CAPTAÇÃO
ATIVA DE Ca++
ADP
ATP
Ca++
TRANSPORTE ATIVO INDUZIDO POR
HORMÔNIO
Promove hipercalcemia
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
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
Morte celular Induzida por intensa
entrada de Cálcio nas células
Cálcio
Caspases
Fragmentação de DNA
APOPTOSE
EXEMPLO DE TRANSPORTE
ATIVO INDIRETO ou
SECUNDÁRIO NA FUNÇÃO
CELULAR
TRANSPORTE ATIVO DE GLICOSE DEPENDENTE DE GRADIENTES IÔNICO DO Na+
ENTERÓCITO
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.
TRANSPORTE VESICULAR
ENDOCITOSE
EXOCITOSE
•Receptores
•Neurotransmissores
•Peptídeos
sinalizadores
•Hormônios
•Imunoglobulinas
•Antígenos
• Grandes porções
sólidas e líquidas
•Enzimas
(zimogênios)
•Proteínas de
superfície celular
•Complexos
lipoproteícos
EXEMPLO DE TRANSPORTE
VESICULAR NA FUNÇÃO
CELULAR
EXOCITOSE
EXTERNALIZAÇÃO DE TRANSPORTADORES DE
GLICOSE INDUZIDA POR INSULINA
Células não
estimulada
Receptor de insulina
Células estimulada
Transportador
de glicose
reserva intracelular de
transportadores de glicose
presente nos endossomas
Mais
Transportadores
de glicose
Insulina
Mobilização da
reserva intracelular de
transportadores de
glicose
para a membrana
plasmática
ENDOCITOSE
RECEPTORES DE LDL NORMAIS x MUTANTES
Sítio de ligação para LDL
Clatrina
Adaptina
Receptor de
LDL Normal
Sítio de ligação para
proteína Adaptina
LDL
LIPOPROTEÍNA DE
BAIXA DENSIDADE
proteína Clatrina
Receptor de LDL com sitio
defeituoso
“colesterol ruim”
Transportado no sangue e distribuído para as células do organismo
Formação e fusão das vesículas
sinápticas
Liberação de
Neurotransmissores
Comunicação química das
células nervosas
Neurônios e Neuroglias
COMPLEXO SNAREs
H2O
H2O
H2O
H2O
H2O H2O H2O
H2O
H2O
H2O
FUSÃO DE VESÍCULAS
H2O
H2O
H2O
H2O
POTOCITOSE – tipo especial de endocitose onde há
englobamento de muitas partículas pequena de uma só vez
DROGAS
PROTEÍNAS
CAVÉOLAS
CAVÉOLAS
Transportadores
de membrana
Receptores
de membrana
ÍONS
(Ca , K , Na1+, Cl 1-, etc)
2+
1+
CAVÉOLAS
Canais Iônicos
EXTRACELULAR
INTRACELULAR
POTOCITOSE
Potocytosis. Robert Feulgen.2001
UMA CONCLUSÃO
O TRANSPORTE
VESICULAR MOBILIZA UM
NÚMERO MAIOR DE
MOLÉCULAS EM CADA
MOMENTO DE
TRANSPORTE
TRANSITO DE PACOTES!
SINALIZAÇÃO QUÍMICA
INTRACELULAR
IMPLICAÇÕES NA FISIOLOGIA
GERAL E FISIOLOGIA DO SISTEMA
NERVOSO E CONSIDERAÇÕES
SOBRE A MEMBRANA PLASMÁTICA
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
TODAS ESSES TIPOS DE SINALIZAÇÃO OCORREM NO
SISTEMA NERVOSO!
Sinalização parácrina
Célula Alvo
Vesículas
secretórias
Célula
Nervosa
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
Sinalização Endócrina
Vaso
sanguíneo
ESSA TIPOS DE
SINALIZAÇÃO
OCORREM NO
SISTEMA NERVOSO!
HORMÔNIO
BEM COMO NOS
OUTROS
SISTEMAS
Célula
Alvo
Célula Endócrina
Mediador
químico se
difunde pelo
sangue
SINALIZAÇÃO QUÍMICA INTRACELULAR
MEIO
EXTRACELULAR
RECEPÇÃO
TRANSDUÇÃO
RESPOSTA
RECEPTOR
ATIVAÇÃO DE
DIFERENTES
RESPOSTAS
CELULARES
VIA DE TRANSDUÇÃO DE SINAL
SINAL
QUÍMICO
MEMBRANA PLASMÁTICA
TRÊS ESTÁGIOS DA SINALIZAÇÃO INTRACELULAR:
RECEPÇÃO
TRANSDUÇÃO
RESPOSTA
SINALIZADOR EXTRACELULAR
RECEPTOR
PROTEÍNAS SINALIZADORAS
PROTEÍNAS ALVOS
ENZIMAS
METABÓLICAS
ALTERAÇÕES
NO
METABOLISMO
PROTEÍNAS
REGULADORAS DE
GENES
ALTERAÇÕES
NA EXPRESSÃO
DE GENES
PROTEÍNAS DO
CITOESQUELETO
ALTERAÇÕES NA
FORMA E NO
MOVIMENTO DAS
CÉLULAS
SINALIZAÇÃO QUÍMICA INTRACELULAR
PROTEÍNAS RECEPTORAS DA MEMBRANA
ESPECIFICIDADE
AMPLIFICAÇÃO
ADAPTAÇÃO
INTEGRAÇÃO
SINA
LIZA
ÇÃO
CEL
ULA
R
DIVERSAS VIAS DE SINALIZAÇÃO QUÍMICA
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
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.
PAPEL DA ACTINA
NOS SISTEMAS CELULARES
A COMBINAÇÃO DE MÚLTIPLOS SINAIS DETERMINA O DESTINO
(DESENVOLVIMENTO) CELULAR
PODE SER?
SOBREVIVÊNCIA
VITD
PROGESTERONA
PROLIFERAÇÃO
NEUROTRANSMISSORES
MEDICAMENTOS
DIFERENCIAÇÃO
MORTE
DESAFIO!
FORMULE PERGUNTAS SOBRE OS
TEMAS ABORDADOS AQUI
Vamos discuti-las na
áreas de estudo
orientado
BIBLIOGRAFIA INDICADA
FISIOLOGIA HUMANA – Stuart Ira Fox
FISIOLOGIA HUMANA – Guyton e Hall
Estudo das funções celulares dentro
dos sistemas/ ênfase na parte de
introdução e homeostasia
NEUROCIENCIAS - Bear et al
Roberto Lent – 100 bilhões de
neurônios
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.
ESTUDO DOS CONCEITOS BÁSICOS DE
TRANSPORTE DE MEMBRANA e Sinalização celular
Artigos científicos sobre
sinalização química celular
Disponíveis no Portal Acadêmico
e/ou com os representantes da
turma
A ORGANIZAÇÃO E AS PROPRIEDADES
DAS REDES DE SINALIZAÇÃO QUÍMICA
INTRACELULAR
REDE ALEATÓRIA
REDE SEM ESCALA
Número de Pontos
Estrela
Número de Pontos
Estrela
Número de Links
Número de Links
MEMBRANA PLASMÁTICA
CITOPLASMA
NÚCLEO
Núcleo
Retículo
Endoplasmático
Aparelho
de Golgi
Caveossoma
Cavéolas
MEIO EXTRACELULAR
RECEPTORES
ENZIMAS QUINASES
ZONA
ESPECIALIZADA DA
MEMBRANA PÓSSINÁPTICA
CAVÉOLA
PLATAFORMA DE
SINALIZAÇÃO
QUÍMICA
MEIO INTRACELULAR
ENZIMAS FOSFATASES
PROTEÍNAS
ADAPTADORAS
PROTEÍNAS
ESTRUTURAIS
PROTEÍNAS DE MATRIZ
EXTRACELULAR
MEDIADORES
INTRACELULARES
SOLÚVEIS
MEDIADORES
EXTRACELULARES
SOLÚVEIS