UNIVERSIDADE GAMA FILHO
PÓS-GRADUAÇÃO Nível: LATO SENSU
Curso: FISIOLOGIA DO EXERCÍCIO
“Fisiologia celular e homeostase”
Prof. Drd. LUIZ CARLOS CARNEVALI
[email protected]
OBJETIVO DO CURSO
•
•
•
•
Estrutura e função das células
Biologia celular e molecular
Controle da homeostase
Comunicação e integração do corpo
humano
• Adaptações promovidas pelo exercício
MEIOS INTERNO x EXTERNO
• MEIO EXTERNO: Ingerido mas não
absorvido
• MEIO INTERNO: Somente quando é
absorvido
Meio extracelular
Meio intracelular
Leito intravascular
HOMEOSTASE
HOMEOSTASE
1.1. Exercício e Saúde
Convert Bailey - “Se o exercí
exercício pudesse ser
prescrito em forma de pí
pílula, seria o remé
remédio
mais vendido do mundo.”
mundo.”
Astrand – “A exigência do exame mé
médico para
quem vai iniciar um programa de exercí
exercícios é
um atraso (rsrsrs). Na verdade, o exame mé
médico
deveria ser solicitado para as pessoas que se
negam a praticar a atividade fí
física.”
sica.”
Organizaç
Organização mundial da saú
saúde
É um estado de total bembem-estar fí
físico, mental
e social e não sendo apenas relacionado a
ausência de doenç
doenças ou enfermidades
OMS 1948
1.2 Homeostase e Saúde
Homeostase
Homeo = similar
stasis = condição
Capacidade de manter a estabilidade do
meio interno dentro de um padrão de
variaç
variação que permita seu ótimo
funcionamento
Walter B Cannon,1929
Homeostase
Variáveis Rígidas:
Temperatura – pH
Íons (K+/Ca+/Na+) e Fluídos
PO2/PCO2
Variáveis Flexíveis:
Glicemia – FC/PA – Metabolismo energético
Fatores Estressores
Pressões
do
Ambiente Externo
HOMEOSTASE
Jejum
Atividade Física
Frio
Calor
Altitude
Fatores
Psicológicos
Sistema
de
Controle Biológico
Ajuste do Meio Interno
Centro
ção
Centro de
de Integra
Integração
(2) O receptor
(3) Sinaliza ao efetor
avisa o centro
de integração
+
sobre o distúrbio
+
Efetor
Efetor
Receptor
Receptor
(1) O estímulo
excita o
receptor
para corrigir o
distúrbio
(4) O efetor corrige
+
Est
ímulo
Estímulo
-
o distúrbio e
remove
o estímulo
(Powers & Howley 2000)
1.3 Exercí
Exercício e Homeostase
O exercício intenso é uma maneira
formidável de desafiar a
capacidade do corpo de manter
seu ambiente interno dentro de
um padrão de variação que
permita seu ótimo funcionamento
Maughan & Nadell, 2000
Homeostase
Exercício - “Stress”
Energia -ATP
- Temperatura – pH
– Íons e Fluídos
- PCO2 / PO2
- Glicemia – FC/PA
Estado
Estável
Estresse x Adaptação
Hans Seyle (1936)
Síndrome da Adaptação Geral
Stress: estímulo não específico que
perturba a homeostase, gerando uma
resposta.
1.5 MODELO TEÓ
TEÓRICO
mecanismo de aç
ação
Estresse
Pressões
do
Ambiente Externo
Adaptações
Resposta
Jejum
Privação de sono
Frio
Calor
Altitude
Atividade Física
Desequilíbrio
do meio interno
Supercompensação
Super-compensação
Homeostase
Recuperação-Adaptação
Estresse
CÉLULA
CÉLULA
CITOPLASMA
• FIBRAS PROTÉICAS CITOPLASMA:
• Microfilamentos (actina)
• Filamentos intermediários
Miosina (músculo)
Queratina (cabelo e pele)
• Filamentos grossos (microtúbulos)
CÉLULA MUSCULAR
•
•
•
•
•
•
•
Proteínas contráteis:
Actina / miosina
Tropomiosina
Troponina
Proteínas estruturais
Colágeno
Elastina
ACTINA: Filamento
MEMBRANA CELULAR
RIBOSSOMOS
POLIRIBOSSOMOS
POLIRIBOSSOMOS
CITOESQUELETO
MICROFILAMENTOS ( actina)
FILAMENTOS INTERMEDIÁRIOS (miosina,
queratina): resistência ao estresse
mecânico
MICROTÚBULOS (tubulina): originam o
citoesqueleto e combinam-se para formar
os microtúbulos.
FUNÇÕES CITOESQUELETO
• Proteínas dão suporte celular e forma a
célula
• Fibras estabilizam posição das organelas
• Transporte de materiais para dentro da
células, movimento vesículas e organelas
• Conexão com fibras extracelulares ligando
uma célula a outra (trafego de inform.)
• Movimento celular (glóbulos brancos e
células nervosas)
CITOESQUELETO
PROTEÍNAS MOTORAS
• Ligam-se ao filamentos do citoesqueleto
• Utilizam a energia derivada de repetidos
ciclos de hidrólise de ATP para se mover
ao longo do filamento
• Diferem pelo tipo de filamento que se
ligam e direção que se movem
Superfamília da Miosina
• Funções:
– I – atividade contrátil
– II – organização intracelular com a actina
– III – transporte de organelas
Movimento das Proteínas
Motoras
• A energia da hidrólise de ATP força um
movimento da proteína motora.
• Todo este ciclo mecânico-químico de
ligação e hidrólise do ATP e liberação do
fosfato produz um único movimento
Repouso/Relaxamento
Excitação-Junção/Contração
CONTRAÇÃO MUSCULAR
ESTRUTURAS LOCOMOTORAS
• Cílios e flagelos que são formados a partir
de um arranjo de microtúbulos similar ,
porém com propriedades diferentes.
• Cílio: menor porém em maior quantidade
• Flagelo: células animais flageladas
possuem 1 ou 2 flagelos
CÍLIOS
• Projetam-se da superfície da célula
• Continuação da membrana celular
• Deslizamento de microtúbulos
(sobreposição)
• Movimento de fluídos
FLAGELOS
• Tem como função empurrar a célula
através dos fluídos
• Movimento por meio de contrações
ondulatórias
• Movem-se por mecanismos semelhantes
aos encontrados nos cílios
CILIOS E CENTRÍOLOS
RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO
RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO
RE LISO
• Síntese de ácidos graxos
• Sintese de esteróis
• Síntese de lipídios
(fosfolípides
• Estoque de Cálcio
RE RUGOSO
• Síntese de Proteínas
• Proteínas associadas ao RER se
desprendem indo ao GOLGI
através de VESÍCULAS
SECRETORAS
APARELHO DE GOLGI
• Consiste em sacos ocos emplihados e
recurvados
• Modifica proteínas sintetizadas no RER e
as envolve em vesículas de membrana
(Glicoproteínas)
Vesículas secretoras
Vesículas de armazenamento (lisossomos)
APARELHO DE GOLGI
APARELHO DE GOLGI
COMPLEXO GOLGI / RE
LISOSSOMOS E
PEROXISSOMOS
LISOSSOMOS
• Mais de 50 tipos de enzimas já foram
identificadas nos lisossomos de diferentes
células…
• Os lisossomos podem liberar suas
enzimas para dissolver material de
suporte extracelular
• Liberação inadequada (artrite
reumatóide)inflamação e destruição dos
tecidos articulares….
PEROXISSOMOS
• DEGRADAÇÃO AG que gera peróxido de
hidrogênio(H2 O2)
• Através da ação da enzima CATALASE
gera água
• DISFUNÇÃO interrompe o processamento
normal de lipídeos (Sistema nervoso)
•RESUMÃO…..
MITOCÔNDRIA
MEMBRANA
EXTERNA
ESQUEMA DA
MITOCÔNDRIA
MEMBRANA
INTERNA
MATRIZ
ESPAÇO
ENTRE
MEMBRANAS
FORMAS VARIADAS:
Sítio de contato
• “PH E TEMPERATURA
QUEBRAM LIGAÇÕES
INTRAMOLECULARES E
DESNATURAM PROTEÍNAS…..”
PH E TEMPERATURA
• O PH tem
influência direta
na atividade
máxima
enzimática
ÁCIDO LÁTICO
NADH/H+
... dentro da célula
LDH
O
||
H3C– C – C
O
OH
Ác. Pirúvico
(cetoácido)
OH
|
H3C– C – C
|
H
Ác. Lático
O
OH
... dentro da célula
OH
O
|
H3C– C – C
|
OH
H
Ácido lático
OH
O
|
H3C– C – C
|
OK
H
Lactato
de Potássio
+
e
KHCO3Bicarbonato
de Potássio
(tampão
celular)
=
H2O
H2CO3
Ácido
Carbônico
CO2
...porém no sangue...
OH
|
H3C– C – C
|
H
O
OK
+
NaHCO
3
Lactato
de Potassio
OH
|
H3C– C – C
|
H
O
ONa
e
HCO
3
+
K+
cél. musc.:
Bomba
Na+/K+
TAMPONAMENTO DE LACTATO
c
é
l C H O + KHCO → KC H O + H CO
3 6 3
3
3 5 3
2
3
u
l
a
Transportadores
de Kla: compatíveis
com K+
H2O
CO2
s
a
n KC3H5O3 + NaHCO3 → NaC3H5O3 + K + HCO-3
g
u
cél. musc.:
• fígado
e
sangue
Bomba
• coração
Na+/K+
DINÂMICA DE MEMBRANAS
BICAMADA LIPÍDICA
FOSFOLIPÍDIO
ESTRUTURA MEMBRANA
As concentrações de Íons são diferentes no meio
intracelular e extracelular
A célula necessita:
1- Ingestão de nutrientes essenciais
2- Excreção de produtos residuais
3- Regulação de concentrações iônicas intracelulares
De que forma a célula irá transferir moléculas
hidrossolúveis através de sua membrana hidrofóbica?
PRINCÍPIOS DE TRANSPORTE TRANSMEMBRANA
Bicamadas lipídicas isentas de proteínas são
altamente impermeáveis a Íons
Qualquer molécula se difundirá através de uma
bicamada lipídica isenta de proteína ao longo de
seu gradiente de concentração
A velocidade depende do tamanho e da solubilidade
em óleo (quanto mais hidrofóbica e mais não-polar
ela for)
Moléculas não-polares: O2 (32D)
CO2 (44D)
Moléculas polares pequenas sem carga: Água (18D)
Uréia (46D)
Moléculas polares grandes sem carga: Glicose
(180D)
Quanto menor, mais facilmente a molécula polar se
difunde, enquanto as moléculas carregadas (íons)
não se difundem sem a presença de proteínas,
independente do tamanho.
A permeabilidade de uma camada lipídica sintética a diferentes moléculas
Moles/seg/cm2
CAPTAÇÃO DE AG - FIBRA MUSCULAR
Proteínas transportadoras de
membrana
Especificidade (mutações em um único
gene eliminam a capacidade de
transporte)
Multipasso: suas cadeias polipeptídicas
atravessam a membrana múltiplas
vezes.
PROTEINAS DE MEMBRANA
ESTRUTURA MEMBRANA
Existem duas classes de proteínas transportadoras de membrana:
- Proteínas carreadoras
- Proteínas formadoras de canal
Mais lento
Mais rápido
O transporte ativo é mediado por proteínas
transportadoras acopladas a uma fonte de energia
Transporte passivo: -moléculas sem carga
-gradiente de concentração
-gradiente elétrico
Gradiente eletroquímico: G. conc. + G. elétrico
Transporte ativo: vai contra o gradiente eletroquímico
Depende da utilização de energia
TRANSPORTE ATRAVÉS DE MEMBRANA
A. TRANSPORTE PASSIVO: SEM CONSUMO ENERGÉTICO
1. DIFUSÃO SIMPLES: ATRAVESSAM A MEMBRANA
2. DIFUSÃO FACILITADA: UTILIZAM PROTEÍNAS
B. TRANSPORTE ATIVO: UTILIZAM PROTEÍNAS E CONSOMEM ENERGIA
A. TRANSPORTE PASSIVO
GRADIENTE DE
CONCENTRAÇÃO
DIREÇÃO DO
TRANSPORTE
DIFUSÃO SIMPLES
DIFUSÃO FACILITADA
O transporte passivo (carreadoras ou canais) e ativo (carreadoras)
Mecanismo de transporte passivo por uma proteína carreadora
Mudanças conformacionais na proteína
Reação enzima-substrato
Cinética de difusão simples ou mediada pelo carreador
A saturação ocorre quando os sítios de ligação ao soluto estão
ocupados
Vmax: velocidade máxima de transporte / carreador saturado
Km: constante de ligação característica pelo seu soluto
B. TRANSPORTE ATIVO
GRADIENTE DE
CONCENTRAÇÃO
DIREÇÃO DO
TRANSPORTE
Formas de energia acopladas ao transporte ativo em uma célula
- Carreadores acopladores
- ATPases
- Bombas dirigidas pela luz (bactérias)
Carreadores acoplados transportam dois solutos
Na mesma direção – simporte
Em direções opostas - antiporte
EXEMPLOS
Transporte ativo primário – ATPases
secundário – carreadores ionicos
O transporte de glicose em células epiteliais de intestino ou
rim depende do gradiente de Na – simporte
• Transporte simporte
sódio e glicose
TRANSPORTE ACOPLADO DE Na+
e GLICOSE
Na+ k+ ATPase
A bomba de Na-K é uma ATPase
Concentração de K+ maior no interior da célula
Concentração de Na+ é maior no exterior da célula
Gradiente de Na+ é explorado como fonte energia para o
transporte de açucares e aminoácidos (1/3 do gasto da célula)
Células nervosas eletricamente ativas, estão repetidamente
ganhando pequenas quantidades de Na+ e perdendo pequenas
quantidades de K+ durante a propagação dos impulsos
nervosos. (2/3 do gasto energético da célula)
Por utilizar ATP para bombear Na+ para fora e K+ para dentro
da célula essa bomba é conhecida como Na+K+ ATPase
Para cada molécula de ATP hidrolisada
3 Na+ são bombeados para fora e 2 K+ são bombeados para
dentro
O sistema de transporte da bomba depende da autofosforilação
da proteína. ATPases de transporte do tipo P
1-ligação de Na+
2-Fosforilação induz
modificação
3-libera Na+
4-Liga K+
5-desfosforilação retorna
a conformação original
6-Libera K+ no citosol
TRANSPORTE ATIVO: BOMBA DE SÓDIO E
POTÁSSIO
A bomba de Na+K+ pode ser operada ao reverso
para produzir ATP
Experimentalmente os gradientes de NA+ e K+
Energia estocada em seus gradientes eletroquímicos
maior do que a energia química da hidrólise de ATP
Íons movem-se de acordo com seus gradientes
ATP é sintetizado pela Na+k+ ATPase a partir de
ADP e fosfato
Portanto depende das concentrações relativas de
ATP, ADP e fosfato e dos gradientes eletroquímicos
de Na+ e K+
OSMOSE
DIFUSÃO SIMPLES: OSMOSE
Fontes de osmolaridade intracelular
Células animais mantém grande
concentrações de íons extracelular
VESÍCULAS
TRANSPORTADORAS
Transporte de moléculas grandes
através das membranas
ENDOCITOSE E EXOCITOSE
CLATRINA
-Mediadora de vários tipos de
transporte celular
-Possui uma cadeia pesada e uma
cadeia leve
-Partículas de montagem
-Dinamina (proteína
ligadora de GTP)
ROTAS DE EXOCITOSE
RESUMINDO
RESUMO: Transporte de substâncias
ATIVO
PASSIVO
Difusão
Simples
Difusão
Facilitada
Endocitose
Exocitose
Osmose
Fagocitose
Pinocitose