Biofísica de membranas e Potencial de ação (impulso nervoso)

Por Fabio Dias Magalhães

Antes de ler esse texto, sugiro a leitura do texto introdutório "O que é impulso nervoso". 

O impulso nervoso, ou potencial de ação,  é o sinal que é gerado,conduzido e transmitido pelo neurônio. É por causa dele que percebemos o mundo, pensamos, contraímos nossos músculos e nos deslocamos.

Vamos imaginar um estímulo tátil,por exemplo: Como você consegue sentir o teclado no seu dedo?

Bem simplificadamente :

As teclas estimulam receptores mecânicos na ponta do seu dedo. Isso signfica que  canais de sódio se abrem, e causam uma despolarização da membrana plasmática, e esse sinal percorre o neurônio até nosso cérebro, onde o impulso nervoso é interpretado. Esse é um exemplo de via aferente, sensória.


Em um exemplo de via eferente, ou motora, o neurônio conduz o impulso nervoso até uma célula muscular. As duas células não estão ligadas fisicamente, havendo uma fenda entre elas, a sinapse. o impulso nervoso é transmitido quando ocorre a  liberação pelo neurônio de neurotransmissores. Na célula muscular existe uma área chamada de placa motora, com receptores (canais de sódio)  que são estimulados pelos neurotransmissores. Esses canais  se abrem causando a despolarização, o que abrirá outros canais ( chamados de canais de sódio voltagem dependente) que ,ao final do processo, induzirão a contração muscular. E assim, você aperta uma tecla.

Para entendermos o impulso nervoso e a neurotransmissão, é fundamental a compreensão da biofísica de membranas: os  processos de transporte passivo e ativo, a ação dos canais de sódio e potássio e a ação da Na+K+ ATPASE , também chamada de bomba de sódio e potássio.

A) Revisão de biofísica de membranas

A membrana plasmática limita o meio interno celular e tem a função de permeabilidade seletiva, dentre outras. Ela é composta principalmente por fosfolípides, mas não apenas desses elementos, já que ela é heterogênea, e nela existem inclusões de colesterol, glicoproteínas e proteínas permeases. Por ser heterogênea  e móvel, ela é um mosaico fluido.

Figura 1: A membrana plasmática é um mosaico fluido. Note que a proteína permease  em laranja pode funcionar como canal transmembrana

A  permeabilidade seletiva da membrana plasmática é devida ao seu caráter predominantemente apolar e a presença de canais e bombas..

Lembre-se que existem dois tipos de transporte, o passivo o  ativo. A difusão, um tipo de transporte passivo (sem gasto de ATP) ocorre obedecendo  o gradiente de concentração, ou seja, vai do mais concentrado  (hipertônico) ao menos concentrado (hipotônico).  Substâncias apolares (como homônios esteroides) se difundem livremente pela membrana plasmática, já as polares (como a glicose) e os íons (como sódio e potássio), dependem de canais de membrana. Já transportes que ocorrem contra  gradiente de concentração, ou seja, do menos concentrado para o mais concentrado,  ocorrem com gasto de ATP e são por isso chamados de transporte ativos, feito por bombas, como a bomba de sódio e potássio.

Figura 2: Transportes transmembrana passivos (difusão simples e difusão facilitada por proteínas transmembrana) e ativos.  Veremos, a seguir, exemplos de difusão facilitada por canais de sódio e potássio e transporte ativo pela bomba de sódio e potássio.

A bomba de sódio e potássio externaliza  3 cátions sódio e internaliza 2 cátions potássio. Assim, ela estabelece um gradiente de concentração que é utilizado pela célula para captação de glicose por proteínas que se associam ao carboidrato e ao sódio extracelular que retorna ao meio interno. Dessa forma, apesar de gastar ATP para realizar o transporte ativo  de sódio e potássio, ela capta glicose, que oxidada fornecerá mais de 30 ATPs.

Acima, Bomba de sódio e potássio expulsa 3 sódio da célula (vermelho) enquanto capta 2 potássio (azul). Isso resulta em um diferente gradiente desses dois cátions. Há mais potássio dentro da célula do que fora, e mais sódio fora da célula. O excedente de cátions acaba polarizando a membrana plasmática, positiva na sua face externa e negativa na face interna.

Acima, a figura mostra o bombeamento do sódio (a direita) e o seu retorno por uma outra proteína transmembrana ( a esquerda). A entrada de sódio por essa proteina permite, também a entrada de glicose. Assim,  a célula utiliza o grandiente de concentração de sódio para captar glicose. Observe o vídeo abaixo:

B) Potenciais de repouso e de ação e repolarização


1.O potencial de repouso

A bomba de sódio e potássio permite, ainda, uma outra característica: a polarização da membrana plasmática, que é negativa na sua face interna e positiva na face externa (por conta do excesso de cátions sódio). A esse potencial negativo da face interna da membrana plasmática chamamos de Potencial de Repouso. Como visto, apesar do nome “repouso”, esse potencial resulta de trabalho celular, de bombeamento.   O termo se opõe a Potencial de Ação, o impulso nervoso, que é uma inversão do potencial de membrana e  que veremos a frente.

2. Os canais de sódio e a despolarização

A membrana plasmática é polarizada e negativa na sua face interna, por causa do excedente de cátions no meio externo. Mas a abertura de canais de sódio pode permitir a entrada desse sódio, levando a um aumento do potencial da face interna, que se torna positiva. A isso chamamos de despolarização, e ocorre graças a abertura dos canais de sódio. 

Mas o que leva esses canais de sódio abrirem?

Existem vários tipos de canais de sódio, que se abrem por estímulos diferentes, como estímulos mecânicos, térmicos, elétricos, químicos e luminosos.  Ou seja, percebemos algo no ambiente  por conta de canais de sódio especializados, que recebem essas informações e participam da geração do impulso nervoso. Estímulos táteis, a nossa visão, a nossa percepção da temperatura e os nossos sentidos químicos (olfato e paladar) só são possíveis graças a canais de sódio especializados. A abertura desses canais causa uma despolarização local.

 Acima, vários tipos de canais de sódio. Sua abertura causa despolarização  que pode se tornar um impulso nervoso se atingir um certo limiar.


Apesar de um estimulo poder abrir canais  de sódio e isso levar a uma despolarização, esse fenômeno pode ser restrito localmente, e não se  propagar pelo neurônio.  Para que essa despolarização se propague ela deve ser suficiente pra abrir canais de sódio voltagem-dependente, que, como o nome indica, se abrem estimulados pela despolarização. Se a despolarização local for intensa suficientemente, canais de sódio voltagem-dependente  se abrirão em sequência, levando a uma propagação da despolarização e, por consequência, a abertura de outros canais de sódio voltagem-dependente. Potencial de ação, ou impulso nervoso,  é essa despolarização que se propaga ao longo do neurônio.

 3. Os canais de potássio e a repolarização

A abertura de canais de potássio voltagem dependente acaba por permitir a saída de cátions potássio ( em excesso dentro da célula) e, com isso, a face interna da membrana se torna novamente negativa. Esse é o fenômeno da repolarização  e permite o retorno ao potencial de repouso.

4. Retomando....

Em resumo, temos:
 

.potencial de repouso: que ocorre graças a bomba de sódio e potássio e o canal de potássio. É negativo.

.despolarização:positivo,  ocorre por conta da abertura de canais de sódio.
.potencial de ação: caso a despolarização ultrapasse um limiar, ela induzirá a abertura em sequência de canais voltagem-dependente e a propagação do impulso nervoso.
.repolarização: por causa da abertura de canais de potássio que levam a perdas de cargas positivas (cátions k+)e, por isso, leva a redução do potencial de membrana, que volta a ser negativo.

Esses fenômenos são representados graficamente:

Analise o gráfico acima. A face interna da membrana plasmática se inicia negativa (potencial de repouso), a -70mV.   A abertura de canais de sódio  pode aumentar  esse potencial. Perceba que estímulos pequenos, subliminares, são insuficientes para  induzir o potencial de ação. É necessário que o estimulo ultrapasse  um limiar que induzirá a abertura de canais de sódio voltagem-dependende, o que ocasionará o Potencial de Ação, que é positivo e está na fase ascedente da curva. Essa é a regra do tudo ou nada: estimulos menores não geram impulsos nervosos menores, nem estimulos maiores geram impulsos maiores. A abertura de canais de potássio leva a repolarização,em que o potencial de membrana volta a ser negativo por conta da saída de cátions potássio ( fase descendente).

Observe acima. O impulso nervoso é uma aumento do  potencial de membrana (leve em conta a face interna)  que se propaga pela célula. A despolarização é ocasionada pela entrada de sódio(em laranja) e a repolarização ocorre pela saída de potássio (azul). Na despolarização, a célula ganha cargas positivas (cátion sódio), ou seja, a despolarização aumenta o potencial de membrana. Na repolarização a célula perde cargas positivas (cátions potássio), reduzindo o potencial de membrana.  A bomba de sódio e potássio reestabelece o  gradiente de concentração de sódio e potássio.

Observe a ação da bomba e dos canais, relacionando-os com o potencial de repouso ("resting potential"), a despolarização ("depolarization") e repolarização ("repolarization")

Acima os fenômenos de potencial de repouso, despolarização e repolarização e os canais relacionados.

 O impulso nervoso é unidirecional, isso ocorre porque os canais tem três estados: fechado,aberto e inativo. Um canal estimulado passa de fechado a aberto. Logo apos isso ele se fecha tornando, por um tempo, inativo, não sendo aberto por estímulos. Isso impede o retorno do impulso nervoso. Posteriormente ele volta a seu estado de fechado, no qual pode ser aberto por estímulos.

 
Acima, observe os três estados do canal: fechado, inativo e aberto. Veja também que a medida que o impulso nervoso ( ou potencial de ação) se propaga, os canais passam de abertos para inativos e , depois, para fechados. Isso permite que o impulso nervoso seja unidirecional.

C. A transmissão do impulso nervoso

O impulso nervoso é gerado no dentrito do neurônio, que apresenta receptores (canais de sódio),  e  é conduzido ao longo do neurônio passando pela corpo celular e axônio. Em axônios mielinizados a condução é mais rápida, saltatória. A porção terminal do neurônio exibe vesículas que, pelo estimulo do impulso nervoso,  liberam neurotransmissores na sinapse. Esses neurotransmissores se ligam a receptores de outro dendrito ou de uma placa motora, causando despolarização e, com isso, geram impulso nervoso nessas células. Acompanhe os números da figura:

Video: Neurotransmissão na placa motora.  

Observe no video que, em resposta ao impulso nervoso, o axônio libera neurotransmissores (no caso, acetilcolina), que se liga a receptores na placa motora (região de receptores da célula muscular). Esses receptores são canais que se abrem causando despolarização, que se propaga por canais de sódio voltagem-dependente, e estimulam o reticulo endoplasmatico a liberar cálcio e permitir a contração muscular. Perceba que a enzima colinesterase degrada a acetilcolina, reduzindo seu tempo de ação na sinapse e impedindo, por isso, espasmos musculares.

Substâncias podem agir na neurotransmissão. A toxina botulínica  impede a liberação de acetilcolina, impedindo por isso a contração muscular.  Os inseticidas organofosforados como o malation inibem a ação da acetilcolinesterase, levando a espasmos musculares. Na doença autoimune chamada de miastenia gravis, anticorpos se ligam ao receptores da placa motora estimulando-os, causando espasmos musculares.

Revisão
 1.O impulso nervoso é unidirecional, do dentrito para o axônio, e obedece a lei do tudo ou nada.

2.Ele é unidirecional  por causa de canais iônicos que se tornam temporariamente inativos, impossibilitando o retorno da despolarização. Ele é gerado nos dendritos e transmitido pelo axônio. Isso porque  os dendritos apresentam receptores ( canais de sódio), que estimulados se abrem causando despolarização.Ele é conduzido pelo neurônio por conta da abertura em cadeia de canais de sódio voltagem dependente. E é transmitido pelo axônio.  O axônio apresenta vesículas de secreção e libera neurotransmissores na sinapse.

3.O impulso nervoso segue a lei do tudo ou nada, porque estímulos menores ou maiores não produzem impulsos de intensidades diferentes.

4. Potencial de repouso, despolarização e repolarização são eventos relacionados, respectivamente, à bomba de sódio e potássio, canal de sódio e canal de potássio.
5. A bainha de mielina aumenta a velocidade do impulso nervoso.
6. A neurotransmissão ocorre do axônio ( que libera neurotransmissores) para o dendrito de outro neurônio ou placa motora ( que apresentam receptores). Esses receptores são canais de sódio que, quando estimulados, se abrem causando despolarização.

SAIBA MAIS
Curso Por dentro e links para estudo
O que é impulso nervoso?
O que é um hormônio?
Controle Endócrino do Metabolismo
Sistema endócrino: comentários,  vídeos e listas de questões

Outros vídeos sobre  o tema:

O que é um hormônio?

por Fabio Dias Magalhães

O sistema nervoso e o sistema endócrino têm a função de coordenar os outros sistemas.   O primeiro produz um rápido sinal chamado de impulso nervoso, que estimula células-alvo através da neurotransmissão.  Já o sinal  do sistema endócrino é chamado de hormônio.

Hormônio é um sinal químico produzido por glâdulas endócrinas, é por isso transportado pelo sangue, e se liga a células-alvo induzindo uma resposta biológica.  O estudo do sistema endócrino procura responder então certas perguntas:  Qual é glândula endócrina estudada? Qual hormônio é produzido? Ele atua em quais órgãos? Induzindo quais respostas biológicas?

FIGURA 1 Impulso nervoso e hormônios são sinais de dois sistemas de coordenação, respectivamente o nervoso e o endócrino. A resposta nervosa é mais rápida, enquanto que a resposta hormonal é geralmente mais duradoura.

FIGURA 2 Glândulas exócrinas, como as salivares, liberam suas secreções em cavidades. Já as glândulas endócrinas liberam suas secreções (hormônios) em vasos sanguíneos.

FIGURA 3  Hormônio é um sinal químico que é transportado pelo sangue e que induz uma resposta biológica em células alvo. Analisando a figura, responda: o que define uma célula alvo?

A natureza química dos hormônios

O que define a especificidade de um hormônio para uma célula são os receptores dessa célula, que podem estar na membrana plasmática ou dentro do núcleo. A natureza química de um hormônio interfere na sua atuação na célula. Hormônios apolares ( como os esteroides e T3 e T4) atravessam a membrana e se ligam a receptores nucleares enquanto hormônios proteicos (como insulina) que são polares e por isso não atravessam a membrana plasmática e se ligam a receptores na membrana plasmática.




FIGURA 4 Hormônios protéicos se ligam a receptores na membrana plasmática, o que induz a uma resposta produtora de segundos mensageiros, ou seja, moléculas sinalizadoras intracelulares. São exemplos de hormônios compostos de aminoácidos: insulina, glucagon , hormônios hipofisários (como hormônio do crescimento, prolactina e outros hormônios tróficos),  hormônios hipotalâmicos (como ADH, hormônio luteinizante e hormônio folículo estimulante). Quais são as funções desses hormônios?



FIGURA 5 Hormônios esteroides atravessam a membrana plasmática e se ligam em receptores nucleares da célula-alvo, induzindo a síntese de proteínas. São hormônios esteróides: cortisol, aldosterona, progesterona, estrogênio, testosterona. Quais são as funções desses hormônios?

FIGURA 6 Hormônios esteroides derivam do colesterol. Observe as funções dos hormônios.  Na figura testosterona e estradiol (estrogênio) são chamados de hormônios masculino e feminino.Apesar dessa ser uma classificação usual , esses hormônios ocorrem nos dois sexos. Um outro hormônio esteroide não citado é o calciferol, qual é a sua função?

FIGURA  7 Modificações químicas na síntese de hormônios esteroides.

 
FIGURA 8 Os  hormônios tireoideanos T3 e T4 também atuam em receptores nucleares, atravessando, portanto, a membrana plasmática. Eles aumentam o metabolismo e levam a produção de calor. Acompanhe na figura esse e outros efeitos.

 FIGURA 9  Os hormônios tireoideanos T3 e T4, que apresentam iodo, são fundamentais para o desenvolvimento, inclusive do sapo. São eles que induzem os processos de metamorfose. Assim , a presença de iodo na água é essencial para a metamorfose.

Vídeos

Hormônios e membrana plasmática

Hormônios esteróides

Ação da Tiroxina

SAIBA MAIS
Curso Por dentro e links para estudo
O que é impulso nervoso?
Biofísica de membranas e potencial de ação
Controle Endócrino do Metabolismo
Sistema endócrino: comentários,  vídeos e listas de questões

Criacionismo, Evolucionismo e bananas

Por Fabio Dias Magalhães

Uma das grandes diferenças do pensamento criacionista para o evolucionista é a crença de que as coisas vivas foram criadas com certa finalidade, o que é a base do design inteligente. Já para evolução a variedade é produzida por eventos ao acaso e aquelas variedades  que permitem maior sucesso sobrevivem.

O video a seguir ilustra um pouco essa visão criacionista:

A banana, "o pesadelo dos ateus"

No vídeo, um senhor defende que a banana foi criada por Deus, e cada parte do fruto foi pensada para melhor servir o homem. É como se a banana sempre tivesse existido,e sempre do mesmo jeito. Essa idéia fixista da diversidade ignora a variedade de bananas que existiram ao longo da história e a intervenção da agricultura que a modificou. Ignora a existência desse fruto com semente, não tão agradável assim e, por isso, não tão proliferado.

Banana selvagem: pouca polpa e sementes duras. Motivos para sua não proliferação pela agricultura.

Esse é  o erro criacionista: acreditar que todas as coisas surgiram do nada, pela intervenção de um Designer Celestial, que projetou e criou a natureza perfeita. E para o homem. Não considera, assim, que a vida se modifica e que existem processos que levaram à diversidade atual.

Esse mesmo pensamento criacionista é aplicado ao corpo.

 O corpo teria uma suposta perfeição, e ele seria  um dos argumentos do design inteligente, ou seja, que o corpo é produto perfeito do projeto de um criador.  E nós professores de biologia temos um pouco de culpa nisso, já que muitas vezes mostramos o corpo como uma máquina de funcionamento perfeito.  Nada mais distante disso. O corpo  tem várias falhas, as quais chamamos de doenças. Obviamente os corpos que conseguem sobreviver e reproduzir apesar de suas falhas são aqueles mais frequentes. A isso chamamos de sobrevivência do mais apto ou seleção natural. Então o termo "normal"  usado para certo corpo é meramente um conceito estatístico, ou seja, é o corpo "mais comum". E é o mais frequente justamente por uma questão de seleção natural: é  o corpo que funciona melhor para certo ambiente.

O conceito de seleção natural foi inspirado em outro conceito, o de seleção artificial.  Essa envolve cruzamentos controlados  e seleção de variedades de interesse humano.  Ela é a base da agricultura e explica porque hoje temos variedades  tão economicamente interessantes apesar de tão pouco aptas a sobreviver sem a intervenção humana. Exemplo disso é a banana, fruto partenocárpico resultado de várias gerações de seleção artificial.  Charles Darwin escreveu sobre os efeitos da seleção artificial em pombos, dentre outros animais. A partir da variedade  encontrada na natureza, o homem replicou aquelas de seu interesse, modificando, assim , as espécies. A partir disso temos as variedades da agricultura, da pecuária, a raciação canina e as praticas de cruzamentos controlados até hoje feitas.

Ora, se o homem pode produzir variedades através de cruzamentos controlados ,  na natureza deve haver algum processo semelhante, em que as espécies se modificam. A partir daí pensou-se em um conceito de seleção natural ou sobrevivência do mais apto.

Não, o corpo não é perfeito e harmônico. Ele é falho. Se as falhas levam a esterilidade, esse corpo não prolifera. Se falhas ocorrem ja na criança, levando a morte, idem. Mas, se essas ocorrem depois da idade reprodutiva, esses corpos conseguem se proliferar. O que vemos hoje não são organismos perfeitos, mas organismos em que seus ancestrais conseguiram sobreviver porque suas características  permitiram sua adaptação ao ambiente.

E não, a natureza não é perfeita e harmônica. Ela é em grande parte desarmônica. E são nessas relações desarmônicas, nessa luta pela sobrevivência, é que o mais apto garante sua reprodução. Sem duvida essa diversidade nos impressiona.  Animais, plantas, os microorganismos, tudo é impressionante.  E assim como as crianças desenham um sol com rosto, personificando a natureza, nós, Homo sapiens, tão novos por aqui, personificamos processos, e pensamos que haja um criador.

Alice explicando a chuva. "Quem colocou a água no céu?" Ela responde "Papai do céu, para chover todo dia". 

E só mesmo primatas para ver uma banana e pensar que ela é uma evidência da existência de Deus...

SAIBA MAIS
Curso Genética e Evolução
Curso Por Dentro
Evolução: a resposta biológica para a pergunta da diversidade

Procariotos e Eucariotos. Organelas e diferenciação celular.

por Fabio Dias Magalhães

Nosso objetivo aqui é diferenciar a célula eucariota da procariota,  comentando as funções de suas organelas citoplasmáticas.

A célula eucariota é compartimentada

As células apresentam, todas elas, membrana plasmática, limitando o meio interno celular.  A diferença das células eucariotas das procariotas é que as primeiras apresentam, além da membrana plasmática, outras estruturas membranosas, que levam à separação das células eucariotas em compartimentos, as organelas.

FIGURA 1 Célula eucariota animal (A) é compartimentada por organelas, o que não ocorre na célula procariota (B). O que  isso interfere nos fenômenos de transcrição e tradução? Quais são as funções das organelas mostradas na figura?

 

FIGURA 2 :A célula vegetal apresenta cloroplastos e parede celular. Os plasmodesmos permitem  a comunicação entre as células.

 Toda (ou quase toda) célula apresenta DNA como material genético. E esse ácido tem duas propriedades: a duplicação e a transcrição. A duplicação é um pre-requisito para a divisão celular. Já a transcrição é uma etapa fundamental a tradução, quando aminoácidos se ligam formando proteínas, no ribossomo.

Enquanto o DNA é disperso pelo citoplasma bacteriano, nas células eucariotas ele se encontra em compartimentos: núcleo, mitocôndria e cloroplasto.  O  DNA do núcleo é linear, já o das mitocôndrias e cloroplastos é circular, semelhante ao de bactérias. A presença desse ácido permite  a essas organelas se reproduzir.  E como em mitocôndrias e cloroplastos existem ribossomos, essas organelas podem ainda sintetizar as proteinas da respiração e fotossíntese,respectivamente. A síntese protéica de mitocondrias e cloroplastos  pode ser inibida por antibióticos, já que os ribossomos mitocondriais e cloroplásticos se parecem com os de bactérias.

DNA circular, capacidade de reprodução, ribossomos semelhantes aos de bactérias e sensibilidade  a antibióticos evidenciam a ancestralidade procariota de mitocôndria e cloroplastos.

Figura 3 Teoria endossimbiótica: mitocôndrias e cloroplastos são descendentes de bactérias. Quais são as evidências dessa teoria?


Por ter uma célula compartimentada, a síntese protéica nos eucariotos ocorrem em duas fases  fisicamente separadas. A transcrição a partir do DNA cromossômico ocorre no núcleo  e a tradução no citoplasma.  Já em procariotos a transcrição e tradução podem acontecer simultâneamente, por não existir núcleo (da mesma forma como ocorre na mitocôndria e cloroplasto).




Fig 4: Nos Procariotos (a), o RNAm  ainda sendo transcrito pode se ligar a ribossomos e já iniciar a tradução.  Nos eucaritos  (b) isso não é possível por causa da presença do envelope nuclear.  Além disso, perceba que nos eucariotos a transcrição produz um pré- RNAm  que deve ser processado para formar o RNAm , que é menor por não conter trechos chamados de introns. Assim, o splicing , que é o processamento do RNA no qual ocorre retirada de introns, só ocorre nos eucaritos.  O que são polirribossomos?




Os ribossomos são encontrados, nos eucariotos, livres no citoplasma, no retículo endoplasmático,  nas mitocondrias e cloroplastos. Os ribossomos livres sintetizam proteínas que serão utilizadas pelo citoplasma e núcleo, como enzimas ou constituintes do citoesqueleto. Vários ribossomos podem estar ligados ao mesmo RNAm, permitindo que  a partir da informação de uma molécula de RNAm se produzam várias proteínas, são os polirribossomos. Os ribossomos do retículo endoplasmático produzem proteínas que serão enviadas para o complexo de Golgi.

Figura 5: Os polirribossomos permitem a síntese  de várias proteínas iguais a partir de um mesmo RNA mensageiro. Observe na figura o sentido de deslocamento dos ribossomos e veja que o ribossomo com a maior proteína é aquele que está no final do processo da tradução.


O retículo endoplasmático e o complexo de Golgi

O retículo endoplasmático liso (REL), ou seja, aquele que não apresenta ribossomos, é o local do metabolismo de lipídeos, de carboidratos, toxinas e drogas e são, por isso, abundantes nos hepatócitos. Ele armazena e libera cálcio, o que justifica sua alta taxa em miócitos,  nos quais é chamado de retículo sarcoplasmático.

O retículo endoplasmático rugoso (RER) produz proteínas que são enviadas por vesículas para o complexo de Golgi. Participa, ainda, da formação  dos peroxissomos. Os peroxissomos  contém catalase e degradam o peróxido de hidrogênio.

 

Figura 6 O retículo endoplasmático funciona como um sistema de encanamento permitindo um fluxo de substâncias pela célula

Figura 7  O retículo endoplasmático rugoso está intimamente ligado ao núcleo. Assim, o RNAm se difunde do núcleo diretamente para o RER, permitindo a tradução. Além do mais, é o retículo endoplasmático que recompõe o núcleo na  telófase (final da divisão celular).

Síntese proteica no retículo endoplasmático rugoso

O complexo de Golgi recebe as proteínas do RER e as processa, podendo as glicosilar.  Ele empacota essas proteínas, ou seja, ele as dispõe e as concentra em vesículas que serão despachadas para 3 destinos:  secreção, glicocálice ou permanência no citoplasma como lisossomos, relacionados à digestão intracelular.

 

Figura 8 O Complexo de Golgi é como o despachante da célula. Ele recebe e envia substâncias.

Complexo de Golgi

Figura 9 O fluxo de material, da esquerda para direita: proteínas são sintetizadas no RER, enviadas para  o Golgi, que modifica essas proteínas. Essas são empacotadas em vesículas, enviadas para o ambiente extracelular (secreção), ou para constituir  a membrana plasmática (glicocálice) ou permanecem na célula (lisossomo).

Figura 10 Formação do glicocálice através da glicosilação de proteínas e empacotamento feitos pelo Golgi. O glicocálice participa do reconhecimento  e adesão intercelulares.


O complexo de Golgi também participa da formação do acrossomo do espermatozoide e da lamela média na citocinese vegetal.

 

Figura 11 Espermiogênese. O Golgi forma o acrossoma, estrutura com enzimas digestivas que possibilitam a penetração no ovócito.

Figura 12 Nos vegetais  a citocinese é centrifuga, ou seja, ocorre de dentro para fora, com a formação da lamela média, derivada do complexo de Golgi.

 

Figura 13 Digestão intracelular. Partículas fagocitadas se mantém em uma vesícula chamada de fagossomo, que se funde ao lisossomo formando um vacúolo digestivo. Os resíduos são liberados por exocitose.

A diferenciação celular e a distribuição de organelas

No nosso corpo, praticamente todas as células tem o mesmo DNA, entretanto não sintetizam as mesmas proteínas. Isso ocorre porque existem trechos ativos e outros inativos do DNA, o que acaba por levar a produção de proteínas diferentes por cada célula, que terão ainda formatos e distribuição diferente de organelas, o que lhes dará funções diferentes. Esse processo é chamado de diferenciação celular, e ele resulta da expressão diferencial de genes.
A divisão de trabalho de nossas células envolve, então, uma distribuição desigual de organelas e formatos celulares diferentes. Esses formatos resultam de diferentes arranjos de citoesqueleto. Observe alguns exemplos:

O enterócito, célula do intestino, apresenta microvilosidades, que aumentam a superfície absortiva. A grande quantidade de mitocôndrias permite a produção de ATP necessário para processos de transporte ativo.

 

 Célula caliciforme, especializada na secrecão de muco, apresenta  grande quantidade de vesículas de secreção.

 Hemácias: transportam O2 e a ausência de mitocôndrias favorece essa função pois a célula não consome esse gás, produzindo energia apenas por fermentação.  Seu formato bicôncavo permite grande superfície de trocas e a ausência do núcleo (perdido por autofagia) impede, por falta de DNA, tanto a síntese protéica quanto a divisão celular. Isso limita a vida da célula a 120 dias.

 

O hepatócito tem várias funções, o que justifica o grande desenvolvimento tanto do REL ("Smoth endoplasmatic reticulum"), que metaboliza drogas e toxinas, carboidratos (como glicogênio) e lipideos (como colesterol), quanto RER ("Rough endoplasmatic reticulum") , que sintetiza proteínas para exportação como albumina e fatores de coagulação.

 

O plasmócito apresenta grande quantidade de RER, também chamado de reticulo endoplasmático granular  (REG), responsável pela síntese de anticorpos.

O reticulo sarcoplasmático, o REL dos miócitos, armazena e libera cálcio, fundamental para a contração muscular.

 

Detalhe da fibra muscular esquelética (ou célula muscular esquelética). Seu citoesqueleto especializado e a alta porcentagem de mitocôndrias (produção de ATP) e retículo endoplasmático (modulação do cálcio intracelular) permite sua função contrátil.  Nas células musculares, o restículo endoplasmático é chamado de retículo sarcoplasmático.  Veja, abaixo, a miofibrila, contendo os sarcômeros, a unidade contrátil.

Revisão
1.Células procariotas tem DNA cromossômico circular, não apresentam introns e por isso não realizam splicing,não apresentam organelas membranosas e nem citoesqueleto.
2.Células eucariotas são compartimentadas por estruturas membranosas chamadas organelas. O DNA é encontrado no núcleo, mitocôndria e cloroplasto, o que lhes permitem se replicar e sintetizar proteinas. Os ribossomos são encontrados livres no citoplasma, nas mitocôndrias, cloroplasto e retículo endoplasmático.
3. O retículo endoplasmático transporta substâncias. O REL metaboliza toxinas, carboidratos e lipideos, por isso é abundante em hepatócitos. E armazena cálcio, e por isso é rico nos miócitos. O RER produz proteinas para exportação, e é bastante encontrado nos plasmócitos.
4. O complexo de Golgi glicosila proteinas e as empacota enviando para três destinos: 1)secreção; 2) formação do glicocálice; 3)Lisossomos (relacionado à digestão intracelular)


Esses e outros temas serão abordados no curso Por Dentro.

Saiba mais:
Splicing: o processamento do RNAm (em breve)
Síntese protéica ( em breve)
Tecidos Animais e Vegetais

Aula de Virus

Por Fabio Dias Magalhães

Vírus são partículas que apresentam, no mínimo, material genético (DNA ou RNA), protegido por uma cápsula proteica (capsídeo) . Portanto são acelulares e não apresentam, por exemplo, ribossomos, estrutura em que ocorre a síntese proteica.   Duas características de um material genético são replicação e participação na síntese proteica.  Ou seja, os virus apresentam informação para replicação e síntese proteica, mas não apresentam condições, sozinhos, de replicar ou sintetizar proteinas. É por isso que eles são parasitas intracelulares obrigatórios: a produção de novos vírus depende do uso do maquinário de uma célula. Virus não têm metabolismo próprio.

Assim o estudo dos vírus deve responder às perguntas:

1)Como é a morfologia viral? O que é capsídeo? o que são virus envelopados?
2)O que permite aos vírus ser específicos para certa célula?
3)Quais são as fases da infecção viral?
4)Quais são as diferenças do ciclo lítico e lisogênico?
5)Como se diferenciam, quanto ao ciclo reprodutivo, vírus envelopados e não envelopados, e os vírus de DNA e RNA? O que caracteriza os retrovirus? O que são virus de fita RNA negativa  e fita RNA positiva?
6) Qual a importância dos virus?

Essas questões são tratadas na aula abaixo. Aperte play, aguarde o carregamento e bom estudo! Recomendo ver com tela cheia ( e facebook desligado!) Depois da aula, faça as questões propostas abaixo.
 

Questões sobre Genética Viral:

1.(UNIFESP-SP) No ano de 2009, o mundo foi alvo da pandemia provocada pelo vírus influenza A (H1N1), causando perdas econômicas, sociais e de vidas. O referido vírus possui, além de seus receptores protéicos, uma bicamada lipídica e um genoma constituído de 8 genes de RNA. Considerando: 1. a sequência inicial de RNA mensageiro referente a um dos genes deste vírus: 5’ AAAUGCGUUACGAAUGGUAUGCCUACUGAAU 3´

 responda:

 a) Qual será a sequência de aminoácidos que resultará da tradução da sequência inicial de RNA mensageiro, referente a um dos genes deste vírus indicada em 1?
b) Considerando os mecanismos de replicação do genoma viral, qual a principal diferença entre o vírus da gripe e o vírus que causa a AIDS?

2.UERJ- 1º EXAME QUALIF./2010) A gripe conhecida popularmente como gripe suína é causada por um vírusinfluenza A.

Esse tipo de vírus se caracteriza, dentre outros aspectos, por:
- ser formado por RNA de fita simples (-), incapaz de atuar como RNA mensageiro ou de sintetizar DNA nas células parasitadas;
- os RNA complementares do RNA viral poderem ser traduzidos em proteínas pelo aparelhamento celular.

Os esquemas a seguir apresentam um resumo de etapas dos processos de replicação de alguns dos vírus RNA, após penetrarem nas células.

O tipo de replicação encontrado no vírus infuenza A está representado no esquema de número:
a) I
b) II
c) III
d) IV

3.(UNIFAL/2008)  Os estudos sobre as formas de replicação dos vírus intensificaram-se nos últimos anos, objetivando encontrar meios mais eficientes de prevenção e tratamento de doenças virais nos seres humanos. Tais estudos têm demonstrado que existem diferentes tipos de vírus e diferentes formas de replicação. Os vírus de RNA de cadeia simples podem ser divididos em três tipos básicos, conhecidos como vírus de cadeia positiva, vírus de cadeia negativa e como retrovírus.

Com relação aos diferentes tipos de replicação dos vírus, analise as afirmativas abaixo.
I - Os retrovírus contêm cadeias simples de RNA, enzima transcriptase reversa e produzem DNA tendo como modelo o RNA viral.
II - Os vírus de cadeia negativa possuem RNA genômico com as mesmas seqüências de bases nitrogenadas dos RNA mensageiros (RNAm) formados. Dessa maneira, moléculas de RNA servem de modelo para a síntese de moléculas de RNA complementares à cadeia molde.
III - Os vírus de cadeia positiva possuem RNA genômico com seqüências de bases nitrogenadas complementares às dos RNAm formados. Desta maneira, moléculas de RNA servem de modelo para a síntese do RNAm.
IV - Os retrovírus contêm uma cadeia de RNA dupla hélice que serve de base para a transcrição do DNA necessário à replicação.

Marque a alternativa correta.
a) Somente II e III são corretas.
b) Somente IV é correta.
c) Somente I é correta.
d) Somente I, II e III são corretas.

4. (Uff) Cientistas da Universidade Estadual de Nova

York, EUA, sintetizaram o vírus da poliomielite. Foi o mais perto q ue se chegou de criar-se vida em laboratório, já que os vírus, embora tenham material genético e capacidade de se multiplicar como bactérias, plantas e seres humanos, não são

considerados organismos vivos. "Jornal do Brasil", Rio de Janeiro, 12 de jul. 200 2

Os seguintes esquemas simplificados sugerem alguns dos possíveis mecanismos que poderiamexplicar a multiplicação viral em uma célula:

Identifique o esquema que representa o mecanismo de multiplicação do vírus da AIDS:

a) esquema I

b) esquema II

c) esquema III

d) esquema IV

e) esquema V

5.(Ufrj) A figura a seguir mostra o ciclo de replicação do vírus HIV (um retrovirus).

Para o tratamento dos portadores de HIV administra-se um coquetel de medicamentos que, além do inibidor de transcriptase reversa, contém inibidores de proteases.

Explique de que forma os compostos inibidores de proteases possuem atividade terapêutica naquelesindivíduos portadores de vírus HIV.

RESPOSTAS
1.a) Não esqueça que há o códon de iniciação (AUG) e o códon de parada (UGA).
Logo, o peptídeo traduzido tem a sequência:
Metionina – Arginina – Tirosina – Ácido glutâmico – Triptofano – Tirosina– Alanina – Tirosina.
b) A replicação do vírus influenza A H1N1 envolve a enzima RNA-polimerase, que
realiza a replicação através dos RNAs virais. Já o HIV, por ser um retrovírus, utiliza a
enzima transcriptase reversa para gerar uma fita de DNA-viral, que se integra ao DNA
da célula hospedeira, e num dado momento passa a formar cópias do RNA-viral.
2b 3c 4d
5.Os inibidores de proteases impedem que estas enzimas clivem a poliproteína que contém várias enzimas e proteínas importantes para a síntese de novas partículas virais




QUADRO RESUMO  Genética Viral (clique para ampliação)

Apostila Divisao e Diferenciação celular com questões abertas

  Minicurso controle e descontrole da  Divisão e diferenciação celular

DOWNLOAD: Note que abaixo do documento há opção de download.
LER NA TELA:clique aqui para ver em tela cheia.