Biologia Celular - PROVA 2

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Biologia Celular – PROVA 2 
(Junqueira & Carneiro. Biologia Celular e Molecular)
(Alberts. Fundamentos da biologia celular)
Aula 1 - Citoesqueleto
JUNQUEIRA: Filamentos de actina, microtúbulos e as proteínas motoras miosina, dineína e cinesina são os principais componentes celulares que participam dos processos de movimentação. Algumas dessas estruturas do citoesqueleto são responsáveis também pela forma das células. 
Os movimentos que acarretam modificações na forma das células (movimento ameboide, contração muscular, citocinese, contração das células mióides) resultam da interação de filamentos de actina com filamentos de miosina. Há, todavia, movimentos que são devidos aos microtúbulos, como os movimentos ciliares e flagelares. A energia para os movimentos é obtida dos nutrientes, sendo daí transferida para ligações químicas na molécula de ATP, que é a fonte imediata de energia para os movimentos celulares.
ALBERTS: O citoplasma de uma célula eucariótica é sustentado e espacialmente organizado pelo citoesqueleto composto por filamentos intermediários, microtúbulos e filamentos de actina.
Os filamentos intermediários são polímeros estáveis, semelhantes a cabos, compostos de proteínas fibrilares, que conferem resistência mecânica às células. Alguns tipos de filamentos intermediários revestem a membrana nuclear, formando a lâmina nuclear; outros estão distribuídos ao longo do citoplasma.
Os microtúbulos são tubos ocos rígidos formados pela polimerização de subunidades de dímeros de tubulina. Eles são estruturas polarizadas que contêm uma extremidade “menos” de crescimento mais lento e uma extremidade “mais” de rápido crescimento.
Os microtúbulos são nucleados em centros organizadores como o centrossomo e crescem a partir destes. As extremidades menos dos microtúbulos estão inseridas no centro organizador.
Muitos dos microtúbulos de uma célula encontram-se em um estado lábil, dinâmico, no qual alternam entre um estado de crescimento e um estado de encurtamento. Essas transições, conhecidas como instabilidade dinâmica, são controladas pela hidrólise da GTP ligada aos dímeros de tubulina.
Cada dímero de tubulina possui uma molécula de GTP fortemente associada que é hidrolisada em GDP após a inserção da tubulin em um microtúbulo. A hidrólise da GTP reduz a afinidade da subunidade pelas subunidades adjacentes e diminui a estabilidade do polímero, provocando sua dissociação.
Os microtúbulos podem ser estabilizados por proteínas que capturam a extremidade mais – um processo que influencia a posição do arranjo de microtúbulos que os estabilizam, os conectam a outros componentes celulares e os fortalecem para o desempenho de funções específicas. 
As cinesinas e as dineínas são proteínas motoras que usam a energia da hidrólise de ATP para se movimentarem unidirecionalmente sobre os microtúbulos. Elas transportam vesículas membranares específicas além de outras cargas e, dessa forma, mantêm a organização espacial do citoplasma.
Os cílios e os flagelos de eucariotos contêm um feixe de microtúbulos estáveis. Seu batimento é provocado pela flexão dos microtúbulos, induzida por uma proteína motora denominada dineína ciliar.
Os filamentos de actina são polímeros helicoidais de moléculas de actina. Eles são mais flexíveis que os microtúbulos e frequentemente são encontrados em feixes ou redes associadas à membrana plasmática.
Os filamentos de actina são estruturas polarizadas com uma extremidade de rápido crescimento e outra que apresente crescimento lento, e sua associação e dissociação é controlada pela hidrólise da ATP; que está ligada a cada monômero de actina.
As diversas formas e funções dos filamentos de actina nas células dependem de uma série de proteínas de ligação à actina. Estas controlam a polimerização dos filamentos de actina, interligam esses filamentos formando redes frouxas ou feixes rígidos, conectam os filamentos a membranas, ou os movimentam uns em relação aos outros.
Uma rede de filamentos de actina que reveste internamente a membrana plasmática forma o córtex celular e é responsável pela forma e movimento da superfície celular, incluindo-se aqui os movimentos necessários para a migração de uma célula sobre uma superfície.
Diferentes proteínas de ligação à actina são necessárias para impulsionar para a frente a borda anterior de uma célula em migração, aderi-la ao substrato e retrair a porção posterior da célula. Todos esses processos são mediados por estímulos externos que operam através de pequenas proteínas de ligação à GTP.
As miosinas são proteínas motoras que utilizam a energia de hidrólise de ATP para se moverem sobre caminhos formados por filamentos de actina: elas transportam organelas através desses caminhos de filamentos de actina ou fazem com que filamentos adjacentes de actina deslizem uns sobre os outros nos feixes contráteis.
No músculo, grandes arranjos de filamentos de actina e filamentos de miosina sobrepostos são capazes de gerar contrações por meio do movimento de deslizamento entre eles.
A contração muscular é iniciada por uma súbita elevação dos níveis de Ca2+ citosólico, o que libera um sinal para o aparato contrátil via proteínas de ligação a Ca2+.
SLIDES/AULA: CITOESQUELETO (conjunto de fibras proteicas que se estende ao longo do citoplasma; uma das principais estruturas da célula, presente apenas nas células eucariotas; procariotas têm parede celular. Contrariamente ao esqueleto ósseo dos vertebrados, o citoesqueleto é uma estrutura altamente dinâmica que se reorganiza continuamente sempre eu a célula altera a sua forma, se divide ou responde ao ambiente).
O citoesqueleto confere: morfologia, alterações na morfologia, movimento, tráfego intracelular de organelas, vesículas e fatores, segregação dos cromossomos nos eventos de mitose.
Inúmeras doenças implicam em alterações do citoesqueleto, entre elas temos a Síndrome de Duchenne e o câncer na sua fase metastática.
Os três elementos principais do citoesqueleto são:
-Microtúbulos (dímero alfa e beta tubulina): 25nm, distribuídos por toda célula; são polímeros cilíndricos, rígidos, que fornecem suporte para uma variedade de componentes celulares e trilhas para movimentos impulsionados por um grande número de proteínas motoras. Extremidade negativa sempre voltada para o centrossomo. Formado por 13 fileiras de protofilamentos, as quais são feitas de alfa e beta tubulinas intercaladas. Menos: alfa tubulina; mais: beta tubulina. Beta tubulina cliva o GTP, há polimerização preferencial em sua extremidade (positiva). Alfa tubulina não cliva o GTP, havendo preferencialmente a despolimerização em sua extremidade (negativa). A extremidade “mais” é periférica e a “menos” é ancorada ao centro organizador dos microtúbulos: o centrossomo para os microtúbulos citolasmáticos ou corpúsculos basais para os axonemas. Na maioria das células animais esse centro é controlado por uma matriz ao redor dos centríolos. O componente ativo na nucleação de MT é uma isoforma minoritária da tubulina, a gama tubulina (fica presa na alfa-tubulina). Extremidade negativa (alfa) fica presa ao centrossomo.
*a extremidade que cresce é a (+) e a outra é a (-). A polimerização dos dímeros de tubulina para formar os microtúbulos depende da concentração de Ca2+ e das proteínas associadas aos microtúbulos (MAPS)
*microtúbulos e mitose: há três tipos de fibras, a saber: microtúbulos astrais, microtúbulos cinetócoros e microtúbulos interpolares
*de todos os componentes do citoesqueleto, apenas os filamentos intermediários são estáveis, exercendo somente funções de sustentação, resistência mecânica, sem participar dos movimentos celulares. Não se conhece proteína que se apoie nos filamentos intermediários para produzir deslocamentos intracelulares.
*os filamentos intermediários são os mais resistentes dentre os 3 tipos de filamentos citoesqueléticos. Associam-se a desmossomos. Também são encontrados no interior do núcleo (lâmina nuclear). São resistentes, semelhantes a cordas. Classes de filamentos intermediários encontradosno citoplasma: filamentos de queratina, filamentos de vimentina e relacionados à vimentina, neurofilamentos e lâminas nucleares.
*os filamentos intermediários são formados por proteínas fibrosas, a tubulina (dímero de proteínas globulares) é a subunidade dos microtúbulos e a actina a dos filamentos de actina (proteína globular).
-Microfilamentos (filamentos de actina, proteína globular): formado por proteínas globulares, 7nm, dá sustentação (ancora os hemidesmossomos e dá estrutura aos microvilos, também). Encontrados nas regiões corticais. Formam um sistema de citoesqueleto e motilidade em todos os eucariotos. As rede de filamentos de actina interligados constituem um aparte essencial do citoesqueleto, resistindo à deformação transmitindo forças e limitando a difusão de organelas, reforça a membrana(...). Sustentam finas protrusões da membrana plasmática denominadas microvilosidades ou filipódios. As microvilosidades expandem a superfície celular para o transporte de nutrientes e participam de processos sensoriais incluindo a audição. *Filopódios/lamelipódios/depressões (morfologia das membranas).
Os microfilamentos também têm polaridade. Polimerização da actina: nucleação com polaridade (+/-), forma dímeros. Atinge-se um equilíbrio dinâmico num dado momento. Região de ligação do ATP fica para a extremidade “menos”.
As faloidinas (composto extraído de fungo) se combinam lateralmente com os polímeros de actina estabilizando-as. Forma células polinucleadas, onde não ocorre citocinese.
As citocalasinas se combinam com as moléculas de actina impedindo a polimerização da actina.
MOVIMENTO AMEBÓIDE: filamentos de actina constantemente polimerizam-se e despolimerizam-se tornando o citoplasma líquido ou viscoso durante o movimento celular. O pseudópodo se estende no sentido da membrana mais despolimerizada.
*f-actina: forma de gel, periférica, menos fluido, polimerizada. 
*g-actina: forma de sol, central, mais fluido, não polimerizada.
FLUXO CITOPLASMÁTICO (ciclose, sol): acelera a distribuição dos elementos. 
*movimento fibroblastóide (lamelipódio, pontos de adesão focal, protusão, atachamento e tração, contração, contatos focais (integrinas)). Células em migração ligam-se a matriz extracelular através das adesões focais.
PROTEÍNAS ASSOCIADAS: miosina, proteína motora (empurra a actina e forma lamelipódio; movimento fibroblastóide)
*Rigor mortis: acaba estoque de ATP, interrupção do transporte ativo
-Filamentos intermediários: proteínas filamentosas, 8-10nm, ancoram os desmossomos, por exemplo. Dão estabilidade à célula. Algumas células eucariontes não têm filamentos intermediários. Apresentam grande resistência à tensão, e sua função principal é permitir que as células resistam ao estresse mecânico ocasionado(...)
*filamentos intermediários nucleares: laminas nucleares
*filamentos intermediários citoplasmáticos: neurofilamento – neurônio; GFAP – células gliais; desmina: células musculares; citoqueratinas: células epiteliais; vimentina e relacionados à vimentina.
PROTEÍNAS MOTORAS: existem famílias delas (dineína + -> - e cinesina - -> +). Possuem uma região globular que se prende à carga e há também dois domínios chamados “cabeça”, os quais são utilizados na movimentação da proteína ao longo do microtúbulo. O microtúbulo é usado como se fosse um trilho. Cliva-se ATP para haver a interação das proteínas motoras.
TRANSPORTE AXONAL (função dos microtúbulos, que direcionam o transporte): endocitose realizada no neurônio, funções, uma fração significativa do tráfego endocítico é carreada por vesículas revestidas de clatrina, proteínas e organelas são transportadas ao longo do axônio.
*transporte rápido
DROGAS QUE INTERFEREM COM OS MICROTÚBULOS:
Colchicina: Alcaloide altamente venenoso, originalmente extraído das plantas, conhicum. Potencial como uma droga anticancerígena. Inibe a polimerização das tubulinas em microtúblos, parando a divisão celular na metáfase. 
Taxol: estabilização dos microtúbulos – não existe mais despolimerização – toda tubulina do citoplasma se polimeriza em microtúbulos muito estáveis Logo, não há tubulina livre no citoplasma para formar os microtúbulos do fuso e a mitose não se processa.
CENTRÍOLOS: nove trincas (A, B e C) de microtúbulos periféricos, com centro oco. Centríolos são sempre encontrados aos pares (perpendiculares). Corpo basal está na base do cílio ou flagelo, tendo estrutura igual a do centríolo, faz parte do citoesqueleto.
CÍLIOS E FLAGELOS: movimentos diferentes, tamanhos diferentes e quantidades diferentes.
AXONEMA: é a estrutura contrátil dos flagelos e cílios, formada por nove pares de microtúbulos periféricos e um par central não fusionado e independente. Possui dineína, que ajuda na movimentação de um par sobre outro, usando energia de ATP. O movimento é coordenado. A diferença do cílio e do flagelo está na ancoragem – muda o padrão de deslizamento.
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ARTIGO MOTORES CELULARES: compara a célula a uma cidade e à necessidade de ir de vir desta. Os motores moleculares se dividem em três regiões funcionais: cabeça, pescoço e cauda. O domínio motor (cabeça) transforma a energia química em mecânica (mudança conformacional), usando ATP. Outra função do motor é ligar a miosina, cinesina ou dineína ao seu citoesqueleto específico. O “pescoço” (proteínas alfa-hélice) utiliza as cadeias dos aa que ficam voltadas para fora. Esse domínio é responsável pelo deslocamento da molécula. Já o domínio cauda promove a ligação da proteína à carga ou estrutura a ser movimentada. As funções dos motores são diversas e ainda não totalmente esclarecidas, dentre elas tráfego intracelular, migração celular, transporte de vesículas, movimento de vacúolos, ações sensoriais, sinalização química, transporte de organelas, batimento de cílios, etc. Na rede do citoesqueleto, os microtúbulos estão dispostos de forma radial, enquanto os trilhos de actina organizam-se na periferia. O sinal (+) identifica a periferia, e o sinal (–) identifica o núcleo. As cinesinas se movimentam em ambos sentidos, já as dineínas apenas para a extremidade (-) e as miosinas carregam cargas em ambos caminhos da actina.
DOENÇAS: Charcot-Marie-Tooth (perda gradual do movimento muscular e sensibilidade nas extremidades do corpo, como pés, pernas, mãos e braços, é causada por mutações nos genes relativos às dineínas que transportam precursores de vesículas sinápticas em células nervosas), síndrome da imotilidade ciliar (afeta a cadeia intermediária de dineínas presentes nos cílios existentes nas células das mucosas das vias respiratórias, impedindo sua atuação na defesa contra infecções microbianas), doença de Alzheimer (perda de memória, funções mentais, resultante da deposição no cérebro do peptídeo beta-amilóide, que é produzido na quebra da proteína precursora de amiloide, que é necessária para que uma cinesina transporte vesículas contendo amiloide, beta-secretase e presenilina-1 para fora dos axônios, e que sua quebra pode impedir a ação desse motor molecular).
Aula 2 - Diferenciação Celular
JUNQUEIRA: As células embrionárias iniciais geralmente são totipotentes, ou seja, têm a capacidade de se transformarem nos vários tipos de células especializadas do corpo. A fixação do destino das células embrionárias ocorre no início dos processos sequenciais pelos quais as células embrionárias adquirem a capacidade de seguir diferentes rotas de desenvolvimento.
*Diferenciação é o grau de especialização da célula, enquanto a potencialidade é a capacidade que a célula tem de originar outros tipos celulares.
*Diferenciação celular é um conjunto de processos que transformam uma célula indiferenciada em uma célula especializada – resultado da atuação de uma série de controles de expressão, que tendem a definir as vias bioquímicas e a morfologia de uma célula, capacitando-a eficazmente para uma determinada função em detrimento de muitas outras. Pode-se também definir diferenciação como a restrição do potencial celular.
*A capacidade de responder a sinais externosdeterminantes da diferenciação depende da idade celular. Com o tempo existe uma restrição da plasticidade, ou potencialidade celular.
*Primeiro instante em que se pode observar a diferenciação: gastrulação – ectoderme, mesoderme e endoderme.
Durante a diferenciação, há ativação de certos genes e inativação de outros. Os mecanismos de controle gênico podem ser classificados em transcricionais e pós-transcricionais. Estes eventos são regulados pela ação conjunta de fatores intracelulares e extracelulares, que por sua vez são determinados pela comunicação célula-célula e célula-meio-ambiente.
A comunicação célula-célula pode ser mediada por mensageiros químicos originados de outras células (hormônios, fatores de crescimento) ou da matriz extracelular do organismo em desenvolvimento. Os fatores de origem ambiental que afetam a diferenciação podem ser de natureza variada, entre os quais podem ser citadas a ação de drogas (incluindo medicamentos), as radiações ionizantes (raios X, radioatividade, raios UV, etc) e as infecções virais.
A diferenciação celular não se restringe a embriões e continua no organismo adulto. A maturação do tecido nervoso em pós-natos e a diferenciação de células tronco são exemplos de eventos de diferenciação fora do período de embriogênese. O processo de diferenciação é revertido durante o processo de clonagem e regeneração. Esta reversão requer uma desprogramação nuclear.
Ao lado da proliferação e diferenciação celulares, existe também a eliminação das células que não são mais necessárias pelo processo de apoptose.
*o processo de diferenciação não é irreversível (desprogramação celular).
ALBERTS: uma célula eucariótica típica expressa somente uma fração dos seus genes, e os distintos tipos de células em organismos multicelulares surgem porque diferentes conjuntos de genes são expressos ao longo da diferenciação celular.
Embora todas as etapas envolvidas na expressão de um gene possam em princípio ser reguladas, para a maioria dos genes o início da transcrição é o ponto mais importante de controle.
A transcrição de genes individuais é ativada ou desativada nas células por proteínas de regulação gênica. Estas atuam ligando-se a pequenas regiões de DNA chamadas de sequências regulatórias de DNA.
Embora cada proteína de regulação gênica possua características únicas, a maioria liga-se ao DNA usando um dentre um pequeno número de motivos proteínas estruturais. A sequência de aminoácidos precisa estar dobrada no motivo de ligação ao DNA que determina a sequência particular de DNA que é reconhecida.
A RNA polimerase liga-se ao DNA e inicia a transcrição de um sítio chamado promotor.
Em bactérias, as proteínas regulatórias normalmente se ligam às sequências regulatórias de DNA próximas de onde a RNA polimerase se liga e então ativam ou reprimem a transcrição do gene. Em eucariotos, essas sequências regulatórias de DNA são frequentemente separadas do promotor por muitos milhares de pares de nucleotídeos. 
Para iniciar a transcrição, as RNA polimerases eucarióticas necessitam da montagem de um complexo de fatores gerais de transcrição no promotor.
As proteínas de regulação gênica eucarióticas atuam de duas maneiras fundamentais: (1) elas podem afetar diretamente o processo de montagem da RNA polimerase e dos fatores gerais de transcrição no promotor, e (2) elas podem modificar localmente a estrutura da cromatina das regiões promotoras.
Nos eucariotos, a expressão de um gene é normalmente controlada por uma combinação de proteínas de regulação gênica.
Nas plantas e animais multicelulares, a produção de proteínas de regulação gênica diferentes em diferentes tipos celulares garante a expressão somente daqueles genes apropriados para o tipo particular de célula.
Uma única proteína de regulação gênica, se expressa na célula precursora apropriada, pode desencadear a formação de um tipo celular especializado ou mesmo um órgão inteiro.
SLIDES/AULA: Todo organismo pluricelular é composto por diferentes tipos de células. 75 trilhões em um homem adulto – em torno de 210 tipos celulares diferentes. Primeira evidência da diferença das células é a morfologia. Morfologia é um reflexo da diferenciação celular.
DIFERENCIAÇÃO CELULAR: identidade celular é um conjunto de genes ligados/desligados. Expressão gênica diferencial é fundamental para a diferenciação celular.
Diferenciação celular é um processo de especialização das células que passam a exercer com grande eficiência funções específicas. O objetivo é eficiência. A consequência é a interdependência. Essa especialização é evidente na diversidade de morfologias celulares. 
Como uma simples célula – ovo fertilizado – pode originar um complexo organismo multicelular? Um dos aspectos que se tenta compreender corresponde aos fatores genéticos que regulam a diferenciação celular. (...) slide
A célula-tronco prototípica é o óvulo fertilizado (zigoto). Essa única célula é capaz de gerar todos os tipos celulares existentes em um organismo adulto, até os gametas – óvulos e espermatozoides – que darão origem a novos zigotos.
A incrível capacidade de gerar um organismo adulto completo a partir de apenas uma célula tem fascinado os biólogos desde que o fisiologista Schwann (...) slide
Início do século 20, vários embriologistas como Spemann e Loeb começaram a decifrar os segredos das células-tronco através de experimentos engenhosos com células de embriões.
Tais pesquisas revelaram que, quando as duas primeiras células de um embrião de anfíbio são separadas, cada uma é capaz de gerar um girino normal.
Esta expressão gênica seletiva controla os 4 processos essenciais que formam o embrião: proliferação, especialização, interação e movimento. 
DIFERENCIAÇÃO versus POTENCIALIDADE
Diferenciação é o grau de especialização da célula. Potencialidade é a capacidade que a célula tem de originar outros tipos celulares.
Quanto maior a potencialidade, menos (...) ->slide
*Há também as células oligopotentes.
EXPERIMENTO para comprovação da diferenciação celular: camundongos (zigoto implantado em camundongos de “raças” diferentes, nascendo o camundongo com o genótipo do zigoto e com a epigenética de ambos). (Camundongos quiméricos: geneticamente modificados) 
Problema do adulto: a célula não passa por todos passos de desenvolvimento anteriores (ambientes mais jovens). Outro problema é a diferença de genoma entre as células-tronco e o genoma do receptor. Há também os problemas éticos. Uso de células embrionárias para clínica, hoje, é só pra pesquisa. Uso para clínica só no futuro, por conta dos muitos problemas (éticos e biológicos).
O estado de diferenciação de uma célula por ser revertido? Algumas sim, outras não. Existe plasticidade. *Reprogramação celular por transferência nuclear (taxa de acerto muito baixo).
Que fatores controlam o processo de diferenciação celular? Intracelulares e extracelulares, requerendo intensa comunicação célula-célula e célula-ambiente. Os fatores intracelulares se encontram nas próprias células em diferenciação. Os extracelulares dependem das vias de sinalização celulares disponíveis no seu repertorio para a eles responder.
A diferenciação resulta de uma série de expressões gênicas controladas.
Características fundamentais de uma célula tronco: auto-renovação ilimitada, por exemplo, a capacidade de multiplicar-se gerando células iguais à célula-original durante toda a vida (divisão assimétrica) e multipotência, como, por exemplo, a capacidade de gerar diferentes tipos celulares.
 
*enviromental asymmetry
*relação de célula tronco e formação de tumores. Proliferação na célula tronco é maior (tumor nessa fase é mais agressivo, pois prolifera mais rápido).
*PLASTICIDADE CELULAR (TEXTO SOBRE CAI NA PROVA)
Célula Tronco e Diferenciação celular: células-tronco são células referidas com a capacidade de gerar um organismo e se caracterizam pela capacidade de autorrenovação. Elas podem gerar células-filhas pluripotentes, comprometidas em se diferenciar em uma gama de tiposcelulares especializados. A capacidade de diferenciação em diversos tipos de células é chamada de plasticidade. A maioria das células-tronco dá origem a células progenitoras intermediárias (células de amplificação transiente) que, por sua vez, podem se diferenciar em uma população de células (células multipotentes que se comprometem com vias específicas de um processo gradual). As diferentes etapas do processo de comprometimento ocorrem por meio de alterações na expressão gênica (fatores de transição ativam e inativam genes de vias específicas). Há uma rede de fatores de transição de organização espontânea na continuidade da proliferação das células-tronco, para que seu número permaneça estável. Esses fatores desempenham papéis importantes na prevenção da diferenciação celular. Proteínas policomb são mecanismos epigenéticos importantes (silenciam o genoma modificando proteínas das histonas). O mecanismo que mantêm a população de células tronco ao mesmo tempo que gera populações de células diferenciadas é a divisão celular assimétrica (duas células filhas são geradas e diferem nos seus destinos). Um mecanismo que determina se a divisão assimétrica ocorrerá é a polaridade da célula. O microambiente que controla a autorrenovação e a manutenção das células-tronco é denominado “nicho da célula-tronco” (evita que as células-tronco sejam depletadas e protege o organismo da superprodução de células-tronco). O papel do nicho na regulação das divisões celulares assimétricas é importante. A escolha do destino é determinada tanto por fatores de sinalização extrínsecos (interação com a matriz extracelular, microambiente específico como ossos, etc) quanto por mecanismo intrínsecos (proteínas específicas que dividem a célula em domínios distintos antes da mitose, criando um eixo de polaridade. A segregação de moléculas determinantes de destino celular em apenas uma das células-filhas ajuda a manter essa célula como célula-tronco e permite que a outra se diferencie). 
As células-tronco pluripotentes oferecem a possibilidade de uma fonte renovável para a substituição de células e tecidos para o tratamento de diversas doenças e condições.
• Parkinson, quando as células do cérebro que secretam dopamina foram destruídas.
• Diabete melito tipo 1, quando as células β do pâncreas foram destruídas.
• Mal de Alzheimer, quando os neurônios são degenerados pelo acúmulo de precipitados proteicos no cérebro.
• Infarto, quando um coágulo sanguíneo causa a perda da oxigenação do tecido nervoso.
• Danos à medula espinal, levando à paralisia da musculatura esquelética.
• Outras condições, como queimaduras, doenças cardíacas, osteoartrite e artrite reumatoide, em que as células perdidas podem ser repostas por células-tronco.
Células-tronco pluripotentes induzidas (iPS): células adultas reprogramadas para que se convertam ao estado pluripotente pela introdução de cópias extras de genes essenciais para o controle de pluripotência (c-myx, Sox2, Oct3/4, Nanog, etc). O potencial para o uso das iPS é gigantesco.
Doenças: metaplasia (alteração durante a diferenciação, convertendo um tipo celular em outro. Frequentemente observado em doenças pulmonares, como fibrose pulmona, e nas disfunções intestinais, como a doença intestinal inflamatória e a doença de Crohn) e câncer (especialmente nos tecidos de renovação contínua como sangue, sistema digestivo e pele).
Fazedor de neurônios: composto que controla a pressão arterial direciona o desenvolvimento das células cerebrais. Essa molécula, a bradicinina, um fragmento de proteína (peptídeo) naturalmente encontrado no sangue e em outros tecidos do corpo e liberado em concentrações mais elevadas na inflamação, foi descoberta por brasileiros há 53 anos. A bradicinina faz células-tronco se transformarem em neurônios e os protegem da morte em lesões cerebrais. No tecido adiposo, ela regula a liberação do hormônio que induz à saciedade e reduz o acúmulo de gordura. Sem bradicinina (inibida por HOE-140), os neurônios ficavam incompletos e só um número menor deles sobrevivia e as células não respondiam à acetilcolina nem apresentavam os prolongamentos característicos dos neurônios. A bradicinina não inicia a diferenciação celular, mas define o caminho que as células vão seguir. A produção de neurônios em cultura cresceu com a adição de captopril (mantém a bradicinina ativa por mais tempo). A bradicinina reorienta o destino celular.
Regeneração de membros: as salamandras possuem capacidade de regenerar um membro a partir de um coto depois de amputado. A salamandra é o único vertebrado que continua capaz de reproduzir partes complexas do corpo durante toda a vida. Quando um membro da salamandra é amputado, os vasos sanguíneos no coto remanescente prontamente se contraem, reduzindo o sangramento ao mínimo e uma cama de células epiteliais rapidamente recobre a superfície do local de amputação. Essa camada de repidermização se transforma em camada de células sinalizadoras, indispensável para o sucesso da regeneração. Os fibroblsatos atravessam a superfície amputada até o centro da ferida onde proliferam para formam um blastema (agregado semelhante a células-troncos). Location, location, location (os fibroblastos do lado oposto do membro são essenciais). Os fibroblastos dos membros de uma salamandra adulta mantêm a memória de seu sistema de informação e conseguem acessar novamente o código orientador Hox no processo de regeneração de membros. Observou-se capacidade regenerativa na ponta dos dedos de humanos. Essa capacidade regenerativa vem sendo suprimida por alguns procedimentos médicos tradicionais. Genes envolvidos: Msx1, Msx2. A diferença mais significativa entre a regeneração na salamandra e a ausência de regeneração nos mamíferos é que os fibroblastos dos mamíferos formam cicatrizes, enquanto os da salamandra, não.
Reprogramação celular: na reprogramação celular uma célula já especializada se torna novamente indiferenciada (pluripotente), abrindo caminho para a obtenção, no futuro, de tecidos com aplicações terapêuticas. A reprogramação de núcleos de células adultas tem sido detectada a partir da combinação de técnicas de biologia molecular com reações imunocitoquímicas. Percebe-se que as células perdem seus marcadores de diferenciação e passam a produzir substâncias como a fosfatase alcalina e Oct4, Nanog e Rex1. O ambiente e as condições de manutenção da célula são essenciais para influenciar seu novo destino. Outra técnica: fusão de células-tronco com células da pele, as quais sofrem reprogramação genética devido à fusão. É uma técnica bastante difícil e trabalhosa. Baixa taxa de sucesso. Proteínas extrato citoplasmático do óvulo de X. laevis.
Aula 3 - Mitocôndrias e Peroxissomos
JUNQUERIA: para a realização de suas atividades, as células usam a energia obtida através da ruptura das ligações covalentes das moléculas dos nutrientes. As células das plantas e de raras bactérias são autotróficas, sintetizando moléculas alimentares complexas, a partir de moléculas inorgânicas e da energia solar. As demais células são heterotróficas. Estas não são capazes de converter em ligações químicas a energia do sol, não sintetizam moléculas alimentares e, portanto, dependem inteiramente do alimento sintetizado pelas células autotróficas para sua sobrevivência.
Nas células, a energia dos nutrientes é liberada gradativamente e parcialmente transferida para as moléculas de ATP (adenosina-trifosfato), que contêm ligações ricas em energia. Outra parte é dissipada sob a forma de calor, indo aquecer o organismo.
As moléculas energéticas mais usadas pelas células são os ácidos graxos e a glicose. Esta é degradada na matriz citoplasmática, sem participação de oxigênio, pelo processo de glicólise anaeróbia, e cada mol de glicose produz 2 mols de ATP e deixa como resíduo 2 mols de piruvato, que ainda contêm muita energia. Moléculas de piruvato e de ADP passam para a matriz mitocondrial, onde também chega oxigênio da respiração e se forma acetilcoenzima A, que entra no ciclo do ácido cítrico. Este e o sistematransportador de elétrons produzem mais 36 mols de ATP. Do ponto de vista do aproveitamento de energia, a vantagem da mitocôndria é enorme. Sem ela, a célula obteria apenas 2 mols de ATP por mol de glicose. Com a mitocôndria, o rendimento é muito maior.
As mitocôndrias são organelas arredondadas ou alongadas localizadas, geralmente, próximo às regiões do citoplasma que necessitam de muita energia. São constituídas por duas membranas. A externa é lisa e muito permeável. A membrana interna contém cardiolipina, é seletiva, controla melhor o trânsito molecular nos dois sentidos e se dobra formando pregas para o interior da mitocôndria. Essas dobras aumentam muito a superfície da membrana interna, criando mais área para o sistema transportador de elétrons que aí se localiza. O interior da organela, limitado pela membrana interna, contém a matriz mitocondrial, onde estão as enzimas do ciclo do ácido cítrico, além de outras enzimas, DNA e os vários tipos de RNA.
A energia liberada na cadeia transportadora de elétrons é utilizada para o transporte de prótons da matriz para o espaço intermembranoso, onde os prótons se acumulam. Esses prótons do espaço intermembranoso, fluem de volta para a matriz, através dos corpúsculos elementares, fluxo esse cuja energia é convertida, no corpúsculo elementar, em energia química facilmente acessível, graças à síntese do ATP a partir do ADP.
As mitocôndrias sintetizam algumas proteínas próprias. Mas a maior parte das proteínas mitocondriais é sintetizada no citoplasma, sob o controle do código genético do núcleo celular, sendo, depois, transferida para a mitocôndria por um processo seletivo.
ALBERTS: As mitocôndrias, os cloroplastos e muitas bactérias produzem ATP por um mecanismo fundamentado em membranas conhecido como acoplamento quimiosmótico.
As mitocôndrias produzem a maior parte de ATP das células animais, utilizando a energia derivada da oxidação de açúcares e ácidos graxos.
As mitocôndrias estão envoltas por duas membranas concêntricas, onde a mais interna delas envolve a matriz mitocondrial. O espaço da matriz contém muitas enzimas, incluindo aquelas do ciclo do ácido cítrico. Essas enzimas produzem grandes quantidades de NADH e FADH2 a partir da oxidação da acetil CoA.
Na membrana mitocondrial interna, elétrons de alta energia doados pela NADH e pela FADH2 passam através de uma cadeia transportadora de elétrons (a cadeia respiratória), eventualmente se combinando com o oxigênio molecular (O2) em uma reação energeticamente favorável.
Parte da energia liberada pelas transferências de elétrons ao longo da cadeia respiratória é aproveitada para bombear H+ para fora da matriz, consequentemente criando um gradiente eletroquímico de prótons transmembrânico. O bombeamento de prótons é induzido por três grandes complexos enzimáticos respiratórios embebidos na membrana.
O gradiente eletroquímico de prótons através da membrana mitocondrial interna resultante é então aproveitado para produzir ATP pelo refluxo de H+ para a matriz pela ATPsintase, uma enzima localizada na membrana mitocondrial interna.
O gradiente eletroquímico de prótons também promove o transporte ativo de metabólitos para dentro e fora da mitocôndria.
Acredita-se que tanto as mitocôndrias quanto os cloroplastos evoluíram de bactérias que foram endocitadas por células eucarióticas primitivas. As duas mantêm seu próprio genoma e se dividem por processos que se assemelham à divisão celular bacteriana.
Os mecanismos de acoplamento quimiosmótico estão amplamente espalhados e são de origem muito antiga. Microrganismos modernos que vivem em ambientes semelhantes àqueles que, acredita-se, existiam na Terra primitiva, também utilizam o acoplamento quimiosmótico para produzir ATP.
SLIDES/AULA:
Mitos=filamentos
Condria=partícula
Organelas de forma arredondada ou alongada; participam da respiração aeróbica e de diversas outras funções (metabolismo lipídios, por ex); diâmetro de 0,5 a 1micrometro e de comprimento de 0,5 a 10micrometros; organelas plásticas, mudando constantemente de forma; a mitocôndria sofre alteração na sua morfologia, possui alta plasticidade. São mais numerosas em células com metabolismo energético mais alto, como células musculares; localizadas nos locais citoplasmáticas onde existe grande consumo de energia. Nas cél musculares fica entre as fibras. No neurônio no corpo células e no axônio.
Distribuem-se por todo o citoplasma, mudando constantemente de posição pela atividade das proteínas motoras do citoesqueleto.
Ultra-estrutura e organização funcional: matrix, membrana interna, membrana externa espaço intermembranoso. A mitocôndria tem origem endossimbionte. Sua membrana interna é muito parecida com a membrana de um procarionte. Esta é muito menos permeável, para manter um gradiente eletroquímico. A membrana externa é bem mais permeável.
Os ribossomos da mitocôndria são 70S (procariontes).
Porinas – formam canais de 1nm: enzimas envolvidas na síntese de lipídeos e enzimas que convertem lipídeos em formas que possam ser metabolizadas na matriz; rica em colesterol.
Espaço intermembranoso: prótons.
Membrana interna: pobre em colesterol, rica em cardiolipina – fosfolipídeos com 4 ácidos graxos – dificulta a passagem de partículas com carga elétrica através da membrana, fundamental para formar o gradiente eletroquímico e processo quimiosmótico. Contém proteínas com 3 tipos de funções: reações de oxidação da cadeia transportadora de elétrons, ATP sintase – produz ATP (transporta H+), proteínas transportadoras que permitem a passagem de metabólitos para dentro e fora da mitocôndria.
Membrana mitocondriais – processo evolutivo: membrana externa é parecida com a membrana plasmática, sensível a detergentes e ultrassom; membrana interna, parecida com a membrana das bactérias, contém o sistema de transferência de atp; os fosfolipídeos dessas membranas (...)
Cristas mitocondriais: achatadas, como se fossem prateleiras.
*usa-se detergente e ultracentrífugas para estudar a composição e atividade enzimática das mitocôndrias (separadas em 4 frações).
Corpúsculos elementares (complexo ATP/ATP-sintase): transporte de H+ para dentro da matriz.
Metabolismo aeróbico:
 
*Oxidação biológica: separa os prótons e elétrons do H2, para aproveitar a energia da combustão H2 + 1/2O2. Esses prótons e elétrons são transportados por NAD+/NADH.
TEORIA QUIMIOSMÓTICA: bomba de próton usa energia dos elétrons para transportar os prótons para fora da matriz. O transporte de elétrons é utilizado para bombear os prótons através da membrana; o gradiente de prótons é aproveitado pela ATP-sintase para produzir ATP.
*termogenina (desacopla o fluxo retrógrado de prótons para gerar calor para o corpo) – tecido adiposo, em especial no tecido adiposo marrom – ativados por hormônios da tireoide.
*trocador/simporte.
*genoma próprio (origem exclusivamente materna)
*cloranfenicol (antibiótico procariontes, afeta as mitocôndrias)
OUTRAS FUNÇÕES: síntese de hormônios esteroides – junto com o REL; apoptose – abertura de canais específicos nas mitocôndrias, com a passagem para o citossol de moléculas desencadeadoras da apoptose (citocromo C).
APLICAÇÕES MÉDICA: doença de Luft (aumento da quantidade de mitocôndrias no tecido muscular esquelético e metabolismo basal, similar ao hipertireoidismo; oxidação fosforilativa parcialmente desacoplada), miopatia mitocondrial infantil (fatal. Lesão nos músculos esqueléticos e disfunção renal – diminuição acentuada ou ausência das enzimas da cadeia transportadora de elétrons); apenas mulheres transmitem para os descendentes as doenças por defeito no DNA mitocondrial. Possibilidade de mutações independentes nas várias cópias do DNA mitocondrial nas milhares de mitocôndrias das células e durante o desenvolvimento; distribuição desigual das mitocôndrias durante as divisões celulares; o genoma mitocondrial não apresenta mecanismos de reparo; variabilidade nos sintomas e gravidade da doença.
PEROXISSOMOS (Alberts e Junqueira)Organelas especializadas em degradar peróxido de hidrogênio, possuem muitas enzimas oxidativas, dentre elas a catalase (degrada o peróxido de hidrogênio). Organela de 0,2 a 1 µm, presente em todas as células eucarióticas (exceto nos eritrócitos). Mais numerosas em células renais e hepáticas. Função de desintoxicação. Vida média curta (4 dias, autofagia). Enzimas oxidativas (cerca de 40 tipos), dentre elas a catalase, a urato oxidase, a D-aminoácido oxidase e enzimas responsáveis pela β-oxidação dos ácidos graxos. Possui membrana simples.
TIPOS: glioxissomos; peroxissomos de plantas; peroxissomos de animais (em estudo na aula).
ASPECTOS FUNCIONAIS: degradação do peróxido de hidrogênio – catalase; detoxificação (colabora com mitocôndrias); metabolismo de lipídeos (colabora com REL e mitocôndrias)
CATALASE: é uma enzima universal, presente em todos peroxissomos. O cristaloide (ou nucleoide) forma-se (...).
RADICAIS LIVRES: ânions superóxidos (O2-) – mutações gênicas e alteração na bicamada lipídica das membranas celulares – envelhecimento dos tecidos; produzidos pelas reações de oxidação nas mitocôndrias, citossol e RE; degradados pela enzima superóxido dismutase, formando peróxido de hidrogênio, que passa para os peroxissomos, sendo reduzido pela catalase.
DETOXIFICAÇÃO: oxidação do urato, de D-aminoácidos, de parte do metanol e etanol, do peróxido de hidrogênio.
β-oxidação dos ácidos graxos: ocorre nos peroxissomos e nas mitocôndrias; no ciclo de β-oxidação, fragmentos com átomos de carbono são removidos sequencialmente dos ácidos graxos de cadeia longa, resultando em acetil-CoA que é enviada para o citoplasma (utilizada em outras reações ou penetra na mitocôndria); participam da síntese de ácidos biliares e colesterol no fígado.
BIOGÊNESE: aporte dos lipídeos de membrana, trazidos 1 a 1 do REL.
*proteínas e enzimas – todas produzidas no citosol e importadas para os peroxissomos; peroxinas ou PEX: transportadores/receptores...
DOENÇAS: síndrome de Zellweger (peroxissomos “vazios”. Falha no transporte de todas as enzimas para dentro do peroxissomo – fígado, rins e cérebro), condrodisplasia puntata rizomélica (peroxissomos pequenos ou ausentes); adrenoleucodistrofia ligada ao cromossomo X (ALD-óleo de Lorenzo; acúmulo de ácidos graxos saturados de cadeias mto longas em determinadas partes do corpo); hiperoxaluria (formação de pedras nos rins e sua conseguinte disfunção); acatalassemia (ausência da enzima catalase).