Ed de Membrana do além

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UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE
INSTITUTO DE BIOLOGIA 
DEPARTAMENTO DE NEUROBIOLOGIA
ESTUDO DIRIGIDO SOBRE MEMBRANAS 
Discuta a membrana como barreira semi-permeável e a difusão de moléculas hidrofílicas e hidrofóbicas.
R: A membrana é uma barreira semi-permeável, pois não isola completamente o interior e o exterior da célula. Permite a passagem de algumas substâncias pela própria barreira (substâncias apolares) e de outras por canais ou transportadores presentes na membrana (substâncias polares). A difusão de moléculas hidrofílicas ocorre por meio de canais iônicos, transportadores e proteínas carreadoras. A difusão de moléculas hidrofóbicas ocorre passivamente pela membrana, uma vez que esta é composta por fosfolipídeos, sendo apolar em seu interior.
Qual o papel da fluidez de membrana nos eventos de sinalização química? Como esta fluidez é modulada nas membranas biológicas? 
R: Facilitar a interação de proteínas de uma mesma via de sinalização que estão distantes e permitir a mudança conformacional de proteínas na membrana (exemplo: receptores após se ligarem a molécula-sinal. Esta fluidez é modulada pelos movimentos dos fosfolipídeos (rotação, flip-flop), presença de colesterol (papel duplo: torna a região menos fluida porque os anéis esteroides interagem e parcialmente imobilizam regiões de hidrocarboneto dos fosfolipídios perto da cabeça polar; porém impede que as cadeias de hidrocarboneto se agrupem e cristalizem- afastam fosfolipídios. Logo, o colesterol é importante para reduzir a fluidez em altas temperaturas e para aumentá-la em baixas temperaturas); temperatura (mais quente, mais fluida; menos quente, menos fluida) e composição da membrana (caudas curtas dos fosfolipídios reduz interação entre caudas e maior a fluidez; caudas com duplas ligações cis causam torções e dificulta agrupamento dos fosfolipídios e maior a fluidez)
Discuta os principais mecanismos de transporte de moléculas hidrofílicas através da membrana. Exemplifique
R: Canais iônicos – uma molécula sinalizadora ativa o canal que se abre, o íon flui pelo poro formado. Transportador – pode ser ativo ou passivo; ativo: pode ser primário, usando ATP como energia para transportar a substância contra seu gradiente de concentração, ou secundário, usando o gradiente de outra substância para transportar a primeira substância, podendo ser antiporte – cada substância para um lado da membrana ou simporte – ambas para o mesmo lado da membrana (dentro ou fora da célula).
O que promove a assimetria da membrana?
R: A diferença na composição de fosfolipídeos na monocamada interna (fosfatidilserina- carga negativa importante negativa e fosfatidiletanolamina) e na monocamada externa(fosfatidilcolina, esfingomielina e glicolipídeos) constitui a assimetria. Construção da assimetria: fosfolipídios são fabricados no RE e adicionados à monocamada citosólica do RE. A enzima scramblase catalisa o flip-flop de fosfolipídeos de modo que as duas monocamadas do RE fiquem com o mesmo número de fosfolipídeos. Quando bicamada de fosfolipídeos é exocitada para renovar membrana, ela não está assimétrica e quando é inserida na membrana plasmática, a enzima flippase catalisa flip-flop de fosfolipídeos específicos para monocamada citosólica, formando a assimetria.
Diferentes tipos de proteínas são encontrados de acordo com sua associação à membrana. Dê pelo menos um exemplo de função para cada tipo de proteína que você descreveu. 
R: 1- Integral de membrana unipasso 
2- Integral de membrana multipasso 
3- Periférica intracelular ligada a ácido graxo ou grupamento prenil 
4- Periférica extracelular ligada a oligossacarídeo 
5- Periférica intracelular ligada não-covalentemente a proteína integral 
6- Periférica extracelular ligada não-covalentemente a proteína integral
7- Integral beta barril 
Defina os dois principais tipos de canais iônicos que podem estar presentes nas membranas celulares.
R: 	Canais iônicos controlados (vários tipos): por ligante - na presença da molécula sinalizadora vão mudar de conformação e permitir o fluxo de íons (o ligante pode ser intracelular - nucleotídeos e íons - ou extracelular- neurotransmissores); por voltagem – mudança de voltagem na membrana causa abertura desses canais; por estresse mecânico – estiramento da membrana abre canais.
	Canais iônicos de vazamento – estão constantemente abertos, permitindo o fluxo de íons; são eles que definem a permeabilidade dos íons, quanto mais canal de vazamento para determinado íon, maior a permeabilidade deste íon.
 O que são rafts lilpídicos? E qual a sua importância?
R: São regiões na membrana onde a fluidez é menor a fim de concentrar proteínas de uma mesma via de sinalização próximas umas às outras. São importantes para melhorar a eficiência da sinalização, tornando mais rápida a interação entre as proteínas da mesma via.
ESTUDO DIRIGIDO SOBRE SINALIZAÇÃO CELULAR I
1) Diferencie transporte via canal de transporte via carreador.
R: As proteínas carreadoras ligam o soluto específico a ser transportado e sofrem uma série de mudanças conformacionais para transferir o soluto ligado através da membrana. Já as proteínas de canal interagem muito fracamente com o soluto a ser transportado e formam poros aquosos que se estendem através da bicamada lipídica- quando os poros dos canais estão abertos, eles permitem a passagem de solutos específicos ( íons de tamanho e carga adequados) através deles e, portanto, o soluto cruza a membrana. O transporte por meio de proteína de canal ocorre a uma velocidade mais rápida do que o transporte mediado por proteínas carreadoras.
2) Explique o mecanismo de ação da bomba de Na+/ K+ - ATPase.
R: A proteína possui 3 sítios de ligação para o Na⁺ e 2 sítios de ligação para o K⁺. Ocorre a captação dos 3 íons Na⁺ e uma molécula de ATP (do interior da célula) que é clivada em ADP + fosfato, esses íons são liberados para fora da célula, há a captação de 2 íons K⁺ (do exterior da célula) que são liberados no interior da célula.
A bomba de Na+/ K+ - ATPase é eletrogênica, posto que gera uma correte iônica efetiva de efluxo (3Na+: 2K+), de modo a contrabalancear o influxo passivo de Na+ e efluxo passivo de K+. Assim, o potencial de repouso é estabilizado pela manutenção dos gradientes iônicos mediante gasto de ATP.
3) Diferencie os seguintes tipos de sinalização quanto ao alvo e a distância percorrida pela molécula sinalizadora: parácrina, endócrina e sináptica. Cite alguns exemplos de cada tipo. 
R: Parácrina – alvo: células locais, distância percorrida: pequena. Ex: Histamina liberada em caso de lesão tecidual (corte na pele, por exemplo), atua nas células vizinhas.
Endócrina – alvo: órgãos, distância percorrida: grande. Ex: ACTH liberado na corrente sanguínea para atuar no córtex da adrenal.
Sináptica – alvo:célula-alvo pós sináptica, distância percorrida: muito pequena. Ex: acetilcolina liberada na fenda sináptica da placa motora para promover a contração do músculo.
4) Porque a mesma molécula sinalizadora (por ex. a Acetil Colina) pode ter diferentes efeitos biológicos nos seus vários alvos. Exemplifique
R: Porque apresenta diferentes receptores que irão provocar diferentes respostas. Nos músculos estriados esqueléticos, ACo liga-se a receptores nicotínicos (ionotrópicos), promovendo sua abertura e fluxo iônico para desencadear eventos de contração muscular. No músculo estriado cardíaco, liga-se a receptores muscarínicos (metabotrópicos), ativando uma proteína Gi (inibidora) de modo a propiciar redução na velocidade e força de contração. Nas células da glândula salivar, liga-se a receptores metabotrópicos, promovendo a secreção do conteúdo vesicular.
5) Quais os principais tipos de receptores de superfície celular?
R: Ionotrópicos, metabotrópicos e catalíticos.
6) Defina o que são receptores ionotrópicos e seu mecanismo de ação.
R: São receptores que quando ativados atuam como canais iônicos.A molécula sinalizadora se liga ao receptor, este sofre mudança conformacional, assumindo a conformação aberta, permitindo o fluxo seletivo de íons. Sendo assim, são duas as propriedades que diferem canais iônicos de simples poros aquosos: a seletividade a íons mediante tamanho, carga e camada de solvatação desse elemento; e mudança de conformação entre abertura e fechamento.
7) Descreva resumidamente o mecanismo de transdução de sinal dos receptores acoplados à proteína G (metabotrópicos). Cite as principais subunidades desta proteína.
R: A molécula sinalizadora se liga ao receptor, o ativa e muda sua conformação, o que faz com que ele interaja com a subunidade alfa da proteína G, que muda sua conformação e se desliga ao GDP por perda de afinidade. O GTP em alta concentração no citosol se liga a subunidade alfa, ativando-a e promovendo mudança na sua conformação, que leva à separação dessa subunidade das outras (beta e gama, que formam complexo, ficam juntas). A subunidade alfa, então, pode ativar vias diferentes de sinalização intracelular, dependendo da enzima que ela ative e isso depende do tipo de proteína G que está associada ao receptor.
ESTUDO DIRIGIDO SOBRE SINALIZAÇÃO CELULAR II
Associe a natureza da molécula sinalizadora (hidrofílica ou hidrofóbica) à localização do receptor. Justifique sua resposta.
R: Moléculas sinalizadoras hidrofílicas terão seus receptores na superfície da célula, pois não atravessam a membrana plasmática. Moléculas sinalizadoras hidrofóbicas terão receptores citoplasmáticos, pois atravessam a membrana plasmática.
Descreva o mecanismo de ação em resposta aos hormônios esteróides.
R: Os hormônios esteroides, por serem moléculas-sinal pequenas e hidrofóbicas, se difundem através da membrana plasmática e se ligam a receptores intracelulares que são proteínas reguladoras gênicas e alteram a capacidade delas de controlar a transcrição de genes específicos. Assim, essas proteínas servem como receptoras e efetoras ao mesmo tempo.
	A interação com o hormônio altera a conformação do receptor, causando dissociação do complexo inibidor e a ligação do receptor a proteínas coativadoras que estimulam a transcrição gênica. Porém a interação com ligante e esse receptor pode inibir a transcrição proteica.
O que é um segundo mensageiro? Explique e exemplifique através da via do AMP cíclico. 
R: São pequenas moléculas de sinalização intracelular, posto que os primeiros mensageiros são considerados como sendo os sinais extracelulares. Como exemplos, citam-se o AMPc, os íons cálcio, o DAG, o NO (óxido nítrico). O AMPc é um segundo mensageiro pequeno e hidrossolúvel, podendo se difundir pelo citosol, tanto que pode atravessar estruturais que conectam o citosol de células adjacentes – as junções GAP-. O AMPc atua na via de sinalização intracelular mediante ativação de PKA.
Explique o mecanismo de ativação da PKA.
R: A adenilil ciclase é uma enzima ativada pela subunidade alfa da proteína Gs, após todo o processo de ativação do receptor metabotrópico (ver questão 7). Essa enzima sintetiza AMPc ( adenosina monofosfato cíclico) a partir do ATP. O AMPc está normalmente em concentração pequena no citosol quando a enzima não é estimulada e ele atua como segundo mensageiro: o AMPc reconhece sítios de ligação na proteína cinase A (PKA) e ativam essa enzima, que fosforila moléculas alvo pelo seu domínio catalítico.
Descreva os mecanismos de regulação dos níveis intracelulares de cálcio.
R: Um receptor metabotróbico ativa uma proteína Gq, a qual ativa a fosfolipase C-beta (PLC-B). A PLC-B hidrolisa PIP2, gerando DAG e IP3. A IP3 se difunde pelo citosol e liga-se a receptores no retículo endoplasmático liso, liberando íons cálcio no citosol.
Quando os estoques de cálcio do REL forem depletados, eles são novamente repostos pela ativação de canais de cálcio de reposição na membrana plasmática.
Elevados níveis intracelulares de cálcio pode ser prejudicial à célula, posto que pode desencadear mecanismos de apoptose. Assim, a concentração desse íon é mantida baixa no citosol das células em repouso por mecanismos como: bomba de cálcio na membrana do REL, proteína transportadora de cálcio (permutador de cálcio dirigido por sódio).
Exemplifique uma das formas de atuação do óxido nítrico.
R: Na síntese endotelial, a lesão do endotélio de vasos sanguíneos precede a aterosclerose. O efeito protetor (antiteratogênico) do endotélio reside em diversas propriedades. Assim, o endotélio regula a aderência dos leucócitos à parede do vaso, suprime a proliferação das células do músculo liso vascular, mantém o revestimento vascular que resiste à formação dos trombos e regula o tônus do musculo liso vascular. Todas essas funções envolvem a ação do óxido nítrico (NO) sintetizado pelas isoforma eNOS.
As fibras nervosas eferentes do sistema nervosos autônomo liberam acetilcolina sobre as células endoteliais, liberando NO. O NO ativa a enzima guanilil-ciclase, estimulando a síntese de GMPc, que produz relaxamento da musculatura lisa dos vasos sanguíneos pela diminuição da sensibilidade do miofilamento à Ca2+.
Como a ativação de guanilil-ciclase por NO estimula a síntese de GMPc a partir de GTP, o equilíbrio do nível intracelular de GMPc dá-se pela ativação de uma fosfodiesterase a qual degrada o GMPc. Nesse contexto, o Viagra inibe a fosfodiesterase da genitália masculina de modo a aumentar o tempo de permanência de elevados níveis de GMPc na musculatura lisa dos vasos sanguíneos penianos, relaxando essas fibras musculares, promovendo vasodilatação local e mantendo o órgão ereto.
Na síntese induzível, macrófagos são estimulados por lipossacarídeos bacterianos e interferon-gama a sintetizar macNOS. O NO produzido e liberado atua como antimicrobiano, além de ter efeito antiparasitário e antitumoral, uma vez que atua reduzindo a síntese proteica e a geração de energia pelo ciclo de Krebs e cadeia transportadora de elétrons.
Leia o texto abaixo e responda
Maconheiro velho
Todo maconheiro velho reclama da qualidade da maconha atual. Perto da maconha daquele tempo, dizem, a de agora é uma palha sem graça. A observação é paradoxal, porque a maconha de hoje tem concentrações muito mais altas de THC, o componente psicoativo da planta, do que as contidas nos baseados de 20 anos atrás. A queixa procede, no entanto. O THC inalado, ao chegar ao cérebro, libera quantidades suprafisiológicas de neurotransmissores - como a dopamina - associados às sensações de prazer e de recompensa. 
Como tentativa de adaptação à agressão química representada pela repetição do estímulo, os circuitos de neurônios envolvidos na resposta, sobrecarregados, perdem gradativamente a sensibilidade à droga, produzindo concentrações cada vez mais baixas dos referidos neurotransmissores. Nessa fase, a nostalgia toma conta do espírito do usuário. É por causa desse mecanismo de tolerância ou dessensibilização que o prazer induzido não apenas pelo THC, mas por qualquer droga psicoativa diminui de intensidade com a administração prolongada. (...)
(texto retirado do site http://drauziovarella.ig.com.br/artigos/maconheirovelho.asp)
a)Qual a importância do processo de dessensibilização?
R: Pelo mecanismo de dessensibilização ou adaptação, a resposta celular a um estímulo prolongado pode ser reduzida. Assim, a célula-alvo pode responder a variações de intensidade ou de concentração do estímulo adequado. Contextualizando esse mecanismo, seria possível citar que a pressão exercida pelas vestimentas na pele não é conscientemente percebida ao longo do dia, posto que os mecanorreceptores dessensibilizaram-se pelo estímulo prolongado. No entanto, caso um indivíduo toque na região do corpo coberta pela roupa, seu gesto é percebido.
b)Explique o mecanismo celular da dessensibilização dos receptores acoplados a proteínas G.
R: A dessensibilização pode ser promovida por: sequestro do receptor dentro de endossomos temporariamente; retrorregulação do receptor,em que é endocitado e, posteriormente, degradado por enzimas hidrolíticas; inativação de receptores na superfície celular por ligação de radicais, como fosfato, metil e ubiquitina; inativação de proteínas sinalizadoras; e produção de proteínas inibidoras.
Descreva os mecanismos que levam a ativação de receptores catalíticos.
R: Molécula sinalizadora se liga a dois receptores catalíticos, que se aproximam e mudam de conformação, resultando na ativação dos domínios catalíticos desses receptores. Esse processo é a dimerização dos receptores com auxílio da molécula sinal. Os domínios catalíticos (ou dos receptores ou de enzimas associadas a eles) fosforilam resíduos de tirosina entre si (um domínio fosforila resíduos do outro). Esse mecanismo é a transfosforilação. Esses domínios fosforilados vão servir de região de ligação a outras proteínas sinalizadoras intracelulares, que ao se ligarem serão ativadas. (esses mecanismos estão presentes nos receptores tirosina cinase, associados a tirosina cinase, principalmente)
Caracterize a proteína Ras e descreva a via das MAP cinases.
R: A Ras é uma proteína G monomérica (GTPase monomérica), que está associada aos receptores catalíticos. Ela funciona como comutadores moleculares, revezando entre dois estados conformacionais distintos: com GTP ligado, ela é ativa; com GDP ligado, inativa.
Os fatores de troca de nucleotídeos de guanina da Ras (Ras-GEFS) promovem a permuta dos nucleotídeos: estimula a dissociação do GDP e a ligação do GTP do citosol, ativando a Ras. As proteínas de ativação da GTPase-Ras (Ras-GAPs) aumentam a velocidade de hidrólise do GTP pela Ras, inativando-a.
	A via de sinalização de expressão de genes que envolvem MAPK (MAP cinases) são as mais importantes ativadas pela Ras. A MAPK(MAP cinase) é ativada por fosforilação e regula transcrição de genes. Ela é fosforilada pela cinase da MAP cinase (MAPKK). Esta, por sua vez, é ativada por fosforilação pela cinase da cinase da MAP cinase (MAPKKK). A MAPKKK é ativada pela Ras.
Então: Ras ( cinase da cinase da MAPK( cinase da MAPK( MAPK( MAP CINASE)( REGULA TRANSCRIÇÃO DE GENES POR FOSFORILAÇÃO DE PROTEÍNAS NO NÚCLEO