BIOLOGIA CELULAR E MOLECULAR ROTEIRO DE ESTUDOS Respondido I

Prévia do material em texto

ROTEIRO DE ESTUDOS – MÓDULO-I
SUPERFÍCIE CELULAR
- QUESTÕES PARA ORIENTAÇÃO DO ESTUDO:
Estrutura e propriedades das membranas celulares: 
Analise propriedades dos fosfolipídeos que favorecem a formação de bicamadas em meio aquoso.
Os fosfolipideos consistem em dois ácidos graxos ligados a um grupo polar. Portanto todos os fosfolipideos tem caudas hidrofóbicas e grupos cabeça hidrofílicos que consistem no grupo fosfato e em seus anexos polares, consequentemente são moléculas anfipáticas. Essas propriedades dos fosfolipídeos é a base para a formação de membranas biológicas já que formam espontaneamente bicamadas em soluções aquosas com as caudas hidrofóbicas escondidas no interior da membrana, e os grupos cabeça polar expostos em ambos os lados em contato com a agua. Tais bicamadas fosfolipideas formam barrerias estáveis entre dois compartimentos aquosos. Representam a estrutura básica de todas as membranas biológicas.
Descreva a estrutura básica das membranas celulares, considerando a distribuição dos lipídeos e as diferentes formas de associação das proteínas com a bicamada lipídica.
A estrutura básica das membranas é uma bicamada fosfolipídica, onde geralmente os lipídios correspondem a aproximadamente 50% da massa. As proteínas são os outros constituintes importantes das membranas celulares, constituindo de 25 a 75% da massa de várias membranas da célula. Enquanto os fosfolipídios provêm a organização estrutural básica das membranas, as proteínas de membrana executam as funções especificas das diferentes membranas celulares incluindo o transporte seletivo de moléculas e o reconhecimento célula-célula. A diferentes interações das proteínas com a membrana dão a essas proteínas diferentes conformações, e , consequentemente, diferentes funções. Proteínas transmembranares que se arranjam em alfa hélice e proteínas transmembranares que se arrajam em folhas beta (barris beta) mostram a importância dessas associações entre proteínas e bicamada lipídica, onde, a primeira permite a passagem de um substrato maior que a segunda (barris beta).
Os ácidos graxos da maioria dos fosfolipídios naturais apresentam uma ou mais ligações duplas que introduzem torções no interior da cadeia de hidrocarbonetos, dificultando assim a associação destas, possibilitando o movimento livre no interior da membrana, tornando-a maleável e flexível. 
Aponte a importância da assimetria da bicamada lipídica na comunicação celular.
A assimetria lipídica é funcionalmente importante, especialmente na conversão de sinais extracelulares em sinais intracelulares. Além disso, essa assimetria é utilizada na identificação de células mortas, nesse caso, quando uma célula animal sofre apoptose, a fosfatidilserina, que normalmente está confinada na camada citosólica da M.P., rapidamente se transloca para a monocamada extracelular. A fosfatidilserina exposta na superfície celular sinaliza para as células vizinhas, como os macrófagos, para fagocitar e digerir a célula morta.
Explique como a composição e a estrutura dos lipídeos constituintes da membrana influenciam na sua fluidez.
A variedade de lipídeos da membrana plasmática está intrinsecamente relacionada com sua fluidez, uma vez que, diferentes lipídeos interagem de forma diferente entre si. A exemplo, lipídeos com insaturações, que provocam dobramentos nas suas cadeias hidrofóbicas, ou com quantidades de carbono menores ou maiores, acabam por se conjugarem de forma distinta. Nesse caso, as insaturações vão acarretar mais fluidez à essa membrana, devido à uma associação menos efetiva que a que acontece entre ácidos graxos com a cadeia hidrofóbica saturada. Da mesma forma, o aumento dessa cadeia carbônica vai dar a essa molécula mais possibilidade de interações com as moléculas próximas, diminuindo assim a fluidez da mesma.
Além disso, outros componentes como proteínas e o colesterol vão interferir diretamente na fluidez dessa membrana. 
O colesterol, por exemplo, devido ao seu tamanho e suas propriedades químicas, se insere na membrana e interage de uma forma que torna a bicamada lipídica menos deformável na região em que está inserido, reduzindo assim a permeabilidade da bicamada a pequenas moléculas solúveis em agua. Pela sua estrutura de anel de hidrocarbono o colesterol tem um papel distinto na determinação da fluidez da membrana. Moléculas de colesterol inserem-se na membrana com seus grupos hidroxil polares próximo aos grupos cabeça hidrofílicos dos fosfolipídeos, os anéis hidrocarbono rígidos do colesterol interagem assim com as regiões das cadeias de ácidos graxos que são adjacentes aos grupos cabeça dos fosfolipídeos. Essa interação diminui a mobilidade das porções externas das cadeias de ácidos graxos tornando essa parte da membrana mais rígida. Por outro lado inserção do colesterol interfere nas interações entre as cadeias de ácidos graxos, mantendo assim a fluidez das membranas a baixas temperaturas. Dependendo da temperatura o colesterol interfere de maneiras diferentes na fluidez da membrana. Em altas temperaturas o colesterol interfere no movimento de cadeias fosfolipídicas de ácidos graxos, o que acarreta uma diminuição na fluidez na camada externa da membrana, reduzindo assim a sua permeabilidade para pequenas moléculas. Em baixas temperaturas, no entanto, o colesterol a medida que interfere na interação entre cadeias de ácidos graxos, ele protege as membranas contra o congelamento e mantêm a sua fluidez. O colesterol está distribuído por ambas as camadas.
De acordo com a resposta acima, como você esperaria que fosse a constituição das membranas celulares de peixes que vivem em águas geladas?
Muitas proteínas de membrana difundem-se no plano da bicamada lipídica, como demonstrado nos experimentos de fusão celular realizados por Frye e Edidin. As células, entretanto, podem limitar a mobilidade lateral das proteínas. De que maneira isso pode ocorrer? Qual a importância dessa restrição de movimento das proteínas em células epiteliais?
A mobilidade lateral das proteínas ocorrem através do aprisionamento a grupos de moléculas dos dois lados da membrana. Filamentos do citoesqueleto, por exemplo, frequentemente estão justapostos na superfície citosólica da membrana, eles podem formar barreiras mecânicas que impedem a livre difusão das proteínas. Estas barreiras dividem a membrana em pequenos domínios ou currais, os quais podem ser permanentes, como nos espermatozoides, ou transitórios.
O grau de restrição da proteína transmembrana a um curral depende de sua associação com outras proteínas e do tamanho de seu domínio citoplasmático. Proteínas com grandes domínios citosólicos terão maior dificuldade de passar por essas barreiras.
Acredita-se que o confinamento auxilie na concentração de complexos de sinalização ativados, aumentando a velocidade e a eficácia do processo de sinalização.
Justifique a ausência de glicolipídeos na monocamada citosólica da bicamada lipídica.
A distribuição assimétrica dos glicolipideos na bicamada resulta da adição de grupos de açucares as moléculas lipídicas no lumen do aparelho de golgi. Assim, o compartimento no qual eles são produzidos é topologicamente equivalente ao exterior da célula. Assim que são liberados na membrana plasmática, os grupos de acucares são expostos na superfície celular, onde desempenham importantes papeis nas interações da célula com suas vizinhas. 
Caracterize o glicocálice quanto à sua composição e suas funções.
O glicocálix é uma camada de carboidratos que recobre a superfície da célula, é formado por glicoproteínas transmembrana, glicolipídeos e oligossacarídeos. Dentre suas funções pode-se citar a formação de uma barreira físico-química para a célula, proporcionando a proteção da superfície celular, o funcionamento como marcador para uma variedade de interações célula-célula e a retenção de nutrientes e enzimas, criando assim um microambiente favorável ao desenvolvimento da celula
Os quatro principais fosfolipídeos das membranas plasmáticas são: FOSFATIDILCOLINA, FOSFATIDILSERINA,FOSFATIDILETANOLAMINA E ESFINGOMIELINA. Esses fosfolipídeos juntos constituem de 50 a 60% dos lipídeos totais da membrana. Esses fosfolipídeos são assimetricamente distribuídos entre as duas metades da bicamada da membrana. A camada EXTERNA da membrana é constituída principalmente por FOSFATIDILCOLINA e ESFINGOMIELINA, enquanto a FOSFATIDILETANOLAMINA e FOSFATIDILSERINA são os fosfolipídeos predominantes na camada INTERNA.
Não são todos os lipídeos que se difundem livremente na M.P.. Na verdade, domínios específicos de membrana parece ter maior concentração de colesterol e de esfingolipídeos (esfingomielina e glicolipídeos) que parecem então na forma de “balsas” que se movem lateralmente no interior da M.P. e podem associar-se com proteínas específicas de membrana, podendo desempenhar funções importantes em processos como a sinalização celular e a internalização de moléculas extracelulares através da endocitose.
Transporte de pequenas moléculas através da membrana:
Analise a funcionalidade da permeabilidade seletiva da membrana plasmática.
Somente moléculas pequenas e sem carga podem difundir livremente através da bicamada de fosfolipídios, isso permite que a célula controle e mantenha sua composição interna. Moléculas pequenas e não polares como o O2 e CO2, são solúveis na bicamada liídica e podem assim atravessar facilmente as membranas celulares. Pequenas moléculas polares não carregadas como H2O e Etanol também podem difundir livremente através da membrana, mas moléculas maiores, polares e não carregadas como a glicose não podem. Moléculas carregadas como os íons são incapazes de difundir através da bicamada fosfolipídica independentemente do tamanho, mesmo íons H+ não podem. Essas moléculas que não atravessam a bicamda liídica por livre difusão passam através da membrana pela ação de proteínas transmembranas específicas que agem como transportadoras. Tais proteínas determinam a permeabilidade seletiva das membranas ceululares e tem assim um papel importante na função da membrana.
É correto afirmar que os canais permitem que os solutos atravessem uma membrana com taxas muito mais rápidas do que os carreadores? Justifique sua resposta.
PROTEÍNAS CANAL: Formam poros abertos através da membrana permitindo a passagem livre de moléculas do tamanho e carga apropriados. Por exemplo, os canais de ions permitem a passagem de ions inorgânicos como Na+, K+ e Cl- através da memrana plasmática. Os poros formados por essas proteínas de canal não estão permanentemente abertos, eles podem ser seletivamente abertos ou fechados em resposta a sinais extracelulares. O transporte é realizado por livre difusão.
PROTEINAS CARREADORAS: Diferentemente das proteínas de canal, ligam-se seletivamente e transportam apenas moléculas específicas como açucares, aminoácidos e nucleosídeos. Mais do que formam canais abertos, as proteínas carreadoras agem como enzimas para facilitar a passagem de moléculas específicas através da membrana. Em partículas, essas proteínas ligam moléculas específicas e então sofrem mudanças conformacionais que abrem os canais através dos quais as moléculas podem cruzar a membrana e ser liberada do outro lado.
As moléculas transportadas por canais ou por proteínas carreadoras atravessam a membrana na direção energeticamente favorável como determinado pelos gradientes de concentração e eletroquímico, um processo conhecido como transporte passivo. No entanto, as proteínas carreadoras também provém de um mecanismo pelo qual as mudanças de energia associadas com o transporte de moléculas através da membrana podem estar associadas ao uso ou a produção de outras formas de energia metabólica. Da mesma forma que as reações enzimáticas podem estar acopladas a hidrólise ou síntese de ATP.
Nesse caso, o processo de passagem pelos canais é mais rápido do que pelas carreadoras pois o primeiro não requer uma mudança conformacional na proteína canal, enquanto a proteína carreadora há uma série de interações químicas e mudanças na proteína. 
Analise a participação de diferentes tipos de canais iônicos na condução do impulso nervoso.
Caracterize o transporte ativo dirigido por hidrólise de ATP a partir do mecanismo de funcionamento da bomba de Na+/K+.
O transporte descrito acima (bomba de Na+/K+) poderia ser dirigido por gradiente de íons? Justifique sua resposta.
Relacione o funcionamento da bomba de Na+/K+ com o equilíbrio osmótico em células animais.
Caracterize a família de transportadores ABC, considerando sua importância clínica.
ENDOMEMBRANAS
QUESTÕES PARA ORIENTAÇÃO DO ESTUDO:
Discuta a importância da evolução dos compartimentos celulares presentes nas células eucarióticas.
Caracterize as diferentes formas de endereçamento de proteínas entre os compartimentos celulares.
Núcleo
Descreva a estrutura do envelope nuclear considerando a presença da lâmina nuclear e dos complexos de poro.
Analise o papel da proteína Ran na importação e exportação de proteínas nucleares.
Discuta a importância biológica da permanência do peptídeo sinal nas proteínas nucleares após a importação.
Retículo endoplasmático
Caracterize o Retículo Endoplasmático (RE) considerando sua estrutura e funções.
Descreva o mecanismo de transporte de proteínas solúveis e de membrana para o RE.
Descreva o processo de glicosilação e enovelamento de proteínas no RE.
Analise o papel do RE na montagem das bicamadas lipídicas.
Analise a distribuição de lipídeos e proteínas a partir do RE.
Aparelho de golgi e tráfego intracelular de vesículas
Caracterize o Aparelho de Golgi (AG) considerando sua estrutura e funções.
Localize o AG no contexto da via secretora de proteínas.
Descreva o processo de glicosilação de proteínas no AG.
Analise a participação das proteínas de cobertura nos processos de brotamento de vesículas.
Descreva o processo de direcionamento e fusão de vesículas com a membrana-alvo.
Transporte vesicular e fusão,
PASSOS CHAVES DO TRANSPORTE :
Seleção da carga
Brotamento vesicular
Endereçamento e fusão vesicular
Seleção da carga
Receptores de carga na membrana plasmática reconhecem o material a ser transportado
Proteinas adaptadoras se ligam aos receptores, elas ajudam na seleção do material e funcionam como interface para a formação do revestimento.
É uma etapa altamente regulada para que apenas os materiais específicos sejam selecionados.
Proteínas empacotadoras se ligam às proteínas adaptadoras, esculpindo a membrana para facilitar o empacotamento.
Proteínas empacotadoras específicas trabalharão em empacotamentos específicos
Clatrina + Adaptina 1 = Golgi Lisossomos
Clatrina + Adaptina 2 = Membrana Plasmática Endossomos
COPI = Cis Golgi RE / Late Golgi Early Golgi
COPII = RE Cis Golgi
Brotamento vesicular
Agora o brotamento já está mais avançado 
A parte que resta da vesícula ligada à membrana plasmática é estrangulada por uma proteína chamada Dinamina, que é uma GTPase, que hidrolisa GTP para GDP.
Agora a vesícula está suspensa no citoplasma, e perde as proteínas adaptadoras e empacotadoras, que serão recicladas .
Endereçamento e fusão de vesícula
Agora a vesícula apresenta proteínas Rab GTPase, V-snare 
A Rab GTPase facilita o transporte para a membrana alvo
Ajuda no ancoramento vesicular
Dá mais especificidade ao transporte de vesículas
Participa na fusão das vesículas
Na membrana alvo há proteínas de aprisionamento e T- snares.
A RabGTPase liga-se à proteína de aprisionamento da membrana alvo, elas precisam se “encaixar” para que o procedimento dê continuidade.
Quando elas se acoplam, entramos na fase de ancoramento, quando não se acoplam, a vesícula se dissocia e continua a procura pela proteína de aprisionamento correta.
RabGTPase continua conectada à proteína de aprisionamento e agora a V-snare e a T-snare se ligam, o que facilita a fusão
Assim, as membranas se fundem e o material é liberado.
Caracterize as vias secretoras constitutiva e regulada.
Lisossomos e endocitose
Caracterize os lisossomos considerando suaestrutura e função.
Descreva o processo de direcionamento das hidrolases ácidas para os lisossomos e sua relação com doenças de armazenamento.
Relacione as vias secretora e endocítica na formação dos lisossomos.
Analise o destino das moléculas específicas captadas pela célula.
Relacione fagocitose e autofagia com lisossomos.
- CASO CLÍNICO:
A doença de inclusão celular (do inglês, inclusion-cell disease), causada por mutação num gene estrutural que codifica a enzima GlcNAc fosfotransferase, consiste numa doença grave, na qual todas as enzimas hidrolílicas estão ausentes dos lisossomos de fibroblastos. Ela é classificada como uma das doenças de depósito ou estocagem lisossômica, que consiste no acúmulo em lisossomos de susbstrato não digerido. Indivíduos com essa doença apresentam grandes inclusões em suas células que consistem em lisossomas contendo material não digerido. Neles, todas as hidrolases, ausentes nos lisossomos, são encontradas no sangue circulante. 
Explique como alterações no trajeto das hidrolases lisossomais (do seu local de síntese até a chegada aos lisossomos) podem levar à patologia descrita acima.