Biologia Celular e Molecular- Aula Canais iônicos e Endomembrana

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Biologia Celular e Molecular
Continuação: Meios de transporte- Canais iônicos
Balsas lipídicas: São regiões de uma membrana que têm diversos tipos celulares, onde há presença de lipídios de caudas longas insaturadas predominantemente, colesterol também se acomoda a balsa. Como a membrana fica mais espessa, ela acomoda melhor proteína, então tem uma quantidade de proteína nessa região maior que em outras regiões da membrana que não tem esse espaçamento, e nessas regiões com mais proteínas favorece o reconhecimento de outras células, inclusive protozoários, e a internalização deles. Então há uma relação da presença dessas balsas lipídicas com maior número de proteína e uma defesa, se tem células de defesa, por exemplo, que tem essas balsas lipídicas exatamente por aí que acontece a maior parte do reconhecimento e internalização de outras células (protozoários, bactérias). 
Todas as células tem membrana, em todas as células a composição básica da membrana é lipoproteíco, mas existe uma diferença nos tipos de lipídeos em diferentes células e mesmo em apenas uma célula, entre compartimentos, e essa diferença está muito relacionada a sinalização celular.
Meios de transporte:
Existe uma diferença na composição de soluto dentro e fora da célula, principalmente íons, mas outros solutos vão estar ligados também. Por exemplo, nas nossas células, a concentração de Na+ é muito maior no meio extracelular do que no intracelular e a quantidade de K+ é maior no intracelular que no extracelular, Ca+ tem mais fora da célula do que dentro, Cl- tem mais no meio extracelular do que no intracelular, então há diferença do soluto entre os lados diferentes de uma membrana. Entretanto, deve existir um equilíbrio dentro e fora da célula. Do lado de dentro da célula tem cargas de ânions fixos, de moléculas carregadas negativamente que não devem sair da célula, pra compensar tem uma quantidade grande de K+ dentro da célula que tem carga positiva, já do lado de fora, tem o Na+ que tem carga positiva, mas tem mais Cl- fora do que dentro que tem carga negativa, então há um equilíbrio na concentração de solutos e também nas cargas positivas e negativas, então quer dizer com isso que os mesmo íons, as mesmas moléculas estejam presentes na mesma concentração tanto dentro como fora. Se há um desbalanço, a célula pode perder ou absorver água do meio que ela se encontra, então se coloca a célula em um meio hipotônico, um meio em que o soluto é mais baixo, vai haver um deslocamento da água em direção ao meio mais concentrado, em uma tentativa de equilibrar os lados da membrana. E se coloca a célula em um ambiente de baixa concentração de soluto, ou seja, tem mais soluto dentro do que fora da célula, a água vai fazer um deslocamento para dentro da célula (vai entrar na célula).
Canais Iônicos: Permitem a passagem de íons sempre a favor do gradiente de concentração. Aquaporina é um canal específico pra água, e a água passa em uma velocidade muito maior.
Geralmente o canal iônico fica fechado e quando recebe o estímulo abre o canal. O estímulo pode ser elétrico, potencial da membrana, um pouco mais negativo do lado de dentro, químico (ligante) ou mecânico (contato de uma célula com outra).
No neurotransmissor, um estímulo é dado e vai propagar ao longo do axônio até chegar no terminal nervoso da célula onde tem o canal de cálcio que se abre por causa da alteração, quando este canal se abre o Ca entra na célula (concentrado mais fora do que dentro), a sua entrada dispara a fusão da vesícula com a membrana o que faz com que o neurotransmissor seja lançado para fora na fenda, este vai se ligar a proteína da célula pós sináptica que vai se abrir devido ao ligante (estímulo químico) e o íon entra na célula.
Abertura controlada por estresse: Células do ouvido, os o esterocílios, se movimentam e um encosta no outro, quando o tímpano vibra, um se encontra no outro induzindo a abertura dos canais de íons para que tenhamos a percepção do som.
Existe uma seletividade dos canais iônicos: Dependente do tamanho e carga. Nos canais cátions, são recobertos canais polo hidrofílicos com aminoácidos carregados negativamente que permitem a entrada de cátions. (Canal passivo, então no caso, o K não passaria por este, pois ele está mais concentrado na parte interna). O canal de Na permite que a água também passe por ser largo.
O canal iônico pode jogar pra fora dependendo do gradiente de concentração. 
Existem muitos canais vazantes de K e poucos para o Na. O canal fica aberto, não precisa de estímulo para isto, ele deixa passar o K que irá se deslocar saindo da célula e deixa um rastro de carga negativa na célula, ele não sai completamente por que dentro a carga negativa o atrai. Chega um momento que é o ponto de equilíbrio do K que ele deixa de sair, por que ele é atraído pela carga negativa devida a saída dele, esses canais são responsáveis pela eletronegatividade do lado interno.
Impulso nervoso: Consequência na alteração do potencial de membrana (-70), consequência da abertura de canal de íons vai despolarizar a membrana. A partir do estímulo que a célula recebe, ocorre a abertura dos canais de Na, que se desloca pra dentro, o potencial começa a alterar para 40, então os canais de Na não permitem mais a passagem deste para dentro da célula, ficam desativados. Também se abre os canais de K que tem resposta mais lenta que o Na, o K sai da célula por que é carregado positivamente (repolarização) e vai restaurando o interior que vai ficando mais negativo e se fecha os canais de Na e K. 
Aula- Endomembrana
As mitocôndrias produzem suas próprias proteínas, exceto estas, os outros compartimentos precisam que a proteína chegue até eles. 
Como surgiram os diversos compartimentos nas eucarióticas? Provavelmente a procariótica originou a eucariótica (mais complexa), nas bactérias, as endomembranas são ausentes e só vai ter a membrana plasmática que é local de síntese de atp... Nas células eucarióticas existem esses compartimentos e há duas hipóteses para a presença destes compartimentos internos na célula: a invaginação da membrana é uma das hipóteses que por alguma razão estas MP começaram a fazer dobra para dentro e a partir desta invaginação originou-se a formação de vesículas intracelulares (compartimento intramembranosos intracelulares).
O que deve ter levado a célula a dobrar sua membrana para dentro? Houve um aumento de superfície de membrana muito grande quando a célula invaginou a MP e formou os compartimentos. Mas por que uma célula faria isso? Provavelmente, houve em algum momento, células que aumentavam em volume, quando a célula vai ser dividida em duas células filhas, elas sempre aumentam o volume, aumenta a quantidade de proteína, de enzima, de membrana para que as células-filhas possam sobreviver de uma a uma, em autonomia em relação à outra. É possível que algumas células eucarioticas tenham aumentado de volume e não ter se divido, ficando aquela célula grande. O aumento de volume deve ter sido desproporcional ao aumento de superfície de membrana. Provavelmente, a superfície não acompanhou o aumento que o volume deu. A célula maior tem mais demandas, precisa de mais proteínas, de uma superfície grande. A MP passa a ter carência de ATP por já não suportar as limitações do seu espaço. Muitas células provavelmente morreram até se adaptarem a nova forma e se especializarem.
É possível que a célula procariótica tenha aumentado o volume e dobrado a membrana e a partir dessa invaginação, a formação do núcleo. Vários compartimentos fizeram parte dessa origem como o complexo de Golgi, núcleo. Eles têm uma característica que reforça essa hipótese que é uma semelhança, equivalência morfológica entre o conteúdo do seu lúmen e o compartimento extracelular, então existe uma equivalência em termos de conteúdo entre o meio extracelular e o golgi, RE. Faz sentido por que quando a membrana se dobra pra dentro e forma a vesícula, o conteúdo da vesícula que entra era o conteúdo do lado de fora. Tem uma organela que parece ter outra origem, as mitocôndrias,o conteúdo interno dela não parece com o meio extracelular nem o intracelular, e a mitocôndria tem uma evidência que reforça a hipótese da endossibiose, devido ao DNA na forma de um único cromossomo circular, elas têm na parte interna, matriz, ribossomos com estrutura semelhante a bactérias e diferentes da célula eucariótica. No processo evolutivo, provavelmente células já tinham aumentado de volume, outras se diferenciaram... o ambiente deve ter iniciado sem oxigênio, a primeira célula deve ter surgido no ambiente anaeróbio, em milhares de anos, cada vez que a célula se dividia, o acúmulo de mutação começava a gerar vários diferentes, começavam a gerar CO2 e produzir O2, a medida que se adaptavam, aumentavam em número. Essas anaeróbicas então tinham que se adaptar a realidade com O2 ou escapar do O2 para poder viver, as que se adaptaram, interna como as células que englobaram celulazinhas pequenas aeróbicas adaptadas e outras células devem ter morrido. O processo de internalização, fagocitose, tende ou a morrer ou acabam matando as células fagocitadas, as vezes o hospedeiro morre quando não consegue eliminar o hospedeiro, mas aconteceu uma relação endossibiótica, onde as células pequenas ficaram dentro da maior e não foram destruídas, aproveitavam os nutrientes da maior oferecia, se duplicavam e se protegiam dos predadores. As pequenas anaeróbicas consumiam o O2 que teria ação tóxica para a célula que era anaeróbica, portanto era uma relação harmoniosa. As céluas que tinham entrado e eram autônomas, produzia todas proteínas e mantinha seu genoma completo, assim como a grande produzia todas proteínas, mas as celulazinhas foram perdendo seu Dna, o DNS foi sendo fragmentado e esse Dna foi sendo incorporado ao genoma do seu hospedeiro, portanto ela deixou de ser autônoma. De maneira que, se observar a mitocôndrias percebe-se que ela só tem 5% do seu material genético necessário para produzir as proteínas que elas necessitam para funcionar, elas só produzem 13 proteínas e o restante é dependente do genoma do núcleo da célula, a partir do momento que ela perdeu parte do seu Dna, ela deixou de ser autônoma para ser parte do outro, um compartimento. Ainda há síntese proteica na matriz mitocondrial, os ribossomos não são iguais aos outros ribossomos e são parecidos com os ribossomos bacterianos, então isso reforça a ideia da endossibiose. 
Como as proteínas produzidas no citosol vão especificamente para os compartimentos? Já que cada compartimento tem uma necessidade específica. As proteínas são produzidas no citosol.
As proteínas que são sintetizadas em ribossomos livres no citosol, elas se deslocam para as mitocôndrias, os perixossomos por um transporte chamado de transmembrana, que é também o transporte de proteínas do RE, mas no caso do retículo, os ribossomos estavam livres no citosol e inicia-se a síntese proteica, eles se aderem a membrana do RE, não entra no retículo, não tem ribossomo dentro, durante a síntese proteica, logo no início da síntese, os ribossomos ficam aderidos a membrana e continuam aderido a membrana durante a síntese, quando termina, o ribossomo se dissocia e fica livre novamente no citosol. Do retículo para o golgi ou do golgi seguindo para os compartimentos lissosomais, seguindo para fora da célula (proteína que faz parte da membrana plasmática ou que são secretados em vesícula), esse tipo de transporte é chamado de vesicular, a proteína entra no retículo pelo transporte transmembrana e sai do retículo pelo transporte vesicular. Todas as proteínas das mitocôndrias, núcleo, perixossomos, as proteínas que permanecem no citosol após ser sintetizadas, são sintetizadas em ribossomos livres, aquelas proteínas que vão fazer parte da estrutura do retículo em qualquer dos compartimentos são sintetizadas em ribossomos que se aderem a membrana do retículo, sempre vai começar no citosol e logo depois de iniciada, os ribossomos vão para os locais vão se acoplar na face citosólica para se acoplar a membrana do RE. Como é que a proteína segue do local onde é sintetizada para o destino específico da célula? Todas proteínas tem em sua estrutura um pedaço que é comum que é uma sequencia de aminoácidos carregados positivamente na extremidade amina da proteína, então todas proteínas nucleadas compartilham essa sequência que ficam juntos ou quebrados (bipartidos) na extremidade amina da proteína que orientam que elas devem ir para o núcleo e não para outro compartimento, o mesmo ocorre com as proteínas mitocondriais que tem sequências de aminoácidos comuns...
Como é que se descobriu que todas proteínas do núcleo tem uma sequência em comum? Para que as proteínas sejam sintetizadas, a informação para a síntese fica no núcleo no Dna (genoma), o cientista conhecia algumas proteínas, mas não se sabia como estas iam para fora. Pega o gene, que é um fragmento do DNa que tem informação para síntese dessa proteína e começa a cortar fazendo ... genética, ele corta um pedacinho desse gene e faz a síntese da proteína in vitro, ele produz a proteína a partir do gene que ele alterou e observa a proteína se o destino é o núcleo, se ela não vai, não é essa sequência, corta novamente, até ele descobrir que cortando a sequência de aminoácidos vai para o núcleo e se removidos altera o destino das proteínas.
Transporte entre o núcleo e o citosol (ambos sentidos): 
*Uma célula animal só tem dois compartimentos com o núcleo e a membrana: núcleo e mitocôndria, os outros núcleos tem apenas uma mmbrana só, membrana simples, com a mesma constituição lipoproteíca e uma camada lipídica, a membrana interna do núcleo é sustentada internamente por uma rede de proteínas fibrosas, lâmina nuclear (elas são suporte estrutural da carioteca). 
A membrana externa do núcleo é contínua com a membrana do retículo. Função do núcleo: aloja toda informação genética da célula, replicação do Dna, síntese e processamento do RNA. Centro de controle da célula? Não se repete mais isso. Temos mais de 200 células diferentes e todas elas tem o mesmo genoma, os genes são ativados de formas diferentes.
Poros nucleares: O complexo de poros é constituído por mais de 30 proteínas que formam os anéis nucleares e citoplasmáticos que são unidos por colunas proteicas, possuem prolongamentos, fibrilas, que surgem dos anéis e vão para o citosol do núcleo e elas auxiliam na ligação dos receptores que reconhecem as proteínas nucleares, essas proteínas tem repetições... e eles são reconhecidos pelo detector carregando as proteínas e eles vão se ligando e levando as proteínas excretada pelo núcleo; passagem de moléculas pequenas livremente e as macromoléculas passam por transporte ativo. A proteína é dobrada e tem o peptídeo sinal indicando o que a proteína deve operar, no citosol tem receptores que reconhecem o peptídeo sinal, se ligam a proteína e encaminham essa proteína, libera a proteína no núcleo e o receptor então recicla voltando para o citosol para reconhecer outras proteínas. Esse processo de importação de proteína depende de uma pequena proteína ligadora de GDP que é a RAN que é da mesma família de ligadoras de GDP, essa proteína auxilia na importação de proteínas do núcleo. No citosol o receptor reconhece a proteína, esta se liga e junto com o receptor passa pelo complexo poro e entra no núcleo, no núcleo, a pequena proteína RAN se liga ao receptor e faz com que ele libere a proteína nuclear, então essa proteína fica no núcleo e o receptor ligado ao GTP sai e quando chega no citosol o GTP é convertido em GDP pelo Ran-GAP e se dissocia do receptor, o receptor vai reconhecer outra proteína e vai entrar nova e o GDP também entra e no núcleo é convertido pela Ran-GEF para GTP. Há a permanência no peptídeo sinal da proteína depois que ela entra no núcleo. A proteína é transportada pelo núcleo já na conformação dela funcional (dobrada) e o peptídeo sinal tem papel importante no direcionamento da proteína que estava no citosol do núcleo e depois que ela entra no núcleo, esse peptídeo permanece ligada a proteína, isso não é comum, quando a proteína émitocondrial ou do retículo perde o peptídeo quando chega no núcleo, isto acontece na proteína nuclear por que quando a célula entra em mitose, ocorre fragmentação do envelope nuclear e há a mistura de várias proteínas. Quando as proteínas são fosforiladas perdem o arranjo e tudo que estava dentro do núcleo se mistura com o citosol, no final da mitose ocorre reconstituição do envelope nuclear, quando isto ocorre, as proteínas estão espalhadas e os peptídeos sinais ajudam a reconhecer as proteínas nucleares. O segundo tipo de transporte é o do citosol para o RE.
O RE é contínuo a membrana externa do núcleo, pode ter ribossomos aderidos ou não, estes não são pertencentes ao RE, eles são livres no citosol e só aderem a membrana durante a síntese proteica. Biossíntese de proteínas e lipídeos, acontece o estado inciial de glicosilação de proteínas, adição de âncoras de GPl e dobramento e montagem de proteínas com múltiplas subunidades. Independente das proteínas serem sintetizadas nos ribossomos livres ou presas as membranas todas elas são sintetizadas em ribossomos que se aderem a membranas do retículo, o inicio sempre acontece no citosol. Do núcleo sai do complexo de poro para o citosol, ele reconhece o DNa e se liga e faz a informação e vai lendo. A síntese da proteína pode ocorrer em que os primeiros aminoácidos representarem os peptídeos sinais, não terminando a síntese da proteína, então a proteína citosólica (receptor) reconhece o peptídeo, a síntese proteica já iniciada para, e a parte sintetizada vai ser levada a membrana do RE e se acopla, e lá continua a síntese, e a medida que a proteína é sintetizada vai caindo no RE, chama-se de translocação cotraducional, a proteína vai entrando no mesmo momento que está sendo traduzida. Outro tipo é que ele vai ser reconhecido no citosol e só depois ele vai entrar no RE, chama-se de translocação pós-traducional.