Aula 1_FV1_ Introdução à fisiologia

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UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA
FACULDADE DE AGRONOMIA E MEDICINA VETERINÁRIA
FISIOLOGIA VETERINÁRIA 1
INTRODUÇÃO À FISIOLOGIA
TRANSPORTE ATRAVÉS DE MEMBRANAS CELULARES
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1 DEFINIÇÕES
O objetivo da Fisiologia é explicar fatores físicos e químicos responsáveis pela origem, desenvolvimento e progressão da vida. Se utilizam para analisá-los principalmente métodos biofísicos e bioquímicos.
Algumas denominações...
Fisiologia Animal: Estudo de características e mecanismos específicos do corpo de cada animal que fazem deles seres vivos. O estudo é focado nos órgãos dos sentidos, nos sistemas nervosos central e periférico e nos músculos, além do estudo do movimento e do comportamento. 
Fisiologia Vegetativa: Estudo do coração e da circulação, do sangue e da respiração, da digestão e absorção, do metabolismo e das trocas energéticas, da regulação da temperatura e da excreção.
Fisiologia dos animais domésticos: analisa os fenômenos vitais das espécies domesticadas pelo homem.
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...com o conhecimento atual das bases moleculares da regulação biológica, podemos definir que:
A Fisiologia estuda a regulação das alterações que ocorrem nos organismos dos animais superiores.
Toda alteração fisiológica é mediada por proteínas.
A função protéica, em última análise, pode ser subdividida em: catálise, acoplamento, transporte, estrutura e sinalização.
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A CÉLULA ANIMAL
TRANSPORTE ATRAVÉS DE MEMBRANAS CELULARES
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2 INTRODUÇÃO À FISIOLOGIA
UNIDADES FUNCIONAIS:
2.1 As células como unidades vivas do corpo
Células: unidades básicas do corpo, adaptadas para exercer uma função determinada.
Órgãos: agregado de diferentes células, mantidas juntas por estruturas intercelulares de sustentação.
Características básicas das células: em todas as células há reação do oxigênio com compostos energéticos, necessária para o seu funcionamento; todas elas também liberam seus produtos finais para os líquidos que as banham. Quase todas as células são capazes de se reproduzir*. 
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2 INTRODUÇÃO À FISIOLOGIA
2.2 Os ambientes externo e interno das células
A maior parte do corpo de um animal é composta por água, distribuída entre líquidos intra e extracelular (LEC); no LEC estão contidos íons e os nutrientes necessários para os processos vitais celulares.
Líquido extracelular: grandes quantidades de Na+, Cl- e HCO3-, além de glicose, ácidos graxos e aminoácidos.
Líquido intracelular: grandes quantidades de K+, Mg++ e HPO4--.
Essas diferenças são mantidas por mecanismos especiais para o transporte desses íons através da membrana celular.
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A. Eletrólitos
B. Não-eletrólitos, no líquido extracelular
Célula
Fluído intersticial
Plasma
Célula
Fluído intersticial
Plasma
Ácido lático
Uréia
Ácido úrico
Creatinina
Bilirrubina
Sais biliares
Gordura neutra
Colesterol
Fosfolipídios
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2 INTRODUÇÃO À FISIOLOGIA
2.3 MANUTENÇÃO DA HOMEOSTASIA
Homeostasia: manutenção das condições estáticas - ou constantes - do meio interno.
Sistema de transporte do líquido extracelular - sistema circulatório: ocorre troca contínua de líquido extracelular* entre o sangue e o líquido intersticial.
* os componentes do LEC provém da atividade respiratória, do tubo gastrintestinal, do fígado e de outros órgãos ou tecidos com funções metabólicas: adipócitos, mucosa gastrintestinal, rins, glândulas endócrinas, sistema músculo-esquelético.
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2 INTRODUÇÃO À FISIOLOGIA
2.3 MANUTENÇÃO DA HOMEOSTASIA
Remoção dos produtos finais do metabolismo: remoção de dióxido de carbono pelos pulmões, trabalho renal, excreção fecal.
Regulação das funções corporais: sistema nervoso (parte sensorial e parte motora) e sistema hormonal (com glândulas endócrinas cujos produtos geralmente regulam funções metabólicas).
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3 O TRANSPORTE ATRAVÉS DA MEMBRANA CELULAR
	Caracterização da membrana celular
Sob microscopia eletrônica, se distinguem na membrana citoplasmática duas camadas eletrodensas encerrando uma camada bem menos densa. Essas membranas são ricas em lipídios e têm a proteína como outro constituinte principal, daí serem chamadas membranas lipoproteicas*.
*geralmente a relação, em base de peso, é de 4:1 (ptn : lip), havendo exceções.
Bicamada lipídica: não é miscível com os líquidos intra e intercelular, porém algumas substâncias podem atravessá-la.
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Membrana plasmática. Bicamada lipídica, com espessura de 40 ângstrons, atuando como líquido bidimensional, no qual as estruturas protéicas estão mergulhadas, atuando como bombas ou canais
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Lipídios (gorduras)
Porção hidrofílica
Porção hidrofóbica
Grupo de cabeça polar
Cauda (apolar) de hidrocarboneto
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Membranas biológicas
Hidrofóbicos dentro
Hidrofílicos fora
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Proteínas da membrana
canal
carreador
receptor
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3 O TRANSPORTE ATRAVÉS DA MEMBRANA CELULAR
	Vias de transporte: difusão e transporte ativo
 
3.1 Difusão (ou “transporte passivo”):
	
	Ocorre pela movimentação constante das moléculas e íons nos líquidos e gases corporais (exceto no zero absoluto).
Considere que:
	Quando uma molécula A em movimento se aproxima de uma molécula estacionária B, forças eletrostáticas e internucleares da primeira repelem a segunda molécula, transferindo para esta parte de sua energia de movimento.
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3.1.1 Difusão simples x difusão facilitada:
 
Difusão simples: movimentação cinética molecular através de orifício na membrana celular ou por seus espaços intermoleculares, sem necessidade de fixação à proteínas carreadoras da membrana.
Difusão facilitada: exige a interação da molécula ou íon com proteína carreadora, provavelmente por fixação, para passar pela membrana.
3.1.2 Difusão de substâncias lipossolúveis:
Influi a lipossolubilidade das substâncias, permitindo que elas se dissolvam pela bicamada lipídica (p.ex. oxigênio, nitrogênio, CO2 e alcoóis têm altas lipossolubilidades).
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3 O TRANSPORTE ATRAVÉS DA MEMBRANA CELULAR
3.1.3 Difusão de substâncias hidrossolúveis
Transporte da água e outras moléculas não-solúveis em lipídios:
Água: passa com facilidade*, uma parte entre a bicamada lipídica e outra pelos canais protéicos.
Existem, também, canais específicos para água chamados Aquaporinas, que variam em número dependendo do tecido. 
* provavelmente por seu pequeno tamanho e grande energia cinética: por ex., em 1 seg., a água que atravessa a membrana de um eritrócito é de cerca de 100 vezes o volume da própria célula.
Outras moléculas: sua penetração diminui rapidamente conforme aumenta o tamanho molecular.
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3 O TRANSPORTE ATRAVÉS DA MEMBRANA CELULAR
3.1.4 Incapacidade de difusão de íons através da membrana:
Apesar do pequeno tamanho dos íons, a impermeabilidade da camada lipídica está relacionada com a carga elétrica:
A carga elétrica dos íons atrai várias moléculas de água, formando íons hidratados, de dimensões bem maiores,
A carga dos íons interage com as cargas da bicamada lipídica (é polar, com as cargas negativas voltadas para a superfície da membrana).
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A. Moléculas de água como gelo, formando tetraedros.
B. Água sob forma líquida, com suas moléculas formando grumos.
C. Molécula hidratada de sódio, com tamanho aumentado, reduzindo sua capacidade de passar pelo poros da membrana celular. 
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3 O TRANSPORTE ATRAVÉS DA MEMBRANA CELULAR
3.1.5 Difusão simples por canais protéicos
Canais nas proteínas: formam vias aquosas pelo interstício da molécula que atravessa de um lado ao outro da membrana.Possuem duas características:
a) Muitas vezes têm permeabilidade seletiva*
b) Muitos desses canais se abrem e fecham via comportas
*A permeabilidade seletiva é devida ao diâmetro do canal, forma e cargas elétricas ao longo de sua superfície interna.
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3.1.5 Difusão simples por canais protéicos
Ex.1: canais de Na+ têm pequeno diâmetro e interior com forte carga negativa, “puxando” os íons sódio (positivos, e de tamanho diminuto
quando desidratados).
Ex.2: canais seletivos para K+ não têm carga negativa mas são de diâmetro muito pequeno, permitindo a passagem da forma hidratada do potássio, bastante pequena.
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3 O TRANSPORTE ATRAVÉS DA MEMBRANA CELULAR
3.1.6 Comportas dos canais protéicos
Canais voltagem-dependentes: a conformação molecular da comporta depende do potencial elétrico entre as faces da membrana. P. ex., quando há forte carga negativa na superfície interna, as comportas para Na+ ficam fechadas. Quando o potencial elétrico da membrana for invertido, permitirá a abertura da comporta.
*Ou seja, o evento está relacionado com o processo de alteração de potencial da célula nervosa. 
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3.1.6 Comportas dos canais protéicos
Canais ligando-dependentes: a abertura do canal depende da fixação de outra molécula (o “ligando”) à proteína, causando alteração conformacional desta (ex.: canal de acetilcolina).
	Obs. geral: Os canais voltagem-dependentes possuem fluxo de corrente do tipo tudo-ou-nada.
O que isso quer dizer?
...que a comporta pode ficar aberta quase todo o tempo quando ocorrem potenciais máximos, ou ficar fechada quando os potenciais estão abaixo do necessário para a resposta; pode abrir intermitentemente quando há variações nesse potencial (desde que atinja um fluxo médio de corrente). A comporta abre ou fecha rapidamente, em milionésimos de seg. 
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Aberta
Inativada
MEMBRANA DESPOLARIZADA
MEMBRANA POLARIZADA
Fechada
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3 O TRANSPORTE ATRAVÉS DA MEMBRANA CELULAR
3.1.7 Difusão facilitada
Também chamada de difusão mediada por carreador; a molécula a ser transportada penetra em uma proteína de canal, fixando-se a ela. Ocorre uma transformação na conformação da proteína, de modo que seu canal se abre do lado oposto da membrana.
A velocidade de transporte então nunca será maior do que o tempo necessário para se procederem alterações na molécula protéica.
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3 O TRANSPORTE ATRAVÉS DA MEMBRANA CELULAR
3.1.8 Fatores que influenciam a velocidade efetiva de difusão
 Permeabilidade da membrana: têm influência as seguintes variáveis:
Espessura da membrana
Lipossolubilidade da substância a se difundir
Número de canais protéicos pelos quais pode passar a substância
Temperatura
Peso molecular da substância
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3 O TRANSPORTE ATRAVÉS DA MEMBRANA CELULAR
3.1.8 Fatores que influenciam a velocidade efetiva de difusão
Diferença de concentração: a velocidade de difusão para dentro da célula depende da concentração externa da substância (indica quantas moléculas se chocam com a abertura dos canais a cada segundo). 
Potencial elétrico: quando há potencial elétrico entre as membranas, os íons irão atravessá-la, independente de suas concentrações interna e externa.
Diferença de pressão: pressão exercida pelas moléculas sobre uma área da membrana em determinado instante. Ex.: na membrana do capilar a pressão interna é cerca de 20 mmHg maior do que no exterior, facilitando a saída de substâncias.
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A. Osmose: movimento efetivo da água através de membrana, causado por diferença das suas concentrações.
B. Pressão osmótica é a quantidade de pressão necessária para interromper a osmose. A pressão osmótica é determinada pelo número de partículas por volume líquido (não pela massa). Quanto mais partículas em movimento, maior será a pressão; partículas maiores ou menores acabam se equiparando, pois têm diferentes velocidades.
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Equilíbrio de Gibbs-Donnan. A presença de proteína, com carga negativa, no interior da célula, demasiadamente grande para passar pelos poros da membrana, afeta os íons difusíveis (principalmente K+ e Cl-,).
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3 O TRANSPORTE ATRAVÉS DA MEMBRANA CELULAR
3.2 Transporte ativo
Nenhuma substância pode difundir-se contra um “gradiente eletroquímico” (soma das forças geradas por diferença de concentração, potencial elétrico e pressão).
Porém, por vezes é necessária a concentração elevada de uma substância no líquido intracelular, mesmo com baixas concentrações da mesma no líquido extracelular; o inverso pode ocorrer (exemplo são os íons sódio e potássio).
Principais substâncias transportadas ativamente: sódio, potássio, cálcio, ferro, hidrogênio, cloreto, iodeto, urato, vários açucares e a maioria dos aminoácidos.
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3 O TRANSPORTE ATRAVÉS DA MEMBRANA CELULAR
3.2.1 Transporte ativo primário e secundário
No transporte ativo primário a energia é fornecida diretamente pela degradação do ATP.
No transporte ativo secundário a energia é derivada, secundariamente, de gradientes iônicos criados a partir do transporte primário.
	Obs : nos dois casos são necessárias proteínas carreadoras, porém no transporte ativo essa proteína transfere energia para que a substância possa se mobilizar contra se gradiente eletroquímico.
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3 O TRANSPORTE ATRAVÉS DA MEMBRANA CELULAR
	A “bomba” de sódio-potássio:
São bombeados íons Na+ para fora e ao mesmo tempo, bombeia íons K+ para dentro.
A proteína carreadora possui três sítios receptores para fixação de Na+ em saliência da molécula, no interior da célula e dois sítios receptores para o K+ em sua porção externa.
A região interna da proteína (próxima dos locais de fixação do sódio) apresenta atividade ATPásica.
Para a ligação dos íons Na+ na molécula são necessários íons Mg++, que formam complexo com ATP e provocam a fosforilação da proteína. Ocorre então uma sequência de alterações conformacionais na proteína, permitindo a ligação dos íons e a liberação do fosfato inorgânico no interior da célula; após a liberação do Mg++, a enzima volta a seu estado original.
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3 O TRANSPORTE ATRAVÉS DA MEMBRANA CELULAR
E1 + Mg++-ATP + 3 Na+ (internos) E1-P-Mg++ (3 Na+) + ADP
E1-P-Mg++(3 Na+internos) E2-P-Mg++ + 3 Na+ (externos)
E2-P-Mg++ + 2 K+ (externos) E2-P-Mg++ (2 K+)
E2-P-Mg++(2 K+) E2-Mg++(2 K+ internos) + P
E2- Mg++(2 K+ internos) E1 + 2 K+ + Mg++
A “bomba” de cálcio:
Esse íon é mantido em concentrações muito baixas no líquido intracelular. Para isso existem duas bombas de Ca++, uma na membrana celular e outra para bombeamento do Ca++ para organelas vesiculares.
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3 O TRANSPORTE ATRAVÉS DA MEMBRANA CELULAR
	Transporte ativo secundário : co-transporte e contra-transporte
Quando ocorre o transporte de Na+, seu gradiente de concentração muito elevado (alta concentração no exterior da célula) representa reservatório de energia, que pode “puxar” outras substâncias para dentro da célula (co-transporte). Esse processo é importante no transporte da glicose e aminoácidos.
Quando a substância está contida no interior da célula e aproveita a energia do gradiente de concentração do sódio para sair, isso é chamado contra-transporte. Com exemplos importantes há os contra-transportes de Ca++ (em quase todas as membranas celulares) e de H+(ocorre nos túbulos proximais do rim).
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DIFUSÃO
Difusão simples
Difusão mediada por canais
Fluxo líquido
Gradiente de concentração crescente
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DIFUSÃO MEDIADA POR CARREADOR (FACILITADA)
Uniporte
Simporte
Antiporte
flip
flop
Fluxo líquido
Carreador saturado
Gradiente de concentração crescente
Pode ficar saturado
Ambas substâncias devem estar presentes para o transportador funcionar
Pode ficar saturado
Ambas substâncias devem estar presentes para o transportador funcionar
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TRANSPORTE ATIVO
Pode ficar saturado ou não dispor de energia
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Sobre a informação fisiológica...
É obtida pela relação entre receptor/ “ligando”; não é determinada especificamente pelo neurotransmissor ou hormônio (os ‘ligandos’), pois...
Um mesmo “ligando” pode provocar respostas diferentes, dependendo da sua interação com o receptor( há diferentes receptores que permitem o acoplamento de um mesmo “ligando”)
A acetilcolina, por exemplo, possui receptores nicotínicos e muscarínicos: os primeiros são canais iônicos, os segundos enviam informações diferentes
para a célula, através de segundos-mensageiros.
Para obter respostas distintas, além da abertura simples de um canal, outros tipos de proteínas estão envolvidos em uma cadeia bioquímica, e a interação ocorre quando essas proteínas na membrana se chocam (pois estão mergulhadas na bicamada lipídica e têm movimento nesse meio). 
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Proteína G, regulatória para produção de segundo-mensageiros