Biologia Celular

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Universidade Federal do Rio de Janeiro- UFRJ
Faculdade de Medicina
Curso:Fonoaudiologia
Disciplina: BMW 014- Morfologia Básica (Biologia Celular)
Questões de Biologia Celular: 
1) De acordo com a figura abaixo, comente sobre a estrutura da membrana plasmática e discuta os mecanismos de transporte de glicose através do epitélio intestinal. Além disso, discuta a estrutura e funcionalidade das junções celulares que podem ser observadas na figura. 
 Estrutura da membrana plasmática - A membrana plasmática representa 50% da massa da membrana dos animais, atuando basicamente no revestimento da célula, definindo limites e apresentando estruturas dinâmicas e fluidas. É importante destacar que a membrana plasmática apresenta características importantes como a sua flexibilidade, ou seja, permite a mudança de forma, que acompanha a divisão e o crescimento celular juntamente com movimentos, além de serem seletivas principalmente a solutos polares e aos íons. Ela é composta em sua maioria de lipídios, colesterol e proteínas integrais e periféricas. As proteínas integrais apresentam a característica de estarem inseridas na bicamada lipídica, já as proteínas periféricas não estão inseridas no interior da membrana mas estão associadas indiretamente com a mesma. 
Desta forma, observa-se que a bicamada fosfolipídica possui cerca de 5 mm e há uma barreira relativamente impermeável à passagem da maioria das moléculas solúveis em água. Por conta disso, o lipídio mais abundante que se encontra na membrana plasmática é o fosfolipídio, ele apresenta um arranjo em bicamada de caráter anfifílico, ou seja, apresenta uma dupla característica compondo uma parte hidrofílica e hidrofóbica. Tem-se que os fosfolipídios são orientados por suas cabeças polares para fora e as caudas apolares para dentro, suas caudas são compostas de ácido graxo e a cabeça de fosfato e um grupo polar, os principais fosfolipídios são os fosfoglicerídeos como a fosfotidilcerina e a fosfotidilcolina.
 
A monocamada externa da membrana plasmática também é composta de moléculas de lipídios com açúcares, os glicolipídeos que são compostos de duas caudas de fosfato mais carboidratos. Se encontram também na membrana plasmática moléculas de colesterol, que são extremamente importante pois conferem a estabilidade a camada lipídica, dificultando assim a mobilidade dos fosfolipídeos e impedindo a translocação. 
Por os glicolipídeos apresentarem uma estrutura semelhante à dos fosfolipídios, ou seja, compõe uma cauda hidrofóbica e uma cabeça polar, eles se inferem bem entre os lipídios. Além disso, é válido ressaltar que a membrana plasmática apresenta funções importantes na célula como transportes de íons e moléculas, pontos de ancoragem conectando duas células a matriz extracelular e as células adjacentes, junções entre células como as tight junctions, além de receptores para sinalização celular como a interação entre hormônios.
Mecanismos de transporte da glicose através do epitélio intestinal - A glicose é o principal substrato metabólico para atividade normal do ser humano ao longo do seu ciclo de vida. O tecido epitelial apresenta células em íntimo contato e interioriza uma lâmina basal, é ligado ao tecido conjuntivo que possui fibroblastos afastados entre si e aderidos na membrana epitelial. Ambos apresentam estruturas ricas em proteína fibrosas e estruturais como o colágeno, fibronectina e elastina. Logo depreende-se que é um emaranhado de proteínas lineares e fibrosas, somando-se a existência de junções oclusivas ou tag junctions, o que mantém as células unidas prevenindo a passagem de moléculas entre essas células. É importante ressaltar que essas células são ditas polarizadas pois sua membrana plasmática está organizada em duas regiões diferentes, superfície apical e basolateral.
As proteínas transportadoras da membrana são especializadas e atuam na transferência eficiente de muitas moléculas como íons, açúcares, aminoácidos e metabólitos. Para que ocorra a absorção da glicose no epitélio, a mobilização das proteínas presentes na membrana celular é essencial. Inicialmente, após a insulina se ligar ao seu receptor presente na célula, este receptor se ativa e promove a recrutação de transportadores de glicose. Estes transportadores por sua vez aumentam esta captação mediada por insulina e promovem a absorção da glicose. 
Além disso, existem dois sistemas de transporte da glicose que dependem de uma proteína facilitadora, Promovendo a sua absorção através da difusão facilitada que irá ocorrer a favor do seu gradiente de concentração, tem-se que esse mecanismo depende das concentrações do meio intra e extracelular. Sobretudo, esse mecanismo de transporte de glicose nos epitélios, acontece na membrana apical desta célula, onde uma proteína encarrega-se do co-transporte de sódio e glicose. Este mecanismo promove a reposição oral de eletrólitos onde a presença de glicose representa a absorção do sódio pelo mecanismo de co-transporte e consequentemente a busca do equilíbrio eletrolítico por meio da bomba de sódio e potássio ATPase. Além deste mecanismo, pode ocorrer também o transporte de glicose através das GLUTS, que são proteínas transportadoras especificamente da glicose.
Estrutura e funcionalidades das junções celulares - as junções celulares são regiões especializadas na membrana plasmática que fazem conexão entre duas células ou entre uma célula e a matriz extracelular. Apresenta as principais funções como a promoção de uma barreira, de adesão e comunicação. E são classificados entre três principais, as junções oclusivas, as junções de ancoragem e as junções comunicantes. As junções oclusivas também conhecidas como bloqueadores não tem células Unidas, prevenindo assim a passagem de moléculas entre as células, além do seu citoesqueleto for ligado a filamentos de actina. É importante ressaltar que suas proteínas adesivas são: Claudina e ocludina, e sua localização fica logo abaixo da superfície basal. Observe na imagem abaixo as junções oclusivas ou também conhecidas como tight junctions.
 Já nas junções de ancoragem também conhecidas como ancoradouras, ocorre a função de unir as células as suas células vizinhas e a matriz extracelular. Podem se diferenciar de acordo com o que o seu citoesqueleto se liga, podendo-se ligar a filamentos de actina ou a filamentos intermediários; ou também podem se diferenciar por ligarem-se célula-célula ou célula-matriz. Nas junções com ligação célula-célula tem-se dois tipos: as junções aderentes e os desmossomos. As junções aderentes são caracterizadas por ter uma localização abaixo da junção de oclusão apresentando uma superfície lateral, Além disso sua proteína adesiva é a caderina e suas proteínas adaptadoras são vinculina e catenina. Também é importante ressaltar que semelhantemente a junção de oclusão, a junção aderente apresenta seu citoesqueleto ligado à actina. Já as junções de desmossomos, são junções que permitem pontos de contato intercelular que fixam as células. Semelhantemente as junções aderentes, eles apresentam superfície lateral e sua proteína aderente é a caderina. Porém difere-se de junções aderentes por apresentar em ligação com sua Mentos intermediários. Observe na imagem as duas junções célula-célula, a junção aderente e os desmossomos.
Já as junções célula-matriz tem dois tipos, as junções: focal e os hemidesmossomos. Na junção focal, observamos que ela se encontra na superfície basal, e é extremamente incidente no tecido conjuntivo. É importante ressaltar que a sua proteína de adesão é a integrina e as suas proteínas de ancoragem são: Calina, vinculina e valina. Semelhantemente, nos hemidesmossomos é encontrada a proteína de adesão integrina e eles se encontram na superfície basal. Vale ressaltar que sua incidência é no epitélio e o seu citoesqueleto liga-se a filamentos intermediários, onde o seu filamento intermediário em célula epitelial é a queratina. Observe na imagem as duas junções célula-matriz, adesão focal e o hemidesmossomo.
Existem também as junçõescomunicantes que medeiam a passagem de sinais químicos ou elétricos entre as células vizinhas, Diferentemente das outras funções, as junções comunicantes portam canais proteicos pareadas entre células e não estão ligados ao citoesqueleto. Elas permitem o contato direto entre o citoplasma e as células vizinhas a partir de 6 proteínas conexinas juntas que formam um canal chamado CONEXON, e elas se apresentam na superfície lateral. Além disso moléculas do citoplasma de uma célula passam através das junções comunicantes para o citoplasma da outra e vice-versa, possibilitando o contato direto entre o citoplasma e as células vizinhas. Observe na imagem o resumo de todas as junções celulares presentes na membrana plasmática.
 
2) Discuta de um modo geral como ocorrem os processos de sinalização do glucagon e da insulina no controle da glicemia (ver figuras abaixo). 
A insulina é um hormônio polipeptídico cujo principal papel fisiológico é controlar a homeostase glicêmica por meio do estímulo à captação de glicose nos tecidos sensíveis à insulina (músculo esquelético e tecido adiposo) e da inibição da liberação de glicose pelo fígado. Esse hormônio é secretado pelas células beta das ilhotas pancreáticas em resposta ao aumento dos níveis circulantes de glicose e aminoácidos após as refeições. A insulina regula a homeostase de glicose em vários níveis, reduzindo a produção hepática de glicose (via diminuição da gliconeogênese e glicogenólise) e aumentando a captação periférica de glicose, principalmente nos tecidos muscular e adiposo. Também estimula a lipogênese no fígado e nos adipócitos, bem como aumenta a síntese e inibe a degradação protéica. A sinalização intracelular desse hormônio começa com a sua ligação a um receptor específico de membrana, uma proteína heterotetramérica com atividade quinase, composta por duas subunidades alfa e duas subunidades beta, que atua como uma enzima alostérica na qual a subunidade alfa inibe a atividade tirosina quinase da subunidade beta. A ligação da insulina à subunidade alfa permite que a subunidade beta adquira atividade quinase levando a alteração conformacional e autofosforilação, que aumenta ainda mais a atividade quinase do receptor. Quando a insulina se liga ao receptor e aproxima as subunidades do receptor, o mesmo passa a ter uma atividade enzimática, ou seja, suas subunidades vão realizar a autofosforilação, com isso uma unidade vai por fosfato na outra. Nesse processo o receptor ficará fosforilado e ativo enzimaticamente e o resultado disso será a fosforilação, o ativamento de outras proteínas no citoplasma. Deste modo, a sinalização da insulina ocorre quando a ligação da insulina ativa o receptor por ativar o domínio intracelular tirosina-cinase da subunidade beta do receptor de insulina, após isso os resíduos de tirosina da subunidade beta são autofosforilados, com isso o receptor tirosina-cinase fosforila outras proteínas, por exemplo os SRIs. O SRI fosforilado irá promover a ativação de outras proteínas cinases e fosfatases, levando às ações biológicas da insulina que são o aumento da captação de glicose, aumento na síntese de glicogênio e de proteínas. A insulina é capaz de inibir a produção e liberação de glicose no fígado através do bloqueio da gliconeogênese e glicogenólise. Tal hormônio estimula o acúmulo de glicogênio através do aumento do transporte de glicose no músculo e síntese de glicogênio em fígado e músculo. Este último efeito é obtido através da desfosforilação da glicogênio-sintetase. Desta forma que ocorre a sinalização da insulina no controle da glicemia. Abaixo uma figura que mostra o esquema de ação do hormônio insulina: 
Fonte: http://atividadeesport.blogspot.com/2014/03/glicemia-e-importancia-da-atividade.html
O glucagon é um hormônio, produzido pelas células alfa do pâncreas, que faz a ação oposta da insulina, produzida pelas células beta do pâncreas. Ele vai aumentar os níveis de glicose no sangue e geralmente resolver as crises graves de hipoglicemia quando a pessoa está em coma e não consegue se alimentar. Durante a hipoglicemia, seu mecanismo de ação vai começar agindo no fígado, quebrando o glicogênio, que é o estoque de glicose do fígado, em moléculas de glicose, e essa glicose será levada para o sangue para normalizar a taxa de açúcar na corrente sanguínea. Após isso, vai realizar a ativação da conversão de aminoácidos em glicose, conhecida pelo processo de gliconeogênese. E com isso, ocorre a quebra de gordura armazenada, ou seja, os triglicerídeos, em ácidos graxos para usar como combustível pelas células. Esse hormônio vai agir na conversão do ATP a AMP-cíclico, composto importante na iniciação da glicogenólise, resultando na imediata produção e liberação de glicose pelo fígado. O glucagon mobiliza glicose das reservas de dentro do corpo e aumenta as concentrações de glicose na corrente sanguínea, caso contrário, a glicose do seu sangue cairia para níveis perigosamente baixos. Tanto o glucagon, quanto a insulina, são parte de um sistema de feedback que mantém os níveis de glicose no sangue em um nível estável. Abaixo uma figura que mostra o esquema de ação do hormônio glucagon: 
Fonte: https://www.coladaweb.com/biologia/corpo-humano/insulina-e-glucagon
3) O ciclo celular eucariótico (mitose) consiste de várias fases distintas. Descreva de que maneira operam os mecanismos de controle normais de progressão do ciclo. Comente também sobre as possíveis falhas que podem ocorrer durante o ciclo e caso aconteçam, quais seriam as suas consequências. Finalmente, descreva os mecanismos que impediriam a progressão do ciclo nestes casos. 
As células normais passam pelo ciclo celular de forma regulada. Elas usam as informações sobre seu próprio estado interno e sinais do ambiente ao seu redor para decidir se continuam com a divisão celular. Esta regulação garante que as células não se dividam sob condições desfavoráveis (por exemplo, quando seu DNA está danificado, ou quando não há espaço para mais células em um tecido ou órgão). E nessas condições normais, há mecanismo que controlam essa divisão, como, por exemplo, o ponto de checagem. O ponto de checagem é um estágio no ciclo celular eucarionte em que a célula examina sinais internos e externos e "decide" se irá continuar ou não a divisão celular. Existem vários pontos de checagem,mas são três mais importantes, que são na checagem G1(transição G1/S), G2 (transição G2/M) e no fuso ( transição da metáfase para anáfase).
E então a célula checa se as condições internas e externas são favoráveis para a divisão. A célula pode avaliar alguns fatores, como: Tamanho, ou seja, se a célula tem tamanho suficiente para se dividir. Nutrientes, se a célula possui reserva de energia suficiente ou nutrientes disponíveis para se dividir. Sinais moleculares, se a célula está recebendo sinais positivos (como fatores de crescimento) das suas vizinhas. Integridade do DNA, verificar se há algum DNA danificado. No entanto, existem outros fatores que podem afetar a progressão do ciclo celular e existem, também, fatores importantes que dependem do tipo da célula.Por exemplo, algumas células também precisam de sinais mecânicos (tais como estarem anexadas a uma rede de suporte chamada matriz extracelular) para se dividir. Estes fatores incluem tanto sinais externos (como sinais moleculares) quanto sinais internos (como dano ao DNA). Esses sinais como esses agem modificando a atividade dos principais reguladores do ciclo celular dentro da célula. Estes reguladores do ciclo celular podem fazer que eventos chave, tais como a replicação de DNA ou a separação cromossômica, aconteçam. Eles também certificam-se que eventos de ciclo celular ocorram na ordem certa e que uma fase (por exemplo, G_1 desencadeie o início da próxima fase (tal como a S).
No entanto, há falhas no controle do ciclo celular que podem acarretar o desenvolvimento de tumores.
O controle do ciclo celular é bastante rígido, pois qualquer erro na regulação deste processo pode levar à formação de células defeituosas que, por suavez, têm o potencial de se reproduzir e passar este defeito para suas células-filhas, podendo ter conseqüências desastrosas para o organismo. Entretanto, erros neste controle ocorrem com freqüência e há inúmeros sistemas de reparo que evitam a proliferação dos mesmos. Há, então, a apoptose, que é uma forma de morte celular programada, ou "suicídio celular". A apoptose é um processo ordenado e importante para o desenvolvimento celular, no qual o conteúdo da célula é compactado em pequenos pacotes de membrana para a "coleta de lixo" pelas células do sistema imunológico.
 A apoptose remove as células durante o desenvolvimento, elimina as células potencialmente cancerosas e infectadas por vírus, e mantém o equilíbrio no corpo. Em alguns casos, uma célula pode ser uma ameaça para o corpo caso sobreviva. Por exemplo, este é o caso das células com DNA danificado, células pré-cancerosas e células infectadas por vírus. Se essas células sofrerem apoptose, a ameaça para o resto do organismo (como o câncer ou a propagação de infecções virais) é removida. Quando o DNA de uma célula é danificado, ela vai detectar o dano e vai tentar repará-lo. Se não puder ser consertado, a célula entra em processo de apoptose, garantindo que não transmitirá seu DNA danificado. Quando as células têm seu DNA danificado mas falham em sofrer apoptose, elas podem acabar resultando em um câncer. Nos casos extremos, nos quais este sistema de reparo não é suficiente, a célula pode ser encaminhada para um processo complexo que resulta na assim chamada morte celular programada. Há casos em que o próprio sistema de reparo é defeituoso, permitindo a perpetuação destas linhagens de células imperfeitas. Muitas vezes, estas células proliferam de modo desordenado, ou seja, elas se dividem independentemente da demanda do organismo, crescendo como células individuais, ao invés de crescerem como um tecido, respeitando suas limitações espaciais estabelecidas pelas células adjacentes. Como resultado desta proliferação desordenada, forma-se uma única massa de células denominada tumor. Para que isso não ocorra os mecanismos envolvidos nos ciclo celular devem estar atuando em sinergia.
Esquemas mostrando o epitélio de um órgão tubular com a formação de um tumor benigno (circunscrito) e maligno (invasivo).
No entanto, há um mecanismo, chamado de senescência, que é responsável pelo controle da proliferação celular, sendo diferente da apoptose. A senescência celular é um mecanismo pelo qual as células se retiram permanentemente do ciclo celular em resposta a estresses, encurtamento dos telômeros, danos no DNA ou ativação de sinalização oncogênica. A senescência é uma resposta projetada, principalmente para eliminar células danificadas. Ela inicia o processo de reparação tecidual, como solução do problema. E evita tumorigênese – formação células que podem se tornar malignas. As células senescentes contribuem tanto para a degeneração relacionada à idade quanto para as patologias hiperplásicas, incluindo o câncer. Na cultura, células epiteliais humanas normais entram em senescência após um número de divisões celulares, conhecido como senescência replicativa. Neste trabalho, pesquisadores investigaram como as vias metabólicas regulam a senescência replicativa, usando a metabolômica para células epiteliais mamárias humanas senescentes (HMECs). Apesar de não terem observado mudanças significativas na captação de glicose ou secreção de lactato em HMECs senescentes, as células senescentes exibem depleção de metabólitos importantes da via de síntese de nucleotídeos. Para testar se a imortalização celular reverteria essa depleção, os pesquisadores expressaram a telomerase em HMECs. Além de prevenir a senescência, a expressão da telomerase manteve o fluxo metabólico da glicose e o direcionou para a síntese de nucleotídeos. Para investigar se a inibição da síntese de nucleotídeos nos HMECs em proliferação é suficiente para induzir senescência, pesquisadores utilizaram ferramentas farmacológicas ou genéticas (indução da expressão da RRM2, uma enzima limitadora da velocidade na síntese de dNTP. Interessantemente, estas abordagens induziram a senescência prematura com diminuição concomitante do fluxo metabólico da glicose para a síntese de nucleotídeos. Estes achados sugerem que a inibição da síntese de nucleotídeos desempenha um papel causal no estabelecimento de senescência em HMECs. 
 
imagem: http://rsaude.com.br/contato/materia/como-voce-quer-envelhecer/20007