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MEMBRANA CELULAR
Célula é a unidade estrutural e funcional dos seres.
Trilhões de células estão presentes em um organismo
animal.
Os componentes básicos de uma célula são:
Membrana plasmática: Delimitação.
Citoplasma: Substância aquosa onde organelas e
núcleo estão suspensos.
Núcleo: Abriga o material genético (DNA), controla a
síntese de proteínas e as divisões celulares.
Possui permeabilidade seletiva: capacidade de selecionar quais substâncias entram ou saem do interior das células. Se dá através de mecanismo de transporte específicos. O transporte através das membranas é vital para o bom funcionamento celular: Diabetes: queda desta função. FOSFOLIPÍDEO DE MEMBRANA: Apresenta uma região da molécula hidrofílica, que interage com a água, e uma cauda apolar ou hidrofóbica (cadeia de hidrocarboneto de ácidos graxos). Cabeça hidrofílica fica voltada para o meio intra ou extracelular. Caudas hidrofóbicas ficam voltadas para o interior da bicamada protegida da agua. PROTEÍNAS DE MEMBRANA: Podem ser periféricas (não penetram na membrana) ou integrais (atravessa a membrana ou penetram no interior de uma das metades). Funções: Transporte de substâncias para dentro e fora da célula. Receptores de membrana: recebem sinais de substâncias mensageiras. A maior parte das proteínas de membrana são glicoproteínas: uma ou mais porções de carboidratos ligados a cadeia polipetídica. Formam uma camada na superfície externa da membrana, denominada glicocalix.
Funções do glicocálix: Proteção mecânica e contra agressões químicas e físicas; Reconhecimento celular favorecendo a adesão entre céls. COLESTEROL: Outro tipo de lipídio que está incorporado entre os fosfolipídios da membrana, ajuda a minimizar os efeitos da temperatura na fluidez: Aumenta-a em temperaturas baixas, e a diminui em altas, melhorando a amplitude da temperaturas em que uma membrana mantém uma fluidez funcional e saudável. Transporte da Membrana A água é o solvente das substâncias químicas presentes no corpo. As propriedades físicas da água a tornam ideal para essa função de transporte: Absorve o calor das células com elevação mínima da temperatura corporal. Proporciona a lubrificação necessária para reduzir ao máximo o atrito associado ao fluxo de líquidos, movimento celular e movimento das partes do corpo. Importância: A manutenção da composição química intracelular e o equilíbrio de algumas substâncias entre os meios interno e externo são de suma importância à manutenção da vida e ao bom funcionamento celular. A maior parte das moléculas (Ex: Glicose, aminoácidos, nucleotídeos) e íons entram e saem das células através de proteínas especializadas no transporte. Um menor número de pequenas moléculas (Ex: O2 e CO2) podem atravessar de um lado para outro da membrana através da bicamada de lipídeos. Transporte ativo: com gasto de energia. Não consome energia (ATP) pois transporte ocorre a favor de um gradiente de concentração: as moléculas ou íons atravessam a membrana do lado MAIS concentrado para o lado MENOS concentrado. Esse tipo de transporte pode ocorrer através da difusão simples ou difusão facilitada. O transporte ativo consome energia (ATP), pois o transporte ocorre contra um gradiente de concentração: as moléculas ou íons atravessam do meio MENOS concentrado para o meio MAIS concentrado refere-se a BOMBA NaK-ATPase (Bomba de sódio e potássio ATPase) BOMBA NaK-ATPase Ocorre em todas as células do corpo, porém, é essencial para a transmissão dos impulsos nervosos entre os neurônios e contração muscular cardíaca pelos cardiomiócitos, onde as células precisam criar polos positivos e negativos no meio extracelular e intracelular, a fim de executar suas funções. o Em condições normais, a concentração de Na+ é mais baixa dentro da célula do que no ambiente extracelular. Enquanto isso, a concentração de K+ é mais alta dentro da célula do que no ambiente extracelular. Isso faz com que as células sejam polarizadas (+ e -). o Para que um neurônio ou cardiomiócitos funcionem, a membrana celular precisa se despolarizar e repolarizar, e faz isso utilizando a bomba de NaK- ATPase. o Por meio de proteínas transmembrana com locais específicos para ligação de íons, 3 íons de Na+ são enviados para fora da célula e 2 íons de K+ são enviados para dentro da célula com uso. Em cada acionamento da bomba, o ATP perde um radical fosfato tornando- se ADP. Quando o fosfato éliberado a proteína volta a sua conformação original. o Transporte passivo - sem gasto de energia. DIFUSÃO SIMPLES: Ocorre SEM a participação de proteínas transportadoras. Moléculas de baixo peso molecular e lipofílicas, como os gases oxigênio (O2), dióxido de carbono (CO2) e as vitaminas lipossolúveis atravessam facilmente a bicamada lipídica, se dissolvendo na bicamada lipídica. DIFUSÃO FACILITADA: Ocorre COM a participação de proteínas transportadoras. O soluto passa do lado MAIS concentrado para o lado MENOS concentrado, isto é, a favor de gradiente. Não há gasto de energia.
Ex.: Quando o hormônio esteroide estrógeno chega a uma célula, por exemplo, ele passa através da membrana da célula e liga-se a um receptor intracelular específico para o estrógeno, formando um complexo hormônio-receptor. Este causa expressão de genes específicos. Ex.:Os efeitos resultantes podem alterar muito o metabolismo de uma célula- alvo, promovendo fenótipos femininos celulares. Sinais de cio INTRODUÇÃO AO METABOLISMO Metabolismo : soma de processos químicos e físicos que ocorrem dentro de um organismo vivo. Anabolismo: reações de síntese, são reações químicas que produzem nova matéria orgânica nos seres vivos. Catabolismo: reações de decomposição/degradação, são reações químicas que produzem grandes quantidades de energia (ATP) a partir da decomposição ou degradação de moléculas mais complexas (matéria orgânica). Quando o catabolismo supera em atividade o anabolismo, o organismo perde massa, o que acontece em períodos de jejum ou doença; mas se o anabolismo superar o catabolismo, o organismo cresce ou ganha massa. Se ambos os processos estão em equilíbrio, o organismo encontra-se em equilíbrio dinâmico ou homeostase. Funções do metabolismo Obtenção de energia química a partir de moléculas combustíveis (seres heterotróficos): Ex.: Glicose Conversão de moléculas exógenas (nutrientes) em unidades estruturais das biomoléculas componentes do organismo animal: Proteínas, ácidos nucleicos, lipídeos e polissacarídeos. Formação e degradação de biomoléculas funcionais: Enzimas, hormônios, receptores, transportadores, coenzimas, etc. Catabolismo Fase degradativa ou oxidativa; Moléculas exógenas ou de reserva são degradadas mediante oxidação: Resultam em moléculas mais simples: o Acetil-CoA o Lactato o CO2 (gás carbônico ou dióxido de carbono). o NH3 (Amônia) Esse processo está acompanhado de produção de energia química mediante reações oxidativas: Levam à conservação de energia na forma de ATP e de coenzimas reduzidas (NADH, NADPH, FADH2). Anabolismo Fase biossintética ou redutiva; Ocorre a biossíntese enzimática de moléculas complexas a partir de unidades simples Nesse processo é consumida a energia química fornecida pelo ATP e pelo NADH e NADPH. Divisão do Trabalho do Metabolismo:
Cada célula, tecido ou órgão têm uma função específica no metabolismo: Músculo esquelético usa a energia metabólica para o movimento Tecido adiposo armazena e libera gorduras: Servem como combustível em outras células do organismo. Principais tecidos e órgãos envolvidos no metabolismo: Fígado: Exerce papel centralizador no metabolismo: Sintetiza e distribui nutrientes aos órgãos periféricos pela circulação sanguínea: Monossacarídeos, Aminoácidos; Ácidos graxos. Tecido Adiposo: Composto pelas células adiposas ou adipócitos:Tecido amorfo, distribuída amplamente por todo o organismo. Podem realizar a glicólise, o ciclo de Krebs e a fosforilação oxidativa. Quando há excesso de ingestão de carboidratos, os adipócitos convertem a glicose em triglicerídeos: Armazenados em grandes glóbulos de gordura no interior dos adipócitos. Tecido Muscular: Especializado em gerar ATP como fonte imediata de energia: Pode usar ácidos graxos, corpos cetônicos ou glicose como fonte de energia. Celebro: utiliza a glicose, preferencialmente, como fonte de energia. Em jejuns prolongados, usa corpos cetônicos para isso. Sangue: É o meio de interconexão entre todos os tecidos: Transporta nutrientes: Do intestino delgado até o fígado; Do fígado ao tecido adiposo e demais órgãos. Transporta produtos de excreção: De todos os tecidos para os rins Transporta oxigênio dos pulmões para os tecidos; Transporta gás carbônico dos tecidos para os pulmões. METABOLISMO DOS CARBOIDRATOS Os carboidratos ou glicídios são as biomoléculas orgânicas mais abundantes na natureza: Encontradas na forma de polissacarídeos: Plantas: Amido: Reserva energética; Celulose: Estrutura da parede das células. Animais: Glicogênio: Reserva de energia. Funções dos carboidratos: Principais elementos da dieta de humanos em alguns lugares do mundo; Polímeros de carboidratos agem como elementos estruturais e protetores nas paredes celulares bacterianas e vegetais e nos tecidos conectivos dos animais: glicanos. Outros polímeros de carboidratos lubrificam as articulações: glicosamina.
Quanto ao número de subunidades contidas em sua estrutura, classificam-se em: Polissacarídeos: São polímeros de açúcar que contêm mais de 20 unidades de monossacarídeos: Alguns têm centenas ou milhares de unidades. o Celulose: têm cadeias lineares; o Glicogênio e amido: são ramificados. o Ambos são formados por unidades repetidas de d-glicose, mas diferem no tipo de ligação glicosídica e, em consequência, têm propriedades e funções biológicas diferentes Quanto às ligações glicosídicas: Em cadeias cíclicas: Se o grupo hidroxila (responsável pelas ligações glicosídicas) estiver voltado para baixo, se chamará ligação α (1→4). Se o grupo hidroxila (responsável pelas ligações glicosídicas) estiver voltado para cima, se chamará ligação α (1→6). As principais fontes de carboidratos na dieta dos monogástricos são: Polissacarídeos: o Amido; o Glicogênio; Dissacarídeos: o Sacarose; o Lactose; o Maltose. A absorção dos carboidratos pelas células do intestino delgado é realizada após hidrólise dos dissacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos em seus componentes monossacarídeos. As quebras ocorrem sequencialmente em diferentes segmentos do trato gastrointestinal por reações enzimáticas: É iniciada pela α-amilase salivar: Enzima presente na saliva, produzida pelas glândulas salivares. Hidrolisa as ligações glicosídicas α(1→4). Condição para atuação: o Tempo de mastigação: +- 25 min; o Início de ação: +- 6 min. pH ácido (2,5 – 3,0) do estômago desnatura a α-amilase saliva. No intestino delgado, o bolo alimentar entra em contato com a α-amilase pancreática: o Enzima liberada pelo pâncreas; o Função: hidrolisa as ligações α (1→4) dos alimentos (amido ou glicogênio); o Forma maltose (glicose + glicose), isomaltose e dextrinas. Como a enzima α-amilase pancreática não quebra ligações α(1→6), são necessárias outras enzimas: Produzidas pela mucosa intestinal. Maltose maltase Glicose + glicose Isomaltose isomaltose glicose Dextrinas dextrinase Glicose + maltose Lactose lactase Glicose + galactose
Sacarose sacarase Glicose + frutose Os produtos finais da digestão dos carboidratos nos monogástricos são os monossacarídeos simples: Glicose, Galactose, Frutose. São absorvidos nos enterócitos das vilosidades intestinais; Seguem pela veia porta, através da circulação entero-hepática até o fígado onde inicia o metabolismo. Celulose: Substância fibrosa, resistente e insolúvel em água – é encontrada na parede celular de plantas, particularmente em caules, troncos e todas as porções amadeiradas do corpo da planta, e constitui grande parte da massa da madeira e quase a totalidade da massa do algodão. Os resíduos de glicose na celulose estão unidos por ligações glicosídicas β(1→4). Celulose: A maioria dos animais vertebrados não consegue utilizar a celulose como uma fonte combustível, pois eles carecem de uma enzima que hidrolise ligações β(1→4). Os cupins digerem a celulose prontamente, mas somente porque carregam no trato intestinal um microrganismo simbiótico, Trichonympha sp., que secreta celulase, enzima que hidrolisa as ligações β(1→4). Ruminantes: Os animais ruminantes, como bovinos, ovinos e caprinos carregam no rúmen microrganismos simbióticos que conseguem hidrolisar a celulose, permitindo que estes animais degradem a celulose das gramíneas macias de sua dieta. A fermentação no rúmen gera ácidos graxos voláteis Glicose: Principal combustível utilizado pelo organismo para realizar os diferentes trabalhos biológicos; A forma de extrair energia da glicose é através da sua oxidação em várias etapas. Deve estar sempre disponível para todas as células: Por isso, encontra-se dissolvida no sangue mantendo níveis de intervalo sempre estáveis: GLICEMIA. Variam conforme a espécie; Funções da glicose no metabolismo: o Fonte de energia para todas as células, principalmente: Tecido nervoso; o Fonte de glicerol para biossíntese de triglicerídeos no tecido adiposo; o Manutenção de adequada concentração de intermediários do ciclo de Krebs; o Fonte de energia para contração do músculo esquelético; o Precursora da lactose na glândula mamária lactante; o Única fonte de energia para o embrião e feto durante a gestação; o Participante na metabolização de produtos finais do metabolismo e dos tóxicos; o Glicoconjugados: proteoglicanos, glicoproteínas e glicoesfingolipídeos. o Para cumprir suas funções, a glicose pode ser oxidada mediante duas vias metabólicas: Via pentoses-fosfato Glicólise: Primeira via metabólica a ser elucidada; Büchner, em 1897, iniciou com a descoberta da fermentação alcoólica da glicose pelas leveduras; Lipmann e Kalckar (1941) terminaram a elucidação. Mais importante via catabólica da glicose. Pode ser de dois tipos: o Aeróbica: Presença de O2 – 38 ATP o Anaeróbica: Ausência de O2 – 2 ATP o Nos animais superiores, ocorre geralmente glicólise aeróbica. o Entretanto, algumas células nos animais possuem capacidade de realizar glicólise anaeróbica: Eritrócitos, células do músculo esquelético, retina e cérebro. É realizada no citosol; Seu produto final é:Piruvato/ Ácido pirúvico: Condições aeróbicas. Lactato/ Ácido lático:
Em condições aeróbicas: Piruvato é oxidado e descarboxilado na mitocôndria para gerar acetil- CoA: Pode ser oxidado no Ciclo de Krebs até CO2 e H2O, com produção de energia. Esta reação é catalisada pela piruvato desidrogenase: Composto enzimático formado por 3 enzimas e 5 coenzimas. RESPIRAÇÂO CELULAR: Processo destinado à obtenção de energia nas células, em que ocorre o consumo final do O. Nesse processo, o acetil-CoA entra no Ciclo de Krebs para sua oxidação total até CO2 e H2O. Essa via metabólica também é chamada de Ciclo dos Ácidos tricarboxílicos ou Ciclo do Ácido Cítrico. Proposta de Hans Krebs (1937). A energia obtida a partir da oxidação do acetil-CoA é conservada na forma de coenzimas reduzidas, NADH e FADH2 , Cedem seus elétrons a moléculas receptoras na cadeia respiratória. Produção de ATP (processo de fosforilação oxidativa), H2O e O CICLO DE KREBS Realizado por um complexo multienzimático localizado na matriz mitocondrial e na membrana mitocondrial interna: Composto por 10 reações Enzimáticas: 4 delas levam à formação de coenzimas reduzidas. Em cada volta do ciclo, o acetil-CoA é oxidado até 2 CO2 e 1 H2O, além de formar 3 NADH, 3 H+ e 1 FADH2 e 1 GTP. CO2 é eliminado na expiração e tem importância no equilíbrio ácido-básico.
- Oxaloacetato (OAA) se une ao acetil- CoA para formar Ácido Cítrico, também chamado de Citrato, por ação da enzima citrato-sintetase.
- Citrato é convertido à cis-aconitato pela enzima aconitase.
- Cis-aconitato é convertido a isocitrato
- também pela enzima aconitase.
- Isocitrato é convertido a oxalosuccinato pela enzima isocitrato-desidrogenase.NADH + H+
- Oxalosuccinato é convertido a α- cetoglutarato também pela enzima isocitrato-desidrogenase.
- α-cetoglutarato é convertido a succinil CoA pela enzima α-cetoglutarato- desidrogenase.NADH + H+
- Succinil CoA é convertido a succinato pela enzima succinato-tioquinase.GTP
- Succinato é convertido a fumarato pela enzima succinato-desidrogenase. FADH
- Fumarato é convertido a malato pela enzima fumarase.H2O
- Malato é convertido a oxaloacetato pela enzima malato-desidrogenase.NADH + H+ Balanço energético do Ciclo de Krebs As coenzimas reduzidas vão para a cadeia de transporte de elétrons para produzir mais energia (ATP): Série de transferências eletrônicas Processo de fosforilação oxidativa: Cada NADH gera 3 ATP
o 3 NADH= 9 ATP. o Cada FADH2 gera 2 ATP o 1 FADH2= 2 ATP o Cada GTP gera 1 ATP o 1 GTP= 1 ATP TOTAL= 12 ATP Na glicólise aeróbica: o 2 ATP + 2 NADH (6 ATP) = 8 ATP o Na oxidação do piruvato (2): o 2 NADH = 6 ATP o No ciclo de Krebs (2 acetil-CoA): o 24 ATP TOTAL: 38 ATP Armazenamento da glicose A glicose é armazenada na forma de glicogênio, principalmente no fígado e no músculo. Os animais monogástricos têm maiores quantidades de glicogênio hepático que os ruminantes: o Caninos: 6 – 8% do peso do fígado. o Bovinos: 1 – 3%. O fígado dos animais jovens contém mais glicogênio que o dos adultos: o Leitão: 14,8 % o Suíno adulto: 4%. Glicogênio: Apresenta uma ramificação a cadaoito a doze unidades. Está organizado em formato helicoidal em grânulos citoplasmáticos: Evita grandes mudanças na osmolaridade intracelular que aconteceriam se a glicose estivesse livre Glicogênio hepático: Única reserva para manter o nível de glicose sanguínea Glicogênio muscular:Usado como reserva energética O fígado é o único órgão que consegue enviar glicose livre para o sangue:exclusiva para contração muscular.O glicogênio muscular não é usado em resposta à hipoglicemia pelos animais porque eles precisam desse glicogênio para realizar as atividades em busca da sua fonte de alimentos (caça); O glicogênio pode ser degradado enzimaticamente para obtenção de glicose. A produção de glicose a partir do glicogênio é chamada de glicogenólise. o Controle enzimático; o Controle endócrino Controle enzimático: Glicogênio-fosforilase: Rompe as ligações α (1-4); Produtos finais são unidades de glicose-1-fosfato e dextrinaα 1-6 glicosidase: Rompe as ligações α (1-6) Fosfoglicomutase:Catalisa a reação:Fosfoglicomutase Glicose-1-fosfato Glicose-6-fosfato Entra no metabolismo da glicose Controle endócrino: Glicogênio-fosforilase: Regulada por dois hormônios: Adrenalina – Glândula suprarrenal ou adrenal. Glucagon – Pâncreas. Atuam sobre fígado e músculo, órgãos onde o glicogênio está armazenada É o processo metabólico de síntese de glicogênio a partir da glicose excedente. Inicia com a seguinte reação:Glicose-6-fosfato Fosfoglicomutase Glicose-1-fosfato Resulta no composto UDP-glicose, após reação catalisada pela enzima UDP-glicose pirofosforilase. A UDP-glicose é o substrato para a biossíntese do glicogênio. Ela se incorpora ao glicogênio em uma reação catalisada pela enzima glicogênio sintetase: A enzima glicogênio sintetase é controlada endocrinamente por: Estimulada pela insulina (pâncreas) Gliconeogênese e glicogenólise constituem duas vias metabólicas: Função: manter os níveis sanguíneos de glicose. Ativadas em situações de BEN. Inclui todas as vias metabólicas destinadas a sintetizar glicose a partir de:
