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UNIVERSIDADE GAMA FILHOPÓS-GRADUAÇÃO Nível: LATO SENSUCurso: FISIOLOGIA DO EXERCÍCIO
“Fisiologia celular e homeostase”
Prof. Drd. LUIZ CARLOS [email protected]
OBJETIVO DO CURSO
• Estrutura e função das células
• Biologia celular e molecular
• Controle da homeostase
• Comunicação e integração do corpo humano
• Adaptações promovidas pelo exercício
MEIOS INTERNO x EXTERNO
• MEIO EXTERNO: Ingerido mas não absorvido
• MEIO INTERNO: Somente quando éabsorvido
Meio extracelular
Meio intracelular
Leito intravascular
HOMEOSTASE
HOMEOSTASE
1.1. Exercício e Saúde
Convert Bailey Convert Bailey Convert Bailey Convert Bailey ---- ““““Se o exercSe o exercSe o exercSe o exercíííício pudesse ser cio pudesse ser cio pudesse ser cio pudesse ser prescrito em forma de pprescrito em forma de pprescrito em forma de pprescrito em forma de píííílula, seria o remlula, seria o remlula, seria o remlula, seria o reméééédio dio dio dio
mais vendido do mundo.mais vendido do mundo.mais vendido do mundo.mais vendido do mundo.””””
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um atraso (rsrsrs). Na verdade, o exame mum atraso (rsrsrs). Na verdade, o exame mum atraso (rsrsrs). Na verdade, o exame mum atraso (rsrsrs). Na verdade, o exame méééédico dico dico dico deveria ser solicitado para as pessoas que se deveria ser solicitado para as pessoas que se deveria ser solicitado para as pessoas que se deveria ser solicitado para as pessoas que se
negam a praticar a atividade fnegam a praticar a atividade fnegam a praticar a atividade fnegam a praticar a atividade fíííísica.sica.sica.sica.””””
OrganizaOrganizaOrganizaOrganizaçççção mundial da saão mundial da saão mundial da saão mundial da saúúúúdededede
ÉÉÉÉ um estado de total bemum estado de total bemum estado de total bemum estado de total bem----estar festar festar festar fíííísico, mental sico, mental sico, mental sico, mental e social e não sendo apenas relacionado a e social e não sendo apenas relacionado a e social e não sendo apenas relacionado a e social e não sendo apenas relacionado a ausência de doenausência de doenausência de doenausência de doençççças ou enfermidadesas ou enfermidadesas ou enfermidadesas ou enfermidades
OMSOMSOMSOMS 1948194819481948
1.2 Homeostase e Saúde
Homeostase
Homeo = similarstasis = condição
Capacidade de manter a estabilidade do Capacidade de manter a estabilidade do Capacidade de manter a estabilidade do Capacidade de manter a estabilidade do meio interno dentro de um padrão de meio interno dentro de um padrão de meio interno dentro de um padrão de meio interno dentro de um padrão de
variavariavariavariaçççção que permita seu ão que permita seu ão que permita seu ão que permita seu óóóótimo timo timo timo funcionamentofuncionamentofuncionamentofuncionamento
Walter B Cannon,1929
Homeostase
Variáveis Rígidas:Temperatura – pH
Íons (K+/Ca+/Na+) e Fluídos PO2/PCO2
Variáveis Flexíveis:Glicemia – FC/PA – Metabolismo energético
Fatores Estressores
Jejum
Atividade Física
Frio
Calor
Altitude
Fatores Psicológicos
Pressões do
Ambiente Externo
HOMEOSTASE
Sistema de
Controle Biológico
Ajuste do Meio Interno
Centro de IntegraçãoCentro de IntegraCentro de Integraççãoão
EstímuloEstEstíímulomulo
EfetorEfetorEfetorReceptorReceptorReceptor
O estímulo excita oreceptor
(1)
+
(2) O receptoravisa o centrode integraçãosobre o distúrbio
+
(3) Sinaliza ao efetor para corrigir o distúrbio+
(4) O efetor corrige o distúrbio e removeo estímulo-
(Powers & Howley 2000)
1.3 Exerc1.3 Exerc1.3 Exerc1.3 Exercíííício e Homeostasecio e Homeostasecio e Homeostasecio e Homeostase
O exercício intenso é uma maneira formidável de desafiar a
capacidade do corpo de manter seu ambiente interno dentro de um padrão de variação que
permita seu ótimo funcionamento
Maughan & Nadell, 2000Maughan & Nadell, 2000Maughan & Nadell, 2000Maughan & Nadell, 2000
Homeostase
Exercício - “Stress”Energia -ATP
- Temperatura – pH – Íons e Fluídos - PCO2 / PO2
- Glicemia – FC/PA
EstadoEstadoEstEstáávelvel
Hans Seyle (1936)Síndrome da Adaptação Geral
Stress: estímulo não específico que perturba a homeostase, gerando uma
resposta.
Estresse x Adaptação
1.5 MODELO TE1.5 MODELO TE1.5 MODELO TE1.5 MODELO TEÓÓÓÓRICORICORICORICOmecanismo de amecanismo de amecanismo de amecanismo de aççççãoãoãoão
Estresse
JejumPrivação de sono
FrioCalorAltitude
Atividade Física
Pressões do
Ambiente Externo
Desequilíbriodo meio interno
Adaptações Resposta
Supercompensação
Homeostase
Estresse
Recuperação-Adaptação
Super-compensação
CÉLULA
CÉLULA
CITOPLASMA
• FIBRAS PROTÉICAS CITOPLASMA:
• Microfilamentos (actina)
• Filamentos intermediários
Miosina (músculo)
Queratina (cabelo e pele)
• Filamentos grossos (microtúbulos)
CÉLULA MUSCULAR
• Proteínas contráteis:
• Actina / miosina
• Tropomiosina
• Troponina
• Proteínas estruturais
• Colágeno
• Elastina
ACTINA: Filamento
MEMBRANA CELULAR
RIBOSSOMOS
POLIRIBOSSOMOS
POLIRIBOSSOMOS
MICROFILAMENTOS ( actina)
FILAMENTOS INTERMEDIÁRIOS (miosina, queratina): resistência ao estresse mecânico
MICROTÚBULOS (tubulina): originam o citoesqueleto e combinam-se para formar os microtúbulos.
CITOESQUELETO
FUNÇÕES CITOESQUELETO
• Proteínas dão suporte celular e forma a célula
• Fibras estabilizam posição das organelas• Transporte de materiais para dentro da células, movimento vesículas e organelas
• Conexão com fibras extracelulares ligando uma célula a outra (trafego de inform.)
• Movimento celular (glóbulos brancos e células nervosas)
CITOESQUELETO
PROTEÍNAS MOTORAS
• Ligam-se ao filamentos do citoesqueleto
• Utilizam a energia derivada de repetidos
ciclos de hidrólise de ATP para se mover
ao longo do filamento
• Diferem pelo tipo de filamento que se
ligam e direção que se movem
Superfamília da Miosina
• Funções:
– I – atividade contrátil
– II – organização intracelular com a actina
– III – transporte de organelas
Movimento das Proteínas Motoras
• A energia da hidrólise de ATP força um
movimento da proteína motora.
• Todo este ciclo mecânico-químico de
ligação e hidrólise do ATP e liberação do
fosfato produz um único movimento
Repouso/Relaxamento Excitação-Junção/Contração
CONTRAÇÃO MUSCULAR
ESTRUTURAS LOCOMOTORAS
• Cílios e flagelos que são formados a partir de um arranjo de microtúbulos similar , porém com propriedades diferentes.
• Cílio: menor porém em maior quantidade
• Flagelo: células animais flageladas possuem 1 ou 2 flagelos
• Projetam-se da superfície da célula
• Continuação da membrana celular
• Deslizamento de microtúbulos (sobreposição)
• Movimento de fluídos
CÍLIOS
FLAGELOS
• Tem como função empurrar a célula através dos fluídos
• Movimento por meio de contrações ondulatórias
• Movem-se por mecanismos semelhantes aos encontrados nos cílios
CILIOS E CENTRÍOLOS
RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO
RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO
RE LISO
• Síntese de ácidos graxos
• Sintese de esteróis
• Síntese de lipídios (fosfolípides
• Estoque de Cálcio
RE RUGOSO
• Síntese de Proteínas
• Proteínas associadas ao RER se desprendem indo ao GOLGI através de VESÍCULAS SECRETORAS
• Consiste em sacos ocos emplihados e recurvados
• Modifica proteínas sintetizadas no RER e as envolve em vesículas de membrana
(Glicoproteínas)
Vesículas secretoras
Vesículas de armazenamento (lisossomos)
APARELHO DE GOLGI
APARELHO DE GOLGI
APARELHO DE GOLGI
COMPLEXO GOLGI / RE
LISOSSOMOS E PEROXISSOMOS
LISOSSOMOS
• Mais de 50 tipos de enzimas já foram identificadas nos lisossomos de diferentes células…
• Os lisossomos podem liberar suas enzimas para dissolver material de suporte extracelular
• Liberação inadequada (artrite reumatóide)inflamação e destruição dos tecidos articulares….
PEROXISSOMOS
• DEGRADAÇÃO AG que gera peróxido de hidrogênio(H2 O2)
• Através da ação da enzima CATALASE gera água
• DISFUNÇÃO interrompe o processamento normal de lipídeos (Sistema nervoso)
•RESUMÃO…..
MITOCÔNDRIA
ESQUEMA DA MITOCÔNDRIA
MEMBRANA EXTERNA
MEMBRANA INTERNA
MATRIZ
ESPAÇO ENTRE
MEMBRANAS
FORMAS VARIADAS:
Sítio de contato
• “PH E TEMPERATURA QUEBRAM LIGAÇÕES INTRAMOLECULARES E DESNATURAM PROTEÍNAS…..”
PH E TEMPERATURA
• O PH tem influência direta na atividade máxima enzimática
ÁCIDO LÁTICO
O | |
H3C– C – C OH
O
OH|
H3C– C – C |H
OH
O
NADH/H+
Ác. Pirúvico(cetoácido)
Ác. Lático
LDH
... dentro da célula
OH|
H3C– C – C |H
OH
O
... dentro da célula
KHCO3-
OH |
H3C– C – C |H
OK
O
H2CO3
+Ácido lático
Bicarbonato de Potássio
Lactato de Potássio
(tampãocelular)
eÁcido
Carbônico
H2O
CO2
=
OH |
H3C– C – C |H
OK
O
...porém no sangue...
HCO3-
OH |
H3C– C – C |H
ONa
O
NaHCO3-+
Lactato de Potassio
e + K+
cél. musc.:BombaNa+/K+
TAMPONAMENTO DE LACTATO
C3H6O3 + KHCO3 →→→→ KC3H5O3 + H2CO3
H2O CO2
célula
sangue
KC3H5O3 +NaHCO3 →→→→ NaC3H5O3 + K + HCO3-
Transportadores de Kla: compatíveis
com K+
• fígado• coração
cél. musc.:BombaNa+/K+
sangue
DINÂMICA DE MEMBRANAS
BICAMADA LIPÍDICA
FOSFOLIPÍDIO
ESTRUTURA MEMBRANA
As concentrações de Íons são diferentes no meio intracelular e extracelular
A célula necessita:
1- Ingestão de nutrientes essenciais
2- Excreção de produtos residuais
3- Regulação de concentrações iônicas intracelulares
De que forma a célula irá transferir moléculas hidrossolúveis através de sua membrana hidrofóbica?
PRINCÍPIOS DE TRANSPORTE TRANSMEMBRANA
Bicamadas lipídicas isentas de proteínas são altamente impermeáveis a Íons
Qualquer molécula se difundirá através de uma bicamada lipídica isenta de proteína ao longo de seu gradiente de concentração
A velocidade depende do tamanho e da solubilidade em óleo (quanto mais hidrofóbica e mais não-polar ela for)
Moléculas não-polares: O2 (32D)
CO2 (44D)
Moléculas polares pequenas sem carga: Água (18D)
Uréia (46D)
Moléculas polares grandes sem carga: Glicose (180D)
Quanto menor, mais facilmente a molécula polar se difunde, enquanto as moléculas carregadas (íons) não se difundem sem a presença de proteínas, independente do tamanho.
A permeabilidade de uma camada lipídica sintética a diferentes moléculas
Moles/seg/cm2
CAPTAÇÃO DE AG - FIBRA MUSCULAR
Proteínas transportadoras de membrana
Especificidade (mutações em um único gene eliminam a capacidade de transporte)
Multipasso: suas cadeias polipeptídicas atravessam a membrana múltiplas vezes.
PROTEINAS DE MEMBRANA
ESTRUTURA MEMBRANA
Existem duas classes de proteínas transportadoras de membrana:
- Proteínas carreadoras
- Proteínas formadoras de canal
Mais lento Mais rápido
O transporte ativo é mediado por proteínas transportadoras acopladas a uma fonte de energia
Transporte passivo: -moléculas sem carga
-gradiente de concentração
-gradiente elétrico
Gradiente eletroquímico: G. conc. + G. elétrico
Transporte ativo: vai contra o gradiente eletroquímico
Depende da utilização de energia
TRANSPORTE ATRAVÉS DE MEMBRANA
B. TRANSPORTE ATIVO: UTILIZAM PROTEÍNAS E CONSOMEM ENERGIA
1. DIFUSÃO SIMPLES: ATRAVESSAM A MEMBRANA
2. DIFUSÃO FACILITADA: UTILIZAM PROTEÍNAS
A. TRANSPORTE PASSIVO: SEM CONSUMO ENERGÉTICO
A. TRANSPORTE PASSIVO
DIFUSÃO SIMPLES DIFUSÃO FACILITADA
GRADIENTE DE CONCENTRAÇÃO
DIREÇÃO DO TRANSPORTE
O transporte passivo (carreadoras ou canais) e ativo (carreadoras)
Mecanismo de transporte passivo por uma proteína carreadora
Mudanças conformacionais na proteína
Reação enzima-substrato
Cinética de difusão simples ou mediada pelo carreador
A saturação ocorre quando os sítios de ligação ao soluto estão ocupados Vmax: velocidade máxima de transporte / carreador saturadoKm: constante de ligação característica pelo seu soluto
B. TRANSPORTE ATIVO
GRADIENTE DE CONCENTRAÇÃO
DIREÇÃO DO TRANSPORTE
Formas de energia acopladas ao transporte ativo em uma célula
- Carreadores acopladores- ATPases- Bombas dirigidas pela luz (bactérias)
Carreadores acoplados transportam dois solutos
Na mesma direção – simporteEm direções opostas - antiporte
EXEMPLOS
Transporte ativo primário – ATPasessecundário – carreadores ionicos
O transporte de glicose em células epiteliais de intestino ou rim depende do gradiente de Na – simporte
• Transporte simporte sódio e glicose
TRANSPORTE ACOPLADO DE Na+ e GLICOSE
Na+ k+ ATPase
A bomba de Na-K é uma ATPase
Concentração de K+ maior no interior da célula
Concentração de Na+ é maior no exterior da célula
Gradiente de Na+ é explorado como fonte energia para o transporte de açucares e aminoácidos (1/3 do gasto da célula)
Células nervosas eletricamente ativas, estão repetidamente ganhando pequenas quantidades de Na+ e perdendo pequenas quantidades de K+ durante a propagação dos impulsos nervosos. (2/3 do gasto energético da célula)
Por utilizar ATP para bombear Na+ para fora e K+ para dentro da célula essa bomba é conhecida como Na+K+ ATPase
Para cada molécula de ATP hidrolisada
3 Na+ são bombeados para fora e 2 K+ são bombeados para dentro
O sistema de transporte da bomba depende da autofosforilação da proteína. ATPases de transporte do tipo P
1-ligação de Na+
2-Fosforilação induz modificação
3-libera Na+
4-Liga K+
5-desfosforilação retorna a conformação original
6-Libera K+ no citosol
TRANSPORTE ATIVO: BOMBA DE SÓDIO E POTÁSSIO
A bomba de Na+K+ pode ser operada ao reverso para produzir ATP
Experimentalmente os gradientes de NA+ e K+
Energia estocada em seus gradientes eletroquímicos maior do que a energia química da hidrólise de ATP
Íons movem-se de acordo com seus gradientes
ATP é sintetizado pela Na+k+ ATPase a partir de ADP e fosfato
Portanto depende das concentrações relativas de ATP, ADP e fosfato e dos gradientes eletroquímicos de Na+ e K+
OSMOSE
DIFUSÃO SIMPLES: OSMOSE
Células animais mantém grande concentrações de íons extracelular
Fontes de osmolaridade intracelular
VESÍCULAS TRANSPORTADORAS
Transporte de moléculas grandes através das membranas
ENDOCITOSE E EXOCITOSE
CLATRINA-Mediadora de vários tipos de transporte celular
-Possui uma cadeia pesada e uma cadeia leve
-Partículas de montagem
-Dinamina (proteína
ligadora de GTP)
ROTAS DE EXOCITOSE
RESUMINDO
RESUMO: Transporte de substâncias
PASSIVO ATIVO
DifusãoSimples
DifusãoFacilitada
Osmose
ExocitoseEndocitose
Fagocitose Pinocitose