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Caminhando pela Bioqumica...

CAMINHANDO PELA BIOQUMICA...Uma viso objetiva e (pr) acadmica

RAQUEL DA SILVEIRA NOGUEIRA LIMA

Edio especial para distribuio gratuita pela Internet, atravs da Virtualbooks, com autorizao do Autor. Raquel da Silveira Nogueira Lima gostaria imensamente de receber um e-mail de voc com seus comentrios e crticas sobre o livro: A VirtualBooks gostaria tambm de receber suas crticas e sugestes. Sua opinio muito importante para o aprimoramento de nossas edies: [email protected] Estamos espera do seu e-mail.

www.terra.com.br/virtualbooks

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CAMINHANDO PELA BIOQUMICA...Uma viso objetiva e (pr) acadmica

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SUMRIO

Captulo 1

! Os organismos vivos so organizados ! Como a matria viva composta? tomos, molculas eoutros bichos...

1 2

! A menor unidade da matria vivaCaptulo 2

2

! A Matria Viva apresenta uma Lgica de Organizao ! Complexidade da Matria Viva ! Princpios da Lgica Molecular da Vida ! Evoluo Qumica: A Origem da VidaCaptulo 3

4

! A Clula e Ciclo Celular ! Fenmenos de Transporte Transmembrana ! Consideraes sobre a Contrao Muscular ! Acetil-Colina: ImportnciaCaptulo 4

7

! Informao Hereditria ! Como as Protenas so Formadas? ! Qual a Constituio das Protenas? ! Consideraes sobre as Protenas...Captulo 5

! Alimentos ! HormniosivR.S.N.Lima


! EnzimasCaptulo 6

! Lipdeos ! Digesto e Absoro de Lipdeos e Vitaminas ! L-Acetil-CarnitinaCaptulo 7

! Carboidratos ! Carboidratos: Vias EspeciaisCaptulo 8

! Viso Geral do Metabolismo ! Metabolismo e Transportadores de Energia ! Metabolismo Energtico Imediato ! Metabolismo do Glicognio e Mecanismos daDegradao Oxidativa de Carboidratos (Respirao Celular)

Captulo 9

! Metabolismo Lipdico: Degradao e Biossntese ! Degradao Oxidativa de ProtenasCaptulo 10

! Metabolismo dos cidos Nuclicos ! Regulao da Expresso Gnica ! Importao e Secreo de ProtenasCaptulo 11

! Tecnologia do DNA RecombinantevR.S.N.Lima


(Anexo)

! Bioqumica da Respirao: Transporte de Gases eEquilbrio cido-Base

Referncias Bibliogrficas

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Este esboo de livro, se assim pode ser denominado, destina-se a todos os que se iniciam no estudo da Bioqumica.

Por que Bioqumica? No estaria tal investigao associada crena ingnua que, com o auxlio de um repertrio de regras claramente definidas e universalmente aceitas, seria possvel ampliar nosso saber acerca da natureza biolgica? Talvez no... E por essa razo que, como professora desta disciplina, ramo das Cincias Biolgicas, em cujo caminho, um tanto rduo, vamos tentar trilhar vias de acesso para o melhor entendimento dos mecanismos que mantm a fabulosa mquina que o ser vivo...

A elaborao da presente obra foi inspirada pelo desejo de aproximar o estudante iniciante a das reas da biolgicas lgica de em alguns dos principais

questionamentos

respeito

organizao,

manuteno,

perpetuao bem como, das possveis interrelaes que podem ser estabelecidas entre os organismos vivos. Apoiada em dois eixos um predominantemente terico e outro de cunho mais prtico, mais voltado realidade do estudante a obra orienta o aluno (seja ele universitrio ou aspirante) no entendimento dos principais processos bioqumicos. Espero, desta forma, estar contribuindo, de alguma maneira, para o auxlio construo de uma nova forma de ver e pensar sobre a Bioqumica, atravs de um processo contnuo, vivo, dinmico e, por que no dizer, agradvel...

Agradeo aqui a colaborao de todos os amigos, colegas de trabalho e alunos, que de alguma forma, fornecem estmulo incontestvel para a realizao deste e de outros trabalhos; assim como pela animao ao cumprimento deste projeto.

A todos, o meu mais sincero agradecimento.

Raquel da Silveira Nogueira Lima Fortaleza, 2000

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Captulo 1 OS ORGANISMOS VIVOS SO ORGANIZADOSA Matria Viva " Composta por molculas intrinsecamente inanimadas tal como a matria no-viva! Assim, de onde vem a incrvel diferena?? A Bioqumica " Procura responder a esta pergunta!! Todo organismo vivo extremamente complexo e organizado Cada parte de um organismo vivo tem um propsito ou funo especfica, seja esta parte uma estrutura complexa como um rgo ou aparelho, estruturas sub-moleculares ou mesmo molculas individuais. Os organismos vivos so capazes de extrair e utilizar energia do seu ambiente,seja na forma de nutrientes orgnicos, seja na forma de luz solar. Os organismos vivos so capazes de auto-duplicar, gerando uma

descendncia que perpetua o estado vital.

COMO A MATRIA VIVA COMPOSTA? TOMOS, MOLCULAS E OUTROS BICHOS...Todo Organismo vivo formado por MACROMOLCULAS ORGNICAS construdas de acordo com um plano comum. H uma simplicidade bsica na estrutura das macromolculas, apesar de serem, por exemplo, cerca de 1000000000000,0 os tipos de protenas existentes em 10 milhes de espcies de seres vivos. Todos os organismos vivos so formados pelas mesmas espcies de molculas fundamentais e, portanto, parecem ter um ancestral comum. Os organismos vivos trocam ENERGIA E MATRIA com o meio ambiente e entre si. Os organismos vivos criam e mantm suas estruturas organizadas e complexas extraindo, transformando e utilizando energia do seu ambiente.

As clulas vivas so mquinas qumicas muito complexas e organizadas, que funcionam a base de energia qumica.A energia de todo ser vivo vem, direta ou

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indiretamente, do Sol. Os organismos vivos fabricam substncias capazes de REGULAR todo o seu conjunto complexo de reaes qumicas. As ENZIMAS so capazes de realizar e controlar todos os processos bioqumicos que caracterizam um organismo vivo. Os processo metablicos so regulados para operar no princpio da economia mxima Os organismos vivos so capazes de se REPRODUZIR com incrvel preciso ao longo de milhares de geraes, atravs de um sistema de replicao autoreparvel. Toda a informao necessria para a construo de um novo ser vivo est armazenada e codificada no DNA de todas as clulas que o compe. Esta informao cabe em 0,000000000006 g de DNA, para a clula do ser humano.

A MENOR UNIDADE DA MATRIA VIVAAs primeiras formas de vida " Surgiram h 3,5 a 4,0 bilhes de anos; A terra tem aproximadamente 4,7 bilhes de anos A composio da matria viva marcadamente diferente da composio da crosta terrestre, o que indica uma origem em meio lquido; O fato de que todas as clulas vivas possurem molculas formadas a partir de algumas poucas unidades fundamentais em comum sugere um ANCESTRAL NICO. O surgimento da vida seguiu 3 etapas: Evoluo Qumica - Ao acaso Organizao Molecular - Orientada Evoluo Biolgica Historicamente, a pesquisa da origem da vida: 1. Oparin - 1920 " "Sopa Primordial" 2. S. Miller - 1953 " Experimento clssico

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3. Recentemente " Descoberta de um RNA com atividade cataltica, chamado "Ribozima". Baseados nestas pesquisas, pode-se listar os principais eventos relacionados ao surgimento das primeiras formas de vida como, provavelmente: 1. A formao das primeiras molculas orgnicas; 2. A organizao destas em molculas mais complexas, especialmente o RNA cataltico; 3. A utilizao deste RNA como molde para a sntese dos primeiros peptdeos, que assumem a funo de catlise; 4. O surgimento das membranas biolgicas; 5. A migrao do RNA para o DNA como molcula armazenadora da informao gentica, pois formado por uma fita dupla mais estvel, duplicvel e reparvel. O aumento da competio pelas substncias disponveis no meio extracelular levou a clula primitiva necessidade de "aprender" a sintetizar estas e outras substncias mais eficientes. Entre as vias metablicas mais antigas est provavelmente a GLICLISE ANAERBICA. H 1,5 bilhes de anos " surgimento das primeiras clulas EUCARITICAS. As clulas eucariticas surgiram provavelmente da simbiose entre clulas procariticas, que deram origem s mitocndrias e aos cloroplastos, 2 organelas essenciais. Na seqncia da evoluo, clulas eucariticas se associaram para formar colnias de clulas especializadas e cooperativas, os primeiros seres multicelulares. A comparao de seqncias de nucleotdeos de RNA ribossomal permite o estabelecimento de um critrio evolucionrio muito preciso.

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Captulo 2 A MATRIA VIVA APRESENTA UMA LGICA DE ORGANIZAO" Composta por molculas intrinsecamente inanimadas tal como a matria no-viva! Assim, de onde vem a incrvel diferena?? A Bioqumica " Procura responder a esta pergunta!!

COMPLEXIDADE DA MATRIA VIVA:Todo organismo vivo extremamente complexo e organizado. Cada parte de um organismo vivo tem um propsito ou funo especfica, seja esta parte uma estrutura complexa como um rgo ou aparelho, estruturas sub-moleculares ou mesmo molculas individuais. Os organismos vivos so capazes de extrair e utilizar energia do seu ambiente,seja na forma de nutrientes orgnicos, seja na forma de luz solar. Os organismos vivos so capazes de auto-duplicar, gerando uma descendncia que perpetua o estado vital.

PRINCPIOS DA LGICA MOLECULAR DA VIDATodo Organismo vivo formado por MACROMOLCULAS ORGNICAS construdas de acordo com um plano comum. H uma simplicidade bsica na estrutura das macromolculas, apesar de serem, por exemplo, cerca de 1000000000000,0 os tipos de protenas existentes em 10 milhes de espcies de seres vivos. Todos os organismos vivos so formados pelas mesmas espcies de molculas fundamentais e, portanto, parecem ter um ancestral comum. Os organismos vivos trocam ENERGIA E MATRIA com o meio ambiente e entre si. Os organismos vivos criam e mantm suas estruturas organizadas e complexas extraindo, transformando e utilizando energia do seu ambiente.

As clulas vivas so mquinas qumicas muito complexas e organizadas, que funcionam a base de energia qumica.A energia de todo ser vivo vem, direta ou indiretamente, do Sol.4R.S.N.Lima


Os organismos vivos fabricam substncias capazes de REGULAR todo o seu conjunto complexo de reaes qumicas. As ENZIMAS so capazes de realizar e controlar todos os processos bioqumicos que caracterizam um organismo vivo. Os processo metablicos so regulados para operar no princpio da economia mxima Os organismos vivos so capazes de se REPRODUZIR com incrvel preciso ao longo de milhares de geraes, atravs de um sistema de replicao autoreparvel. Toda a informao necessria para a construo de um novo ser vivo est armazenada e codificada no DNA de todas as clulas que o compe. Esta informao cabe em 0,000000000006 g de DNA, para a clula do ser humano.

EVOLUO QUMICA - A ORIGEM DA VIDAAs primeiras formas de vida " Surgiram h 3,5 a 4,0 bilhes de anos; A terra tem aproximadamente 4,7 bilhes de anos A composio da matria viva marcadamente diferente da composio da crosta terrestre, o que indica uma origem em meio lquido; O fato de que todas as clulas vivas possurem molculas formadas a partir de algumas poucas unidades fundamentais em comum sugere um ANCESTRAL NICO. O surgimento da vida seguiu 3 etapas: Evoluo Qumica - Ao acaso Organizao Molecular - Orientada Evoluo Biolgica Historicamente, a pesquisa da origem da vida:

! Oparin - 1920 " "Sopa Primordial"5R.S.N.Lima


! S. Miller - 1953 " Experimento clssico ! Recentemente" Descoberta de um RNA com atividade cataltica, chamado "Ribozima". Baseados nestas pesquisas, pode-se listar os principais eventos relacionados ao surgimento das primeiras formas de vida como, provavelmente:

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A formao das primeiras molculas orgnicas; A organizao destas em molculas mais complexas, especialmente o RNA cataltico; A utilizao deste RNA como molde para a sntese dos primeiros peptdeos, que assumem a funo de catlise; O surgimento das membranas biolgicas; A migrao do RNA para o DNA como molcula armazenadora da informao gentica, pois formado por uma fita dupla mais estvel, duplicvel e reparvel.

O aumento da competio pelas substncias disponveis no meio extracelular levou a clula primitiva necessidade de "aprender" a sintetizar estas e outras substncias mais eficientes. Entre as vias metablicas mais antigas est provavelmente a GLICLISE ANAERBICA. H 1,5 bilhes de anos " surgimento das primeiras clulas EUCARITICAS. As clulas eucariticas surgiram provavelmente da simbiose entre clulas procariticas, que deram origem s mitocndrias e aos cloroplastos, 2 organelas essenciais. Na seqncia da evoluo, clulas eucariticas se associaram para formar colnias de clulas especializadas e cooperativas, os primeiros seres multicelulares. A comparao de seqncias de nucleotdeos de RNA ribossomal permite o estabelecimento de um critrio evolucionrio muito preciso.

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Captulo 3 A CLULAClula: unidade mnima de um organismo, capaz de atuar de maneira autnoma. Alguns organismos microscpicos, como bactrias e protozorios, so clulas nicas, enquanto os animais e plantas so formados por muitos milhes de clulas organizadas em tecidos e rgos.

Caractersticas

gerais

das

clulas:

pode-se

classific-las

em

clulas

procariticas e eucariticas. As primeiras, que incluem bactrias e algas verdeazuladas, so clulas pequenas, de 1 a 5 m de dimetro, e de estrutura simples. O material gentico (DNA) no est rodeado por nenhuma membrana que o separe do resto da clula. As clulas eucariticas, que formam os demais organismos vivos, so muito maiores (medem entre 10 a 50 m de comprimento) e tm o material gentico envolto por uma membrana que forma um rgo esfrico importante chamado de ncleo. Apesar das muitas diferenas de aspecto e funo, todas as clulas esto envolvidas numa membrana - chamada membrana plasmtica - que encerra uma substncia rica em gua, chamada citoplasma.

Quase todas as clulas bacterianas e vegetais esto tambm encapsuladas numa parede celular grossa e slida, composta de polissacardeos, externa membrana plasmtica. Todas as clulas contm informao hereditria codificada em molculas de cido desoxirribonuclico (DNA); esta informao dirige a atividade da clula e assegura a reproduo e a transmisso dos caracteres descendncia. Ncleo: o rgo mais importante em quase todas as clulas animais e vegetais; esfrico, mede cerca de 5 m de dimetro, e est rodeado por uma membrana dupla. A interao com o citoplasma acontece atravs de orifcios chamados de poros nucleares. Dentro do ncleo, as molculas de DNA e protenas esto organizadas em cromossomos, que costumam aparecer dispostos em pares idnticos. O ncleo controla a sntese de protenas no citoplasma. O RNA mensageiro (RNAm) sintetizado de acordo com as7R.S.N.Lima


instrues contidas no DNA e deixa o ncleo atravs dos poros. J no citoplasma, o RNAm une-se a corpos pequenos chamados ribossomos e codifica a estrutura primria de uma protena especfica. Citoplasma: compreende todo o volume da clula, com exceo do ncleo. Engloba numerosas estruturas especializadas e organelas.

Citoesqueleto: uma rede de filamentos proticos do citossol que se encarrega de manter a estrutura e a forma da clula. Tambm responsvel por muitos dos movimentos celulares.

Mitocndrias: uma das organelas mais importantes do citoplasma e encontrada em quase todas as clulas eucariticas. So as organelas produtoras de energia. Os cloroplastos so organelas ainda maiores, encontradas nas clulas de plantas e algas.

Outras organelas: a maior parte dos componentes da membrana celular formase numa rede tridimensional irregular de espaos, rodeada, por sua vez, por uma membrana e chamada de retculo endoplasmtico (RE), no qual formamse tambm os materiais expulsos pela clula. O aparelho de Golgi formado por pilhas de sacos planos envoltos em membranas. Este aparelho recebe as molculas formadas no retculo endoplasmtico, transforma-as e dirige-as para diferentes lugares da clula. Os lisossomas so pequenas organelas que contm reservas de enzimas necessrias digesto celular de vrias molculas indesejveis. As membranas formam muitas outras vesculas pequenas, encarregadas de transportar materiais entre organelas. Diviso celular: todas as clulas de qualquer planta ou animal surgiram a partir de uma nica clula inicial - o vulo fecundado - por um processo de diviso. O vulo fecundado divide-se e forma duas clulas-filhas idnticas, cada uma das quais contm um jogo de cromossomos igual ao da clula parental. Depois, cada uma das clulas-filhas volta a se dividir, e assim continua o processo. Nesta diviso, chamada de mitose, duplica-se o nmero de cromossomos (ou seja, o DNA) e cada um dos jogos duplicados constituir a dotao cromossmica de cada uma das duas clulas-filhas em formao. Na formao8R.S.N.Lima


dos gametas, acontece uma diviso celular especial das clulas germinais, chamada de meiose, na qual se reduz metade sua dotao cromossmica; s se transmite a cada clula nova um cromossomo de cada um dos pares da clula original. Cada compartimento fabrica dentro de si um conjunto especfico de protena e enzimas que vo conferir a essa organela uma srie de propriedades especiais, ou seja, a compartimentalizao de protena e enzimas vai conferir a cada organela uma funo especial dentro da clula para que de uma maneira geral no seja exercida por outras organelas. Dentro dessas organelas existentes nos organismos eucariontes a maior delas e talvez a mais importante, o ncleo celular que a primeira caracterstica que distingue esses organismos dos procariontes, onde o material gentico est solto no citoplasma. Entretanto, essa organela no tem s a funo de compartimentalizar o DNA, ou seja, separar o material gentico do citoplasma. Alm disso, est

relacionado com a fisiologia desse cido nucleico pois alm de armazenar tambm contm dentro de si um conjunto de protena, um sistema enzimtico, responsvel pela replicao dessa informao gentica no processo de diviso celular : na mitose e na meiose. Esse ncleo tambm replica ou duplica a informao gentica para ser passada em quantidades iguais para as clula filhas. Possui tambm um conjunto de protena responsvel por detectar alteraes na informao gnica, ou seja, na estrutura do cido desoxirribonucleico e uma vez detectadas alteraes essas enzimas conseguem reparar, retornando a informao ao estado original e evitando acumulo de mutaes no organismo. Entretanto, no abole completamente pois qualquer processo biolgico tem uma taxa de erro inerente. tambm responsvel pelo processamento dessa informao porque de uma maneira geral no acessvel aos outros componentes celulares, ento, transformada em outro tipo de informao que possa ser

compreendida por determinadas maquinarias da clula. E o modo como processada atravs da sntese de uma molcula complementar: RNA que pode ser transportador, ribossomal e mensageiro. Tem funes no processo de9R.S.N.Lima


sntese proteica mas existem certos RNAs que podem funcionar como cofatores de atividade enzimtica telomerase. Existe ainda a regulao da expresso gnica controlada pelo ncleo, quais os gens vo ser impedidos e quais vo ser sintetizados. Esse controle feito por um conjunto de protena existente no ncleo chamadas de protena regulatrias. integrando sinais recebidos por receptores da membrana citoplasmatica e transformam-nos em padro especfico para a expresso gnica para que a clula possa exercer bem suas funes fisiolgicas sob aquelas condies num determinado momento. A informao gnica armazenada num tipo de molcula que cido desoxirribonucleico, que se apresenta como fita dupla que seria duas cadeias lineares de bases nitrogenadas ordenada numa determinada sequncia

dispostas numa orientao anti-paralela e formando pareamento entre as bases nitrogenadas de uma fita com a outra. A forma mais comum de asssociao de DNA a -hlice encontrada na maioria dos organismos.1) Vrus bateriofago que tem uma capsula com o genoma do vrus, o DNA

circular; no organismo eucarionte se apresenta como colar de contas, as estruturas esfricas no so o DNA e sim o nucleossoma, complexo proteico associado ao DNA e os filamentos fininhos que conectam um

nucleossoma ao outro seria o DNA da clula eucarionte.

2) Desenho esquemtico das fitas de DNA, que funcionam como molde para

transcrio da fita complementar. Cada fita de DNA formada por uma sequncia de nucleotdeos (constante: a parte que compe a ribose), mleculas de fosfato e uma parte de base nitrogenada(T, A, C, G),

conferindo um cdigo gentico que pode ser lido por determinados componentes celulares. Em RNA ocorre a uracila em lugar da timina. Essa informao gentica vai ser transformada parte numa molcula que pode ser entendida pela clula que o RNAm e esse junto com determinados proteicos que so os ribossomas vai ser primeiro traduzido numa sequncia linear de aminocido e esses aminocidos na presena de um meio de composio apropriada e com a ajuda de determinadas protena citoplasmticas vo adquirir uma estrutura tridimensional (ativa) onde a10R.S.N.Lima


protena vai ter funo biolgica maximizada que o produto final da informao do ncleo.

3) Exemplificao de uma das funes do ncleo que a duplicao do DNA

na fase S do ciclo celular, onde cada fita representa um molde para a produo da fita complementar.4) Processo de transcrio gnica, a informao gentica contida na dupla fita

de DNA processada por complexos proteicos dentro do ncleo que so as RNAs polimerases que transcrevem varias sequncias de nucleotdeos , formando os RNAt,m,r. Em relao a transcrio, existe uma caracterstica que diferencia os organismos eucariontes dos procariontes: na dupla fita de DNA, existe uma regio do gen que funciona como um pacote de informao gnica especfica e essa vai ser transcrita para a celula atravs da RNA polimerase. Essa enzima sintetiza a fita complementar de cido ribonucleico e a medida que ocorre a sntese ela j promove uma modificao no RNA em uma guanina ligada a uma extremidade 5 que uma modificao do

RNAm que chamado de cap, ocorrendo em eucariontes e procariontes. E aps a sntese do RNAm , tem-se uma modificao na maior parte dos RNAs que a adio de uma cauda de poli-A(?)e que serve p/ regular a meia vida dos RNAm dentro da clula. Logo aps a ao da RNA polimerase, tem-se a formao de um transcrito que chamado transcrito primrio ou RNA heterogneo que na clula eucarionte no vai estar pronto ainda para o processo de traduo, ou seja, no pode ser utilizado pelo ribossoma. Outra funo do ncleo processar esse transcrito primrio, fazendo o processamento do RNAm , retirada dos introns e soldagem dessas estruturas que codificam a sequncia primria das protena que fica contnua e a sim estar pronta p/ ser mandada para o citoplasma p/ ser traduzida pelos ribossomas. Ainda nas clulas eucariontes, os RNAs so monocistrnicos, RNAm que codifica apenas um polipepontodeo, enquanto que nos procariontes o RNAm pode ser policistrnico, ou seja, a partir de uma mesma sequncia codifica polipepontodeos diferentes.

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Enquanto que nos organismos procariontes, a nica forma de regular a expresso da informao gnica a nivel transcricional, os eucariontes tm diversas formas de regulao como o descrito acima, controle do processamento de RNA, a nvel de transporte do RNAm p/ citosol(90%fica no ncleo e degradado), o ribossoma pode ser inativado e alguns RNAs podem ser destrudos no citosol.

Bom, e o que a cromatina? Refere-se associao de DNA e protena, essas ltimas tem como funes : coordenar o metabolismo de DNA( protena no-histnicas) e organizao fsica do DNA dentro do ncleo (histonas), as quais formam um conjunto bastante homogneo de protena. As histonas so divididas em nucleossomais (H2A, H2B, H3 e H4) e nonucleossomais (H1). Tm baixo peso molecular e possuem grande nmero de aminocidos bsicos, ou seja, carregados positivamente, como a lisina e arginina. Essas cargas conferem s protenas a capacidade de se ligar ao DNA por interaes eletroestticas, interagindo com as cargas negativas do cido fosfrico no esqueleto do DNA. O nucleossoma um complexo octamrico formado pelas 4 histonas nucleossomais, onde cada histona apresentada em um conjunto duplo. Ento, a 1a. forma de organizao d aproximadamente 2 voltas sobre esse nucleossoma, diminuindo o comprimento da fita de DNA e ajudando a organiz-lo. O DNA enovelado ao redor dos nucleossomas se apresenta como um colar de contas com um dimetro 10 nanmetros. Nunca vai se encontrar numa cl. eucarionte um DNA desnudo. Essa estruturao com 10 nanmetros corresponde a 1a. forma de compactao de DNA

correspondendo a forma eucromatina, estrutura menos compacta de DNA sendo transcricionalmente ativa, gen presente nessa regio est sendo transcrito na forma de RNA. Alm dessa forma de compactao do DNA, existe outra, que seria o enrolamento dessa estrutura em forma de um colar de contas sobre uma mola formando tipo uma fibra mais espessa com 30 nanmetros e uma forma mais compactada do DNA, correspondendo a estrutura da heterocromatina, que uma regio transcricionalmente inativa, ou seja o gen dali no esto sendo transcritos na forma de RNA. Duas diferenas entre eu e heterocromatina: a 1a.12R.S.N.Lima


morfolgica, que seria dada pelo tipo de enovelamento, eucromatina menos e a hetero mais enovelada; 2a. funcional, a eucromatina apresenta regio transcricionalmente ativa enquanto que a hetero inativa. E num determinado filamento de DNA, geralmente tm regies de eucromatina interespaadas com regies de hetero e elas podem intercambiar de forma, hetero se transforma em eucromatina e vice-versa , dependendo do estado de expresso dos gens daquela regio. Se um determinado gen no est sendo transcrito fica na forma de heterocromatina... Quando a clula comea a trancrever um gen, ele no faz uma cpia de cada vez , ela comea a trancrever o gen e a RNA polimerase comea a transcrever, quando ela sai desse incio de trnascrio vem outra

polimerase e se liga, ento tem-se um mesmo gen transcrito ao mesmo tempo por vrias polimerases, porque a nica coisa que limita as polimerases o tamanho. Enquanto tiver espao elas entram. Depois que esses RNAm forem mandados p/ citoplasma so traduzidos justamente de forma sequencial por ribossomas. Do mesmo modo, enquanto tiver espao p/ os ribossomas se ligarem eles o fazem. No processo de traduo, ele fica ligado at que seja mandada uma mensagem contrria ao ncleo, ou pelo aumento da concentrao de protena ou por uma alterao do processo fisiolgico onde h o desligamento da expresso daquele gen. Resumo: A informao gnica armazenada sob a forma de DNA, essa dupla fita se estrutura ao redor dos nucleossomas podendo se estruturar na forma de eu ou heterocromatina e essa DNA+nucleossomas forma a cromtide ou cromossoma interfsico. Precisa de estruturas adicionais p/ se manter estvel dentro da clula e se manter estvel ao longo das geraes. No qualquer pedao de DNA ligado a histonas (protena cida que tem como funo empacotar o DNA) e no-histonas que caracteriza um cromossoma eucarionte. Ento, no filamento de DNA ativo deve haver nas duas extremidades (telmeros) e numa regio entre essas extremidades (centrmero), regies especializadas para caracteriz-lo como

cromossoma. Alm disso, precisa possuir centenas de regies ao longo do cromossoma chamadas de Ori, onde comea a replicao de DNA. Os telmeros so sequncias de DNA especficas onde ao redor dessa seqncia so montadas estruturas proteicas, eles tm como funo evitar13R.S.N.Lima


o ataque de nucleases, que destri DNA a partir de uma extremidade livre. Essa extremidade do telmero tambm importante para no haver fuso de cromossomas, mantendo o nmero constante. Por que existem essas nucleases? Para degradar DNA invasor (de vrus) e tambm pode existir as nucleases dos prprios vrus para atacar o DNA da clula. Normalmente dentro da clula quando tem duas extremidades livres, atravs do sistema de reparo, automaticamente liga-se uma ponta na outra, para manter

constante tambm o nmero de cromossomas. E uma ltima funo seria promover a duplicao completa (corretamente) do DNA atravs da telomerase. O centrmero tambm uma seqncia especfica de DNA onde vai ser montada uma placa protica chamada cinetcoro onde as fibras do fuso se ligam na mitose ou meiose.

8) Comossoma mittico, diferente do interfsico, pois j est duplicado(cpia

fiel da molcula), tem uma regio chamada de primria que contem

a

sequncia do centrmero e ao redor dessa regio do centrmero montada a placa proteica chamada de cinetcoro e ele se liga os filamentos microtbulos para puxar o cromossoma para a plo da clula. Alguns cromossomas eucariontes, alm de possuir todas essas sequncias, possui uma determinada regio onde tem a repetio em sequncia de um mesmo tipo de conjunto de gens que codificam o RNAr. Ento, como o RNAr muito importante p/ a clula, no se satisfaz em ter apenas uma cpia de cada gen, deve ter centenas de cpias desse gen e no apenas em um tipo cromossoma, ela (clula) espalha essas cpias em vrios cromossomas diferentes. No caso humano, tem-se pelo menos seis tipos de cromossomas que contm essas regies de mltiplas cpias de RNAr chamadas de RON(?)( regio organizadora de nuclolo ) que se agregam numa regio distinta da clula, emparelham-se lado a lado as regies contendo as e

sequncias dos RNAr ou as RONs. E ao redor dessa regio de RONs montado uma estrutura proteica que forma a matriz do nuclolo. E de acordo com as tarefas que se realizam nessas regies do nuclolo cria-se uma diferenciao morfolgica que vai estar associada a uma funo especfica. Ento, na regio central que fibrilar, tem-se a sntese e

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processamento do RNAr e na regio perifrica que granular, tem-se a montagem das subunidades ribossomais. Cada subunidades formada por tipo de protena diferentes produzidas por gens diferentes, nos eucariontes, na maior, tem-se 31 tipos de protena e dois tipos de RNAr e na menor 21protena e um tipo de RNAr. No caso dos eucariontes, tem-se a menor com 40 S(33protena e um tipo de RNAr) e a maior com 60 S (50 protena diferentes e 3 tipos de RNAr). Nos procariontes, por ser mais simples o ribossoma consegue ser montado sem ajuda, j eucarionte precisa da ajuda de determinados componentes da regio fibrilar do nuclolo, Ento, na clula eucarionte, tem-se a transcrio dos RNAr que so enviados p/ o citoplasma, onde so traduzidos em protena ribossomais que so enviadas p/ ncleo e compartimentalizadas no nuclolo onde atravs da ao do molde de RNAr mais ajuda de protena especficas do nuclolo, monta-se as subunidades menor e maior, que so enviadas separadamente p/ o citoplasma onde vo ser montadas em um ribossoma ativo e ser engajado na sntese proteica.

Ncleo Celular 2 - Mitose e Meiose (06/06/97) Prof.: Joab

Aula passada (03/06/97) ns estudamos a estrutura do ncleo e essa estrutura a que organela possui durante um perodo chamado de intrfase, um estado no qual a clula no sofre diviso para gerar clulas-filhas. Ento costumam chamar de maneira imprpria de estrutura do ncleo na clula em repouso, mas nesse perodo a clula est em constante atividade para sua manuteno e do organismo, s no est se reproduzindo. A clula para atender funes especiais dentro do organismo ou para manter constante o nmero de clulas ou para gerar clulas que iro funcionar como gametas para poder atender s reprodues sexuadas, ela ir realizar dois processos distintos: mitose, onde a clula tem como funo gerar duas clulas-filha com informao gnica igual a da clula me e meiose, onde essas clulas geram quatro clulas-filha onde a informao gnica metade da clula-me original. O que iremos ver hoje so os processos de mitose e meiose, alm do ciclo celular para que a clula possa entrar em diviso (intrfase).15R.S.N.Lima


O ncleo quando a clula entra em diviso celular sofre vrias modificaes que visam a atender o objetivo final que transmitir ou dividir a informao gentica para as clulas-filha. Para a clula entrar em diviso precisa antes passar por um processo preparatrio chamado intrfase. A intrfase mais a mitose formam o ciclo celular. Ciclo Celular

Programa Universal seguido por todas as clulas para se dividirem. Esse ciclo celular atribudo nica e exclusivamente para o processo de mitose e geralmente no usado para o processo de meiose. Esse programa universal significa que todas as clulas tanto de eucariontes como em procariontes possuem uma srie de sistemas regulatrios realizados por

protenas regulatrias e dotadas de transmisso de sinais que iro integrar as mensagens recebidas tanto do meio externo (disponibilidade de nutrientes e sinais quimcos) quanto do interno (tamanho da clula) que ao chegar o momento propicio para a a clula se dividir ela dispara uma srie de eventos que ir levar a duplicao do DNA e a montagem do aparato protico necessrio para a separao desse DNA duplicado para cada plo que ir para clulas-filha, alm de fazer a ciso do citoplasma para formar duas clulas diferentes. Todo esse sistema de diviso celular regulado por uma srie de protenas e a ao integrada dessas protenas o chamado ciclo celualr.

Podemos dividir o ciclo celular em quatro fases distintas: G1, S, G2 e M.

1) Na fase G1, a clula que acabou de se reproduzir e gerou a clula filha e de modo geral tem um tamanho menor que a me, mas durante esse perodo ela sintetiza novos constituintes celulares para atingir o tamanho de uma clula adulta e poder desenvolver seu potencial dentro do organismo. A partir da ela pode tomar dois caminhos distintos, um destes seria entrar em processo de diviso celular passando para a fase S onde h a duplicao do material gentico seguindo para a fase G2, e aps esse processo preparatrio ocorre ento a diviso do citoplasma e da membrana formando duas clulas num processo chamado Mitose ou fase M.16R.S.N.Lima


De uma maneira geral, os organismos unicelulares sofrem ciclos continuos de diviso celular, que quer dizer que se voc encontra uma soluo com nutrientes eles iro se duplicar at exaurir a quantidade de nutrientes do meio. A nica coisa que restringe o processo de diviso a quantidade de nutrientes do meio. No caso de organismos pluricelulares, os ciclos de diviso so regulados, ou seja no basta apenas termos nutrientes no meio de cultura para essas clulas se dividirem pois se isso acontecesse estaramos

constantemente crescendo. Alm dos nutrientes as clulas necessitam de determinados hormnios chamados de fatores de crescimento que esto no organismo em quantidades grandes estimulando cada um determinada regio do organismo. Assim pode-se regular o crescimento da populao de clulas e evitar que se tenha um crescimento exagerado de um determinado rgo em relao a outro.

Retomando: o ciclo celular se divide em quatro fases distintas G1 (que se caracteriza pelo crescimento celular, ou seja, a clula sintetiza os componentes necessrios a sua funo no organismo. Ao fim dessa fase ela opontoa por dois caminhos: o mais comum ir para a fase G0 ou de nocrescimento onde a maior parte das clulas do nosso organismo est estacionada. Essa fase G0 pode ser temporria, como ocorre com os leuccitos que s comeam a se dividir na presena do antgeno, ou uma fase G0 permanente onde nessas clulas que opontoam por esse tipo se diferenciam e nunca mais voltam a se dividir como o caso das fibras musculares e dos neurnios. Os neurnios no podem ser repostos, ou seja, a quantidade de neurnios que voc tem quando adulto a mesma de quando voc nasce. J as clulas musculares no podem se dividir mas podemos aumentar a sua quantidade ou regenerar um msculo lesado atravs de uma reserva de clulas no diferenciadas chamadas mioblastos que se dividem formando clulas musculares adultas e funcionais. Um outro caminho para a fase G1 seguir para a fase S ( S de sntese de DNA) para se iniciar a diviso celular. Para passar da fase G1 para a fase S a clula deve receber um sinal regulatrio formado por um ponto chamado Start onde ocorre a regulao. Esta17R.S.N.Lima


regulao feita por uma protena quinase e uma protena regulatria. A protena quinase a p34 encontrada sempre dentro da clula em qualquer fase da vida dessa, e ativada por uma protena regulatria chamada de ciclina. A fase S ser ativada o complexo p34 - ciclina. A p34 sozinha inativa e ativada pela ciclina que sintetizada no final da fase G1 e aps 30 min. ela completamente degradada. S que ainda a formao desse complexo no suficiente para ativar a fase S, ele pega diversas vias de sinalizao compostas por vrias protenas quinases e vrias fosfatases que iro ser estimulados pela presena de hormnios, nutrientes, tamanho da clula e assim sucetivamente ativando o complexo p34-ciclina que ir atuar na transcrio gnica e faz com que ela sintetize toda maquinaria necessria a duplicao de DNA. Entre as protenas sintetizadas temos a DNA polimerase que faz a sntese da fita complementar de DNA, protenas regulatrias, helicases, protenas ligadoras de fita...

Retomando: no final da fase G1 num ponto chamado Start h formao de ciclina que ir se juntar a protena quinase p34 formando o complexo p34ciclina que ir fosforilar protenas alvo nucleares que modulam a transcrio gnica induzindo a formao de por exemplo: DNA polimerase (responsvel pela duplicao do DNA), a ssb ( protena ligadora de fitas simples do DNA), helicases, protenas ligadoras de origem de replicao e assim por diante. A DNA polimerase iria separar as fitas de DNA em duas fitas simples e assim a ssb promoveria a ligao dessas fitas simples com nucleotdeos formando duas fitas duplas. Alm dessas protenas regulatrias, h a induo da formao de protenas estruturais para a formao da lamina nuclear. Ainda no h o mapeamento de todas protenas que sinalizam esse estimlo da diviso do DNA.

2) Ento na fase S ocorre a duplicao da fita de DNA. A palavra cromossomo em Biologia utilizada para designar duas estruturas completamente diferentes: o interfsico e o mittico. O interfsico representado pelas 2 fitas de DNA mais as protenas asssociadas, a fita simples seria a cromtide ou o cromossomo n . Ns possumos 4618R.S.N.Lima


cromossomos n, 23 de origem paterna e 23 de origem materna. O cromossomo mittico formado por uma estrutura em forma de X, onde h duas fitas de DNA unidas pelo centrmero. Nesse caso temos 46 cromossomos e 92 cromtides. As duas fitas so exatamente iguais e herdadadas de um nico genitor. Durante esse breve perodo nossa clula fica tetraplide, ou seja, fica com quatro cpias de um mesmo tipo de cromossomo. Na mitose ser dividida em 46 cromossomos para cada clula.

3) Ao terminar a sntese de DNA, a clula entra automaticamente na fase chamada G2, uma fase de verificao para verificar se a clula atende a todos pr requisitos para diviso. Se todos pr requisitos foram atendidos, novamente entra em ao o complexo p34-ciclina diferente do anterior que ir promover o processo de mitose qie envolve dois processos distintos: separao dos cromossomos para plos opostos da clula e diviso da clula (citocinese).

4) A fase seguinte a fase M, com durao bastante curta em relao as outras etapas do ciclo celular e em alguns organismos pode demorar 30 min, e em outros 2 horas. Duas modificaes interessantes entre essa fase e a intrfase so: o citosqueleto, que na intrfase se espalha homogeneamente pela clula e na mitose reestruturado para formar o fuso mittico para poder mover os cromossomos para polos opostos da clula; outra modificao ser dentro do ncleo com a condensao dos cromossomos e dissoluo do ncleo com a formao de uma placa equatorial de cromossomos. Fases da Mitose

A mitose dividida em prfase, prmetafase, metafase, anafase (A e B), telfase e citocinese ou citodierse. A mitose tem como funo segregar o material gentico de modo que as duas clulas-filha formada tenham o material gentico igual ao da clula-me e separar os citoplasmas para essa gerao.

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1) Na Prfase tem-se o incio da condensao dos cromossomos, o incio da

migrao dos pares de centrolos para plos opostos, o incio da rupontoura do envoltrio nuclear e o desaparecimento do nuclolo. O tamanho de um cromossomo humano de 1 metro e 85 esticado por isso ele precisa ser condensado para facilitar o transporte pelo fuso mittico, assim fica mais fcil o separar o material gentico corretamente pelos dois plos da clula. Consequentemente h o desaparecimento dos nuclolos por serem eles formados pela reunio das regies organizadoras num local que com a condensao dos cromossomos no fica mais acessvel. O envoltrio nuclear destrudo para permitir o contato entre os cromossomos e o citoplasma onde se encontra o fuso mittico que se prende no cromossomo numa regio chamada cinetcoro. A migrao dos centrolos se d aps sua duplicao, indo para dois plos da clula formando o fuso mittico.

2) Na fase seguinte, a Prmetafase , temos a continuao dos processos que

ocorreram durante a Prfase. Teremos, por exemplo, a rupontoura completa do envoltrio nuclear, a ligao das fibras do fuso mittico ao cinetcoro dos cromossomos e aps essa ligao, teremos a migrao desses

cromossomos ao equador da clula.

Antes de continuarmos daremos uma olhada na estrutura do fuso mittico. O fuso mittico uma montagem de microtbulos organizada pelos centrossomas (centrolos + centrosfera) da clula. Durante a fase G2 o par de centrolos duplicado e comeam a migras para os plos da clula durante a prfase. Os centrossomas so formados formados desse par de centrolos dispostos perpendicularmente mais a centrosfera, uma matriz protica que contm uma protena chamada gama tubulina principal responsvel pela polimerizao dos microtbulos sempre com a

extremidade - voltada para o centrossoma e a extremidadde + voltada para o lado oposto. A partir dos dois centrossomas (um em cada plo da clula ) formado o fuso mittico, composto basicamente de microtubulos. A partir desses centrossomas temos 3 tipos de microtubulos. Os primeiros seriam os astrais, que tm como funo ancorar o fuso mittico a membrana citoplasmtica para assim poderem tracionar os cromossomos,20R.S.N.Lima


primeiro para o equador depois para plos opostos da clula. Os outros dois tipos de microtbulos participam ativamente da movimentao dos cromossomos, eles so os microtbulos livres e os microtbulos ligados aos cinetcoros. Os microtbulos livres partem do centrossoma em direo ao outro centrossoma e termina numa regio mediana onde forma

interdigitaes com os microtbulos livres partindo do outro lado do fuso mittico. Nessa regio central, existe uma matriz protica que forma ligaes cruzadas entre um microtbulo e outro e provavelmente alguma dessas protenas da matriz so protenas motoras que tm como funo deslizar um microtbulo sobre o outro, essa movimentao ocorre durante a Anfase B. J os microtbulos ligados ao cinetcoro, partem do centrossoma e se ligam numa regio de constrio primria do cromossomo onde est presente o centrmero e o cinetcoro, uma placa protica onde se fixa os microtbulos no cromossomo. Esse ltimo tipo de microtbulo importante para posicinar os cromossomos no equador celular (entre a prfase e a metfase) e ajudar na trao para os plos opostos da clula ( durante a Anfase A). No final da prmetfase os cromossomos esto presos ao fuso mittico mas espalhados aleatoriamente, ou seja, h a necessidade deles se alinharem no equador celular. Esse alinhamento se d pelos microtubulos associados ao cinetcoro mais as protenas motoras. As protenas motoras tracionam os cromossomos da extremidade + para a extremidade - , alinhando-as no equador celular. S que as protenas motoras associadas aos microtubulos so proporcionais ao tamanho dos microtbulos. Ento se tivermos de um lado do cromossomo um microtubulo de tamanho 3x maior do que do outro lado, o cromossomo se movimentar em direo ao maior lado atravs de despolimerizao do lado maior e polimerizao do lado menor aumentando de tamanho at que os dois se igualem e nessa situao a quantidade de protenas motoras de um lado ser igual ao do outro, portanto a fora que puxa o cromossomo para um lado ser igual a fora que puxa para o outro lado. Assim o lado maior perde subunidades para o lado menor at que os dois se igualem. No equador, ele est sofrendo presso dos dois plos da clula.

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3) Na prxima fase, a Metfase, os cromossomos j esto estacionados no

equador da clula. Alm disso, na etapa final da Metfase h a quebra da regio central do cinetcoro permitindo o incio da migrao das cromtides, agora separadas, para plos opostos da clula. Isso ocorre porque no final dessa fase ocorre aumento da concentrao de Ca++ no citoplasma da clula e esse aumento leva a rupontoura de ligao entre uma cromtide (essas cromtides estavam unidas pelo centrmero ) e outra. Com essa desligao uma cromtide pode ir para um plo da clula e a outra para o polo oposto. A rupontoura ocorre por uma protena regulatria chamada calmodulina que s ativa em altas concentraes de clcio no citoplasma. Essa calmodulina interage com o complexo proteico do cinetcoro ( que tem o centrmero como centro) liberando as duas cromtides.

4) Com a separao das cromtides, inicia-se a Anfase caracterizada pela

migrao dos cromossomos ( agora s com uma cromtide ) para plos opostos da clula. Ela pode ser dividida em duas sub-fases Anfase A e B de acordo com os tipos de microfilamentos que participam. Na Anfase A h a participao predominante de microtbulos ligados ao cinetcoro, j na Anfase B h a predominncia de microtbulos livres. Na Anfase A os microtbulos ligados aos cinetcoros associados a protenas motoras vo se despolimerizando em direo ao centrossoma levando consigo o centrossoma. Essa despolimerizao, de acordo com uma hiptese, ocorre em funo do contato do microtbulo com o fundo do cinetcoro. J na Anfase B, observamos o afastamento maior dos cromossomos para os plos da clula, em funo do aumento do fuso mittico que ocorre devido ao deslizamento de um microtbulo livre atravs das protenas motoras sobre o outro empurrando os centrossomas para mais distante ainda e com isso teremos o aumento do fuso mittico e o afastamento do cromossomo para o plo da clula j que ele est ligado indiretamente ao centrossoma (via microtubulos ) que esto se afastando.

5) Com os cromossomos j segregados nos plos opostos da clula inicia-se a

Telfase, caracterizada pelo envoltrio nuclear, a descondensao dos

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cromossomos e formao do nuclolo. Isso tudo nos dois plos da clula, assim a clula fica temporariamente com dois ncleos. Na Citocinese haver formao do anel de constrio levando a ciso do citoplasma gerando duas clulas-filha independentes. Esse anel de constrio induzido a se formar pelos remanescentes dos microtbulos do fuso mittico, estrangulando o citoplasma para formar as duas clulas. Esse anel formado de protenas integradas a membrana mais uma combinao de protenas do citoesqueleto (actina e miosina, protenas motoras) promovendo a entrada da membrana para o interior da clula.

FENMENOS DE TRANSPORTE TRANSMEMBRANAA permeabilidade seletiva da membrana plasmtica resulta em um tipo especial de difuso denominado OSMOSE, o qual envolve o movimento de molculas do solvente (nesse caso a gua) atravs da membrana plasmtica. As molculas de gua passam livremente em ambas as direes, mas, como em todos os tipos de difuso, o movimento se d a favor de um gradiente de concentrao, ou seja, de onde as molculas esto mais concentradas para onde elas esto menos concentradas. A grande maioria das molculas que constituem os solutos de uma soluo no podem, no entanto, sofrer difuso. No caso da gua, dizemos que ela passa do meio HIPOTNICO (menos concentrado em soluto e mais concentrado em solvente) para o

HIPERTNICO (mais concentrado em soluto e menos concentrado em solvente). A membrana celular ou biolgica que envolve completamente as clulas corporais so constitudas quase que exclusivamente de protenas e lipdios. Essa membrana formada por dupla camada lipdica, com grandes nmeros de molculas de protenas flutuando na bicamada, e as vezes, atravessando toda a espessura da membrana. Os mecanismos que as substncias utilizam para deslocarem pela membrana e a estratgia que a membrana utiliza para normalizar essas concentraes recebem dois nomes: TRANSPORTE PASSIVO e TRANSPORTE ATIVO. TRANSPORTE PASSIVO ou DIFUSO23R.S.N.Lima


Todas as molculas e ons dos lquidos corporais esto em movimento constante, no qual cada molcula possui seu movimento particular. denominado de difuso esse movimento contnuo das molculas entre si, nos lquidos e nos gases. A grande caracterstica da Difuso o sentido da direo do movimento das molculas, o movimento sempre ser do meio mais concentrado para o meio menos concentrado, isto , a difuso sempre favor do seu gradiente de concentrao, ou eletroqumico ou de presso. Sendo, portanto, SEM GASTO DE ENERGIA. Existem 4 tipos diferentes de difuso: simples, por carreadores, por canal protico e osmose. A. Difuso Simples Algumas substncias tm a capacidade de difundirem-se pela poro lipdica da membrana celular sem a necessidade de qualquer meio de transporte. Essas substncias simplesmente atravessam a camada lipdica, so elas: oxignio (O2), dixido de carbono (CO2), cidos graxos (gordura) e lcool. Assim sendo, essas substncias apresentam uma caracterstica importante: alta solubilidade em lipdios. B. Difuso Facilitada ou por Carreadores A difuso facilitada se faz por meio de uma protena carreadora que transporta as substncias Glicose e Aminocido (AMINOCIDO).O mecanismo funciona da seguinte maneira: o carreador est situado na membrana celular e apresenta em sua estrutura um ponto de fixao (binding site) que possui afinidade ou a glicose ou Aminocido. Sendo assim, a molcula a ser transportada une-se ao ponto de fixao, ao faze-lo, altera a estrutura do carreador que a desloca para dentro clula. Aps, esse transporte, a molcula transporta se solta, a alterao estrutural do carreador se desfaz e reinicia o processo. Vale ressaltar que, no h gasto de energia e tanto a glicose quanto os Aminocidos so transportados sempre do meio mais concentrado para o menos. Um detalhe importante que o carreador da glicose no possui afinidade aos Aminocidos e vice-versa, portanto, cada molcula possui seu prprio meio de transporte.

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C. Difuso pelos Canais Proticos Alm de formar carreadores, as protenas que constituem a membrana celular podem formar canais denominados de canais proticos. Esses canais so um conjunto de molculas de protenas que possibilitam um canal (um tnel) pela membrana, permitindo o transporte de determinadas molculas. Os canais possuem uma caracterstica importante, a permeabilidade seletiva. As prprias formas, dimetro e natureza das cargas eltricas ao longo da superfcie dos canais possibilitam esse fenmeno. O canal do sdio possui dimetro ideal para o on e a superfcie interna deste canal revestida de cargas eltricas negativas. Essa carga negativa atrai o on e juntamente com o seu dimetro, possibilita a difuso do mesmo. D. Osmose

Osmose a difuso da molcula de gua pela membrana celular. A gua, por ser o solvente universal difunde pela membrana sem necessitar de qualquer canal ou carreador, e em um velocidade muito grande. Assim denomina-se movimento efetivo, a diferena entre a difuso para o meio interno em relao ao meio externo. E. Fatores que influenciam a cintica da Difuso Alguns fatores podem alterar a cintica da difuso, tornando-a mais lenta ou acelerando-a. Para entender melhor, observe a frmula que se segue. A diferena de concentrao (ou simplesmente o uso de [ ]), a diferena na quantidade de qualquer substncia entre dois meios (podendo ser meio intra ou extra celulares). rea de seco reta, o espao pelo qual ocorrer a difuso (seria o tamanho "porta" pelo qual ocorrer a difuso). A difuso ser maior em ambientes quentes, locais com temperaturas elevadas aceleram o movimento das molculas.A distncia corresponde o percurso que a molcula ir percorrer para difundir, isto , a distncia entre os dois meios. E o peso molecular refere-se ao prprio peso da molcula, molculas muito pesadas dificultam o seu transporte. Assim sendo, a diferena de [ ], rea de25R.S.N.Lima


seco reta e temperatura so diretamente proporcionais, isto , esses fatores aumentando, aceleram a difuso. Os demais, distncia e peso molecular so inversamente proporcional, e portanto, a diminuem.

TRANSPORTE ATIVO Estudando difuso podemos concluir que no possvel uma molcula difundir contra o seu gradiente. No entanto, ocorrem determinadas situaes nos quais uma determinada substncia difunde-se contra seu gradiente, por exemplo: uma substncia em [ ] reduzida no lquido extracelular e mesmo assim, h necessidade de [ ] elevada no meio intracelular. Ou ainda, substncia que difunde para o meio intracelular e h necessidade de sua remoo, mesmo que apresente reduzida [ ] no meio intracelular em relao ao extracelular.Esse transporte de substncia contra seu gradiente denomina-se de TRANSPORTE ATIVO. Podemos caracteriz-lo como um transporte que GASTA ENERGIA e utiliza CARREADORES. Como ocorre na difuso facilitada, as protenas carreadoras se estendem por toda a espessura da membrana e nesse caso, transporte a substncia contra o gradiente com o uso de energia.

A. Bomba de Sdio e Potssio As concentraes de Na+ e K+ so diferentes entre os meios, e assim sendo, tendem a difundir atravs dos canais proticos para dentro e fora da clula, respectivamente. Caso ocorra, a homeostase da clula se perde. Para que no ocorra essa perda da homeostase, a clula utiliza de um transporte ativo denominado de bomba de Na+ e K+ . A intensidade dessa bomba suficiente para retornar as concentraes aos valores ideais.Sendo um meio de transporte, a bomba de Na+ e K+ possui duas protenas carreadoras, a menor sem funo conhecida e a maior, apresenta 3 stios especficos. 1. A parte voltada para o meio interno da clula possui um stio com afinidade a 3 ons Na+,

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2. A parte voltada para o meio exterior da clula possui um stio com afinidade a 2 ons K+ 3. A parte prxima ao stio de afinidade ao Na+ apresenta atividade energtica (ATPase). Quando na poro interna da protena fixarem 3 Na+ e na poro externa 2 K+, esse ons so transportados para o meio externo e meio interno, respectivamente. Aps o transporte, utiliza-se energia da molcula do ATP para ativar a protena para no transporte. B. Bomba de Clcio O on clcio muito importante para o mecanismo de contrao muscular, tanto esqueltica quanto miocrdica. No corao a [Ca++] no meio intra celular insuficiente para promover a contrao do corao, e elevada no meio externo. Assim sendo, o Ca++ difunde-se para o meio interno. Porm, ainda assim, insuficiente. Dentro do citoplasma da clula, existe uma organela denominada de retculo sarcoplasmtico que rico em Ca++, que tambm, permitir a difuso desse on para o citoplasma. Com o Ca++ do meio extracelular mais o Ca++ do retculo, a [ ] desse on suficiente para promover a contrao do corao.Aps a contrao, o on Ca++ dever retorna aos seus respectivos locais de origem, entrando em o transporte ativo do Ca++. A bomba de Ca++ apresenta caractersticas importantes: 1. a bomba de Ca++ encontrada em 2 locais, nas membranas celulares e nas membranas do retculo sarcoplasmtico (mitocndrias); 2. sua funo s transportar Ca++ do meio intra para dentro do retculo (e mitocndrias) e para o meio extra. TRANSPORTE ATIVOS SECUNDRIOS So denominados de transportes ativos secundrios, 3 mecanismos que no apresentam as mesmas caractersticas das bombas e das difuses anteriores. A. Co-transporte de Sdio com Glicose ou Aminocidos

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Nas clulas intestinais a glicose e os aminocidos (Aminocidos, estruturas que iro formar as protenas) so absorvidas do bolo alimentar por meio de uma protena carreadora que utiliza o transporte do sdio. A energia para esse transporte no vem do ATP, mas sim da diferena do gradiente de concentrao desse on entre os meios. A protena transportadora est localizada na membrana da parede do intestino e apresenta dois stios de fixao. Sendo um deles para o Na+ e o segundo para a glicose ou para o Aminocidos. Para o transporte da glicose ou Aminocidos, se um on Na+ fixar em seu stio. Assim sendo, somente h transporte se obrigatoriamente tiver um on Na+ fixado no carreador. B. Contra-transporte ou antiporte Esse transporte muito comum nos rins, onde o organismo necessita excretar hidrognio (H+) para formar a urina e no alterar o pH. O mecanismo desse transporte funciona da seguinte maneira, o movimento de uma substncia em uma direo fornece energia para o movimento acoplado de uma segunda na direooposta. O contra-transporte muito comum, quando excretado o H+ e absorvido o Na+. C. Transporte Dependente Ocorre tambm nos rins, sem alterar as cargas eltricas, realizado quando os rins absorvem o Na+ junto com o cloro (Cl-).

CONSIDERAES SOBRE A CONTRAO MUSCULARA necessidade de energia deve-se a trs funes bsicas do organismo:

PRODUO E TRANSPORTE DE MATERIAL BIOLGICO, MANTER A TEMPERATURA E CONTRAO MUSCULAR

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A energia obtida atravs dos alimentos (glicose, gordura e protenas) que so ingeridas e que fazem parte da dieta normal. Mas, esta energia no pode ser obtida diretamente destes alimentos que so ingeridos. Assim h necessidade de se existir uma molcula energtica entre a energia contida nos alimentos e a utilizada pelas clulas. Nas clulas so encontradas estas molculas, que so denominadas de ATP ou TRIFOSFATO DE ADENOSINA. Molcula esta, descoberta no final da segunda dcada deste sculo.

Trifosfato de adenosina ou ATP

Descoberto quase que simultaneamente por Karl Lohmann (Alemanha) e Cyrus Fiske e Yellapragada Subbarw (EUA) em 1929 quando estudavam extratos de msculos esquelticos. Inicialmente acreditava ser encontrado apenas ns msculos e estivesse relacionado na atividade muscular. Mas em 1941, Fritz Lipmann postulou o conceito unificador de ser o ATP o transportador de energia universal das clulas. Basicamente, o ATP constitudo por um nucleotdeo (a adenosina e uma ribose), formando a adenosina que se encontra ligada a trs molculas de fosfato (ligaes de alta energia). Da o nome de fosfato de adenosina. Estudos recentes afirmam que o ATP est localizado no ncleo e em outras organelas clulas, e no somente no citoplasma celular.As ligaes entre os dois grupos terminais representam as denominadas ligaes de alta energia. Quando desfeita (degradao ou hidrlise) uma dessas ligaes de fosfato, isto , quando removida do restante da molcula, so liberadas 12 Kcal de energia. Aps esta liberao ocorre a formao de adenosina difosfato (ADP) mais fosfato inorgnico (Pi). Essa energia liberada durante a degradao ou hidrlise de ATP e representa a fonte imediata de energia que pode ser usada pela clula muscular para realizar o seu trabalho. Ainda possvel, em certas condies, uma segunda clivagem do ADP com formao do monofosfato de adenosina (AMP) e fosfato inorgnico e liberao de 7 a 12 Kcal de energia. A hidrlise do AMP, com formao de adenosina e fosfato inorgnico, a liberao de energia menor que nas ligaes anteriores (3,4Kcal). Hidrlise ou degradao do ATP

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Degradao definida por ser converso de um composto orgnico complexo em um composto menor (mais simples). Isto , converso dos nutrientes (glicose, gordura e protenas) e ATP em um composto menor (retira-se energia). A degradao ocorre com a unio desta molcula com a gua num processo denominado de hidrlise, reao catalisada pela enzima

TRIFOSFATASE DE ADENOSINA ou simplesmente ATPase. A ligao de fosfato mais externa desfeita e libera-se energia e forma-se ADP. A energia liberada pela degradao ou hidrlise do ATP utilizada para a produo e transporte de material biolgico, manter a temperatura e contrao muscular. A hidrlise do ATP se processa com ou sem disponibilidade de oxignio. Essa uma reao imediata, ANAERBIA, e que libera energia. A capacidade da clula em hidrolisar o ATP permite gerar energia para uso imediato, isto no ocorreria se sempre fosse necessrio oxignio para o metabolismo energtico. Ressntese do ATP

Ressntese definida por ser a formao de um composto completo atravs de elementos de um composto mais simples. Isto , a formao da molcula de ATP atravs da energia provinda dos nutrientes. As concentraes mdias de ATP dentro do organismo em qualquer momento so cerca de 85g no corpo todo. Assim sendo, durante o exerccio de um esforo muscular mximo, o aporte energtico suficiente por apenas poucos segundos de processo contrtil. A quantidade de ATP em atletas suficiente para manter a potncia muscular mxima por apenas 5 a 8 segundos. Estudos tm demostrado, no entanto, que mesmo em atividades musculares intensas, a reduo na concentrao de ATP intracelular discreta. Alm disto, o ATP no pode ser fornecido atravs do sangue nem a partir de outros tecidos.

O que possibilita a degradao COMPLETA da glicose e seu uso em atividade fsica de BAIXA INTENSIDADE E LONGA DURAO ? Repouso e exerccios

A. Repouso30R.S.N.Lima


Durante repouso 2/3 dos nutrientes utilizados para a ressntese de ATP provm da gordura e o 1/3 restante pelos carboidratos. A contribuio das protenas muito pequena. Entre os processos, o aerbio o predominante. Isto comprovado porque nossos sistemas de captao e transporte de oxignio (sistema cardiorrespiratrio) so capazes de fornecer a cada clula oxignio suficiente. O motivo da produo de cido lctico se deve a presena da enzima desidrogenase lctica nas clulas. Esta enzima catalisa a reao de transformao do cido pirvico em cido lctico. Mas o nvel de cido lctico permanece constante e no se acumula.

B. Exerccio

Todos os 3 processos contribuem com a ressntese do ATP, mas a predominncia depender dos seguintes fatores: tipo de exerccio realizado, estado ou nvel de treinamento e dieta do atleta.

B.1.Exerccios de curta durao

So exerccios realizados em curtos perodos de tempo, mas que exigem esforos mximos. Estes exerccios incluem: 100, 200, 400 e 800m ou qualquer exerccio que o tempo s possa ser mantido por 2 ou 3 minutos.O processo predominante o anaerbio. O principal nutriente a glicose. A gordura e protenas so participantes, mas sua participao so

negligenciveis. Os nveis de CP chegaro a valores muito baixos e continuaro baixos at o encerramento do exerccio. Mas, aps o trmino, cerca de 70% de todo a CP utilizada ser reposta em 30 segundo e 100% em cerca de 3 minutos. Com o predomnio do processo anaerbio, ocorre acmulo de cido lctico. Para que possa continuar o exerccio, haver necessidade de diminuir a intensidade do mesmo ou at par-lo. O nvel de cido lctico no sangue um importante indicador de qual processo predominante durante o exerccio.

B.2. Exerccios prolongados31R.S.N.Lima


So exerccios que podem ser realizados por longos perodos de tempo, mas com uma intensidade baixa. Entende-se por perodos longos, acima de 3 minutos. Os nutriente utilizados so glicose, gordura e protenas. Mas o predomnio destes depender da durao. Em atividades fsicas com durao de 20 minutos, a glicose representar a fonte de nutriente dominante, enquanto a gordura desempenhar um papel secundrio. O nvel de cido lctico ser alto, porm no mximo. Para atividades fsicas com durao de 1 hora, os depsitos de glicognio muscular comeam a mostrar redues e as gorduras passam a ser a principal fonte de ressntese do ATP. Esta proporo variar de atleta para atleta devido ou ao seu estado de treinamento, ou a proporo da fibra muscular ou ainda, reservas iniciais de glicognio. O principal fornecedor de energia para a ressntese do ATP o processo aerbio, os processos anaerbios s contribuem no inicio do exerccio. Os nveis de cido lctico so mantidos e no alcanam nveis muito altos durante o exerccio aerbio.

A fadiga muscular ocorrida pelos atletas devida a:

-

baixo nvel de glicose sangnea;

-

depleo das reservas de glicognio muscular (fadiga muscular localizada);

- perda de H2O e eletrlitos (resultando aumento de temperatura corporal); e enfado e abatimento fsico sofrido pelo corpo.

Bases Biolgicas e Fisiolgicas da Contrao Muscular

O msculo pode ser comparado a uma mquina que transforma energia qumica em trabalho, produzindo calor. Quando em atividade, pode alterar sua tenso e seu comprimento. As propriedades fisiolgicas dos msculos so diferentes nos diferentes estados: relaxamento, incio da contrao, contrao32R.S.N.Lima


propriamente dita e retorno ao relaxamento. A fora exercida pelo msculo na contrao medida pela unidade de tenso (P), que permite a correo para o tamanho do msculo (medida pela rea de maior seco transversal do msculo em questo). O tamanho do msculo expresso como uma frao do comprimento do msculo em que ele capaz de exercer maior tenso isomtrica (lo). Um msculo relaxado pode ser estendido at certo comprimento, quando ento oferece resistncia ao aumento do comprimento. Esta resistncia caracteriza a existncia de um componente elstico no msculo em repouso. No entanto, quando um msculo estimulado tetanicamente no se permitindo a mudana de comprimento (contrao isomtrica), observa-se a situao de tenso mxima. A tenso varia muito conforme o estado do msculo (relaxado, pouco contrado, muito contrado, contrao mxima). No caso de um msculo contrado ao mximo, a velocidade de contrao zero [peso infinito]. Quando diminuimos o peso aplicado ao msculo, existir um peso no qual a velocidade de contrao pode ser observada (mas ainda mnima e constante).

Se o peso for diminudo gradativamente (diminuindo assim a tenso exercida pelo msculo), a velocidade de contrao ir aumentando proporcionalmente (peso prximo de zero implica em velocidade de contrao mxima). Contrao isotnica: aquela em que a velocidade diferente de zero e a tenso constante. A produo de calor por um msculo em contrao isotnica proporcional mudana de comprimento do msculo e no depende da velocidade de contrao ou do peso que foi levantado. Nas contraes isomricas, onde no h alterao do comprimento do msculo, existe a liberao de calor de manuteno. Esta quantidade de calor proporcional ao tamanho do msculo e corresponde energia necessria para manter a tenso.Quando parte de um msculo est envolvido na manuteno da tenso, esta parte no estaria necessariamente impedida de participar na gerao de calor.

MSCULO RELAXADO: O ATP responsvel pelo fornecimento de energia para a contrao muscular. Miofibrilas isoladas podem ser contradas e observadas no microscpio comum na presena de ATP. Durante a contrao33R.S.N.Lima


a banda I diminui de comprimento e a banda A permanece com aproximadamente o mesmo comprimento. As bandas Z se aproximam.Na ausncia de ATP, a actina e a miosina permanecem ligadas. Na presena de ATP ocorre hidrlise da juno [ponte] miosina/actina, a energia liberada por esta hidrlise faz com que um filamento se desloque sobre o outro. MSCULO RELAXADO: Este modelo, chamado "filamentos deslizantes", prope que o msculo se contraia atravs do deslizamento de dois filamentos um sobre o outro, sem que nenhum dos dois altere sua estrutura, composio qumica ou comprimento.

Na contrao muscular isotnica observa-se uma diminuio no comprimento do sarcmero e os filamentos tendem a se encontrar no centro da banda H. Neste ponto, existe tenso mxima e no h como deslizar mais os filamentos, atingindo uma situao isomtrica. No caso da contrao isomtrica [tetnica], onde no observa diminuio do comprimento do msculo, a energia liberada pelo ATP no pode ser transformada em trabalho devido incapacidade de deslizar mais os filamentos sobre os outros e h produo de calor mas, no de trabalho. A tenso seria ento determinada pelas pontes. A quantidade de ATP hidrolisada proporcional reciclagem das pontes. Quando a contrao realizada com alta velocidade e baixa tenso, a reciclagem de pontes alta e mais quantidade de ATP necessria. medida que a velocidade diminui, a reciclagem de pontes mais lenta e menos ATP consumido, mesmo que a tenso seja aumentada.

Miosina:

A miosina uma molcula longa com uma cauda e duas cabeas. As cabeas podem se mover em relao a si mesmas e em relao cauda. Miosina pode ser separada por enzimas proteolticas em dois pontos diferentes. Se tratada com tripsina, a miosina dividida em meromiosina pesada [fragmento que retm a atividade ATPsica] e meromiosina leve [que no possui atividade enzimtica]. Meromiosina pesada solvel em baixas concentraes de sal enquanto o fragmento meromiosina leve s solvel em34R.S.N.Lima


concentraes salinas bastante altas. Para estudo dos polipeptdeos que compem a estrutura quaternria da miosina, basta romper as pontes dissulfeto e proceder a eletroforese para separao por peso molecular. Existem duas cadeias pesadas na cauda e dois ou trs pares de cadeias leves nas cabeas. As cadeias leves estariam relacionadas atividade ATPsica. O peso molecular e o nmero destas cadeias leves variam de acordo com o msculo estudado e o tipo de fibras [rpidas ou lentas]. Magnsio o nico ction com efeito acelerador da atividade ATPsica da miosina. O substrato realmente hidrolisado pela miosina parece ser Mg-ATP. A actina estimula de forma significativa a hidrlise de ATP, e in vivo, a interao destas duas protenas deve ser o fenmeno responsvel pela hidrlise do ATP durante uma contrao.

Actina:

A actina uma protena globular com uma nica cadeia polipeptdica e peso molecular de 45KD. No estado monomrico (actina-G), possui uma molcula de ATP e uma de clcio incorporadas em sua estrutura. Em soluo de alta fora inica, a actina se polimerizar, ficando filamentosa com uma dupla fileira de monmeros enrolados sobre si mesmos. Na passagem da forma monomrica para a forma filamentosa, o ATP hidrolisado. Actina/Miosina: se colocadas juntas numa soluo, com o passar do tempo a soluo se torna mais viscosa [formao de complexos actina/miosina] e h aumento de fosfato livre s custas da diminuio de ATP. O ADP formado estvel. A queda de ATP mantm as molculas de actina e miosina juntas e colocao de novo ATP na soluo diminui sua viscosidade. Durante a contrao e distenso de uma clula muscular no ocorre um deslizamento livre sobre os dois tipos de filamentos. No relaxamento, uma lenta hidrlise de ATP ocorre e mantem uma certa tenso entre os filamentos. Com a constante regenerao de ATP, no se observa um estado de inextensibilidade das fibras musculares, a no ser nos casos de rigor mortis, onde no existe novo influxo de ATP para o complexo. A concentrao de ATP se mantm constante devido regenerao a partir de ADP e fosfocreatina, reao catalisada pela35R.S.N.Lima


creatinoquinase. Uma fibra em contrao isomtrica em um dado comprimento, responde com mudana de seu comprimento em alguns milisegundos, e se estabiliza na nova situao. A alterao por que passa a tenso nesse tempo chamada de um transiente. No transiente observa-se que a tenso varia de forma linear com a mudana de comprimento, at atingir um plat.

Regulao da contrao muscular:

Em 1947 foi demonstrado que a injeo de pequenas quantidades de Ca++ numa fibra muscular desencadeava contrao no s no local mas, propagada por grande parte da fibra. Devido ao curto tempo que se observa entre a despolarizao da membrana plasmtica e a contrao muscular, concluiu-se que no se tratava de um simples processo de despolarizao e difuso de ons pela membrana. A membrana plasmtica das fibras musculares composta por um tubo cercado por duas vesculas de retculo endoplasmtico liso e que circunda toda as miofibrilas. O estmulo eltrico levado ao interior da fibra muscular atravs dos tbulos e as bolsas de Ca++ encontradas no interior do retculo esto to prximas da unidade contrtil que o espao de tempo necessrio entre o estmulo e a contrao pode ser explicado desta forma. Terminada a onda de

despolarizao, o clcio ativamente rebombeado para dentro do retculo e o msculo relaxa.

transmisso sinptica gera despolarizao levada ao interior da fibra pelos tbulos em T; liberao de calcio armazenado no interior de vesculas; clcio + TN-C = alterao conformacional da troponina; deslocamento da tropomiosina = libera os stios de ligao actina/miosina; bomba de clcio retorna o clcio para o retculo sarcoplasmtico (uso de ATP); TN-C perde o calcio = troponina e tropomiosina retornam ao estado anterior.

36R.S.N.Lima


ACETIL-COLINA: IMPORTNCIAA acetilcolina (ACh) um neurotransmissor que funciona como propagador do impulso nervoso nas fendas sinpticas. Os receptores neuronais de acetilcolina (nACHRs) esto distribudos no sistema nervosos central e perifrico onde funcionam tanto pr quanto ps sinapticamente como canais inicos abertos por ligantes. Os receptores de acetilcolina so divididos em duas classes: Uma primeira inibida por agonistas nicotnicos e uma segunda insensvel a estes agonistas e a alfa neurotoxinas. Quando a ACh liberada pelos neurnios de placa motora estimulam clulas musculares esquelticas. Receptores na fibra muscular reconhecem a ACh como um sinal para contrao. Muitos animais como serpentes venenosas e o baiacu (um peixe venenoso) produzem toxinas que causam paralisia por bloquear os receptores de ACh. H tambm uma doena denominada Miastenia gravis que envolve os receptores de ACh, pacientes com esta doena produzem anticorpos contra os receptores que se ligam a ele impedindo que recebam os sinais para contrao, como resultado os msculos no contraem. O tratamento envolve a administrao de drogas que causam uma liberao de ACh pelos terminais nervosos maiores que o normal.

Precursores:Colina e Acetil-CoA Enzima:Colina Acetil Transferase Enzima:Acetilcolinesterase Metablitos: Colina e acetato A chegada de um impulso nervoso promove a exportao sincrnica do contedo de cerca de 300 vesculas de acetilcolina elevando a concentrao desta na fenda sinptica de 10nM para 500 microM em menos de 1 milisegundo. A ligao da acetilcolina membrana ps-sinptica aumenta a corrente de entrada dos ons sdio e diminui a de sada dos ons potssio o que eleva a despolarizao da membrana ps-sinaptica e dispara o potencial de ao. O receptor possui 5 subunidades em alfa hlice distribudos simetricamente em torno do poro: 2 alfa,1 beta, 1 gamae 1 delta. As37R.S.N.Lima


subunidades alfa possuem o sitio para ligao da acetilcolina. A ligao de duas molculas de acetilcolina abrem transitoriamente o poro o que ocorre em aproximadamente 1000 microsegundos. O canal permanece aberto por cerca de 1 milisegundo pois a acetilcolina hidrolisada pela acetilcolinesterase que se encontra ancorada na membrana ps-sinaptica por um grupamento glicolipdico unido covalentemente. A acetilcolinesterase atingiu a perfeio cintica o que permite que potenciais de ao possam ser transmitidos com alta freqncia. Organofosforados (inseticidas agrcolas, gases neurotxicos para fins militares) inibem a acetilcolinesterase por formarem complexos covalentes fosforilenzima muito estveis. A forma aberta do canal nunca foi visualizada por ocorre em espaos muito curtos de tempo.

Captulo 4 INFORMAO HEREDITRIAOs cidos Nuclicos so as molculas com a funo de armazenamento e expresso da informao gentica.o

Existem basicamente 2 tipos de cidos nuclicos: 1. O cido Desoxirribonuclico - DNA 2. O cido Ribonuclico - RNA

o

Os cidos nuclicos so macromolculas formadas pela ligao tipo fosfodister entre 5 nucleotdeos diferentes, suas unidades fundamentais.

Os Nucleotdeos:38R.S.N.Lima


o

So as unidades fundamentais dos cidos nuclicos. Ligam-se uns aos outros atravs de ligaes fosfodister, formando cadeias muito longas com milhes de resduos de comprimento. Alm de participarem da estrutura dos cidos nuclicos, os nucleotdeos atuam tambm como componentes na estrutura de coenzimas importantes no metabolismo oxidativo da clula, e como forma de energia qumica - ATP, por exemplo. Atuam ainda como ativadores e inibidores importantes em vrias vias do metabolismo intermedirio da clula.

Os nucleotdeos so molculas formadas por: Uma pentose, Uma base nitrogenada e Um ou mais radicais fosfato As Bases Nitrogenadas: Pertencem a 2 famlias e compostos, e so 5 no total: 1. Bases Pricas, Guanina 2. Bases Pirimdicas, ou Pirimidinas: Citosina, Timina Uracila Tanto o DNA como o RNA possuem as mesmas bases pricas, e a citosina como base pirimdica. A timina existe apenas no DNA, e no RNA, substituda pela uracila - que possui um grupo metil a menos. Em alguns tipos de DNA virais e no RNA de transferncia podem aparecer bases incomuns As Pentoses: ou Purinas: Adenina e

A adio de uma pentose a uma base nitrogenada produz um nucleosdeo. Os nucleosdeos de A, C, G, T e U so denominados, respectivamente, Adenosina, Citosina, Guanosina, Timidina e Uridina. Se o acar em questo a RIBOSE, temos um ribonucleosdeo, caracterstico do RNA. Se o acar a desoxirribose - 1 hidroxila a menos em C2 - temos um desoxirribonucleosdeo, caracterstico do DNA. A ligao com a base nitrogenada ocorre sempre atravs da hidroxila do carbono anomrico da pentose.

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O Fosfato:

A adio de um ou mais radicais fosfato pentose, atravs de ligao tipo ster com a hidroxila do carbono 5 da mesma, d origem aos Nucleotdeos. Os grupos fosfato so responsveis pelas cargas negativas dos nucleotdeos e dos cidos nuclicos. A adio do segundo ou terceiro grupo fosfato ocorre em seqncia, dando origem aos nucleotdeos di e trifosfatados.

O DNA:

Est presente no ncleo das clulas eucariticas, nas mitocndrias e nos cloroplastos, e no citosol das clulas procariticas. Nas clulas germinativas e no ovo fertilizado, dirige todo o desenvolvimento do organismo, a partir da informao contida em sua estrutura. duplicado cada vez que a clula somtica se divide.

O RNA:

Atua como uma espcie de "cpia de trabalho", criada a partir do molde de DNA e utilizada na expresso da informao gentica. A sntese de uma molcula de RNA a partir de um molde de DNA chama-se "TRANSCRIO". Nesta transcrio, modificaes podem ocorrer sobre a molcula de RNA transcrita, convertendo-a de uma cpia fiel em uma cpia funcional do DNA.

COMO AS PROTENAS SO FORMADAS?A biossntese protica resultado do processo de traduo da informao contida no material gentico da clula; as protenas so, portanto, a expresso da informao gentica40R.S.N.Lima


Esta informao flui do DNA para o RNA (linguagem de 4 "letras") e deste para uma cadeia polipeptdica (linguagem de 20 "letras"), no considerado "dogma central" da bioqumica O processo de traduo requer um CDIGO GENTICO, atravs do qual a informao contida em uma seqncia de nucleotdeos de um cido nuclico expressa na forma de uma seqncia especfica de aminocidos de um peptdeo Uma alterao na seqncia original de nucleotdeos leva a uma alterao na seqncia de aminocidos, potencialmente causando uma doena - as vezes letal - no organismo. Estas "palavras" de 3 letras so denominadas CDONS, e so possveis 64 tipos diferentes de cdons. Os cdons so expressos na linguagem do RNA Mensageiro, sempre no sentido 5 - 3, e cada cdon pode ser traduzido em um aminocido especfico. 3 cdons sinalizam o trmino da seqncia

polipeptdica, e so ditos de encerramento: UGA , AUG e UAMINOCIDO O cdon AUG codifica a metionina e, em certas condies, a iniciao de uma cadeia polipeptdica, com a metionina como aminocido amino-terninal

Componentes Necessrios para a Traduoo

So vrios, entre eles:#

Os Aminocidos: Devem estar presentes todos os 20 aminocidos essenciais no momento da sntese, inclusive os

#

O RNA de Transferncia: So as molculas "bilnges" do processo, e esto ligadas de forma especfica aos aminocidos nas suas extremidades 3. Possuem o "ANTICDON", ou a seqncia bases complementar e antiparalela ao cdon do RNAm. Cada aminocido pode ser transportado por mais de uma molcula de RNAt. So

41R.S.N.Lima


em nmero de cerca de 50 RNAt no ser humano, para 61 cdons diferentes.#

A hiptese "wobble", ou de oscilao, tenta explicar como um RNAt pode reconhecer mais de um cdon; nesta hiptese, o pareamento da primeira base do anticdon (5) no necessariamente feita do modo tradicional. Assim, nesta posio, G pode parear com C ou U, e U com A ou G, por exemplo.

#

O RNA Mensageiro: Produzido a partir de um molde de DNA no ncleo da clula, vai ao citosol para ser traduzido em uma seqncia polipeptdica.

#

Ribossomos: So organelas formadas por uma complexa associao entre protenas e RNA Ribossmico,

localizadas no citosol na forma livre ou associadas ao retculo endoplasmtico, quando sintetizam protenas que sero "exportadas" da clula. So formados por 2 subunidades, uma maior e outra menor, cujas

caractersticas so expressas em termos de coeficientes de sedimentao, ou "S" (de Svedberg). O ribossomo eucaritico formado por uma subunidade 60S e outra 40S; o procaritico, por uma subunidade 50S e outra 30S.# #

Compem um ribossomo: RNAr " 3 molculas no procaritico, 4 molculas no eucaritico

#

Protenas ribossmicas " Desempenham vrias funes na traduo

#

Stios "A" e "P" " So stios de ligao para as molculas de RNAt, e estendem-se por ambas as subunidades:

#

Os stio "A" e "P" cobrem juntos dois cdons vizinhos

42R.S.N.Lima


Na traduo, o stio "A" - de aminoacil - ocupado pelo aminoacil-RNAt correspondente ao cdon posicionado, e especifica o prximo aminocido a ser adicionado cadeia peptdica em formao. O stio "P" - de peptidil - ocupado pelo peptidil-RNAt, ligado cadeia peptdica que est sendo sintetizada.#

Fatores Proticos:

So fatores de iniciao, elongamento e liberao da cadeia polipeptdica que est sendo sintetizada#

Fontes de Energia

A adio de cada aminocido cadeia polipeptdica que est sendo sintetizada utiliza 2 molculas de ATP e 2 de GTP como fonte de energia. Outras molculas de ATP e GTP so necessrias nos processos de iniciao e liberao da cadeia sintetizada

Etapas da Biossntese Protica: Ativao dos Aminocidos: Refere-se ligao dos aminocidos ao(s) seu(s) RNAt especfico(s). Esta ligao catalisada pelas AMINOACIL-RNAtSINTETASES, enzimas que reconhecem os aminocidos e seus RNAt especficos com grande especificidade. A reao ocorre em 2 etapas, e dependente de energia. Na primeira etapa, o aminocido liga-se ao AMP, obtido a partir da hidrlise do ATP e com liberao de Ppi. Na segunda etapa, o AMINOCIDO-AMP liga-se extremidade 3 do RNAt, liberando o AMP e energia.

Iniciao da Cadeia: Depende da presena da subunidade ribossomal 40S, do RNAm, do RNAt com o anticdon de iniciao AUG (metionina), e de uma srie de protenas denominadas "fatores de iniciao", ou eIF, em nmero de 9, no mnimo, nos eucariontes.o

Em etapas:

O eIF-2 liga-se especificamente com uma molcula de GTP e com o Met-tRNAi

43R.S.N.Lima


A subunidade ribossomal 40S liga-se ao eIF-3, que a separa e a mantm separada da subunidade 60S, que por sua vez se liga ao eIF-6, com o mesmo propsito O complexo formado em (a) liga-se ao complexo 40S formado em (b), com a ajuda de vrios outros fatores de iniciao, e este novo complexo associa-se ao RNAm complexo de pr-iniciao. A associao do complexo de pr-iniciao com o fator de iniciao eIF-5 e com a subunidade 60S do ribossomo d origem ao complexo de iniciao propriamente dito. O GTP hidrolisado e os outros fatores de iniciao so liberados. O complexo de iniciao , portanto, formado por um ribossomo 80S associado aos eIF-5 e eIF4, ao RNAm corretamente posicionado, e ao RNAt de iniciao tambm posicionado no stio "P", com o stio "A" vazio.

Elongamento da Cadeia: Depende dos "fatores de elongamento" e do complexo de iniciaoo

Em etapas:

O Fator de Elongamento eEF-1 dirige a seleo do RNAt correto para o posicionamento no stio "A" do complexo de iniciao. Este posicionamento depende ainda da hidrlise de 1 GTP e ocorre com posterior liberao do eEF1. H a formao da ligao peptdica entre os 2 aminocidos adjacentes A enzima peptidiltransferase, componente da subunidade ribossmica 60S, faz a transferncia da metionina inicial do stio "P" para o aminocido do stio "A", formando um dipeptidil-RNAt. O ribossomo se move - s custas do GTP - na direo 5-3 em uma distncia de 3 nucleotdeos, com a ajuda do eEF-2, ou "translocase", posicionando o peptdeo no stio "P" e liberando o stio "A" para o posicionamento de um novo aminocido

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O RNAt livre liberado, e o processo se repete at a traduo completa do RNAt. Liberao da Cadeia Polipeptdica: O surgimento de um cdon de trmino UAG, UGA ou UAMINOCIDO - determina a ligao de um "Fator de Liberao", ou eRF, associado ao GTP. Este fator de liberao determina o rompimento da ligao entre o ltimo AMINOCIDO e seu RNAt. A dissociao do eRF do ribossomo depende da hidrlise do GTP.

Modificaes Ps-Traducionais Vrias modificaes podem ser impostas cadeia polipeptdica aps a sua biossntese As principais modificaes so: Reduo do Tamanho Converso de protenas inativas e zimognios nas suas formas ativas, por remoo de seqncias de aminocidos catalisadas por endoproteases especficas Alteraes Covalentes Fosforilao, glicosilao, hidroxilao, etc. Algumas protenas so ainda endereadas a organelas especficas da clula ou mesmo ao meio extracelular.

QUAL A CONSTITUIO DAS PROTENAS?Caractersticas Gerais dos Aminocidos:o o

So as unidades fundamentais das PROTENAS Todas as protenas so formadas a partir da ligao em seqncia de apenas 20 aminocidos

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o

Existem,

alm

destes

20

aminocidos

principais,

alguns

aminocidos especiais, que s aparecem em alguns tipos de protenas Estrutura Qumica Geral

A presena de um carbono central alfa , quase sempre assimtrico; nas protenas encontramos apenas "L" aminocidos. Ligados a este carbono central, um grupamento CARBOXILA, um grupamento AMINA e um tomo de hidrognio; O quarto ligante um radical chamado genericamente de "R", responsvel pela diferenciao entre os 20 AMINOCIDO. a cadeia lateral dos AMINOCIDO. o radical "R" quem define uma srie de caractersticas dos AMINOCIDO, tais como polaridade e grau de ionizao em soluo aquosa. a polaridade do radical "R" que permite a classificao dos aminocidos em 3 classes: Classificao dos Aminocidos

Aminocidos com Radical "R" Apolar: Possuem radical "R" geralmente formado exclusivamente por carbono e hidrognio - grupamentos alquila So hidrofbicos e em nmero de 8: Alanina, Valina, Leucina, Isoleucina, Prolina - Forma anel imina, Fenilalanina, Triptofano, Metionina - "R" contm enxofre, Aminocidos com Radical "R" Polar No-Carregado: So aminocidos com radicais "R" contendo hidroxilas, grupamentos amida; So hidroflicos e em nmero de 7: sulfidrilas e

Glicina - o mais

simples dos AMINOCIDO, Serina - "R" com funo alcolica, Treonina - "R" com funo alcolica, Cistena - possui um radical sulfidrila, Tirosina - "R" com grupamento fenol, Asparagina - "R" com funo amida, Glutamina - "R" com funo amida

Aminocidos com Radical "R" Polar Carregado:46R.S.N.Lima


"R" Carregado Positivamente: So AMINOCIDO diamino e monocarboxlicos, em nmero de 3: Lisina, Arginina, Histidina "R" Carregado Negativamente: So AMINOCIDO monoamino e dicarboxlicos, em nmero de 2:

cido Asprtico, cido Glutmico

Aminocidos em Soluo Aquosa: Propriedades Qumicas e Eltricas

Os aminocidos so ANFTEROS pois, em soluo aquosa, comportam-se como cido E como base, formando ONS DIPOLARES, a saber: O grupamento carboxila ioniza-se em soluo aquosa liberando prton, e adquirindo carga negativa; O grupamento amina ioniza-se em soluo aquosa aceitando prton e adquirindo carga positiva. Este comportamento depende do pH do meio aquoso em que o aminocido se encontra:Em meio cido, os AMINOCIDO tendem a aceitar prtons, comportando-se como base e adquirindo carga positiva - ionizam em seus radicais amina. Em meio bsico, os AMINOCIDO tendem a doar prtons, comportando-se como cidos e adquirindo carga negativa - ionizam-se em seus radicais carboxila. O valor de pH onde as cargas eltricas do aminocido se igualam e se anulam chama-se PONTO ISOELTRICO, ou pH ISOELTRICO.

CONSIDERAE SOBRE AS PROTENAS...So as macromolculas mais importantes Possuem as estruturas mais complexas e desempenham inmeras funes Pertencem classe dos PEPTDEOS, pois so formadas por aminocidos ligados entre si por LIGAES PEPTDICAS

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Camin

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