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UNIVERSIDADE GAMA FILHOPÓS-GRADUAÇÃO Nível: LATO SENSUCurso: FISIOLOGIA DO EXERCÍCIO

“Fisiologia celular e homeostase”

Prof. Drd. LUIZ CARLOS CARNEVALIluizcarnevalijr@usp.br

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.””””

Astrand Astrand Astrand Astrand –––– ““““A exigência do exame mA exigência do exame mA exigência do exame mA exigência do exame méééédico para dico para dico para dico para quem vai iniciar um programa de exercquem vai iniciar um programa de exercquem vai iniciar um programa de exercquem vai iniciar um programa de exercíííícios cios cios cios éééé

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