Sebenta de Biologia Celular e Tecidos - 2021-2022

Sebenta biologia.pdf Bio Cel e Tecidos Afonso Resende Revisão científica – Márcia Silva e Maria João Silva Correções são bem-vindas e agradecidas 1 Índice BIOLOGIA CELULAR M...

Sebenta biologia.pdf Bio Cel e Tecidos Afonso Resende Revisão científica – Márcia Silva e Maria João Silva Correções são bem-vindas e agradecidas 1 Índice BIOLOGIA CELULAR MORFOLOGIA DA CÉLULA...........................................................4 NÚCLEO.......................................................................................4 MEMBRANA CELULAR.................................................................7 RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO...................................................10 COMPLEXO DE GOLGI...............................................................13 LISOSSOMAS..............................................................................14 PEROXISSOMA...........................................................................16 MITOCÔNDRIA..........................................................................18 SUBSTÂNCIAS DE RESERVA.......................................................20 CITOSQUELETO..........................................................................21 ADESÃO CELULAR......................................................................28 SINALIZAÇÃO CELULAR..............................................................31 CICLO CELULAR, MITOSE E MEIOSE..........................................37 APOPTOSE.................................................................................41 BIOLOGIA DOS TECIDOS TECIDO EPITELIAL......................................................................47 TECIDO EPITELIAL GLANDULAR.................................................52 TECIDO CONJUNTIVO................................................................55 TECIDO ADIPOSO.......................................................................64 TECIDO CARTILAGÍNEO.............................................................67 TECIDO ÓSSEO...........................................................................70 TECIDO MUSCULAR...................................................................77 TECIDO NERVOSO.....................................................................86 2 Biologia Celular 3 MORFOLOGIA DA CÉLULA A célula pode ter várias formas, consoante a sua localização e função (mais abordado em Tecidos). A estrutura básica da célula é: Membrana celular – delimita a célula o Especializações – microvilosidades, cílios, estereocílios, junções celulares Organelos (com membrana): o 2 membranas – mitocôndria e núcleo o 1 membrana – retículo endoplasmático, dictiossomas, peroxissomas, lisossomas, vesículas Estruturas (sem membrana): o Substâncias de reserva: gotículas lipídicas, glicogénios o Ribossomas o Citoesqueleto NÚCLEO Armazena o DNA Delimitado por invólucro nuclear – duas bicamadas fosfolipídicas com poros nucleares que permitem as trocas entre núcleo e citoplasma. o A camada externa está em continuidade com o retículo endoplasmático. o A camada interna é suportada pelo nucleosqueleto, uma rede de filamentos intermédios tipo V (abordados mais à frente) constituídos por lamina nuclear, que também se ligam à cromatina. o O nucleosqueleto tem duas camadas: uma externa que envolve o invólucro e outra interna, que se prolonga na matriz nuclear, associada à membrana interna nuclear, servindo de ancoragem aos poros nucleares, e à cromatina, participando na regulação da expressão génica. As proteínas SON e LINK da lâmina nuclear ligam-se ao citosqueleto pelas nesprina ▪ Na mitose, a fosforilação das laminas promove a rotura do invólucro O DNA pode estar em estados diferentes de condensação: o Eucromatina – em estados mais ativos e, por isso, mais dispersos (zonas claras em ME) – associada a genes de transcrição o Heterocromatina – em estados menos ativos e em geral não codificantes e, por isso, mais condensada (zonas mais escuras em ME) – associada a genes não codificantes N Núcleo N – nucléolo E E – eucromatina H P H – heterocromatina P – poro nuclear 4  Nucléolo – o núcleo pode apresentar uma região, mais escura em ME e por vezes visível em MO, onde é sintetizado o rRNA. É uma região que contém, portanto, além de material genético, proteínas associadas a essa síntese (mas também associadas ao ciclo celular). São, assim, o local de produção inicial das subunidades dos ribossomas. Contém três porções principais distintas envolvidas na produção de rRNA: o Centro fibrilar – contém DNA dos cromossomas 13, 14, 15, 21 e 22 com genes de produção de RNA, RNA polimerase I e fatores de transcrição o Componente fibrilar denso – contém rRNA acabado de se formar o Componente granular – o rRNA é processado e dividido em três porções Nucléolo FC – centro fibrilar F – componente fibrilar denso G – componente granular Estes rRNAs destacam-se do nucléolo e, juntamente com outros RNAs, passam pelos poros nucleares para o citoplasma, associam-se a proteínas do citoplasma e ATP e originam as pequenas e grandes subunidades dos ribossomas. Estas “fábricas” de produção de ribossomas são visíveis em ME – nuages (do francês nuage = nuvem). * - Nuage N N - Núcleo →NOTA prévia: existem mais tipos de RNA do que o tRNA, mRNA e rRNA. Alguns envolvidos na síntese de outros RNA’s e que aparecem nos PowerPoints do professor são: ▪ snoRNA – small nucleolar RNA, processamento de outros RNAs, nomeadamente o rRNA ▪ scaRNA – small Cajal Body RNA, subtipo de snoRNA, está presente no corpo de Cajal e está envolvido no processamento do spliceossoma. ▪ snRNA – small nuclear RNA, envolvidos em várias atividades nucleares, como o processamento do pré-mRNA. Uma sigla que também aparece é snRNP – small nuclear RiboNucleoProteins, pequenos RNAs associados a proteínas, envolvidos no splicing do pré-mRNA. 5  Contudo, o núcleo apresenta outras estruturas. Umas muito importantes estão envolvidas no processamento do pré-mRNA, conhecido como splicing. De facto, o mRNA é constituído por sequências de intrões e exões, tendo os intrões que ser removidos. o Spliceossoma – local do núcleo onde ocorre o splicing do pré-mRNA, composto por snRNP. o Formação do spliceossoma: 1. Corpos de Cajal – local de início de produção dos snRNP por associações de RNA e proteínas envolvidas no splicing de pré-mRNA (snoRNP e proteínas envolvidas no processamento do rRNA no caso de ser no nucléolo) e, por isso, iniciam a formação do spliceossoma. São constituídos por várias proteínas, como coilina e outras, e por scaRNA. 2. Speckles ou grânulos intercromatínicos – após a formação nos corpos de Cajal, os snRNP envolvidos no splicing concentram-se, juntamente com outras proteínas (SON e U2B), e formam os speckles e sofrem a última maturação. Local de armazenamento, montagem final e modificação dos fatores de splicing, e sua libertação para os locais de transcrição; local de maturação do spliceossoma 3. Quando um gene do DNA precisa de ser transcrito, os paraspeckles libertam os componentes do splicing – fibrilas pericromatínicas – que reteve quando a transcrição estava inativa e formam a fábrica de replicação que produzirá o mRNA e processá-lo. Regulam, então, a expressão génica. Contêm a proteína PSPC Este processo também ocorre ao nível do nucléolo na produção de rRNA. Esfera larga e clara – Corpo de Cajal Esfera pequena e escura - speckle o Existem outras estruturas associadas ao controlo da expressão génica: ▪ HLB – histone locus body, corpos que retêm em si todos os elementos necessários ao processamento de pré-mRNA apenas para a transcrição específica de histonas. Os genes que codificam para histonas não contêm intrões, pelo que não há splicing, mas é necessário ser clivado o mRNA. ▪ Corpos PML – retêm e alteram proteínas nucleares (modificações pós- translacionais, PTM), regulando quando é necessário acontecer a transcrição de genes e contribuem, por isso, para a diferenciação celular, modificações epigenéticas, recombinação e reparação do DNA, transcrição, ciclo celular, apoptose e comprimento dos telómeros. ▪ Nuclear stress body (NSBS) – contêm snRNP e outras proteínas que inibem a transcrição em situações de stress, evitando que a célula entre em apoptose. ▪ Corpos polycomb – atuam diretamente no DNA (na região insulator), alteram a sua ligação às histonas e levam ao silenciamento de genes. 6 MEMBRANA CELULAR Funções: o Delimita a célula, desenvolvendo diferenças entre o citosol e o meio extracelular o Delimitam organelos, diferenciando-os do citosol o Permite trocas entre o meio externo e interno – seletivamente permeável Ultraestrutura – constituída por lípidos e por proteínas, mantidos em contacto por ligações não covalentes intermoleculares – o que confere elevada mobilidade às moléculas. o Os fosfolípidos na membrana formam uma bicamada. Os fosfolípidos são moléculas anfipáticas, com uma cabeça polar/hidrofílica voltada para o meio externo ou citosol e duas caudas apolares/hidrofóbicas voltadas para o interior da bicamada. o Fosfolípidos – são os lípidos mais abundantes na membrana. Têm uma cabeça polar e duas caudas apolares. As caudas são hidrocarbonetos (ácidos gordos) em que uma das caudas é saturada (só tem ligações simples entre carbonos) e a outra é insaturada, ou seja, tem uma ou mais ligações duplas (ligações cis, causando dobras na cauda). A saturação das caudas influencia a fluidez da membrana. o Existem quatro tipos principais de fosfolípidos, distinguíveis pela extremidade da cabeça polar: ▪ Extremidade amino (-NH3) – voltados para o citosol Fosfatildiletanolamina Fosfatildilserina (carregada negativamente por grupo -COO-) ▪ Extremidade metilo (-CH3) – voltados para o meio externo Fosfatildilcolina Esfingomielina o Sendo a membrana fluída, os fosfolípidos têm movimentos: ▪ Difusão lateral ▪ Rotação ▪ Flexão ▪ Flip-flop (raro, e pode ser realizado pela enzima flipase) 7 o O colesterol, cujo domínio polar interage com a cabeça do fosfolípido, influencia a fluidez – mais colesterol = menor fluidez o Nódulos lipídicos (lipid rafts) – Locais onde se acumulam esfingolípidos e colesterol na membrana. Como os esfingolípidos têm caudas longas e saturadas, a bicamada torna-se mais espessa e acomodam mais proteínas. o Proteínas membranares – dão as funções específicas à membrana e desempenham diversas funções, desde transporte transmembranar, reconhecimento celular, adesões celulares, etc. Podem ser: ▪ Proteínas integrais – inserem-se na membrana e podem ser: Transmembranares – atravessam totalmente a membrana e têm funções nos dois lados Não transmembranares – inserem- se num dos folhetos da membrana ▪ Periféricas – Inserem-se na superfície da bicamada, ligando-se a fosfolípidos ou a outras proteínas intrínsecas. Integrais transmembranares 1. Single pass (hélice α única) 2. Multi-pass (múltiplas hélices α) 3. Barril (Folhas β – porinas) Integrais não transmembranares 4. De ligação ao folheto interno pela face hidrofóbica da hélice α 8. De ligação ao folheto interno por ligação covalente 9. De ligação a fosfatil-inositol Periféricas 5, 6. Ligação não covalente a proteínas transmembranares 7. Ligação não covalente a fosfolípidos 8  o Glicocálice – sempre na membrana externa. Constituído por cadeias de oligossacarídeos ramificados e ligados covalentemente a proteínas (glicoproteínas) ou a lípidos (glicolípidos). Funções: ▪ Protegem a membrana contra ambientes tóxicos ▪ Favorecem alteração do potencial elétrico ▪ Reconhecimento celular ▪ Transporte de hormonas e toxinas ▪ Adesões celulares ▪ Recetores ▪ Grupos sanguíneos e de histocompatibilidade ▪ Etc. Transporte de pequenas moléculas através da membrana celular A membrana tem a função de transportar nutrientes e metabolitos para dentro ou para fora da célula, mantendo a diferença entre o meio extracelular e o citosol. A membrana lipídica é impermeável a moléculas polares Por isso, o transporte de iões e moléculas orgânicas é efetuado por proteínas transmembranares Tipos de transporte membranar: o Difusão simples – através da bicamada fosfolipídica. Moléculas pequenas polares não carregadas (H2O) e moléculas apolares (O2, CO2) a favor do gradiente de concentração. o Difusão facilitada através de proteínas transmembranares – iões, açúcares, aminoácidos, nucleótidos, metabolitos e outras moléculas polares. ▪ Canalares – Aquaporinas, poros iónicos (transporte passivo) Moléculas não carregadas – a favor do gradiente de concentração Moléculas carregadas – a favor do gradiente eletroquímico ▪ Transportadoras – ligação ao soluto com mudança de conformação (transporte passivo ou ativo) No transporte ativo, o transporte das moléculas carregadas dá-se contra o gradiente eletroquímico. Pode ser uniport, simport ou antiport dependendo de como se faz o transporte. o Transporte ativo acoplado a gradientes iónicos – antiport, regulação de pH ▪ pH do citosol é baixo – é necessário alcalinizar 1. Bomba Na+/H+ - Na+ in/H+ out 2. Permutador Cl-/HCO3- dependente de Na+ - Na+ e HCO3- in/H+ e Cl- out (HCO3- tem comportamento básico, sendo ainda mais eficaz) ▪ pH do citosol é alto – é necessário acidificar Permutador Cl-/HCO3- independente de Na+ - Cl- in/HCO3- out (menos base → aumenta H+ o Bomba de Na+/K+ - Antiport : 2 K+ in / 3 Na+ out com gasto de ATP (ATPase). Permite regulação osmótica 9 Coisas não tão óbvias que me podiam ter dito mais cedo Ides muitas vezes encontrar siglas como AMP, UDP, etc. etc. Não sei quanto a vós, mas para mim isto não foi óbvio e quanto descobri fez-se luz. Então, todos sabemos o que é ATP e ADP e por este andar a Prof.ª Rosália já demonstrou que também existem outras moléculas que transportam energia, como o GTP. Na verdade, e como ides aprender em Química Biológica, estas moléculas são nucleótidos, ou seja, têm uma base azotada (Adenina, Timina, Citosina, Uracilo e Guanina), um açúcar (ribose ou desoxirribose, este menos comum) e fosfatos, que podem variar entre 1, 2 ou 3. Então, as siglas vão ser, por exemplo → Ou seja, podemos ter imensas combinações como UDP, CTP, GMP, dependendo de quantos fosfatos tem o nucleótido. Apesar de nunca me ter aparecido em aula, caso o nucleótido tenha uma desoxirribose, então escreve-se um d atrás: dATP tem desoxirribose, ao passo que ATP uma ribose. Importante: só podemos ter, por exemplo, UTP e dTTP quando se trata de U ou T. Outro caso é a cAMP. O c significa que a molécula é cíclica (fechada). Isto foi algo que nunca falaram na aula e não é que seja algo programático, mas se aparecer e se não soubésseis o que era, já sabeis. RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO O RE consiste num conjunto de membranas ramificadas e interconectadas que estão em continuidade com o invólucro nuclear. Adota diversas formas relativas à sua função – rugoso (RER), liso (REL) ou sarcoplasmático (RS) As membranas podem-se organizar de diversas formas – cisternas, vesículas ou túbulos. O interior dessas estruturas denomina-se lúmen. Organelo bastante dinâmico, sempre em reorganização. Na mitose, ele é dividido pelas duas células-filhas. RE rugoso Síntese, maturação e transporte de proteínas Geralmente na forma de cisternas com ribossomas associados Participa na: o Formação da estrutura terciária da proteína o Produção de glicoproteínas e N-glicosilação (adição de glícidos na extremidade amina da proteína), essencial para o folding. o Ubiquitinação RER Os “círculos” são ribossomas associados ao RER IMPORTANTE – os ribossomas associam-se na face externa da membrana. Por isso, a parte em que não há ribossomas é lúmen (setas) 10 REL Síntese e transporte de lípidos – fosfolípidos, ácidos biliares, colesterol (e a partir deste hormonas esteroides); eliminação de compostos tóxicos e metabolismo de carboidratos e esteroides. Geralmente sob a forma de túbulos e vesículas, sem ribossomas associados Mais afastado do invólucro nuclear RS Em células musculares cardíacas (em díadas) e esqueléticas (em tríadas) Homeostasia do cálcio – armazena cálcio no seu lúmen, regulando os seus níveis e mediando processos de sinalização Síntese proteica Ribossoma – estrutura onde ocorre a tradução. Constituído por 2 subunidades: o Grande – onde os tRNA se ligam aos codões do mRNA; formada por 3 moléculas de rRNA e proteínas o Pequena (catalítica) – catalisa a formação de ligações peptídicas entre aminoácidos; formada por uma molécula de rRNA e proteínas A síntese proteica pode ocorrer por duas vias: citosólica ou no RE. A via que ocorre é determinada pela sequência-sinal que o péptido terá. Os ribossomas podem circular entre os dois processos. Sequência sinal – domínio proteico que direciona a proteína em questão para o seu destino (frequentemente são removidas no fim). As proteínas citosólicas não têm esta sequência Recetores – proteínas membranares ou solúveis que reconhecem a sequência sinal Mecanismos de translocação membranar ou de segregação vão transportar a proteína, de acordo com o sinal Sistemas de controlo de qualidade identificam e redirecionam proteínas para degradação Síntese sem sequência sinal Concluída nos ribossomas livres no citoplasma com proteínas a serem libertadas no citosol. Geralmente direcionadas para o núcleo, mitocôndrias e peroxissomas, devido a outras sequências sinal que possuem. Por norma, não são glicosiladas. Síntese com sequência sinal Estas proteínas são redirecionadas para o RER onde terminarão de ser produzidas. o Partícula de reconhecimento do sinal (SRP) – circula entre a membrana do RER e o citoplasma e liga-se à sequência sinal. Tem atividade GTPase. Formada por RNA e cadeias peptídicas. Uma dessas cadeias central faz com que a molécula tenha a forma de um bastão e tem outra cadeia coberta por metioninas que se ligam a diversas sequências sinal. o Recetor SRP na membrana do RER 11  Translocação por processo co-traducional 1. A SRP reconhece e liga-se à sequência sinal que começa a emergir no ribossoma 2. Essa ligação altera a conformação da SRP, que curva, liga-se ao ribossoma e interrompe a tradução. 3. O ribossoma liga-se à membrana do RE – ligação da SRP ao recetor junto a um translocão (poro proteico por onde atravessa o polipéptido, fechado até à ligação do ribossoma) com uso de GTP. 4. O péptido-sinal é transferido ao translocão e reinicia-se a tradução. O péptido é, então, formado diretamente para o lúmen do RE e transferido na sua forma unfolded. 5. No fim, ocorre a dissociação do SRP do recetor pela hidrólise do GTP 6. Enzima peptidase-sinal, associada ao translocão, cliva a sequência sinal. Complexo Sec61 – translocador com 3 subunidades, responsável por estabelecer um poro nuclear hidrofílico na membrana do RER. Apenas se abre quando a sequência sinal se liga a ele. Se a proteína for direcionada para a membrana – existe um sinal de paragem de transferência que ancora a proteína à membrana. Translocação por processo pós-translacional - as proteínas, após serem produzidas no citoplasma, ligam-se a proteínas chaperonas que evitam o folding e as direcionam para o destino final (RE, mitocôndrias, etc.) Folding proteico A conformação tridimensional das proteínas é o que lhes confere função. O folding é auxiliado por chaperonas A pausa da síntese proteica no processo co-traducional permite evitar que proteínas com folding incompleto sejam libertadas. Glicosilação das proteínas A maior parte das proteínas produzidas no RER são N-glicosiladas N-glicosilação – ocorre no lúmen do RER, onde glícidos são adicionados a azotos de cadeias laterais de asparagina. As chaperonas calnexina e calreticulina estão ligadas à membrana do RER e regulam a N-glicosilação das proteínas. Ubiquitinação de proteínas Proteínas defeituosas (non-folded ou misfolded) são reconhecidas no lúmen do RE e são conduzidas por chaperonas para um complexo membranar translocador e exportadas para o citosol, onde serão poliubiquinadas (adição de ubiquitina) e desglicosiladas. Depois, são degradadas no proteossoma (complexo proteico de degradação de proteínas) Síntese de lípidos A membrana do REL é o local de síntese de quase Relativamente ao último ponto. Isto não é o que todos os lípidos da célula está escrito no PowerPoint, e, se é, eu é que não percebi muito bem. Depois de discutir com vários O principal a ser produzido é a fosfatidilcolina, colegas e de confundir os nossos neurónios, fui ao principal constituinte das membranas Alberts e lá diz: “This rapid trans-bilayer movement is mediated by a poorly characterized A síntese de fosfolípidos ocorre exclusivamente no phospholipid translocator called a scramblase, which nonselectively equilibrates phospholipids folheto externo da membrana do REL. A sua between the two leaflets of the lipid bilayer translocação entre os dois folhetos é efetuada pela (Figure 12–54). Thus, the different types of phospholipids are thought to be equally flipase (transição flip-flop que transporta os distributed between the two leaflets of the ER fosfolípidos para a camada correta) e scramblase – membrane”, pp. 289-690, 6th edition. Por isso, aceitam-se opiniões quanto ao assunto :) esta proteína é responsável por passar fosfolípidos 12  do folheto externo para o interno no REL, promovendo o equilíbrio entre o nº de fosfolípidos em cada folheto. Redistribuição intracelular de lípidos: o Difusão lateral – zonas próximas do RE como invólucro nuclear o Vesículas – complexo de Golgi, lisossomas ou membrana celular o Proteínas transportadoras – mitocôndrias e peroxissomas Vias básicas de tráfego intracelular de proteínas As proteínas podem transitar entre compartimentos celulares através de poros, transporte membranar ou vesículas de transporte. O modo de transporte depende da sequência sinal. Sequência KDEL – localizada no terminal carboxílico e previne que a proteína do RE seja secretada para fora do RE e, caso seja, facilita o seu retorno. COMPLEXO DE GOLGI Estrutura – composto por pilhas polarizadas e interconectadas de cisternas com enzimas no seu lúmen. Polarização – cis (mais interna), medial e trans (mais externa) o Face cis – convexa; local de entrada de vesículas provenientes do retículo com proteínas e lípidos a serem processados o Face medial – conjunto de cisternas, cada uma com conteúdo enzimático seletivo e específico o Face trans – côncava; saída de vesículas com CIS TRANS destino à superfície celular ou outros organelos. As vesículas podem sofrer transporte anterógrado (depende de microtúbulos e no sentido RE → Golgi) ou retrógrado (independente de microtúbulos e sentido contrário) Golginas – proteínas da matriz do CG que intervêm na manutenção do transporte de vesículas Transporte vesicular As vesículas podem ou não ser revestidas por clatrina ou COPI ou COPII COPII – RE para a face cis (anterógrado) COPI – face cis para RE (retrógrado). Nestas vesículas, existem recetores para a KDEL, permitindo o retorno das proteínas ao RE. Clatrina – as vesículas são originadas por invaginações da membrana da face trans do CG. A clatrina tem como função mediar o transporte da vesícula. 13 Funções do complexo de Golgi Glicosilação lípidos e proteínas Separação, processamento, controlo de qualidade e distribuição de produtos do RE Síntese de carboidratos (síntese de proteoglicanos) Sulfatação de hormonas esteroides e mucopolissacarídeos. Formação de lisossomas Metabolismo lipídico Regulação do conteúdo intracelular de água Secreção celular Cada porção do CG vai ser especializada em funções especificas: Cis - recebe e recicla de volta para o RE Medial - incorporação de monossacarídeos nas glicoproteínas e glicolípidos; remodelação de glicoproteínas N-linked e O-glicosilação Trans - tráfego e secreção Glicosilação Já iniciada no RE e continua no lúmen do CG O-glicosilação - adição de carboidratos ao grupo hidroxilo das cadeias laterais de vários aminoácidos. Processamento de N-oligossacarídeos – durante o seu transporte, alguns resíduos de manose e glucose são removidos nas cisternas cis e mediais e são adicionados resíduos de N-acetilglicosamina; na fase trans, são removidos resíduos de fucose, galactose e ácido siálico. Consoante o destino: o Lisossomas – glicoproteínas adquirem terminal de manose 6-fosfato (M6P) o Membrana celular ou secreção constitutiva – glicoproteínas transformadas em oligossacarídeos complexos Importância biológica – promove o enrolamento correto das proteínas; sinalização e regulação. LISOSSOMAS Função – principais locais de digestão intracelular; centro de sinalização regulador de crescimento, divisão e diferenciação celular. Estrutura – organelo vesicular com membrana única rica em proteínas altamente glicosiladas. Lúmen com enzimas hidrolíticas ácidas capazes de degradar todos os tipos de biomoléculas. Morfologia heterogénia, diferente conteúdo, forma e tamanho. Podem ser de três tipos: o Primários – aparência homogénea, recém- formados, sem material ingerido o Secundários – heterogéneos, com hidrólases e material degradado o Secundários com corpos residuais – acumulam material não completamente degradado. 14  Membrana lisossomal – rica no lípido ácido liso-bifosfato (LBPA) que protege a membrana da ação das lípases. Proteínas altamente glicosiladas LAMPS (Associadas) e LIMPS (Integrais). Enzimas: lipases, proteinases, fosfatases, glucosidases, nucleases, sulfatases. São hidrólases ácidas, atuando em pH entre 4,5 a 5. São inativas a pH neutro. O ambiente ácido é mantido pela bomba ATPase V-type H+, que bombeia H+ para o lúmen. Biogénese: Na porção cis do complexo de Golgi, as hidrólases ácidas são marcadas com M6P, ligando-se a recetores membranares presente no interior das vesículas revestidas por clatrina no trans-Golgi, que se destinam a endossomas. Endocitose – material extracelular internalizado por vesículas de endocitose e se fundem em endossomas precoces. Há redução do pH destes endossomas e o seu transporte para localizações mais internas, formando os endossomas tardios, para que, ao se fundir com lisossoma primário, as hidrólases sejam capazes de atuar. A fusão com vesículas do Trans-Golgi leva à sua transformação em lisossomas secundários Endossomas de reciclagem levam de volta endossomas para a membrana plasmática. o Os componentes resultantes da digestão difundem para fora do lisossoma e são usados pela célula o Podem ser autolisossomas (se digerem estruturas da própria célula) e heterolisossomas (se digerem conteúdo externo) o Autofagia – origina-se dentro do citoplasma da célula, para digerir citosol e organelos danificados ou desnecessários. A membrana externa do autofagossoma, proveniente de membranas do RE, recebe proteínas especificas da membrana lisossomal e bombas de H+ por fusão com endossomas, formando o anfissoma. O anfissoma funde-se com o lisossoma e as hidrólases ácidas digerem o conteúdo. ▪ Não seletiva – grande parte do citoplasma é sequestrada em autofagossomas. Ocorre, por exemplo, em situações de jejum, quando os nutrientes externos são limitantes. ▪ Seletiva – Estrutura a ser digerida específica, pelo que o autofagossoma contém pouco citosol. Transporte intracelular de vesículas Endocitose – macromoléculas retiradas do fluído extracelular, dando origem a heterolisossoma. Pode ser de três tipos: o Fagocitose – característica das células do sistema imunitário; a célula emite pseudópodes para ingerir grandes partículas e microrganismos o Pinocitose - absorção não específica de fluídos, membrana plasmática e partículas a ela associadas 15  o Endocitose mediada por recetor – quando o conteúdo a ser ingerido liga-se a recetores o Funções: ▪ Rotatividade de nutrientes ▪ Manutenção da homeostasia da membrana ▪ Sinalização celular por meio de internalização de recetores ▪ Entrada de organismos patogénicos e proteção Exocitose – as vesículas fundem-se com a membrana celular e libertam o seu conteúdo para o meio extracelular. Pode ser: o Constitutiva – vesículas transportam constantemente proteínas sintetizadas pela célula, que são integradas na membrana ou exportadas para o meio. o Regulada – as moléculas são armazenadas em vesículas de secreção e, por estimulação, fundem-se com a membrana plasmática, libertando o seu conteúdo. Apenas ocorre em células especializadas em secreção de hormonas, neurotransmissores e enzimas digestivas. PEROXISSOMA Estruturas aproximadamente esféricas ou ovais rodeadas por uma membrana que envolve uma matriz peroxissomal eletrono-densa, onde pode ser observado um nucleoide (núcleo cristalino de urato oxidase) com aspeto cristalino ou amorfo. Tem uma membrana formada por bicamada lipídica rica em fosfatidilcolinas e fosfatildiletanolaminas e pobre em proteínas transportadoras, sendo elas capazes de transportar múltiplos metabolitos. É mais espessa de todos os organelos. Contém enzimas oxidativas. Existem em grande quantidade, principalmente no fígado e nos rins. Biogénese: Origem no RE Formam-se vesículas que contêm Peroxina 19 (Pex19) Esta proteína capta as proteínas peroxissomais produzidas no citosol e redireciona- as para transporte pós-traducional. 16  Os peroxissomas são organelos semiautónomos, porque se podem formar também de peroxissomas pré-existentes por fissão. Importação de proteínas para a matriz peroxissomal: o As proteínas destinadas ao peroxissoma têm uma sequência sinal – PTS1 ou PTS2 (Peroxisomal Targeting Signal 1 ou 2) o Ligam-se a proteínas citosólicas – PST1 à Pex 5 e PTS2 à Pex 7. Estas proteínas direcionam as proteínas a serem incorporadas a um complexo proteico membranar do peroxissoma com 6 proteínas. Esse poro é extremamente plástico e permite o transporte de várias proteínas. ▪ Ao transportar a proteína alvo, a Pex5 é também incorporada na matriz peroxissomal. Para ser libertada tem de ser sofrer ubiquitinação. Se a Pex5 continuar funcional, Pex1 e Pex6, com o auxílio do ATP, removem a ubiquitina e Pex5 é reutilizada. Caso contrário, é degradada no proteossoma. Funções: Local de síntese e degradação do peróxido de hidrogénio (H2O2) o Oxidases – intervêm nos processos oxidativos, usando O2 para remover hidrogénio de substratos: RH2 + O2 → R + H2O2 o Catalase – usa o H2O2 originado pelas oxidases para oxidar outros substratos pela reação de peroxidação: RH2 + H2O2 → R + 2H2O Em excesso de H2O2, converte-o em água e O2, pois o H2O2 é tóxico para a célula: 2H2O2 → O2 + 2H2O β-oxidação de ácidos gordos de cadeia muito longa (VLCFA) – quebra de moléculas de ácidos gordos, encurtando as suas cadeias em blocos de dois carbonos e convertendo-os em acetil-CoA, exportado depois para o citosol e usado em diversas reações. Oxidação de ácido fitânico Catabolismo das purinas – degradação das bases azotadas púricas que compõe o DNA (adenina e guanina) a ácido úrico e alantoína. A purina é reduzida a ácido úrico pela ação da xantina oxidase. Concentrações elevadas das enzimas envolvidas neste catabolismo levam à formação do nucleoide. Destoxificação de várias moléculas tóxicas Biossíntese – catalisa as primeiras reações de formação de plasminogéneos, colesterol, dolicol e ácidos biliares. 17 Doenças peroxissomais Podem envolver: Anomalias na biogénese do peroxissoma (ausentes ou com função comprometida) o Exemplo: Síndrome de Zellweger – defeito ma importação de proteínas peroxissomais para a matriz peroxissomal. Causada por mutações no gene que codifica para Pex5 (forma mais gravosa) ou Pex7. Anomalias nas proteínas peroxissomais MITOCÔNDRIA Principal função – produzir energia Organelo com 2 membranas, com DNA próprio. O espaço entre as duas membranas denomina-se espaço intermembranar e o espaço no interior da membrana interna chama-se matriz mitocondrial. A membrana interna projeta várias pregas para a matriz, as cristas mitocondriais. Espaço Membrana intermembra externa nar Cristas da Matriz membrana mitocondri interna al Membrana externa – 50% de proteínas (das quais porinas e enzimas do metabolismo de lípidos) e 50% de lípidos (fosfatidilcolinas, fosfatildiletanolaminas, colesterol) Espaço intermembranar – semelhante ao citoplasma, mas contém citocromo c Membrana interna – 75% de proteínas 25% de lípidos (rico em cardiolipina, fosfatidilcolinas, fosfatildiletanolaminas, sem colesterol). A presença de cristas aumenta a sua área (+ATP produzido) e contém proteínas responsáveis pela oxidação na cadeia respiratória, ATP sintetase e proteínas de transporte. Matriz mitocondrial – contém enzimas de oxidação do piruvato e ácidos gordos, do ciclo de Krebs, mtDNA, ribossomas, mRNA, tRNA e enzimas de expressão genética. A maioria das proteínas são produzidas ao nível do citosol e depois são importadas. O DNA mitocondrial é circular e encontra-se na matriz sob a forma de nucleoides, que cada um contém entre 4 a 5 cópias de DNA. Não tem intrões. Algumas proteínas mitocondriais são codificadas pelo mtDNA, mas as restantes são codificadas pelo genoma nuclear. 18  Importação das proteínas sintetizadas no citosol para a mitocôndria – translocadas na sua conformação linear. Sequência sinal determina o seu destino na mitocôndria o A sua translocação deve-se aos complexos TOM (Translocases of outer membrane) e TIM (Translocases of inner membrane) Hereditariedade mitocondrial – o mtDNA é de origem materna, pelo que, geralmente, doenças causadas por mutações no mtDNA têm hereditariedade materna. o Heteroplasmia – ocorre quando duas ou mais sequências de mtDNA coexistem na mesma mitocôndria, célula, tecido ou indivíduo. ▪ Efeito threshold - limite de quantidade de mtDNA mutante a partir do qual a célula não é funcional ▪ Na meiose, as mitocôndrias são distribuídas aleatoriamente, pelo que a quantidade de mtDNA mutante nas células-filhas é variável na mesma família. Dinâmica mitocondrial – à medida que crescem, as mitocôndrias dividem-se por fissão, não sendo sintetizadas de novo. Também podem fundir-se. A sua divisão e fusão é mediada por GTPases presentes nas suas membranas. A forma e número de mitocôndrias varia com o tipo celular, com as condições fisiológicas e fase do ciclo celular e com a necessidade energética. Na mitocôndria, são usados lípidos e carboidratos, que são incorporados no ciclo do ácido cítrico e fornecem eletrões para gerar NADH a partir de NAD+. Glicólise - metabolismo anaeróbio que degrada a glicose em piruvato. Ocorre no citosol. Ciclo do ácido cítrico – Ocorre na matriz mitocondrial. Leva à oxidação completa do piruvato a CO2 e origina NADH, FADH2 e ATP. Fosforilação oxidativa – os eletrões transportados pelo NADH e FADH2 “saltam” em 5 complexos na membrana interna sucessivamente menos energéticos. A energia libertada permite bombear H+ através da membrana. No fim, os eletrões permitem reduzir o O2 a H2O. 19  Processo: 1. Os eletrões de NADH entram no complexo I da cadeia transportadora de eletrões 2. Estes eletrões são transferidos à coenzima Q (ubiquinona), que os transporta ao complexo III 3. São depois transferidos ao citocromo c, que os transporta para o complexo IV 4. O complexo IV transfere estes eletrões ao oxigénio molecular, que se transforma em H2O 5. A energia libertada durante a transferência de eletrões é utilizada para bombear os protões da matriz para o espaço intermembranar criando um gradiente eletroquímico. 6. O gradiente de protões assim formado é usado pelo complexo V (ATP sintetase) para a formação de ATP Doenças mitocondriais – resultam de mutações no mtDNA ou nDNA. A idade de manifestação tem grande variabilidade inter e intrafamiliar. SUBSTÂNCIAS DE RESERVA Produtos armazenados e acumulados no citoplasma sob a ação de vários estímulos e destinados a futura utilização. Podem ser lípidos, carboidratos, proteínas ou ácidos nucleicos. Funções: o Proteção mecânica, estrutural e térmica o Renovação dos componentes celulares, organelos e membranas o Produção de energia e calor o Apoio à atividade secretora Lípidos Em microscopia eletrónica, as gotículas lipídicas são marcadas por tetróxido de ósmio. Em microscopia ótica, podem usar esse composto, ou ainda ser fixado por criofixação e corado por Sudão III/IV ou Negro Sudão B São insolúveis em água Podem ser de diversos tipos: gorduras, ácidos gordos, esteroides, fosfolípidos, esfingolípidos, glicolípidos ou terpenos. Ácidos gordos são os lípidos mais simples. Os triglicerídeos são a forma mais comum de gorduras e são sintetizados quando há excesso de proteínas, carboidratos e ácidos gordos. A oxidação das gorduras liberta duas vezes mais energia que os carboidratos ou proteínas A reserva lípidica é na forma de gotículas lipídicas de triglicerídeos, que não são revestidas por membrana 20  Os adipócitos são células especializadas no armazenamento e mobilização de lípidos. (tecido adiposo será abordado em Biologia dos Tecidos) Processo de deposição e remoção de lípidos: o Os triglicerídeos são transportados no sangue sob a forma de quilomicros (agregados lipídicos) e de lipoproteínas. o Nos capilares do tecido adiposo, as lipoproteínas são atacadas pela lípase e libertam os ácidos gordos e glicerol o Estes difundem-se para o citoplasma e formam triglicerídeos o Noradrenalina ativa a cAMP, que por sua vez ativa a lípase que hidrolisa os triglicerídeos o Os ácidos gordos e o glicerol voltam a fundir-se para o sangue Hidratos de carbono Podem conter azoto, enxofre e derivados biologicamente ativos Reserva energética de fácil utilização - são armazenados em subunidades de D-glicose no glicogénio, presente em pequenos grânulos no citoplasma Em MO, são marcados, entre outros, por com PAS ou azul de alcião. Em ME, por coloração de Thiéry. Proteínas Apenas são substâncias de reserva em casos particulares. São armazenadas em períodos curtos. A acumulação anormal de reservas proteicas está associada a doenças genéticas. Exemplos: o Ferritina – reserva de ferro o Calmodulina – reserva de cálcio Pigmentos Substâncias de composição química e cor próprias, amplamente espalhadas na natureza, encontradas nas células e tecidos sob a forma de grânulos, alguns com importantes funções, mas que em determinadas circunstâncias podem constituir causa ou efeito de alterações funcionais. o Exógenos – provenientes do exterior, por ingestão, inalação ou inoculação (carotenos, minerais) o Endógenos – fazem parte do organismo, produto específico da atividade celular (hemoglobina, hemossiderina, bilirrubina, melanina, lipofuscina) CITOSQUELETO Rede de filamentos proteicos que se estende através do citoplasma de todas as células eucariótica Papel estrutural – determina a forma da célula e a organização geral do citoplasma Papel funcional – movimentos celulares e transporte de substâncias no interior da célula Estrutura flexível e dinâmica Podem ser microfilamentos, microtúbulos ou filamentos intermédios 21  A sua organização pode depender da polarização celular – a célula pode ter uma zona apical e uma zona basal Microtúbulos Estruturas cilíndricas ocas com comprimento variável Apresentam polaridade Funções: o Determinar a posição dos organelos o Mobilidade celular ▪ Transporte intracelular de organelos e estruturas ▪ Locomoção ▪ Segregação dos cromossomas e construção do fuso mitótico Bastante dinâmicos, mas podem ter diferentes tipos de estabilidade o MT associados a cílios e flagelos são muito estáveis o MT associados a fuso mitótico são transitórios Composição o Formados por polimerização de subunidades de tubulina o Cada subunidade é um heterodímero de dois tipos de tubulina unidos por ligações não covalentes: tubulina α e tubulina β o A associação das subunidades forma protofilamentos. 13 protofilamentos levam à formação de um microtúbulo. o Contactos entre tubulinas: β-β PROTOFILAMENTO α-α α-β Polimerização e despolimerização o Polimeriza e despolimeriza pela adição ou remoção das subunidades às extremidades o Polaridade estrutural: ▪ a extremidade com tubulina-β é positiva, tem crescimento mais rápido e está voltada para o exterior ▪ a extremidade com tubulina- α é negativa, tem crescimento mais lento e localiza-se no centrossoma, imerso na matriz pericentriolar o Cada monómero de tubulina liga-se a GTP. o Na tubulina-α, o GTP nunca é hidrolisado, na tubulina-β pode estar nas duas formas o Duas subunidades, com cada monómero ligado a GTP, ligam-se. A tubulina- β entra em contacto com uma tubulina-α de outa subunidade, ocorrendo a hidrólise do GTP 22  o Quando ainda não ocorreu a hidrólise, a ligação α – β é muito forte. A hidrólise do GTP a GDP enfraquece a ligação. o Na extremidade positiva, forma-se o GTPcap, pois o GTP não é imediatamente hidrolisado. É a zona mais estável do MT e favorece a sua polimerização o Despolimerização – GDP ligado à tubulina-β provoca encurvamento dos protofilamentos o Instabilidade dinâmica: ▪ GTPcap faz com que regiões com GDP despolarizem mais rapidamente que com GTP ▪ Lag Phase – início da polimerização; é mais fácil adicionar subunidades as MT já existentes (elongação) do que começar de novo. ▪ Durante a polimerização, a elevada concentração de tubulina livre induz o MT a polimerizar mais rapidamente que a despolimerizar – alongamento ▪ Equilíbrio – alcançado quando o crescimento do MT balança o seu encolhimento. Centro organizador de Microtúbulos (MTOC) o Os MT organizam-se a partir do MTOC, designado por centrossoma nas células animais. Geralmente, localiza-se perto do núcleo o É composto por 2 centríolos, dispostos perpendicularmente e imersos na matriz pericentriolar, que por sua vez é composta por tubulina-γ, onde ocorre a nucleação dos MT. Estruturas de MT o Centríolos – 9 x 3 ▪ Localizam-se no MTOC ▪ Constituídos por 9 conjuntos de 3 microtúbulos, A, B e C ▪ O MT A é completo, constituído por 13 protofilamentos ▪ B e C têm geralmente 10 protofilamentos, pois partilham protofilamentos com o MT anterior. Nota: são muito fáceis de identificar. Como são perpendiculares, aparece um em corte longitudinal e outro em corte transversal ▪ Replicação dos centríolos – um centríolo filho cresce a partir de uma estrutura em forma de disco perpendicular ao centríolo pai. Controlado pela proteína centrobina. 23  ▪ Papel na mitose – organizam os tipos de MT, cujo polo negativo se localiza na matriz pericentriolar e o polo positivo: Polares – no equador da célula Cinetocorianos – no cinetocoro (no centrómero dos cromossomas); são responsáveis pela organização na placa equatorial e segregação dos cromatídeos na anafase Astrais – na periferia da célula. Formado pelo auxílio da cinase fator promotor da mitose. o Axonema (cílios e flagelos) – 9 x 2 + 2 ▪ 9 pares de MT A e B, mais um par central ▪ Pares ligados por nexinas o Corpúsculo basal – 9 x 3 ▪ Liga o axonema ao restante citoesqueleto ▪ Estrutura idêntica ao centríolo, mas são paralelos entre si, e não perpendiculares Microtubule Associated Proteins – MAPs o As MAPs têm papel estrutural, estabilizando ou destabilizando os MT – regulam o seu comprimento, permitem a associação de várias moléculas de tubulina e estabelecem a ligação entre MT e os componentes celulares. o Proteínas motoras – promovem o transporte de vesículas e organelos ao longo do MT ▪ Dineína – em direção ao polo negativo ▪ Cinesina – em direção ao polo positivo MT como alvo farmacológico o Colchicina – provoca despolimerização do fuso mitótico, inibindo a mitose o Vinblastina – agente anti-mitótico, tratamento anti-tumoral o Taxol – tratamento anti-neoplásico Microfilamentos / Filamentos de Actina Filamentos proteicos constituídos por unidades de actina Funções o Estabelecer, modificar e manter a forma da célula. Especializações de membrana o Envolvidos na contração muscular, endocitose e pinocitose o Locomoção Estrutura o Os microfilamentos – actina F – são estruturas quaternárias formadas pela polimerização de monómeros globulares de actina G. Existe um equilíbrio entre as duas formas. o Estão associadas ao ATP (mnemónica – Actina – ATP) o Organizam-se em redes ou feixes paralelos 24  Polimerização: o Actina G – molécula globular bipartida unida por uma fenda onde se encontra o ião Mg2+ ligado a ATP ou ADP o Quando a actina G polimeriza, o ATP hidrolisa em ADP. O inverso ocorre na despolimerização o Actina F – cadeia de monómeros de actina G. o É polarizada – no polo positivo, associam-se os monómeros de actina G ligados a ATP. No polo negativo ocorre a saída de - + actina G ligada a ADP o Fases: ▪ Nucleação – fase mais lenta, em que se forma um dímero, seguído de um trímero que leva à estabilização das interações moleculares ▪ Alongamento – adição de actina G aos dois polos e forma-se um filamento de actina F helicoidal ▪ Equilíbrio – troca de ATP/ADP e vice-versa, com taxa de polimerização igual à de despolimerização. Atinge-se uma concentração crítica de actina G que pode levar a 3 situações: [actina G] < concentração crítica na extremidade (+) – não ocorre polimerização em nenhum polo [actina G] > concentração crítica na extremidade (-) – há crescimento da actina F nos dois extremos na situação intermédia – ocorre crescimento no polo positivo Actin Binding Proteins – ABPs o Proteínas que interferem na dinâmica dos microfilamentos ou promovem a ligação entre eles. Medeiam, ainda, as ações entre microfilamentos e outras estruturas, funcionando como motores o ABPs transmembranares: ▪ Espectrina – proteína periférica citosólica, que permite a manutenção da integridade da membrana celular e da estrutura do citoesqueleto ▪ Integrinas – heterodímero de duas cadeias α e β. Importantes na adesão da célula à matriz extracelular ▪ Caderinas – podem ser dependentes ou não do Ca2+. Glicoproteínas integrais que medeiam adesão célula-célula. ▪ Actinina α – homodímero de duas cadeias antiparalelas. Encontram-se especialmente no disco Z do músculo estriado, onde liga filamentos de actina antiparalelos (abordado em Biologia dos Tecidos) e no músculo liso. Também encontrado em fibras de stress e adesões focais. Regula o crescimento e despolimerização dos microfilamentos e favorece a formação de redes. ▪ Titina – abundante no músculo esquelético e liso ▪ Filamina – faz com que os microfilamentos se associem em redes, responsáveis pela consistência em gel ▪ Proteína ARP 2/3 – medeia a nucleação da actina. Abundante nos lamelipódios 25  ▪ Família Rho – ligam-se ao GTP, regulando o crescimento dos filamentos de actina. Rac – formação de lamelipódios Cdc42 – formação de filipódios Especializações de membrana o Microvilosidades: ▪ são projeções da membrana celular, estando associadas a um córtex central e denso de microfilamentos. ▪ Os filamentos de actina estão dispostos paralelamente e encontram-se unidos por ABPs como fimbrina. ▪ Aumentam a área da superfície da célula, facilitando a absorção e a secreção. ▪ Na base das microvilosidades, são observados filamentos de actina perpendiculares – terminal web. ▪ A ponta das microvilosidades é constituída por uma substância amorfa, onde está imerso o polo positivo da actina o Estereocílios: ▪ São mais longos que as microvilosidades. A fimbrina mantém os filamentos de actina paralelos e a vinculina prende-os à membrana celular. ▪ Presentes nos canais excretores genitais masculinos (epidídimo e canal deferente) e no ouvido interno Papel na citocinese – a citocinese ocorre de forma centrípeta. Forma-se um anel contrátil de miosina II e filamentos de actina que provoca um estrangulamento progressivo da membrana. Papel na motilidade celular – migração de células embrionários no desenvolvimento, diapedese, cicatrização, fagocitose e filipódios, lamilepódios e pseudópodes. Filamentos intermédios Diâmetro intermédio aos filamentos de actina e microtúbulos Funções: o Sustentação: desmossomas e hemidesmossomas (adesão celular) o Apoio, resistência e estabilidade mecânica às células o Estabilidade estrutural e posicionamento do núcleo o Diminuem a probabilidade de ocorrência de apoptose Formam uma rede por todo o citoplasma, circundam o núcleo e estendem-se à periferia. São evidentes no interior do núcleo na lâmina nuclear, revestindo interiormente o invólucro nuclear São extremamente insolúveis e, por isso, são bastante resistentes Polimerização e despolimerização: o Não apresentam polaridade e não necessitam de ATP ou GTP para se polimerizar, sendo este um processo espontâneo 26  o Monómero – hélice α central limitada pur uma cabeça (terminal amina) e cauda (terminal carboxílico). A hélice α central é semelhante nos vários tipos de FI e estes diferem nas regiões terminais o Dímeros – os monómeros enrolam-se aos pares, formando uma estrutura espiral – coiled coil – constituída por duas cadeias polipeptídicas idênticas paralelas o Tetrâmeros – os dímeros associam-se antiparalelamente, conferindo uma simetria entre terminais que torna os FI apolares. São a subunidade básica dos FI. o Protofilamentos - os tetrâmeros ligam-se pelas extremidades o Podem ser formados homopolímeros ou heteropolímeros. o A fosforilação de um aminoácido no terminal amina pode levar à despolimerização do filamento. o Na lamina nuclear, a fosforilação dos resíduos de serina no terminal amina leva à despolimerização do FI, sendo este um processo essencial na mitose. Tipos de filamentos intermédios o Tipo I e II – queratinas, sendo as I ácidas e as II básicas-neutras. Localizam se no citoplasma de células epiteliais. Podem ser simples (camada epitelial), de barreira (em epitélios estratificados) ou estruturais (cabelo, unhas). Formam heterodímeros (queratina tipo I liga-se a uma tipo II) o Tipo III ▪ Desmina – células musculares, contribui para a estabilidade do sarcómero ▪ Proteína acídica fibrilar glial (GFAP) – nas células da glia e nos astrócitos ▪ Periferina – em neurónios ▪ Vimentina – expressa-se em várias células e auxilia a sustentação da membrana e a posição dos organelos o Tipo IV – expressam-se principalmente em células nervosas (-internexina, nestinas, neurofilamentos, …) o Tipo V – encontram-se no núcleo, compondo o invólucro nuclear – laminas nucleares. Rede ortogonal por baixo do invólucro que o sustenta. o Tipo VI – nas lentes oculares. 27  Intermediate Filaments-Associated Proteins – IFAPs o Ligam os FI entre si e a outras estruturas o Plectinas – têm afinidade para as MAPs, organizam o citoesqueleto e intermedeiam a ligação entre MT, MF e FI. o Anquirina – medeia a ligação de FI à membrana o Desmoplaquina – ligam os FI a outras estruturas celulares o Esquelamina e Cinemina – ajudam no suporte das células musculares ADESÃO CELULAR Processo pela qual as células interagem e se ligam às células vizinhas Pode ocorrer entre duas células ou entre a célula e a matriz extracelular CAMs – cell adhesion molecules, proteínas transmembranares que medeiam essas junções Pode estar envolvida na transdução do sinal, migração celular e desenvolvimento de tecidos. Alterações nestes processos pode estar na origem de várias doenças, como cancro e COVID-19. CAMs Podem ser: Homofílicas – ligação entre CAMs iguais entre as células o Caderinas (clássicas e não clássicas) - dependentes de Ca2+ o Imunoglobulinas (Ig) Heterofílicas – ligação entre CAMs de tipos diferentes o Integrinas - formados por subunidades α e β, podem sinalizar nos dois sentidos (fora para dentro e vice-versa). No domínio extracelular podem-se ligar a diferentes ligandos, enquanto no intracelular se podem ligar a filamentos intermédios ou de actina. o Selectinas Junções celulares Junções de ancoragem/aderência – mantêm as células unidas o Ligação aos microfilamentos: ▪ Desmossomas circulares – célula-célula ▪ Contacto focal – célula matriz o Ligação aos filamentos intermédios ▪ Desmossomas focais – célula-célula ▪ Hemidesmossomas – célula-matriz o Sem ligação ao citoesqueleto - interdigitações Junções ocludentes – selam o espaço intermembranar no contacto célula-célula, criando uma barreira impermeável Junções formadoras de canais – ligam o citoplasma de células adjacentes, permitindo o transporte de moléculas entre elas o Junções de hiato (gap junctions) o Junções retransmissoras de sinal – sinapses do sistema nervoso Junções célula-célula – mediadas por caderinas Junções célula-matriz – mediadas por integrinas 28 Junção ocludente Junções em que o espaço intermembranar é selado, criando uma barreira impermeável seletiva. Existem principalmente no tecido epitelial de revestimento, na região apical Funções: o Barreira seletiva o Impermeabilização o Polaridade celular o Regulação do crescimento, proliferação e diferenciação celular o Expressão genética CAMs envolvidas – ligam-se de forma homofílica e ligam-se a filamentos de actina: o Ocludinas – não são essenciais para esta junção o Claudinas – Essenciais. São diferentes de epitélio para epitélio, conferindo-lhes propriedades especiais. São capazes de formar poros paracelulares seletivos que permitem a passagem de certos iões pela junção de um espaço extracelular para o outro. o Proteínas ZO (zonula occludens) – proteínas citoplasmáticas de três tipos (ZO-1, ZO-2, ZO-3) que dão suporte estrutural. Permitem a interação entre diferentes proteínas e a ligação a microfilamentos. Transporte transcelular – através da membrana celular das células epiteliais Transporte paracelular – através das zonas ocludentes, pelo meio extracelular. Junções de adesão Célula – célula Interdigitações Devem-se a pregas entre as membranas, que aumentam a adesão celular Não associada ao citoesqueleto Desmossoma circular (adherens junctions) Localizam-se abaixo das junções ocludentes, ligando os microfilamentos de uma célula aos da célula vizinha, formando um cinto paralelo à membrana à volta das células. CAMs envolvidas o Caderinas clássicas – interagem por meio dos domínios extracelulares, sensíveis ao Ca2+. Quando se ligam a este ião, os domínios extracelulares alteram a sua conformação – passam de uma conformação flexível inativa para uma conformação rígida que lhes permite a ligação homofílica. Os domínios intracelulares ligam-se à catenina, que são a ponte para os filamentos de actina. 29 Desmossoma (focal) Semelhante aos desmossomas circulares, mas composto por caderinas não clássicas, como desmogleínas e desmocolinas e ligam-se a filamentos intermédios. Caderinas ligam-se entre si no domínio extracelular No meio intracelular, ligam-se às proteínas da placa densa (por exemplo placoglobina, placofilina e desmoplaquina) que ligam a caderina aos filamentos intermédios Funções: o Força e resistência ao stress mecânico o Pontos de contacto intercelular o Coesão e estabilidade celular No tecido epitelial, associam-se a filamentos intermédios de queratina, enquanto no tecido muscular cardíaco associam-se a desmina. Célula – matriz celular Hemidesmossomas Localizam-se na superfície basal das células As integrinas ligam-se às proteínas da matriz extracelular – lamininas da lâmina basal – que se ligam ao colagénio. As integrinas ligam a matriz extracelular aos filamentos intermédios de queratina por meio de proteínas adaptadoras, como plectinas e distoninas. Funções: o Manutenção da estabilidade estrutural das células epiteliais, ancorando-as à matriz extracelular através da ligação à lâmina basal Contacto focal Superfície basal das células Função – ligação da célula à lâmina basal As integrinas ligam fibronectinas da matriz extracelular aos microfilamentos. Proteínas adaptadoras - talinas, vinculinas, α-actininas e filaminas. Formam um complexo intracelular para ligação das integrinas aos microfilamentos. 30 Junções de comunicação – junções de hiato Compostas por canais chamados conexões, que consistem num conjunto de 6 proteínas transmembranares – conexinas. Os canais são formados por conexões das duas células adjacentes que se alinham. Estes canais permitem o transporte seletivo de iões e pequenas moléculas específicos entre os citoplasmas, dependendo do tipo de conexinas, estando envolvidas em processos de sinalização celular, e mantém as células juntas. Podem responder a diferentes estímulos, ora rápidos (gating de voltagem) ora lentos (alteração do nº de canais presentes nas junções) Nas células musculares cardíacas, sincronizam as contrações das fibras. Nas musculares lisas, são responsáveis pelos movimentos peristálticos. Junções mediadas por selectinas Selectinas são uma família de CAMs envolvidas na adesão célula – célula transiente que ocorre no sistema circulatório. Mediam o movimento dos leucócitos na corrente sanguínea, permitindo que rodem no endotélio. Ligações heterofílicas – o domínio extracelular liga-se a carboidratos de células adjacentes. Requer Ca2+. Junções mediadas por imunoglobulinas Proteínas transmembranares com um ou mais domínios semelhantes a Igs no domínio extracelular. Independente do cálcio. Podem estabelecer ligações homofílicas ou heterofílicas. SINALIZAÇÃO CELULAR Função fisiológica que medeia o estímulo externo e a resposta celular. Permite a interação entre as diversas células do organismo, coordenando o seu comportamento em prol do organismo pluricelular – regula o desenvolvimento, a organização dos tecidos, o crescimento e divisão celulares e todas as funções do organismo. Mensageiros, ligando, sinal, etc. – substâncias que medeiam a sinalização celular. Respostas celulares – alterações do metabolismo, regulação da expressão génica, movimento celular, proliferação, diferenciação, sobrevivência ou morte celular. Etapas: o Síntese e libertação do mensageiro pela célula sinalizadora o Transporte do mensageiro à célula alvo o Reconhecimento do sinal por um recetor específico (ligação não covalente, um mesmo ligando pode ser reconhecido por vários recetores) o Transdução e amplificação do sinal (cascatas de sinalização intracelulares, com segundos mensageiros. Pode ter efeitos genómicos ou não genómicos). o Efeito biológico final o Remoção do sinal 31 Modos de sinalização Contacto direto o Junções de hiato ▪ Canais de comunicação direta entre células adjacentes, onde se transferem pequenas moléculas e corrente elétrica por iões. A sua permeabilidade depende das conexinas, da concentração de cálcio, pH, estados de fosforilação e diferenças de potencial. o Sinalização justácrina - moléculas associadas à membrana Transmissão à distância o Endócrina ▪ Os mensageiros são hormonas, que são produzidas por glândulas endócrinas e transportadas pela corrente sanguínea até às células-alvo. ▪ As hormonas podem ser aminas, proteínas ou esteroides. o Parácrina – sinalização intercelular local – uma célula num dado tecido liberta sinais para as células vizinhas o Autócrina – quando a célula sinalizadora também é célula alvo Moléculas sinalizadoras Podem ser hormonas, fatores de crescimento, óxido nítrico e neurotransmissores Podem ser o hidrofóbicas (lipossolúveis) – recetores intracelulares (incluem os recetores de hormonas sexuais e são fatores de transcrição que regulam a expressão génica) o hidrofílicas – utilizam recetores membranares 32 Transdução do sinal Transdução elétrica Junções de hiato Recetores ionotrópicos o Transmissão elétrica indireta entre células, através da interação recetor – ligando. o São canais iónicos que, para serem permeáveis, dependem da ligação de um sinal. Atuam como transdutores de sinais químicos em sinais elétricos o Estão envolvidos na transmissão do sinal sináptico rápido entre células excitáveis eletricamente. A ligação do neurotransmissor ao recetor induz a abertura do canal iónico, permitindo o fluxo de um dado ião e alterando o potencial elétrico da membrana (ex.: recetor de acetilcolina na junção neuromuscular) Transdução química Recetores metabotrópicos acoplados à proteína G - GPCR o Maior família de recetores da superfície celular o Envolvidos na atividade neuronal, secreção de glândulas, taxa e intensidade da contração músculo-esquelética, na migração celular e nos sentidos da visão, paladar e olfato – capazes de interagir com fotões, neurotransmissores, hormonas, proteínas, pequenas moléculas e fármacos. o Estrutura dos recetores – 7 domínios de hélice-α transmembranares, com terminal carboxílico intracelular e amina extracelular (responsável por capturar o ligando) o Estrutura da proteína G – 3 subunidades ▪ Gα, pode ser: Gα(s): estimula ciclase do adenilato (↑AMPc) Gα(i): inibe ciclase do adenilato (↓AMPc) Gα(q): ativa via da fosfolipase C (PLC) → cliva PIP3 em IP3 e DAG Gα(12/13): ativa RhoGEF’s e ativa rodopsina ▪ Complexo Gβγ: Ativa: canais de K+ e certas cinases (proteínas capazes de fosforilar) (ex: PI3K e GRK) Inibe: canais de Ca2+ regulados por voltagem ▪ Associado a GTP/GDP 33  o Transdução do sinal 1. A ligação do ligando induz alterações conformacionais no GPCR, facilitando a interação com a proteína G 2. GPCR ativo faz com que a Gα liberte GDP e se ligue a GTP 3. GTP ligado a Gα faz a separação de Gα do complexo βγ 4. As subunidades interagem com os respetivos efetores, estes ativam segundos mensageiros 5. GTP é hidrolisado e GRK fosforila o GPCR 6. β-arrestina liga-se ao GPCR 7. As subunidades da proteína G voltam a ligar-se 8. GPCR é internalizado, sendo degradado ou reciclado novamente para a membrana o Via da ciclase do adenilato 1. Fixação do ligando altera a conformação do recetor e fica exposto o local Ciclase do de ligação à proteína Gs adenilato 2. Proteína Gs associa-se ao recetor e liberta GDP, ligando-se GTP à subunidade α e dissociando-se do complexo βγ βγ α 3. A subunidade α liga-se e ativa a ciclase do adenilato, proteína que Recetor catalisa a produção de várias moléculas de cAMP (através da hidrólise do ATP) 4. GTP hidrolisado e proteína G volta à sua conformação inicial 5. Aumento dos níveis de cAMP ativa cinase de proteínas dependentes do cAMP (PKA) 6. PKA fosforila diferentes proteínas alvo 34  7. Esta via é controlada e interrompida pelas fosfodiesterases que degradam o cAMP, ou por fosfatases de fosfoproteínas que se ligam ao domínio catalítico da PKA e inibindo-a. o Via da fosfolipase C ▪ Fosfolipase C é ativada por proteínas Gq num mecanismo análogo ao da ciclase do adenilato Recetores metabotrópicos catalíticos o A ligação do mensageiro provoca a dimerização dos recetores single-pass transmembranares o Fosforilação das enzimas dentro e fora do domínio catalítico dos dois recetores dimerizados o Recetores ciclase do guanilato – Recetores com atividade de ciclase do guanilato que catalisam a conversão de GTP a cGMP, que por sua vez ativam cinases de proteínas dependentes de GMPc (PKG). o Recetores de cinase tirosina (RTK)– a ligação do ligando ao recetor Cinase Tirosina ativa o domínio catalítico intracelular, levando à fosforilação desses domínios e permitindo a ligação de várias proteínas. Essas proteínas podem levar à substituição de GDP por GTP na proteína RAS, ativando-a. ▪ Por sua vez, a RAS ativa outra proteína RAF (MAP cinase) que fosforila a MAPK (mitogen-activated protein kinase). Esta ativa proteínas de transcrição de diversos genes, Pág. 850 (885 no PDF) do Alberts envolvidos na progressão do ciclo celular. O sinal termina quando a RAS hidrolisa o GTP. (mutações no RAS leva à hidrólise retardada do GTP e pode aumentar sinalização proliferativa => neoplasia) ▪ A enzima PI3K (phosphoinositide 3-kinase) também pode ser ativada pelo RAS. A PI3K ativa a Akt, que por sua vez, ativa o mTOR (Itarget of rapamycin), que também tem influência genómica, controlando o crescimento celular (estimula a produção de ribossomas e de síntese proteica) 35 o Recetores cinase de serina-treonina – podem ser do tipo I ou II, que formam dímero quando se ligam ao sinal. O recetor tipo II fosforila e ativa o recetor tipo I, que ativa um regulador de transcrição. o Recetores associados a JAK/STAT – os recetores associam-se à cinase citoplasmática de tirosina Janus (JAK) (o nome deve-se ao deus romano Janus, que tinha duas caras). As JAK fosforilam e ativam reguladores de transcrição STAT, que estão no citosol e migram para o núcleo, regulando a transcrição de genes. o Recetores Toll-like – importantes na resposta inflamatória, reconhecendo patogénicos. Provocam a ubiquitilação e fosforilação de proteínas, fazendo com que a proteína NFkB seja translocada para o núcleo e provoque a transcrição de vários genes relacionados com a resposta inflamatória. o Recetores TNFα – tumor necrosis factor α, citocinas importantes na resposta inflamatória. Processo semelhante aos Toll-like 36 CICLO CELULAR, MITOSE E MEIOSE A divisão celular envolve dois eventos: a divisão nuclear – cariocinese – e a divisão do citoplasma – citocinese. É necessária a replicação do DNA e a divisão pode ser de dois tipos – mitose ou meiose. Variabilidade genética – em parte consequência de mutações que modificam o DNA. Cada cromossoma é composto por sequências de DNA únicas, com regiões altamente conservadas que não sofrem mutações e regiões muito variáveis. Sistemas de reparação do DNA vão eliminar ou reparar as mutações. Se forem incompatíveis com a vida, leva a apoptose Ciclo celular – sequência de eventos que leva à formação de duas cópias de uma célula pré-existente. Fases: o Interfase ▪ G1 – fase mais longa do ciclo. Crescimento celular e duplicação dos organelos. Cromossomas com apenas um cromatídeo e ocorre imensa síntese proteica. ▪ S – crescimento celular e replicação do DNA. Duplicação do centrossoma e união dos cromatídeos por coesinas. ▪ G2 – crescimento celular e preparação para a divisão o M - Divisão celular o G0 – em células quiescentes. Estado de repouso, em que as células não se dividem. Em certos tipos celulares, podem sair de G0 e retomar o ciclo celular. O ciclo celular é altamente regulado e controlado. Existem vários pontos em que a célula verifica se existe algum problema no DNA ou no resto da célula, atrasando o ciclo celular para reparar ou levando a célula a apoptose. Esses checkpoints são: o Ponto de restrição G1 – ilustra a natureza reversível da entrada e quiescência do ciclo celular. É sensível ao estado fisiológico da célula e ao ambiente extracelular. Sem os estímulos apropriados, a célula não progride deste ponto. o Checkpoint G1/S – na transição G1 para S, onde a célula decide se se deve dividir ou não, já que a entrada em S torna a célula comprometida a dividir- se. Verifica-se as condições internas para a divisão (tamanho, nutrientes, sinais moleculares e a integridade do DNA) o Checkpoint S – durante G1, o DNA é modificado por várias proteínas que se ligam às origens de replicação. À medida que replicam o DNA, vão sendo inativadas de modo a prevenir que o DNA seja replicado mais do que uma vez por ciclo. o Checkpoint G2/M – verifica se a replicação do DNA não resultou em erros. Se não foi replicado ou mal replicado, pode-se proceder à sua reparação ou então entra em apoptose ou senescência (não se divide). A entrada em mitose envolve obrigatoriamente a ativação de Cdc25. 37  o Checkpoint M – transição metáfase-anáfase. A célula verifica se os cromatídeos irmãos estão corretamente alinhados e ligados aos microtúbulos do fuso mitótico. Se não, atrasa a segregação dos cromossomas até que os cromossomas se liguem ao fuso Ciclinas-cinases dependentes de ciclina (CDK) e inibidores de CDK o O controlo do ciclo (início, ordem e fim de cada etapa e seguimento ou paragem da divisão), é feito por ciclinas (D, E, A e B), proteínas cinases dependentes de ciclinas (CDKs) e respetivos inibidores de CDKs. o As ciclinas complexam com CDKs. o A sua ação é feita através da fosforilação de outras proteínas que induzem eventos do ciclo, ligação a inibidores e por proteólise cíclica o G0-G1-CDK (complexos D-CDK4, D-CDK6) e G1/S-CDK (E-CDK2) – regulam transição G1-S por fosforilação da proteína RB ▪ Complexo RB hipofosforilado com fator de transcrição E2F – liga-se ao DNA, recruta fatores de remodelação da cromatina e inibe transcrição de genes necessários para fase S. ▪ RB hiperfosforilado – liberta-se do E2F e ativa a transcrição de genes. o S-CDK (complexos A-CDK2 e A-CDK1) – fase S, regulam a duplicação dos cromossomas o M-CDK (complexo B-CDK1) – transição G2-M o Inibidores de CDK – inibem a ação das CDK e a progressão do ciclo celular. Usados normalmente para a G1/S e S-CDK ▪ Inibem qualquer CDK – p21, p27, p57 ▪ Inibem D-CDK6 e D-CDK4 – p15, p16, p18, p19 ▪ Levam a célula a senescência – p53 38  o Fosforilação inibidora – proteína cinase denominada Wee1 fosforila locais da CDK, inibindo a sua ação. A Cdc25 faz o processo contrário, desfosforilando a CDK e ativando-a. Principal na M-CDK o Proteólise cíclica – destruição do complexo ciclina-CDK por ubiquitinação e degradação no proteossoma ▪ Complexo APC – anaphase-promoting complex, regula a transição de metafase para anafase, degradando a ciclina M. ▪ Complexo SCF – ubiquitilação de inibidores de CDK na transição G1- S, degradando-os e permitindo a atividade da CDK Defeitos nestas proteínas → células-filha mutantes com potencial de se tornarem tumorais malignas Efeito Warburg – aumento da captação celular de glicose e glutamina, aumento da glicólise e (contra-intuitivamente) diminuição da fosforilação oxidativa Mitose Resulta em duas células-filhas com o mesmo nº de cromossomas e conteúdo de DNA que a célula mãe. Mitosis promoting factor (MPF) – fosforilação de proteínas envolvidas nos eventos da mitose entre profase e metafase: o Condensação da cromatina o Construção do fuso mitótico o Alinhamento dos cromossomas no plano equatorial o Desagregação do invólucro nuclear Profase: o Condensação completa dos cromossomas (atuação da condensina) o Ligação dos cromatídeos irmão ao centrómero o Formação do fuso mitótico a partir do centrossoma Prometafase o Desintegração do invólucro nuclear em vesículas citoplasmáticas o Ligação dos microtúbulos cinetocorianos aos cinetocoros em maturação e fosforilação de proteínas motoras (cinesina e dineína) o Movimento agitado dos cromossomas Metafase o Alinhamento dos cromossomas na placa equatorial. o Os microtúbulos cinetocorianos unem os cromatídeos irmãos a polos opostos do fuso. o Condensação máxima dos cromossomas 39 →Checkpoint mitótico – até agora, a separação dos cromossomas está inibida por várias proteínas que inibem o APC, até que todos os cromossomas estejam orientados Ativada pela Cdc20, o APC promove a separação dos cromatídeos, degradando a securina, ativa a separasse e quebra complexos de coesina. Degrada a ciclina B. Anafase o Cromatídeos-irmãos separam-se e movem-se em direção aos polos. o Os microtúbulos cinetocorianos diminuem de tamanho à medida que os microtúbulos polares aumentam. o Anafase A – primeiro movimento dos cromossomas para os polos, com encurtamento dos microtúbulos cinetocorianos o Anafase B – começa quando os cromatídeos já percorreram uma certa distância; força de deslizamento gerada nos microtúbulos interpolares para afastar os polos e o seu alongamento no polo positivo Telofase o Os cromatídeos chegam aos polos e descondensam o O fuso mitótico despolimeriza o Forma-se um novo invólucro nuclear em cada polo, formando dois núcleos o Formação do nucléolo o Redistribuição dos organelos Citocinese o Aurora B – atrasa a divisão celular para garantir que os cromossomas estão corretamente distribuídos. Este fenómeno baseia-se num gradiente que deteta atrasos no afastamento dos cromossomas e retarda o processo até que todos tenham atingido uma distância mínima. o O citoplasma é dividido em dois pela contração de um anel contrátil de filamentos de actina e miosina, provocando o estrangulamento da membrana e a formação de duas células-filha. 40 Meiose Produz células haploides Inclui 2 divisões nucleares Produção de gâmetas Responsável pela reprodução sexuada Ocorre crossing-over na profase I São produzidas: o 4 células funcionais na espermatogénese a partir de uma célula-mãe o 1 célula funcional a partir da oogénese e mais 3 corpos polares APOPTOSE Morte celular programada O crescimento de um organismo pluricelular não depende só da proliferação de células, mas também dos mecanismos de as eliminar – por exemplo, para manter o tamanho de um tecido, a taxa de proliferação tem de ser igual à de eliminação. Funções: o Desenvolvimento (embriogénese, organogénese) o Homeostasia (pós-inflamação e resposta imunitária) o Eliminação celular (células tumorais, linfócitos, células infetadas com vírus, rejeição de transplante) Excesso de apoptose = atrofia Apoptose insuficiente = proliferação celular descontrolada Processos bioquímicos e alterações morfológicas associados: o Proteólise – inativação mitocondrial e acidificação do citoplasma (eosinofílico) o Cariólise – fragmentação da cromatina (núcleo basofílico) o Colapso do citoesqueleto o Perda da assimetria da membrana celular e sua fragmentação em corpos apoptóticos, sem desintegração membranar o Perda das adesões celulares 41  Diferenças entre apoptose e necrose o Necrose – morte celular em resultado de inviabilização metabólica da célula, como em processos traumáticos ou falta de aporte sanguíneo, por exemplo. É um processo passivo, não espontâneo e não é seletivo, mas coletivo. Não tem qualquer tipo de participação na homeostasia do organismo e é patológico. Há lise celular e despoleta resposta inflamatória. o Apoptose – ocorre o oposto da necrose. Morte celular programada, espontânea e ativamente. Resulta de processos altamente regulados e seletivos, tendo manifestação a nível celular individual. Tem elevada importância para a homeostasia do corpo e geralmente é fisiológico. Não