Fisiologia celular

Autor(es): Landowne, David
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10 capítulos

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Capítulo 1 Processos celulares

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Processos celulares

1

OBJETIVOS

Reconhecer e descrever os tipos de eventos eletrofisiológicos.

Descrever os tipos de canais de membrana e seus papéis.

Descrever sistemas de controle fisiológicos.

VISÃO GERAL

A fisiologia é o estudo das funções ou processos. Diógenes Laertius em seu Lives of Eminent Philosophers (Vidas dos Filósofos Notáveis) declarou que há três divisões da filosofia: natural, ética e dialética. A antiga palavra grega para filosofia natural era

φυσισ, que é a raiz para as palavras inglesas physics (física), physiology (fisiologia) e physician (médico). A física e a fisiologia estão relacionadas com o modo como as coisas funcionam. A prática da medicina é trabalho do médico; a fisiologia é a base científica para esta prática.

A vida é celular e as células são as unidades fundamentais da vida. Sem as células não haveria seres vivos. Todas as células de um determinado indivíduo são essencialmente derivadas de um único óvulo fertilizado. A maioria das células dos organismos multicelulares reside no interior dos tecidos e órgãos. Este livro concentra-se nos processos celulares e deixa a discussão de sua organização mais elaborada para trabalhos sobre a fisiologia dos vários sistemas de órgãos. Fármacos, toxinas e doenças são introduzidos para ilustrar os processos celulares. Haverá necessidade da leitura de outros livros para compreendê-los no contexto da medicina. Os pacientes de um médico são mais do que sua fisiologia celular, mas a qualidade de suas vidas depende de sua funcionalidade celular.

 

Capítulo 2 Membranas celulares

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Membranas celulares

2

OBJETIVOS

Descrever a composição molecular das membranas biológicas.

Descrever as propriedades biofísicas funcionais das membranas biológicas.

Descrever as classes de canais iônicos, sua estrutura molecular e propriedades biofísicas.

Descrever a organização molecular, as propriedades, o controle e os papéis funcionais dos canais intercelulares.

Descrever o movimento e o transporte de substâncias através das membranas biológicas por processos passivos.

Descrever o movimento e o transporte de substâncias através das membranas biológicas por processos ativos.

Descrever a importância fisiológica de dois exemplos de transporte ativo e dois exemplos de transporte passivo.

Definir pressão osmótica.

Calcular a osmolaridade de soluções simples.

Calcular as mudanças na osmolaridade dos compartimentos corporais causadas pela ingestão de várias soluções simples.

Descrever os mecanismos fisiológicos de regulação da osmolaridade.

Todas as células vivas possuem uma membrana de superfície que define seus limites e a conectividade entre os compartimentos intracelular e extracelular. As membranas celulares, cuja espessura é de cerca de 10 nm, consistem em uma dupla camada lipídica de 3 a 4 nm de espessura, no interior da qual estão inseridas diversas proteínas que podem se projetar em ambos os compartimentos. As membranas também delimitam as organelas intracelulares, incluindo o envoltório nuclear, o aparelho de Golgi, o retículo endoplasmático, as mitocôndrias e diversas vesículas. As proteínas respondem pelo transporte de moléculas específicas através das membranas e, portanto, controlam as diferentes soluções em ambos os lados. As proteínas também estabelecem uma comunicação através das membranas e ao longo da superfície da célula. Existem também proteínas que proporcionam um acoplamento mecânico entre células.

 

Capítulo 3 Canais e o controle do potencial de membrana

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Canais e o controle do potencial de membrana

3

OBJETIVOS

Descrever como os potenciais de membrana são medidos e fornecer valores típicos para diferentes células.

Discutir a relação entre a separação da carga através da membrana e o potencial de membrana.

Listar as concentrações aproximadas dos principais íons nos compartimentos intra e extracelulares.

Descrever os três fatores que controlam o movimento dos íons através das membranas.

Determinar se um íon se moverá para o interior ou exterior das células de acordo com o potencial de membrana e o gradiente de concentração do íon.

Discutir como as alterações no potencial de membrana mudam quando os íons

fluem através das membranas celulares.

Explicar as etapas que ocorrem durante a geração de um potencial de Nernst.

Explicar as etapas que ocorrem durante a geração de um potencial de membrana de repouso.

Discutir por que o fluxo resultante da carga é 0 no estado de repouso embora os

íons estejam se movimentando através da membrana.

Discutir o papel da bomba de Na/K na geração do potencial de membrana.

 

Capítulo 4 Potenciais geradores sensoriais

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Potenciais geradores sensoriais

4

OBJETIVOS

Listar oito sensações e os nomes das células receptoras sensoriais especializadas responsáveis pela geração de tais sensações.

Descrever a adaptação sensorial nesses receptores.

Desenhar um esboço esquemático de (a) um corpúsculo de Pacini e sua célula ganglionar sensorial (incluindo o corpo celular e processo central); (b) uma célula pilosa coclear e suas sinapses; (c) um fotorreceptor e suas sinapses.

Listar três ou mais diferenças entre os canais iônicos subjacentes aos potenciais de ação, potenciais de repouso e potenciais receptores.

Os animais desenvolveram ampla variedade de órgãos sensoriais capazes de monitorar as substâncias químicas, luz, som e outros eventos mecânicos nos ambientes externo e interno. As células ou porções de células que realizam a etapa inicial da transdução sensorial convertem luz ou energia mecânica ou a presença de condições químicas específicas em uma mudança no potencial de membrana chamado potencial receptor ou potencial gerador sensorial. Nas células sensoriais pequenas, esse potencial gerador controla diretamente o processo de liberação sináptica descrito no

 

Capítulo 5 Potenciais de ação

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Potenciais de ação

5

OBJETIVOS

Descrever a ativação dos potenciais de ação.

Explicar a propagação dos potenciais de ação.

Descrever as correntes da membrana subjacentes aos potenciais de ação.

Descrever a atividade dos canais que produzem os potenciais de ação.

Explicar o fundamento da membrana com relação ao limiar do potencial de ação e do período refratário.

Explicar as ações do cálcio, anestésicos locais e neurotoxinas nos potenciais de ação.

Descrever a relação entre a atividade do canal e a contração do músculo cardíaco.

Descrever o fundamento da membrana com relação aos marca-passos cardíacos intrínsecos.

Descrever os efeitos da acetilcolina e NE nos potenciais de ação cardíacos.

O PAPEL DOS CANAIS DE SÓDIO SENSÍVEIS À VOLTAGEM

Os potenciais de ação constituem alterações no potencial de membrana que se propagam ao longo da superfície das células excitáveis. São mais conhecidos nas células nervosas e musculares, mas também ocorrem em algumas outras células, como as células-ovo associadas à fertilização e as células das plantas. Diferentemente de algumas outras alterações no potencial de membrana, os potenciais de ação caracterizam-se como sendo “tudo-ou-nada”; possuem um limiar para excitação e uma duração estereotipada.

 

Capítulo 6 Sinapses

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Sinapses

6

OBJETIVOS

Descrever as etapas da transmissão sináptica química.

Descrever a biossíntese e as ações da acetilcolina.

Descrever a biossíntese e as ações das catecolaminas (dopamina, norepinefrina e epinefrina).

Descrever a biossíntese e ações da serotonina e histamina.

Descrever a biossíntese e ações dos aminoácidos excitatórios e inibitórios.

Descrever a biossíntese e ações dos neuropeptídios.

Descrever a estrutura da junção neuromuscular e as funções das várias subestruturas.

Descrever e explicar as etapas envolvidas na transmissão neuromuscular.

Descrever as ações e explicar os mecanismos para os efeitos do Ca e Mg na liberação do transmissor.

Descrever como a acetilcolina interage com os receptores na membrana pós-sináptica e o destino da acetilcolina.

Descrever a geração do potencial de placa terminal bem como os efeitos e mecanismos de ação dos inibidores da acetilcolina esterase e dos bloqueadores dos receptores da acetilcolina.

Descrever a facilitação e potenciação pós-tetânica da liberação do transmissor e como estes processos podem ser usados para explicar determinadas características de miastenia gravis e recuperação do bloqueio do receptor.

 

Capítulo 7 Músculo

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Músculo

7

OBJETIVOS

Discutir as proteínas que compõem o aparelho contrátil do músculo.

Descrever as especializações das membranas e filamentos para o acoplamento excitação-contração.

Relacionar a estrutura dos sarcômeros com sua função.

Discutir as características estruturais e funcionais que distinguem o músculo liso do músculo estriado.

Descrever o acoplamento excitação-contração no músculo liso.

Descrever os músculos lisos unitários e multiunitários, bem como suas respectivas localizações e funções.

Discutir o acoplamento excitação-contração no músculo cardíaco e explicar como ele difere do acoplamento e–c nos músculos esquelético e liso.

Discutir a mecânica da contração cardíaca com referência aos diagramas comprimento-tensão e pressão-volume.

Descrever o papel da inervação autonômica e os efeitos da acetilcolina e norepinefrina na contratilidade cardíaca.

A expressão externa da atividade do SNC é a contração muscular e secreção glandular. O sistema nervoso controla três tipos diferentes de músculo: esquelético, cardíaco e liso. Os três encurtam e geram força através de uma interação consumidora de ATP entre a actina e a miosina. Entretanto, elas são células de vários tamanhos com diferentes padrões de inervação e diferentes mecanismos de acoplamento excitação-contração.

 

Respostas das questões de auto-avaliação

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Respostas das questões de auto-avaliação

CAPÍTULO 1

1.1

1.2

Ver Fig. 1.2.

Ver Fig. 1.3.

CAPÍTULO 2

2.1

2.2

2.3

2.4

2.5

Na difusão livre, o fluxo é proporcional ao gradiente de concentração em todas as concentrações. A difusão facilitada é caracterizada por uma taxa máxima de fluxo e uma concentração em que o fluxo é metade do máximo. O transporte ativo primário move materiais contra o gradiente de concentração à custa da hidrólise do ATP. O transporte ativo secundário move alguns materiais a favor de seu gradiente de concentração à custa da movimentação de outros materiais contra seu gradiente de concentração.

Promovendo um ambiente no interior do canal que mimetiza o ambiente aquoso do íon na solução-padrão — isto é, que tem cargas semelhantes em posições e distâncias do íon semelhantes.

Se ela beber 4 litros de água destilada, o volume de todos os compartimentos de seu corpo aumentarão em 10% (4/40), e sua osmolaridade diminuirá em 10%. Se beber 1 litro de solução isotônica, seu volume extracelular aumentará em 1 litro, seu volume intracelular não sofrerá alterações, e as osmolaridades não mudarão.

 

Exame prático

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Exame prático

Para cada questão, escolher a melhor resposta.

1.

As células ciliadas são as células receptoras sensoriais na cóclea. São excitadas pela vibração do feixe ciliar. A vibração do feixe ciliar causa qual dos seguintes eventos? a. Influxo de K+ através dos canais catiônicos mecanossensíveis nas pontas dos cílios. b. Influxo de Ca2+ através dos canais de entrada para o nucleotídio cíclico

(CNG) nas pontas dos cílios. c. Hiperpolarização de longa duração da célula ciliada. d. Uma série de potenciais de ação propagados dos cílios para o corpo celular da célula ciliada.

2.

As membranas celulares a. consistem quase inteiramente em moléculas protéicas. b. são impermeáveis a substâncias lipossolúveis. c. contêm moléculas fosfolipídicas anfipáticas. d. são livremente permeáveis aos eletrólitos, mas não às proteínas. e. apresentam uma composição estável durante toda a vida da célula.

3.

Em uma célula epitelial intestinal, o transporte de glicose do lúmen intestinal para o sangue envolve qual dos seguintes processos? a. Transporte ativo secundário b. Difusão facilitada c. Transporte ativo d. Transporte ativo secundário e difusão facilitada e. Transporte ativo e transporte ativo secundário

 

Respostas do exame prático

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