Mg, Ca, Na e K nos sistemas biológicos

Question 1

Mg, Ca, Na e K nos sistemas biológicos

Answer 1

• Configuração electrónica, ns1 e ns2 – Os respectivos iões 1+ e 2+ adequirem a configuração de gás raro
• São iões muito estaveis

• Não efectuam química redox
(mas na transmissão de sinal…)

são macrominerais, não trace elements (microelementos) –> quantidades superiores (1,7kg Ca!)

Question 2

Mg nos sistemas biológicos

Answer 2

• O Mg2+ é um dos metais fisiológicos divalentes mais abundantes.
• É um cofator em + de 300 reações enzimáticas

• tem [] intracelular de ~25 e ~100 mM em céls procarióticas e eucarióticas.
[] Mg2+ livre intracelular é cerca de 0,3-0,6 mM com gradiente de concentração insignificante entre as membranas plasmáticas, rigidamente controlada por grandes n de quelantes de Mg2+, como o ATP ou a parvalbumina

• O Mg2+ tem raio de 0,6 Å (significativamente < Ca2+, 0,95 Å) => elevada razão carga/raio do Mg2+ em relação a do Ca2+ => principais difs nas props de coordenação entre o Mg2+ e o Ca2+
• maioritariamente coordenação oct com 6 átomos de O como ligandos

Question 3

Clorofilas

Answer 3

clorofila a,b têm difs substituintes –> difs lambda max

PSII (H2O:quinona oxidoredutase)

reação redox é TD instável devido aos potenciais…

ox H2O no lado mais neg e red da quinona no lado mais pos
–> separação de cargas dentro da membrana (transporte de cargas tmb é TD desfavorável) => permite estabelecimento potencial de membrana

–> só ocorrem pq há acoplamento energético por absorção dos quanta? de luz dos fotões –> altamente energético => pela clorofila

Cadeia transportadora de electrões fotossintética:
PQ:PC (ou cyt c6 em certas bactérias) oxidorredutase
tmb faz separação de cargas

PC ox pelo PSI–> novamente acoplada à absorção de luz pq
PC: ferredoxina oxidorredutase é TD desfavorável

dps ferredoxina:NAD+ oxidorredutase –> NADPH no ciclo de Calvin para fixação de C

Question 4

Cadeia transportadora de electrões fotossintética- resumo

Answer 4

ver este slide!!

PSII:
OEC (produz O2, é centro cat onde H2O é oxidada)
radical Yz que promove extração dos e- da mol de H2O
difs Chl, difs Q (são diméricos–> 2)

PSI
tmb dímero….+ centros FeS

?Complexo b6f (equiv ao bcI na cad resp mit)
tmb dímero
haem high e low potencial, um deles fora da membrana?
hemof tem 1 dos ligs difs…??

Question 5

Mg2+- funções

Answer 5

coordena ATP/ GCP
ou ativador de enzimas

adesão celular,
antagonista cálcio (–> relaxação muscular)

papel estrutural em prots, DNA…

Question 6

Mg2+ - Substrato em reacções enzimáticas

Answer 6

Nos enzimas que interatuam com nucleotidos os verdadeiros substratos são os complexos ião-nucleotido! (ex HK, via Embden-Meyerhof)

pode fazer pseudociclização em que estabiliza os O dos fosfatos…

PFK humana:
A coordenação do Mg2+ orienta os grupos β e γ-fosforilos numa conformação que aumenta a repulsão eletrostática entre estes grupos facilitando a catálise

Mg2+ medeia a hidrólise das ligações fosfoéster pelas fosfatases, diminuindo a energia associada ao estado de transição da reação associativa através da coordenação intermediária dos dois reagentes, o que estabiliza um estado de transição trigonal-bipiramidal para P

Question 7

Mg2+ - ciclases

Answer 7

adeninil/guanilil…ciclases
–> mecs de transdução de sinal

ATP –> cAMG etc

Guanililo ciclase:
domínios extracel, transmembranar e citoplasmáticas

–> recebe estímulo extracel

nas humanas: solúvel
domínio hémico que sente estímulo (ácido nítrico, NO, em baixas n serve como neurotransmissor! mas muito é tóxico) –> trigger: GCP–> cGMP

domínios catalíticos de ciclase são equivs, com estado de transição

Question 8

Mg2+ - ativador enzimático

Answer 8

2º local de ligação na prot –>
O Mg2+ também ajuda a orientar o grupo γ-fosforilo “em linha” em relação ao segundo substrato => geometria correta para completar a transferência do grupo fosforilo
(HK, PFK…)

Question 9

Mg2+ - binding sites

Answer 9

Maioritariamente tem coordenação octaédrica com seis átomos de oxigénio como ligandos!! –> res de asp, glu…

Question 10

Mg2+ - Transportadores

Answer 10

Canal de Mg2+ : MgtE de Thermus thermophilus (termófilo, da mesma.. que Taq –> PCR)

(A) As diferentes cores de uma subunidade do dímero MgtE indicam os vários domínios estruturais.
parte membranar e parte periférica

(B) 13 iões Mg2+ são observados na (violeta), 12 ligados aos domínios intracel, o outro (M1) no poro central de condução iónica

Canal CorA de Themotoga maritima (com met simples, se calhar reflete … primários?)

pentâmero CorA com vários domínios estruturais, vários iões Mg2+

Question 11

Ca2+ nos sistemas biológicos

Answer 11

• O Ca2+ desempenha um papel chave e fundamental nas células como segundo mensageiro
• depende muito de enorme nº de prots de ligação ao Ca, CBP –> CBPs contribuem para o controlo da [] de Ca2+ no citosol e participam em mtas funções celulares como transportadores de Ca2+ através das membranas/ como sensores modulados por Ca2+
• liga-se principalmente ao EF-hand motif com geometria bipiramidal

Question 12

Ca2+ - segundo mensageiro

Answer 12

Cascatas de transdução de sinal

pode acionar respostas celulares ao estímulo do 1º mensageiro

(ver esquema: G-prot coupled receptor –> phospholipase C –> PIP –> IP3 –> IP3-gated Ca channel => libertação de Ca, ativação prots)

oscilações de Ca2+ –> bioenergética mit -> sobrevivência!

Ca2+ em excesso –> promoção apoptose (com libertação cyt c)

Question 13

Calcium binding proteins

Answer 13

• O Ca2+ liga-se principalmente ao designado EF-hand motif (parece 3-Fingerregel mas só com polegar e indicador e com Ca dentro) apresentando uma geometria bipiramidal
• CBP:
• Calmodulina (CaM)
• -> Reguladora de várias vias de sinalização intracelular dependentes de Ca2+.
• Troponina C
• ->Envolvida na contração muscular cardiaca
• Calbindina
• ->Uptake de Ca2+ do intestino
• ->Transporte de Ca2+ através das células epiteliais da placenta

S100B, Múltiplas funções, diferenciação cel… ir ver melhor

Question 14

Ca2+ - Calmodulina

Answer 14

prots longas, bastante fibrosas na forma apo

quando coordenam Ca –> enrolam noutras prots! formas complexo que as ativa (CaM kinase 2…)

ao nível dos cloroplastos: grande comunicação entre peroxissomas, mits… regulado pela [] calmodulina/…

Contração Muscular:
modificação do potencial eletroquímico, despolarização da membrana –> canal Ca abre, entra Ca, liga-se à calmidulina + forma complexo com cinase da cad leve da miosina –> P-miosina + Actina => contração

Relaxação:
NO –> GTP => cGMP –> liga-se à fosfatase da cad leve da miosina –> relaxação

Question 15

Calcium sensing receptor

Answer 15

O receptor extracel sensível ao Ca (CaSR) é responsável pela manutenção dos níveis de Ca2+ no sangue

–> Detecta flutuações na [] circulante de Ca2+ e controla a homeostase do Ca2+:

(1) modulando a produção da hormona paratireóide
(2) regulando a reabsorção de Ca 2+

quando se liga (Ca2+?)… há alteração conformacional –> ativo enzima

Question 16

Bomba de Ca2+

Answer 16

Ca2+ entra na cél por despolarização da membrana (a favor do gradiente)

mas terá-lo requer energia

–> bomba dependente da hidrólise do ATP

2 locais de lig ao Ca2+ dentro da membrana

são observadas várias alterações conformacionais…

Question 17

Na+ e K+ nos sistemas biológicos

Answer 17

• O Na+ e K +, e também H+, desempenham um papel chave e fundamental nas células na manutenção dos potenciais electroquímicos de membrana (celular, mitocondrial ou cloroplastidial).
• O fluxo de iões é efetuado por proteínas especializadas

Question 18

Potenciais eletroquímicos de membrana

Answer 18

dif transmembranar de cargas 
--> comp eletrica
\+ dif [] --> pot osmótico
=> eletroquímico!
!!!! prof não diz gradiente!! MAS dif de potencial!!!

eucariotas: -70mV (ex-int)
bac: -180mV

transporte de cargas altamente regulado para manter dif potencial… => membranas impermeáveis a cargas, lípidos hidrófobos

leak –> cond patológica

Question 19

Canais iónicos

Answer 19

Regulados por estímulo: forma fechada –> aberta (alteração conformacional) => passagem iões

• ligando: neurotransmissor, hormona, ATP
• gate mecânico: pressão nos lípidos membranares próximos
• voltage gated: Dif potencial

Question 20

Canais de K+

Answer 20

PN Ronan McKinnon

ligandos (backbone da cadeia polipeptídica! Não cad lat dos res) mimetizam esfera de hidratação do K+

Na+ não passa pq perde esfera de hidratação, assim fica muito grande e não passa

Question 21

Transportadores secundários dependentes de Na+

Answer 21

Leucina, betaina, galactosa

é preciso energia –> pelo transporte de Na+ por dissipação do potencial de membrana

são structural repeats (repetição da estrutura sec –> cataterística dos transportadores secundários em geral)

transportador de L-Leucina (LeuT): Na tem local de lig no interior da prot, só quando se liga Leu é que alteração conf –> ambos passam em simultâneo

Question 22

Bomba de Na+/K+

Answer 22

depois de haver estímulo necessário repor níveis de Na+ e K+

energia vem de hidrólise de ATP na periferia da prot
transporte das cargas ao nível da membrana

troca de Na+ e K+ contra os seus gradientes

Question 23

Bombas activadas por luz – Rodopsinas microbianas

Answer 23

+ simples que faz conservação de energia (não faz é fixação de C, mas na verdade as cadeias fotossintéticas tmb não, é depois na fase escura)
em arqueas, bacterias

converte energia fotónica para translocar cargas dos lados da membrana –> estabelece pot eletroquímico

e o ATP gerado pode ser usado para fixar C

multímeros (em estilo de flor)

retinal: pigmento que absorve a luz

ciclo catalítico, retinal trans recebe fotão –> altera para cis –> protonação Asp –> abre canal –> entra ião Na+ –> relaxamento retinal (retoma posição trans) –> ião Na+ sai por outro lado

(pq entrada de Na+ é numa conformação TD desfavorável…–> acoplamento energético)

Muito semelhante às prots que temos no nosso olho!! Mas há transdução de sinal no retinal –> trigger propagação de sinal…

=> desenvolvimento: Optogenetics, cobaia com luz no cérebro, com genes que codificam para estes canais sensíveis a certa luz (Na sensível a azul/ Cl- sensível a amarelo) –> há estímulo…–> controlar resposta de células/ tecidos