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Prever se uma determinada proteína pode passar pelo intestino


Suponha que eu tenha uma estrutura de proteína 3D em um arquivo PDB em um computador. Existe algum método bioinformático para prever se aquela proteína pode passar pelo intestino ou não?


Prever se uma determinada proteína pode passar pelo intestino - Biologia

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    Bem-vindo ao Ask A Biologist. Este site possui uma grande coleção de materiais de aprendizagem de biologia que inclui histórias, jogos, atividades, vídeos e um podcast.


    Função da proteína de transporte

    A vida como a conhecemos depende da capacidade das células de mover substâncias seletivamente quando necessário. Certas moléculas importantes, como o DNA, devem ser mantidas dentro da célula o tempo todo, mas outras moléculas, como íons, açúcares e proteínas, podem precisar passar para dentro e para fora para que a célula funcione adequadamente.

    Cada proteína de transporte é projetada para transportar uma substância específica conforme necessário. Algumas proteínas do canal, por exemplo, abrem apenas quando recebem o sinal correto, permitindo que as substâncias que transportam fluam sob demanda. Os transportadores ativos, da mesma forma, muitas vezes podem ser “ligados e desligados” por moléculas mensageiras.

    Ao mover substâncias através das membranas, as proteínas de transporte tornam tudo possível, desde os impulsos nervosos ao metabolismo celular.

    Sem proteínas de transporte, por exemplo, o gradiente sódio-potássio que permite que nossos nervos disparem não existiria.


    Distúrbios de transporte

    Considerando a notável especificidade dos transportadores, não é surpreendente que às vezes haja defeitos nos sistemas de transporte. Hoje em dia, várias doenças diferentes são conhecidas por serem causadas por defeitos de transporte. Em muitas doenças da membrana celular, as proteínas não transportam materiais de maneira adequada. Algumas das doenças de transporte da membrana são hereditárias. Um exemplo arquetípico de tais doenças de transporte é a cistinúria, uma doença autossômica recessiva hereditária caracterizada por níveis anormalmente elevados de concentração de aminoácidos (cistina) na urina, que pode resultar na formação de cálculos de cistina nos rins. Outro exemplo pode ser a fibrose cística (FC), que é causada por uma mutação no regulador de condutância transmembrana da fibrose cística, CFTR, uma proteína que ajuda a mover o sal e a água através da membrana. É uma doença genética que afeta principalmente os pulmões, mas também o pâncreas, o fígado, os rins e o intestino. Problemas de longo prazo incluem problemas respiratórios e tosse com muco como resultado de infecções pulmonares frequentes. Em um paciente com FC, as células não secretam água suficiente quando isso acontece nos pulmões, o que faz com que o muco se torne extremamente espesso.

    Também vale a pena mencionar que a maioria das toxinas fatais como Dendrotoxina (cobra mamba negra da África) e Batrachotoxina (sapo colombiano Phyllobates aurotaenia) atuam diretamente nos canais iônicos específicos da membrana plasmática para interromper os potenciais de ação. A dendrotoxina, como uma neurotoxina pré-sináptica, bloqueia subtipos específicos de canais de K + dependentes de voltagem nos neurônios, aumentando assim a liberação de acetilcolina nas junções neuromusculares. Nesse sentido, uma única molécula de dendrotoxina se associa reversivelmente a um canal de K + para aplicar seu efeito supressor. Para simplificar, essa toxina fatal se liga a locais aniônicos próximos à superfície extracelular do canal e bloqueia fisicamente o caminho e a condutância iônica. A batracotoxina, por outro lado, como um alcalóide esteróide extremamente cardiotóxico e neurotóxico, atua ligando-se ao canal de Na + e causando uma mudança conformacional (modificando tanto sua seletividade iônica quanto sua sensibilidade à voltagem). Em suma, a batracotoxina se liga irreversivelmente aos canais de sódio, obrigando-os a permanecer abertos.


    Mostrar / ocultar palavras para saber

    Íon: um átomo ou molécula que não possui o mesmo número de elétrons que de prótons. Isso dá ao átomo ou molécula uma carga negativa ou positiva. mais

    Molécula: uma estrutura química que possui dois ou mais átomos mantidos juntos por uma ligação química. A água é uma molécula de dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio (H2O). mais

    Proteína: um tipo de molécula encontrada nas células de seres vivos, composta de blocos de construção especiais chamados aminoácidos.


    2.4.8 Descreva como a fluidez da membrana permite que ela mude de forma, se quebre e se refaça durante a endocitose e exocitose.

    Os fosfolipídios na membrana celular não são sólidos, mas estão em um estado fluido, permitindo que a membrana mude sua forma e também as vesículas se fundam com ela. Isso significa que as substâncias podem entrar na célula por meio de endocitose e sair da célula por meio de exocitose. A membrana então retorna ao seu estado original. Na exocitose, as vesículas se fundem com a membrana, expelindo seu conteúdo para fora da célula. A membrana então volta ao seu estado original. A endocitose é um processo semelhante que envolve a tração da membrana plasmática para dentro, de modo que uma vesícula é removida e, então, essa vesícula pode carregar seu conteúdo para qualquer parte da célula.


    Ovo nu

    Use uma célula gigante - um ovo de galinha sem casca - para explorar as idas e vindas de substâncias celulares.

    Ferramentas e Materiais

    • Vários ovos de galinha
    • Recipiente grande, como uma pia ou tigela grande
    • Vinagre
    • Escala
    • Lápis e papel para cartas (ou similar) para registrar as informações
    • Várias substâncias para embeber ou enterrar os ovos descascados, como água destilada, sal seco ou soluções de água salgada, água colorida, xarope de milho, álcool isopropílico, amido de milho ou bicarbonato de sódio
    • Recipientes para conter os ovos de molho
    • Embalagem plástica (não mostrada)
    • Fita adesiva e marcador para recipientes de rotulagem
    • Opcional: luvas de nitrila ou látex para manusear ovos, potes de vidro ou outros pequenos objetos para segurar os ovos flutuantes

    Conjunto

    1. Retire a casca dos ovos, colocando-os em um recipiente grande para que eles toquem o menos possível. Adicione vinagre para cobrir os ovos (veja a foto abaixo) e tampe o recipiente. Deixe os ovos assentarem por 24 a 48 horas em temperatura ambiente. Nota: Trocar o vinagre na metade e substituí-lo por vinagre fresco irá acelerar o processo.

    Para fazer e observar

    Use uma escala para encontrar a massa de cada ovo sem casca antes do tratamento. Registre o resultado em um papel.

    Coloque um ovo em um recipiente rotulado e cubra-o com o tratamento escolhido. (Se o ovo flutuar, você pode usar algo para segurá-lo, como uma jarra de vidro, veja a foto abaixo). Repita para cada um dos tratamentos restantes. Certifique-se de reservar um ovo "controle" não tratado. Após retirar a massa, cubra o ovo controle com filme plástico e coloque-o em um recipiente ao lado dos ovos de tratamento.

    Coloque os recipientes de tratamento em um local onde possam permanecer por pelo menos um dia em temperatura ambiente. Observe todas as mudanças que ocorrem nos ovos durante a primeira hora ou depois de imersão e registre suas observações.

    Observe todas as mudanças na cor, tamanho ou forma de seus ovos experimentais. Registre suas observações. Em seguida, remova delicadamente os ovos de sua amostra de seus tratamentos para medir e registrar a massa de cada um (veja a foto abaixo). Remova o filme plástico do ovo controle e meça sua massa também. Calcule a variação percentual na massa de cada ovo dividindo a massa final pela massa inicial e multiplicando por cem por cento.

    Em uma tigela separada, dissecar cuidadosamente o ovo perfurando a membrana. Registre suas observações.

    Como cada ovo mudou? Sua massa aumentou ou diminuiu? Você vê algo em comum com os tratamentos que aumentaram o tamanho dos ovos? Quais tratamentos fizeram os ovos encolherem e quais não?

    O que está acontecendo?

    Em geral, as mudanças mais dramáticas na massa, cor e forma dos ovos ocorrerão nas primeiras 24 horas do experimento. Os ovos submersos em xarope de milho terão perdido uma massa considerável e terão a aparência de sacos flácidos. Os ovos embebidos em água destilada ganham massa e aparecem dramaticamente inchados. Ovos em soluções diluídas de sal ganharão massa, e mesmo aqueles em soluções muito concentradas podem ganhar massa. Ovos enterrados em sal ou outro meio seco devem perder massa.

    Os ovos sem casca servem como bons modelos de células humanas. Depois que a casca do ovo é removida, uma membrana fina (na verdade, duas membranas bem unidas) permanece. Essa membrana, como a das células humanas, é seletivamente permeável, permitindo a passagem de certas substâncias enquanto bloqueia outras.

    As substâncias que podem passar facilmente pela membrana do ovo seguirão os princípios da difusão. Eles se moverão através da membrana do lado onde estão em uma concentração mais alta para o lado onde estão em uma concentração mais baixa (clique para ampliar o diagrama abaixo). Este movimento continuará até que a concentração em ambos os lados seja a mesma. Embora o movimento molecular aleatório faça com que as moléculas individuais continuem se movendo para frente e para trás através da membrana, a concentração geral em cada lado permanecerá em equilíbrio, com concentrações iguais em ambos os lados.

    A membrana do ovo é permeável à água. O movimento de um solvente (como água) através de uma membrana semipermeável de uma solução menos concentrada para uma mais concentrada é chamado osmose. Quando um ovo é embebido em uma solução que tem uma concentração de soluto mais alta (a quantidade relativa de substância dissolvida) do que a concentração de soluto dentro do ovo, a água sai do ovo e entra na solução (veja o diagrama abaixo).

    Como resultado, o ovo perde massa e acaba parecendo murcho. Um ovo naturalmente tem muitas coisas dentro, então a solução externa tem que estar muito concentrada para que isso aconteça. Esse é o caso quando um ovo é tratado com xarope de milho ou enterrado em sal. Em contraste, quando um ovo é tratado com água destilada, ou uma solução diluída de sal, a concentração de soluto é maior dentro do ovo do que fora, então a água se move para dentro do ovo, aumentando sua massa. Pode ser mais fácil pensar sobre osmose em termos de agua concentração ao invés de soluto concentração. Se a concentração de soluto for alta, a concentração de água será baixa em comparação.

    O álcool isopropílico é, pelo menos, 70% de álcool e, portanto, menos de 30% de água. Isso deve fazer com que a água passe do ovo para a solução e o ovo perca massa. Além disso, o ovo pode parecer branco e elástico. O álcool que se difunde para o ovo pode desnaturar as proteínas, desvendando sua estrutura tridimensional e fazendo com que elas coagulem ou se juntem. As proteínas do ovo mudam de translúcidas para brancas quando são desnaturadas. Na culinária, a temperatura é usada para desnaturar essas proteínas, mas você deve ter notado que o álcool também "cozinhou" o ovo e fez com que parecesse duro.

    As membranas plasmáticas de suas células se comportam de maneira muito semelhante às do ovo. Todos os trilhões de células em seu corpo são como portos marítimos movimentados, com materiais entrando e saindo. Água, oxigênio e nutrientes devem passar pela membrana plasmática para as células e os resíduos devem sair. Quando a concentração de oxigênio é mais alta nos pulmões do que no sangue, por exemplo, o oxigênio se difunde para os glóbulos vermelhos através das paredes dos capilares. O sangue que flui, então, transporta esse oxigênio para os tecidos. A partir daí, o oxigênio se difunde para outras células para ser usado na respiração celular. Por meio de um processo semelhante, a água do estômago passa para a corrente sanguínea e é então transportada para as células, onde suporta uma variedade de funções corporais essenciais.

    Indo além

    Preveja o que aconteceria se você colocasse os ovos encolhidos em água pura durante a noite. Faça o experimento e explique seus resultados.

    Nesta atividade, você pode não apenas medir a quantidade de material que entrou ou saiu de um ovo tratado, mas também pode determinar quimicamente se as moléculas se moveram através da membrana. Se você quebrar o ovo em um prato, ou salvar um pouco da solução de imersão, você pode usar testes químicos para ver o que está lá. Por exemplo, você pode usar a solução de Benedict para testar açúcares simples, iodo para testar amido ou solução de Biureto para determinar se a proteína saiu ou não do ovo quando foi embebida.

    Dicas de Ensino

    Ao usar esta atividade com grandes grupos de alunos ou várias turmas, faça com que cada grupo aplique apenas um tratamento e, em seguida, analise os dados coletados de todos os grupos. Fazer com que cada pequeno grupo planeje um experimento com um ovo permitirá que você faça a atividade com menos ovos por classe, e coletar vários conjuntos de dados permitirá que os alunos identifiquem quaisquer discrepâncias.

    Este Lanche é uma atividade excelente para a introdução da difusão, osmose e a semipermeabilidade das membranas e permite que os alunos se envolvam nas Práticas de Ciência e Engenharia do NGSS. Ao coletar dados de várias classes, você pode facilitar uma discussão sobre quais dados e quantos dados são necessários para contar como evidência. Os alunos também podem usar as evidências sobre o que e quanto material entra e sai do ovo para formular um modelo revisável sobre como ocorre a osmose e o que pode impedir ou permitir que as moléculas se movam através das membranas. Ao incorporar atividades relacionadas, como a Cellular Soap Opera Snack, os alunos podem formar um modelo conceitual mais completo da membrana celular e como as moléculas se movem ao longo dos gradientes de concentração.

    Observe que também é importante discutir a ideia de que modelos como este têm limitações. Existem diferenças estruturais entre as membranas dos ovos de galinha e as células humanas que resultam em diferenças na permeabilidade. Algumas das moléculas que passam através da membrana do ovo nesta atividade não passariam através de uma membrana celular humana por causa de seu tamanho (como o amido de milho) ou sua carga (como Na + e Cl - do sal).


    Algumas doenças hereditárias dos canais iônicos

    Descobriu-se que um número crescente de doenças humanas são causadas por mutações hereditárias em genes que codificam canais.

    • Canal de cloreto doenças
      • fibrose cística
      • tendência hereditária a cálculos renais (causada por um tipo de canal de cloreto diferente daquele envolvido na fibrose cística)
      • a maioria dos casos de síndrome do QT longo, um distúrbio hereditário do batimento cardíaco
      • uma tendência hereditária rara a ataques epilépticos no recém-nascido
      • vários tipos de hereditários surdez
      • tendência hereditária a certos tipos de espasmos musculares
      • Síndrome de Liddle. O transporte inadequado de sódio para fora dos rins, por causa de um canal de sódio mutante, leva à elevação pressão osmótica do sangue e hipertensão resultante (pressão alta)

      A força de ligação é medida pela constante de equilíbrio

      As moléculas na célula se encontram com muita frequência por causa de seus movimentos térmicos aleatórios e contínuos. Quando as moléculas em colisão têm superfícies com correspondência insuficiente, poucas ligações não covalentes se formam e as duas moléculas se dissociam tão rapidamente quanto se unem. No outro extremo, quando muitas ligações não covalentes se formam, a associação pode persistir por um longo tempo (Figura 3-43). Fortes interações ocorrem nas células sempre que uma função biológica requer que as moléculas permaneçam associadas por um longo tempo & # x02014 por exemplo, quando um grupo de moléculas de RNA e proteínas se unem para formar uma estrutura subcelular, como um ribossomo.

      Figura 3-43

      Como as ligações não covalentes medeiam as interações entre macromoléculas.

      A força com a qual quaisquer duas moléculas se ligam uma à outra pode ser medida diretamente. Por exemplo, imagine uma situação em que uma população de moléculas de anticorpos idênticas repentinamente encontra uma população de ligantes que se difundem no fluido ao seu redor. Em intervalos freqüentes, uma das moléculas de ligante colidirá com o local de ligação de um anticorpo e formará um complexo anticorpo & # x02013ligand. A população de complexos de anticorpo & # x02013 ligand irá, portanto, aumentar, mas não sem limite: com o tempo, um segundo processo, no qual os complexos individuais se separam por causa do movimento induzido termicamente, se tornará cada vez mais importante. Eventualmente, qualquer população de moléculas de anticorpo e ligantes atingirá um estado estacionário, ou equilíbrio, no qual o número de eventos de ligação (associação) por segundo é precisamente igual ao número de eventos & # x0201cunbinding & # x0201d (dissociação) (ver Figura 2 -52).

      A partir das concentrações do ligante, anticorpo e anticorpo & # x02013 complexo de ligando em equilíbrio, pode-se calcular uma medida conveniente & # x02014 denominada constante de equilíbrio (K)& # x02014 da força de ligação (Figura 3-44A). A constante de equilíbrio é maior quanto maior for a força de ligação e é uma medida direta da diferença de energia livre entre os estados ligado e livre (Figura 3-44B). Mesmo uma mudança de algumas ligações não covalentes pode ter um efeito notável em uma interação de ligação, como mostrado pelo exemplo na Figura 3-44C.

      Figura 3-44

      Relacionando as energias de ligação com a constante de equilíbrio. (A) O equilíbrio entre as moléculas A e B e o complexo AB é mantido por um equilíbrio entre as duas reações opostas mostradas nos painéis 1 e 2. As moléculas A e B devem colidir se quiserem (mais).

      Usamos o caso da ligação de um anticorpo ao seu ligante para ilustrar o efeito da força de ligação no estado de equilíbrio, mas os mesmos princípios se aplicam a qualquer molécula e seu ligante. Muitas proteínas são enzimas que, como discutiremos agora, primeiro se ligam a seus ligantes e, em seguida, catalisam a quebra ou a formação de ligações covalentes nessas moléculas.


      Osmose

      • Osmose é um termo especial usado para a difusão de água através das membranas celulares.
      • Embora a água seja uma molécula polar, ela é capaz de passar pela bicamada lipídica da membrana plasmática. Aquaporinas & mdash proteínas transmembrana que formam canais hidrofílicos & mdash aceleram muito o processo, mas mesmo sem eles, a água ainda é capaz de passar.
      • A água passa por difusão de uma região de maior concentração para uma região de menor concentração. Observe que isso se refere à concentração de água, NÃO à concentração de quaisquer solutos presentes na água.
      • A água nunca é transportada ativamente, isto é, nunca se move contra seu gradiente de concentração. No entanto, a concentração de água pode ser alterada pelo transporte ativo de solutos e, dessa forma, o movimento da água para dentro e para fora da célula pode ser controlado.

      Exemplo: a reabsorção de água dos túbulos renais de volta ao sangue depende da água que segue o transporte ativo de Na +. [Discussão]

      Soluções hipotônicas

      Se a concentração de água no meio em torno de uma célula for maior do que a do citosol, o meio é considerado hipotônico. A água entra na célula por osmose.

      Um glóbulo vermelho colocado em uma solução hipotônica (por exemplo, água pura) explode imediatamente ("hemólise") com o influxo de água.

      As células vegetais e as células bacterianas evitam estourar em ambientes hipotônicos por causa de suas fortes paredes celulares. Isso permite o acúmulo de turgor dentro da célula. Quando a pressão de turgor é igual à pressão osmótica, a osmose cessa.

      Soluções isotônicas

      Quando os glóbulos vermelhos são colocados em uma solução de sal a 0,9%, eles não ganham nem perdem água por osmose. Tal solução é considerada isotônico.

      O líquido extracelular (LEC) das células de mamíferos é isotônico ao seu citoplasma. Esse equilíbrio deve ser mantido ativamente devido ao grande número de moléculas orgânicas dissolvidas no citosol, mas não presentes no LEC. Essas moléculas orgânicas exercem um efeito osmótico que, se não for compensado, faria com que a célula recebesse tanta água que incharia e poderia até explodir. Esse destino é evitado bombeando íons de sódio para fora da célula com a Na + / K + ATPase.

      Soluções hipertônicas

      Se os glóbulos vermelhos forem colocados na água do mar (cerca de 3% de sal), eles perdem água por osmose e murcham. Água do mar é hipertônico ao seu citosol.

      Da mesma forma, se um tecido de planta é colocado na água do mar, o conteúdo da célula diminui em relação à parede celular rígida. Isso é chamado plasmólise. [Link para uma visualização dele.]

      A água do mar também é hipertônica para o LEC da maioria dos vertebrados marinhos. Para evitar a desidratação fatal, esses animais (por exemplo, peixes ósseos como o bacalhau) devem

      • continuamente beber água do mar e então
      • dessalinize-o bombeando íons para fora de suas guelras por meio de transporte ativo.

      Aves marinhas, que podem passar longos períodos longe de água doce, e tartarugas marinhas usam um dispositivo semelhante. Eles também bebem água salgada para cuidar de suas necessidades hídricas e usam a energia metabólica para dessalinizá-la. Na gaivota-arenque, mostrada aqui, o sal é extraído por duas glândulas na cabeça e liberado (em uma solução muito concentrada & mdash é mais salgado que o sangue) para o exterior através das narinas. As cobras marinhas usam um mecanismo de dessalinização semelhante.


      Assista o vídeo: IBS FODMAP DIET Foods BEST to CHOOSE and AVOID for Constipation (Janeiro 2022).