Em formação

Permeabilidade da membrana ao piruvato


O piruvato parece passar facilmente pela membrana externa da mitocôndria, mas tem dificuldade de entrar na membrana interna (e entra pelo simporte H +). Eu tenho duas perguntas: (1) qual propriedade do piruvato impede que ele atravesse a membrana interna? É sua carga? e (2) que diferenças estruturais existem entre as membranas externa e interna da mitocôndria que criam suas permeabilidades díspares ao piruvato?


O piruvato é carregado negativamente e bastante polar, o que o torna desfavorável para se difundir diretamente através de qualquer membrana. A membrana mitocondrial externa contém porinas, que permitem que pequenas moléculas, como o piruvato, se difundam passivamente. Especificamente, o piruvato usa canais de ânions dependentes de voltagem. A membrana mitocondrial interna carece de tais canais e depende do transporte ativo pelo transportador de piruvato mitocondrial há muito antecipado, mas apenas recentemente descoberto (Herzig et al. E Bricker et al., 2012).


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Em: Developmental Biology, vol. 56, No. 2, 04.1977, p. 306-315.

Resultado da pesquisa: contribuição para o jornal ›Artigo› revisão por pares

T1 - Mudanças de desenvolvimento no transporte de membrana e permeabilidade no embrião inicial de camundongo

N1 - Informações de financiamento: por concessão nº BC-181 Cancer Society.

N2 - experimentos eletrofisiológicos e de fluxo de traçador de isótopos foram realizados para medir a permeabilidade do íon da membrana e as propriedades de transporte do embrião de camundongo de duas células. Os resultados mostram que o Na e K trocáveis ​​internos são 151 e 130 mM, respectivamente, e suas permeabilidades de membrana são (PNa) 16 × 10-8 cm sec-1 e (PK) 21 × 10-8 cm sec-1. Esses valores prevêem um potencial de membrana de -24 mV (negativo interno) que concorda bem com -19 mV medido com microeletrodos. Fluxos de isótopos sensíveis à ouabaína demonstram um mecanismo de bomba Na / K com uma estequiometria de 1,7: 1 (Na: K). Um efluxo de Na dependente de Na externo é demonstrado pela redução do efluxo de Na unidirecional em meio livre de Na, mas não há evidência de um mecanismo semelhante de efluxo de K neste estágio de desenvolvimento. Estes resultados são comparados com os valores relatados para o oócito de camundongo [Powers, R. D. e Tupper, J. T. (1974). Desenvolver. Biol. 38, 320-331 (1975). Exp. Cell Res. 91, 413-421]. A hiperpolarização do potencial de membrana em comparação com o oócito (-13 mV) resulta principalmente do aumento da razão PK PNa. Um fenômeno semelhante foi observado em outros embriões em desenvolvimento. O aumento no influxo de K mediado por bomba no estágio de duas células é acompanhado por uma diminuição de magnitude semelhante no efluxo de K dependente de K externo que é encontrado no oócito. Isso sugere que o mecanismo de troca KK pode ser convertido em uma bomba ativa. Por causa das mudanças nas concentrações de íons e movimentos e os requisitos metabólicos incomuns do embrião de camundongo, o efeito do Na externo na captação de glicose e piruvato no oócito e estágio de duas e oito células foi examinado. Nenhum transporte de carboidrato dependente de Na foi encontrado nesses estágios.

AB - Experimentos eletrofisiológicos e de fluxo de traçador de isótopos foram realizados para medir a permeabilidade do íon da membrana e as propriedades de transporte do embrião de camundongo de duas células. Os resultados mostram que o Na e K trocáveis ​​internos são 151 e 130 mM, respectivamente, e suas permeabilidades de membrana são (PNa) 16 × 10-8 cm sec-1 e (PK) 21 × 10-8 cm sec-1. Esses valores prevêem um potencial de membrana de -24 mV (negativo interno) que concorda bem com -19 mV medido com microeletrodos. Fluxos de isótopos sensíveis à ouabaína demonstram um mecanismo de bomba Na / K com uma estequiometria de 1,7: 1 (Na: K). Um efluxo de Na dependente de Na externo é demonstrado pela redução do efluxo de Na unidirecional em meio livre de Na, mas não há evidência de um mecanismo semelhante de efluxo de K neste estágio de desenvolvimento. Estes resultados são comparados com os valores relatados para o oócito de camundongo [Powers, R. D. e Tupper, J. T. (1974). Desenvolver. Biol. 38, 320-331 (1975). Exp. Cell Res. 91, 413-421]. A hiperpolarização do potencial de membrana em comparação com o oócito (-13 mV) resulta principalmente do aumento da razão PK PNa. Um fenômeno semelhante foi observado em outros embriões em desenvolvimento. O aumento no influxo de K mediado por bomba no estágio de duas células é acompanhado por uma diminuição de magnitude semelhante no efluxo de K dependente de K externo que é encontrado no oócito. Isso sugere que o mecanismo de troca KK pode ser convertido em uma bomba ativa. Por causa das mudanças nas concentrações de íons e movimentos e os requisitos metabólicos incomuns do embrião de camundongo, o efeito do Na externo na captação de glicose e piruvato no oócito e estágio de duas e oito células foi examinado. Nenhum transporte de carboidrato dependente de Na foi encontrado nesses estágios.


Permeabilidade seletiva

As membranas plasmáticas são assimétricas, o que significa que, apesar da imagem espelhada formada pelos fosfolipídios, o lado da membrana voltado para o interior da célula não é idêntico ao exterior da membrana. As proteínas que atuam como canais ou bombas funcionam em uma direção. Os carboidratos, ligados a lipídios ou proteínas, também são encontrados na superfície externa da membrana plasmática.

Esses complexos de carboidratos ajudam a célula a ligar as substâncias do fluido extracelular de que a célula necessita. Isso aumenta consideravelmente a natureza seletiva das membranas plasmáticas.

Lembre-se de que as membranas plasmáticas têm regiões hidrofílicas e hidrofóbicas. Essa característica facilita a movimentação de certos materiais através da membrana e dificulta a movimentação de outros. O material solúvel em lipídios pode deslizar facilmente através do núcleo lipídico hidrofóbico da membrana. Substâncias como as vitaminas lipossolúveis A, D, E e K passam facilmente pelas membranas plasmáticas no trato digestivo e em outros tecidos. As drogas solúveis em gordura também entram facilmente nas células e são facilmente transportadas para os tecidos e órgãos do corpo. Moléculas de oxigênio e dióxido de carbono não têm carga e passam por difusão simples.

As substâncias polares, com exceção da água, apresentam problemas para a membrana. Embora algumas moléculas polares se conectem facilmente com o exterior de uma célula, elas não podem passar facilmente através do núcleo lipídico da membrana plasmática. Além disso, embora pequenos íons possam deslizar facilmente pelos espaços do mosaico da membrana, sua carga os impede de fazê-lo. Íons como sódio, potássio, cálcio e cloreto devem ter um meio especial de penetrar nas membranas plasmáticas. Açúcares simples e aminoácidos também precisam de ajuda no transporte através das membranas plasmáticas.


Acetil CoA para CO2

Os carbonos acetil da acetil CoA são liberados como dióxido de carbono no ciclo do ácido cítrico.

Objetivos de aprendizado

Descreva o destino dos carbonos acetil CoA no ciclo do ácido cítrico

Principais vantagens

Pontos chave

  • O ciclo do ácido cítrico também é conhecido como ciclo de Krebs ou ciclo do TCA (ácido tricarboxílico).
  • O acetil CoA transfere seu grupo acetil para oxaloacetato para formar citrato e iniciar o ciclo do ácido cítrico.
  • A liberação de dióxido de carbono está associada à redução de NAD + em NADH no ciclo do ácido cítrico.

Termos chave

  • Ciclo TCA: um nome alternativo para o ciclo de Krebs ou ciclo do ácido cítrico
  • ciclo de Krebs: uma série de reações enzimáticas que ocorrem em todos os organismos aeróbicos que envolve o metabolismo oxidativo das unidades de acetila e serve como a principal fonte de energia celular
  • oxaloacetato: uma molécula de quatro carbonos que recebe um grupo acetil do acetil CoA para formar citrato, que entra no ciclo do ácido cítrico

Acetil CoA a CO2

O acetil CoA liga a glicólise e a oxidação do piruvato ao ciclo do ácido cítrico. Na presença de oxigênio, a acetil CoA entrega seu grupo acetila a uma molécula de quatro carbonos, oxaloacetato, para formar citrato, uma molécula de seis carbonos com três grupos carboxila. Durante essa primeira etapa do ciclo do ácido cítrico, a enzima CoA, que contém um grupo sulfidrila (-SH), é reciclada e fica disponível para anexar outro grupo acetila. O citrato irá coletar o restante da energia extraível do que começou como uma molécula de glicose e continuará através do ciclo do ácido cítrico.

No ciclo do ácido cítrico, os dois carbonos que eram originalmente o grupo acetil da acetil CoA são liberados como dióxido de carbono, um dos principais produtos da respiração celular, por meio de uma série de reações enzimáticas. Para cada acetil CoA que entra no ciclo do ácido cítrico, duas moléculas de dióxido de carbono são liberadas em reações que são acopladas à produção de moléculas de NADH a partir da redução das moléculas de NAD +.

Acetil CoA e o Ciclo do Ácido Cítrico: Para cada molécula de acetil CoA que entra no ciclo do ácido cítrico, duas moléculas de dióxido de carbono são liberadas, removendo os carbonos do grupo acetila.

Além do ciclo do ácido cítrico, denominado em homenagem ao primeiro intermediário formado, ácido cítrico ou citrato, quando o acetato se junta ao oxaloacetato, o ciclo também é conhecido por dois outros nomes. O ciclo do TCA recebe o nome de ácidos tricarboxílicos (TCA) porque o ácido cítrico (ou citrato) e o isocitrato, os dois primeiros intermediários que se formam, são ácidos tricarboxílicos. Além disso, o ciclo é conhecido como ciclo de Krebs, em homenagem a Hans Krebs, que primeiro identificou as etapas do caminho na década de 1930 no músculo de vôo do pombo.


Membranas Biológicas

As membranas plasmáticas são parcialmente permeáveis, o que significa que permitem a passagem de algumas moléculas, mas não de outras.

(c) descrever, com o auxílio de diagramas, o modelo de mosaico fluido da estrutura da membrana

o bicamada fosfolipídica é o componente estrutural básico das membranas plasmáticas. Consiste em 2 camadas de moléculas de fosfolipídios. O centro da bicamada é hidrofóbico, de modo que a membrana não permite que substâncias solúveis em água (como íons) passem por ela & # 8211 ela atua como um barreira para estes substâncias dissolvidas

No modelo de mosaico fluido, as moléculas de fosfolípides formam uma camada dupla contínua (bicamada). A bicamada é & # 8216fluido & # 8217 porque os fosfolipídios são em constante movimento. O modelo de mosaico fluido também contém colesterol moléculas, proteínas, glicoproteínas e glicolipídios.

(d) descrever as funções dos componentes da membrana celular:

(e) delinear o efeito da mudança de temperatura na estrutura da membrana e permeabilidade

(f) explicar o termo sinalização celular

(g) explicar o papel dos receptores ligados à membrana como locais onde hormônios e drogas podem se ligar

A sinalização celular ocorre quando as células se comunicam entre si por meio de sinais. Para detectar sinais, as células devem ter em sua superfície & # 8216sensores & # 8217 capaz de recebendo sinais, estes são conhecidos como receptores e são frequentemente moléculas de proteína ou moléculas de proteína modificadas (por exemplo, glicoproteínas). Em organismos multicelulares, a comunicação é frequentemente mediada por hormônios entre as células. Hormônios são mensageiros químicos, produzido em tecidos específicos e depois liberado. Qualquer célula com um receptor para a molécula do hormônio é chamada de Célula Alvo.

As células se comunicam entre si usando moléculas mensageiras:

  1. Uma célula libera uma molécula mensageira (por exemplo, hormônio)
  2. Esta molécula viaja para outra célula (por exemplo, no sangue)
  3. A molécula mensageira é detectou pelo celular porque isso se liga a um receptor em sua membrana celular

Proteínas receptoras têm formas específicas & # 8211 apenas moléculas mensageiras com um complementar a forma pode se ligar a eles. Diferentes células têm diferentes tipos de receptores & # 8211 eles respondem a diferentes moléculas mensageiras. Uma célula que responde a uma determinada molécula mensageira é chamada de Célula Alvo.

As glicoproteínas têm receptores. Eles têm uma função em:

  • Adesão celular & # 8211 unem as células em um tecido
  • agindo como antígenos na superfície das células. As células do sistema imunológico têm receptores que detectam as glicoproteínas e podem determinar se elas são & # 8216 self & # 8217 ou & # 8216não self & # 8217

Muitos drogas trabalho de ligação a receptores nas membranas celulares. Eles também desencadear uma resposta na célula, ou bloquear o receptor e impedir que funcione por exemplo. o dano celular causa a liberação de histamina. A histamina se liga a receptores na superfície de outras células e causa inflamação. Os anti-histamínicos atuam bloqueando os receptores de histamina na superfície das células. Isso evita que a histamina se ligue à célula e interrompe a inflamação.

(h) explicar o que se entende por transporte passivo (difusão e difusão facilitada, incluindo o papel das proteínas de membrana), transporte ativo, endocitose e exocitose

As substâncias podem se mover através de uma membrana por meio de 2 processos: passivo e ativo

(i) explicar o que se entende por osmose, em termos de potencial hídrico

Osmose é o movimento de moléculas de água por difusão de uma região de alto potencial de água para uma região de baixo potencial de água através de um membrana parcialmente permeável

O potencial da água é uma medida do concentração de moléculas de água que são & # 8216 grátis & # 8217 para difundir.

Adicionando solutos para a água significa as moléculas de água cacho em torno das moléculas de soluto, reduzindo a concentração de moléculas de água & # 8216free & # 8217 e portanto reduz o potencial da água.

(j) reconhecer e explicar os efeitos de soluções de diferentes potenciais de água podem ter sobre células vegetais e animais

No água pura, a água se move para dentro de uma célula por osmose abaixo de um gradiente de potencial da água.


Permeabilidade da membrana ao piruvato - Biologia

Investigando fatores que afetam a permeabilidade da membrana celular

Bard High School Early College, Manhattan

Programa de pesquisa de verão para professores de ciências

Curso: Ambiente de Vida (Biologia)

Nível de ensino : 9ª e 10ª séries

Unidade : Estrutura Celular e Transporte Celular

Propósito: Os alunos investigam os fatores que afetam a integridade das membranas celulares. Tecido de beterraba será usado como modelo para investigar os tipos de tensões ambientais que afetam a integridade da membrana.

Os alunos serão capazes de (SWBAT):

Compreender o modelo de mosaico fluido da estrutura da membrana.

Explique a função da membrana da célula (plasma).

Diferencie entre membranas semipermeáveis ​​e seletivamente permeáveis.

Compreenda as diferentes maneiras como os materiais são transportados através da membrana celular e como a estrutura da membrana celular torna isso possível.

Determine os tipos de moléculas que podem passar pelas membranas celulares.

Determine os fatores que afetam a fluidez e permeabilidade da membrana.

Formule uma hipótese sobre os fatores ambientais que irão alterar a permeabilidade da membrana celular.

Projete um experimento para testar suas hipóteses.

Colete e analise dados, bem como tire conclusões válidas dos dados.

Apresente suas descobertas experimentais para a classe criando um pôster.

Conhecimento prévio:

Os alunos terão uma compreensão das quatro classes de compostos biologicamente importantes (ou seja, carboidratos, gorduras, proteínas e ácidos nucléicos). Esta atividade de laboratório segue um experimento de cookbook no qual os alunos aprenderão como usar um espectrofotômetro para determinar a concentração de amostras conhecidas e desconhecidas.

Tempo requerido:

1. 8 períodos de aula de cinquenta minutos

a) 3 períodos de aula para explorar a estrutura e função da membrana celular e os tipos de transporte celular.

b) 2 períodos de aula para formular uma hipótese testável e projetar um procedimento experimental

c) 2 períodos de aula para a realização da atividade laboratorial baseada em inquérito.

d) 1 período de aula para apresentação de dados e resultados à turma.

Perguntas essenciais:

1. Como você descreveria a estrutura da membrana celular (plasma)?

2. Qual é a função da membrana celular?

3. Por que a membrana celular é considerada "seletivamente permeável"?

4. Quais são as diferentes maneiras pelas quais os materiais podem passar pela membrana celular?

5. Que fatores afetam a fluidez ou permeabilidade das membranas celulares?

Preparação e procedimento:

Planilha K-W-L para cada aluno sobre a estrutura das células vegetais e animais e membranas celulares

Planilhas WebQuest para estrutura e função da membrana celular e transporte celular

Imprimir cópias de sites usados ​​para as WebQuests

Computadores portáteis com acesso à Internet

Papel de jornal ou retroprojetor e transparências para registrar as respostas dos alunos à planilha K-W-L.

Parte 1 : - WebQuests (3 períodos de aula)

1. Os alunos irão preencher um gráfico K-W-L na estrutura celular.

2. Os alunos trabalharão em grupos de dois ou três para completar WebQuests que exploram o

a) estrutura e função das membranas celulares

b) fatores que afetam a fluidez e permeabilidade das membranas celulares.

c) várias maneiras pelas quais os materiais entram e saem da célula.

3. Use o Questões essenciais para orientar os alunos durante a WebQuest.

4. Os alunos trabalharão em grupos de dois ou três para formular possíveis questões experimentais para testar vários fatores que afetam a permeabilidade da membrana celular. As perguntas experimentais serão publicadas em papel de jornal ou em uma transparência para retroprojetor.

1. Animações / tutoriais

e) Cell Biology Animation John Kyrk: Cell Membrane: http://www.johnkyrk.com/cellmembrane.html

2. Recursos da WebQuest:

Site que descreve como desenvolver e implementar uma WebQuest em sala de aula.

Parte 2: Atividade de laboratório baseada em investigação (5 períodos de aula)

Cilindros graduados de 10 mL

Broca C ork com 4 ou 6 mm de diâmetro interno

Garrafa de água com água desionizada

Papel de jornal para apresentação de resultados

Informações básicas:

Tecido de beterraba será usado como modelo para investigar como a temperatura e / ou vários álcoois afetam a integridade da membrana celular. As células da beterraba contêm um pigmento vermelho chamado betacianina localizado no tonoplasto. A betacianina, um pigmento solúvel em água, não pode atravessar a membrana do tonoplasto ou a membrana celular das células da beterraba enquanto essas membranas permanecerem intactas. Se, no entanto, essas células forem expostas a mudanças de temperatura ou a um solvente solúvel em lipídios, como o etanol, a integridade da membrana celular fica comprometida. Como resultado, a betacianina pode vazar das células para a água circundante. A extensão do dano à membrana celular está diretamente relacionada à intensidade da cor vermelha que aparece na água ao redor da beterraba. A intensidade da cor vermelha pode ser avaliada quantitativamente usando um espectrofotômetro. Os alunos deverão incorporar o uso do espectrofotômetro em seu projeto experimental para medir a intensidade da cor no ambiente circundante. A intensidade da cor deve ser proporcional à quantidade de dano sofrido pela membrana celular da beterraba.

1. Os alunos trabalharão em grupos de dois ou três para:

a) formular uma hipótese para responder a uma das questões experimentais colocadas pela turma no final da Parte 1.

Assim que o instrutor aprovar sua hipótese, os alunos do grupo começarão a discutir um procedimento experimental para testar sua hipótese.

(1) Trabalho de casa: Os alunos farão seus procedimentos em casa. Os alunos podem realizar pesquisas usando a Internet para projetar seu procedimento.

b) Os alunos revisarão os procedimentos uns dos outros em sala de aula antes de decidir sobre um procedimento final a ser submetido ao instrutor para aprovação.

2. Uma vez que o instrutor tenha aprovado o procedimento, os alunos realizarão seu experimento durante o período de laboratório designado.

3. Os alunos terão tempo durante o período de aulas após a atividade laboratorial para resumir os seus dados e apresentar os seus resultados à turma em papel jornal ou transparências. Os alunos também deverão preencher a seção L na planilha K-W-L.

4. Preparação do Professor para a Parte 2:

a) Possíveis procedimentos experimentais para esta atividade de laboratório podem ser encontrados revisando o seguinte:

Laboratório 2: Estresse e membranas celulares

Efeitos da temperatura e solventes na membrana celular

Sugestões para avaliação:

Avalie o preenchimento das planilhas WebQuest.

Avalie a coluna L para a planilha K-W-L.

Avalie a apresentação dos dados e resultados do grupo.

Avaliar um relatório laboratorial formal apresentado na conclusão do exercício de laboratório.

Padrões :

Padrões educacionais de ciências nacionais:

1. Padrões Nacionais de Educação Científica 9ª a 12ª séries

Habilidades necessárias para fazer investigação científica

Entendimentos sobre investigação científica

c) Conceitos e processos unificadores do ensino fundamental e médio:

Provas, modelos e explicação

Mudança, constância e medição

Evolução e equilíbrio

Padrões do Estado de Nova York:

1. Padrão 1: Os alunos usarão análise matemática, investigação científica e projeto de engenharia, conforme apropriado, para fazer perguntas, buscar respostas e desenvolver soluções.

a) Ideia-chave 1 - O objetivo central da investigação científica é desenvolver explicações dos fenômenos naturais em um processo contínuo e criativo.

Indicadores de desempenho 1.1, 1.2, 1.3

b) Ideia-chave 2 - Além do uso de raciocínio e consenso, a investigação científica envolve o teste das explicações propostas envolvendo o uso de técnicas e procedimentos convencionais e geralmente requerendo considerável engenhosidade.

Indicadores de desempenho 2.1, 2.2, 2.3, 2.4

c) Ideia-chave 3 - As observações feitas durante o teste das explicações propostas, quando analisadas por métodos convencionais e inventados, fornecem novos insights sobre os fenômenos naturais.

Indicadores de desempenho 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5

2. Padrão 4: Os alunos compreenderão e aplicarão conceitos científicos, princípios e teorias pertinentes ao ambiente físico e ao ambiente de vida e reconhecerão o desenvolvimento histórico das idéias na ciência.

a) Ideia-chave 1 - As coisas vivas são semelhantes e diferentes umas das outras e das coisas não vivas.


Resultados

Visão geral do estudo

O objetivo deste estudo foi desenvolver um ensaio acessível para avaliar a permeabilização celular para análise in vitro, que seja aplicável a células eucarióticas ou procarióticas e para múltiplas macromoléculas. Para conseguir isso, formulamos a hipótese de que: 1) permeabilização pode ser definida em termos de uma característica geral do tamanho da macromolécula, como MW. 2) Um fator celular intrínseco pode servir como um marcador de internalização para moléculas de diferentes MW.

Para testar essas hipóteses, procuramos um marcador de internalização de fácil acesso e descobrimos que o SAv era um candidato ideal. Como tal, usamos SAv para projetar um ensaio facilmente acessível que, após a permeabilização, requer apenas a marcação de células com o conjugado SAv de escolha. As células marcadas podem ser analisadas por citometria de fluxo (conforme realizado aqui) ou por outro método de detecção de SAv adequado disponível para os pesquisadores. O fluxo de trabalho para este ensaio é ilustrado na Figura 1a. Nesse cenário, o conjugado SAv só se ligará à biotina intrínseca da célula se a permeabilização da membrana / envelope tiver sido bem-sucedida. Assim, a internalização de moléculas com MWs semelhantes deve ser viável com o mesmo método de permeabilização. Esta abordagem foi testada aqui em bactérias (E. coli) e células de mamífero (4 T1), com 4 agentes de permeabilização diferentes e 2 conjugados SAv diferentes. Além disso, o ensaio foi validado com uma experiência funcional avaliando a internalização e a atividade de uma nuclease com dimensões semelhantes às do conjugado SAv testado, conforme descrito abaixo.

SAv permite a avaliação da permeabilização da membrana

Streptavidin-Cy5 serviu como marcador de internalização celular para Benzonase, uma nuclease dimérica, com um MW de 60 KDa [23]. Cada monômero corresponde às dimensões da DNase I - um monômero compacto com um MW de

30 KDa e dimensões de 4,6 × 4 × 3,5 nm [24]. A benzonase foi a enzima com melhor custo-benefício das 6 DNases examinadas (sFigura 2b), exibindo os mais altos níveis de atividade por quantidade de enzima usada. A capacidade de permeabilização de FF e 4 detergentes não iônicos para moléculas de 60 KDa foi avaliada em 4 T1 e E. coli células seguindo o fluxo de trabalho na Figura 1a. Como mostrado na Fig. 1a, as células FF 4 T1 impermeabilizadas mostraram significativamente menos fluorescência SAv-Cy5 do que aquelas expostas a detergentes, embora apenas E. coli células (Fig. 1b) tratadas com Triton-X foram permeabilizadas, conforme evidenciado por um aumento de 363X na fluorescência (p & lt 0,001). Isso indica que a fixação não permeabiliza as células em moléculas grandes. Entre os detergentes testados, Quillaja bark Saponin (Qb-Saponin) (apresentou a maior seletividade de membrana para Sav em 4 células T1, com 186X (p & lt 0,001) aumento na fluorescência, no entanto, nenhuma mudança significativa de fluorescência para E. coli foi detectado (p & gt 0,05). Isso foi verdade para E. coli células expostas a concentrações mais altas de Qb-saponina (sFigura 2a). Quando uma molécula maior foi examinada em 4 células T1 - 360 KDa estreptavidina ficoeritrina (SAv-PE) - a internalização foi muito mais baixa (2–25%) do que a observada para SAv-Cy5, como esperado, embora os padrões de eficácia do detergente tenham variado, com internalização detectável apenas para digitonina (10,8%) e Qb-saponina (25%) (sFigura 3).

Permeabilização da membrana. A permeabilização celular é medida pela internalização de SAv-Cy5 para (uma) 4 células T1 e (b) E. coli. (Esquerda) Histogramas mostrando Cy5 + intensidade máxima de fluorescência (n = ( overline < mathrm> ) 6). (À direita) Box plot mostrando a intensidade mediana de fluorescência. Desvio (%) do impermeabilizado mostrado acima de cada caixa em azul / vermelho e p-valores são mostrados em preto. Em todos os casos n = 6

Validação da estratégia de permeabilização por atividade de nuclease

A atividade da nuclease em células permeabilizadas foi testada medindo a fluorescência emitida por um corante intercalante de DNA de fita dupla permeável a células (CytoPhase Violet), após tratamento com um agente de permeabilização (P +) e Benzonase (sFigura 1b). Após a permeabilização da membrana, a nuclease pode se difundir passivamente através do citoplasma e poros na membrana nuclear [25]. Uma redução no sinal da CitoFase é indicativa de uma redução no conteúdo de DNA e, portanto, maior atividade de nuclease. Os resultados apresentados na Fig. 2 refletem aqueles na Fig. 1, com a redução mais significativa do sinal da Citofase (30,8%, p & lt 0,001) observada em 4 células T1 permeabilizadas com Qb-Saponina. Por outro lado, o tratamento com Qb-saponina não levou a qualquer diminuição significativa na fluorescência para E. coli (Redução de 4,5%, p & gt 0,05), enquanto o tratamento com Triton-X (P + DNAse + controle), mostrou a maior redução de 43,7% (p & lt 0,001). Também foi perceptível que a colheita ou os pré-tratamentos não afetaram significativamente a integridade do E. coli envelope de células, uma vez que as células impermeabilizadas expostas à Benzonase não mostraram uma diminuição significativa no sinal da Citofase. Esses resultados foram verificados por qPCR, em que uma população de células FF mista, contendo 1 × 10 7 E. coli e 1 × 10 6 4 células T1, foram expostos à estratégia de depleção do DNA do hospedeiro (HD), após a qual as células foram colhidas e o DNA purificado. O DNA eluído foi analisado por qPCR. Como visto na Fig. 3 (i), para 4 células T1, a quantidade de genes (normalizados para cópias do genoma) recuperados após a HD foi reduzida em 10 vezes (p & lt 0,01), o que sugere que aproximadamente 90% das células foram permeabilizadas e seu conteúdo de DNA digerido. Devido à interferência reduzida do DNA de mamíferos, o tratamento de HD permitiu uma representação maior (mais verdadeira) do DNA bacteriano, que exibiu um 3X (p & lt 0,01) aumento no número de genomas recuperados (Fig. 3 (ii)). Em conjunto, estes resultados validam a estratégia de avaliação da permeabilização e confirmam que o Qb-Saponina apresenta a melhor capacidade de permeabilização seletiva das células.

Depleção de DNA. A depleção de DNA é medida aqui por uma redução na fluorescência do corante intercalante de DNA de fita dupla CytoPhase, medido por (uma) 4 células T1 e (b) E. coli. (Esquerda) Histogramas mostrando a intensidade máxima de fluorescência para células CytoPhase +. (À direita) Box plot mostrando a intensidade mediana de fluorescência. Desvio (%) da DNase impermeabilizada - mostrado acima de cada caixa em azul / vermelho e os valores de p são mostrados em preto. Em todos os casos n = 6

Quantificando o esgotamento do DNA. Depleção de DNA medida por uma redução na recuperação qPCR de genomas de (eu) 1 × 10 5 4 células T1 e (ii) 1 × 10 6 E. coli de uma suspensão celular mista tratada ou não com Qb-Saponina e Benzonase. Desvio (%) da DNase impermeabilizada - mostrado acima de cada caixa em azul / vermelho e os valores de p são mostrados em preto. Em todos os casos n = 6


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Copyright e cópia 2020 PASCO


Estrutura e função da membrana celular da lição

As unidades servem como guias para um determinado conteúdo ou área de assunto. Aninhadas nas unidades estão as aulas (em roxo) e atividades práticas (em azul).

Observe que nem todas as aulas e atividades existirão em uma unidade e, em vez disso, podem existir como currículo "independente".

Boletim Informativo da TE

Os alunos aprendem sobre a estrutura e função da membrana celular

Resumo

Conexão de Engenharia

Com a evolução do uso de nanopartículas para entrega de drogas e muitas outras aplicações, a célula se tornou o principal ponto focal de pesquisa, tornando a engenharia intracelular uma área especializada da engenharia biomédica. Para que os alunos entendam o que está acontecendo dentro das células, eles devem entender como as partículas conseguem entrar nas células. O estudo da estrutura e função da membrana celular fornece os detalhes de que os engenheiros precisam para facilitar a entrada.

Objetivos de aprendizado

Após esta lição, os alunos devem ser capazes de:

  • Identifique organelas em uma célula e sua função.
  • Descreva como os organismos usam fenômenos físicos para transportar nutrientes ativamente.
  • Construir e identificar partes da membrana celular.
  • Defina membranas de osmose, difusão e semipermeáveis ​​e entenda como os organismos as utilizam.

Padrões Educacionais

Cada Ensino de Engenharia aula ou atividade está correlacionada a um ou mais padrões educacionais de ciência, tecnologia, engenharia ou matemática (STEM) do ensino fundamental e médio.

Todos os mais de 100.000 padrões K-12 STEM cobertos em Ensino de Engenharia são coletados, mantidos e embalados pelo Rede de Padrões de Conquista (ASN), um projeto de D2L (www.achievementstandards.org).

No ASN, os padrões são estruturados hierarquicamente: primeiro pela fonte por exemplo., por estado dentro da fonte por tipo por exemplo., ciências ou matemática dentro de tipo por subtipo, depois por série, etc.

NGSS: Next Generation Science Standards - Science

HS-LS1-2. Desenvolva e use um modelo para ilustrar a organização hierárquica de sistemas em interação que fornecem funções específicas em organismos multicelulares. (Séries 9 - 12)

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Associação Internacional de Educadores de Tecnologia e Engenharia - Tecnologia

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Planilhas e anexos

Mais currículos como este

Os alunos exploram a estrutura e função das membranas celulares. À medida que estudam a entrada e saída de partículas através das membranas, os alunos aprendem sobre pontos quânticos e biotecnologia por meio do conceito de engenharia intracelular.

Os alunos aprendem que os engenheiros desenvolvem diferentes polímeros para servir a várias funções e são apresentados às membranas permeáveis ​​seletivamente. Na atividade principal, pares de alunos testam e comparam a permeabilidade seletiva de materiais poliméricos do dia-a-dia projetados para armazenamento de alimentos (incluindo mercearia de plástico.

Os alunos comparam e contrastam o transporte passivo e o ativo jogando um jogo para modelar esse fenômeno. O movimento através das membranas celulares também é modelado, assim como a estrutura e o movimento típicos do modelo de mosaico fluido da membrana celular.

Os alunos aprendem como o coração funciona. Eles são apresentados ao conceito de geração de potencial de ação, que causa a corrente elétrica que desencadeia a contração muscular do coração.

Introdução / Motivação

Além de compreender as partes básicas de uma célula e suas funções, o que mais pode entrar em nossas células? Que tal pontos quânticos e outros tipos de nanopartículas? Ao compreender a estrutura e a química das membranas celulares, os pesquisadores são capazes de se concentrar em como as células podem funcionar para nós para fins médicos. Muitos engenheiros químicos e biomédicos usam sua compreensão de como as células funcionam para desenvolver tecnologias médicas inovadoras.

Hoje, você conduzirá pesquisas que incluem a visualização de animações online da dinâmica da membrana celular e a observação de demonstrações de difusão e osmose. Você vai testemunhar o efeito do movimento através de uma membrana semipermeável usando a solução de Lugol.

Antecedentes da lição e conceitos para professores

Como parte do Pesquisar e revisar fase, os alunos aprendem sobre as diferentes estruturas que compõem a membrana celular. Eles também relacionam a estrutura da membrana celular com a função e como as funções interagem umas com as outras.

Comece projetando as animações online da dinâmica da membrana celular (listadas no folheto Cell Membrane Animation Links) para que toda a classe possa vê-las ou peça aos alunos que trabalhem em computadores individuais para visualizá-las. Trabalhe algumas das animações com os alunos explicando o que estão vendo em cada animação.

Dê uma visão geral dos conceitos de difusão e osmose e explique como funciona uma membrana semipermeável. Descreva como o transporte acontece através da membrana celular para manter a homeostase. Explique as concentrações de soluto: hiperetônico, hipotônico e isotônico. Use as informações básicas fornecidas abaixo.

Em seguida, peça aos alunos que observem três demonstrações de difusão e osmose, conforme descrito nas Instruções de demonstração do professor. (Observe que é necessário um ajuste prévio de 24 horas.) Os alunos testemunham o efeito do movimento através de uma membrana semipermeável usando a solução de Lugol. Por fim, peça aos alunos que completem a Folha de Cores da Membrana Celular e a atividade Construir uma Membrana Celular para solidificar sua compreensão da anatomia e funções da célula.

Difusão é um método de transporte passivo de movimento de moléculas de concentração mais alta para concentração mais baixa. Esta diferença de concentração é chamada de gradiente de concentração.

Quando as concentrações dentro e fora de uma célula são as mesmas, a célula mantém o equilíbrio dinâmico.

As membranas celulares são seletivamente permeáveis, o que significa que depende do tamanho e do tipo de molécula.

É importante lembrar que semelhante se dissolve semelhante. A bicamada fosfolipídica que compreende as membranas celulares é apolar, portanto, não polar e moléculas muito pequenas, como o dióxido de carbono (CO2) e gás oxigênio (O2) pode passar através de uma membrana sem inibição.

Osmose refere-se especificamente à difusão de moléculas de água em uma solução. A água se difunde através da membrana celular de uma área de maior concentração para uma área de menor concentração.

A direção do movimento da água depende da concentração de soluto em ambos os lados da membrana.

Solução hipotônica - ocorre quando a concentração de soluto dentro de uma célula é maior do que a concentração de soluto fora de uma célula. Portanto, a água se difunde para dentro da célula.

Solução hipertônica - ocorre quando a concentração de soluto fora de uma célula é maior do que a concentração de soluto dentro de uma célula. A água se espalha para fora da célula.

Solução isotônica - ocorre quando a concentração de soluto dentro de uma célula é igual à concentração de soluto fora de uma célula. A água se difunde em taxas iguais para dentro e para fora da célula.

Difusão facilitada -As proteínas transportadoras devem auxiliar no movimento de moléculas que não são solúveis em lipídios ou são muito grandes. A glicose é um exemplo de molécula grande que é movida para dentro de uma célula dessa maneira.

  • O movimento das substâncias para dentro ou para fora da célula depende do gradiente de concentração.
  • As proteínas transportadoras que auxiliam na movimentação dessas substâncias são específicas para cada tipo de molécula.

Difusão através de canais iônicos -Permitir o movimento de íons como Ca +2, Cl-, através da membrana. Como os íons são carregados e, portanto, polares, eles podem não se mover livremente através da membrana. Alguns canais iônicos estão sempre abertos, permitindo o fluxo livre de íons. Outros possuem estímulos específicos que permitem sua abertura, como alongamento da membrana celular, sinais elétricos ou sinais químicos.

Bombas de membrana celular - Proteínas transportadoras auxiliam na movimentação de substâncias para CIMA do gradiente de concentração. A proteína envolve e transporta a molécula através da membrana para o outro lado.

Bomba Na-K - Para funcionar bem, muitos tipos de células devem ter uma concentração mais alta de Na + fora e de K + mais alta dentro.

Endocitose e exocitose - Referem-se ao transporte ativo que move moléculas que são muito grandes para se moverem por outros processos, como macromoléculas e partículas de alimentos. Ambos usam sacos ligados à membrana para transportar substâncias para dentro e para fora das células.

Endocitose -Movimento de partículas para dentro da célula

Pinocitose - Transporte de solutos ou fluidos

Fagocitose - Movimento de partículas grandes ou células inteiras

Exocitose -Movement of particles out of the cell may be used for large particles such as proteins. (Proteins made on ribosomes and packaged into vesicles by the Golgi-vesicles move to cell membrane and move out of the cell.)

Associated Activities

  • Cell Membrane Color Sheet and Build a Cell Membrane - Students color in the outline of structures on a cell membrane sheet. Then they complete the "Build-a-Membrane" activity to reinforce their understanding of the structure and function of animal cells.

Vocabulário / Definições

hypertonic: Solute concentration higher on the outside of the cell than on the inside of the cell.

hypotonic: Solute concentration lower on the outside of the cell than on the inside of the cell.

isotonic: Solute concentration equal on the inside and outside of the cell.

semi-permeable: Allows certain substances access to the inner area of the cell.

Assessment

Self-Quiz: Administer the Cell Structure and Function Quiz provided at the Biomembranes link at https://www.quia.com/quiz/717688.html.

Lesson Summary Assessment

Modeling: Have students build their sections of the cell membrane and compare to other students' models. Have students put together the different parts of the membrane for a picture of a larger, diverse membrane.


Assista o vídeo: EXPERIÊNCIA: PERMEABILIDADE DA MEMBRANA PLASMÁTICA. (Janeiro 2022).