Sumários

TP6

15 Abril 2025, 15:30 • Francisco Rodrigues Pinto

Teste de avaliação.

Transmissão Sináptica e Optogenética

15 Abril 2025, 14:00 • Federico Herrera Garcia

Nesta aula, discutimos em detalhe como as células nervosas comunicam entre si e como é possível usar técnicas modernas, como a optogenética, para controlar e estudar esses processos.

1. Tipos de recetores e vias de transdução

  • Revimos as quatro grandes famílias de recetores: canais iónicos controlados por ligando (ionotrópicos), recetores acoplados à proteína G (metabotrópicos), recetores ligados a cinases, e recetores nucleares.

  • Destacámos as diferentes escalas temporais das respostas: canais iónicos provocam efeitos em milissegundos (ex.: recetor nicotínico da acetilcolina), GPCRs em segundos (muscarínico), recetores tirosina-quinase ou de citocinas em horas, e recetores nucleares também em horas.

2. Sinapses químicas versus elétricas

  • Explorámos a diferença entre sinapses químicas (onde neurotransmissores transferem sinais entre neurónios via libertação vesicular de moléculas) e sinapses elétricas (gap junctions), que permitem passagem direta de iões entre células.

  • Debatemos o princípio da polarização dinâmica e da especificidade de ligação das conexões sinápticas.

3. Bases biofísicas da transmissão sináptica

  • O potencial de membrana (normalmente entre -40mV e -80mV) resulta do movimento seletivo de iões, especialmente potássio e sódio, regulados por bombas iónicas e canais de fuga.

  • Explicámos a importância do sódio-potássio ATPase, responsável por grande parte do gasto energético celular.

4. A transmissão do sinal nos neurónios

  • Revimos como potenciais de ação são gerados e propagados: entrada de sódio causa despolarização, seguida de saída de potássio para repolarização.

  • Falámos sobre as propriedades passivas dos neurónios (condutância, resistência, capacidade da membrana), que limitam a amplitude e velocidade do potencial.

  • Destacámos a importância da mielinização e do aumento do diâmetro do axónio para acelerar a condução, com exemplos desde axónios gigantes de lula até axónios mielinizados de mamíferos.

5. Integração neuronal e sumação de sinais

  • Discutimos a soma temporal e espacial dos potenciais sinápticos: como o formato e distribuição dos canais influenciam a integração do sinal nos dendritos e corpo celular.

6. Potenciais de ação: propriedades e regulação

  • Realçámos o caráter "tudo-ou-nada" do potencial de ação e as fases de refratariedade que garantem a direção da propagação.

  • Referimos as consequências das alterações nestes processos para a transmissão nervosa (velocidade, amplitude, fadiga).

7. Relevância sensorial e biomédica

  • Destacámos descobertas marcantes distinguindo mecanismos da dor, audição, visão, olfato e tato, refletidas por atribuição de vários prémios Nobel.

  • Exemplo: os nociceptores (detetores de dor) e os recetores da capsaicina (TRPV1) permitem perceber estímulos térmicos e químicos, tornando-se-alvo para analgesia após dessensibilização.

8. Canais iónicos sensoriais e mecanotransdução

  • Discutimos a identificação dos canais Piezo1 e Piezo2 como essenciais para sentir pressão, toque e propriocepção.

  • Descrevemos métodos experimentais usados, como silenciamento génico e sobre-expressão em linhas celulares para provar o seu papel fisiológico.

9. Optogenética — o controlo da atividade por luz

  • Introduzimos o conceito de optogenética: genes que codificam canais sensíveis à luz (ex.: channelrhodopsinas de algas) podem ser expressos em neurónios, permitindo ativar ou silenciar células precisamente através de luz.

  • Descrevemos a descoberta e expressão de channelrhodopsinas em oócitos de Xenopus e, mais tarde, em mamíferos — base prática para manipulação de circuitos neuronais.

  • Relatámos como ferramentas futuras incluem canais com resposta a múltiplos comprimentos de onda, funções biestáveis, e até canais ativados por outras proteínas sensíveis à luz.

10. Aplicações e avanços

  • A optogenética revolucionou a neurobiologia, permitindo dissecar circuitos de comportamento, sensação, memória, dor, etc. com rigor sem precedentes.

  • As técnicas descritas facultam possibilidades terapêuticas para desordens neurológicas e psiquiátricas e aplicações em interfaces cérebro-máquina.

Barreira Cinética II: Regulação da Quantidade de Enzima

14 Abril 2025, 12:00 • Federico Herrera Garcia

Esta aula centra-se na modulação quantitativa do catalisador (enzima) como um mecanismo primário de regulação da velocidade das reações bioquímicas, destacando os processos de síntese e degradação de proteínas, bem como a complexidade da expressão génica.

Modulação da quantidade de enzimas

  • A quantidade de enzimas é regulada ao nível da biossíntese (transcrição, processamento e tradução de mRNA) e da degradação proteica.

  • Os tempos de turnover das proteínas regulatórias (enzimas e fatores de transcrição) são, em geral, muito mais rápidos do que os das enzimas que catalisam reacções próximas do equilíbrio ou das proteínas estruturais.

  • A expressão génica é um processo complexo que envolve múltiplas etapas: transcrição do DNA em RNA, processamento do transcrito primário, transporte do mRNA do núcleo para o citoplasma, degradação do mRNA, tradução do mRNA em proteína e processamento pós-traducional da proteína recém-sintetizada.

  • A atividade das proteínas regulatórias depende fortemente da presença de outras proteínas e do contexto genético, havendo elevada interdependência e não linearidade nas respostas.

Complexidade e não linearidade da expressão génica

  • Em eucariotas, o número restrito de fatores de transcrição pode regular um grande número de genes, contribuindo para a diversidade celular.

  • Pequenas mutações podem alterar substancialmente o perfil de expressão génica e o comportamento celular.

  • A cooperação entre proteínas regulatórias pode ocorrer na ligação a sequências regulatórias do DNA (cooperatividade), reforçando ou inibindo a transcrição.

Fatores de transcrição e regulação

  • São apresentados exemplos de genes ativados pelo fator induzido por hipóxia (HIF), que regula múltiplos processos, desde o metabolismo energético ao crescimento celular, transporte, angiogénese e defesa contra stress oxidativo.

  • Destaca-se a interdependência de sistemas não lineares, que apresentam comportamentos dinâmicos complexos e não intuitivos.

Variações na ligação de fatores de transcrição

  • Foram identificadas variações nas sequências consenso de ligação do fator de transcrição NF-kB entre diferentes indivíduos, ligadas a variações genéticas (SNPs), que influenciam a expressão génica.

  • A afinidade do NF-kB por diferentes sequências consenso correlaciona-se com o nível de ativação transcricional desses genes.

Exemplos de síntese de moléculas bioquímicas

  • Apresenta os caminhos biossintéticos da dopamina e da melatonina, identificando as enzimas limitantes e os mecanismos regulatórios.

  • Salienta a importância de enzimas limitantes em vias metabólicas e a regulação da sua expressão e atividade.

Avanços em biologia celular e molecular

  • Inclui uma breve descrição do prémio Nobel de 2012, que reconheceu a reprogramação de células maduras em células pluripotentes induzidas (iPS), enfatizando os fatores de transcrição envolvidos (Sox2, Oct3/4, c-Myc e Klf4).

  • Mostra como a expressão de alguns destes fatores pode reverter o estado celular a um estado pluripotente com características similares às células estaminais embrionárias, com potencial para terapias regenerativas.

TP5

9 Abril 2025, 12:30 • Francisco Rodrigues Pinto

Relação entre velocidade de degradação e escala de tempo de resposta.

TP5

8 Abril 2025, 15:30 • Francisco Rodrigues Pinto

Relação entre velocidade de degradação e escala de tempo de resposta.