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Biologia Celular / Aula 1 - Introdução ao estudo da célula · INTRODUÇÃO Organização celular dos seres vivos Costumamos dizer que as células são a unidade fundamental de todos os seres vivos. Em outras palavras, todo ser vivo é formado por células. De fato, os seres vivos se constituem das células como unidades estruturais e funcionais. Isso significa que as células fazem parte da estrutura do organismo, e as possuímos em grande quantidade. Na imagem a seguir, podemos observar uma demonstração de que partes do nosso corpo – quando ampliadas pelo uso de um microscópio – são compostas por células: Aqui, notamos que a pele, os músculos, o cérebro e o sangue são tecidos e, como tais, apresentam organização celular. Como as células são unidades funcionais, sua responsabilidade é manter o adequado desempenho do organismo. Quando funcionam bem, há, por exemplo, crescimento muscular. Crédito da imagem: Luís Rodrigues. Mas, quando esse funcionamento é prejudicado, algumas patologias podem surgir. Comprovamos isso na introdução desta aula por meio da análise do caso de câncer. O mesmo vale para os músculos: quando suas células são devidamente estimuladas e recebem, de forma apropriada, os nutrientes necessários, funcionam perfeitamente, dando origem ao tão desejado ganho de massa muscular. Do contrário, isso não ocorre! As imagens a seguir ilustram a questão: Antes Depois Crédito da imagem: Luís Rodrigues Aqui, observamos os músculos do braço antes e após o crescimento de suas células, que são estimuladas pelo exercício físico associado à boa alimentação. Veja, a seguir, uma imagem que representa o momento da fusão das células. Seres unicelulares e pluricelulares Diante da grande diversidade de seres vivos que existem, percebemos que as células participam de sua formação de modo diferente. Há seres vivos que possuem uma única célula: os chamados UNICELULARES. Vejamos alguns exemplos: Bactérias Ameba Leveduras (fungos) Euglena No entanto, também há fungos, algas, plantas e animais que têm o corpo composto por muitas células. Esses seres são chamados de PLURICELULARES. Vejamos alguns exemplos. Nesta imagem, podemos ver diferentes seres pluricelulares, tais como: Esses seres contêm células de diferentes formas, sejam estas esféricas, alongadas, quadradas, sejam altamente modificadas e especializadas – como os espermatozoides e os neurônios presentes na imagem a seguir: Crédito da imagem: Eduardo Trindade Nesta imagem, percebemos tais formatos que existem na constituição do corpo de um animal. Assim como no corpo humano, nesses seres, também identificamos diferentes níveis de organização celular. Como unidade básica do organismo, as células se associam de acordo com suas características comuns e formam os tecidos – como o epitelial, o conjuntivo e o muscular. Esses tecidos, por sua vez, também se associam e formam os órgãos – como o estômago, os intestinos, o fígado etc. Os sistemas do corpo humano – como o digestório e o respiratório, por exemplo – se desenvolvem através da associação de órgãos, que possuem funções relacionadas. Quando atuam em conjunto, esses sistemas formam nosso organismo, como podemos ver na imagem a seguir: Crédito da imagem: Luís Rodrigues Tipos de células Dentro da perspectiva de que todos os seres vivos são formados por células e de que existe uma infinidade deles, não é de se espantar que haja diferentes tipos celulares. Basicamente, há dois tipos de células muito distintos: as procariontes e as eucariontes. As imagens a seguir as representam. Vejamos: Célula eucariótica Célula procariótica (bactéria) Crédito da imagem: Luís Rodrigues Observe os aspectos das duas células e compare-as. A partir de agora, vamos analisar as diferenças entre elas. Por isso, sugerimos que retorne sempre a essa imagem, tudo bem?CÉLULAS EUCARIONTES O quadro a seguir apresenta as principais diferenças entre as células procariontes e eucariontes. Veja: Células animais e vegetais Mesmo entre os seres vivos dotados de células eucariontes, percebemos que elas não são iguais – em especial quando analisamos as células vegetais e animais. Para entender melhor a questão, observe as imagens a seguir: Célula animal Célula vegetal Crédito da imagem: Érik Assumpção Você percebeu como ambas são diferentes? As células vegetais apresentam determinadas estruturas que NÃO estão presentes nas animais, como, por exemplo: Já as células animais se distinguem das vegetais por possuir uma organela denominada centríolo, que está envolvido com a migração dos cromossomos durante a divisão celular. O quadro a seguir apresenta as principais diferenças entre as células animais e vegetais. Veja: Vírus Os vírus são um grupo diferente de organismos, conhecidos pelas doenças que costumam causar ao homem e aos animais – tais como a dengue, a raiva, a hepatite B etc. Do ponto de vista de sua organização, os vírus se distinguem muito de todos os outros seres vivos, pois não são formados por células: eles são acelulares. Neste momento, você deve estar se perguntando: Mas todos os seres vivos não são formados por células? Sim. Nesse caso, os vírus seriam, então, uma exceção a essa regra ou, como afirmam alguns cientistas, nem mesmo seriam seres vivos. Além de não possuírem células, os vírus também não têm metabolismo próprio. Isso significa que não conseguem produzir ou degradar substâncias importantes para sua sobrevivência. Por isso, eles precisam entrar nas células e viver dentro delas, utilizando todas as suas ferramentas – como, por exemplo, organelas específicas e enzimas – para realizar tais tarefas. Há vírus capazes de parasitar diferentes tipos celulares, como animais, plantas, fungos, protozoários e bactérias. A imagem a seguir representa essa intervenção: Crédito da imagem: Érik Assumpção Mas se os vírus são acelulares, do que realmente são formados? Eles são constituídos de um envoltório feito de proteínas – chamado de capsídeo –, e em seu interior, encontramos seu material genético. Observem isso na imagem a seguir: · Aqui, podemos ver a estrutura de um vírus e seu material genético viral – nesse caso, o DNA. · Alguns vírus – denominados envelopados – apresentam por cima do capsídeo um envoltório de membrana obtido no momento em que deixam uma célula e levam parte de sua membrana plasmática com eles. Crédito da imagem: Luís Rodrigues Clique aqui para ver um vírus envelopado. Atividades 1. Dentre a diversidade de seres vivos existentes, alguns são extremamente simples – formados por uma única célula –, enquanto outros (como o homem, por exemplo) apresentam organismo bem complexo – formado pela associação de incontáveis células. De acordo com esse critério, tais seres vivos são classificados, respectivamente, como: Pluricelulares e unicelulares Unicelulares e eucariontes Unicelulares e pluricelulares Procariontes e eucariontes Procariontes e pluricelulares Corrigir 2. As células procariontes se diferenciam das eucariontes pela: Presença de carioteca Ausência de ribossomos Presença de mitocôndrias Divisão celular por mitose Presença de moléculas de DNA circular Corrigir 3. Dentre os diferentes grupos de organismos que existem na Terra, um em especial NÃO é formado por células – motivo pelo qual seus organismos não são considerados seres vivos por alguns cientistas. Esse grupo é formado por: Vírus Fungos Bactérias Leveduras Protozoários Corrigir Biologia Celular / Aula 2 - Bases químicas da constituição celular · INTRO Elementos químicos e matéria Vamos começar esta aula com o estudo do conceito de matéria. Matéria é tudo o que compõe o universo: um planeta, uma estrela, uma rocha, o ar, um ser vivo. E do que é feita a matéria? É sobre isso que vamos discutir a partir de agora... A matéria – seja ela o que for – é formada por elementos químicos, que se combinam das mais diferentes maneiras. Sendo assim, podemos dizer que todo corpo (matéria) é um sistema químico e, por isso, está sujeito às mesmas leis químicas e físicas. Por exemplo, a água do mar estásujeita às mesmas leis físicas que a água de nosso organismo. Se ela entra em ebulição quando submetida a altas temperaturas no mar, também entrará em nosso organismo. Fonte: Nickolay Vinokurov | Shutterstock Diversos elementos químicos já foram identificados como parte da matéria, e muitos deles estão presentes, também, na composição da célula e do organismo. À medida que são descobertos por cientistas e químicos, esses elementos ganham um nome, uma sigla, são catalogados e passam a fazer parte da Tabela Periódica apresentada a seguir: Alguns são bastante conhecidos, como o: • Carbono (C); • Cálcio (Ca); • Fósforo (P); • Sódio (Na); • Potássio (K); • Oxigênio (O); • Hidrogênio (H); • Ferro (Fe) etc. Na Tabela Periódica, todos os elementos que compõem a matéria são organizados de acordo com suas características físico-químicas – como seu peso atômico, por exemplo. Eles são a denominação de uma partícula que chamamos de átomo. Os átomos são considerados a menor parte da matéria e são formados por: Aqui, observamos o átomo do Carbono 12, que contém em seu núcleo (centro) 6 prótons e 6 nêutrons, e 6 elétrons orbitando em sua eletrosfera. Esses elementos químicos (ou átomos), por sua vez, podem não existir de maneira isolada, e sim se combinarem, fazendo ligações químicas, que formam as moléculas. Tipos de moléculas Um exemplo muito conhecido de molécula é a água (H2O), formada pela ligação de 2 átomos de Hidrogênio e 1 de Oxigênio, como podemos ver no esquema a seguir: As moléculas podem ser divididas em duas grandes categorias. São elas: · Orgânicas · Inorgânicas · Moléculas orgânicas Aquelas que possuem o elemento químico Carbono em sua composição e que têm, quase sempre, procedência a partir de seres vivos – como as plantas e os animais. Exemplo: Moléculas de glicose (C6H12O6). E como tudo isso se encaixa no tema sobre o qual estamos discutindo (a célula)? Vejamos... Níveis de organização dos seres vivos Tudo o que estudamos até aqui amplia aquela visão que apresentamos na aula anterior: da célula como unidade básica de formação dos seres vivos. A partir desse momento, passamos a conhecer todos os níveis hierárquicos desse processo de formação, que incluem categorias anteriores às células – como as organelas celulares, as moléculas e os átomos. Podemos, então, dizer que os átomos são as unidades básicas que formam as moléculas. Estas, por sua vez, combinam-se e formam as organelas celulares –pequenas estruturas presentes em seu interior –, que dão origem à célula. Em seguida, vêm os tecidos, os órgãos, os sistemas e o organismo, como mostra o esquema ordenado: Aqui temos uma visão mais geral dos diferentes níveis de organização dos seres vivos, em que partimos da menor parte (o átomo) até chegarmos ao organismo. Composição molecular da célula e importância da água Já sabemos que: A água é a molécula mais abundante na célula, seguida pelas moléculas orgânicas de carboidratos, proteínas, lipídeos e ácidos nucleicos. Vamos conhecer, então, essas moléculas... A água – agora considerada uma substância, e não apenas uma molécula – é o elemento mais profuso no planeta e existe em três estados físicos diferentes: Veja, na tabela a seguir, a porcentagem aproximada de água em diferentes partes de nosso organismo: Diante desses números, não é de se espantar que a água é muito importante para os seres humanos, certo? Todos nós já ouvimos falar do mal que a desidratação nos causa – ela pode até nos matar. A água desempenha distintos papéis no corpo humano. Primeiro, pelo simples fato de transitar entre os diferentes espaços – de dentro para fora da célula e vice-versa, do sangue para os tecidos e vice-versa –, a água é um importante meio de transporte para outras substâncias que se dissolvem nela. Aliás, esta é outra função relevante da água: ser um solvente. Uma das características dessa molécula (polaridade) permite que ela seja considerada um solvente universal, capaz de dissolver uma grande quantidade de outras moléculas – desde que sejam polares também. Nesse contexto, por questões de relacionamento, as moléculas são assim denominadas: • Moléculas hidrofílicas (polares) – aquelas que têm afinidade com a água; • Moléculas hidrofóbicas (apolares) – aquelas que não têm afinidade com a água. Para entender melhor o assunto, analise a seguinte soma: Solvente (Água) + Soluto (Açúcar) = Solução (Água com açúcar) Quando misturamos uma colher de açúcar com água, observamos que o açúcar se dissolve completamente, formando uma solução de água com açúcar. Isso é possível por que o soluto (açúcar) é polar, da mesma forma que a água (solvente). Fonte: m.bonotto | Shutterstock Mas isso não acontecerá se misturarmos uma colher de óleo (soluto apolar) com água (solvente polar). Como o óleo é uma substância hidrofóbica, devido a sua apolaridade, não é possível obter uma solução homogênea. Fonte: MR.LIGHTMAN1975 | Shutterstock A água também é importante para a regulação da temperatura corporal do organismo, porque impede grandes variações que atrapalhem seu bom funcionamento. Afinal, quando consumimos água, aliviamos o calor. Quando suamos e perdemos água através da superfície da pele, também estamos contribuindo para o controle de nossa temperatura. Além disso, para que diversas reações químicas de nosso corpo aconteçam – aquelas que mantêm nosso organismo funcionando –, precisamos de água. Constantemente, as moléculas precisam ser quebradas para originar outras moléculas importantes. Essas reações de quebra – chamadas de hidrólise – contam com a participação da água. A digestão dos nutrientes que ingerimos, por exemplo, são reações de hidrólise. Para entendê-las, observe o esquema a seguir: Aqui, identificamos as reações químicas entre dois aminoácidos. Notamos que a água participa da reação de quebra da ligação peptídica entre eles – o mesmo que ocorre quando digerimos as proteínas que comemos. Verificamos, ainda, que a água é formada e sai da reação quando da ligação entre os aminoácidos. Essa é uma reação de síntese por desidratação. Biomoléculas orgânicas da célula Além da água, quatro categorias de biomoléculas orgânicas também constituem a célula: Todas são compostas de Carbono e se apresentam em uma quantidade variável. Boa parte dessas moléculas é chamada de macromolécula, porque elas são grandes polímeros. Polímeros são moléculas grandes – como as proteínas, por exemplo – formadas pela união de várias outras moléculas menores, chamadas de monômeros – nesse caso, os aminoácidos. O esquema a seguir esclarece essa relação: Aqui, observamos moléculas pequenas, consideradas unidades básicas: os monômeros. Quando estas se unem através de ligações químicas, formam dímeros (se forem 2) ou polímeros (se forem muitas). Vamos estudar, mais detalhadamente, cada uma das biomoléculas orgânicas da célula. Lipídeos Os lipídeos são moléculas que têm uma característica em comum: a apolaridade. Por isso, não são solúveis em água e são chamados de hidrofóbicos. Por apresentarem uma parte polar e outra apolar, alguns são mais solúveis em água, e por possuírem uma porção hidrofóbica e outra hidrofílica, são denominados anfipáticos. Os lipídeos mais importantes que estão presentes no organismo animal são: A seguir, vamos conhecer um pouco melhor cada um deles. Ácidos graxos Os ácidos graxos (ou gordurosos) são moléculas relativamente pequenas (monômeros), importantes por servir de fonte de energia para a célula. Além disso, também formam outros lipídeos mais complexos, como os: • Fosfolipídeos – que compõem a membrana celular; • Triglicerídeos – que são armazenados no tecido adiposo. Esses ácidos são constituídos de longas cadeias de Carbono (de 4 a 36) associado a um radical ácido na ponta. Eles podem ser: • Saturados – aqueles que só possuem ligações simples entre os Carbonos; • Insaturados – aqueles que possuem uma ou mais ligações duplas entre os Carbonos. Vejamos alguns exemplos: ÁCIDO GRAXO POLI-INSATURADO Entre todos os ácidos graxos que existem, dois são muito importantes: o linoleico (ômega-6) e o linolênico(ômega-3). Esses ácidos são poli-insaturados e, embora sejam muito relevantes para o organismo, não são produzidos por animais, mas apenas por plantas e algas. Sendo assim, nós precisamos obtê-los através da alimentação. Eles são chamados de ácidos graxos essenciais, pois seu consumo está associado a uma boa saúde por trazer diversos benefícios ao ser humano. Triglicerídeos Os triglicerídeos são lipídeos mais complexos, formados pela ligação de 3 ácidos graxos a 1 molécula de glicerol (1 álcool) através de uma relação de síntese – chamada de esterificação. A imagem a seguir os representa: Aqui, observamos a formação de uma molécula de triglicerídeo a partir da união de 3 ácidos graxos ao glicerol. Esses lipídeos são uma reserva, já que são produzidos para fins de armazenamento no organismo, como um depósito de ácidos graxos que podem ser utilizados a qualquer momento para a geração de energia. Nos animais, eles ficam armazenados no tecido adiposo, dando origem às gorduras localizadas! Fosfolipídeos Os fosfolipídeos também são lipídeos mais complexos, formados por 2 ácidos graxos mais 1 radical fosfato ligados ao glicerol – de onde vem sua nomenclatura. Eles são lipídeos anfipáticos, pois apresentam uma parte polar e outra apolar. A imagem a seguir os representa: Aqui, verificamos a estrutura de um fosfolipídeo, que contém a: • Cabeça (parte polar) – formada pelo glicerol ligado ao fosfato; • Cauda (parte apolar) – formada pelos 2 ácidos graxos. Os fosfolipídeos são importantes porque formam a estrutura básica das membranas celulares, uma vez que se organizam para constituir uma dupla camada, em que as cabeças (polares) ficam voltadas para fora, e as caudas (apolares), para dentro. Observe a imagem a seguir: Aqui, podemos ver as duas camadas de fosfolipídeos (parte vermelha + amarela), que formam a estrutura básica da membrana celular, além de outro lipídeo presente na membrana (o colesterol) e outras biomoléculas que ainda vamos estudar (as proteínas e os carboidratos). Colesterol O colesterol é outro lipídeo importante que possui uma estrutura peculiar bem diferente daquela que pertence aos lipídeos que já estudamos. Observe-a na imagem a seguir: Esse lipídeo está presente na membrana celular em menor quantidade do que os fosfolipídeos e interfere em sua fluidez, deixando-a mais rígida. Além disso, o colesterol é relevante por ser precursor dos hormônios chamados de esteroides (hormônios sexuais) e dos hormônios produzidos pela glândula ad-renal. Ele não pode ser associado diretamente aos problemas de saúde, porque é produzido por nosso organismo. Só quando está em excesso e associado a uma lipoproteína chamada LDL, o colesterol torna-se prejudicial, causando doenças cardiovasculares. Carboidratos Os carboidratos são as biomoléculas mais abundantes na Terra. O mais importante deles é a glicose por ser a principal fonte de energia das células. A glicose é gerada por meio da reação de fotossíntese, realizada pelas plantas e pelas algas. Esses organismos utilizam o gás carbônico da atmosfera (CO2), a água (H2O) e a energia luminosa para produzir moléculas de glicose (C6H12O6) e gás oxigênio (O2), conforme demonstra a imagem a seguir: Aqui, observamos a reação geral da fotossíntese em uma organela chamada de cloroplasto. A glicose é, portanto, o carboidrato que as células utilizam, preferencialmente, para a produção de energia por meio do processo de respiração celular. Nesse processo, as moléculas de glicose são degradadas – com a participação do Oxigênio –, e a energia liberada é armazenada na forma de uma molécula (ATP), como mostra o esquema a seguir: Este é o processo de respiração celular, que consiste na quebra da molécula de glicose, que leva à formação de gás carbônico, de água e à liberação de energia. Os carboidratos são divididos, ainda, em três categorias, de acordo com sua estrutura molecular. Sendo assim, eles podem ser: Monossacarídeos – aqueles formados por uma única unidade molecular (base para a formação dos demais). Polissacarídeos – aqueles formados pela ligação de muitos monossacarídeos. Oligossacarídeos – aqueles formados pela ligação de poucos monossacarídeos (os mais comuns possuem 2 e são chamados de dissacarídeos). Vamos estudar cada um deles? Monossacarídeos Os monossacarídeos mais importantes são a glicose, a frutose e a galactose, que são essencialmente energéticos e utilizados pelo organismo animal. No entanto, existem monossacarídeos estruturais, como a ribose e a desoxirribose, que compõem a estrutura do RNA e do DNA, respectivamente. Esses tipos de carboidratos estão representados nas imagens a seguir: Oligossacarídeos Os dissacarídeos são os oligossacarídeos mais importantes, formados pela ligação covalente (glicosídica) entre dois monossacarídeos. Eles são fontes de glicose encontrada nos alimentos. Veja, a seguir, suas características: Os oligossacarídeos também são encontrados na superfície externa das membranas celulares, constituindo o glicocálice, que é importante para a sinalização celular e para a adesão entre as células. Eles estão ligados às proteínas e aos lipídeos da membrana, formando glicoproteínas e glicolipídeos. Vamos estudar esse tema mais adiante na aula sobre a membrana celular. Polissacarídeos Os polissacarídeos são longas cadeias (polímeros), lineares ou ramificadas, que podem ser formadas por um único tipo de monossacarídeo (homopolissacarídeo) ou por vários tipos (heteropolissacarídeos). A tabela a seguir apresenta essa formação: Polissacarídeos Os polissacarídeos também têm importância de reserva energética e estrutural, dependendo da molécula formada. Os mais comuns são: O quadro a seguir apresenta um resumo das características dos polissacarídeos. Veja: Proteínas As proteínas – também consideradas polímeros – são formadas pela ligação peptídica entre vários aminoácidos, conforme demonstra a imagem a seguir: Aqui, cinco aminoácidos são unidos através desse tipo de ligação (destacada de cinza). As proteínas desempenham diferentes funções no organismo, além de estarem presentes na membrana celular – como veremos em outro momento. Algumas são hormônios (como a insulina, por exemplo), outras correspondem a várias enzimas. Elas fazem transporte de substâncias, participam dos mecanismos de cicatrização e coagulação sanguínea, e são importantes nutrientes – fontes de aminoácidos. Existem 20 diferentes aminoácidos que compõem as proteínas e são ligados em uma sequência específica, determinada pelo código genético presente no DNA. Desse grupo, o organismo humano não é capaz de produzir 8 aminoácidos essenciais. Mas, como estes são importantes, precisam ser adquiridos por meio da alimentação com proteínas. São eles: • Valina; • Leucina; • Isoleucina; • Fenilalanina; • Triptofano; • Metionina; • Lisina; • Treonina. Os outros 12 produzidos pelo organismo são chamados de aminoácidos não essenciais. Além de formarem as proteínas, os aminoácidos são relevantes, porque: • Controlam o pH dentro da célula; • Atuam como neurotransmissores – como o GABA (ácido gama-aminobutírico); • Originam neurotransmissores – como a serotonina a partir do triptofano; • São usados como fonte de energia. Ácidos nucleicos Os ácidos nucleicos são moléculas que se encontram, principalmente, no núcleo, formadas por muitas unidades de nucleotídeos unidos por ligações fosfodiéster. Logo, também são polímeros. Existem dois tipos de ácidos nucleicos: · Ácido Desoxirribonucleico (DNA) · Ácido Ribonucleico (RNA) · Ácido Desoxirribonucleico (DNA) O DNA é a molécula responsável por guardar a informação genética da célula, que é passada para as células-filhas a cada divisão celular. A hereditariedade das características dos seres vivos se deve à transmissão de cópias do DNA para as demais células. O DNA é formado por duas cadeias de nucleotídeos unidas entre si por meio de ligações de Hidrogênio em forma de espiral. Essas ligações ocorrem entre as bases nitrogenadas que compõem os nucleotídeos. A imagem a seguir apresenta uma molécula de DNA: Aqui,as duas cadeias de nucleotídeos constituem uma dupla hélice. Estudaremos mais o RNA na aula sobre o núcleo celular. Até lá! Atividades 1. As moléculas que constituem os seres vivos se dividem em orgânicas e inorgânicas. Entre as listadas a seguir, NÃO é uma molécula orgânica: Água Lipídeo Proteína Aminoácido Carboidrato Corrigir 2. O carboidrato é uma biomolécula muito importante para os seres vivos, assim como o glicogênio, que corresponde: À reserva energética animal À reserva energética vegetal A um carboidrato estrutural animal A um carboidrato estrutural vegetal A um carboidrato de reserva animal e vegetal Corrigir 3. A sacarose é um importante dissacarídeo encontrado, principalmente, em frutas. O açúcar que consumimos na alimentação é formado por esse elemento. Em sua composição, há a combinação dos seguintes monossacarídeos: Glicose e glicose Glicose e lactose Glicose e frutose Glicose e maltose Glicose e galactose Corrigir Biologia Celular / Aula 4 - Membranas Plasmática –Transporte e sinalização Silva Programador · INTRO Transporte através da membrana plasmática Como estudamos na aula anterior, o papel da membrana vai muito além de separar o meio intracelular do extracelular. A membrana plasmática controla a entrada e saída de substâncias, que poderão passar através dela de diferentes maneiras. Chamamos isso de transporte através da membrana. As substâncias que passam através da membrana são consideradas: Açúcar (exemplo de soluto) Água (exemplo de solvente) Além disso, o fluxo de substâncias se dá de diferentes maneiras, de acordo com as características do meio intra e extracelular: · Isotônico · Hipertônico · Hipotônico · Isotônico O meio é isotônico quando sua concentração de soluto é fisiológico, isto é, proporcional às condições celulares. A imagem abaixo ilustra essas três situações: Isotônico Hipotônico / Hipertônico Nessas imagens, vemos a proporção de solutos (bolinhas) nas três situações citadas, considerando que se tratam de recipientes separados por uma membrana semelhante à membrana plasmática. Nos meios isotônicos vemos que existe um equilíbrio na quantidade de soluto nos dois lados da membrana. Já quando comparamos os meios hipertônico e hipotônico vemos que essas quantidades não estão em equilíbrio. No meio hipotônico há pouco soluto e no hipertônico há muito soluto. A quantidade de água (solvente) será o contrário: tem mais no meio hipotônico e menos no meio hipertônico. Transporte ativo e passivo A passagem de solutos através das membranas celulares pode ser do tipo passiva ou ativa. Veja a imagem baixo: Na ilustração, vemos como se dá o transporte ativo e passivo. No passivo, as substâncias passam através da membrana de onde tem mais para onde tem menos, como indica a seta. No transporte ativo ocorre o contrário, de onde tem menos para onde tem mais e, por isso, existe a necessidade de uma estrutura na membrana, frequentemente chamada de bomba, que consome energia (ATP) da célula. Transportes passivos O transporte passivo ocorre de três formas: Transporte ativo Um exemplo clássico de transporte ativo é a bomba de sódio e potássio. É feito por uma proteína que, gastando energia, consegue transportar esses dois íons ao mesmo tempo. O sódio, que está em maior quantidade no meio extracelular, é bombeado para fora da célula, enquanto que o potássio, que está em maior quantidade no meio intracelular, é colocado para dentro. Para cada molécula de ATP utilizada, a bomba consegue movimentar dois íons de potássio (K+) para o interior e três íons de sódio (Na+) para o exterior. Esse transporte de sódio e potássio é fundamental para manter as concentrações diferentes sempre constantes, deixando a membrana polarizada — condição importante para o funcionamento celular. Transporte através de vesículas Existem também modalidades de transporte em que a membrana participa através da formação de vesículas. São elas: Sinalização celular Em organismos pluricelulares, é fundamental que as células se comuniquem, para divisão de tarefas, ativar determinadas funções, desativar outras etc. E a membrana plasmática também participa de alguns processos de comunicação intercelular, por meio da sinalização celular. As células se comunicam mandando sinais elétricos ou químicos, que regulam as atividades celulares, respostas a estímulos do meio ambiente e outras. A sinalização celular pode ocorrer de diferentes formas. Frequentemente, as células liberam uma substância sinalizadora, que podem ser um hormônio ou um neurotransmissor, e esta vai se ligar a um receptor que está presente em outra célula, chamada de célula-alvo. Quando a sinalização é feita dessa forma, ela pode ocorrer de forma: Vamos entender melhor isso vendo a imagem abaixo As moléculas sinalizadoras que as células liberam são classificadas em duas categorias: O tipo de molécula sinalizadora vai interferir na forma como elas agem na célula-alvo e vai determinar a participação da membrana. Essas moléculas sinalizadoras, ao chegarem as suas células-alvo, precisarão se ligar aos receptores que estas células possuem. É aí que os seus mecanismos de ação vão se diferenciar, uma vez que esses receptores podem estar na membra na da célula ou no seu interior. Vamos ver a imagem abaixo: Podemos ver aqui como ocorre a interação entre as moléculas sinalizadoras e os seus receptores nas células. Quando são moléculas lipossolúveis, elas atravessam a membrana e se ligam a receptores intracelulares. Quando não são moléculas lipossolúveis elas se ligam a receptores presentes na membrana plasmática. As moléculas sinalizadoras hidrossolúveis se ligam nos receptores de membrana. Essas moléculas não conseguem atravessar a membrana e, por isso, seus receptores precisam estar localizados nela. Nesse caso, há necessidade da formação de um segundo mensageiro dentro da célula, como o AMP cíclico, que será o responsável direto pelas alterações metabólicas que a célula vai sofrer. As moléculas sinalizadoras lipossolúveis conseguem atravessar a membrana e se ligam aos receptores que estão no seu interior, no citoplasma ou dentro do núcleo. Ao se ligar ao receptor, ocorre uma mudança metabólica na célula por meio da alteração da expressão dos seus genes. Nesse caso, não é necessária a formação de segundos mensageiros intracelulares e o próprio hormônio é o responsável pela mudança metabólica da célula. Veja o exemplo abaixo: Podemos ver aqui o mecanismo de ação dos hormônios esteroides (lipossolúveis). Eles atravessam a membrana plasmática e se ligam a receptores presentes no citoplasma, que se liga ao DNA e determina a expressão de um gene, ocorrendo a transcrição e a tradução (produção de proteínas). No entanto, nem toda sinalização celular depende da liberação de substâncias sinalizadoras. No caso da sinalização dependente de contato são proteínas ligadas à membrana plasmática de uma célula que podem interagir com receptores de uma outra célula adjacente. Também não existe substância sinalizadora na sinalização por Gap Junctions. Nesse caso, os sinais são elétricos e são transmitidos para células imediatamente ao lado através de componentes das membranas que permitem a comunicação entre as duas células. Atividade 1 - Algumas células do sistema imunológico, como os macrófagos, têm como função eliminar agentes estranhos, como, por exemplo, as leveduras de fungos. Eles englobam essas partículas e fazem a sua digestão. Desta forma, eles englobam realizando: a) Pinocitose b) Fagocitose c) Exocitose d) Clasmocitose e) Citocitose Corrigir 2 - O transporte através da membrana plasmática pode ser feito com gasto ou sem gasto de energia. É um exemplo de transporte ativo, com gasto de energia: a) Citocitose b) Osmose c) Bomba de sódio e potássio d) Difusão simples e) Difusão facilitada Corrigir 3 - O processo de sinalização celular pode ocorrer através da liberação de moléculas sinalizadoras. Em alguns casos, essa molécula é um hormônio que é lançado na corrente sanguínea e, através dela, viaja até a sua célula-alvo.Esse tipo de sinalização é chamado de: a) Parácrina b) Autócrina c) Dependente de contato d) Gap Junction e) Endócrina Corrigir Biologia Celular / Aula 5 - O núcleo celular Programador · INTRO Estrutura, composição e funções do núcleo celular Devemos iniciar o estudo do núcleo celular entendendo que ele é uma organela, exclusiva das células eucariontes. É um espaço delimitado por uma membrana e que tem no seu interior determinadas substâncias, que veremos a seguir. As células geralmente apresentam um único núcleo e este fica localizado em seu centro. No entanto, existem células que apresentam mais de um núcleo ou que núcleo fica localizado perifericamente. Outra coisa bem variável é o formato dos núcleos: existem alguns que são esféricos, alongados, divididos em lóbulos etc. Nas fotos a seguir podemos ver isso. As fotos mostram diferentes células, que nos permitem ver diferentes aspectos sobre os núcleos. Em A, temos uma lâmina de sangue de ave, em que as hemácias são elípticas e apresentam um núcleo centralizado e com o formato da célula. Em B, podemos ver os tecidos da pele, mostrando núcleo com formatos diferentes (esféricos, alongados, achatados). Em C, podemos ver uma lâmina de glândula salivar, em que os núcleos são esféricos. Em D, vemos o revestimento externo dos intestinos, com células de núcleo achatado. Estrutura nuclear O núcleo, como vimos, é um espaço delimitado por membrana. Essa membrana pode ser chamada de carioteca, cariomembrana ou, simplesmente, membrana nuclear. No seu interior, encontramos algumas estruturas que merecem destaque: o nucléolo, o nucleoplasma e a cromatina, como podemos ver na imagem abaixo. Na imagem, vemos a constituição do núcleo: a carioteca que delimita o seu espaço, o núcleo como uma região mais corada no seu interior e o que o preenche ― uma mistura de nucleoplasma e cromatina. Vamos entender melhor, estudando detalhadamente cada estrutura que compõe o núcleo. A carioteca A carioteca é uma membrana dupla, separada por um espaço, e que continua com a membrana de uma organela chamada Retículo Endoplasmático Rugoso. Veja na imagem abaixo: Podemos ver na imagem a continuidade da membrana externa da carioteca com o Retículo Endoplasmático Rugoso. Essa membrana apresenta poros, por onde moléculas grandes, como proteínas e RNAs, podem passar. Na sua superfície externa, encontramos alguns ribossomos aderidos. Veja na imagem abaixo. Na imagem fica clara a existência de duas membranas formando a carioteca e a presença de poros por onde passam macromoléculas. Nucleoplasma O nucleoplasma é uma solução aquosa contendo proteínas (maioria enzimas) e outras moléculas como RNAs, nucleosídeos, nucleotídeos e íons. No nucleoplasma, estão mergulhados o nucléolo e a cromatina. Nucléolo O nucléolo é uma estrutura fortemente corada, formado por DNA, que possui genes que estão envolvidos na síntese de RNA ribossomal, que vai originar os ribossomos — estruturas celulares que fabricam as proteínas das células. Cromatina A cromatina é a parte mais importante do núcleo, pois é formada pelo DNA e proteínas que participam do empacotamento do DNA. As proteínas mais importantes são as histonas. As moléculas de DNA se enrolam nas histonas, em um conjunto formado por oito histonas, e formam estruturas que chamamos de nucleossomos. Para entender melhor isso, veja a imagem abaixo. Essa imagem mostra a estrutura do nucleossomo. A fita vermelha representa o DNA. As bolas azuis representam as oito moléculas de histonas, em que o DNA se enrola. Em verde está representada uma proteína chamada H1, que fixa a molécula de DNA nas oito histonas e mantém a estrutura do nucleossomo. Sendo assim, a cromatina é uma cadeia de nucleossomos, como se fosse um colar de pérolas, como na imagem baixo. Nós só conseguimos identificar a cromatina quando a célula não está no período de divisão celular, que chamamos de interfase. Isso ocorre porque, quando a célula vai se dividir, a cromatina se transforma em cromossomos, como veremos a seguir. A imagem já nos mostra isso. Reparou? Sendo assim, nesse período de interfase, a cromatina apresenta dois estados funcionais e por isso a dividimos em: eucromatina Na parte chamada de eucromatina, os genes presentes na molécula de DNA estão ativos, produzindo proteínas e, além disso, a cromatina está descondensada, não compactada. Ela só vai se condensar na hora da divisão celular, momento que ela se transforma em cromossomo. heterocromatina Já na parte de heterocromatina, os genes não são ativos e a cromatina está sempre condensada. No entanto, essa heterocromatina ainda se subdivide em heterocromatina constitutiva e heterocromatina facultativa. Os cromossomos Como já adiantamos, e vamos entender melhor agora, quando a célula vai se dividir, a cromatina se condensa completamente (nesse caso não teremos mais aquela diferença entre eucromatina e heterocromatina) e se transformará em cromossomos. Então, cada um dos 46 cromossomos que encontramos em nossas células é resultado da compactação de um pedaço de cromatina. Veja novamente aquela imagem: Vemos na imagem o processo final de compactação da cromatina, que resulta na formação de um cromossomo típico. Podemos dizer que cromatina e cromossomo são feitos da mesma coisa (DNA + Proteínas) e que se diferenciam apenas pelo seu estado funcional: descompactada na cromatina e completamente compactado no cromossomo. Como o cromossomo é feito de DNA, e o DNA contém as nossas informações genéticas, eles são os veículos dessa informação e são eles que, durante os processos de divisão celular, serão divididos entre as células-filhas formadas, garantindo que as informações genéticas sejam passadas para elas. Os cromossomos típicos apresentam uma estrutura característica, como podemos ver na imagem abaixo. Os cromossomos são formados por duas moléculas de DNA compactadas, sendo uma cópia da outra, gerada durante a replicação do DNA, que será vista a seguir. Cada uma destas moléculas compactadas formam uma cromátide. As cromátides são unidas por uma região chamada centrômero. O centrômero divide as cromátides em braços, que podem ter o mesmo tamanho ou não. A extremidade de cada cromátide é chamada de telômero. Mas todos os cromossomos não têm a mesma forma e, por isso, são classificados em três tipos diferentes nas células humanas: · Metacêntricos; · Submetacêntricos; · Acrocêntricos. Veja na imagem abaixo. A posição do centrômero na cromátide determina o tamanho dos braços e assim o tipo de cromossomo. No cromossomo metacêntrico (M), o centrômero está no meio da cromátide e por isso os dois braços possuem o mesmo tamanho. No cromossomo submetacêntrico, o centrômero está um pouco deslocado do centro e por isso um braço é um pouco menor do que o outro. Já no acrocêntrico, o centrômero está muito deslocado do centro e por isso um dos braços é muito menor do que o outro. Os cromossomos também são divididos em dois grupos, mas de acordo com a função que eles exercem. Existem dois que formam um par chamado de alossômicos ou sexuais, formado pelos cromossomos X e Y. Nesse caso, as mulheres possuem dois iguais, sendo XX, e os homens possuem um de cada, sendo XY. Os outros cromossomos, 22 pares, são chamados de autossômicos. No entanto, é importante destacarmos que não são todas as células humanas que possuem 23 pares de cromossomos Por causa disso, as células são divididas em dois grupos, de acordo com a quantidade de cromossomos que possuem: células diploides As células diploides (que indicamos como 2n) são as células que possuem os 23 pares, ou 46 cromossomos. Essas são as células somáticas, ou seja, células que formam o nosso corpo. células haploides Já as células haploides (n) são as células que possuem apenas um cromossomo de cada par, portanto 23 cromossomos. Esses são os gametas, espermatozoides no homem ou ovócitos na mulher. Lembrando que esses números se referem às células humanas. Outros organismos possuem números diploides de cromossomos diferentes. Veja na tabela abaixo. Nessa tabela, vemos o número diploidede cromossomos de diferentes organismos. É possível que você esteja se perguntando...por que é importante saber isso tudo? Porque muitas vezes alterações no número ou na forma dos cromossomos podem causar alguns problemas, conhecidos como síndromes cromossômicas. A presença de um cromossomo identificado como cromossomo 21 a mais, por exemplo, causa a síndrome conhecida como Síndrome de Down. Outras síndromes são conhecidas e o diagnóstico delas é feito através da realização de um cariótipo. Abaixo podemos ver cariótipos de pessoas normais e de pessoas afetadas pela Síndrome de Down. Essa foto é de um cariótipo humano normal. Podemos ver a presença de 23 pares de cromossomos. Os dois últimos cromossomos são o par sexual e, como existe um cromossomo X e um cromossomo Y, trata-se do cariótipo de um homem. Essa foto é de um cariótipo de uma pessoa portadora da Síndrome de Down. Podemos ver que existem três cromossomos 21, caracterizando uma trissomia do cromossomo 21. Podemos ver também que se trata de uma pessoa do sexo feminino, pois possui dois cromossomos X. Núcleo e Divisão celular O núcleo participa ativamente dos processos de divisão celular, uma vez que, nos dois processos existentes, os cromossomos, veículos da informação genética, são divididos entre as células-filhas formadas, garantindo que as informações genéticas sejam passadas para as gerações celulares futuras. As células precisam estar se dividindo constantemente, por diferentes razões. Células se dividem para repor células mortas, para garantir o crescimento e desenvolvimento do organismo e para regeneração dos tecidos. Células também se dividem com a finalidade de formar os gametas, as células reprodutivas. Existem dois tipos de divisão celular. Eles são marcados pelos eventos que envolvem os cromossomos, e são divididos em fases. A mitose Ocorre em todos os tipos de células, com a finalidade de repor as células mortas, permitir o crescimento do organismo e aumentar a quantidade de células. As nossas células somáticas, que formam o nosso corpo, e também as células que vão formar os gametas (no início do processo de formação) fazem esse tipo de divisão celular, que se caracteriza pelo fato de que todas as células formadas têm a mesma quantidade de cromossomos da célula inicial. Ou seja, células diploides originam células que são diploides também. A mitose possui quatro fases bem definidas: prófase, metáfase, anáfase e telófase. Veja na imagem abaixo o que caracteriza cada uma das fases da mitose. Podemos ver aqui o que caracteriza cada fase da mitose. Na prófase, a carioteca se desfaz e os centríolos originam o fuso acromático, formado por filamentos que puxam os cromossomos na hora da divisão. Na metáfase, os cromossomos formam uma fileira no centro da célula, e ficam com seus centrômeros ligados ao fuso acromático. Na Anáfase, os filamentos do fuso acromático puxam os cromossomos, os seus centrômeros se partem e as cromátides são separadas. Na telófase, os cromossomos são envolvidos pelas carioteca, que se refazem, formam-se núcleos diferentes e o citoplasma se divide, resultando em duas células. Meiose A meiose é um tipo de divisão que só ocorre com as células que vão formar os gametas. Nesse processo de divisão, as células diploides dão origem a células que tem a metade do número de cromossomos, ou seja, células haploides, que serão os espermatozoides ou os ovócitos. A meiose é um processo mais complicado, que acontece em dois momentos: Meiose I - é o momento em que a célula reduz a quantidade de cromossomos a metade e, por isso, é chamada de reducional; Meiose II - as células que já têm metade do número de cromossomos se divide novamente, dando origem a novas células que também têm metade do número de cromossomos da célula inicial. Essa fase é chamada de equacional. Nas duas etapas existem as fases de prófase, metáfase, anáfase e telófase, que recebem o número I ou II, de acordo com a etapa. Veja na imagem abaixo. Na imagem, podemos ver algumas fases da meiose. Na prófase I, ocorre um evento chamado crossing-over, em que cromossomos do mesmo par, após parearem, trocam segmentos, misturando o material genético dos cromossomos e aumentando a variabilidade genética. Na anáfase I, esses cromossomos homólogos se separam e cada célula-filha herda um cromossomo inteiro, com duas cromátides. Na meiose II, esses cromossomos seguem um processo semelhante ao que ocorre na mitose, as cromátides se separam na anáfase II e cada célula formada, um gameta, fica com uma das cromátides e serão células haploides, os gametas. As moléculas de DNA e RNA e o funcionamento do núcleo Como já falamos, a função do núcleo é controlar o metabolismo celular, e ele faz isso através de mecanismos que envolvem as moléculas de DNA e RNA que estão no seu interior. Esses mecanismos fazem parte do que chamamos de Dogma Central da Biologia Molecular. O Dogma Central da Biologia Molecular está representado na imagem abaixo. Na imagem, vemos os diferentes eventos que fazem parte do Dogma Central da Biologia Molecular. Ele mostra que as moléculas de DNA, através do processo de Replicação, originam cópias delas mesmas. Quando a informação genética que está na molécula de DNA vai ser utilizada, tem-se os processos de Transcrição e Tradução. Na Transcrição, as informações genéticas são transferidas para uma molécula de RNA que é sintetizada. Já na tradução, essa informação é utilizada para determinar a sequência de aminoácidos de uma proteína. Essa proteína será o produto final de um gene. Portanto, a concretização dessa informação genética, determinando características físicas e funcionais do organismo. A molécula de DNA As moléculas de DNA (ácido desoxirribonucleico) são encontradas no núcleo das células, mas também dentro de organelas, como as mitocôndrias e os cloroplastos. Elas contêm todas as informações genéticas que possuímos, pois nelas encontramos os genes. Elas são formadas por duas cadeias de nucleotídeos ligadas entre si e dispostas em espiral, como vimos na imagem anterior. Os nucleotídeos do DNA são formados por três partes básicas: · Um carboidrato de cinco carbonos (pentose), chamado de desoxirribose; · Um radical fosfato; · Uma base nitrogenada. Veja a estrutura de um deles abaixo. Estrutura de um nucleotídeo. Na molécula de DNA, esses nucleotídeos são ligados entre si formando uma cadeia polinucleotídica. A ligação que une os nucleotídeos é chamada de ligação fosfodiéster. Na formação final da molécula, formada pelas duas cadeias dispostas em hélice, as bases nitrogenadas dos nucleotídeos se ligam entre si, través de ligações de hidrogênio. Essa ligação não ocorre ao acaso, uma vez que sempre a base adenina se liga à base timina, com duas ligações de hidrogênio, e a base guanina se liga à base citosina através de três ligações de hidrogênio. Por essa razão, dizemos que as duas cadeias do DNA são complementares e a quantidade de timina e adenina são sempre as mesmas, assim como as quantidades de guanina e citosina. Se um determinado gene tem 35% de adenina, ele terá também 35% de timina e, consequentemente, 15% de citosina e 15% de guanina, totalizando 100% de bases nitrogenadas. Na imagem, vemos a estrutura da molécula de DNA, com duas cadeias polinucleotídicas complementares. Podemos observar as bases nitrogenadas voltadas para o interior e fazendo ligações de hidrogênio, enquanto que o esqueleto formado pela desoxirribose e o fosfato ficam voltados para fora. A molécula de RNA O RNA (ácido ribonucleico) também é formado por nucleotídeos. No entanto, por uma única cadeia. Os nucleotídeos do RNA possuem a pentose ribose e as bases nitrogenadas presentes não são exatamente as mesmas. Ela apresenta adenina, a citosina e guanina da mesma forma que o DNA. No entanto, a base uracila entra no lugar da timina, que é exclusiva do DNA. Veja a imagem abaixo: Podemos ver aqui a estrutura da molécula de RNA, sendo formada por uma única cadeia polinucleotídica e possuindo a base nitrogenada uracila. Existem três tipos principais de RNA, que são: MensageiroRibossomal Transportador O RNA mensageiro contém a informação genética, que foi transferida do DNA a partir da transcrição. O RNA ribossomal forma os ribossomos, a estrutura responsável por ler a informação do RNA mensageiro e traduzi-la em uma proteína. Já o RNA transportador é responsável por transportar os aminoácidos que serão utilizados na produção da proteína, trazendo-os para o local onde a síntese da proteína está ocorrendo (nos ribossomos). Veja as principais diferenças entre o DNA e o RNA na tabela abaixo: Replicação do DNA A replicação do DNA é parte do Dogma Central da Biologia Molecular. Através desse mecanismo, é feita uma cópia das moléculas de DNA que a célula possui. No entanto, essas cópias ficam ligadas à molécula original através da estrutura que será o centrômero do cromossomo. A célula replica o DNA toda vez que ela vai se dividir, para que no processo de divisão cada cópia migre para os extremos da célula que serão os núcleos das novas células. Assim, todas as células do organismo possuem a mesma informação genética. Nesse momento, as duas fitas do DNA se separam através de uma enzima chamada helicase, e cada uma das fitas serve de molde para que a enzima DNA polimerase produza uma nova fita. Ao final do processo, a molécula de DNA formada terá sempre uma cadeia de nucleotídeos da molécula original e uma cadeia de nucleotídeo nova. Por isso, dizemos que a replicação é semiconservativa. Podemos observar na imagem a replicação do DNA. As duas fitas foram separadas e cada uma serve de molde para a produção de uma nova. Transcrição No processo de transcrição, é produzida uma molécula de RNA. Uma enzima chamada DNA polimerase lê uma das fitas do DNA e produz essa nova molécula, complementar a ela. Assim, a informação genética é passada para essa molécula de RNA, que poderá sair do núcleo para conduzir a produção de uma proteína no citoplasma. Tradução No processo final, a molécula de RNA mensageiro se liga ao ribossomo e esta faz a leitura da informação genética que ela possui. Essa informação está expressa em códons, que é formado pela combinação de três bases nitrogenadas. Cada códon é interpretado pelo ribossomo como um aminoácido que a proteína vai possuir. Por exemplo, se o primeiro códon do RNA é AUG, o aminoácido metionina será o primeiro aminoácido da proteína e assim por diante. Existe uma tabela, chamada de Tabela do Código Genético, em que podemos ver todos os possíveis códons e os aminoácidos que eles significam. Veja a tabela a seguir. Essa é a tabela do código genético, em que os 64 códons estão presentes e são indicados os aminoácidos que esses códons representam. Podemos ainda ver que os códons UAA, UAG e UGA não são códons de finalização e por isso não possuem um aminoácido correspondente. Depois que todos os códons são lidos e os aminoácidos ligados, o ribossomo faz a leitura do códon final, que determina o fim da produção daquela proteína. Sendo assim, em um gene que possui 1000 códons, como o último códon é sempre o sinal para parar a produção da proteína, esta proteína terá 999 aminoácidos. Veja a imagem que representa a tradução. Podemos ver aqui o processo de tradução, com a participação dos três tipos de RNA. O ribossomo faz a leitura do RNA mensageiro e faz a ligação entre os aminoácidos, que são trazidos pelo RNA transportador. Atividades 1 - A membrana que delimita o núcleo celular é denominada: Carioteca Cromossomo Cromatina Nucleoplasma Nucléolo Corrigir 2 - O núcleo participa ativamente da divisão celular. Na mitose observamos que: Uma célula dá origem a duas células com a mesma quantidade de cromossomos e duas células com metade da quantidade de cromossomos. Uma célula dá origem a duas com a mesma quantidade de cromossomos. Uma célula dá origem a duas células com quantidade de cromossomos diferentes. Uma célula dá origem a quatro células com metade da quantidade de cromossomos. Uma célula dá origem a quatro células com a mesma quantidade de cromossomos. Corrigir 3 - Os ácidos nucleicos são moléculas muito importantes para o funcionamento celular. O DNA, que contém a informação genética para todo o controle celular, e o RNA, envolvido na expressão gênica através da síntese de proteínas, têm algumas diferenças estruturais, como, por exemplo: A presença de duas fitas dispostas em hélice no RNA. A presença das bases timina, uracila, guanina e citosina no DNA. A presença do carboidrato ribose no DNA. A presença de duas fitas dispostas em hélice no DNA. A presença das bases timina, adenina, guanina e citosina no RNA. Corrigir Biologia Celular / Aula 6 - Citoplasma e citoesqueleto · INTRO Citoplasma Observe o citoplasma nas células procarionte e eucarionte reproduzidas a seguir: Célula procarionte Célula eucarionte Como você percebeu, o citoplasma abrange todo o conteúdo das células procariontes, que não apresentam carioteca, mas apenas a membrana plasmática, que as delimita. Já nas células eucariontes, o citoplasma compreende o espaço entre a membrana plasmática e a carioteca. Trata-se de um grande compartimento que abriga uma variedade de estruturas – como as organelas citoplasmáticas. Nesse espaço, existe uma solução aquosa que contém uma grande quantidade de moléculas orgânicas e inorgânicas. Chamamos essa solução de hialoplasma ou citoplasma fundamental. O hialoplasma é considerado um coloide, pois se assemelha a uma substância gelatinosa. Mergulhados nele, encontramos o citoesqueleto e as diferentes organelas citoplasmáticasque estão presentes nas células eucariontes. Vamos estudar o citoesqueleto? Citoesqueleto Conforme já vimos, como está imerso no hialoplasma, o citoesqueleto faz parte do citoplasma. Ele é composto de um conjunto de filamentos formados por proteínas que desempenham diferentes papéis na fisiologia celular. Nosso corpo possui um esqueleto, cujos ossos o sustentam, certo? Mas será que esse mesmo princípio também vale para o citoesqueleto? Como seu próprio nome já indica, trata-se de uma espécie de esqueleto da célula. Logo, podemos pensar que sua função principal é sustentá-la. Mas logo veremos que sua importância vai muito além disso. Afinal, o citoesqueleto é responsável por: Estabelecer a forma da célula e permitir que esta se modifique; Manter o posicionamento das organelas citoplasmáticas; Possibilitar os movimentos celulares; Participar da divisão celular. Como já mencionamos, ele é composto, basicamente, de proteínas. A maioria delas se organiza para gerar filamentos, que variam bastante em relação a tamanho, à espessura e à composição. As várias atividades do citoesqueleto dependem dos três diferentes tipos de filamentos proteicos formados nele, como mostra a figura a seguir: Microfilamentos Espessura em torno de 6 nanômetros (nm) Filamentos intermediários Espessura em torno de 8 a 12 nanômetros (nm) Microtúbulos Espessura em torno de 25 nanômetros (nm) A partir de agora, vamos entender melhor a participação do citoesqueleto na fisiologia celular com base no estudo dos elementos que compõem sua estrutura. Vamos a eles... Microfilamentos Os microfilamentos são os filamentos mais finos do citoesqueleto. Eles são formados por uma proteína chamada de actina G, como podemos ver na imagem a seguir: Os microfilamentos de actina têm um papel fundamental na organização dos sarcômeros, cuja estrutura apresentamos na figura a seguir, associada a sua relação com a contração e o relaxamento muscular: Os filamentos azuis são os microfilamentos de actina, e os vermelhos, de uma outra proteína filamentosa, denominada miosina. A contração muscular, que também vemos na figura, está relacionada a uma contração do sarcômero, que o faz diminuir de tamanho. Já a situação em que o músculo se encontra relaxado está vinculada ao relaxamento dessa estrutura. Os microfilamentos de actina também estão associados a outros tipos de movimentos celulares – principalmente aqueles que envolvem a superfície celular –, já que é nessa região da célula que mais encontramos tais microfilamentos.Filamentos intermediários Estes filamentos são formados por uma família de proteínas fibrosas, tais como vimentina, queratina, desmina etc. Eles são mais abundantes em células que sofrem estresses mecânicos, pois as tornam resistentes a esse estado, como no axônio de neurônios, em células musculares e epiteliais. A queratina, por exemplo, está presente no epitélio de revestimento da pele e nos anexos dela – unhas, pelos e cabelos. Além disso, os filamentos intermediários se ancoram na membrana plasmática, especificamente em estruturas de adesão celular (desmossomos), como mostra a imagem a seguir: Microtúbulos Como seu próprio nome já indica, os microtúbulos são pequenos tubos ocos e longos, muito finos, compostos de uma proteína chamada de tubulina. Para criá-los, inicialmente, duas tubulinas se ligam – alfa (α) e beta (β) –, construindo dímeros que vão se associando em forma de hélice até originarem os microtúbulos. Ao final de sua formação, a proteína alfa-tubulina fica exposta em uma extremidade, e a beta-tubulina na outra, como podemos ver na imagem a seguir: As bolas brancas representam a alfa-tubulina, e as pretas, a beta-tubulina. Após o desenvolvimento dos dímeros, essas proteínas se organizam e constituem os microtúbulos. Quando isoladas, tais estruturas são muito instáveis, pois ficam constantemente aumentando e diminuindo de tamanho – por adição e retirada de dímeros de tubulina, respectivamente. Essa instabilidade dos microtúbulos está diretamente relacionada a seu papel no mecanismo de divisão celular. Afinal, eles formam o fuso acromático: estrutura a partir da qual os cromossomos se ligam nesse momento de divisão. Os microtúbulos também são responsáveis por puxar os cromossomos para as extremidades da célula no instante em que são distribuídos entre as células-filhas – processo que veremos mais adiante. Além disso, eles são importantes para a manutenção da forma da célula e, ainda, pelo transporte de partículas dentro dela. No entanto, os microtúbulos também originam estruturas celulares estáveis, ou seja, aquelas em que eles não ficam aumentando e diminuindo de tamanho o tempo todo. É o caso dos centríolos, dos cílios e dos flagelos. Vamos aprender um pouco sobre eles? Centríolos Os centríolos são cilindros de 150nm de diâmetro e 500nm de comprimento. A célula possui 2 centríolos que formam um ângulo reto um com o outro. Em um centríolo, encontramos 27 microtúbulos dispostos em 9 feixes, cada um com 3 microtúbulos paralelos e presos entre si, conforme mostra a imagem a seguir: Uma das principais funções dos centríolos é orientar a divisão celular, pois deles partem os microtúbulos que formam o fuso acromático, onde os cromossomos se prendem para, depois, serem puxados em direção às extremidades da célula que está se dividindo. Observe a figura a seguir: Esta é uma fotografia de uma célula em divisão celular, em que uma técnica de coloração que evidencia os microtúbulos foi empregada. Os microtúbulos aparecem em verde, e os cromossomos, no meio da célula, em azul. Dessa forma, revelamos o fuso acromático. Cílios e flagelos Consideradas especializações da membrana plasmática, estas duas estruturas também são formadas por microtúbulos estáveis. Ambas são responsáveis pela movimentação seja da própria célula, seja de substâncias depositadas sobre ela. Os cílios e os flagelos são compostos de um arranjo específico de microtúbulos, mas recobertos por uma projeção da membrana plasmática. Eles se diferem pelo tamanho e pelo tipo de movimento que realizam. A imagem a seguir os representa. Veja: Conceito Corpúsculo basal Estrutura estável – semelhante aos centríolos – formada por microtúbulos, na qual os cílios e flagelos se ancoram. Os flagelos são maiores e fazem um movimento de ondulação, que serve para impulsionar a célula durante sua locomoção. Já os cílios são mais curtos, e seus movimentos de batimento – para frente e para trás – servem para mobilizar algo que esteja sobre a superfície da célula ou mesmo a própria célula. Sua estrutura é chamada de axonema e é composta de 20 microtúbulos: 2 no centro + 9 feixes de 2 microtúbulos ao redor (= 18). Observe, na imagem a seguir, a estrutura completa de um cílio ou de um flagelo: 1 = axonema 2 = membrana plasmática que recobre o axonema 3 = transporte de substâncias que ocorre neste estreito espaço entre a membrana e o axonema 4, 6 e 8 = corpúsculo basal 5 e 7 = axonema cortado transversalmente (É possível ver um par central de microtúbulos e outros 9 pares ao redor.) Atividade 1 - Com base na composição do citoplasma, o coloide formado por uma solução aquosa de moléculas orgânicas e inorgânicas é chamado de: Carioteca Citoesqueleto Membrana plasmática Organela citoplasmática Hialoplasma ou citoplasma fundamental Corrigir 2 - O citoesqueleto é formado por um conjunto de proteínas filamentosas e não filamentosas. NÃO fazem parte desse esqueleto da célula: Microtúbulos Fibras colágenas Proteínas motoras Microflamentos de actina Filamentos intermediários Corrigir 3 - Algumas funções do citoesqueleto estão mais vinculadas a um tipo de filamento que o compõe. Os microtúbulos, por exemplo, NÃO estão relacionados com: A formação dos cílios. A formação dos flagelos. O movimento das microvilosidades. A formação do fuso acromático. A formação dos centríolos. Corrigir Biologia Celular / Aula 7 - Organelas citoplasmáticas – Parte I Programador · INTRO Organelas Citoplasmáticas Na aula anterior, vimos que faz parte do citoplasma das células eucariontes diversas organelas citoplasmáticas, lembra? Estas organelas são, na maioria das vezes, compartimentos delimitados por membrana. Elas são chamadas de organelas membranosas e são exemplos o retículo endoplasmático, o complexo de Golgi, os lisossomos e outros. Dentro delas, ocorrem determinados processos e reações químicas específicas. Na imagem, podemos observar estas organelas. Figura 1 - Célula Eucarionte Podemos observar a presença de diferentes organelas citoplasmáticas no citoplasma de uma célula eucarionte. No entanto, existem também organelas que não são compartimentos delimitados por membrana, como os ribossomos que vamos estudar nesta aula. Eles são então chamadas, por alguns, de organelas não membranosas. Organelas envolvidas com o metabolismo energético Sabia que as organelas citoplasmáticas exercem diferentes funções? Existem aquelas envolvidas com a síntese e a quebra de moléculas, com armazenamento de sustâncias, com metabolização e com a produção e o consumo de energia. Neste momento, vamos aprender sobre as organelas que estão envolvidas no metabolismo energético, ou seja, na produção e no consumo de energia pela célula. São as mitocôndrias e os cloroplastos. Fonte: Goldenarts / Shutterstock As mitocôndrias As mitocôndrias são organelas presentes em quase todos os tipos de células eucariontes. A quantidade de mitocôndrias, em uma célula, varia de acordo com a atividade metabólica da célula, uma vez que relacionada com a produção de energia, células que necessitam de mais energia terão maior quantidade de mitocôndrias. As mitocôndrias podem ter formatos diferentes, dependendo do tipo de célula. Estrutura das mitocôndrias As mitocôndrias têm uma estrutura característica. São dotadas por duas membranas separadas por um espaço, oespaço intermembrana. A membrana externa é lisa e a interna é pregueada, formando as cristas mitocondriais. O seu interior é preenchido por uma matriz mitocondrial, onde encontramos mergulhados, ribossomos e moléculas de DNA. Veja na imagem abaixo: Figura 2 - Mitocôndria e sua estrutura Podemos ver a estrutura de uma mitocôndria, assim como foi descrita anteriormente. Os detalhes estão destacados pelos nomes. Funções da mitocôndria As mitocôndrias são o local onde ocorre a produção da maior parte da energia que a célula precisa para manter as suas funções vitais. Para isso, é utilizada a energia proveniente da quebra de nutrientes, como a glicose, os ácidos graxos e os aminoácidos, para ligar mais um radical fosfato (fosfatoinorgânico) ao ADP. Podemos observar, nestas reações químicas, a produção e a quebra de ATP: A respiração celular aeróbica consiste em uma sequência de reações químicas de oxidação e redução, com participação do oxigênio, e que ocorre em etapas em diferentes regiões da célula e mesmo da mitocôndria. A glicose, proveniente dos alimentos, é a principal fonte de energia para este processo. A reação química geral da respiração celular pode ser vista a seguir: Podemos ver que, nesta reação, as moléculas de glicose reagem com o oxigênio e ocorre a formação de gás carbônico, água e energia livre, que é utilizada para fosforilar o ADP. Das etapas da respiração celular, a primeira delas, chamada de glicólise, ocorre no citoplasma. Os produtos da glicólise (duas moléculas de ácido pirúvico ou piruvato) entram nas mitocôndrias e lá dentro passam pelas outras duas etapas, o Ciclo de Krebs e a fosforilação oxidativa. As mitocôndrias têm uma característica curiosa: possuem DNA próprio. Encontramos, em seu interior, várias cópias de pequenas moléculas circulares codificando algumas proteínas que participam da fosforilação oxidativa. A maior parte das proteínas mitocondriais é codificada por genes localizados no núcleo da célula. Esta e outras características das mitocôndrias fizeram com que fosse criada a Teoria da Endossimbiose. Algumas evidências suportam a Teoria da Endossimbiose, como, por exemplo: A presença de DNA próprio; O DNA é circular como nas bactérias e segue o mesmo código genético; Os ribossomos mitocondriais se assemelham aos ribossomos bacterianos; A membrana interna da mitocôndria se assemelha à membrana das bactérias; A membrana externa da mitocôndria se assemelha à membrana das células eucariontes. A capacidade de se multiplicar dentro da célula, por fissão, da mesma forma que as bactérias se multiplicam. Os cloroplastos Os cloroplastos fazem parte de um grupo de organelas chamadas plastídeos. Eles estão presentes em células vegetais e de algas. São estas organelas que conferem coloração às algas e plantas, devido ao seu conteúdo de clorofila, um pigmento verde. Veja na imagem: Figura 3 - fotografia de um tecido vegetal, mostrando a presença de cloroplastos (verdes) no interior das células. Estrutura dos cloroplastos Eles possuem duas membranas formando o envelope do cloroplasto. Entre as duas membranas há um espaço intermembranas. No seu interior, existem os tilacoides, que são como sacos achatados e empilhados, formando o grana. Nos tilacoides ocorre a captação da energia luminosa pelas moléculas de clorofila. A estrutura do cloroplasto pode ser vista na imagem a seguir: Figura 4 - Estrutura de um cloroplasto, com destaque para o grana, formado por uma pilha de tilacoides, que têm clorofila no seu interior. Função dos cloroplastos Os cloroplastos são responsáveis pelo processo de fotossíntese, que consiste na utilização de energia luminosa para fixação do carbono, do gás carbônico da atmosfera, produzindo glicose. Veja a equação: A fotossíntese é a fonte de carboidratos (glicose) utilizados por todos os seres vivos para produção de energia. É também, por meio da fotossíntese, que é produzido o oxigênio que os seres vivos respiram e ainda a redução da quantidade de gás carbônico da atmosfera. Relação entre mitocôndrias e cloroplastos Como pudemos ver estas duas organelas estão envolvidas no metabolismo energético das células. Os cloroplastos são as organelas que conseguem utilizar a energia luminosa do Sol para produzir moléculas de glicose. Esta energia fica armazenada nas ligações químicas presentes na molécula. As mitocôndrias, por sua vez, quebram a molécula de glicose e liberam esta energia, que é utilizada para produzir ATP. Além disso, na fotossíntese, ocorre a produção de oxigênio e o consumo de gás carbônico. Na respiração celular, o oxigênio é consumido e o gás carbônico é liberado para a atmosfera. É o que nos mostra a figura abaixo: Figura 5 - Relação entre os cloroplastos e as mitocôndrias. Os cloroplastos produzem os açúcares (glicose no caso) e as mitocôndrias consomem estes metabólitos. Podemos perceber também o que ocorre em relação aos gases de oxigênio e ao gás carbônico. Os ribossomos Os ribossomos são pequenas estruturas encontradas em todas as células, formados por RNA ribossomal e proteínas ribossomais. O RNA é sintetizado no nucléolo da célula e no núcleo se associa às proteínas para formar as subunidades ribossomais. Cada ribossomo possui uma subunidade maior e uma subunidade menor. Os ribossomos fazem a tradução do RNA mensageiro para síntese de proteínas, formando o complexo de tradução. Logo, podemos dizer que eles sintetizam as proteínas na célula. Os ribossomos são encontrados nas células sob duas formas: Atividades 1 - Nós aprendemos que as organelas são, na maioria das vezes, espaços delimitados por membrana. NÃO se encaixam nesta definição: Ribossomos Mitocôndrias Cloroplastos Retículo endoplasmático Complexo de Golgi Corrigir 2 - As mitocôndrias são consideradas as “casas de força” das células vivas. Tal analogia refere-se ao fato de as mitocôndrias: Estocarem moléculas de ATP produzidas na digestão de alimentos. Produzirem ATP com utilização de energia liberada na oxidação de moléculas orgânicas. Consumirem moléculas de ATP, na síntese de glicogênio, ou de amido a partir de glicose. Serem capazes de absorver energia luminosa utilizada na síntese de ATP. Produzirem ATP a partir da energia liberada na síntese de amido ou de glicogênio. Corrigir 3 - Os cloroplastos são organelas presentes em células vegetais e de algas. Podemos dizer que: Dentro deles ocorre a quebra das moléculas de glicose. Neles ocorre a respiração celular aeróbia. Neles ocorre o processo de fotossíntese. Eles consomem oxigênio durante seu funcionamento. Eles liberam gás carbônico para a atmosfera. Corrigir Biologia Celular / Aula 8 - Organelas citoplasmáticas – Parte II · INTRO O retículo endoplasmático O retículo endoplasmático é formado por um conjunto de túbulos e sacos achatados e interconectados, como um labirinto, que se localiza entre o complexo de Golgi e a carioteca. Quando é visto através de um microscópio eletrônico podemos identificar dois tipos de retículo endoplasmático: Eles possuem funções diferentes, como veremos a seguir. Na imagem, podemos ver estas duas organelas: Podemos ver aqui as várias organelas citoplasmáticas. Destacamos agora o retículo endoplasmático, localizado entre a carioteca e o complexo de Golgi. É possível diferenciar o retículo endoplasmático granular do agranular. O primeiro apresenta grânulos aderidos a sua superfície e são como bolsas achatadas e conectadas. Já o segundo não apresenta grânulos e são pequenos tubos conectados. Na célula, existe quantidade variável de um ou de outro tipo de retículo endoplasmático, dependendo da função celular. Por exemplo: Nos dois casos, ocorre a formação de vesículas levando as substâncias que eles produzem para outros locais da célula. Clique nos títulos abaixo. · RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO GRANULAR · RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO AGRANULAR O Complexo de Golgi Esta organela também é chamada de complexo golgiense ou aparelho de Golgi. São formadas por um conjunto de sacos achatados e empilhados que se localizam entre a membrana plasmática e o retículo endoplasmático. Além das bolsas achatadas, vemos uma grande quantidade de vesículas ao seu redor. Algumas estão saindo, levando as substâncias que foram produzidas no seu interior, e outras estão chegando, trazendo substâncias para serem armazenadas ou transformadas no seu interior. Veja na imagem: Nesta imagem, podemos conferir a morfologia do aparelho de Golgi. Nota-se que ele é formado por bolsas achatadas e empilhadas e que existem vesículas saindo dele e outras chegando. Algumas vezes, estas moléculas sofrem algum tipo de transformação antes de serem enviadas ao seu local de destino. Como por exemplo: GlicosilaçãoAdição de um carboidrato, formando uma glicoproteína. Fosforilação Adição de um radical fosfato. Sulfatação Adição de enxofre. Proteólise Clivagem ou quebra por ação enzimática. Por causa da sua função, células que têm uma intensa atividade secretória, uma célula do pâncreas produtora de enzimas digestivas, por exemplo, apresenta um complexo de Golgi bastante desenvolvido, para conseguir realizar melhor esta função. Células produtoras de muco, como das glândulas salivares ou do revestimento do estômago, também possuem complexos de Golgi bem desenvolvidos, pois o muco é formado por uma glicoproteína chamada mucina. Além disso, o complexo de Golgi também origina, nos espermatozoides, o acrossoma, uma vesícula presente em sua cabeça, que armazena enzimas importantes para o processo de fecundação. Podemos observá-la na imagem a seguir. Podemos ver aqui a estrutura de um espermatozoide. Na cabeça, encontramos o acrossoma, uma vesícula contendo diversas enzimas que serão liberadas no momento da fecundação, para que os espermatozoides consigam atravessar as barreias que protegem o ovócito. Endossomos, lisossomos e peroxissomos: vesículas citoplasmáticas Encontramos, no citoplasma, diversas vesículas transportando substâncias no seu interior. Algumas destas vesículas, devido a sua especificidade e seu conteúdo, são consideradas organelas, como os endossomos, os lisossomos e os peroxissomos. Vamos estudá-las separadamente. Questão 1 O retículo endoplasmático agranular desempenha várias funções. A sua quantidade na célula está relacionada com a função que esta célula exerce. Uma célula terá bastante retículo endoplasmático agranular se for especializada na produção de: a) Lipídeos esteroides b) Proteínas c) Muco d) Catalase e) Enzimas digestivas Corrigir Questão 2 O complexo de Golgi é uma organela que está bastante desenvolvida em células que têm como função produzir e secretar glicoproteínas. O seu papel, neste processo, é: a) Produzir a proteína que será secretada. b) Adicionar um carboidrato à proteína, que foi produzida pelo retículo endoplasmático granular. c) Sintetizar os lipídeos esteroides que se ligarão à proteína. d) Adicionar um fosfato à proteína, que foi produzida pelo retículo endoplasmático agranular. e) Adicionar um lipídeo à proteína, que foi produzida pelo retículo endoplasmático agranular. Corrigir Biologia Celular / Aula 9 - Diferenciação celular e morte celular INTRODUÇÃO · A diferenciação celular Em seres pluricelulares existe uma divisão do trabalho entre as células, e a distribuição de funções entre as células é consequência da diferenciação celular. A diferenciação celular leva ao surgimento de células especializadas para realizar determinadas funções com grande eficiência. Conceito de diferenciação celular A diferenciação celular é um conjunto de processos que transforma uma célula indiferenciada em uma célula especializada. Portanto, a diferenciação de uma célula é seu grau de especialização e quanto maior a diferenciação, maior é sua especialização. Veja as imagens a seguir: À esquerda podemos ver células indiferenciadas, com uma forma indefinida e comum a muitos tipos celulares. À direita podemos ver células diferenciadas, os neurônios. Sua forma é característica e reflete a sua alta especialização. A diferenciação celular, em animais, começa a ocorrer logo após a sua formação, quando um espermatozoide fecunda um ovócito e ocorre a formação de um zigoto. Durante o desenvolvimento embrionário, é um mecanismo muito comum e importante para que tenhamos todos os tipos celulares que formam o nosso organismo. No entanto, a diferenciação celular também ocorre após o desenvolvimento embrionário. Muitos órgãos e tecidos abrigam células com capacidade de se diferenciar em outras, mesmo após o término de sua formação. Potencialidade das células Quando se fala de diferenciação celular é muito importante que saibamos o conceito de potencialidade celular. De acordo com a potencialidade da célula ela pode ser classificada em quatro tipos. As células podem ser: O mecanismo de diferenciação celular A diferenciação celular depende, principalmente, da expressão de determinados genes e repressão de outros genes na célula, já que, em uma célula diferenciada, não encontramos todos os genes funcionando ao mesmo tempo, embora todos os genes estejam lá. Como aprendemos antes, quando um gene se expressa temos a formação de um RNA mensageiro através do mecanismo de transcrição. Em seguida, por meio da tradução este RNA mensageiro vai ser utilizado para produzir uma proteína. Esta proteína vai ser responsável pela característica diferencial que a célula tem, seja na sua forma ou na sua função. É importante nos lembrarmos sempre deste fluxo da informação gênica, que vimos quando estudamos o Dogma da Biologia Molecular e agora mais uma vez: Sendo assim, o controle da expressão dos genes, neste caso, é transcricional, pois interfere na transcrição dos genes da célula e isso se reflete na sua diferenciação, variando entre o silenciamento total de um gene na célula até sutis diferenças na atividade transcricional. Resumindo, o que faz uma célula ser diferente da outra são os genes que funcionam naquele determinado momento, enquanto que, em outras células, existe outro conjunto de genes atuando e fazendo com que ela tenha as suas determinadas características. Em um eritroblasto, por exemplo, são mantidas as funções dos genes envolvidos na produção de hemoglobina, enquanto muitos outros são inativados. Esta célula origina as hemácias, as células do sangue que transportam oxigênio. Ilustração de uma hemácia. Já em um neurônio, célula do sistema nervoso, embora existam os genes que produzem a hemoglobina, não há produção desta proteína, mas de outras que são importantes para exercer a sua função. E elas se diferem das musculares também por expressarem genes diferentes. Ilustração de um neurônio. No entanto, as células também fazem um controle pós-transcricional dos genes, ou seja, entre a transcrição do RNAm e a tradução da proteína. Este controle pode se dar por interferência no processamento do RNA após a sua transcrição; no transporte do RNA para o citoplasma e na tradução do RNAm em proteínas. O que faz uma célula se diferenciar? Esta é uma pergunta importante de ser respondida. Elas se diferenciam quando são induzidas a isso, através de fatores que estimulam a sua diferenciação. Os fatores que interferem, na diferenciação celular, podem ser: Nestes casos, o processo de sinalização celular, que já vimos antes quando falamos sobre a membrana plasmática, é fundamental. A sinalização entre as células ocorre por meio de substâncias secretadas por uma célula que vai se ligar a um receptor na célula-alvo e induzir a sua diferenciação. A diferenciação celular não é um processo irreversível. É possível promover uma desprogramação nuclear, em que todos os genes são ativados novamente, fazendo a célula voltar a ser uma célula embrionária e altamente indiferenciada. Foi assim que cientistas conseguiram criar os clones, quando uma célula adulta de um indivíduo é utilizada para gerar outro organismo que é uma cópia idêntica dele. A ovelha Dolly, vista na imagem a seguir, é um exemplo de sucesso desta técnica. No entanto, isso também acontece naturalmente. No processo de regeneração, como no fígado, por exemplo, também ocorre a desprogramação nuclear das células e são formadas células indiferenciadas. A morte celular Vamos entender melhor como isso acontece! Morte celular acidental A morte celular acidental é chamada de necrose. A necrose pode ocorrer devido a: · afecções vasculares (como o entupimento de um vaso sanguíneo que leva à falta de sangue e oxigênio no local), · traumatismo (que causa uma lesão na célula), · substâncias toxicas e outras causas. Morte celular programada As células podem morrer de forma fisiológica e programada, sob o comando de genes presentes em seu núcleo.Este tipo de morte celular, em que a própria célula se destrói sob o comando nuclear, é chamada de apoptose. É comum ocorrer apoptose durante o desenvolvimento embrionário. Alguns tecidos ou estruturas que se formam, neste momento, são provisórios, desempenham o seu papel estimulando outras células, e depois desaparecem. Veja o exemplo: Durante a formação dos dedos no embrião existe uma membrana que os une. Esta membrana deve desaparecer por apoptose, para que os dedos fiquem separados. Quando não ocorre a apoptose tem-se esta anomalia, em que os dedos permanecem colados, chamada de sindactilia. Outro exemplo de apoptose é o que acontece na metamorfose dos anfíbios. Enquanto são larvas, os sapos são chamados de girinos. Eles se assemelham a peixes e possuem uma cauda. À medida que vão se desenvolvendo e se tornando adultos a cauda vai desaparecendo, por apoptose de suas células. A apoptose também ocorre em células de tecidos adultos, como os neutrófilos que saem do sangue para fazer a defesa do organismo nos tecidos e não têm como voltar e as células cancerosas. Aliás, quando a apoptose de células cancerosas não acontece é que ocorre a formação dos tumores, que veremos na próxima aula. Atividades 1. A diferenciação celular é responsável pela existência de diferentes tipos de células de um organismo. As células se diferenciam de acordo com a sua potencialidade. As células que têm a maior capacidade de diferenciação são as: Totipotentes Unipotentes Oligopotentes Pluripotentes Multipotentes Corrigir 2. Em um organismo que possui células altamente diferenciadas, as células musculares e as células nervosas diferem umas das outras, principalmente por: Possuírem genes diferentes. Possuírem ribossomos diferentes. Possuírem cromossomos diferentes. Expressarem genes diferentes. Utilizarem código genético diferente. Corrigir 3. As moléculas que constituem os seres vivos se dividem em orgânicas e inorgânicas. Entre as listadas a seguir, NÃO é uma molécula orgânica: Água Lipídeo Proteína Aminoácido Carboidrato Corrigir Biologia Celular / Aula 10 - Biologia das Células-tronco e Biologia Celular do Câncer Programador · INTRO Biologia das células-tronco A Medicina vive em uma busca incessante por formas de tratar as doenças, seja para aliviar ou eliminar o sofrimento das pessoas. Em doenças nas quais ocorre a perda de células de um tecido e estas não se regeneram naturalmente, isso parecia ser impossível. Até que os conhecimentos da Biologia Celular puderam ser empregados e novas formas de tratamento foram desenvolvidas. Hoje, nestes casos, células-tronco podem ser utilizadas para repor as células perdidas de um tecido, e com isso reestabelecer a função do órgão afetado. Existe um interesse muito grande sobre essas células, devido à possibilidade de serem utilizadas na Medicina regenerativa. Células-tronco são aquelas que ainda não se diferenciaram, com capacidade de autorreplicação e que, quando estimuladas, podem se diferenciar em outros tipos celulares. Muitos tecidos possuem células-tronco, que se multiplicam para manter a sua própria população e originar células mais especializadas. Isso é possível graças ao processo de diferenciação celular. Como vimos, na aula anterior, a diferenciação celular depende, principalmente, da expressão de determinados genes e da repressão de outros genes. Durante a diferenciação celular, dois fatores indicam quais fenótipos celulares, ou tipos celulares, vão surgir: Vimos, na aula passada, que a potencialidade de uma célula é sua capacidade de originar outros tipos celulares. Quanto a isso, as células-tronco podem ser: As células-tronco totipotentes são as que possuem mais potencialidade, enquanto que as oligopotentes possuem capacidade limitada de diferenciação. Células-tronco totipotentes As células-tronco totipotentes podem gerar qualquer tipo de célula. O zigoto (célula formada pela fusão dos gametas) é bom exemplo. Os blastômeros, células produto das divisões que o zigoto faz, também são células-tronco totipotentes. Nesta imagem, podemos ver o desenvolvimento inicial de um embrião, em que um zigoto se divide diversas vezes e origina células chamadas de blastômeros. Até o dia 4 estas células são completamente indiferenciadas e por isso são consideradas totipotentes. Células-tronco pluripotentes A partir de um determinamos momento (no dia 5 da imagem vista anteriormente), as células do embrião sofrem a primeira diferenciação, e o embrião se torna um blastocisto. As células do embrioblasto do blastocisto são células-tronco pluripotentes, pois podem originar qualquer tipo celular do corpo do indivíduo. O blastocisto, embrião com aproximadamente 5 dias, possui células pluripotentes, que são encontradas no embrioblasto. Células-tronco multipotentes Na terceira semana do desenvolvimento embrionário, o embrião é formado por três camadas de células, sendo chamado de gástrula. Estas três camadas são formadas por células multipotentes. São elas: · Ectoderma; · Mesoderma; · Endoderma. Essas células são multipotentes porque já possuem um grau de diferenciação que só lhes permite se diferenciar em determinados tecidos, como podemos ver no quadro: Células-tronco mesenquimais e tecido específicas As células-tronco mesenquimais mantém algumas características embrionárias. Elas são encontradas no tecido sanguíneo. Estas células podem originar outras do tecido conjuntivo, cartilaginoso, ósseo, endoteliais (que revestem internamente os vasos sanguíneos e formam os capilares sanguíneos) e musculares lisas. Os tecidos adultos possuem células-tronco, para sua renovação e regeneração, chamadas de células-tronco tecido específicas. As células hematopoiéticas da medula óssea são tecido específicas, pois originam diversas células do sangue. Recentemente, foi demonstrada a presença de células-tronco em tecidos adultos como o cérebro, o coração, o pâncreas e o fígado. Crédito da imagem: American Society of Hematology Terapia com células-tronco Células-tronco com diferentes potencialidades têm sido isoladas e mantidas em cultura por pesquisadores. Atualmente, já são conhecidos diferentes protocolos de uso de células-tronco para repor células perdidas em decorrência de uma doença ou lesão, em humanos; e várias fontes de células-tronco têm sido utilizadas. Células-tronco embrionárias Células-tronco embrionárias pluripotentes têm sido obtidas de blastocistos e utilizadas em terapia celular, para reparar diferentes órgãos que sofreram perdas celulares, como o coração, a medula espinhal etc. Estas células são retiradas do embrioblasto, cultivadas em laboratório e implantadas no órgão afetado. Determinadas substâncias quando são adicionadas ao meio de cultura induzem estas células a se diferenciar em vários tipos celulares, como podemos ver na imagem a seguir. Fonte: Figure 20-41 Essential Cell Biology 3/e (©Garland Science 2010). Adaptado. Nesta imagem, podemos ver que células extraídas do embrioblasto são cultivadas em laboratório e induzidas a se diferenciar em vários tipos celulares de acordo com a substância que é adicionada ao meio de cultura. No Brasil, a lei 11.105/05 regulamenta o uso de células-tronco embrionárias em terapia celular Art. 5º É permitida, para fins de pesquisa e terapia, a utilização de células-tronco embrionárias obtidas de embriões humanos produzidos por fertilização in vitro e não utilizados no respectivo procedimento, atendidas as seguintes condições: I – sejam embriões inviáveis; ou II – sejam embriões congelados há 3 (três) anos ou mais, na data da publicação desta Lei, ou que, já congelados na data da publicação desta Lei, depois de completarem 3 (três) anos, contados a partir da data de congelamento. § 1º Em qualquer caso, é necessário o consentimento dos genitores. § 2º Instituições de pesquisa e serviços de saúde que realizem pesquisa ou terapia com células-tronco embrionárias humanas deverão submeter seus projetos à apreciação e aprovação dos respectivos comitês de ética em pesquisa. Ou seja, podemos utilizar estas células, mas os embriõesnão podem ser produzidos para este fim, mas devem ser embriões que tenham sido produzidos durante tratamentos para engravidar realizados por um casal e que tenham sido doados por eles. Além disso, estes embriões devem ter ficado congelados por no mínimo três anos, porque depois deste tempo eles se tornam inviáveis para reprodução. Células-tronco de medula óssea Células-tronco tecido específicas multipotentes também estão sendo testadas na terapia celular de diferentes órgãos e tecidos. O transplante de medula óssea, há muito tempo utilizado no tratamento de leucemias, é um exemplo de sua aplicação. Células-tronco obtidas da medula óssea também estão sendo testadas em terapia celular, em órgãos como o coração e a medula espinhal. Células-tronco de dente Células-tronco adultas têm sido obtidas de diferentes locais e tecidos. Estudos demonstraram que a polpa de dentes de leite são boas fontes dessas células. Células-tronco de cordão umbilical O cordão umbilical também tem sido utilizado como fonte de células-tronco, porque tais células são consideradas pluripotentes e com várias aplicações na Medicina regenerativa. Células-tronco pluripotentes induzidas Devido aos problemas éticos, na obtenção de células-tronco embrionárias, pesquisadores transformam células adultas, somáticas, em embrionárias. As células obtidas desta forma foram chamadas de células-tronco pluripotentes induzidas (iPS). Clonagem terapêutica A clonagem terapêutica consiste em uma técnica na qual clones de um indivíduo são produzidos para que, dos embriões, sejam retiradas células-tronco com seu mesmo material genético. A obtenção de células-tronco, desta forma, enfrenta grande resistência legal. VOCÊ SABIA? A Lei 11.105/05 proíbe este tipo de procedimento no Brasil. Biologia Celular do Câncer O câncer é um dos maiores problemas de saúde pública do mundo, afetando milhares de pessoas e com alta gravidade, na maioria das vezes, sendo uma causa importante de morte. Câncer é o nome dado a um conjunto de doenças em que as células se multiplicam de forma desordenada, comprometendo a harmonia do tecido e até mesmo invadindo tecidos vizinhos. As células de um tecido normal crescem, se multiplicam e morrem. No câncer, estes mecanismos estão anormais. As células se multiplicam de forma descontrolada ou mesmo não fazem apoptose quando deveriam fazer. Desenvolvimento do câncer Os processos de divisão e morte celular são regulados por vários genes e quando estes genes sofrem mutações e deixam de funcionar ou funcionam incorretamente ocorre o desenvolvimento do câncer. Sendo assim, podemos dizer que o câncer é sempre uma doença genética, pois sempre se inicia com danos ao DNA. Veja na imagem a seguir. No entanto, ele pode ser hereditário ou não. Se o indivíduo herdar dos seus genitores um gene que já possui a mutação, dizemos que se trata de um câncer hereditário. Mas, se a mutação ocorrer nas células do indivíduo, o câncer é esporádico. Estas mutações são causadas por agentes ambientais considerados carcinogênicos, como radiação (ultravioleta e raios X), agentes químicos, vírus etc. Fonte: portaldomedico.com Nesta imagem, podemos ver o desenvolvimento de um câncer. Quando ocorre uma alteração nos genes de uma célula, causada por agentes carcinogênicos, ela se torna uma célula mutada, que pode se multiplicar de forma desordenada, levando ao surgimento de um tumor. Genética do câncer As mutações genéticas que desencadeiam o câncer ocorrem, basicamente, em dois tipos de genes: · Proto-oncogenes; · Genes supressores tumorais. Proto-oncogenes São genes normais que, quando sofrem mutações, originam os oncogenes. Estes genes estimulam a proliferação celular e quando sofrem as mutações, passam a estimular de forma descontrolada, levando ao câncer. Nesta imagem, podemos ver como um proto-oncogene se transforma em um oncogene, alterando a célula. Genes supressores tumorais Controlam a divisão celular, inibindo a divisão ou induzindo à apoptose, por exemplo. Quando estes genes sofrem as mutações, deixam de funcionar e as células se multiplicam de forma descontrolada, levando ao câncer. Podemos ver, nesta imagem, o funcionamento normal dos genes supressores tumorais, que inibem a divisão celular, e também o que acontece quando estes genes sofrem mutações. A proteína formada não é capaz de inibir a divisão celular e com isso se forma um tumor. Nos dois casos, o crescimento descontrolado das células faz com que ocorra um acúmulo anormal de células no tecido e esta proliferação não cessa mesmo quando o estímulo é retirado. O estímulo que faz estas células proliferarem de forma descontrolada é proveniente das mutações que ocorreram nos seus genes. Neste caso, formam-se os tumores ou as neoplasias. As neoplasias, ou tumores, são decorrentes do acúmulo de células anormais no tecido. Eles podem ser considerados benignos ou malignos: As neoplasias benignas são de crescimento lento e organizado. Apresentam limites visíveis e não invadem os tecidos vizinhos; As neoplasias malignas são de crescimento rápido e desordenado, invadindo tecidos vizinhos (metástase) e até levando à morte. Podemos ver, nesta imagem, a diferença na apresentação de uma neoplasia benigna e maligna. Os limites bem definidos é uma característica de benignidade. Questões Questão 1 Células-tronco são células indiferenciadas que têm a capacidade de se diferenciar em diversos tipos celulares. Para que ocorra tal diferenciação, as células-tronco terão necessariamente que alterar: O número de cromossomos. A quantidade de genes nucleares. A quantidade de genes mitocondriais. O padrão de atividade dos genes. A estrutura de genes específicos por mutações. Corrigir Questão 2 De acordo com as leis brasileiras, não podemos utilizar, na terapia com células-tronco, aquelas obtidas: De tecidos adultos como a medula óssea. De embriões congelados por mais de três anos. Da polpa de dentes de leite. De cordão umbilical. De clones produtos da clonagem terapêutica. Corrigir Questão 3 A neoplasia é um acúmulo anormal de células que ocorre devido a um desequilíbrio entre a proliferação celular e a morte celular. Além disso: I - O câncer esporádico pode acontecer devido à mutações nos genes causadas por fatores ambientais, como radiação e produtos químicos. II - A formação das neoplasias se dá pelo desequilíbrio entre o ciclo celular e a morte celular programada. III - O desenvolvimento do câncer (oncogênese) resulta de mutações em um ou mais genes que regulam o crescimento celular e a morte celular programada A análise das afirmativas acima permite dizer que: As afirmativas I e II estão corretas. As afirmativas I e III estão corretas. As afirmativas I, II e III estão corretas. As afirmativas II e III estão corretas. Apenas a afirmativa I está correta. Corrigir