2- BCM- teórica- Resumo - Organização celular

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Organização celular básica
➢ Células
São as unidades funcionais dos organismos
vivos, e uma célula individual pode executar
todos os processos da vida.
Os organismos cujas células têm um núcleo
são chamados de eucariotos (a partir das
palavras gregas eu, significando
"verdadeiro" ou “real”, e karyon, uma “parte
central” ou “núcleo”). Os organismos cujas
células não têm um núcleo são chamados de
procariotos (de pro, significando “antes”).
COMPARTIMENTALIZAÇÃO
➢ As células são divididas em
compartimentos:
Os compartimentos apresentam vantagens e
desvantagens para os organismos. Pelo lado
vantajoso, os compartimentos separam
processos bioquímicos que poderiam, caso
contrário, entrar em conflito um com o outro.
A desvantagem dos compartimentos é que
as barreiras entre eles podem dificultar o
transporte dos materiais necessários de um
compartimento a outro.
➢ Compartimentos funcionais do corpo:
O corpo humano é um compartimento
complexo, separado do mundo externo por
camadas celulares. Anatomicamente, o
corpo é dividido em três principais
cavidades: a cavidade craniana (comumente
chamada de crânio), a cavidade torácica
(chamada de tórax) e a cavidade
abdominopélvica. Além das cavidades do
corpo, há vários compartimentos anatômicos
distintos preenchidos com líquido. Os vasos
sanguíneos, contendo o sangue, e o coração
formam um compartimento no sistema
circulatório. Os nossos olhos são esferas
ocas cheias de líquido subdivididas em dois
compartimentos, preenchidos com os
humores aquoso e vítreo. O encéfalo e a
medula espinal são cercados por um
compartimento de líquido especial,
denominado líquido cerebrospinal (LCS). Os
sacos membranosos que circundam os
pulmões (sacos pleurais) e o coração
(pericárdio) também contêm pequenos
volumes de líquido.
➢ Lúmen:
O interior de qualquer órgão oco é chamado
de lúmen. Um lúmen pode ser total ou
parcialmente preenchido com ar ou líquido.
Por exemplo, os lumens dos vasos
sanguíneos são preenchidos com o líquido
que chamamos de sangue.
➢ Funcionalmente, o corpo tem três
compartimentos líquidos
Se pensarmos em todas as células do corpo
como uma unidade, podemos dividir o corpo
em dois compartimentos:
○ (1) o líquido extracelular (LEC), fora
das células;
○ (2) o líquido intracelular (LIC), dentro
das células;
○ Membrana celular, parede que
divide o LEC e o LIC. O LEC
subdivide-se ainda em
- Plasma, a porção fluida do
sangue;
- Líquido intersticial (“estar
entre”), que circunda a
maioria das células do corpo.
MEMBRANAS BIOLÓGICAS
(Membrana plasmática, plasmalema ou
membrana celular)
Por volta de 1890, os cientistas concluíram
que a superfície externa das células, a
membrana celular, era uma fina camada de
lipídios que separa o fluido aquoso do
interior da célula do seu meio externo. Agora,
sabemos que a membrana consiste em
camadas duplas, ou bicamadas, de
fosfolipídios com proteínas inseridas neles. A
palavra membrana mencionada pode ser
aplicada a um tecido ou a uma camada
limitante de fosfolipídeos e proteínas.
➢ funções gerais da membrana celular
incluem:
1. Isolamento físico. A membrana celular é
uma barreira física que separa o líquido
intracelular, dentro da célula, do líquido
extracelular que a circunda.
2. Regulação das trocas com o seu ambiente
externo (líquido extracelular). A membrana
celular controla a entrada de íons e
nutrientes na célula, a eliminação de
resíduos celulares e a liberação de produtos
da célula.
3. Comunicação entre a célula e o seu
ambiente externo. A membrana celular
contém proteínas que permitem à célula
reconhecer e responder a moléculas ou a
mudanças no seu meio externo. Qualquer
alteração na membrana celular pode afetar
as atividades celulares.
4. Suporte estrutural. Proteínas na
membrana celular fixam o citoesqueleto, o
arcabouço estrutural intracelular, para
manter a forma da célula. Proteínas de
membrana também criam junções
especializadas entre células adjacentes ou
entre células e a matriz extracelular, que é o
material extracelular sintetizado e secretado
pelas células. Junções célula a célula e
célula-matriz estabilizam a estrutura dos
tecidos.
➢ As membranas são constituídas
principalmente de lipídeos e
proteínas.
○ Os lipídios das membranas
biológicas são principalmente
fosfolipídeos arranjados em uma
bicamada, de forma que as cabeças
de fosfato se encontram nas
superfícies da membrana, e as
caudas lipídicas ficam ocultas no
centro da membrana. A membrana
celular é crivada com moléculas de
proteínas.
○ A proporção de proteínas em relação
aos lipídeos varia muito,
dependendo da origem da
membrana. Em geral, a membrana
mais ativa metabolicamente é a que
contém mais proteínas. Por exemplo,
75% da membrana interna de uma
mitocôndria, que contém enzimas
para a produção de ATP, é
constituída por proteínas.
○ No início dos anos 1970, micrografias
eletrônicas em criofraturas revelaram
o real arranjo tridimensional de
lipídeos e proteínas nas membranas
celulares. Com base no que os
cientistas aprenderam a partir da
observação de membranas
submetidas à criofratura, S. J. Singer
e G. L. Nicolson, em 1972, propuseram
o modelo de membrana do mosaico
fluido.
➢ Lipídeos de membrana criam uma
barreira hidrofóbica
Os três principais tipos de lipídeos que
compõem a membrana celular são os
fosfolipídeos, os esfingolipídeos e o
colesterol. Os fosfolipídeos são constituídos
de um arcabouço de glicerol com dois ácidos
graxos apontando para um lado e um grupo
fosfato para o outro. A cabeça
glicerol-fosfato da molécula é polar e
hidrofílica. A “cauda” de ácido graxo é
apolar e, portanto, hidrofóbica. Esse arranjo
pode ser visto em três estruturas:
1. Membranas celulares: Os
fosfolipídeos são os principais
lipídeos das membranas, mas
algumas membranas também têm
uma quantidade significativa de
esfingolipídeos.
- Os esfingolipídeos também possuem
caudas de ácidos graxos, mas suas
cabeças podem ser tanto
fosfolipídeos como glicolipídeos. Eles
são ligeiramente mais longos do que
os fosfolipídeos.
- O colesterol também constitui uma
parte significativa de muitas
membranas celulares. As moléculas
de colesterol, as quais são
principalmente hidrofóbicas,
introduzem-se entre as cabeças
hidrofílicas dos fosfolipídeos. O
colesterol ajuda a tornar as
membranas impermeáveis a
pequenas moléculas solúveis em
água (hidrofílicas) e a manter a
flexibilidade das membranas em uma
ampla faixa de temperaturas.
2. Micelas são pequenas gotas com
uma única camada de fosfolipídeos
arranjados de modo que o interior da
micela é preenchido com as caudas
hidrofóbicas dos ácidos graxos. Elas
são importantes na digestão e na
absorção das gorduras no trato
digestório.
3. Lipossomos são esferas maiores,
com paredes de bicamada
fosfolipídica. Este arranjo deixa um
centro oco com um núcleo aquoso,
que pode ser preenchido com
moléculas solúveis em água.
➢ As proteínas de membrana podem
estar frouxas ou fortemente ligadas à
membrana
○ Proteínas integrais são fortemente
ligadas à membrana, e a única forma
pela qual podem ser removidas é
pela quebra da estrutura da
membrana com detergentes ou
outros métodos que destruam a
integridade da membrana. Proteínas
integrais incluem proteínas
transmembranas e proteínas
ancoradas em lipídeos.
○ Proteínas periféricas ligam-se a
outras proteínas de membrana por
interações não covalentes e podem
ser separadas da membrana por
métodos químicos que não destruam
a integridade da membrana. Elas
incluem algumas enzimas, assim
como proteínas estruturais de
ligação que ancoram o citoesqueleto
(o “esqueleto” interno das células) à
membrana.
○ Proteínas transmembranas possuem
cadeias que atravessam toda a
membrana. Quando uma proteína
atravessa a membrana mais de uma
vez, alças da cadeia de aminoácido
projetam-se para o citoplasma e para
o líquido extracelular. Os
carboidratos podem ligar-se às alças
extracelulares, e os grupos fosfato
podem ligar-se às alças
intracelulares. Fosforilação e
desfosforilação de proteínas são
maneiras de a célula alterar a função
proteica. Proteínas transmembranas
estão firmemente,mas não
covalentemente ligadas à MP . Os
cerca de 20 a 25 aminoácidos dos
segmentos da cadeia proteica que
atravessam a membrana são
apolares. Isso permite que esses
aminoácidos criem ligações não
covalentes fortes com as caudas
lipídicas dos fosfolipídeos,
mantendo-as firmemente no lugar.
OBS*: Sabe-se, hoje, que algumas proteínas de
membrana que antes eram consideradas
proteínas periféricas são proteínas ancoradas a
lipídeos. Algumas dessas proteínas são
covalentemente ligadas às caudas lipídicas que
as inserem nas bicamadas. Outras, encontradas
somente na superfície externa da célula,
mantêm-se ligadas à membrana por moléculas
de glicosil-fosfatidil-inositol (GPI), um lipídio mais
uma cadeia de açúcar-fosfato.
OBS**: Algumas proteínas integrais são
ancoradas às proteínas do citoesqueleto e são,
portanto, imóveis. A capacidade do citoesqueleto
de restringir o movimento das proteínas integrais
permite que as células desenvolvam a
polaridade, na qual diferentes faces da célula
têm proteínas diferentes e, consequentemente,
propriedades diferentes. Isso é particularmente
importante nas células dos epitélios de
transporte, conforme será visto em vários tecidos
no corpo.
➢ Os carboidratos da membrana
ligam-se a lipídeos e proteínas
A maior parte dos carboidratos das
membranas são açúcares ligados às
proteínas de membrana (glicoproteínas) ou
aos lipídeos de membrana (glicolipídeos).
Eles são encontrados exclusivamente na
superfície externa da célula, onde formam
uma camada protetora, chamada de
glicocálice. As glicoproteínas presentes na
superfície da célula desempenham um
papel-chave na resposta imune do corpo.
CITOPLASMA
O citoplasma inclui todo o material envolvido
pela membrana celular, exceto o núcleo. Ele
possui quatro componentes:
1. Citosol, ou líquido intracelular: é um líquido
semi gelatinoso separado do líquido
extracelular pela membrana celular. O citosol
contém nutrientes e proteínas dissolvidos,
íons e produtos residuais. Os outros
componentes do citoplasma – inclusões,
fibras e organelas – estão suspensos no
citosol.
2. Inclusões são partículas de materiais
insolúveis. Algumas são nutrientes
armazenados. Outras são responsáveis por
funções celulares específicas. Essas
estruturas são, às vezes, chamadas de
organelas não membranosas.
- Ribossomos: grânulos de RNA e
proteínas pequenos e densos que
produzem proteínas sob o comando
do DNA celular. Os ribossomos fixos
ligam-se à superfície citosólica das
organelas. Os ribossomos livres
estão em suspensão, livres no citosol.
Alguns ribossomos livres formam
grupos de 10 a 20 ribossomos,
chamados de polirribossomos.
3. Proteínas fibrosas insolúveis formam o
sistema de sustentação interno da célula, ou
citoesqueleto.
4. Organelas – “pequenos órgãos” – são
compartimentos delimitados por membrana
que têm papéis específicos a desempenhar
na função geral da célula.
➢ As inclusões estão em contato direto
com o citosol
As inclusões das células não possuem
membranas limitantes, de modo que estão
em contato direto com o citosol. O movimento
de material entre inclusões e citosol não
requer transporte através de uma
membrana. Os nutrientes são armazenados
como grânulos de glicogênio e gotas
lipídicas. A maioria das inclusões com
funções que não o armazenamento de
nutrientes é constituída de proteínas ou
combinações de RNA e proteínas.
CITOESQUELETO
As proteínas fibrosas citoplasmáticas podem
ter três tamanhos
As três famílias de proteínas fibrosas
citoplasmáticas são classificadas de acordo
com o diâmetro e a composição proteica .
Todas as fibras são polímeros de proteínas
menores.
○ As mais finas são as fibras de actina,
também chamadas de micro-filamentos.
○ Os filamentos intermediários são um
pouco maiores, e podem ser formados por
diferentes tipos de proteínas, incluindo
queratina, no cabelo e na pele, e
neurofilamentos, em neurônios.
○ As proteínas fibrosas maiores são os
microtúbulos ocos, formados por uma
proteína chamada de tubulina. Um
grande número de proteínas acessórias
está associado às proteínas fibrosas da
célula. As proteínas fibrosas insolúveis da
célula têm dois propósitos gerais: suporte
estrutural e movimento. O suporte
estrutural vem principalmente do
citoesqueleto. O movimento da célula ou
de elementos dentro da célula ocorre com
a ajuda de proteínas fibrosas e de um
grupo de enzimas especializadas,
denominadas proteínas motoras.
- Cílios são estruturas curtas
semelhantes a pêlos, que se projetam
a partir da superfície celular como
cerdas de uma escova. A superfície de
um cílio é uma continuação da
membrana celular. O eixo dos cílios
móveis contém nove pares de
microtúbulos cercando um par central.
Os microtúbulos terminam dentro da
célula no corpo basal. Estes cílios
batem de forma rítmica, para trás e
para a frente, quando os pares de
microtúbulos deslizam um sobre o
outro com a ajuda da proteína motora
dineína.
- Flagelos têm o mesmo arranjo de
microtúbulos que os cílios, mas são
consideravelmente mais longos. Os
flagelos são encontrados em células
únicas livres, e em seres humanos a
única célula flagelada é o
espermatozóide.
➢ O citoesqueleto é uma estrutura
modificável
Algumas proteínas fibrosas do citoesqueleto
são permanentes, porém a maioria é
sintetizada ou desmontada de acordo com
as necessidades da célula. As suas funções
são:
1. Forma das células. A estrutura proteica do
citoesqueleto da resistência mecânica para
a célula e, em algumas células, desempenha
um papel importante na determinação da
forma celular. As fibras do citoesqueleto
ajudam na sustentação de microvilosidades,
que aumentam a área de superfície para a
absorção de materiais.
2. Organização interna. As fibras do
citoesqueleto estabilizam a posição das
organelas.
3. Transporte intracelular. O citoesqueleto
ajuda a transportar materiais para dentro da
célula e dentro do citoplasma, funcionando
como um “trilho” intracelular para o
deslocamento de organelas.
4. União das células nos tecidos. Proteínas
fibrosas do citoesqueleto se conectam com
as do espaço extracelular, ligando as células
umas às outras e ao material de suporte
extracelular. Além de dar resistência
mecânica aos tecidos, essas ligações
permitem a transferência de informações de
uma célula à outra.
5. Movimento. O citoesqueleto ajuda a célula
a se mover. Os movimentos e o transporte
intracelular são facilitados por proteínas
motoras especiais que usam energia
proveniente do ATP para deslizar ou andar
pelas fibras do citoesqueleto.
➢ As proteínas motoras geram
movimento
As proteínas motoras são proteínas que
convertem energia armazenada em
movimento. Existem três grupos de proteínas
motoras associadas com o citoesqueleto:
miosinas, cinesinas e dineínas. Todos os três
grupos usam energia armazenada no ATP
para impulsioná-las ao longo das fibras do
citoesqueleto. As miosinas ligam-se a fibras
de actina e são mais bem conhecidas pelo
seu papel na contração muscular. Cinesinas
e dineínas auxiliam o movimento de
vesículas pelos microtúbulos. As dineínas
também se associam com feixes de
microtúbulos dos cílios e flagelos para criar
seu movimento de chicote. A maioria das
proteínas motoras são compostas por várias
cadeias de proteínas arranjadas em três
partes: duas cabeças que se ligam à fibra do
citoesqueleto, um pescoço e uma região de
cauda que é capaz de se ligar à “carga”,
como uma organela que necessita ser
transportada através do citoplasma. As
cabeças ligam-se alternadamente à fibra do
citoesqueleto e, depois, soltam-se, “dando
um passo” à frente, usando a energia
armazenada no ATP.
ORGANELAS
➢ As organelas criam compartimentos
para desempenhar funções
especializadas
○ Mitocôndrias são estruturas
aproximadamente esféricas com uma
dupla parede que cria dois
compartimentos separados dentro da
organela. A matriz interna é circundada
por uma membrana que se dobra em
folhetos, chamados de cristas. O espaço
intermembrana, que se situa entre as
duas membranas, exerce um importante
papel na produção de ATP. As
mitocôndrias são os locais de produção
da maioria do ATP celular.A matriz contém enzimas, ribossomos,
grânulos e, surpreendentemente, seu próprio
DNA. Este DNA mitocondrial possui uma
sequência de genes diferente da encontrada
no núcleo. Por ter seu próprio DNA, a
mitocôndria pode produzir algumas de suas
próprias proteínas.
OBS: De acordo com a teoria endossimbionte
procariótica, a mitocôndria descende de
bactérias que invadiram as células há milhões de
anos. As bactérias desenvolveram uma relação
de benefício mútuo com seus hospedeiros e, logo,
tornaram-se uma parte integrante da célula
hospedeira. O elemento que reforça essa teoria é
o fato de que os nossos DNA, RNA e enzimas
mitocondriais são semelhantes aos de bactérias,
porém diferentes daqueles dos nossos núcleos
celulares. O DNA mitocondrial permite que a
organela controle sua própria duplicação.
○ Retículo endoplasmático, ou RE, é uma
rede de tubos membranosos
interligados que possuem três funções
principais: síntese, armazenamento e
transporte de biomoléculas. O nome
retículo vem da palavra latina para rede
e se refere ao arranjo em rede dos
túbulos. Micrografias eletrônicas
revelam que há duas formas de RE:
retículo endoplasmático rugoso (RER) e
retículo endoplasmático liso (REL).
- O retículo endoplasmático rugoso é o
principal local de síntese proteica. As
proteínas são montadas em
ribossomos ligados à superfície
citoplasmática do RE rugoso e, em
seguida, levadas ao lúmen do RE
rugoso, onde elas sofrem alterações
químicas.
- O retículo endoplasmático liso não
possui ribossomos e é o principal
local para a síntese de ácidos
graxos, esteróides e lipídios. No RE
liso, os fosfolipídios da membrana
celular são produzidos, e o colesterol
é modificado, formando hormônios
esteróides, como os hormônios
sexuais estrogênio e testosterona. O
RE liso das células hepáticas e renais
desintoxica ou inativa fármacos. Nas
células do músculo esquelético, uma
forma modificada do RE liso
armazena íons cálcio (Ca2⫹ ção
muscular.
○ Aparelho de Golgi: Descrito primeiro
por Camillo Golgi, em 1898. Ele
consiste em uma série de sacos
curvados ocos, chamados de
cisternas, empilhados um em cima
do outro como uma série de bolsas
de água quente e rodeados por
vesículas. O aparelho de Golgi recebe
proteínas sintetizadas no RE rugoso
e modifica e armazena essas
proteínas nas vesículas.
● Vesículas citoplasmáticas
As vesículas citoplasmáticas delimitadas por
membrana são de dois tipos: secretoras e de
armazenamento. As vesículas secretoras
contêm proteínas que são liberadas pela
célula. O conteúdo da maioria das vesículas
de armazenamento, contudo, nunca deixa o
citoplasma.
○ Lisossomos são pequenas vesículas de
armazenamento que aparecem na forma
de grânulos delimitados por membrana
no citoplasma. Os lisossomos atuam
como o sistema digestório da célula.
Eles utilizam enzimas poderosas para
degradar bactérias ou organelas velhas,
como as mitocôndrias, até seus
componentes moleculares. Aquelas
moléculas que podem ser reutilizadas
são reabsorvidas no citosol, ao passo
que o restante é eliminado da célula..
Quando os músculos atrofiam
(encolhem) por falta de uso ou o útero
diminui de tamanho após a gestação, a
perda de massa celular é devida à ação
dos lisossomos.
OBS*: As enzimas lisossômicas são ativadas
apenas em condições muito ácidas, 100 vezes
mais ácidas do que os níveis de acidez normais
do citoplasma. Logo que os lisossomos se
desprendem do aparelho de Golgi, o seu pH é
próximo ao do citosol, 7,0 a 7,3. As enzimas são
inativas nesse pH. Sua inatividade é uma forma
de segurança. Se o lisossomo se romper ou
acidentalmente liberar as enzimas, elas não
prejudicarão a célula.
OBS**: Uma liberação inapropriada de enzimas
lisossômicas tem sido implicada em certas
doenças, como a inflamação e a destruição dos
tecidos das articulações que ocorrem na artrite
reumatoide. Uma das doenças de
armazenamento do lisossomo mais conhecidas é
a condição fatal herdada, chamada de doença
de Tay-Sachs. Bebês com a doença de Tay-Sachs
possuem lisossomos defeituosos que falham na
degradação dos glicolipídeos. O acúmulo de
glicolipídeos nos neurônios causa disfunção do
sistema nervoso, incluindo cegueira e perda da
coordenação. A maioria dos bebês que
apresentam a doença de Tay-Sachs morre no
início da infância.
○ Peroxissomos são vesículas de
armazenamento ainda menores que os
lisossomos. Sua principal função parece
ser a degradação de ácidos graxos de
cadeia longa e de moléculas exógenas
potencialmente tóxicas. Os
peroxissomos possuem esse nome a
partir do fato de que as reações que
ocorrem dentro deles geram peróxido de
hidrogênio (H2O2), uma molécula tóxica.
Eles convertem rapidamente esse
peróxido para oxigênio e água,
utilizando a enzima catalase.
NÚCLEO
○ O núcleo é o centro de controle da célula
O núcleo da célula contém DNA, o
material genético que, em última
análise, controla todos os processos
celulares. Seu envoltório, ou envelope
nuclear, é uma estrutura com membrana
dupla que separa o núcleo do
compartimento citoplasmático. Ambas
as membranas do envelope são
perfuradas por orifícios redondos, ou
poros. A comunicação entre o núcleo e o
citosol ocorre por meio dos complexos
dos poros nucleares, grandes complexos
de proteínas com um canal central. Os
íons e as moléculas pequenas
movem-se livremente através desse
canal, quando está aberto, mas o
transporte de moléculas grandes, como
proteínas e RNA, é um processo que
requer energia. A especificidade do
processo de transporte permite que a
célula restrinja o DNA ao núcleo e que
várias enzimas sejam restritas ao
citoplasma ou ao núcleo. Em
micrografias eletrônicas de células que
não estão se dividindo, o núcleo
aparece preenchido com um material
granular espalhado aleatoriamente, ou
cromatina, constituído por DNA e
proteínas associadas. Em geral, um
núcleo também contém de 1 a 4 corpos
de coloração escura contendo DNA, RNA
e proteínas, chamados de nucléolos. Os
nucléolos contêm os genes e as
proteínas que controlam a síntese de
RNA ribossomal.
A cromatina pode ser distinta em
eucromatina, na sua forma descondensada,
correspondendo a regiões em transcrição
ativa (regiões claras), e heterocromatina, com
regiões do material genético que não estão
envolvidas na transcrição, podendo
mostrar-se bastante densa (regiões mais
escuras). A heterocromatina tem localização
variável, podendo se mostrar dispersa, em
grumos, sendo denominada CAN, quando
associada ao nucléolo e, freqüentemente, se
dispõem em delgada camada associada à
lâmina nuclear, na superfície
carioplasmática da carioteca interna. Sua
coloração define o limite nuclear ao
microscópio de luz.
○ Em todas as células vivas, a informação
genética flui do DNA para o RNA
(transcrição) e do RNA para a proteína
(tradução) – uma sequência conhecida
como dogma central. A sequência de
nucleotídeos em um determinado
segmento de DNA (um gene) é transcrita
em uma molécula de RNA que pode
então ser traduzida em uma sequência
linear de aminoácidos de uma proteína.
Apenas uma pequena parte do gene,
RNA e proteína é mostrada.
ORGANISMOS-MODELO
➢ Acredita-se que todas as células sejam
descendentes de ancestrais comuns
cujas principais propriedades têm sido
conservadas ao longo da evolução.
Biólogos se dedicaram a estudar os
diferentes aspectos da biologia de
algumas poucas espécies selecionadas,
reunindo o seu conhecimento de forma a
ganhar uma compreensão mais profunda
do que poderia ser obtida se os seus
esforços estivessem dispersos entre
várias espécies diferentes.