Biologia celular 2

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Unidade 2
Compartimentalização celular
Aula 1
Sistema de endomembranas
Sistema de endomembranas
Sistema de
endomembranas
Disciplina
INTRODUÇÃO À BIOLOGIA
CELULAR E DO
DESENVOLVIMENTO
Olá, estudante! Estamos aprofundando cada vez mais o
nosso conhecimento sobre o universo das células. Você já
sabe as diferenças entre os vários tipos de células, sua
função fundamental na vida de todos os organismos e como
ocorre a interação de uma célula com a outra, o que permite
uma melhor compreensão de como o nosso corpo funciona,
assim como os outros organismos vivos. Nesta videoaula,
vamos nos dedicar ao entendimento do sistema de
endomembranas presentes nas células eucarióticas,
investigando sua estrutura e principais funções. Além disso,
você descobrirá como acontece o transporte de proteínas e
lipídios dentro da célula. Vamos lá?
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Ponto de Partida
Ponto de Partida
As organelas são as menores estruturas presentes dentro
das células. Cada uma delas desempenha uma função
diferente, mas todas trabalham em conjunto para que o
nosso organismo funcione.
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https://content.cogna.com.br/content/dam/cogna/cms2/cc54a05f-8811-4abf-af4d-d6a898e076be/8811/ad19b819-0cc2-5a71-9fba-0d21bf2cfed5.pdf
Pense no corpo humano como uma máquina com vários
órgãos que operam para mantê-la funcionando. As
organelas agem como se fossem órgãos das células, sendo
responsáveis pela digestão, respiração, circulação de
substâncias, entre outras funções. Vale lembrar que os
organismos vivos são compostos por milhares de células,
incluindo nossos órgãos. Algumas organelas não integram o
sistema de endomembranas, como: as mitocôndrias, que
são muito importantes para a manutenção da vida por
serem responsáveis pela produção de energia necessária à
realização das atividades celulares; os cloroplastos, que têm
função de fotossíntese e são essenciais na síntese de
aminoácidos e ácidos graxos, presentes exclusivamente nas
células vegetais; e os peroxissomos, que degradam gordura
e outras substâncias no interior das células.
Você já deve ter ouvido falar que algumas células se
autodestroem e, muitas vezes, cometem a autofagia, ou seja,
a destruição ou reciclagem de estruturas e organelas que
não estão desempenhando corretamente as suas funções, a
fim de não prejudicar as atividades celulares, o que pode,
consequentemente, trazer prejuízos para o funcionamento
de todo o organismo. Nesse contexto, estudaremos as
particularidades das principais organelas e suas respectivas
funções. Vamos lá?
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Como uma ferramenta de auxílio ao processo de
conhecimento, vamos analisar uma situação-problema na
intenção de aproximar os conteúdos teóricos da prática
profissional.
Um professor universitário, durante uma de suas aulas para
alunos da área da saúde, iniciou um debate sobre o
aumento do número de doenças que podem estar
relacionadas à poluição do ar. Acredita-se que a poluição
possa danificar todas as células do nosso corpo. O dano é
causado pelos poluentes que entram na corrente sanguínea
e geram uma série de reações inflamatórias, podendo
desencadear doenças pulmonares, cardíacas, demência,
problemas no fígado, câncer, entre outras disfunções, com a
possibilidade de afetar, inclusive, a fertilidade, prejudicar o
feto durante a gestação e aumentar o número de abortos
espontâneos.
Ao relacionar os possíveis danos ocasionados pela poluição
do ar à fertilidade, uma aluna compartilhou a história de um
casal que, após 12 meses tentando engravidar, procurou
auxílio médico para averiguar o que poderia estar
acontecendo. Após a realização de diversos exames
laboratoriais, o espermograma, para análise do sêmen,
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evidenciou teratospermia (alterações morfológicas do
espermatozoide), e notificou-se a ausência de acrossomos.
Você poderia explicar o que é a alteração constatada no
exame? Qual a importância do acrossomo para o processo
de reprodução? Como você relacionaria esse contexto às
organelas celulares para descrever a situação aos alunos?
Vamos Começar!
Vamos Começar!
Dentre os componentes do citoplasma, além dos já
estudados (citosol e citoesqueleto), há também as organelas
citoplasmáticas, as quais desempenham diversas funções
específicas. As organelas são estruturas envolvidas ou não
por membranas. As organelas não membranosas, ou seja,
que não têm membranas, são encontradas no citosol e não
dependem de transportes para executar sua função, o que
facilita seu trabalho. São exemplos os ribossomos, estruturas
do citoesqueleto (filamentos, microtúbulos e centríolo) e o
centrossomo. Já as organelas membranosas são
compartimentos envolvidos por membranas biológicas
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originadas da invaginação da membrana celular. São
compostas por lipídios, proteínas e hidratos de carbono,
mostrando-se muito semelhantes à membrana plasmática.
As organelas, exclusivas às células eucariontes, são capazes
de realizar funções como captura de alimentos, produção de
energia, síntese de moléculas, entre outras atividades.
Algumas organelas se unem e formam um sistema de
endomembranas, o qual é distribuído por todo o citoplasma.
Elas trabalham em conjunto com o intuito de modificar,
empacotar e transportar as proteínas e os lipídios que serão
utilizados nos processos metabólicos das células. Esse
sistema apresenta vários subcompartimentos que se
intercomunicam, enviando e recebendo informações a partir
de moléculas (sinalização celular), os quais são constituídos
pelas organelas, como: retículo endoplasmático, complexo
de Golgi, endossomos e lisossomos. Vale lembrar que as
mitocôndrias e os cloroplastos, ou peroxissomos, não fazem
parte do sistema de endomembranas. Conheceremos, a
seguir, as características e funções de cada uma dessas
organelas.
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Figura 1 | Anatomia da célula animal. Fonte: adaptada de
Sutterstock/VectorMine.
Retículo endoplasmático: liso e
rugoso
O retículo endoplasmático (RE) é uma rede contínua de
membranas distribuídas por todo o citoplasma (ocupando
quase a metade desse espaço) que formam uma espécie de
labirinto. É uma organela encontrada em todas as células
eucariontes, composta por túbulos e vesículas achatadas,
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todos interligados, que se comunicam com a carioteca.
Possui espaços “vazios” em seu interior, chamados de
cisternas ou lúmen (luz). Essa estrutura é visível apenas no
microscópio eletrônico, mas sua presença pode ser
observada sem detalhes no microscópio óptico quando
corada. Na superfície externa (face citosólica) da membrana
do RE, em alguns locais, encontram-se poliribossomos
aderidos à membrana, sintetizando proteínas que são
inseridas nas cisternas. Dessa forma, o retículo
endoplasmático pode ser dividido em duas regiões: rugosa e
lisa.
O retículo endoplasmático rugoso (RER) é a região que
apresenta uma grande quantidade de ribossomos. Ou seja,
está presente em maior quantidade nas células
especializadas em sintetizar proteínas, como as células do
pâncreas, que sintetizam enzimas digestivas, ou os
fibroblastos, os quais sintetizam o colágeno. Dentre as
principais funções do RER está a síntese de proteínas de
membrana e proteínas para secreção, mas há outras
atividades executadas por essa estrutura, como degradação
de glicogênio, síntese de fosfolipídios e montagem de
proteínas com longas cadeias polipeptídicas. A formação de
todas as proteínas é iniciada no citosol pelos ribossomos
livres. Grande parte dessas proteínas sintetizadas
permanecem no citosol, e algumas são destinadas ao núcleo,
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às mitocôndrias ou aos cloroplastos, também sendo
sintetizadas pelos ribossomos livres. No entanto, as
proteínas que serão utilizadas na membrana plasmática, no
próprioa transcrição. A
síntese do RNA ocorre a partir da molécula de DNA, que
acaba servindo de molde. A síntese dessa molécula acontece
no sentido 5’ - 3. Existem três tipos principais de RNA:
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1. RNA mensageiro (RNAm), que transporta a informação
genética do DNA no núcleo para os ribossomos no
citoplasma, onde ocorre a síntese de proteínas.
2. RNA transportador (RNAt), responsável por transportar
aminoácidos específicos para os ribossomos durante a
síntese de proteínas.
3. RNA ribossômico (RNAr), um componente estrutural dos
ribossomos, que são as máquinas celulares responsáveis
pela síntese de proteínas. Forma a maior parte da
estrutura dos ribossomos e catalisa as reações de ligação
dos aminoácidos durante a tradução.
Figura 2 | Comparação entre DNA e RNA. Fonte: adaptada de
Wikimedia Commons.
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Agora que já conheceu as principais características dos
ácidos nucleicos, bem como sua estrutura e funções
exercidas, você será capaz de compreender a importância de
dominar esse tema para uma boa atuação profissional.
Vamos Exercitar?
Vamos Exercitar?
Agora que você já aprendeu mais detalhes a respeito do
material genético que compõe as células, vamos resolver a
situação-problema apresentada no início desta aula. O
professor de Biologia Celular forneceu aos seus alunos
amostras celulares de pacientes com diferentes tipos de
câncer para que pudessem analisá-las. Ao examinar as
células, observaram-se variações significativas na morfologia
e no comportamento celular entre as amostras. Essas
diferenças despertaram a curiosidade dos alunos e os
levaram a questionar não apenas as características visíveis
das células, mas também os processos moleculares
subjacentes que poderiam estar contribuindo para essas
variações, como possíveis mutações no DNA que afetam a
estrutura e a função celular. Durante o debate com o
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professor, levantaram-se algumas dúvidas que precisam ser
sanadas:
Como o DNA é estruturado dentro da célula e qual é sua
função?
Qual é a relação entre o DNA e o RNA?
Como o RNA contribui para as funções celulares?
Agora você já é capaz de responder a essas perguntas.
Vamos lá?
Primeiro, você deve lembrar que os ácidos nucleicos, DNA e
RNA, desempenham papéis essenciais em uma ampla gama
de processos biológicos, incluindo armazenagem e
transmissão de informações genéticas, regulação da
expressão gênica e síntese de proteínas. O DNA é uma
molécula composta por duas cadeias polinucleotídicas
enroladas em forma de dupla hélice. Cada cadeia
polinucleotídica é formada por unidades de nucleotídeos,
que consistem em uma base nitrogenada (adenina, timina,
citosina ou guanina), um açúcar (desoxirribose) e um grupo
fosfato. As duas cadeias de nucleotídeos são conectadas por
pares de bases complementares, com a adenina sempre
pareando com timina, e a citosina sempre pareando com
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guanina. Essa ligação entre as cadeias polinucleotídicas é
dada por ligações de hidrogênio.
Tal complementaridade de bases é fundamental para a
estabilidade da dupla hélice de DNA. A principal função do
DNA é armazenar e transmitir informações genéticas, que
são essenciais para a hereditariedade e para a síntese de
proteínas. O outro ácido nucleico, o RNA, desempenha várias
funções dentro da célula, como a transcrição do código
genético do DNA, a tradução desse código em proteínas e o
transporte de informações genéticas do núcleo para o
citoplasma.
Saiba mais
Saiba mais
O DNA é a molécula mestra da vida, carregando as
instruções genéticas essenciais para todos os organismos
vivos. Sua estrutura em dupla hélice, composta por
nucleotídeos, revela uma complexidade fascinante. Essa
molécula desempenha um papel fundamental na
hereditariedade, na determinação das características
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individuais e na regulação dos processos celulares. Entender
sua composição e atribuição é indispensável para desvendar
os segredos da vida e da biologia molecular.
Para explorar mais informações sobre esse tema,
recomendo a leitura do capítulo 6, intitulado “Replicação,
reparo e recombinação de DNA”, do livro Fundamentos da
biologia celular, cujo link está disponível a seguir.
ALBERTS, B. et al. Fundamentos da biologia celular. 4. ed.
Porto Alegre: Artmed, 2017.
Referências
Referências
ALBERTS, B. et al. Fundamentos da biologia celular. 4. ed.
Porto Alegre: Artmed, 2017. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/97885827
14065/. Acesso em: 24 abr. 2024.
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https://integrada.minhabiblioteca.com.br/reader/books/9788582714065/pageid/224
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788582714065/
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788582714065/
CARVALHO, H. F.; RECCO-PIMENTEL, S. M. A célula. 4. ed.
Barueri, SP: Manole, 2019.
DE ROBERTIS, E. M.; HIB, J. Biologia celular e molecular. 16.
ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2017. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-
277-2386-2/. Acesso em: 27 mar. 2024.
JUNQUEIRA, L. C.; CARNEIRO, J. Biologia celular e molecular.
10. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2023.
Aula 5
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Videoaula de Encerramento
Videoaula de Encerramento
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Olá, estudante! Por meio desta videoaula você ficará por
dentro de um assunto de grande relevância para sua prática
profissional: as organelas celulares, como as mitocôndrias,
que são fundamentais para a produção de energia celular, e
o núcleo, o qual, nas células eucariontes, armazena e
protege a informação genética (DNA). Fique atento, pois ao
longo deste conteúdo refletiremos sobre os conceitos
essenciais que moldam a diversidade da vida e sustentam
processos cruciais em todos os seres vivos. Preparado?
Vamos lá!
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Ponto de Chegada
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https://content.cogna.com.br/content/dam/cogna/cms2/cc54a05f-8811-4abf-af4d-d6a898e076be/8811/aa71ee7c-0f78-579f-97b1-45c6324cd91b.pdf
Ponto de Chegada
Para desenvolver a competência associada a esta unidade de
aprendizagem, que é “Identificar as funções e estruturas das
organelas das células eucariontes, bem como o núcleo
celular e o material genético que compõem as células”, você
precisará, antes de tudo, compreender a principal
característica que distingue as células procariontes e
eucariontes, além de reconhecer quais são as organelas
existentes nas células animais e vegetais.
Durante as aulas, investigamos temas como organelas,
diferenciação entre células animais e vegetais, núcleo e
material genético. Esses saberes são fundamentais para
entender a complexidade e a diversidade dos organismos
vivos.
As organelas são estruturas especializadas que
desempenham funções específicas dentro das células. Nas
células animais e vegetais, encontramos organelas comuns,
como o núcleo, as mitocôndrias, o retículo endoplasmático, o
complexo de Golgi, os lisossomos e os ribossomos. No
entanto, há algumas divergências notáveis entre as células
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animais e vegetais, especialmente relacionadas às organelas
exclusivas de cada tipo celular. Por exemplo, as células
vegetais possuem cloroplastos, encarregados da
fotossíntese, e vacúolos maiores, que exercem funções de
armazenamento e turgor.
O núcleo é uma organela crucial presente em todas as
células eucarióticas, onde o material genético é armazenado
e controla as atividades celulares. Nele, encontramos o DNA,
que contém as informações genéticas essenciais para a vida,
e o RNA,que desempenha diversas atribuições, incluindo a
tradução das informações genéticas em proteínas. O núcleo
regula processos vitais, como a replicação do DNA, a
transcrição do RNA e o controle da expressão gênica,
garantindo a sobrevivência e a reprodução da célula.
A diferenciação entre células animais e vegetais não se
resume apenas às organelas presentes, mas também
engloba a sua estrutura e função. Enquanto as células
animais geralmente são mais móveis e flexíveis, as células
vegetais possuem uma estrutura mais rígida por causa da
presença da parede celular. Além disso, as células vegetais
têm a capacidade única de realizar a fotossíntese em virtude
da presença dos cloroplastos, o que as diferencia das células
animais em termos de nutrição e metabolismo.
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Portanto, o estudo desses temas proporciona um
entendimento abrangente da organização celular, da
diversidade dos organismos vivos e dos processos
fundamentais que sustentam a vida.
É Hora de Praticar!
É Hora de Praticar!
Para contextualizar sua aprendizagem, imagine a seguinte
situação: um laboratório de análises clínicas recebe com
frequência exames de comprovação de paternidade. São
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comuns os exames solicitados por mulheres que não têm
certeza quanto à paternidade da criança, ou por homens que
desejam confirmar sua paternidade. Desta vez, o laboratório
recebeu uma ordem judicial requerendo o teste de
paternidade de Francisco, um jovem de 25 anos, criado pela
mãe, cujo nome do pai não consta em seu registro civil. A
mãe alega que Francisco é filho de J. B. Junior, falecido
recentemente. Em busca dos direitos à herança, o teste será
feito.
É possível efetuar um teste de paternidade mesmo depois
que o suposto pai tenha morrido? Como o DNA pode auxiliar
nessa comprovação?
Como você, que atua como analista responsável pela
realização do teste, agiria nessa situação?
Reflita
Para consolidar o que foi apreendido durante as aulas, reflita
sobre as seguintes questões:
Como as diferenças na composição e distribuição das
organelas entre células animais e vegetais refletem suas
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adaptações a ambientes e estilos de vida distintos?
De que forma a organização do núcleo e a regulação da
expressão gênica contribuem para a especialização e
diversidade das células em organismos multicelulares?
Quais são as implicações das descobertas recentes sobre
o papel do material genético no desenvolvimento de
terapias e tratamentos para doenças genéticas e outras
condições médicas?
Resolução do Estudo de Caso
Para resolver o caso apresentado anteriormente, você deve
se lembrar de que as características hereditárias são
controladas por genes, localizados em cromossomos
(moléculas de DNA associadas a proteínas), os quais são
transmitidos aos descendentes, mantendo a continuidade
genética das gerações. O padrão de uma molécula de DNA
de uma pessoa é único (exceto em casos de gêmeos
idênticos), sendo formado por combinações do pai e da mãe.
O teste de paternidade tem a finalidade de comprovar, por
meio do DNA do filho, o grau de parentesco com o suposto
pai. Como existe um padrão na molécula de DNA, é possível
detectar as sequências de nucleotídeos que se repetem ao
longo das fitas do DNA. Essas sequências são chamadas de
variable number of tandem repeats – VNTR (ou seja,
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números variáveis de repetições de sequências). Como o
DNA é único em cada indivíduo, a confiabilidade do teste é
de 99,9% em relação a uma suposta paternidade. No
entanto, o exame apresenta 100% de confiabilidade quando
o resultado quanto à paternidade é negativo. Como
aprendemos, o corpo humano é formado por milhares de
células, e todas elas têm material genético transmitido entre
gerações. Dessa forma, mesmo com o suposto pai estando
morto, é possível fazer o teste com familiares de primeiro
grau, como irmãos ou avós. Além disso, em casos de mortes
recentes, é possível utilizar amostras de fios de cabelo em
objetos, secreções em lenços, etc. Caso o teste seja solicitado
judicialmente, pode haver a coleta de material do cadáver
exumado.
Assimile
O mapa mental a seguir apresenta uma visão geral das
principais organelas celulares, que são divididas em duas
categorias principais: núcleo e citoplasma. O núcleo é a sede
do material genético e do controle das atividades celulares.
No citoplasma, encontramos uma variedade de organelas
com funções específicas. Os ribossomos são responsáveis
pela síntese de proteínas, enquanto as mitocôndrias são os
centros de produção de energia da célula. O retículo
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endoplasmático desempenha um papel indispensável na
síntese e no transporte intracelular de proteínas e lipídios,
apresentando-se em duas formas distintas: o retículo
endoplasmático rugoso (associado à síntese de proteínas) e
o retículo endoplasmático liso (envolvido na síntese de
lipídios). O complexo de Golgi atua na modificação,
empacotamento e distribuição de proteínas e lipídios. Os
lisossomos ficam encarregados da digestão intracelular e
reciclagem de componentes celulares, enquanto os
peroxissomos estão comprometidos com o metabolismo de
lipídios e a desintoxicação celular. Nas células vegetais,
também encontramos os cloroplastos, responsáveis pela
fotossíntese, e os vacúolos, envolvidos no armazenamento
de substâncias, na regulação osmótica e na manutenção da
estrutura celular. Essas organelas cumprem tarefas cruciais
na manutenção da homeostase e no funcionamento
adequado das células eucarióticas.
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Referências
ALBERTS, B. et al. Fundamentos da biologia celular. 4. ed.
Porto Alegre: Artmed, 2017. Disponível em:
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https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/97885827
14065/. Acesso em: 24 abr. 2024.
DE ROBERTIS, E. M.; HIB, J. Biologia celular e molecular. 16.
ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2017. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-
277-2386-2/. Acesso em: 27 mar. 2024.
JUNQUEIRA, L. C.; CARNEIRO, J. Biologia celular e molecular.
10. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2023.
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https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788582714065/
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788582714065/
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https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-277-2386-2retículo endoplasmático ou no complexo de Golgi,
bem como as proteínas que serão armazenadas no interior
das células (como no caso dos lisossomos) ou as proteínas
armazenadas no interior das células para posterior
exportação (no caso do pâncreas e de algumas glândulas
endócrinas), são sintetizadas por ribossomos ligados ao RER.
Mas a estrutura desses ribossomos é diferente? Não. Todos
os ribossomos são formados por duas subunidades, uma
maior e outra menor. A subunidade menor, ao se ligar a um
mRNA (RNA mensageiro), se torna funcional e pode sintetizar
proteínas.
Conforme os aminoácidos são expostos no ribossomo,
chamados de sequência sinal, as proteínas que são
sintetizadas com destino ao retículo endoplasmático se ligam
a uma partícula reconhecedora do sinal (SRP – signal
recognition particle). A SRP inibe a síntese de proteínas
destinadas ao retículo até o momento em que os ribossomos
se ligarem a um receptor da membrana do RER. Quando
ocorre a ligação, o SRP do polirribossomo é liberado, e a
síntese proteica continua. Com isso, o que definirá se um
ribossomo ficará solto no citosol ou aderido à membrana do
retículo será o tipo de proteína que ele estiver sintetizando e
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o fato de ela possuir ou não uma sequência sinal. As
proteínas que não permanecerão no retículo
endoplasmático rugoso são enviadas até o complexo de
Golgi pelas vesículas de transporte e túbulos, assim como os
fosfolipídios produzidos para outras membranas, também
transportados em vesículas.
A outra região do retículo endoplasmático desprovida de
ribossomos é conhecida como retículo endoplasmático liso
(REL). A membrana do REL é contínua à membrana do RER,
mas as moléculas que a constituem são diferentes. O
retículo endoplasmático liso, na maioria das células,
encontra-se próximo à membrana nuclear. Ele participa da
síntese de lipídios, presente em maior quantidade em células
envolvidas no metabolismo de lipídios, como as células
intersticiais do testículo, tecido muscular, fígado e das
glândulas adrenais. Além disso, participa da síntese de
carboidratos e de hormônios esteroides, do processo de
desintoxicação (no caso de medicamentos, venenos,
substâncias químicas e etanol), reciclagem de organelas
envelhecidas pelo processo de autofagia, da degradação de
glicogênio (produzindo glicose para o metabolismo
energético – função em comum com o RER) e
armazenamento e controle intracelular de íons de cálcio
(Ca2+). O REL é responsável por controlar a concentração de
Ca2+ necessário ao processo de ativação da contração
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muscular nas células musculares, recebendo, nesse caso, o
nome de retículo sarcoplasmático.
Siga em Frente...
Siga em Frente...
Complexo de Golgi
Entendemos que o material que sai do retículo
endoplasmático é transportado em vesículas até o complexo
de Golgi, uma vez que essas duas organelas têm conexão
entre si. Sendo assim, existe um complexo de Golgi (ou
aparelho de Golgi), por célula eucariótica, que é ausente em
hemácias e espermatozoides. Contudo, nos
espermatozoides o complexo de Golgi participa da formação
do acrossomo. O acrossomo é a estrutura que compõe a
cabeça do espermatozoide, constituída de várias vesículas
que contêm enzimas digestivas (lisossomos), cuja função é
perfurar a membrana do óvulo no processo de fecundação.
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Essa organela é composta por vesículas achatadas e
empilhadas, como uma espécie de pilha de pratos/sacos
conhecidos como cisternas do complexo de Golgi. Cada pilha
de cisternas recebe o nome de dictiossomo e geralmente é
encontrada em uma determinada região do citoplasma,
principalmente ao lado do núcleo e perto dos centríolos.
Porém, em alguns tipos celulares, como no caso das células
nervosas, essa organela forma pequenos grupamentos
circundando o núcleo, ou, como nas células vegetais, é
espalhada pelo citoplasma. O tamanho e a quantidade de
cisternas de Golgi dependem do tipo celular. Por exemplo,
glândulas salivares (que secretam enzimas digestivas) e
células do sistema imunológico (que secretam anticorpos)
são células que secretam uma grande quantidade de
proteínas e, consequentemente, têm muitas cisternas do
complexo de Golgi. Em células musculares, tais cisternas são
encontradas em tamanho pequeno. Já em células que
secretam glicoproteínas, podem ser identificadas em
tamanhos maiores.
O complexo de Golgi está envolvido na separação,
empacotamento e distribuição de proteínas e lipídios
advindos do RE por meio das vesículas de transporte, que
também podem ser denominadas vesículas transportadoras.
Essas vesículas são constituídas por uma face cis (ou face de
entrada), mais convexa, geralmente próxima ao núcleo e ao
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RE, considerada como a face receptora, que recebe as
vesículas transportadoras do retículo endoplasmático. A face
oposta é côncava, conhecida como face trans (ou face de
saída), mais distante do núcleo, e está voltada para a
membrana plasmática. Entre essas duas faces são
encontradas as cisternas médias. As proteínas produzidas no
RE e transferidas para o complexo de Golgi se fundem à
membrana da face cis e, após serem modificadas, formadas
e organizadas com o auxílio de enzimas específicas, são
empacotadas e liberadas pela face trans por meio de
vesículas de secreção, após a maturação. Os conteúdos
despejados pelas vesículas podem se fundir à membrana
plasmática, no caso de proteínas úteis para ela, ou serem
secretados para o meio extracelular. Em outras situações, o
conteúdo das vesículas pode ser liberado em outras partes
da célula onde serão utilizados, como nos lisossomos
(digestão intracelular) ou nos vacúolos (enzimas digestivas).
Muitas células do nosso corpo secretam substâncias que, até
que sejam de fato expelidas, passam por todo o processo
descrito anteriormente, como a insulina (hormônio)
secretada pelas células do pâncreas.
Conhecendo essa organela, podemos afirmar que sua
principal função é a distribuição das macromoléculas
(proteínas e lipídios) advindas do retículo endoplasmático
para as vesículas.
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Além de participar da modificação das proteínas e lipídios
com a glicosilação (adição de açúcares) e da síntese de
proteoglicanas (adição de grupamentos sulfato às proteínas),
o complexo de Golgi forma os lisossomos.
As proteínas modificadas pelo complexo de Golgi, quando
liberadas, podem ser incorporadas a um endossomo
(pequenas vesículas), retornar para o retículo
endoplasmático ou, ainda, ser encaminhadas para a
membrana plasmática, onde serão secretadas.
Muitas doenças são causadas em decorrência de alterações
nas organelas, seja por causa de modificações bioquímicas,
como defeitos na síntese de proteínas ou degradação de
moléculas, ou em virtude de alterações morfológicas,
prejudicando a estrutura e, consequentemente, o
funcionamento da célula. Com isso, podemos perceber que,
independentemente do fato de uma organela ser
membranosa ou não, todas elas têm funções bem
específicas e são dependentes umas das outras. Assim,
situações que causem danos a uma organela afetam a célula
por completo.
Vamos Exercitar?
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Vamos Exercitar?
Agora que você já aprendeu mais detalhes a respeito das
organelas que constituem as células, vamos resolver a
situação-problema apresentada no início desta aula. Uma
aluna levantou algumas questões relacionadas à fertilidade
para o professor de Biologia Celular ao relatar a história de
um casal que procurou auxílio médico após 12 meses
tentando engravidar sem sucesso. Depois de uma série de
exames, o espermograma do homem evidenciou
teratospermia, ou seja, alterações na morfologia do
espermatozoide. Mais precisamente, notificou-se a ausência
de acrossomos.
Os espermatozoides são os gametas masculinos,
responsáveis pela reprodução sexualnos animais,
juntamente com os óvulos (gametas femininos). Para
respondermos ao caso descrito, é necessário conhecer a
estrutura do espermatozoide, já que se trata de uma célula
composta por cabeça, peça intermediária e cauda. A cauda,
também conhecida como flagelo, é formada por um par de
centríolos e permite a locomoção do espermatozoide no
órgão reprodutor feminino. Na peça intermediária (ou colo),
há uma grande concentração de mitocôndrias, as quais são
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essenciais na produção de energia (ATP) para a
movimentação dos flagelos. E, por fim, a cabeça é composta
pelo núcleo, que abriga o material genético masculino e está
coberto pelo acrossomo, o qual, por sua vez, é formado por
vesículas contendo muitas enzimas digestivas (lisossomos),
produzidas pelo complexo de Golgi. A partir das suas
enzimas, o acrossomo consegue penetrar na membrana do
óvulo, viabilizando a fecundação. A ausência dessa estrutura
impede a penetração do espermatozoide no óvulo, o que
causa a infertilidade do homem.
Com base nessas informações, conseguimos explicar o
envolvimento de várias organelas citoplasmáticas. É
importante lembrar que cada uma delas precisa
desempenhar o seu respectivo papel para o correto
funcionamento da célula.
Saiba mais
Saiba mais
Visão geral da célula eucarionte animal
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A célula eucarionte animal é uma unidade estrutural
complexa, composta por diversas organelas especializadas,
como núcleo, retículo endoplasmático, complexo de Golgi,
mitocôndrias e lisossomos. Essas organelas desempenham
funções vitais para a célula, incluindo síntese de proteínas,
produção de energia, processamento de nutrientes e
eliminação de resíduos. Para explorar mais detalhes sobre
esse tema, recomendo a leitura do capítulo 1, intitulado
“Introdução: visão panorâmica sobre estrutura, funções e
evolução das células”, do livro Biologia celular e molecular,
cujo link está disponível a seguir.
JUNQUEIRA, L. C.; CARNEIRO, J. Biologia celular e molecular.
10. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2023.
Compartimentalização da célula eucarionte animal
O sistema de endomembranas é uma rede intracelular
organizada e complexa de membranas interconectadas que
desempenha uma variedade de funções essenciais para o
funcionamento da célula eucarionte, como síntese de
proteínas e lipídios, secreção celular, reciclagem de
componentes celulares e manutenção da homeostase
intracelular. Para aprender saber mais sobre o sistema de
endomembranas e a sua importância para o funcionamento
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https://integrada.minhabiblioteca.com.br/reader/books/9788527739344/epubcfi/6/26%5B%3Bvnd.vst.idref%3Dchapter01%5D!/4
da célula eucarionte, acesse a obra Sistema de
endomembranas, publicada pela Khan Academy.
SISTEMA de endomembranas. Biblioteca de Biologia. Khan
Academy, [s. d.].
Referências
Referências
ALBERTS, B. et al. Fundamentos da biologia celular. 4. ed.
Porto Alegre: Artmed, 2017. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/97885827
14065/. Acesso em: 24 abr. 2024.
CARVALHO, H. F.; RECCO-PIMENTEL, S. M. A célula. 4. ed.
Barueri, SP: Manole, 2019.
DE ROBERTIS, E. M.; HIB, J. Biologia celular e molecular. 16.
ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2017. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-
277-2386-2/. Acesso em: 27 mar. 2024.
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https://pt.khanacademy.org/science/biology/structure-of-a-cell/tour-of-organelles/a/the-endomembrane-system
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788582714065/
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788582714065/
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-277-2386-2/
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-277-2386-2/
JUNQUEIRA, L. C.; CARNEIRO, J. Biologia celular e molecular.
10. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2023. Disponível
em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/reader/books/9788
527739344/epubcfi/6/26%5B%3Bvnd.vst.idref%3Dchapter01
%5D!/4. Acesso em 19 abr. 2024.
SISTEMA de endomembranas. Biblioteca de Biologia. Khan
Academy, [s. d.]. Disponível em:
https://pt.khanacademy.org/science/biology/structure-of-a-
cell/tour-of-organelles/a/the-endomembrane-system. Acesso
em 19 abr. 2024.
Aula 2
Organelas
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https://pt.khanacademy.org/science/biology/structure-of-a-cell/tour-of-organelles/a/the-endomembrane-system
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Olá, estudante! Nesta videoaula você será convidado a
explorar o intrigante universo das células eucariontes, que
podem se apresentar em dois tipos: animais ou vegetais.
Você compreenderá quais são as diferenças estruturais
entre elas e como esse conhecimento impacta diversas áreas
da ciência, da medicina e, consequentemente, a sua prática
profissional. Prepare-se para esta jornada de conhecimento!
Vamos lá!
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Ponto de Partida
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Ponto de Partida
Todas as células são compostas por membrana plasmática,
citoplasma e material genético. Este último elemento pode
estar disperso no citoplasma ou protegido dentro de um
núcleo. Para compreender o funcionamento das células,
precisamos conhecer sua composição, funcionalidades e
cada uma de suas estruturas. A membrana plasmática
confere principalmente proteção às estruturas presentes no
interior da célula, permite o controle e a seleção de todas as
substâncias que entram ou saem das células, além de
participar da comunicação celular. A membrana precisa de
ajuda para desempenhar todas essas tarefas. As proteínas
são de extrema importância nesse sentido, pois auxiliam as
células de todo o nosso organismo, cooperando em diversas
funções. Você já se perguntou como elas são formadas?
Dentro das células eucariontes, há um complexo sistema de
endomembranas no citoplasma, o qual é composto por
várias organelas citoplasmáticas, cada qual exercendo uma
determinada função, seja respiração celular,
armazenamento, digestão, quebra de moléculas, transporte
ou até mesmo a síntese de proteínas.
Nesta etapa de aprendizagem, estudaremos as
particularidades das principais organelas e suas respectivas
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funções. Conheceremos, também, a importância dos
ribossomos, presentes tanto em células procariontes como
em células eucariontes, sendo responsáveis pela síntese de
proteínas. Vamos lá?
Como uma ferramenta de auxílio ao processo de
conhecimento, vamos analisar uma situação-problema na
intenção de aproximar os conteúdos teóricos da prática
profissional.
Um professor universitário, durante uma de suas aulas para
alunos da área da saúde, iniciou um debate sobre os tipos de
células eucariontes. Para estimular ainda mais a discussão,
ele decidiu levar seus alunos ao laboratório de Biologia
Celular para que pudessem observar as diferenças
existentes entre as células. Nesse local, o responsável
técnico pelo laboratório comentou que recebeu uma
amostra recém-coletada para análise e pediu que o
professor e os alunos identificassem quais células estavam
presentes na amostra. Para iniciar a análise, eles se
depararam com uma série de questionamentos intrigantes
capazes de direcionar a investigação:Existem organelas membranosas no interior dessas
células?
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Quais organelas podem ser encontradas no caso de uma
célula eucarionte animal?
Será que essas células apresentam parede celular?
E se for uma célula vegetal?
Quais são as informações necessárias para responder a
todos esses questionamentos?
Vamos Começar!
Vamos Começar!
A riqueza da diversidade celular é uma maravilha que nos
permite contemplar a complexidade e a versatilidade da
vida. Dentro desse vasto cenário, as células podem ser
agrupadas em duas categorias primárias: células
procariontes e células eucariontes. As células eucariontes
podem ser animais ou vegetais, apresentando certas
características similares e outras distintas, que as distinguem
em forma e função. Mas quais são as diferenças entre as
células animais e vegetais? Vamos conferir algumas
divergências entre elas:
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Parede celular: as células vegetais possuem uma parede
celular rígida, composta principalmente por celulose,
responsável pela sustentação e proteção da célula. Já nas
células animais, a parede celular é ausente.
Vacúolos: as células vegetais geralmente possuem um
grande vacúolo central, que armazena água, nutrientes e
resíduos, além de fornecer suporte estrutural. Por sua
vez, as células animais podem conter vacúolos menores
ou até mesmo não possuir esses componentes. Quando
presentes, os vacúolos exercem funções mais
específicas, como armazenamento de nutrientes ou
excreção de resíduos.
Cloroplastos: são organelas citoplasmáticas, do grupo
plastídio, que estão presentes somente nas células
vegetais. Contêm um pigmento conhecido como
clorofila, responsável pela fotossíntese, processo pelo
qual as plantas convertem a energia solar em energia
química. Também são encarregados do armazenamento
de amido e da síntese de metabólitos.
Confira na Figura 1, a seguir, a diferença entre as células
animais e vegetais.
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Figura 1 | Célula animal versus célula vegetal. Fonte:
adaptada de Flickr.
Embora as células animais e vegetais compartilhem muitas
características básicas, como o núcleo, as mitocôndrias e o
retículo endoplasmático, as diferenças fundamentais
retratadas na imagem anterior refletem suas adaptações
únicas às exigências de seus respectivos ambientes e
funções no organismo.
Agora que você já verificou as principais diferenças entre as
células animais e vegetais, daremos seguimento ao estudo
das organelas.
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As organelas classificadas como membranosas que não
fazem parte do sistema de endomembranas da célula são as
mitocôndrias, os cloroplastos e os peroxissomos.
Mitocôndrias
As mitocôndrias são organelas presentes somente em
células eucarióticas. Elas têm forma de bastonetes e a sua
principal função está relacionada ao processo de produção
de energia para a célula (respiração celular). Na presença de
oxigênio, sintetizam ATP, além de serem importantes para o
ciclo de Krebs e a cadeia respiratória. Essas organelas estão
presentes em maiores quantidades em células que
requerem um maior gasto energético e, juntas ao REL,
auxiliam na regulação da concentração de íons no
citoplasma celular. As mitocôndrias possuem uma
membrana externa lisa e uma membrana interna altamente
pregueada, formando as cristas mitocondriais. A membrana
interna contém proteínas especializadas envolvidas na
produção de energia, como a ATP sintase. O espaço interno
das mitocôndrias, chamado de matriz mitocondrial, possui
uma variedade de enzimas e outras moléculas necessárias
para a produção de energia e outros processos metabólicos.
Também apresentam seu próprio DNA (DNA mitocondrial) e
ribossomos, fato que permite que a própria mitocôndria
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tenha a capacidade de sintetizar algumas das proteínas
requeridas para seu funcionamento.
A principal função das mitocôndrias é a produção de energia
na forma de trifosfato de adenosina (ATP), pelo do processo
de respiração celular. Durante a respiração celular, os
nutrientes, como glicose e ácidos graxos, são quebrados em
moléculas menores na matriz mitocondrial e, em seguida,
oxidados em uma série de reações químicas que liberam
energia. Essa energia é utilizada para sintetizar ATP, que é a
principal fonte de energia usada pelas células para que
exerçam suas atividades metabólicas e físicas. As
mitocôndrias também atuam no metabolismo de lipídios e
carboidratos, na regulação da sinalização celular e na
apoptose.
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Figura 2 | Estrutura da mitocôndria. Fonte: Wikimedia
Commons.
Peroxissomos
Os peroxissomos são organelas presentes em células
eucariontes, tanto de animais quanto de plantas, que
constituem bolsas membranosas e se assemelham aos
lisossomos. No entanto, não fazem parte do sistema de
endomembranas e são formados por apenas uma
membrana, sem contar com material genético próprio. As
suas enzimas oxidativas permitem aos peroxissomos fazer a
degradação de substâncias, como as gorduras e os
aminoácidos no interior das células, a partir de enzimas
como a catalase, capaz de decompor o peróxido de oxigênio
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(água oxigenada), um elemento muito tóxico para as células.
Os peroxissomos também colaboram na desintoxicação de
moléculas (principalmente na corrente sanguínea). Nas
plantas, desempenham um papel importante no processo de
fotorrespiração e na conversão de açúcares nas sementes,
viabilizando o desenvolvimento das plantas.
Lisossomos
Os lisossomos são vesículas, também delimitadas por
membranas, que contêm enzimas hidrolíticas, ou seja, com
função de digestão. Essas organelas estão presentes em
quase todas as células animais, sendo mais abundantes nas
fagocitárias (macrófagos e leucócitos) e ausentes nas
hemácias. Os lisossomos têm uma variedade de enzimas
com capacidade de digerir substâncias que variam de acordo
com o tipo celular e a função de cada célula. Como
exemplos, podemos citar a protease, lipase, fosfatase,
desoxirribonuclease, entre outras, todas com atividade
máxima em pH 5,0 (ácido). Mas essas enzimas não podem
destruir a célula? As células já pensaram nessa possibilidade
e, como mecanismo de defesa, a membrana dos lisossomos
funciona como uma espécie de barreira, que impede as
enzimas de alcançarem o citosol. Caso isso acidentalmente
ocorra, o pH do citosol será relativamente neutro, impedindo
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a ação destrutiva das enzimas. Para que as enzimas
digestivas não destruam a sua própria membrana, os
lisossomos têm glicoproteínas na face interna, cujo
revestimento de açúcares protege a membrana da ação
enzimática.
As enzimas hidrolíticas são produzidas no retículo
endoplasmático rugoso e transportadas para o complexo de
Golgi, onde sofrem modificações e são empacotadas em
vesículas, conhecidas como lisossomos primários. Esses
lisossomos primários ainda não participam do processo de
digestão intracelular. Como uma de suas funções é a
digestão de substâncias extracelulares introduzidas na célula
por meio da endocitose (fagocitose e pinocitose), quando a
membrana dos lisossomos primários se funde aos
fagossomos ou pinossomos, formando um vacúolo
digestório, também chamado de lisossomo secundário,
inicia-se a digestão intracelular com a ação das enzimas.
Quando a célula não absorve todo o material digerido, o que
resta compõe um corpo residual, o qual será eliminado do
citoplasma posteriormente. Outra função dessas organelas é
realizar o processo de autofagia, ou seja, a digestão de
estruturas da própria célula. Mas quando isso ocorre?
Quando as células têm alguma organela ou estrutura
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danificada, com um componente envelhecido, o qual não
consegueexecutar corretamente a sua função, os
lisossomos fazem a digestão dessa parte da célula em um
processo comum em células glandulares que acumulam
secreções em excesso.
Podemos concluir que os lisossomos são organelas
importantes para a manutenção da homeostase da célula,
compondo o sistema de endomembranas junto ao retículo
endoplasmático, ao complexo de Golgi, às vesículas e aos
vacúolos, à membrana celular e à carioteca.
Siga em Frente...
Siga em Frente...
Ribossomos
Os ribossomos são estruturas ribonucleoproteicas muito
complexas encontradas em todos os tipos celulares – isto é,
em células procariontes (bactérias) e em células eucariontes
–, de forma semelhante, mas com diferenças em sua
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composição. Os ribossomos dos eucariontes são maiores do
que os ribossomos dos procariontes. Além do tamanho dos
ribossomos, outra diferença notável é a composição química
dessas estruturas celulares, as quais são formadas por
proteínas distintas. Essa última característica tem grande
importância para a medicina, já que alguns medicamentos
agem somente em ribossomos de células procariontes, não
afetando os ribossomos de eucariontes, o que viabiliza seu
uso em tratamentos de doenças bacterianas, por exemplo.
Os ribossomos são pequenas estruturas, que medem de 20
a 30 nm, compostas de RNA ribossômico (rRNA), um tipo de
RNA estrutural, e proteínas, responsáveis pela síntese de
proteínas. Na maior parte dos casos, situam-se no citosol,
são ligados a membranas e também podem ser encontrados
nas mitocôndrias e nos cloroplastos (estas duas últimas
estruturas se assemelham aos ribossomos das células
procariontes). Conforme sua localização, os ribossomos são
classificados em livres ou ligados.
Ribossomos livres: encontram-se dispersos no citosol da
célula e produzem proteínas que, na maioria das vezes,
ficarão no próprio citoplasma.
Ribossomos ligados: estão associados às membranas do
núcleo e do retículo endoplasmático, e produzem
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proteínas que atuam no interior de organelas
citoplasmáticas ou que são excretadas da célula.
Os ribossomos são constituídos de duas subunidades de
tamanhos diferentes, ou seja, uma subunidade maior e
outra menor. Nas células eucariontes, o rRNA (ácido
ribonucleico ribossômico) de ambas as subunidades é
sintetizado no nucléolo, enquanto no citoplasma são
sintetizadas as proteínas. As proteínas migram para o núcleo
por meio de poros nucleares e se juntam aos rRNAs, dando
origem às duas subunidades que formam o ribossomo. As
duas subunidades têm características funcionais e
estruturais diferentes, são encontradas separadas entre si,
sendo deslocadas de volta ao citosol, onde exercerão sua
função de síntese de proteínas. As subunidades se unem de
maneira reversível no início da síntese de molécula proteica.
Quando a subunidade menor se liga a uma molécula de RNA
mensageiro (mRNA), forma no citosol um ribossomo
funcional capaz de realizar a sua função. Após a proteína ser
sintetizada, as subunidades voltam a se separar.
Quando os ribossomos não são formados corretamente, as
proteínas consequentemente não são produzidas na célula,
o que acaba acarretando problemas mais graves, como
muitas doenças genéticas humanas desencadeadas pela
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falta de uma determinada proteína em uma célula que
atuaria na formação do ribossomo, ou até mesmo pela má
formação desse ribossomo, que deixa de sintetizar proteínas
importantes para a vida.
Sendo assim, perceba que todas as organelas, tanto as
membranosas como as soltas no citoplasma, possuem
funções relacionadas. Portanto, situações que possam gerar
lesões a uma organela afetarão a célula por completo.
Vamos Exercitar?
Vamos Exercitar?
Agora que você já aprendeu mais detalhes a respeito das
organelas que constituem as células, vamos resolver a
situação-problema apresentada no início desta aula. O
professor de Biologia Celular forneceu aos seus alunos uma
amostra para que pudessem analisar e identificar qual seria
o tipo celular presente. Como podemos diferenciar uma
célula animal de uma célula vegetal?
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É interessante começar a análise pela estrutura. Tanto as
células animais quanto as vegetais possuem membranas
celulares que envolvem e protegem seu conteúdo interno.
Contudo, as células vegetais têm uma estrutura adicional
chamada de parede celular, que fica fora da membrana
celular e confere suporte e proteção extra à célula.
Além da parede celular, as células vegetais contêm
estruturas especializadas conhecidas como cloroplastos,
responsáveis pela fotossíntese, processo pelo qual as
plantas convertem a energia solar em energia química para
alimentação. Os cloroplastos possuem clorofila, o pigmento
verde que dá às plantas sua cor característica, o qual é
essencial para a absorção da luz durante a fotossíntese. As
células animais não têm cloroplastos, pois não realizam
fotossíntese.
Outra diferença importante está nas estruturas de
armazenamento de energia. Nas células vegetais, a principal
forma de armazenamento de energia é o amido, que é
armazenado em grandes quantidades nos plastídios, como
os cloroplastos. Já nas células animais, a principal forma de
armazenamento de energia é o glicogênio, que é
armazenado em pequenas quantidades no citoplasma e no
fígado.
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Quanto ao formato, as células animais tendem a ser mais
redondas ou irregulares, enquanto as células vegetais
geralmente têm formas mais definidas e são
frequentemente retangulares ou hexagonais, por causa da
pressão exercida pela parede celular.
Em termos de função, as células animais são especializadas
em efetuar uma variedade de funções, como transporte de
substâncias, produção de energia, reprodução e resposta a
estímulos ambientais. Já as células vegetais têm a
capacidade única de produzir seu próprio alimento por meio
da fotossíntese, além de fornecer suporte estrutural para as
plantas.
Saiba mais
Saiba mais
A palavra “mitocôndria” é derivada da junção em grego das
palavras “filamento” (mito) e “grânulo” (côndria). Esse termo
descreve a morfologia originalmente observada dessa
organela no século 19 usando microscopia de luz. A
descrição detalhada do formato e da estrutura dessa
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organela, de fato, só pôde ser realizada com o advento da
microscopia eletrônica, por sua capacidade de revelar as
menores constituições intracelulares. Por outro lado, muitas
funções das mitocôndrias puderam ser desvendadas a partir
do desenvolvimento de técnicas para separação dessas
organelas do restante das células na década de 1940. Sabe-
se, atualmente, que essas estruturas não apenas podem
apresentar formatos variados (desde pequenos grânulos até
longos filamentos), mas também exercem funções celulares
muito diferentes e abrangentes, incluindo a metabolização
de todos os principais grupos de nutrientes da dieta e a
constituição da principal fonte de energia química – a
molécula de trifosfato de adenosina (ATP).
Para explorar mais informações sobre esse tema,
recomendo a leitura do capítulo 5, intitulado “Mitocôndrias:
centro do metabolismo energético e participantes em
diversos processos celulares”, do livro Biologia celular e
molecular, cujo link está disponível a seguir.
JUNQUEIRA, L. C.; CARNEIRO, J. Biologia celular e molecular.
10. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2023.
Referências
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Referências
ALBERTS, B. et al. Fundamentos da biologia celular. 4. ed.
Porto Alegre: Artmed, 2017. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/97885827
14065/. Acesso em: 24 abr. 2024.
CARVALHO, H. F.; RECCO-PIMENTEL,S. M. A célula. 4. ed.
Barueri, SP: Manole, 2019.
DE ROBERTIS, E. M.; HIB, J. Biologia celular e molecular. 16.
ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2017. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-
277-2386-2/. Acesso em: 27 mar. 2024.
JUNQUEIRA, L. C.; CARNEIRO, J. Biologia celular e molecular.
10. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2023.
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Núcleo celular
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Núcleo celular
Olá, estudante! Nesta videoaula você será convidado a
desvendar os fascinantes mistérios do núcleo celular,
conhecendo sua composição, funcionamento e importância.
Este conteúdo fornecerá insumos valiosos para a sua prática
profissional, pois proporcionará conhecimentos
indispensáveis sobre a base da regulação genética, um tema
fundamental em diversas áreas da biologia e da saúde.
Prepare-se para esta jornada de conhecimento! Vamos lá!
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Ponto de Partida
Ponto de Partida
As células eucariontes são complexas, sendo formadas por
um sistema de endomembranas, organelas organizadas e
núcleo celular. O núcleo geralmente acompanha o formato
da célula e, na maioria das vezes, ocupa a região central. Por
exemplo, em células esféricas, o núcleo tende a ser esférico,
enquanto em células alongadas, como nas células
musculares, o núcleo assume o formato alongado.
O núcleo é a central de informações celulares. Essa estrutura
foi exemplificada inicialmente por Franz Bauer no ano de
1802. Depois, em 1831, foi descrita com mais detalhes pelo
botânico Robert Brown. O núcleo possui o material genético
do organismo e conta com proteínas cuja função é regular a
expressão gênica por meio dos processos de transcrição e
processamento de RNA mensageiro. Outro ponto a ser
destacado referente ao núcleo são os nucléolos envolvidos
na produção de ribossomos. Nesta etapa de aprendizagem,
estudaremos as particularidades do núcleo celular, como sua
estrutura, função e composição.
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Como uma ferramenta de auxílio ao processo de
conhecimento, vamos analisar uma situação-problema na
intenção de aproximar os conteúdos teóricos da prática
profissional.
Um professor universitário, durante uma de suas aulas para
alunos da área da saúde, iniciou um debate sobre as
características das células eucariontes. Para estimular ainda
mais a discussão, ele decidiu levar seus alunos ao
laboratório de Biologia Celular para que pudessem examinar
essas estruturas no microscópio óptico. Nesse local, o
responsável técnico pelo laboratório comentou que recebeu
uma amostra recém-coletada para análise e pediu que o
professor e os alunos a averiguassem. Ao observar as células
das amostras recebidas, notou-se algo fora do comum: os
núcleos variavam em tamanho, forma e distribuição de
estruturas internas. Espantados com suas constatações, os
alunos perguntaram ao professor se alterações nos núcleos,
como as encontradas naquele momento, poderiam indicar a
presença de uma doença. Aproveitando-se dessa dúvida, o
professor conversou com os discentes sobre uma doença
conhecida como progeria, uma condição que afeta
diretamente o núcleo da célula. Para enriquecer ainda mais
o debate, foram propostos outros questionamentos:
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Quais são os principais componentes do núcleo celular e
suas respectivas funções?
Como as alterações na estrutura do núcleo, como
variações de tamanho e forma, podem estar
relacionadas a doenças específicas?
Como esses componentes interagem para garantir o
funcionamento adequado da célula?
O que é a progeria? Ela está de fato relacionada com
alterações nucleares?
Quais são as informações necessárias para responder a
essas perguntas?
Vamos Começar!
Vamos Começar!
O que define uma célula como eucarionte é a presença de
uma membrana nuclear envolvendo o material genético das
células, conhecida como núcleo. O núcleo é uma estrutura
fundamental que possui uma variedade de funções vitais
para garantir a sobrevivência e o funcionamento eficiente da
célula. Dentre as funções exercidas pelo núcleo, podemos
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citar: armazenamento e proteção do material genético
contra danos químicos e físicos; regulação da expressão
gênica na replicação e transmissão do material genético,
controlando quais genes estão ativos ou inativos em uma
célula em um determinado momento, a fim de regular a
síntese de proteínas; coordenação dos processos celulares
indispensáveis, como síntese e montagem de ribossomos, e
o ciclo celular. Todas essas funções contribuem para a
sobrevivência e adaptação das células a diversos ambientes.
O núcleo é cercado pelo envelope nuclear, também
chamado de carioteca. Esse envelope consiste em duas
membranas nucleares concêntricas, compostas por duas
camadas lipídicas – uma interna e outra externa. Tais
membranas separam o conteúdo nuclear do citoplasma ao
redor. A membrana nuclear externa, voltada para o
citoplasma, é contínua com a membrana do retículo
endoplasmático rugoso (RER), e essa continuidade permite
que proteínas e lipídios, sintetizados no RER, sejam
compartilhados entre as duas estruturas. É comum observar
ribossomos ligados à membrana nuclear externa. Já a
membrana nuclear interna, voltada para o interior do
núcleo, está em contato direto com a cromatina e os
componentes nucleares.
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A membrana nuclear interna está associada à lâmina
nuclear, uma camada fibrosa formada por filamentos
intermediários que dão forma e sustentação mecânica ao
envelope nuclear. A lâmina nuclear também cumpre um
papel importante na organização da cromatina e na
expressão gênica. O envelope nuclear é atravessado por
vários poros nucleares, chamados de complexo do poro.
Esses complexos formam canais que viabilizam a
comunicação entre o núcleo e o citoplasma, controlando o
transporte de moléculas, como RNA e proteínas, para dentro
e para fora do núcleo. 
Figura 1 | Estrutura do núcleo celular. Fonte: adaptada de
Wikimedia Commons.
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No núcleo celular, o DNA está arranjado em cromossomos,
as unidades fundamentais de armazenamento da
informação genética. Cada cromossomo é constituído por
uma extensa molécula de DNA ligada a proteínas histonas e
não histonas. As proteínas histonas ajudam a compactar e
enrolar a molécula de DNA, permitindo que ela se ajuste
dentro do espaço do núcleo. As proteínas não histonas
atuam em diversas funções essenciais, como na
estruturação, organização e regulação das atividades
nucleares. O conjunto formado pelo DNA e proteínas que
compõem os cromossomos é chamado cromatina. A
cromatina pode apresentar diferentes graus de
compactação, variando de uma forma menos condensada,
durante os períodos de atividade celular, denominada
eucromatina, a uma forma mais condensada, observada
durante a divisão celular, conhecida como heterocromatina.
A cromatina é altamente dinâmica, e os diferentes graus de
condensação afetam a acessibilidade dos genes e,
consequentemente, a expressão gênica.
Ao longo dos períodos de atividade celular, a cromatina pode
se desenrolar para viabilizar a transcrição dos genes. Já
durante a divisão celular, ela se condensa em cromossomos
mais compactados para garantir a segregação adequada do
DNA. A cromatina desenrolada, quando observada em
microscopia eletrônica, lembra um colar de contas. Cada
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“conta” é um nucleossomo, que corresponde à unidade
estrutural básica da cromatina. O nucleossomo consiste em
uma porção de DNA enrolado ao redor de um núcleo de
proteínas formado por oito histonas, isto é, duas moléculas
de cada um dos quatro tipos principais de histonas (H2A,
H2B, H3 e H4). Essa estrutura está distribuída ao longo da
cadeia de DNA em intervalos relativamente regulares,
formando o colar de contas. O DNA presente entre dois
nucleossomos é chamado DNA linker, ou DNA de conexão.
Durante a divisão celular, os cromossomos se condensam
ainda mais e consistem em duas cromátides-irmãs idênticas,
que são cópias exatas do mesmo DNA. As cromátides-irmãs
são unidas por uma região chamada centrômero. Os
humanos apresentam 23 pares de cromossomos, sendo 22
pares somáticos e 1 par de cromossomos sexuais. Cada
cromossomo de um par é nomeado cromossomo homólogo,
um herdado do pai e o outro, da mãe. O único par não
homólogo é o par de cromossomos sexuais.
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Figura 2 | Níveis de organização da cromatina. Fonte:
Wikimedia Commons.
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Dentro do núcleo, encontramos o nucléolo, responsável pela
síntese de ribossomos. Nele, os genes ribossomais são
transcritos, processados, e os ribossomos são montados. O
nucléolo não possui uma membrana que o delimite, sendo
composto por regiões especializadas de cromatina, RNA e
proteínas. É geralmente composto por três regiões distintas:
o centro fibrilar (local onde ocorre a transcrição do RNA
ribossômico – RNAr), a região fibrilar periférica (responsável
pelo processamento dos RNAr) e a região granular (local de
montagem dos ribossomos). O nucléolo é uma estrutura
dinâmica cujo tamanho e forma podem variar de acordo
com o estado funcional da célula. Normalmente, quanto
maior a demanda da atividade celular, maior será o nucléolo.
Isso é especialmente evidente em células envolvidas em
processos intensivos de síntese de proteínas, como células
glandulares e neurônios, além de células tumorais, as quais
muitas vezes apresentam um aumento significativo no
tamanho do nucléolo por causa da alta atividade metabólica
e da rápida divisão celular. Por outro lado, células com
funções menos intensas, como as células endoteliais e as da
glia, tendem a ter nucléolos menores. Essa variação no
tamanho e forma do nucléolo reflete a adaptação das células
às suas necessidades funcionais específicas, o que pode ser
um indicador útil da atividade metabólica e do estado
funcional da célula. Embora a principal função do nucléolo
seja coordenar a síntese de ribossomos, ele também
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participa da regulação do ciclo celular. Durante certas fases
do ciclo celular, como a interfase, o nucléolo pode se
expandir e se contrair em resposta às demandas da célula
por síntese de proteínas.
Agora que você está familiarizado com as características
essenciais do núcleo, seus componentes e organização, e já
reconhece a importância vital dessa estrutura para o
funcionamento e a sobrevivência celular, será possível
compreender a relevância do domínio desse tema para uma
atuação profissional eficaz.
Vamos Exercitar?
Vamos Exercitar?
Agora que você já aprendeu mais detalhes a respeito da
membrana nuclear presente nas células eucariontes, vamos
resolver a situação-problema apresentada no início desta
aula. O professor de Biologia Celular forneceu aos seus
alunos uma amostra para que pudessem analisá-la. Ao
observar as células das amostras, os alunos notaram algo
fora do comum: os núcleos variavam em tamanho, forma e
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distribuição de estruturas internas. A partir dessa
constatação, os seguintes questionamentos foram
levantados para debate:
Quais são os principais componentes do núcleo celular e
suas respectivas funções?
Como as alterações na estrutura do núcleo, como
variações de tamanho e forma, podem estar
relacionadas a doenças específicas?
Como esses componentes interagem para garantir o
funcionamento adequado da célula?
O que é a progeria? Ela está de fato relacionada com
alterações nucleares?
Agora você já é capaz de responder a essas dúvidas. Vamos
lá?
Primeiro, você deve lembrar que o núcleo desempenha
várias funções essenciais para a célula eucariótica, como:
armazenar e proteger o material genético da célula (DNA);
regular a expressão gênica, controlando quais genes são
ativados ou desativados; coordenar a reprodução celular,
garantindo a divisão correta do DNA durante a divisão
celular; participar da síntese de ribossomos, que são
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essenciais para a produção de proteínas; e controlar o ciclo
celular, isto é, os diferentes estágios da vida da célula.
Os principais componentes do núcleo celular incluem a
membrana nuclear, a cromatina, os nucléolos e as proteínas
nucleares. A membrana nuclear separa o núcleo do
citoplasma, enquanto a cromatina é composta por DNA e
proteínas histonas, sendo responsável pelo armazenamento
e regulação da informação genética. Os nucléolos são os
locais de síntese do RNA ribossômico e montagem do
ribossomo. Por sua vez, as proteínas nucleares exercem
diversos papéis, como regulação da expressão gênica e
manutenção da estrutura do núcleo. Esses componentes
interagem de maneira coordenada para assegurar a
replicação do DNA, a transcrição e a tradução gênica, além
de manter a integridade do material genético. Também é
importante relembrar que as alterações na estrutura do
núcleo, como variações de tamanho e forma, podem estar
relacionadas a uma variedade de doenças, incluindo câncer,
distrofias musculares e doenças genéticas, como a progeria.
Essas alterações muitas vezes resultam de mutações
genéticas ou de desregulação de processos celulares, como a
replicação do DNA, a transcrição gênica e a organização da
cromatina.
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A progeria, também conhecida como síndrome de
Hutchinson-Gilford, é uma doença genética rara e
progressiva que se manifesta em uma idade muito precoce,
geralmente durante os primeiros dois anos de vida. Embora
os sintomas da progeria sejam semelhantes aos do
envelhecimento normal, como perda de cabelo, rigidez
articular, problemas cardiovasculares e pele enrugada, eles
se manifestam em uma idade muito mais prematura do que
o normal. Na progeria ocorrem alterações no núcleo celular
bastante significativas, como o enrugamento nuclear, uma
mutação no gene que codifica uma proteína chamada
proteína lâmina A, a qual compromete várias funções
nucleares, incluindo a replicação do DNA, a transcrição
gênica e a reparação do DNA. Isso pode levar a uma série de
problemas, como danos ao DNA, instabilidade genômica e
envelhecimento celular acelerado. Além disso, ocorrem
defeitos na cromatina e distúrbios da expressão gênica.
Essas alterações no núcleo celular contribuem para o
surgimento dos sintomas característicos da progeria.
Saiba mais
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O núcleo é uma das organelas mais essenciais e
fundamentais para as células eucarióticas, pois desempenha
um papel central em praticamente todas as funções
celulares. Como a maior e mais importante estrutura
intracelular, o núcleo abriga o material genético da célula, o
DNA, que contém as instruções necessárias para a síntese de
proteínas e a regulação de processos vitais. Além disso, o
núcleo é responsável por coordenar a expressão gênica,
controlar a divisão celular e regular a replicação do DNA,
garantindo a integridade genômica e a transmissão
adequada de informações genéticas para as células-filhas.
Logo, o núcleo exerce uma função crucial na manutenção da
homeostase celular e na sobrevivência dos organismos
eucarióticos.
Para explorar mais informações sobre esse tema,
recomendo aleitura do capítulo 9, intitulado “Núcleo e
replicação celular”, do livro Biologia celular e molecular, cujo
link está disponível a seguir.
JUNQUEIRA, L. C.; CARNEIRO, J. Biologia celular e molecular.
10. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2023.
Referências
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https://integrada.minhabiblioteca.com.br/reader/books/9788527739344/epubcfi/6/42%5B%3Bvnd.vst.idref%3Dchapter09%5D!/4
Referências
ALBERTS, B. et al. Fundamentos da biologia celular. 4. ed.
Porto Alegre: Artmed, 2017. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/97885827
14065/. Acesso em: 24 abr. 2024.
CARVALHO, H. F.; RECCO-PIMENTEL, S. M. A célula. 4. ed.
Barueri, SP: Manole, 2019.
DE ROBERTIS, E. M.; HIB, J. Biologia celular e molecular. 16.
ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2017. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-
277-2386-2/. Acesso em: 27 mar. 2024.
JUNQUEIRA, L. C.; CARNEIRO, J. Biologia celular e molecular.
10. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2023.
Aula 4
Ácidos nucleicos
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https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788582714065/
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https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-277-2386-2/
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Ácidos nucleicos
Olá, estudante! Nesta videoaula você será convidado a
desvendar os fascinantes mistérios dos ácidos nucleicos: o
DNA e o RNA, conhecendo a composição, estrutura e função
dessas moléculas que são vitais para a vida celular. Este
conteúdo apresentará os conhecimentos básicos para o
estudo da genética, que serão essenciais para o
entendimento dos próximos assuntos a serem investigados.
Não perca esta oportunidade de expandir sua
aprendizagem. Vamos lá!
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Ponto de Partida
Ponto de Partida
O corpo humano é composto por trilhões de células, cada
uma desempenhando uma função específica. Elas trabalham
em conjunto para o funcionamento do corpo. As células do
nosso organismo possuem um conjunto de organelas e
estruturas que são capazes de cuidar da proteção, da
nutrição, da produção de energia e da reprodução do nosso
corpo, as quais são consideradas como as unidades
fundamentais da vida. Todos os seres vivos são formados
por células, e todas as células, sejam elas procariontes ou
eucariontes, têm material genético.
Você já parou para pensar que durante a divisão celular e a
reprodução dos seres vivos ocorre a troca de materiais
genéticos? E que cada célula do corpo humano é composta
por cerca de 25 mil genes? Os genes são entendidos como a
unidade fundamental da hereditariedade. Mas o isso
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https://content.cogna.com.br/content/dam/cogna/cms2/cc54a05f-8811-4abf-af4d-d6a898e076be/8811/2158c1ce-aafc-5207-9fd1-1292b87432fb.pdf
significa? O que é um gene? Qual é a diferença entre o
cromossomo e o DNA? Não são todos materiais genéticos?
Nesta etapa de aprendizagem, estudaremos os conceitos de
gene, a estrutura do cromossomo e do DNA, além de
identificarmos as diferenças entre as moléculas de DNA e
RNA. Por fim, vamos verificar como está organizado o
material genético nas células.
Como uma ferramenta de auxílio ao processo de
conhecimento, vamos analisar uma situação-problema na
intenção de aproximar os conteúdos teóricos da prática
profissional.
Você continuará acompanhando a rotina de um professor
universitário e de seus alunos da área da saúde no decorrer
de uma aula de Biologia Celular. Durante as atividades no
laboratório, o professor propõe uma tarefa desafiadora a
seus alunos: analisar amostras celulares de pacientes com
diferentes tipos de câncer. Ao examinar as células sob o
microscópio, os alunos observam variações significativas na
morfologia e no comportamento celular entre as amostras
de pacientes. Essas diferenças despertam curiosidade e os
levam a questionar não apenas as características visíveis das
células, mas também os processos moleculares subjacentes
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que podem estar contribuindo para essas variações, como
possíveis mutações no DNA que afetam a estrutura e a
função celular. No meio do debate, o professor ressalta a
importância do DNA na determinação das características
celulares e no desenvolvimento de doenças como o câncer.
Ele explica sobre a estrutura do DNA, destacando como as
mutações nesse material genético podem influenciar
diretamente as características das células e desencadear o
desenvolvimento de diferentes tipos de câncer. Além disso, o
professor aproveita para comentar que essa compreensão
mais aprofundada da estrutura e função do DNA ajudará os
estudantes na realização e discussão de suas análises,
fornecendo um contexto molecular para suas observações.
No entanto, os discentes precisam intensificar os estudos
sobre o assunto em questão, buscando respostas para os
seguintes questionamentos:
Como o DNA é estruturado dentro da célula e qual é sua
função?
Qual é a relação entre o DNA e o RNA?
Como o RNA contribui para as funções celulares?
Como você responderia a todas essas perguntas?
Vamos Começar!
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Vamos Começar!
Afinal, o que é um gene? Um gene é um segmento do DNA
(ácido desoxirribonucleico) que contém a informação
necessária para a produção de uma proteína específica
(código), a qual, por sua vez, poderá ser utilizada em um ou
mais tipos de células. Então, os genes são os responsáveis
por comportar as informações do DNA e fazer a produção de
síntese de moléculas de RNA. As moléculas de mRNA são
direcionadas para o citosol da célula e lá se ligam aos
ribossomos para promover a síntese de proteínas. Mas não
são todos os genes que codificam proteínas (polipeptídios ou
cadeias de aminoácidos); alguns fornecem informações para
a construção de moléculas de RNA, como os RNA
transportadores (tRNA) e RNA ribossômico (rRNA).
Assim como a célula é a unidade fundamental da vida, o
gene é considerado a unidade fundamental da
hereditariedade. Um organismo pluricelular é constituído de
muitos genes, e todas as suas células têm os genes iguais, o
que as diferencia é o fato de que os genes podem ser
ativados ou desativados e, em alguns casos, permanecem
ativados o tempo todo por serem cruciais para realizar as
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atividades da célula. Os genes estão localizados dentro dos
cromossomos, em um lugar chamado locus gênico.
É importante saber que os genes nem sempre são iguais
quando determinam uma mesma característica, e as formas
alternativas que surgem são conhecidas como alelos. Desse
modo, os alelos podem estipular a mesma característica em
um indivíduo de maneiras diferentes, já que um gene pode
ter alelos distintos decorrentes de modificações ou
pequenas mutações ocorridas em algumas partes do DNA. A
constituição genética de um indivíduo, formada por um
conjunto de genes que não podem ser modificados
naturalmente, é denominada genótipo, enquanto as
características mensuráveis e visíveis, que podem ser
modificadas, são denominadas fenótipo.
O genótipo de um indivíduo representa a combinação de
dois alelos, um proveniente do pai e outro proveniente da
mãe (exemplos: Vv, vv, VV). Já o fenótipo é a expressão desse
genótipo, determinado pelo gene e pela influência do meio
ambiente (por exemplo: cor dos olhos, cor da pele, cor do
cabelo).
Em um cromossomo, estão presentes milhares de genes
diferentes, os quais definem diversas características e a
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frequência com que elas aparecem. Mas como está
organizado esse material genético nos organismos? O
conjunto de genes de um ser vivo é caracterizado pela
sequência completa da molécula de DNA, denominadagenoma. O estudo do genoma não apenas permite conhecer
a anatomia molecular de um indivíduo e sua espécie, como
também viabiliza o estudo e diagnóstico de doenças,
síndromes, criação de medicamentos, técnicas de terapia
gênica, testes genéticos e a compreensão do processo
evolutivo, fornecendo diversas respostas ao campo da
ciência.
O genoma está localizado em maior quantidade nos núcleos
das células dos organismos eucariontes, mas também
aparece nas mitocôndrias e cloroplastos das células vegetais.
O DNA tem formato linear e se manifesta em grande número
nos organismos eucariontes, onde também são encontradas
proteínas histonas, as quais são importantes para a
regulação dos genes. Nos procariontes, a molécula do DNA é
única e circular. Além disso, graças à ausência de núcleo, o
DNA está disperso no citoplasma.
Ácidos nucleicos: DNA e RNA
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Os ácidos nucleicos, como o DNA (ácido desoxirribonucleico)
e o RNA (ácido ribonucleico), são essenciais para as células,
pois armazenam as informações genéticas de um indivíduo,
influenciando diretamente o funcionamento do organismo
inteiro. Essas moléculas são os guardiões e os mensageiros
da informação genética, sendo indispensáveis para a vida e a
preservação da diversidade biológica.
A estrutura geral dos ácidos nucleicos (DNA e RNA) consiste
em unidades básicas chamadas de nucleotídeos. Cada
nucleotídeo é formado por três componentes principais:
uma base nitrogenada, um açúcar (pentose) e um grupo
fosfato. No DNA, o açúcar presente na estrutura é a
desoxirribose, enquanto no RNA é a ribose. O açúcar está
ligado à base nitrogenada e ao grupo fosfato, formando uma
estrutura em anel. As bases nitrogenadas são moléculas
heterocíclicas constituídas de anéis compostos de átomos de
carbono e de nitrogênio. Existem dois tipos de bases
nitrogenadas: as purinas e as pirimidinas. As pirimidinas são
citosina (C), timina (T) e uracila (U). Já as purinas são adenina
(A) e guanina (G). Essas bases estão presentes nas moléculas
dos ácidos nucleicos, com exceção da timina, encontrada
somente no DNA, e da uracila, presente apenas no RNA. A
estrutura de uma molécula de DNA ou RNA é uma cadeia
linear de nucleotídeos unidos por meio de ligações
fosfodiéster entre o grupo fosfato de um nucleotídeo e o
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grupo hidroxila do açúcar do próximo nucleotídeo na
sequência. Essas ligações fosfodiéster criam uma estrutura
de polímero linear onde há uma direção definida. Em uma
extremidade da molécula (a extremidade 5'), existe um
grupo fosfato livre ligado ao carbono 5' do açúcar, enquanto
na outra extremidade (a extremidade 3') há um grupo
hidroxila livre no carbono 3' do açúcar. Essa disposição dos
grupos funcionais confere uma polaridade à molécula, com
uma extremidade 5' e uma extremidade 3'. Por convenção, o
sentido 5' para 3' (5' - 3') é utilizado para descrever a
sequência de bases no DNA ou RNA. Esse sentido refere-se à
direção em que os nucleotídeos são adicionados à cadeia
durante a síntese ou replicação. O sentido 5' - 3' indica que a
extremidade 5' de um nucleotídeo se liga ao grupo fosfato
livre do nucleotídeo adjacente na extremidade 3'. A ligação
da base nitrogenada ao açúcar na estrutura dos ácidos
nucleicos ocorre por ligações glicosídicas. Essa união entre
base nitrogenada e açúcar forma uma estrutura denominada
nucleosídeo.
A estrutura do DNA constitui uma dupla hélice, composta
por duas cadeias polinucleotídicas enroladas em torno uma
da outra. Cada cadeia é constituída por uma sequência de
nucleotídeos. Como mencionado anteriormente, na cadeia
ou fita de DNA podem estar presentes quatro bases
nitrogenadas (A, T, C e G). Essas bases são responsáveis pela
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codificação da informação genética. As bases se emparelham
de maneira específica entre as duas cadeias de DNA
(adenina com timina e citosina com guanina). E a ligação
entre as bases nitrogenadas de cadeias opostas, ou seja, de
diferentes fitas, é dada por ligações de hidrogênio ou pontes
de hidrogênio, que mantêm as duas cadeias juntas,
formando a estrutura de dupla hélice. A timina de uma
cadeia se emparelha especificamente com a adenina de
outra cadeia por meio de duas ligações de hidrogênio. A
citosina de uma cadeia se emparelha especificamente com a
guanina de outra cadeia por meio de três ligações de
hidrogênio.
Figura 1 | Estrutura do DNA. Fonte: adaptada de Wikimedia
Commons.
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Na dupla hélice do DNA, uma das cadeias de nucleotídeos
está orientada na direção 5' para 3', enquanto a outra está
orientada na direção oposta, 3' para 5'. Isso significa que os
grupos fosfato em uma extremidade da molécula estão
alinhados com os grupos hidroxila na outra extremidade.
Essa orientação antiparalela é importante porque permite
que as bases nitrogenadas de uma cadeia formem pares
complementares com as bases da outra cadeia. A adenina
sempre se emparelha com a timina (ou uracila, no RNA), e a
citosina sempre se emparelha com a guanina. Esses
emparelhamentos específicos de bases são viáveis por causa
das características estruturais das bases e, além de garantir
a estabilidade da dupla hélice do DNA, também facilitam a
replicação e a transmissão da informação genética. Assim,
uma consequência do pareamento específico das bases é o
fato de que cada dupla hélice de DNA contém uma
sequência de nucleotídeos que é exatamente complementar
à sequência nucleotídica da fita antiparalela. Isso significa
que, ao conhecer a sequência de nucleotídeos em uma das
fitas da dupla hélice, automaticamente se sabe a sequência
da fita antiparalela, pois as bases nitrogenadas se
emparelham de maneira específica e complementar.
A quantidade de uma determinada base nitrogenada em
uma das fitas será a mesma quantidade da sua base
complementar na fita antiparalela. Por exemplo, se uma fita
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de DNA possui a sequência de bases “ATGC”, sua fita
complementar antiparalela será “TACG”. Para cada adenina
(A) na fita, haverá uma timina (T) na fita antiparalela, e vice-
versa. Semelhantemente, para cada citosina (C) na fita,
haverá uma guanina (G) na fita antiparalela, e vice-versa.
Uma das funções do DNA é o armazenamento da
informação genética, uma vez que contém instruções
genéticas que determinam as características hereditárias dos
organismos. Essas informações são codificadas em
sequências de bases nitrogenadas ao longo das cadeias de
DNA. Nas células eucarióticas, a maior parte da informação
genética está armazenada no núcleo celular. Entretanto,
além do DNA nuclear, também existe DNA nas mitocôndrias
e nos cloroplastos de células vegetais e algas. O DNA
também participa dos seguintes processos:
Replicação.
Controle da expressão gênica: o DNA contém os genes
que codificam proteínas e outras moléculas funcionais.
Durante a expressão gênica, as informações contidas no
DNA são transcritas para o RNA mensageiro (mRNA), o
qual, por sua vez, é traduzido em proteínas.
Mutação e variação genética: as alterações na sequência
de bases do DNA, chamadas de mutações, são a fonte
Disciplina
INTRODUÇÃO À BIOLOGIA
CELULAR E DO
DESENVOLVIMENTO
primária de variabilidade genética dentro de uma
população. Essas variações podem ser cruciais para a
evolução e adaptação dos organismos às mudanças
ambientais.
Siga em Frente...
Siga em Frente...
O RNA é uma molécula de cadeia simples que se assemelha
ao DNA em muitos aspectos, mas possui algumas diferenças
estruturais importantes. Para começar, embora a estrutura
básica seja a cadeia de nucleotídeos, no RNA o açúcar
presente na estrutura do nucleotídeo é a ribose. No RNA, as
bases nitrogenadas encontradas são adenina (A), citosina (C),
guanina (G) e uracila (U). Ao contrário do DNA, onde a timina
(T) está presente, o RNA possui uracila, que se emparelha
especificamente com a adenina durante