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2014 CEUNSP Apostila Citologia Profª. Drª. Rosemeire Bueno Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno Introdução CARACTERÍSTICAS DOS SERES VIVOS A Biologia (palavra de origem grega; bios = vida, e logia = estudo) é uma ciência que estuda os seres vivos, em todos os seus aspectos tais como anatômico, funcional, genético, ambiental, comportamental, evolutivo, geográfico ou taxonômico. Mas quem são esses seres vivos? Figura 1. Seres vivos. Fonte das imagens: 1. http://florabrasilienses.blogspot.com.br/2009/05/o-reino- fungi.html; 2. Laurence, 2000a; 3. Avancini e Favaretto, 1997; 4. http://jornaldehoje.com.br/semana-bebe-debatera-acoes-para-primeira-infancia/ ; 5. http://www.papeldeparede.etc.br/fotos/papel-de-parede_peixe-no-mar/ Os seres vivos são as plantas, os animais, os micro-organismos e outros que apresentam vida. Mas como caracterizar a vida? Os seres vivos possuem características peculiares que não são encontradas nos seres não vivos, como as rochas, denominadas como seres brutos. 1 2 3 2 4 5 Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno Quais são as características presentes nos seres vivos que definem a vida? Presença de material genético (Ácidos Nucleicos). Podemos dizer que ser vivo é aquele que possui ácido nucleico (DNA ou RNA). Essa é a única característica encontrada em todos os seres vivos e exclusivamente neles. Figura 2. Molécula de DNA e sua importância na hereditariedade. (César; Sezar, 1997). Composição Química Complexa. Todas as células dos seres vivos são formadas por compostos orgânicos e inorgânicos. Compostos orgânicos apresentam o elemento químico carbono. EX.: proteínas, carboidratos, lipídios, vitaminas e ácidos nucleicos. Compostos inorgânicos. Ex. água e sais minerais. Figura 3. Organização celular e composição química da célula. Fonte da imagem: http://www.antoniosergio.pt/bibliot eca/diversidade_biosfera.htm 2 Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno Organização Celular. Todos os seres vivos são constituídos por células, exceto os vírus. Uma célula para ser assim denominada deve apresentar quatro componentes básicos tais como: membrana plasmática, citoplasma, material genético e ribossomos. Quando a célula apresenta o material genético disperso no citoplasma (o nucleoide) é denominada procariótica (Ex.: bactérias e cianobactérias). E quando esse material genético é delimitado pelo envoltório ou membrana nuclear (a carioteca) trata-se de uma célula eucariótica (plantas, animais, protozoários, leveduras, fungos filamentosos). Esses seres vivos também são classificados de acordo com o número de células em acelulares, unicelulares e multicelulares. Classificação dos seres vivos quanto ao número de células: - Acelulares: ausência de estrutura celular. Ex.: vírus. - Unicelulares: presença de uma única célula. Ex.: Moneras (bactérias e cianobactérias), Protistas (protozoários e algas) e alguns fungos (leveduras) - Pluricelulares ou Multicelulares: presença de muitas células. Ex.: animais, plantas e fungos filamentosos. No núcleo celular ficam os cromossomos onde está o DNA com os genes responsáveis pela transmissão das características hereditárias. Ciclo Vital e Reprodução. Todo ser vivo nasce, cresce, reproduz-se e morre. Embora alguns organismos individuais não completem todo o ciclo, ele acontece na espécie em geral. A reprodução permite os seres vivos produzirem outros seres vivos semelhantes a si mesmos, dessa forma as espécies se mantêm através dos tempos. Tipos de reprodução: - Reprodução assexuada ou agâmica: um organismo se divide em duas ou mais partes que formarão novos organismos. É comum nos seres unicelulares. - Reprodução sexuada ou gâmica: Ocorre a união do gameta masculino ao gameta feminino, resultando a formação de um novo organismo. É comum nos seres pluricelulares. Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno A B Figura 4. Tipos de Reprodução dos seres vivos: A. Reprodução Sexuada. B. Reprodução Assexuada. Fonte das imagens: 1. http://bionews- gracindamarisa.blogspot.com.br/p/reproducao-evolucao-e-classificacao-dos.html; 2. http://pt.dreamstime.com/fotografia-de-stock-royalty-free-fam%C3%ADlia-dos-patos- image860047; 3. http://amigonerd.net/exatas/ engenharia/leveduras) Mutação É a alteração de uma ou mais características dos seres vivos, ocasionada por alterações em um ou mais genes ou cromossomos. Se essa alteração ocorrer nas células que vão formar os gametas, ela será transmitida aos descendentes. As mutações explicam, em parte, o aparecimento, ao longo do tempo, de muitas espécies novas a partir de outras já existentes; no processo denominado evolução das espécies. Metabolismo É o conjunto de reações químicas que ocorrem a todo instante em todos os seres vivos, responsáveis pela transformação e utilização da matéria e energia. Há dois tipos de metabolismos: - Anabolismo: moléculas simples se transformam em moléculas complexas. Formação de matéria viva (Metabolismo de produção, via de biossíntese). Os alimentos ao serem ingeridos são quebrados em moléculas menores no tubo digestório e são absorvidas para formar um novo produto. - Catabolismo: moléculas complexas podem ser rompidas, formando moléculas mais simples, com a produção de energia. (Via de degradação com a liberação de Energia). Os seres vivos estão em constante atividade e isso os obriga a um consumo permanente de energia. Para que isso aconteça, os seres vivos realizam a nutrição e a respiração. Quanto à nutrição os organismos podem ser autótrofos ou heterótrofos. Os autótrofos utilizam a matéria inorgânica para sintetizar matéria orgânica, como 1 2 3 Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno os vegetais. Os heterótrofos capturam a matéria orgânica existente no ambiente, como os animais. Quanto à respiração podem ser anaeróbios ou aeróbios. Os anaeróbios produzem energia na ausência de oxigênio molecular (O2) e os aeróbios utilizam o oxigênio molecular para obter energia. Figura 5. Metabolismo. Próprio autor. Homeostase É a capacidade de se manter estável (em equilíbrio), como por exemplo, a manutenção da nossa temperatura corporal, que é controlada pelo sistema nervoso. Figura 6. Exemplo de homeostase. Transpiração. Fonte da imagem: http://hypescience.com/voce-sua-demais-cuidado-pode-ser-problema-de-saude/ Nutrição Alimentos de construção Alimentos energéticos Respiração celular Produção de matéria viva Energia Atividades celulares Proteínas e outras substâncias estruturais Contração muscular Condução do impulsonervoso Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno Quando está muito calor ou realizamos exercícios físicos ou temos febre, a temperatura do nosso corpo fica mais alta. O cérebro envia ordens às glândulas sudoríparas para eliminarmos o suor, o qual, ao evaporar-se, absorve o calor da superfície da nossa pele, resfriando o nosso corpo. Reação a estímulos externos (Excitabilidade) É a capacidade de perceber e reagir aos estímulos do ambiente como luz, som, calor, eletricidade, movimentos, concentração de gases, hormônios, etc. O crescimento das raízes dos vegetais sempre em direção ao solo; o fechamento das folhas da planta sensitiva (Mimosa pudica) quando é tocada; o fechamento dos olhos diante de uma luz forte, o fechamento das plantas carnívoras (Dionaea) na coleta de insetos são exemplos de excitabilidade. Figura 7. Movimento das folhas da planta sensitiva ao ser tocada. (Alberts et al., 2007. Crescimento O crescimento dos organismos vivos pode ser evidenciado ao compararmos um bebê e um adulto. Figura 8. Aumento no número de células no indivíduo adulto. Fonte das imagens: 1. http://jornaldehoje.com.br/semana-bebe-debatera-acoes-para-primeira-infancia/, 2. http://blogs.odiario.com/inforgospel/files/2008/11/familia-pai-mae-filhos-avos.jpg 1 2 Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno O aumento dos organismos vivos ocorre em função do aumento do volume celular e da multiplicação celular. Esse crescimento, porém, é limitado; e acontece por acúmulo de matéria assimilada. O crescimento dos seres vivos decorre da incorporação e da transformação de alimentos, sendo conseqüência da nutrição e do metabolismo. Movimento Consiste na variação da posição de um corpo no decorrer do tempo, em relação a um referencial. Figura 9. Movimento das plantas. (Laurence, 1999). Adaptação A Terra apresenta ambientes com condições diferentes, e muitas vezes, inadequados à vida, como os desertos e montanhas muito altas. Cada região do planeta apresenta seres vivos diferentes, adaptados às condições ambientais, como o urso polar e o norte americano; as florestas de pinheiros e os manguezais. Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno Para estudar o ser vivo nós vamos entrar em um mundo novo, mergulhar dentro de um indivíduo e iremos estudar a menor unidade básica que é a CÉLULA. Ao agruparmos as células, estudaremos os TECIDOS. Unindo os tecidos, estudaremos os ÓRGÃOS. E com a reunião de todos os órgãos, estudaremos os SISTEMAS. Isso em Biologia é denominado NÍVEIS DE ORGANIZAÇÃO. Existem vários níveis hierárquicos de organização entre os seres vivos, começando pelos átomos e terminando na BIOSFERA. Cada um desses níveis é motivo de estudo para os biólogos. Figura 10. Níveis de organização. (Laurence, 2000b). CÉLULA ovo divisões celulares Várias células iguais Tecido epitelial Tecido conjuntivo Tecido muscular ÓRGÃO S TECIDO S SISTEMA ORGANISMO S. digestório Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno Átomos e moléculas: Os átomos se unem por meio de ligações químicas para formar as moléculas, desde moléculas simples como a água (H2O), até moléculas complexas como carboidratos, lipídios, proteínas e ácidos nucléicos. Lembrando que toda matéria viva é formada principalmente pela união dos átomos (C) Carbono, (H) Hidrogênio, (O) Oxigênio e (N) Nitrogênio. Organelas (Estruturas celulares) e Células: As organelas (mitocôndria, retículo endoplasmático, lisossomo, complexo de Golgi, etc.) são estruturas presentes no interior das células, que desempenham funções específicas. A célula é a unidade básica da vida, sendo imprescindível para a existência dela. Existem vários tipos de células, cada uma com sua função específica (célula epitelial, célula nervosa, célula muscular, etc.). Tecidos: Os tecidos são formados pela união de células. Os tecidos estão presentes apenas em alguns organismos multicelulares como as plantas e animais. Um exemplo de tecido é o muscular que tem a função de produzir os movimentos musculares. Órgãos: Os tecidos se organizam e se unem, formando os órgãos. Por exemplo: o coração é formado por tecido muscular, sanguíneo e tecido nervoso. O osso é um órgão que contem o tecido ósseo, o nervoso e o sanguíneo. Sistemas: Os sistemas são formados pela união de vários órgãos, que se trabalham em conjunto para exercer uma determinada função corporal, por exemplo, o sistema digestório, que é formado por vários órgãos, como boca, estômago, intestino, glândulas, etc. Organismo: A união de todos os sistemas forma o organismo, que pode ser uma pessoa, uma planta, um peixe, um gato, um pássaro, um verme, etc. População: É a interação de um organismo vive com outros organismos da mesma espécie e de outras espécies, e também com o meio ambiente. Comunidade: É o conjunto de indivíduos de diferentes populações interagindo entre si numa determinada região geográfica. Ecossistema: O ecossistema é o conjunto dos seres vivos da comunidade, com os fatores não vivos (fatores abióticos), como temperatura, luminosidade, umidade e componentes químicos. Por exemplo; uma população de jacarés que está tomando sol em cima de uma pedra, nas margens de um rio, a mata Atlântica,o Cerrado, a Caatinga, etc. Biosfera: A biosfera é o conjunto de todos os ecossistemas do planeta Terra. Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno Histórico CÉLULA E TEORIA CELULAR As células são geralmente muito pequenas e, dificilmente, visíveis a olho nu. Por isso, apenas depois da invenção do microscópio é que foi possível observar uma célula pela primeira vez. A primeira observação de uma célula foi em 1665, pelo inglês Robert Hooke, utilizando um microscópio muito simples, composto de duas lentes. Ele observou cortes bem finos na cortiça (casca de uma árvore; tecido vegetal composto de células mortas) e descobriu que estas estruturas eram formadas por pequenas unidades semelhantes ao favo de mel,com grande quantidade de pequeninos espaços vazios. Figura 11. Microscópio de Hobert Hook – Observação de espaços vazios da cortiça, os quais foram denominados célula (pequena cela). (Laurence, 2000). O nome "célula" (do grego kytos, célula; do latim cella, espaço vazio) foi empregado pela primeira vez por ele como diminutivo da palavra "cella", que em latim significa espaço vazio cercado por paredes. Sendo assim, o termo célula é na verdade, impróprio para caracterizá-la, mas o nome célula foi conservado. Hooke mostrou também que a estrutura celular não era restrita à cortiça, pois a encontrou em muitos outros vegetais. Em 1674 Anton van Leeuwenhoek construiu um microscópio formado por uma única lente de aumento e que permitia obter imagens ampliadas em até trezentas vezes. Com ele analisou e descreveu vários micro-organismos, como bactérias e protozoários, evidenciando a organização interna da célula, além de espermatozoides, eritrócitos, etc. Por ser formado por umasó lente de aumento, esse microscópio é denominado microscópio simples, e por usar a luz para iluminar os objetos observados é também chamado de microscópio de luz ou de microscópio ótico (MO). Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno Figura 12. Microscópio de Leeuwenhoek – Observação de micro-organismos. (Tortora et al., 1995). Só muito tempo depois, que outros cientistas conseguiram, com equipamentos mais avançados, ver a célula viva e descobrir que ela não era um espaço vazio, mas um corpo cheio de conteúdo e com funções muito importantes. Mas mesmo assim, o nome CÉLULA nunca foi mudado. Em 1838/1839, Schleiden (botânico) e Schwann (zoólogo), ao estudarem a estrutura de muitas plantas e animais ao microscópio ótico, formularam a Teoria Celular. Figura 13. Teoria Celular - Todos os seres vivos são formados por células. (Amabis; Martho, 1985). Célula da folha Célula do caule Célula nervosa Célula óssea Célula muscular TODOS OS SERES VIVOS SÃO FORMADOS POR CÉLULAS Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno Em 1885, Virchow ampliou a Teoria Celular afirmando que: “Todas as células se originam de células pré-existentes”. Figura 14. Teoria Celular – Todas as células se originam de células pré- existentes. (Amabis; Martho, 1985). A Teoria celular estabeleceu que cada célula se forma por divisão de outra célula. Com o progresso da Bioquímica, foi demonstrado que existem semelhanças fundamentais na composição química e atividades metabólicas de todas as células. Também foi reconhecido que o funcionamento de um organismo como um todo resulta da soma de atividades e interações das unidades celulares. DIVERSIDADE CELULAR As células podem diferir muito uma das outra, pois cada função específica exige uma forma adequada. Os organismos unicelulares, por exemplo, apresentam uma enorme variedade quanto à forma e seu tipo de vida. Também nos organismos pluricelulares, as formas das células variam. TODAS AS CÉLULAS SE ORIGINAM DE CÉLULAS PRÉ- EXISTENTES! Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno Figura 15. Diferentes tipos de células com os seus respectivos tamanhos. Fonte da imagem: http://uni.no.sapo.pt/celula/tipos.htm (adaptada). Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno DIMENSÕES DA CÉLULA A maioria das células tem dimensões microscópicas, medidas em micrometros; como é o caso das bactérias que são as menores células que se encontram, com cerca de 0,2 mm e 0,3 mm. Mas existem também, células macroscópicas, como a gema do ovo, a fibra de algodão e as células das algas Nitella sp e Acetabularia sp, que são medidas em centímetros (cm). Algumas células são teoricamente macroscópicas. É o caso das fibras dos músculos das coxas que seu comprimento é medido em centímetros, e os neurônios, que seu comprimento é medido em metros; mas as suas espessuras estão medidas em micrômetros. Medidas usadas no estudo das células – unidades de medidas Unidades métricas Significado do prefixo Equivalente métrico 1 quilometro Km) quilo = 1000 1000 m = 103 m 1 metro (m) 1 decímetro (dc) deci = 1/10 0,1 m = 10-1m 1 centímetro (cm) centi = 1/100 0,01 m = 10-2m 1 milímetro (mm) mili = 1/1000 0,001 m = 10-3m 1 micrometro (m) micro = 1/1.000.000 0,000001 m = 10 -6m 1 nanômetro (nm) nano = 1/1.000.000.000 0,000000001 m = 10-9m As menores células conhecidas pertencem às bactérias do gênero Mycoplasma (PPLO), que podem ser menores que alguns vírus e são medidas em nanômetros. Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno Microscopia Tipos de Microscópios Os microscópios dividem-se basicamente em duas categorias: Microscópio óptico (MO) ou de luz: funciona com um conjunto de lentes (ocular e objetiva) que ampliam a imagem, utilizando um feixe de luz como fonte. O feixe de luz atravessa a célula, passa por um sistema de lentes e vai projetar no olho do observador a imagem imensamente aumentada. Como a maior parte das estruturas celulares não tem cor, usam-se corantes específicos para determinadas partes da célula. Microscópio eletrônico (ME): amplia a imagem por meio de feixes de elétrons, que é detonado por um canhão de elétrons numa câmara de vácuo, onde é posto o material com a célula a ser examinada. A imagem é observada, indiretamente, em uma tela. Só podemos observar células mortas embora seja possível vê-la por todos os ângulos. Os microscópios são subdivididos em: Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV) e de Transmissão (MET). O microscópio óptico oferece aumentos de 100 até 1 200 vezes, enquanto o eletrônico pode ampliar a imagem mais de 500 000 vezes. A capacidade de aumento de um microscópio é denominada poder de resolução, que é a capacidade de distinção entre dois pontos muito próximos. CARACTERÍSTICAS DO MECANISMO GERAL DO MO, MET E MEV Figura 16. Desenho esquemático comparativo dos diferentes tipos de microscópios. (Tortora et al., 1995). Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno OBSERVAÇÃO DE MATERIAL BIOLÓGICO AO MICROSCÓPIO Figura 17. Desenho esquemático demonstrando a técnica de preparo dos materiais biológicos para serem observados ao microscópio. (Amabis; Martho, 1985). Figura 18. Comparação entre imagens de Microscopia Eletrônica de Transmissão (Corte ultrafino de Paramecium) e Microscopia Eletrônica de Varredura (Superfície de um Paramecium) (Tortora et al., 1995). Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno A composição química dos seres vivos Para os seres vivos, a água é o componente químico inorgânico presente em maior quantidade, mas as substâncias orgânicas predominam em variedade, pois é grande o número de proteínas, ácidos nucleicos, lipídios e carboidratos diferentes que formam a estrutura das células e dos organismos. Sais minerais e vitaminas participam em doses pequenas, mas também desempenham papéis importantes. Figura 19. Componentes inorgânicos e orgânicos dos seres vivos. (Próprio autor). ÁGUA A quantidade de água e sais minerais na célula e nos organismos deve ser perfeitamente balanceada, qualificando o chamado equilíbrio hidrossalino. Esse equilíbrio é fator decisivo para a manutenção da homeostase. Além disso, eles desempenham numerosos papéis de relevante importância para a vida da célula. A quantidade de água nas células e no organismo é variável: a. entre espécies diferentes: Nos cnidários (águas-vivas) sua proporção pode chegar a 98%, nos moluscos é um pouco maior do que 80%, na espécie humana varia entre 60 e 70%. Entretanto, as sementes de vegetais são pobres em água. Esse é um dos fatores que lhes permitem permanecer dormentes e se conservar por um longo período de tempo, mesmo em condições desfavoráveis. Figura20. Água viva. Fonte da imagem: http://vicel.com.br/blog/wp- content/uploads/2013/03/%C3%A1gua-viva-3.jpg água proteínas lipídios açúcares ác. Nucléicos sais minerais Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno b. dentro da mesma espécie: A proporção varia também com a idade do indivíduo. Nos embriões, a quantidade de água é maior do que nos adultos, sendo que o indivíduo idoso apresenta uma quantidade menor de água, o que pode ser evidenciado pela presença de rugas. Figura 21. Criança e idoso. Fonte da imagem: 1. Próprio autor. 2. http://2.bp.blogspot.com/_IiqtR-OghpI/SBdJyab3eAI/AAAAAAAACDk/y8EpvG- WtBU/s1600-h/idoso.jpg c. entre tecidos e órgãos diferentes: Nos tecidos muscular e nervoso sua proporção é de 70 a 80%, enquanto que no tecido ósseo é de cerca de 25%. Figura 22. Cérebro e osso. Fonte da imagem: 1. http://www.idadecerta.com.br/blog/?tag=cerebro&paged=2 2. http://pt.dreamstime.com/fotos-de-stock-royalty-free-lado-do-raio-x-joelho- image202378 Propriedades da água Figura 23. Formação da água e as pontes de hidrogênio. (Tortora et al., 1995). 1 2 1 2 Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno Ela representa o solvente universal dos líquidos orgânicos. É o solvente do sangue, da linfa, dos líquidos intersticiais nos tecidos e das secreções como a lágrima, o leite e o suor. Atua no transporte de substâncias entre o interior da célula e o meio extracelular. Água como solvente: Substâncias hidrofílicas e hidrofóbicas Figura 24. Ação das substâncias hidrofílicas e hidrofóbicas. (Avancini; Favaretto, 1997). ÁGUA: poder de reação Grande número de reações químicas que ocorrem dentro dos organismos compreende reações de hidrólise, processos em que moléculas grandes de proteínas, lipídios e carboidratos se fragmentam em moléculas menores. Essas reações exigem a participação da água. REAÇÃO DE SÍNTESE POR DESIDRATAÇÃO aa1 OH aa2 H Proteína X água Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno ÁGUA: moderador de temperatura Pelo seu elevado calor específico, a água contribui para a manutenção da temperatura nos animais homeotérmicos (aves e mamíferos). ALTO CALOR DE VAPORIZAÇÃO: LÍQUIDO VAPOR A evaporação do suor da nossa pele auxilia no resfriamento da superfície do nosso corpo em dias muito quentes ou devido à atividade física intensa. A água do suor ao evaporar, resfria a superfície do nosso corpo. Isso é importante para evitar o superaquecimento dos organismos terrestres. ALTO CALOR DE FUSÃO: LÍQUIDO SÓLIDO Se a água de nossas células congelasse facilmente, elas morreriam devido à formação de cristais que perfurariam as membranas celulares. Portanto a sua importância reside em proteger os organismos dos efeitos danosos do congelamento. REAÇÃO DE HIDRÓLISE SACAROSE Glicose Frutose água Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno CARBOIDRATOS OU GLICÍDIOS (hidratos de carbono, açúcares ou sacarídeos) Os carboidratos são apresentam como fórmula geral: [C(H2O)]n, daí o nome "carboidrato", ou "hidratos de carbono" e são moléculas que desempenham uma ampla variedade de funções. Representam as primeiras substâncias orgânicas formadas na natureza, graças à fotossíntese das plantas e quimiossíntese das bactérias. Fotossíntese Funções dos carboidratos nos seres vivos: a. Fonte de energia (função energética). Ex.: GLICOSE. b. Reserva de energia: Ex.: AMIDO (vegetais) GLICOGÊNIO (animais) c. Estrutural: (arquitetura celular) Ex.: CELULOSE (vegetais) QUITINA (animais) BLOCOS CONSTRUTORES (ácidos nucléicos) d. Matéria-prima para a biossíntese de outras biomoléculas. O carboidrato é a única fonte de energia aceita pelo cérebro, importante para o funcionamento do coração e todo sistema nervoso. O corpo armazena carboidratos em três lugares: fígado, músculo e sangue. No sangue o carboidrato é armazenado na forma de glicose enquanto no fígado e no músculo, é na forma de glicogênio. Os carboidratos evitam que nossos músculos sejam digeridos para produção de energia, por isso se sua dieta for baixa em carboidratos, o corpo realiza o canibalismo muscular. 6CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6O2 glicose luz clorofila Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno CLASSIFICAÇÃO DOS CARBOIDRATOS: a. MONOSSACARÍDEOS: açúcares simples, moléculas pequenas (3 a 7 C) solúveis em água que são utilizadas imediatamente como fonte energia. O mais abundante é o açúcar de seis carbonos D- glucose (ou glicose); é o monossacarídeo fundamental de onde muitos são derivados, tais como os polissacarídeos amido e celulose. TIPOS DE MONOSSACARÍDEOS: (de acordo com a quantidade de C) PENTOSES (5 C) RIBOSE pentose do RNA (ácido nucleico) DESOXIRRIBOSE pentose do DNA (ácido nucleico) Figura 25. Estrutura do DNA - Pentose. (Tortora et al., 1995). HEXOSES (6 C) GLICOSE (células, sangue) FRUTOSE (frutas) GALACTOSE (leite e derivados) Figura 26. Exemplos de hexoses. Fonte da imagem: Glicose: http://3.bp.blogspot.com/- pAJhvtzC1_g/ThnKCpf8o4I/AAAAAAAAAAM/FyMLZ5FzC9E/s1600/sistema- circulatorio-16.jpg 2. Frutose: http://shopnutrition.com.br/blog/wp- content/uploads/2014/01/frutose.jpg Fosfato Açúcar Adenina (A) Timina (T) Açúcar Fosfato Nucleotídeo Timina Nucleotídeo Adenina GLICOSE FRUTOSE Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno b. OLIGOSSACARÍDEOS - DISSACARÍDEOS: união de 2 monossacarídeos que são utilizados após quebra da molécula, sendo solúveis em água. TIPOS DE OLIGOSSACARÍDEOS: SACAROSE (açúcar da cana e da beterraba) GLICOS E + FRUTOSE. LACTOSE (açúcar do leite) GLICOSE + GALACTOSE MALTOSE (açúcar dos vegetais) GLICOSE + GLICOSE. É um produto da hidrólise (quebra) do amido. c. POLISSACARÍDEOS: união de muitos monossacarídeos (acima de 10) que são utilizados após a quebra da molécula, sendo insolúveis em água. Os polissacarídeos possuem duas funções biológicas principais, como forma armazenadora de combustível e como elementos estruturais.Figura 27. Exemplos de polissacarídeos. Fonte da imagem: Celulose: http://www.c opacabanarunners.net/fibra.html Amido: http://1.bp.blogspot.com/- oIuKWz04EPg/T9TylCwiYQI/AAAAAAAAA4s/d02K4QUoPD0/s1600/pao_de_queijo_.jp g Quitina: http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/biomol/contenidos7.htm. Glicogênio: http://3.bp.blogspot.com/- IJV1FOP8WTY/TZe4SHox8MI/AAAAAAAAACk/94cWo7oUvrU/s1600/figado3.jpg ESTRUTURAIS ENERGÉTICOS DE RESERVA Animais: QUITINA GLICOGÊNIO Vegetais: CELULOSE AMIDO GLICOGÊNIO CELULOSE CELULOSE AMIDO QUITINA GLICOGÊNIO Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno Amido: É o polissacarídeo de reserva da célula vegetal, formado por moléculas de glicose ligadas entre si. É encontrado na mandioca, batatas, trigo, arroz, milho, etc. Pode ser reconhecido pela reação com uma solução alcoólica de iodo ou lugol, quando adquire uma coloração arroxeada. Figura 28. Exemplos de polissacarídeos: amido e glicogênio. (Lopes, 2002). Glicogênio: É o polissacarídeo de reserva da célula animal e dos fungos, acumulando-se no fígado. Celulose: É o carboidrato mais abundante na natureza. Possui função estrutural na célula vegetal, como um componente importante da parede celular. Estruturalmente forma fibras insolúveis em água e não digeríveis pelo ser humano. Os animais herbívoros dependem da microbiota intestinal (constituída por bactérias e fungos) para a digestão da celulose. Nos seres humanos ela é importante na formação do bolo fecal e no peristaltismo intestinal. Quitina: É o polissacarídeo presente na parede celular dos fungos e exoesqueleto dos artrópodes. Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno LEITURA COMPLEMENTAR - FIBRAS, VITAMINAS E CÁLCIO Jornal Folha equilíbrio, 21?03/2002 As fibras exercem funções importantes: facilitam a digestão e ajudam a prevenir a prisão de ventre e controlar o peso, por exemplo. Há pesquisas que indicam que o consumo de fibras pode reduzir o nível de colesterol e o risco de câncer de cólon. Há dois tipos de fibras: Fibras solúveis - gomas, pectinas (presente nas maçãs) e mucilagem estão disponíveis em alimentos como nozes, leguminosas e algas marinhas. Em contato com a água, elas se dissolvem, se tornam viscosas e permanecem mais tempo no estômago permitindo a passagem lenta dos alimentos no sistema digestório a fim de auxiliar na regulação dos níveis de colesterol e glicose no sangue, por interferir nas taxas de absorção. Fibras insolúveis - celulose, hemicelulose e lignina estão disponíveis em alimentos como grãos integrais. Em contato com a água, elas não se dissolvem. Passam pelo aparelho gastrointestinal, sem alteração, sendo responsáveis pelo aumento do volume das fezes e do movimento peristáltico intestinal que facilita a absorção de nutrientes no intestino e impede que o alimento fique parado muito tempo, provocando lesões e cânceres. As fibras não afetam a absorção de vitaminas, mas grandes quantidades de fibras reduzem a absorção de cálcio. Comer fibras demais pode causar diarreia e perda de sais minerais e vitaminas. Por isso, o uso de produtos ricos em fibras (farelo de trigo e alguns medicamentos) deve ser feito sob orientação médica. INSULINA CÉLULA, MÚSCULO E FÍGADO FACILITA A ENTRADA DE GLICOSE ARMAZENAMENTO DE CARBOIDRATO AUMENTO DA GLICOSE SANGUÍNEA PÂNCREAS ALIMENTO ESTIMULA PRODUZ ANULA Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno LIPÍDIOS Os lipídios são compostos orgânicos que têm a natureza de ésteres, pois são formados pela combinação de ácidos graxos com alcoóis. Ácidos graxos são ácidos orgânicos constituídos por longas cadeias de hidrocarbonetos, variando entre 14 e 22 carbonos. Alguns ácidos graxos são saturados e outros são insaturados. Ácido graxo saturado: não possui qualquer ligação dupla entre os átomos de carbono (C–C). Não apresenta disponibilidade para receber mais átomos de hidrogênio. Ex.: gorduras (animais). Ácido graxo insaturado: possuem uma ou mais ligações duplas entre os átomos de carbono (C=C), o que lhes permite receber átomos de hidrogênio na molécula. Ex.: óleos (vegetais). Funções dos lipídios nos seres vivos: a. Fonte de energia (função energética): na falta de glicose, a célula os oxida para liberação de energia. Uma molécula lipídica fornece o dobro da quantidade de calorias em relação ao que oferece uma molécula glicídica. Entretanto, por ser mais fácil a oxidação de uma molécula de glicose, os lipídios só são metabolizados na falta desta. b. Estrutural: Participam da formação da estrutura da membrana plasmática e de diversas outras. c. Isolante térmico: Nos animais homeotermos, existe uma camada adiposa sob a pele que tem a função de isolante térmico, evitando a perda excessiva de calor. d. Solvente de algumas vitaminas (A, D, E e K) e outras substâncias lipossolúveis. CLASSIFICAÇÃO DOS LIPÍDIOS: Uma característica importante de todos os lipídios é o fato de não se dissolverem na água, sendo solúveis apenas nos líquidos orgânicos como o álcool, o éter, o clorofórmio e o benzeno. Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno 1. Lipídios simples (C - H - O) a. Glicerídeos: álcool mais comumente encontrado na composição dos lipídios. Possui apenas três átomos de carbono. + Figura 29. Fórmula estrutural de lipídios simples. (Tortora et al., 1995). O glicerol pode se combinar com 1, 2 ou 3 moléculas de ácidos graxos iguais ou diferentes entre si, formando os monoglicerídeos, diglicerídeos e triglicerídeos. Os triglicerídeos são importantes por suas implicações com as doenças do sistema cardiocirculatório, como a aterosclerose. Os glicerídeos compreendem as gorduras e os óleos. Gorduras: são derivadas de ácidos graxos saturados (C–C). As gorduras se mostram sólidas à temperatura ambiente. Apresentam função energética (fonte de energia e reserva), isolante térmico e amortecedora. Exemplos: Gorduras animais: banha de porco, sebo, bacon. Gorduras vegetais: gordura de coco, manteiga de cacau. Óleos: são compostos de ácidos graxos insaturados (C=C). Os óleos se apresentam líquidos à temperatura ambiente. Apresentam função energética (fonte de energia e reserva). Exemplos: Óleo animal: óleo de fígado de bacalhau, de baleia, de cação, de capivara. Óleo vegetal: de oliva, soja, milho, amendoim, de algodão, de arroz, de girassol, de dendê, de canola, de linhaça, etc. ÁLCOOL GLICEROL (cadeia curta) ÁCIDO GRAXO GRUPO CARBOXIL (- COOH) HIDROCARBONATOS Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno b. Cerídeos ou ceras: Apresentam função estrutural na construção das colmeias e impermeabilizante de superfícies de folhas de plantas e penas das aves. o Origem animal: cerúmen do ouvido e cera de abelha.o Origem vegetal: cera de carnaúba. Figura 30. Exemplos de cerídeos. (Amabis; Martho, 1985). 2. Lipídios compostos (C - H - O) + ( P / S / N ) + a. Complexos Fosfolipídios com radical fosforado: fosfolipídios contendo um radical fosforado. FOSFOLIPÍDIOS PRINCIPAL COMPONENTE DA MEMBRANA PLASMÁTICA (Função: Estrutural) Figura 31. Composição química e estrutura da membrana plasmática. (Amabis; Martho, 1985). ÁLCOOL GLICEROL (cadeia curta) ÁCIDO GRAXO ÁCIDO GRAXO S P N FOSFOLIPÍDIOS COLESTEROL FOSFOLIPÍDIOS PROTEÍNAS PROTEÍNAS FOSFOLIPÍDIOS GLICÍDIOS Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno b. Complexos Fosfolipídios com radical fosforado: fosfolipídios contendo um radical fosforado, integrando uma cadeia nitrogenada. Exemplo: Lecitina (integrante da membrana plasmática de todas as células animais e vegetais), cefalina e esfingomielina (presentes no encéfalo e na medula espinhal). FOSFOLIPÍDIOS: AZEITE + VINAGRE / LIMÃO Lecitina c. Esterídeos ou Esteroides COLESTEROL (ANIMAIS: carnes, queijos, gema de ovo) COMPONENTE DAS MEMBRANAS CELULARES (Função: Estrutural). CONSTITUINTE DOS SAIS BILIARES (Função: Estrutural). PRECURSOR DE HORMÔNIOS ESTERÓIDES: Função: Hormonal. HORMÔNIOS CORTICÓIDES (cortisol, hidrocortisona e a prednisona). HORMÔNIOS SEXUAIS Masculino TESTOSTERONA Feminino ESTRÓGENO E PROGESTERONA TIPOS DE COLESTEROL: ÁLCOOL COLESTEROL (cadeia fechada) ÁCIDO GRAXO + HDL (Lipoproteína de Alta Densidade) LDL (Lipoproteína de Baixa Densidade) COLESTEROL BOM COLESTEROL RUIM DESOBSTRUÇÃO DAS ARTÉRIAS PLACAS NAS ARTÉRIAS EFICIÊNCIA DE PASSAGEM DE SANGUE EFICIÊNCIA DE PASSAGEM DE SANGUE RISCOS DE ATAQUES CARDÍACOS RISCOS DE ATAQUES CARDÍACOS MAIONESE Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno Figura 32. Formação de placas de gordura nas artérias. (Jornal Folha de São Paulo, s/a). ERGOSTEROL (VEGETAIS) PRECURSOR DA VITAMINA D Em fungos, o ergosterol consiste na estrutura lipídica mais abundante da membrana plasmática com a função de manter a membrana celular estável. Muitos antifúngicos inibem a síntese do ergosterol ou se ligam irreversivelmente ao ergosterol, afetando a integridade da membrana plasmática com a sua consequente morte celular. PROTEÍNAS Constituem o componente orgânico mais abundante na célula, sendo o principal de praticamente todas as estruturas celulares. Composição: C-H-O-N (S= enxofre) São macromoléculas constituídas por centenas de aminoácidos ligados entre si por ligações peptídicas. São formadas por aminoácidos: Grupo ácido (-COOH) Grupo amina (-NH2) Radical (grupo químico unido ao carbono) Os aminoácidos diferem entre si somente na cadeia lateral (radical) Ex.: Glicina Radical = 1 átomo de Hidrogênio Leucina Radical = 4 átomos de Carbono ERGOSTEROL VIT. D LUZ UV C H C OH O H2N R Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno Cadeia Polipeptídica cadeia protéica formada por aminoácidos unidos por ligações peptídicas. A hidrólise completa de uma molécula protéica determina a liberação de um grande número de aminoácidos. Ligação Peptídica ligação covalente formada quando o grupo ácido de um aminoácido se une ao grupo amina de outro aminoácido, com a perda de uma molécula de água. Figura 33. Ligação peptídica. (Tortora et al., 1995). Nos alimentos não existem aminoácidos livres, mas proteínas inteiras. Comemos proteínas vegetais no feijão, arroz, milho e na soja, e proteínas animais na carne, no leite e nos ovos. As proteínas dos alimentos são quebradas dentro do tubo digestivo, podendo então ser assimiladas. Os aminoácidos resultantes são usados na montagem de nossas proteínas. TIPOS DE AMINOÁCIDOS Essenciais: são os aminoácidos que o organismo não consegue sintetizar, devem ser ingeridos via alimentar. Ex.: HISTIDINA, ISOLEUCINA, LEUCINA, LISINA, METIONINA, FENILALANINA, TREONINA, TRIPTOFANO e VALINA. Não Essenciais: são os aminoácidos que o organismo é capaz de sintetizar. Nos seres humanos, o fígado é o responsável pelas reações de síntese de aminoácidos. Ex.: ALANINA, ARGININA, ASPARAGINA, ÁCIDO ASPÁRTICO, CISTEÍNA, ÁCIDO GLUTÂMICO, GLUTAMINA, GLICINA, PROLINA, SERINA e TIROSINA ALANINA GLICINA ALANINA SÍNTESE POR DESIDRATAÇÃO Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno CLASSIFICAÇÃO DAS PROTEÍNAS 1. Quanto suas características físicas: Globulares: solúveis em água. Cadeias polipeptídicas são firmemente arranjadas em forma esférica ou globular. Participam das estruturas celulares (na membrana plasmática, no citoplasma), na formação dos cromossomos e genes ou têm ação ativadora das reações químicas (enzimas). Ex.: quase todas as enzimas, a hemoglobina e os hormônios. Fibrosas: insolúveis em água. Cadeias polipeptídicas são arranjadas de modo estendido em forma paralela ao longo de um eixo, resultando uma fibra rígida. (forma filamentos longos). Ex.: queratina, actinomiosina e colágeno (elementos estruturais ou protetores do organismo). Figura 34. Proteínas globulares (hemoglobina) e fibrosas (colágeno). (Amabis; Martho, 1985). 2. Quanto à constituição: Simples: Formadas exclusivamente por aminoácidos. Conjugadas: Parte protéica (aminoácidos) + Parte não proteica (Grupo Prostético). Grupo Prostético: é a proteína conjugada não constituída por aminoácidos. Ex.: Glicoproteínas Proteínas + Polissacarídeos (G. Prostético). Lipoproteínas Proteínas + Lipídios (G. Prostético). Nucleoproteínas Proteínas + Ácidos nucleicos (G. Prostético). Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno Figura 35. Níveis da estrutura proteica. (Amabis; Martho, 1985). Estrutura Primária: Sequência dos aminoácidos ao longo da cadeia protéica mantidas por ligações químicas Estrutura Secundária: Organização espacial dos aminoácidos em forma de -hélice, que é mantida por pontes de H ou pontes de dissulfeto. (inativa) Estrutura Terciária: Reorganização da -hélice (ativa) Estrutura Quaternária: A forma tridimensional da molécula de uma proteína composta por mais de uma cadeia polipeptídica. Ex.: Hemoglobina: possui 4 cadeias polipeptídicas Insulina: possui 2 cadeias polipeptídicas formadas por pontes de dissulfeto (A - 21 aminoácidos; B - 30 aminoácidos) A forma tridimensional da molécula de uma proteína está relacionada com a sequência de aminoácidose com o número de cadeias polipeptídicas que constituem sua molécula. A importância biológica da sequência de aminoácidos é exemplificada na enfermidade humana hereditária, a anemia falciforme, na qual alterações biológicas são produzidas pela substituição de um único aminoácido na molécula da hemoglobina do sangue. O aminoácido glutamina é substituído pelo aminoácido valina. PRIMÁRIA SECUNDÁRIA TERCIÁRIA QUATERNÁRIA Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno Figura 36. Anemia falciforme – alteração de um único aminoácido. Disponível em: http://soraiabiogeo.blogs.sapo.pt/2008/10/15/ com adaptações. DESNATURAÇÃO ou DENATURAÇÃO DAS PROTEÍNAS Na desnaturação ocorre o desdobramento da cadeia polipeptídica com a perda de sua configuração tridimensional característica, e a conseqüente perda de sua atividade biológica. Este processo pode ser reversível ou não. Há casos em que após a desnaturação, a proteína pode ser renaturada, voltando a sua configuração natural, tornando-se ativa novamente (ex.: algumas enzimas). Em outros casos, a proteína não é renaturada (ex.: ovo, queijo e iogurte). ANEMIA FALCIFORME Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno A perda da atividade da proteína é um indicador de desnaturação. A. Proteína normal - Ativa B. Proteína desnaturada - Inativa Figura 37. Desnaturação proteica. A. proteína norma. B. proteína desnaturada. (Amabis; Martho, 1985). FATORES QUE AFETAM A ESTRUTURA ESPACIAL DA PROTEÍNA: TEMPERATURA: Toda proteína tem a sua temperatura ótima de atuação, acima deste valor ela desnatura. Ao aumentar a temperatura, a estrutura secundária da proteína é destruída (rompe-se ligações peptídicas), dando- se a união das moléculas e quase sempre é irreversível. Ex.: A clara e a gema do ovo (processo irreversível). pH: Toda proteína tem seu pH ótimo de atuação, ao sair desse valor a proteína desnatura. As proteínas são desnaturadas porque causam quebras das pontes de hidrogênio que ajudam a manter a configuração das moléculas proteicas. O acúmulo de ácido lático, liberado por micro- organismos fermentadores, acidifica o leite e desnatura as suas proteínas, as quais se solidificam dando a consistência aos queijos e iogurtes. A desnaturação das proteínas pelo calor também é útil no preparo de alimentos, pois facilita a digestão. É melhor ingerir alimentos cozidos (desnaturados) devido às ligações peptídicas rompidas, facilitando a ação enzimática no processo de digestão. A perda da forma das proteínas pode ser útil em alguns casos como, por exemplo, na esterilização de frascos, utensílios e alimentos, pois através do calor as enzimas dos micro-organismos contaminantes, bem como de suas toxinas são desnaturadas. Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno A desnaturação explica também o perigo de febres altas, as quais podem inativar as proteínas do organismo, principalmente as do sistema nervoso central e causar a morte do indivíduo. ENZIMAS São proteínas com a função de acelerar determinadas reações químicas. A maioria das reações químicas dos seres vivos só ocorre na presença de determinadas proteínas denominadas enzimas, que atuam como catalisadores biológicos. Se colocarmos amido na presença de água, nada acontece. Se acrescentarmos pequenas quantidades da enzima ptialina, o amido reage com a água, transformando-o em moléculas menores (glicose). Essa reação ocorre em nossa boca quando mastigamos um pedaço de pão. Para que ocorram as reações químicas em um ser vivo são necessárias milhares de enzimas diferentes. Caso o organismo não consiga produzir uma enzima, ele não poderá realizar a reação específica controlada por ela e isso terá consequências graves podendo levar o indivíduo à morte. Muitas doenças humanas são decorrentes da incapacidade de uma pessoa produzir determinada proteína. A fenilcetonúria, por exemplo, é uma doença na qual a pessoa afetada não produz a enzima necessária (fenilalanina 4 - monoxigenase) para a transformação do aminoácido fenilalanina em tirosina. Essa enzima é necessária porque as proteínas que normalmente ingerimos contêm muita fenilalanina e a alta concentração desse aminoácido causa danos às células do cérebro, provocando a deficiência intelectual na infância se não for detectada a tempo. Pessoas com essa doença devem evitar excessos de proteínas na dieta assim como os adoçantes à base de aspartame, fabricados com fenilalanina e ácido aspártico. São características das enzimas: - Intensidade de ação proporcional à temperatura: Dentro de certos limites, a intensidade de ação da enzima aumenta ou diminui quando a temperatura se eleva ou abaixa. O ponto ótimo de ação das enzimas varia de um organismo Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno para outro. Variações muito grandes de temperatura levam à inativação ou desnaturação da enzima. - Intensidade de ação relacionada com o pH: Algumas enzimas só agem em meio ácido, outras somente em meio alcalino. Mudanças no pH podem inativar ou desnaturar a enzima. MODELO CHAVE-FECHADURA DAS ENZIMAS As enzimas (E) são proteínas com um ou mais locais denominados sítios ativos, nos quais o substrato se liga para sofrer ação enzimática. Substrato: Toda substância que sofre ação enzimática. Ex.: A sacarose (dissacarídeo) ao ser ingerida sofre ação enzimática para ser quebrada em dois monossacarídeos (glicose e frutose). Portanto a sacarose é um substrato, e os monossacarídeos (glicose e frutose) resultantes da reação química são os produtos. As enzimas apresentam grande especificidade ao seu substrato e não aceitam moléculas com configuração distinta. Ex.: A enzima que atua na quebra da sacarose em glicose e frutose é a sacarase. Essa enzima não é capaz de hidrolisar a lactose (o dissacarídeo presente no leite). {Enzima - Substrato = Chave - Fechadura} A ligação enzima - substrato se assemelha ao encaixe entre a chave e a fechadura, cujas formas são complementares. Alterações na forma de uma das enzimas podem torná-la sem função por impedir o encaixe do substrato no centro ativo. Uma chave torta não abre uma fechadura. Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno PROTEÍNAS – FUNÇÕES As proteínas têm relevantes funções na organização, no funcionamento, no crescimento, na conservação, na reconstrução e na reprodução dos organismos. Estruturais Colágeno Pele e ossos, tendões, cartilagens (elasticidade e resistência). Queratina Superfície da pele, unha, garras, bico, pêlos de mamíferos, cabelo (impermeabilização de superfícies). Protetoras ou Defesa Anticorpos Defesa do organismo contra bactérias, vírus e outras substâncias nocivas do meio externo. Proteínas produzidas por linfócitos (células de defesa). Fibrinogênio Reparação de vasos sanguíneos lesados (coagulação sanguínea.) Transporte Hemoglobina Presente nos glóbulos vermelhos - Transporte de O2 e CO2. Reserva Albumina Clara do ovo - reserva alimentar para o embrião. Caseina Leite. Enzimática Amilase Amido Maltose (boca e intestino). Maltase Maltose Glicose(intestino). Pepsina Proteína Peptídeo (estômago). Peptidase Peptídio Aminoácidos (intestino). Contrátil Actina e Miosina (células musculares) Contração muscular (possibilita a movimentação dos animais). Hormonal Hormônios Insulina (produzido no pâncreas, facilita a entrada de glicose no sangue), prolactina (produção de leite em mulheres grávidas), ocitocina (contração do útero durante o parto), LH (hormônio luteinizante) e FSH (Hormônio Folículo Estimulante). Toxinas Venenos de cascavel, toxina botulínica (contaminante de alimentos em conserva) produzida pela bactéria Clostridium botulinum, podendo causar parada respiratória. Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno ÁCIDOS NUCLEICOS Tipos: Existem dois tipos básicos de ácidos nucleicos: o ácido desoxirribonucleico (DNA) e o ácido ribonucleico (RNA). São encontrados em todos os seres vivos, entretanto, os vírus possuem apenas um tipo de ácido nucleico, DNA ou RNA. Localização e função: Nas células, o DNA é encontrado no núcleo da célula eucariótica, no nucleoide de célula procariótica, nos cloroplastos e nas mitocôndrias. Tem a função de sintetizar as moléculas de RNA e de transmitir as características genéticas. O RNA é encontrado tanto no núcleo como no citoplasma, embora sua função de controle da síntese de proteínas seja exercida exclusivamente no citoplasma. São encontrados no núcleo, formando os nucléolos e no citoplasma, formando os ribossomos. Os RNAs são formados a partir da informação genética contida nas moléculas de DNA (transcrição) e passam para o citoplasma, local onde determinará a síntese de uma proteína (tradução). Essa proteína terá um papel na manifestação do caráter hereditário condicionado pela presença daquele DNA nas células do indivíduo. Figura 38. Estrutura física do DNA (Amabis; Martho, 1985). Estrutura: As unidades estruturais de um ácido nucleico são as mesmas, tanto numa bactéria como em um mamífero. Todos os ácidos nucléicos são constituídos de filamentos longos nos quais se sucedem, por polimerização, unidades chamadas nucleotídeos. Cada nucleotídeo é constituído por: um radical fosfato (P), proveniente do ácido fosfórico. uma pentose (monossacarídeo com 5 átomos de carbono): ribose no RNA, e a desoxirribose no DNA. uma base nitrogenada (adenina, guanina, citosina, timina ou uracila). FOSFATO AÇÚCAR BASE NITROGENADA Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno As bases nitrogenadas são de dois tipos: bases púricas e bases pirimídicas. Bases púricas: adenina (A) e a guanina (G), ambas encontradas tanto no DNA como no RNA. Bases pirimídicas: citosina, encontrada no DNA e no RNA; a timina (T), encontrada no DNA; e a uracila (U), encontrada no RNA. Figura 39. Tipos de bases nitrogenadas presentes nos ácidos nucleicos. (Lewin, 1994). A quantidade de adenina é sempre igual à de timina, e a quantidade de guanina é sempre igual à de citosina. Isso porque a adenina está ligada à timina e a guanina se liga à citosina. Essas ligações são feitas por meio de pontes de hidrogênio, duas pontes nas ligações A-T e três pontes nas ligações C-G. No DNA, há sempre duas cadeias paralelas de nucleotídeos, formando uma dupla-hélice. No RNA, só há uma cadeia de nucleotídeos. A sequência das bases nitrogenadas ao longo da cadeia de polinucleotídeos pode variar, mas a outra cadeia terá de ser complementar. Se numa das cadeias tivermos: A T C G C T G T A C A T Na cadeia complementar teremos: T A G C G A C A T G T A PURINAS ADENINA GUANINA PIRIMIDINAS URACILA TIMINA CITOSINA Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno As moléculas de DNA são capazes de se autoduplicar (replicação), originando duas novas moléculas com a mesma sequência de bases nitrogenadas, onde cada uma delas conserva a metade da cadeia da molécula original, sendo o processo denominado replicação semiconservativa. Pela ação da enzima DNA-polimerase, as pontes de hidrogênio são rompidas e as cadeias de DNA separam-se. Posteriormente, por meio da ação de outra enzima, a DNA-ligase, novas moléculas de nucleotídeos vão-se ligando às moléculas complementares já existentes na cadeia original, seguindo as ligações A-T e C-G. A autoduplicação do DNA ocorre sempre que uma célula vai iniciar os processos de divisão celular (mitose ou meiose). Figura 40. Replicação do DNA. (Lewin, 1994). CARACTERÍSTICAS DOS PRINCIPAIS TIPOS DE ÁCIDOS NUCLEICOS DNA RNAt RNAm RNAr Bases nitrogenadas A - T C - G A U C G A U C G A U C G Pentose (açúcar) Desoxirribose Ribose Ribose Ribose Localização Núcleo dos eucariontes; nucleoide dos procariontes; mitocôndrias, cloroplastos; alguns vírus Principal-mente no citoplasma; menor quantidade no núcleo Principal-mente no citoplasma; menor quantidade no núcleo Principal- mente no citoplasma; menor quantidade no núcleo Funções Comanda o funcionamento da célula; transmite a informação genética para as outras células Transporta os aminoácidos para a montagem das proteínas Determina a posição dos aminoácidos nas proteínas Combina-se com o mensageiro para formar os poli- ribossomos Forma Dupla-hélice, filamento simples (alguns vírus "Folha de trevo" Filamento simples, dupla- hélice, (alguns vírus Ribossomos Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno VITAMINAS São substâncias orgânicas especiais que atuam a nível celular como desencadeadores da atividade de enzimas (coenzimas). Elas são atuantes em quantidades mínimas na química da célula, com função exclusivamente reguladora. São produzidas habitualmente nas estruturas das plantas e por alguns organismos unicelulares. Os seres mais desenvolvidos necessitam obtê-las através da alimentação. Algumas vitaminas são obtidas pelos animais na forma de provitamina, substância não ativa, precursora das vitaminas propriamente ditas. Assim acontece com a vitamina A, que é encontrada como provitamina A ou caroteno; e a vitamina D2 (calciferol), obtida de certos óleos vegetais na forma de ergosterol ou provitamina D2. A falta de determinada vitamina no organismo humano causa distúrbios que caracterizam uma avitaminose ou doença carencial. A melhor forma de se evitar as avitaminoses é consumir uma dieta rica em frutos, verduras, cereais, leite e derivados, ovos e carnes. As vitaminas se classificam em hidrossolúveis e lipossolúveis, conforme sejam solúveis em água ou lipídios (óleos e gorduras). Vitaminas lipossolúveis: vitaminas A, D, E e K; as demais são hidrossolúveis. As vitaminas hidrossolúveis dissolvem-se na água durante o processo de cozimento de verduras e legumes, por isso, recomenda-se o aproveitamento do caldo resultante. SAIS MINERAIS São substâncias reguladoras do metabolismo celular. São obtidos pela ingestão deágua e alimentos como frutos, cereais, leite, peixes, etc. Os sais minerais têm participação nos mecanismos de osmose, estimulando, em função de suas concentrações, a entrada ou a saída de água na célula. A concentração dos sais na célula determina o grau de densidade do material intracelular em relação ao meio extracelular. Em função dessa diferença ou igualdade de concentração é que a célula vai se mostrar hipotônica, isotônica ou hipertônica em relação ao seu ambiente externo, justificando as correntes osmóticas ou de difusão através da sua membrana plasmática. Portanto, a água e os sais minerais são altamente importantes para a manutenção do equilíbrio hidrossalino, da pressão osmótica e da homeostase na célula. Importância dos Sais Minerais Os sais podem atuar nos organismos na sua forma cristalina ou dissociados em íons. - Sais de ferro: importantes para a formação da hemoglobina. A deficiência de ferro no organismo causa um dos tipos de anemia. Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno - Sais de iodo: papel relevante na ativação da glândula tireóide, cujos hormônios possuem iodo na sua fórmula. A falta de sais de iodo na alimentação ocasiona o bócio. - Fosfatos e carbonatos de cálcio: participam da composição intercelular do tecido ósseo e do tecido conjuntivo da dentina. A carência desses sais na alimentação implica no desenvolvimento anormal de ossos e dentes, determinando o raquitismo. - Íons de sódio e potássio: participação na transmissão dos impulsos nervosos através dos neurônios. - Íons cálcio: atuação na contração das fibras musculares e no mecanismo de coagulação sanguínea. - Íons magnésio: participação da formação da molécula de clorofila, essencial para a realização da fotossíntese. - Íons fósforo: constituição química da molécula do ATP (composto que armazena energia) e integra as moléculas de ácidos nucléicos (DNA e RNA). Os sais mais comuns na composição da matéria viva são os cloretos, os carbonatos, os fosfatos, os nitratos e os sulfatos (de sódio, de potássio, de cálcio, de magnésio e outros). Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno DIFERENÇAS ENTRE CÉLULAS PROCARIÓTICAS E EUCARIÓTICAS: - Células procarióticas: constituem as bactérias, apresentam parede celular externa à membrana plasmática e não apresentam envoltório nuclear separando o material genético dos outros constituintes celulares. Figura 41. Célula procariótica apresentada de forma esquemática. Disponível em: http://lucianecantalicebiologia.blogspot.com.br/2012/10/citologia.html As células procarióticas se reproduzem rapidamente por divisão binária, dividindo-se em duas em um espaço de tempo muito curto (20 minutos), dessa forma em menos de 11 horas, por divisões repetidas, um único procarioto pode dar origem a 5 bilhões de descendentes (aproximadamente igual ao número total de humanos sobre a Terra). As bactérias se apresentam com diferentes formas e tamanhos, tipicamente, podem encontrar bactérias esféricas, em forma de bastão e espiraladas. Figura 42. Formas e arranjos bacterianos apresentados de forma esquemática. Disponível em: http://www.saladebiologia.com.br/segundo-ano/bacterias/ Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno - Células eucarióticas: constituem os demais seres vivos, são células maiores e mais elaboradas do que as bactérias, algumas apresentam vidas independentes, como organismos unicelulares, como as amebas e as leveduras, outras vivem em grupamentos multicelulares. Todos os organismos multicelulares mais complexos – incluindo plantas, animais e fungos são formados a partir de células eucarióticas. Os eucariotos mantêm seu DNA em um compartimento limitado por uma membrana, chamado núcleo (o nome eucarioto vem do grego eu – que significa verdadeiro, e karyon – que significa núcleo). As células eucarióticas apresentam uma dupla membrana revestindo o núcleo chamada de envoltório nuclear. Possuem proteínas histônicas associadas ao DNA e citoplasma dividido por membranas em diversos compartimentos contendo as estruturas celulares. Figura 43. Célula eucariótica mostrando as estruturas celulares e o núcleo. Disponível em: http://profcarlabio- ba.blogspot.com.br/2012_03 _01_archive.html Figura 44. Esquema de célula eucariótica em microscopia eletrônica de transmissão. Disponível em http://www.seara.ufc.br/donafifi/mitocondrias/mi tocondrias02.htm Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno BIOMEMBRANAS INTRODUÇÃO: Todas as células procarióticas e eucarióticas apresentam na sua superfície um envoltório, denominado membrana (cito) plasmática (M.P.). Ela se constitui na barreira primária que determina os materiais que entram e saem das células. Entretanto, essa membrana não é uma simples barreira mecânica, pois seleciona os materiais que a atravessam. Além de conter o citoplasma, essa membrana regula a entrada e a saída de substâncias, permitindo que a célula mantenha uma composição química definida, diferente do meio extracelular. Figura 45. Elétron- micrografia de corte da superfície de célula epitelial ilustrando o aspecto da unidade de membrana, com duas linhas escuras separadas por uma faixa clara. Na superfície da membrana, o depósito de material pouco denso é o glicocálice. 100.000x. ((Alberts et al., 2007). O modelo teórico mais aceito atualmente para a estrutura da membrana é o do mosaico fluido, proposto por Nicholson e Singer; cuja espessura é de 7,5 a 10 nm, assim só é possível ser visualizada em microscopia eletrônica. A composição química das biomembranas é basicamente composta por fosfolipídios e proteínas além de carboidratos. A membrana plasmática é lipoproteica, sendo formada por uma dupla camada de moléculas de lipídios (fosfolipídios), carboidratos e proteínas (enzimas, antígenos e vários tipos de moléculas receptoras). Exerce várias funções nas células: além de selecionar materiais, separa a célula do meio que a rodeia, impede que o citoplasma se extravase e permite o reconhecimento e a comunicação entre as células. Os lipídios mais abundantes na membrana são os fosfolipídios, esfingolipídios e esteroides. Apresentam uma cabeça polar (hidrofílica) e duas caudas apolares (hidrofóbica), dessa forma pode-se dizer que as biomembranas são anfipáticas (contém região hidrofílica e hidrofóbica na mesma molécula), formando um arranjo trilaminar (grupamentos hidrofóbicos voltados para o Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno centro da membrana e os grupamentos hidrofílicos voltados para as superfícies). Figura 46. Membrana Plasmática. A. Eletromicrografia da membrana plasmática de uma hemácia em secção transversal. B e C. Desenhos esquemáticos mostrando versões bi e tridimensionais de uma membrana celular. (Alberts et al., 2007). As proteínas são de dois tipos: integrais (insolúveis em água) e periféricas (solúveis em água). Elas participam da estrutura mecânica da membrana e atuam como canais de transporte de íons e moléculas polares entreo meio externo e o meio interno. Além disso, desempenham funções reguladoras e agem no reconhecimento celular por meio de receptores específicos - moléculas que reconhecem agentes do meio, como por exemplo, os hormônios. Esse fato é extremamente importante, não só para a célula selecionar o que entra e o que sai dela, mas também para o reconhecimento e a comunicação com outras células. Figura 47. Composição química e estrutura da membrana plasmática. (Amabis; Martho, 1985). Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno Os carboidratos correspondem às porções glicídicas que podem estar ligados a proteínas ou aos fosfolipídios na face não-citoplasmática das membranas, assim estes estão voltados para o meio extracelular. Os carboidratos são responsáveis pela formação do glicocálice ou glicocálix que tem como função o reconhecimento molecular e a comunicação intercelular. Outra atividade biológica importante desempenhada pelos carboidratos de superfície celular é a especificação dos grupos sanguíneos do sistema ABO. Figura 48. Grupo sanguíneo e antígenos. Disponível em: http://www.adam.com/ Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno Figura 49. Composição química dos antígenos presentes nos diferentes tipos sanguíneos. Fonte da imagem: Disponível em: http://geneticaagronomica.blogspot.com.br/2012/04/falso-o-efeito-bombaim.html Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno Transporte através das biomembranas: Figura 50. Transportes através da membrana. (Alberts et al., 2007). Permeabilidade seletiva: a M.P. limita o citoplasma celular e o meio externo. É através dela que a célula retira os alimentos de que necessita e é também por onde excreta os seus resíduos, funções essenciais à vida celular. A permeabilidade seletiva permite a membrana regular as trocas existentes entre a célula e o meio externo. Esse transporte de substâncias que há entre a célula e o meio podem ocorrer de duas formas: transporte passivo e transporte ativo. O Transporte Passivo: é um processo que ocorre sem gasto de energia celular. O movimento das substâncias é condicionado por: Tamanho das moléculas: quanto menor for a molécula, mais rápido será penetrá-la através da membrana. Exemplificando, a água (H20) atravessa a membrana facilmente, a glicose (C6H1206) move-se mais depressa do que a sacarose (CI2H22011), porém mais lentamente que a água. Grau de solubilidade em lipídios: as moléculas solúveis em lipídios penetram mais rapidamente, como é o caso de alcoóis, cetonas e anestésicos. Gradiente de concentração: em condições normais, a água entra e sai continuamente da célula, difundindo-se, através da membrana, por um processo denominado OSMOSE. Difusão ou Difusão simples: É o movimento moléculas ou íons de uma região mais concentrada para onde estão menos concentradas. Este fenômeno é denominado transporte passivo ou difusão seguindo o gradiente de pressão de difusão, ou seja, a favor de um gradiente de concentração de um soluto até que seja atingido o equilíbrio entre os dois compartimentos. Assim todo movimento gasoso entre a célula e o meio externo é explicado por simples difusão. Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno Difusão Facilitada: existem substâncias, como a glicose, que atravessam a membrana a favor de um gradiente, mas com uma velocidade maior do que a difusão passiva. Nesses casos atua a difusão facilitada, um processo que envolve permeases, proteínas especializadas no transporte de determinadas moléculas. Assim, a glicose se combina com a permease, que se desloca e a libera no interior da célula. A difusão facilitada apresenta semelhança com os processos enzimáticos, dado que é afetada pela queda da temperatura e pelos inibidores enzimáticos. Osmose: A membrana plasmática é semipermeável, ou seja, é permeável ao solvente (água), mas é impermeável aos solutos (sais, açúcares, etc). Osmose é o nome que se dá ao processo de difusão de água através de uma membrana semipermeável. No movimento osmótico, a água passa obedecendo ao gradiente de pressão de difusão, sendo um mecanismo de transporte passivo. Quando duas soluções de concentração diferentes estão separadas por uma membrana semipermeável, a água passa da solução menos concentrada (hipotônica) para a mais concentrada (hipertônica), tendendo a uma isotonia entre as duas soluções. a. Solução isotônica b. Solução hipotônica. c. Solução hipertônica Figura 51. O princípio da osmose. Os efeitos de várias soluções sobre as células bacterianas. (Tortora et al., 1995). Colocando eritrócitos em água pura, nota-se, utilizando o microscópio que eles aumentam seu volume e chegam mesmo a arrebentar. Por que acontece isso? Porque a água atravessa a membrana do eritrócito e penetra na célula mais rapidamente do que os líquidos celulares conseguem sair; isso aumenta o volume do líquido no interior do eritrócito e determina o aumento do seu volume. Pelo contrário, colocando-se os eritrócitos em água fortemente salgada (mais concentrada), eles murcham. Por quê? Nesse caso, os líquidos da célula saem mais rapidamente do que a água consegue entrar; isso esvazia parcialmente o eritrócito e determina ser enrugamento. Citologia Profª. Drª Rosemeire Bueno Transporte Ativo: é um processo que consome energia; a qual é fornecida pela respiração celular. O transporte ativo se efetua contra o gradiente de concentração, o que é possível exemplificar através da Bomba de Sódio (Na+) e Potássio (K+). É mediado por proteínas carreadoras que consomem energia (ATP) Urna hemácia possui no citoplasma concentração de potássio 20 vezes maior do que no plasma, e este, por sua vez, possui concentração de sódio 20 vezes maior do que na hemácia. Apesar de a membrana apresentar permeabilidade passiva aos dois íons, as concentrações não se igualam. Para manter esta diferença de concentração iônica, a célula tem que fornecer energia para permitir o funcionamento de uma espécie de "bomba", que possa expelir o sódio, assim que este surgir no seu interior. Figura 52. Bomba sódio potássio. A diferença entre as concentrações externa e interna desses íons na célula permite a polarização da membrana. Disponível em: http://biologiatualizada.blogspot.com.br/2012/01/citologia-estrutural_11.html Transporte em Quantidade Endocitose: consiste num método de captura de partículas e moléculas, através de dois processos, a fagocitose e a pinocitose. Fagocitose: é o englobamento de macropartículas por meio da emissão de pseudópodes ou pela evaginação da membrana plasmática. Nos protozoários, como as amebas, por exemplo, a fagocitose participa dos processos de nutrição. Nos animais em geral, representa um mecanismo de defesa, através do qual os fagócitos - células que realizam a fagocitose - englobam e destroem partículas inertes e micro-organismos invasores. Pinocitose: é o processo de englobamento de micropartículas. Ocorre pela invaginação da membrana que forma um túbulo, visível apenas ao microscópio eletrônico. Pelo túbulo penetra a substância que envolve
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