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Disciplina: Biologia Celular e Molecular Curso: Enfermagem Professora: Msc. Nathália dos Santos Lima ESTUDO DA CÉLULA Função, características, níveis de organização celular. Agosto/2017 CÉLULA Unidade estrutural e funcional de todos os seres vivos Compartimentos envolvidos por membranas preenchido com um solução aquosa concentrada de substâncias químicas; Seres unicelulares (bactérias, fungos, protozoários); Seres unicelulares (bactérias, fungos, protozoários); Seres pluricelulares (animais, plantas); Fonte: Google imagens Fonte: Ilustração de Junqueira e Carneiro. 7º Edição Vírus Parasitas intracelulares obrigatórios; Não possuem organelas – Utilizam da maquinaria celular para se multiplicar; Contém apenas um tipo de ácido nucléico; Contém apenas um tipo de ácido nucléico; Formado basicamente por duas partes: Porção central – Material genético; Porção periférica - Proteínas Origem Celular Primeiras células surgiram na terra 4 bilhões de anos; Antes de surgir a primeira célula: existiam grandes massas líquidas (ricas em substâncias de composição muito simples): Caldo Primordial; Atmosfera: vapor de água, amônia, metano, hidrogênio, sulfeto de hidrogênio e gás carbônico, Evolução Química. O oxigênio livre só apareceu depois, graças à atividade fotossintética das células autotróficas; Origem Celular Substâncias: sob ação do calor e radiação ultravioleta, vinda do sol, e de descargas elétricas oriundas de tempestades frequentes combinaram-se quimicamente Primeiros compostos de carbono. Síntese Prebiótica – Não há participação de seres vivos. Síntese Prebiótica – Não há participação de seres vivos. 1- A Extensão da Terra – Nichos – Moléculas próximas 2- O longo do tempo; 3- Ausência de Oxigênio Origem Celular Stanley Miller (1953 – experimentos fundamentais): produzindo descargas elétricas em um recipiente fechado, contendo vapor de água, Hidrogênio, Metano e amônia, descobriu que se formavam aminoácidos e nucleotídeos; Ácidos nucléicos possuem capacidade de se autoduplicar – Evolução começa com RNA – Início das primeiras células; Fosfolipídeos – Cabeça hidrofílica e duas cadeiras hidrofóbicas. Dispersos em água, formam bicamadas – Sem gasto de energia Após o RNA, surgiram as moléculas de DNA – Proteínas Primeiras células – Procariontes. Experimento de Stanley L. Miller Oxigênio Primeiras células – Autotróficas e anaeróbicas – Sintetizam alimentos e liberam oxigênio; Fotossíntese – Libera oxigênio e modifica a atmosfera terrestre; Oxigênio livre – Recombinação- Ozônio (O3) Início dos seres aeróbicos; Do Procarioto ao Eucarioto Membrana Plasmática - Protetora e reguladora - Entrada e saída de substância - Meio interno ≠ do externo (físico-químico) Formação de dobras, cisternas, vesículas, compartimentos e retículos originados da membrana primordial - Nascimento da célula eucariótica - Sistemas de endomembranas. Fonte: Ilustração de Junqueira e Carneiro. 7º Edição Procariontes e Eucariontes De acordo com a estrutura celular, os seres vivos podem ser classificadas em dois tipos básicos: Procariontes (bactérias e algas azuis - Monera); Eucariontes (algas, plantas, fungos, animais); Principal diferença: complexidade nuclear. Procariontes Simplicidade estrutura: pobreza de membranas; Em seu exterior encontra-se a parede celular – Proteção mecânica; O material genético se encontra disperso no citoplasma; No protoplasma encontram-se os polirribossomos (ribossomos + mRNA) Plasmídeos – Confere resistência para um ou mais antibióticos Mesossomos- Invaginações das membranas plasmáticas Célula Procariótica Eucariontes Grande variedade de organelas com membranas; Citoplasma envolto pela membrana plasmática; Núcleo possui envoltório nuclear; Células mais eficientes – Compartimentação e funções metabólicas distintas. Um organismo multicelular possui células variáveis que se diferenciam de acordo com suas funções específicas Tipos celulares de tecidos animais Célula Eucariótica Fonte: Ilustração De Robertis – 3° Edição Procariontes x Eucariontes Característica Celulas procarióticas Células Eucarióticas Envoltório Nuclear Ausente Presente DNA Desnudo Combinado com Proteínas Cromossomas Únicos Multiplos Divisão Fusão Biária Mitose e Meiose Ribossomos 70S* (50S + 30S) 80S (60S + 40S)Ribossomos 70S* (50S + 30S) 80S (60S + 40S) Endomembranas Ausentes Presentes Mitocôndrias Ausentes Presentes Cloroplastos Ausentes Presentes em cel vegetais Parede Celular Não celulósica Celulósica em cel vegetais Exocitose e Endocitose Ausentes Presentes Citoesqueleto Ausentes Presentes *S corresponde a unidade S Vedberg de sedimentação, que depende do tamanho da molécula Membrana Plasmática Separa o conteúdo da célula do meio externo; Possuem cerca de 6 a 10 nm de espessura (duas linhas escuras, separadas por uma linha central mais clara) Bicamada lipídica; Bicamada lipídica; Funções: Controle seletivo da passagem de solutos; Endocitose; Exocitose; Lipídios: formam uma barreira que impede o movimento da água e de outras moléculas hidrossolúveis entre os compartimentos. Proteínas: atravessam toda a espessura da membrana, formando vias especializadas para a passagem de substâncias específicas. Citoplasma Sistema de endomembranas – Divide a célula em compartimentos e subcompartimentos; Dividido em dois grandes compartimentos: Dentro do sistema de endomembranas Citosol – Fora do sistema de endomembranasCitosol – Fora do sistema de endomembranas Citosol – Meio interno da célula - Contém filamentos do citoesqueleto, ribossomos e diversas moléculas. Citoplasma da células Eucariótica Citoesqueleto Suporte – Forma da célula e posição de seus componentes; Deslocamento intracelular de organelas, cromossomos, vesículas e grânulos. Formado por três filamentos principais: • Filamentos de actina – Motilidade; • Filamentos intermediários – Proteínas fibrosas, papel mecânico; • Microtúbulos – Nascem de uma estrutura chamada de centrossoma (centríolos); Sistema de Endomembranas Retículo endoplasmático – Sacos achatados e túbulos; parte mais externa do sistema de endomembranas. Retículos endoplasmático rugoso – Ribossomos – Síntese protéica;Síntese protéica; Retículo endoplasmático liso – Síntese de ácidos graxos em geral; Deriva o envoltório Nuclear. Reticulo endoplasmático Liso e Rugoso Sistema de Endomembranas Endossomos – São compartimentos de forma variada. Dispostos entre o complexo de Golgi e a MP Função: receber moléculas introduzidas no citoplasma da célula por endocitose (fagocitose, vesículas de pinocitose) Endereçadas para os lisossomos Ou para o citoplasma e superfície celular Compartimento extenso – Do citoplasma até o núcleo celular Sistema de Endomembranas Complexo de Golgi; Formado por vesículas circulares e achatadas Localizam-se próximas ao núcleo ou dispersas no citoplasma; Principal função: processamento de moléculas do retículo endoplasmático; Separação e endereçamento; Complexo de Golgi Sistema de Endomembranas Lisossomos – Organelas polimorfas que possuem enzimas hidrolíticas (pH ácido); Função: Digestão Celular (autofagia; endocitose); A destruição e renovação das organelas é um processo fisiológico! Peroxissomos Organelas caracterizadas pela presença de enzimas oxidativas que transferem átomos de hidrogênio de diversos substratos para o oxigênio RH2 + O2 = R + H2O2 Também possui a catalase que converte o peróxido de hidrogênio em água e oxigênio 2 H2O22 H2O + O2 Proteção celular; Mitocôndrias Estruturas cilíndricas, mais frequentemente alongadas que possuem duas membranas Membrana externa se separa da interna pelo espaço intermembranoso; Membrana interna envolve a matriz mitocondrial e é pregueada; Responsável pela liberação de energia para as células através das moléculas de ácidos graxos e glicose, produzindo calor e ATP. Mitocôndrias Plastídeos Ausentes em células animais; Presença de Plastos – Maiores que as mitocôndrias; Leocoplastos – incolores, armazenam amido; Cromoplastos – pigmentos, principal: cloroplastos (clorofila) Cloroplastos – Fotossíntese; Depósitos citoplasmáticos Glicogênio – Forma de grânulos de 30 nm, podem aparecer isoladamente ou agrupados; Gotículas lipídicas – Tamanho variáveis; Pigmentos – Melanina; Lipofuscina – Neurônios e fibras musculares cardíacas. Núcleo Celular Uma das principais características das células eucariontes; Forma do núcleo e da célula estão relacionadas; assim como a relação entre núcleo e citoplasma; Individualizado - Apresenta envoltório nuclear possui poros que regulam a troca de macromoléculas com o citoplasma. Sua membrana externa possui ribossomos e ligação com RER. Núcleo Celular CROMATINA: grânulos de tamanho variável e forma irregular presentes no núcleo. É constituído por DNA + proteínas. HISTONAS: organizam o DNA e participam da divisão HISTONAS: organizam o DNA e participam da divisão celular. NUCLÉOLO: corpúsculos esféricos de morfologia variável. Contêm RNA e proteínas básicas. Só é visível durante a divisão celular (intérfase e telófase). Organização da célula Eucariótica Componentes Subcomponentes Função Membrana celular Parede celular Cobertura Celular Membrana Plasmática Proteção Interações celulares Permeabilidade , endocitose e exocitose Núcleo Cromossomos Nucléolo Informação genética Síntese de ribossomos Citoesqueleto Filamentos intermediários Microtúbulos Filamentos de actina Forma e Motilidade Celular Sistema de Endomembranas Retículo Endoplasmático Complexo de Golgi Endossomos e Lisossomos Síntese e processamento de lipídeos Hidratos de carbono Digestão Outras organelas Mitocôndrias Cloroplastos Peroxissomos Síntese de ATP Fotossíntese Destoxificação Membranas Celulares As Membranas Celulares A membrana plasmática separa o meio intracelular do extracelular e é a principal responsável pelo controle da penetração e saída de substâncias da célula – Possui de 6 a 10 nm de espessura; Estruturas que exercem atividades complexas, como: Barreiras permeáveis e seletivas; Participa de processos de endocitose e exocitose; Possui receptores específicos que reconhecem outras células e moléculas – contração, movimento, síntese de anticorpos etc. Na membrana existem moléculas que possibilitam o reconhecimento e adesão entre si e com os componentes da matriz extracelular. As Membranas Celulares Os sistemas enzimáticos presos à membrana, possibilitam uma ordenação sequencial da atividade de cada enzima – Sistema eficiente; O isolamento de membranas permitiu concluir que as mesmas são constituídas de proteínas, lipídios e hidratos de carbono; Boa elasticidade, devido a presença de proteínas específicas que oferecem esta capacidade; Boa capacidade de regeneração, ocorre regeneração rápida para pequenas rupturas de membrana. Boa resistência elétrica, devido a presença dos lipídios que são bons isolantes térmicos e elétricos. Estrutura das membranas celulares Estrutura Básica – Bicamada lipídica; Lipídeos – moléculas longas com uma extremidade hidrofílica e uma cadeia hidrofóbica – molécula ANFIPÁTICA Fosfolipídeos, colesterol e glicolipídeos O Fosfolipídeo que predomina nas membranas biológicas é a fosfatidilcolina – Fosfoglicerídeo (Radical fosfato) Entre os glicolipídeos (hidratos de carbono) Estão os glicoesfingolipídeos (glicose, manose, Frutose) Solução aquosa pura – LIPOSSOMOSolução aquosa pura – LIPOSSOMO Camadas hidrofóbicas (Apolares) se unem no interior da camada Proteínas das Membranas Celulares A atividade metabólica das membranas depende principalmente das proteínas; Estão presentes em ambas as partes das membranas de maneira assimétrica; Proteínas Integrais – 70% das proteínas das membranas; Proteínas Integrais – 70% das proteínas das membranas; Firmemente associada aos lipídeos e só podem ser desassociadas através de técnicas drásticas; Enzimas, glicoproteínas, proteínas transportadoras, receptores para hormônios, entre outras. Proteínas das Membranas Celulares Algumas proteínas integrais vão da zona hidrofóbica da bicamada até uma das faces da membrana por onde emergem; Algumas são proteínas transmembrana; Dentre as transmembranas, algumas são denominadas proteínas multipasso.multipasso. Proteínas das Membranas Celulares Proteínas Periféricas – Estão presentes em ambas as faces da membrana, ligadas as extremidades dos fosfolipídeos ou a proteínas integrais; Podem ser isoladas facilmente pelo emprego de soluções salinas; Se ligam à membrana por interação com as proteínas integrais ou Se ligam à membrana por interação com as proteínas integrais ou com a região polar dos lipídeos; Fluidez das membranas plasmáticas Os componentes da membrana não ocupam posições definidas; Movimento dos lipídeos; Giram em torno do seu próprio eixo; Difundem-se lateralmente na bicamada; Podem migrar de uma monocamada para outra (“Flip-flop”) Fluidez das membranas plasmáticas Colesterol Interagem com os lipídeos dificultando a sua movimentação pela membrana; Quanto mais colesterol, menos fluida é a membrana Modelo de Mosaico Fluido Assim como os lipídeos, as proteínas também podem girar em torno do seu próprio eixo e se deslocar lateralmente no plano da bicamada. Hidratos de Carbono - Carboidratos 2 a 10% das membranas são hidratos de carbono; Estão ligados covalentemente aos lipídeos e as proteínas da membrana Glicolipídeos/ glicoproteínas Os hidratos de carbono que se localizam na parte externa da membrana plasmática formam uma cobertura chamada GLICOCÁLICE Hidratos de Carbono - Carboidratos GLICOCÁLISE Protegem a superfície das células de agressões mecânicas e químicas. Ex: glicocálice da superfície das células da mucosa intestinal, que as protege contra alimentos e enzimas digestivas; Reconhecimento e adesão celular; Podem estar envolvidos com o surgimento do câncer; Algumas toxinas, bactérias e vírus se ligam à superfície das células que atacam através dos oligossacarídeos; Em algumas células possuem propriedades enzimáticas (peptidases/ glicolases); Hidratos de Carbono - Carboidratos Determinam a especificidade dos grupos sanguíneos; Permeabilidade das Membranas celulares Existe um fluxo contínuo de substâncias que entram e saem da célula e circulam pelo seu interior. Solutos – Devem passar pelas membranas – Permeabilidade; Importância: célula mantém e controla sua composição interna; A passem de solutos através das membranas pode ser ATIVA ou PASSIVA; Transporte Passivo Sem gasto de energia; Realizado por meio de componentes das bicamada lipídica - Difusão simples; Ou de estruturas especiais: canais iônicos ou permeases – Difusão facilitada; Transporte Passivo Difusão simples; Movimento do soluto do local que está mais concentrado, para o menos concentrado – Gradiente de concentração. Membranas Semipermeáveis; Água, Moléculas apolares como O2, CO2 e o N2; Compostos lipossolúveis – ácidos graxo e esteróides; Algumas moléculas polares menores esem carga – Uréia e glicerol. Transporte Passivo Difusão Facilitada – Ocorre através de canais iônicos e permeases; Sempre a favor do gradiente de concentração, porém em maior velocidade que na difusão simples; Algumas moléculas são insolúveis em lipídeos. Ex: aminoácidos, monossacarídeos. Canais iônicos A maioria dos canais iônicos não estão abertos de forma permanente, pois possuem um dispositivo de abertura e fechamento semelhante ao de uma “comporta” Dependentes de Voltagem; Dependentes de ligantes; Transporte Passivo Canais iônicos dependentes de Voltagem – Se abrem em resposta à uma mudança de potencial elétrico da membrana; Canais iônicos dependentes de ligantes – Se abrem através da chegada de uma substância indutora oriunda do lado citosólico ou não citosólico. Transporte Passivo Ionóforos – Substâncias capazes de se incorporar nas membranas biológicas e aumentar a sua permeabilidade a diversos íons; Transportadores móveis e formadores de canais (cátions monovalentes) Transporte Passivo Difusão facilitada por Permeases. Formadas por várias proteínas transmembrana multipasso; Cada permease possui um ou mais tipos de solutos acessíveis em ambas as faces da bicamada Três tipos de permeases: monotransporte, co-transporte e contra- transportetransporte Transporte Passivo Osmose – Passagem de solvente (líquido – água) do meio de menor concentração (hipotônico), para o meio de maior concentração (hipertônico) até que as concentrações de igualem (isotônico) Transporte Ativo Realizado no sentido contrário de seu gradiente de concentração e voltagem; Há gasto de energia; Ocorre através de permeases – BOMBAS Bomba de Na+ K+ -ATPase Diferenças de concentração de Na e K entre o interior da célula e o líquido extracelular Responsável pela manutenção do potencial elétrico da membrana plasmática Transporte Ativo Bomba de Na+ e K+ Complexo formado de 4 subunidades, duas α e duas β que são proteínas integrais da membrana plasmática; As subunidades α contem sítios específicos para a fixação do Na+ nas suas extremidades citosólicas e sítios específicos para a fixação nas suas extremidades citosólicas e sítios específicos para a fixação de K+ nas suas extremidades externas; As transferências de Na+ para o exterior e K+ para o citosol são acopladas e contra o seu gradiente de concentração. Transporte Ativo A energia para realizar este sistema, vem da hidrólise do ATP; Requer além da presença do Na+ e K,+ a presença do Mg2+; O ATP une-se a um sítio específico da subunidade α na face citosólica da membrana e sua hidrólise é acoplada ao transporte de íons;íons; Para cada ATP hidrolisado, ocorre o transporte de três Na+ para o espaço extracelular e dois K+ para o meio citosol. Transporte Ativo Importância da bomba de Na+ e K+ Manutenção de alta concentração de potássio dentro da célula, importante na síntese de proteínas e na respiração; Manutenção do equilíbrio osmótico através do bombeamento de Manutenção do equilíbrio osmótico através do bombeamento de sódio para fora da célula; Estabelecimento de diferença de cargas elétricas na membrana. Endocitose e Exocitose Partículas maiores não conseguem atravessar a membrana, mas podem ser incorporadas à célula através de endocitose, ou ser eliminadas da célula através de exocitose; Endocitose: fagocitose e pinocitose; Fagocitose: é um processo de ingestão de partículas grandes, tais como microorganismos. O material ingerido fica numa vesícula grande chamada fagossomo; Pinocitose: é um processo de ingestão de micro moléculas dissolvidas em água, tais como polissacarídeos e proteínas. O material ingerido fica numa vesícula pequena chamada pinossomo Endocitose e Exocitose Exocitose Por exocitose, são lançadas para fora das células secreções importantes que atuam em diversas etapas do metabolismo de nosso corpo; Também são lançados para fora das células resíduos do material Também são lançados para fora das células resíduos do material ingerido por pinocitose e fagocitose. Esse tipo de exocitose é denominado clasmocitose.. Roteiro de Estudo 1) Cite as principais funções da membrana plasmática. 2) O que significa dizer que os fosfolipídeos da MP são moléculas anfipáticas? 3) Represente esquematicamente o modelo da estrutura da membrana plasmática (Mosaico Fluido) 4) Descreva as principais proteínas que compõem as membranas celulares. 5) O que é o glicocálice das células animais? quais são suas5) O que é o glicocálice das células animais? quais são suas principais funções. 6) A passem de solutos através das membranas pode ser feito através de transporte ativo ou passivo. Qual a principal diferença entre eles? 7) Cite as principais diferenças entre difusão simples e difusão facilitada. 8) Qual o mecanismo de funcionamento da Bomba de Na+ e K+? 9) Compare os processos de endocitose e exocitose. 10) Dê as diferenças entre fagocitose e pinocitose. Bibliografia Utilizada BIOLOGIA CELULAR E MOLECULAR . Autores: JUNQUEIRA, L.C.; CARNEIRO, J. – 7º Edição BASES DA BIOLOGIA CELULAR E MOLECULAR – . Autor: E.M.F. De Roberts – 3º EdiçãoAutor: E.M.F. De Roberts – 3º Edição
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