biologia celular

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Biologia Celular
Trabalho 2ª semana - Pergunta 1.
Membrana Celular: 
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK9928/
A estrutura e função das células são criticamente dependentes de membranas, o que não só separam o interior da célula a partir do seu meio ambiente, mas também definem os compartimentos internos de células eucarióticas , incluindo o núcleo e organelos citoplásmicos. A formação das membranas biológicas é baseado nas propriedades de lípidos , e todas as membranas celulares partilhar uma organização estrutural comum: bicamadas defosfolípidos com associadas proteínas . Estas proteínas de membrana são responsáveis ​​por muitas funções especializadas; alguns agem como receptores que permitem que a célula para responder a sinais externos, alguns são responsáveis ​​pelo transporte selectivo de moléculas através da membrana, e outros participam no transporte de electrões e fosforilação oxidativa . Além disso, as proteínas da membrana controlar as interacções entre as células de organismos multicelulares. A organização estrutural comum de membranas está subjacente, assim, uma variedade de processos biológicos e funções da membrana especializadas, que serão discutidos em detalhes em capítulos posteriores.
Vamos para:
Lipídeos da membrana
Os blocos de construção fundamentais de todas as membranas celulares sãofosfolipídios , que são anfipáticas moléculas, que consistem em doishidrofóbicas cadeias de ácidos graxos ligados a uma contendo fosfatohidrofílico grupo de cabeça (ver Figura 2.7 ). Porque as caudas de ácido gordo são pouco solúveis em água, fosfolípidos formam espontaneamente bicamadas em soluções aquosas, com as caudas hidrofóbicas enterrado no interior da membrana e os grupos polares cabeça exposta em ambos os lados, em contacto com a água ( Figura 2.45 ). Tais bicamadas de fosfolípidosformando uma barreira entre dois compartimentos aquosos e representam a estrutura básica de todas as membranas biológicas.
Figura 2.45
Uma bicamada fosfolipídica. Os fosfolípidos formam espontaneamente bicamadas estáveis, com os seus grupos de cabeça polares expostos a água e as suas caudas hidrofóbicas enterrado no interior da membrana.
Os lípidos constituem aproximadamente 50% da massa da maioria das membranas celulares, embora essa proporção varia dependendo do tipo de membrana. Membranas de plasma, por exemplo, são cerca de 50% de lípidos e 50% de proteína. A membrana interna de mitocôndrias , por outro lado, contém uma fracção invulgarmente elevado (cerca de 75%) da proteína, que reflete a abundância de complexos de proteínas envolvidas no transporte de electrões e fosforilação oxidativa . A composição lipídica de diferentes membranas celulares também varia ( Tabela 2.3 ). A membrana plasmática deE. coli constituída predominantemente por fosfatidiletanolamina, que constitui 80% dos lipídios totais. Membranas de plasma de um mamífero são mais complexas, contendo quatro principais fosfolípidos -phosphatidylcholine, fosfatidilserina, fosfatidiletanolamina, e esfingomielina -que em conjunto, constituem 50 a 60% de lípido total da membrana. Além dos fosfolípidos, as membranas plasmáticas de células animais conter glicolípidos e colesterol , que geralmente correspondem a cerca de 40% das moléculas totais de lípidos.
tabela 2.3
Composição lipídica de membranas celularesuma .
Uma propriedade importante das bicamadas lipídicas é que se comportam como líquidos bidimensionais em que as moléculas individuais (ambos oslípidos e proteínas ) estão livres para rodar e mover-se em direcções laterais (Figura 2.46 ). Tal fluidez é uma propriedade crítica de membranas e é determinado pela temperatura e composição tanto lipídica. Por exemplo, as interacções entre as cadeias de ácidos gordos mais curtos são mais fracas do que aquelas entre cadeias mais longas, de modo que as membranas que contêm cadeias de ácidos gordos mais curtas são menos rígidas e permanecem fluido a temperaturas mais baixas. Os lípidos insaturados contendo ácidos gordos aumentar de forma semelhante a fluidez da membrana porque a presença de ligações duplas introduz dobras nas cadeias de ácido gordo, tornando-os mais difíceis de embalar em conjunto.
Figura 2.46
Mobilidade de fosfolípidos em uma membrana. fosfolípidos individuais podem rodar e mover-se lateralmente dentro de uma bicamada.
Devido à sua estrutura de anel de hidrocarboneto (ver figura 2.9 ), o colesteroldesempenha um papel distinto na determinação da fluidez da membrana.Moléculas de colesterol inserir na bicamada com os seus grupos hidroxilo polares próximas das hidrofílicos grupos de cabeça dos fosfolípidos ( Figura 2.47 ). Os anéis de hidrocarbonetos rígidas de colesterol, por conseguinte, interagem com as regiões das cadeias de ácidos gordos que são adjacentes aos grupos de cabeça de fosfolípidos. Esta interacção diminui a mobilidade das porções exteriores das cadeias de ácido gordo, fazendo esta parte da membrana mais rígida. Por outro lado, a inserção do colesterol interfere com as interacções entre as cadeias de ácido gordo, mantendo assim a fluidez da membrana a temperaturas mais baixas.
Figura 2.47
Inserção de colesterol numa membrana.inserções de colesterol através da membrana com o seu grupo hidroxilo polar perto dos grupos de cabeças polares dos fosfolipidos.
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Proteínas de membrana
As proteínas são o outro constituinte principal das membranas celulares, que constitui 25 a 75% da massa das várias membranas da célula. O modelo corrente da estrutura da membrana, proposto por Jonathan Singer e Garth Nicolson em 1972, vistas membranas como um mosaico de fluido em que as proteínas são inseridos numa bicamada lipídica ( Figura 2.48 ). Enquantofosfolípidos fornecer a organização estrutural de base de membranas, proteínas de membrana de desempenhar as funções específicas das diferentes membranas da célula. Estas proteínas são divididos em duas classes gerais, com base na natureza da sua associação com a membrana. Proteínas de membrana integrais são incorporados directamente dentro da camada dupla de lípido. Proteínas de membrana periféricas não são inseridos na bicamada lipídica, mas estão associados com a membrana indirectamente, geralmente por interacções com as proteínas de membrana integrais .
Figura 2.48
Modelo de mosaico fluido da estrutura da membrana. Membranas biológicas consistem em proteínas inseridas numa bicamada lipídica. Proteínas de membrana integrais são incorporados na membrana, geralmente através de regiões de a-hélice de 20 a 25 aminoácidos hidrofóbicos. Alguns (mais ...)
Muitas proteínas de membrana integrais (denominadas proteínas transmembranares ) abrangem a bicamada lipídica, com porções expostas em ambos os lados da membrana. As porções que atravessam a membrana destas proteínas são geralmente regiões a-helicoidal de 20 a 25 aminoácidos não polares. Os hidrófobos cadeias laterais destes aminoácidos interagir com as cadeias de ácido gordo de membrana lípidos , e a formação de uma hélice αneutraliza o carácter polar das ligações peptídicas, como discutido anteriormente neste capítulo com relação a dobragem de proteínas. Tal como os fosfolipidos , proteínas transmembranares são anfipáticos moléculas, com as suas hidrofílicos porções expostas ao ambiente aquoso em ambos os lados da membrana. Algumas proteínas transmembranares atravessam a membrana apenas uma vez; outros têm várias regiões que atravessam a membrana. A maioria das proteínas transmembranares de membranas plasmáticas eucarióticas foram modificados pela adição de hidratos de carbono, que estão expostas na superfície da célula e pode participar em interacções célula-célula.
As proteínas também podem ser ancorada em membranas de lípidos que estão covalentemente ligados ao polipéptido de cadeia (ver Capítulo 7).Modificações lipídicas distintas ancorar proteínas à citosólica e caras extracelular da membrana plasmática . As proteínas podem ser ancorada à face citosólica da membrana, quer através da adição de um ácido gordo de 14 carbonos (ácido mirístico) ao seuterminal amino ou através da adição de um ácido gordo de 16 carbonos (ácido palmítico) ou 15- ou grupos prenilo 20-carbono para as cadeias laterais de resíduos de cisteína. Alternativamente, as proteínas são ancoradas na face extracelular da membrana do plasma por meio da adição de glicolípidos para o seu terminal carboxi.
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O transporte através das membranas celulares
A permeabilidade selectiva das membranas biológicas para moléculas pequenas permite que a célula para controlar e manter a sua composição interna. Apenas moléculas pequenas não carregadas podem difundir livremente através de bicamadas de fosfolípidos ( Figura 2.49 ). Pequenas moléculas não polares, tais como O 2 e CO 2 , são solúveis na bicamada lipídica e pode, portanto, as membranas celulares prontamente transversais.Pequenas moléculas polares sem carga, tais como H 2 S, também podem difundir através de membranas, mas as moléculas polares não carregados maiores, tais como glucose, não pode. Moléculas carregadas, tais como íons, são incapazes de se difundir através de uma bicamada de fosfolipídios , independentemente do tamanho; até mesmo H + íons não pode atravessar uma bicamada lipídica por difusão livre.
Figura 2.49
Permeabilidade de bicamadas de fosfolípidos.moléculas pequenas não carregadas podem difundir livremente através de uma camada dupla de fosfolípido. No entanto, a bi camada é impermeável às moléculas polares de maiores dimensões (tais como glucose e aminoácidos) e a iões.
Embora a maioria dos iões e moléculas polares não podem difundir através de uma camada dupla de lípido, muitas dessas moléculas (tais como glucose) são capazes de atravessar as membranas celulares. Estas moléculas passam através das membranas através da acção da específicos proteínas transmembranares , que funcionam como transportadores. Tais proteínas de transporte determinar a permeabilidade selectiva das membranas das células e, assim, desempenhar um papel crucial na função da membrana. Eles contêm múltiplas regiões que atravessam a membrana que formam uma passagem através da bicamada lipídica, permitindo que as moléculas polares ou carregados para atravessar a membrana através de uma proteína de poro sem interagir com os hidrófobos cadeias de ácidos gordos da membrana de fosfolípidos .
Como discutido em pormenor no capítulo 12, existem duas classes gerais de transporte de membrana proteínas ( Figura 2.50 ). Proteínas de canal formar poros abertos através da membrana, permitindo a passagem livre de qualquer molécula de tamanho apropriado. Canais de iões, por exemplo, permitem a passagem de iões inorgânicos, tais como Na + , K + , Ca 2+ , e Cl - do outro lado da membrana plasmática . Uma vez aberto, proteínas de canal formar pequenos poros através dos quais os íons do tamanho e carga apropriada pode atravessar a membrana por difusão livre. Os poros formados por estas proteínas de canal não são permanentemente aberto; Em vez disso, eles podem ser selectivamente aberta e fechada em resposta a sinais extracelulares, permitindo que a célula para controlar o movimento de iões através da membrana. Tais canais iónicos regulados foram particularmente bem estudados em células nervosas e musculares, onde medeiam a transmissão de sinais electroquímicos.
Figura 2.50
Proteínas de canal e transportador. Proteínas (A) Canal formar poros abertos através dos quais as moléculas de tamanho apropriado (por exemplo, iões) podem atravessar a membrana. (B) proteínas transportadoras ligam-se selectivamente a molécula pequena para ser transportada e, em seguida, submetidos a um conformacional (mais ...)
Em contraste com o canal proteínas , proteínas transportadoras ligam-se selectivamente e transportar pequenas moléculas específicas, tais como a glucose. Em vez de formar canais abertos, proteínas transportadoras agir como enzimas para facilitar a passagem de moléculas através de membranas específicas. Em particular, proteínas transportadoras ligam-se as moléculas específicas e, em seguida, sofrer alterações conformacionais que os canais abertos através dos quais a molécula a transportar pode passar através da membrana e ser libertados no outro lado.
Tal como descrito até agora, as moléculas transportadas por qualquer canal ouproteínas transportadoras atravessar membranas na direcção energeticamente favorável, tal como determinado pela concentração e gradientes electroquímica, um processo conhecido como o transporte passivo . No entanto, proteínas transportadoras também fornecer um mecanismo através do qual as mudanças de energia associados com moléculas que transportam através da membrana pode ser acoplada com a utilização e a produção de outras formas de energia metabólica, assim como as reacções enzimáticas pode ser acoplado à hidrólise ou a síntese de ATP. Por exemplo, as moléculas podem ser transportados numa direcção energeticamente desfavorável através de uma membrana (por exemplo, contra um gradiente de concentração), se o seu transporte em que direcção é acoplado a hidrólise de ATP como fonte de-uma energia processo chamado de transporte activo ( Figura 2.51 ). A energia livre armazenada como ATP pode, assim, ser usadas para controlar a composição interna da célula, bem como para conduzir a biossíntese de constituintes celulares.
Figura 2.51
Modelo de transporte activo. Modelo de transporte activo energia derivada a partir da hidrólise do ATP é utilizado para transportar H + contra o gradiente electroquímico (de baixo para cima H + de concentração).
Envoltórios celulares
Os envoltórios celulares tem a função de isolar o interior da célula e permitem trocas de substâncias entre o meio externo e o meio interno celular. Sem essas trocas a célula não sobrevive pois precisa receber nutrientes e eliminar resíduos de seu metabolismo. Os envoltórios celulares também dão forma a célula e crescem junto com ela. Vamos ver cada um desses envoltórios detalhadamente.
 	O envoltório celular presente em todas as células é a membrana plasmática. Ela é constituída principalmente de fosfolipídios e proteínas,sendo portanto, lipoproteica. O modelo da estrutura da membrana aceito atualmente foi proposto por Singer e Nicolson em 1972 e chana-se modelo do mosaico fluido.
 	Seguindo este modelo,existem duas camadas de fosfolipídeos (bicamada lipidica) que formam um revestimento fluido onde encontram-se imersas moléculas de proteínas globulares. A fluidez da bicamada lipídica permite a movimentação das moléculas de lipídios e também das proteínas. As moléculas de fosfólipideos possuem afinidade diferencial com a água.Em função disso,a bicamada lípidica forma uma película que isola a célula, dificultando a passagem de íons e de moléculas grandes ou soluvéis em água e facilitando a passagen de moléculas pequenas.
Além da membrana plasmáticas , também podem ser encontrados compostos formados por açúcares externos à membrana, tais como: parede celular, presente em células vegetais, e glicocálix, presente em células animais.
Parede celular/celulosica
Estrutura espessa e rígida, que garante a sustentação e resistência celular.
É permeável à substâncias, não apresentando capacidade seletiva.
Ocorre em vários organismos e apresenta composição variada.
É constituída basicamente de sílica ou de celulose.
Reduz a perda de água e promove a rigidez das células.
Em bactérias e cianobactérias, a parede celular é formada por pepitideoglicano (moléculas grandes constituídas por moléculas menores de açúcares associados a aminoácidos.
Em células vegetais jovens, por ser muito fina a parede celular é primária.
Em células adultas apresenta espessamentos, então será uma parede celular secundária.
Possui pontos de contato entre células vizinhas, onde não há deposição de celulose chamados de Plasmodesmos (responsável pelo intercambio de material entre as células).
 
Ocorrência: bactérias e cianofíceas – com peptidoglicano; algas – com celulose, carragenina, alginato, sílica; fungos – com quitina; plantas – com celulose, lignina, suberina.
Á medidaque a célula vegetal amadurece, sua parede celular torna-se mais espessa.
Glicocálix
O glicocálice é um envoltório externo á membrana plásmatica e ocorre nas células eucarióticas. composto de molélucas de glícideos associadas aos fosfolípideos e ás proteínas dessa menbrana,formando,respectivamente ,glicolípieos e glicoproteínas, Contém glicoproteínas produzidas pela própria célula,que ficam aderidas a face extena da menbrana plasmática.
O glicocálice confere maior resistência á menbrana plasmática e a ajuda a proteger a superfície celular contra lesões mecânicas e químicas. Em células que têm capacidade de deslocamento,como os leucócitos do sangue humano e as amebas,por exemplo,o glicocálice ,contribui para reduzir o atrito dessas células com o meio externo.Isso se deve á adesão de moléculas de água ao glicocálice,tornando a superficie celular mais lisa.
Além disso,o glicocálice participa da adesão entre células e do reconhecimento célula a célula,como ocorre quando o espermatozóide reconhece o óvulo na fecundação.
Formado por açucares associado à lipídeos (glicolipídeos) e proteínas (glicoproteínas).
Ocorrem em células animais.
Glicoproteínas do glicocálix
Do grego glykys = glicídios; calix, do latim calyx= envoltório,
Ocorre externamente à membrana plasmática da maioria das células animais e de muitos protistas.
Formado por uma camada frouxa de glicídios, associados aos lipídios e às proteínas da membrana.
Proporciona resistência à membrana plasmática
Constitui uma barreira contra agentes físicos e químicos do meio externo;
Confere às células a capacidade de se reconhecerem;
Forma uma malha que retém nutrientes e enzimas ao redor das células, de modo a manter nessa região um meio externo adequado.
Funções:
– proteção contra agentes físicos e químicos do ambiente;
– reconhecimento celular, já que os açúcares do glicocálix são diferentes para as espécies. Reconhecimento de gametas para que ocorra a fecundação.
– defesa, reconhecem substâncias estranhas ao corpo induzindo à formação de anticorpos.
Determinação dos grupos sanguíneos (A, B, AB, O) ocorre em função das glicoproteínas presente no glicocálix das hemácias presentes no sangue.
Membrana plasmática (plasmalena)
É uma membrana lipoprotéica, constituída principalmente de fosfolipídios e proteínas.
Possui grande permeabilidade Seletiva: capacidade de selecionar as substâncias que entram e saem da célula.Garante que as concentrações intra e extracelular possam ser diferentes
Gera proteção ao conteúdo celular, dar formato característico a célula.
Está presente em todas as células, por isso, universal.
Proteínas
É uma estrutura extremamente delgada (fina) com 7,5 m ou 75m de espessura.
Visível apenas ao microscópio eletrônico.
Apresenta alta flexibilidade e capacidade de regeneração.
Ao longo do processo evolutivo da célula, a invaginação da membrana deu origem à organelas citoplasmáticas (retículo endoplasmático, complexo de Golgi) e estruturas como a carioteca.
Composta por lipídeos e proteínas, lipoproteica.
O principal lipídeo que constitui a membrana é o fosfolipídeo .
Dica 1 – As Mutações Genéticas são importantes para o processo de evolução dos seres vivos. Entenda como acontecem essas mutações nesta aula de Biologia Enem –http://blogdoenem.com.br/mutacoes-geneticas-aula-de-biologia-enem/
De acordo com o modelo proposto por Singer e Nicholson, chamado mosaico fluído, a membrana é composta por duas camadas de lipídeos (bicamada lipídica) com proteínas inseridas integralmente e perifericamente.
Os fosfolipídeos apresentam sua cabeça hidrofílica para fora da membrana e sua cauda hidrofóbica no interior da membrana. É o lipídeo que isola o conteúdo intracelular do meio.
As proteínas são responsáveis pelo trânsito de substâncias através da membrana. Proteínas fazem reconhecimento de substâncias como hormônios e antígenos.
Rosa - o material sobre este assunto foi retirado do livro de Alberts - Biologia Molecular das Células.
Envoltório nuclear (ou envelope nuclear ou membrana nuclear ou Carioteca)
 
O envelope nuclear, uma membrana de camada dupla, circunda o núcleo e separa o DNA do citoplasma. 
O envelope nuclear é apenas uma parte de um conjunto de membranas internas. Cada uma delas é estruturalmente similar à membrana plasmática, confinando diferentes tipos de espaços dentro da célula, muitos deles envolvidos em processos relacionados à digestão e à secreção. Pag 62 – pdf 26.
Quase todo o DNA de uma célula eucariótica está contido em um núcleo que ocupa cerca de 10% do volume celular total. Esse compartimento é delimitado por um envelope nuclear formado por duas membranas de bicamada lipídica concêntricas. O envelope nuclear está diretamente ligado à extensa membrana do retículo endoplasmático, que se estende do núcleo ao citoplasma. (O núcleo é sustentado mecanicamente por uma rede de filamentos intermediários, chamada de lâmina nuclear, que forma uma fina rede de camadas dentro do núcleo logo abaixo da membrana nuclear interna). O envelope nuclear permite que muitas proteínas que atuam no DNA sejam concentradas onde são necessárias à célula e ele mantém as enzimas nucleares separadas das enzimas citoplasmáticas, uma característica crucial para o funcionamento adequado das células eucarióticas.
 
 
 
 
 
 
 
A compartimentalização é um princípio importante da biologia.
A compartimentalização, (pag 236 –pdf 200) da qual o núcleo é um exemplo, é um princípio importante da biologia, que serve para estabelecer um ambiente em que as reações bioquímicas são facilitadas pela alta concentração dos substratos e das enzimas. A compartimentalização também impede que enzimas necessárias em uma parte da célula interfiram em vias bioquímicas ordenadas em outra parte. (pag 237 – pdf 201)
 
Figura na pag 63 – pdf 27 – célula animal típica
 
Uma possível via para a evolução do núcleo celular 
Em algumas bactérias, a molécula de DNA única que compreende o cromossomo bacteriano é aderida a uma invaginação da membrana plasmática. Tal invaginação em uma célula procariótica ancestral poderia ter-se rearranjado para formar um envelope em torno do DNA, ainda permitindo o acesso do DNA ao dtosol da célula (como ocorre com o DNA para dirigir a síntese de proteínas). Presume- se que este envelope, finalmente, pode ter se separado completamente da membrana plasmática, originando um compartimento nuclear envolto por uma membrana dupla.
Como ilustrado, canais de comunicação chamados de complexos de poro nuclear (NPCs, nuclear pore camplexes) penetram o envelope nuclear. Devido ao fato de ser envolto por duas membranas que são contínuas nos locais em que são permeadas por esses NPCs, o compartimento nuclear é topologicamente equivalente ao dtosol; de fato, durante a mitose, o conteúdo nuclear mistura-se com o citosol. O lúmen do RE é contínuo com o espaço entre as membranas nucleares interna e externa e topologicamente equivalente ao espaço extracelular. (pag. 736 - pdf 700)