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Biologia Celular Revisão Av2 Prof. William Volino Biologia Celular Conteúdo desta aula 7. DOGMA DA BIOLOGIA MOLECULAR 8. CITOPLASMA E CITOESQUELETO 9. ORGANELAS CITOPLASMÁTICAS 10. DIFERENCIAÇÃO CELULAR 11. BIOLOGIA DAS CÉLULAS-TRONCO 12. MORTE CELULAR E CÂNCER DOGMA DA BIOLOGIA MOLECULAR Prof. William Volino NÚCLEO: DOGMA CENTRAL DA GENÉTICA • O núcleo da célula possui a nossa informação genotípica dentro de uma molécula chamada DNA. • O DNA é uma molécula grande capaz de se replicar e de comandar as funções celulares. • As informações são processadas através da síntese de proteínas, produzidas pelo comando do DNA, depois de transcrever um mRNA. A T T T T T T T A A A A A A C C C C C G G G G G G C • Os ácidos nucleicos são macromoléculas, constituídas por Nucleotídeos. Ácido Desoxirribonucléico – DNA Ácido Ribonucléico – RNA Nucleotídeo – é a unidade funcional de um ácido nucleico. N N N N O OH OH Fosfato Base Nitrogenada Carboidrato • DNA x RNA DNA RNA Base Nitrogenada A, C, G e T A, C, G e U Carboidrato Desoxiribose Ribose Fitas Dupla Fita Fita simples Local Núcleo, mitocôndria e cloroplasto Núcleo, mitocôndria, cloroplasto e citoplasma • Dogma Central da Genética: DNA mRNA Proteína Transcrição Replicação Tradução • A replicação é semiconservativa: - Duas “moléculas-filhas” (em amarelo) que conservam a metade da “molécula-mãe” (em azul). A T C G A T T A • Transcrição • Consiste na produção de uma molécula de RNA a partir da informação genética que está no DNA; • A informação é transferida de uma molécula para a outra para que seja enviada ao citoplasma, onde será interpretada através da tradução em proteína; • A molécula de RNA produzida com esta finalidade é chamada de RNA mensageiro (mRNA). 5´ATG GGG CCC TTT ATT AGG ACC CAA GCG GGC GGA TGA 3´ 5´AUG GGG CCC UUU AUU AGG ACC CAA GCG GGC GGA UGA 3´ DNA RNA N- Met- Gli -Pro- Fen - Iso –Arg- Tre- Gln- Ala- Gli- Gli- C Proteína 3´TAC CCC GGG AAA TAA TCC TGG GTT CGC CCC CCT ACT 5´ O mRNA é complementar a fita molde do DNA Gênica Molde • Tradução CITOPLASMA E CITOESQUELETO Prof. William Volino O citoplasma compreende o espaço entre a membrana plasmática e a carioteca em células eucariotas. Em células procariontes compreende todo seu conteúdo. Faz parte do citoplasma uma solução aquosa contendo uma grande quantidade de moléculas orgânicas e inorgânicas, chamado de Hialoplasma ou citoplasma fundamental. Imersos no citoplasma encontramos o citoesqueleto e as organelas citoplasmáticas. O citoesqueleto faz parte do citoplasma. É formado por um conjunto de proteínas, que desempenham diferentes papéis na fisiologia celular. CITOPLASMA CITOPLASMA E CITOESQUELETO O citoesqueleto é responsável por: • Estabelecer a forma da célula e permitir que esta se modifique; • Manter o posicionamento das organelas citoplasmáticas; • Participar da divisão celular; • Permitir os movimentos celulares: • Contração celular (músculo); • Citocinese (separação do citoplasma no final da divisão celular); CITOPLASMA E CITOESQUELETO O citoesqueleto é responsável por: • Movimento de microvilosidades; • Movimentos ameboides (pseudópodos); • Movimentos morfogenéticos; • Movimento de organelas; • Movimento de cílios e flagelos; • Movimento dos cromossomos na divisão. CITOPLASMA E CITOESQUELETO Microtúbulos Filamentos de actina COMPOSIÇÃO DO CITOESQUELETO As várias atividades do citoesqueleto dependem dos três diferentes tipos de filamentos proteicos: • Microfilamentos: são formados por actina; • Filamentos intermediários: formados por uma família de proteínas fibrosas, tais como vimentina, queratina, desmina etc • Microtúbulos: são formados por tubulina; Filamentos intermediários 6 nm 8 - 12nm 25 nm CITOPLASMA E CITOESQUELETO IMPORTÂNCIA DOS MICROTÚBULOS Os microtúbulos são importantes porque participam: • Da estrutura e movimentação de cílios e flagelos; • Do transporte intracelular de partículas; • Do deslocamentos dos cromossomos na mitose; • Do estabelecimento e manutenção da forma da célula. • Eles também originam estruturas estáveis como os centríolos, cílios, flagelos e os corpúsculos basais. CITOPLASMA E CITOESQUELETO CENTRÍOLOS Os centríolos são cilindros de 150nm de diâmetro e 500nm de comprimento. Formam um ângulo reto um com o outro. Possuem 27 microtúbulos dispostos em nove feixes, cada um com três microtúbulos paralelos presos entre si. CITOPLASMA E CITOESQUELETO A figura mostra a metáfase da mitose (divisão celular). Uma das principais funções dos centríolos é orientar a divisão celular, pois eles originam uma estrutura denominada fuso acromático, onde se prendem os cromossomos. CITOPLASMA E CITOESQUELETO CÍLIOS E FLAGELOS Os cílios tem 0,25m de diâmetro; Região central formada por microtúbulos estáveis em forma de feixes. Ao redor do par central existem 9 pares, unidos por dineína. Os flagelos têm uma estrutura interna semelhante a dos cílios, porém são muito longos. 7 8 CITOPLASMA E CITOESQUELETO B MICROFILAMENTOS Participam da composição dos sarcômeros, estruturas responsáveis pela contração muscular. ATP + CA2+ + Mg2+ CITOPLASMA E CITOESQUELETO MICROFILAMENTOS Participam de movimentos envolvendo a superfície celular, como rastejar, fagocitar e movimentos de vilosidades. Microvilosidade Feixes contráteis no citoplasma Protrusões de borda anterior de uma célula em movimento Anéis contráteis em uma célula em divisão CITOPLASMA E CITOESQUELETO ORGANELAS CITOPLASMÁTICAS Prof. William Volino Célula Eucarionte ORGANELAS CITOPLASMÁTICAS • São pequenos compartimentos localizados no citoplasma, onde ocorrem determinadas reações químicas celulares; • Características das células eucariontes; • Algumas, como os ribossomos, não são compartimentos membranosos. ORGANELAS CITOPLASMÁTICAS MITOCÔNDRIAS As mitocôndrias são organelas presentes em quase todos os tipos de células eucariontes. A quantidade de mitocôndrias em uma célula varia de acordo com a atividade metabólica da célula. Mitocôndria e sua estrutura ORGANELAS CITOPLASMÁTICAS FUNÇÕES DAS MITOCÔNDRIAS As mitocôndrias são o local onde ocorre a produção da maior parte da energia que a célula precisa para manter as suas funções vitais. O processo de produção de energia com participação das mitocôndrias se chama Respiração Celular Aeróbia. Na respiração celular aeróbia acontece a produção de ATP (adenosina tri fosfato), que é utilizada como fonte direta de energia pela célula. ORGANELAS CITOPLASMÁTICAS CLOROPLASTOS Os cloroplastos fazem parte de um grupo de organelas chamadas de plastídeos. Estão presentes em células vegetais e de algas. São as organelas que conferem coloração verde às algas e plantas, devido ao seu conteúdo de clorofila, um pigmento verde. São responsáveis pelo processo de fotossíntese. ORGANELAS CITOPLASMÁTICAS DNA MITOCONDRIAL As mitocôndrias possuem DNA próprio, várias cópiasde pequenas moléculas circulares que codificam algumas proteínas que participam da fosforilação oxidativa. TEORIA DA ENDOSSIMBIOSE Algumas evidências suportam a teoria da endossimbiose, como por exemplo: • A presença de DNA próprio; circular como nas bactérias e segue o mesmo código genético • Os ribossomos mitocondriais se assemelham aos ribossomos bacterianos; • A membrana interna da mitocôndria se assemelha à membrana das bactérias; • A capacidade de se multiplicar dentro da célula, por fissão, da mesma forma que as bactérias se multiplicam. ORGANELAS CITOPLASMÁTICAS RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO GRANULAR É chamado de granular por possuir ribossomos na face externa da membrana. Como os ribossomos são as estruturas celulares que produzem as proteínas, o REG participa da síntese de proteínas. As proteínas sintetizadas são armazenadas nas cisternas até serem utilizadas ou transportadas em vesículas para outros locais da célula. A figura mostra os ribossomos grudados na membrana do REG. ORGANELAS CITOPLASMÁTICAS RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO AGRANULAR • Esses não apresentam ribossomos aderidos à superfície. • Desempenham diferentes funções na célula. Eliminam substâncias tóxicas durante o processo de intoxicação do organismo, nas células do fígado. Armazena substâncias diversas e as utiliza para regular a concentração na célula. Participa da síntese de lipídios, em especial os esteroides, como o colesterol e derivados. ORGANELAS CITOPLASMÁTICAS RIBOSSOMOS Os ribossomos são pequenas estruturas encontradas em todas as células, formados por RNA ribossomal e proteínas ribossomais. O rRNA é sintetizado no nucléolo da célula e no núcleo se associa às proteínas para formar as subunidades ribossomais. Fazem a tradução do RNAm em proteínas. ORGANELAS CITOPLASMÁTICAS COMPLEXO DE GOLGI O complexo de Golgi é como se fosse uma central de distribuição da célula. Ele recebe proteínas e lipídios do retículo endoplasmático através de vesículas transportadoras e fazem o seu empacotamento e remessa para outros locais da célula e até para fora da célula. O complexo de Golgi também é importante por originar as organelas chamadas lisossomos, que são um tipo de vesícula específica. ORGANELAS CITOPLASMÁTICAS ENDOSSOMOS Os endossomos são pequenas vesículas encontradas entre a membrana plasmática e o complexo de Golgi, que transporta material proveniente da endocitose. ORGANELAS CITOPLASMÁTICAS LISOSSOMOS Os lisossomos são vesículas que partem do complexo de Golgi contendo no seu interior enzimas hidrolíticas ácidas. As enzimas lisossomais foram produzidas no REG e depois transferidas para o complexo de Golgi. Os lisossomos participam de processos de digestão de partículas englobadas (fagocitose e pinocitose) e de processos de autofagia. ORGANELAS CITOPLASMÁTICAS PEROXISSOMOS Os peroxissomos são organelas presentes em todas as células, também constituindo-se de pequenas vesículas limitadas por membrana. Os peroxissomos realizam a oxidação de ácidos graxos, de aminoácidos, de purinas, ácido úrico e outras moléculas. A oxidação realizada nos peroxissomos está mais envolvida na produção de energia térmica do que na produção de ATP, que ocorre na mitocôndria. Nas células do fígado e dos rins os peroxissomos estão envolvidos na oxidação do álcool. ORGANELAS CITOPLASMÁTICAS ORGANELAS CITOPLASMÁTICAS Organela Funções Mitocôndrias Respiração celular – produção de energia (ATP) Cloroplastos Fotossíntese – produção de glicose Centríolos Divisão celular – formação do fuso acromático Ribossomos Tradução do RNAm – síntese de proteínas Retículo endoplasmático granular Participa da síntese de proteínas Retículo endoplasmático agranular Armazenamento de substâncias (Cálcio), síntese de lipídeos e hormônios esteroides, desintoxicação. Complexo de Golgi Armazenamento, transformação e emissão de moléculas. Origina lisossomos. Endossomos Transporte intracelular de substâncias Lisossomos Digestão intracelular e autofagia Peroxissomos Oxidação de ácidos graxos, oxidação do álcool, decomposição da H2O2 ORGANELAS CITOPLASMÁTICAS DIFERENCIAÇÃO CELULAR Prof. William Volino IMPORTÂNCIA DA DIFERENCIAÇÃO CELULAR Em seres pluricelulares existe uma divisão do trabalho entre as células. A distribuição de funções entre as células é consequência da diferenciação celular. CONCEITO DE DIFERENCIAÇÃO A diferenciação celular é um conjunto de processos que transforma uma célula indiferenciada em uma célula especializada. • Diferenciação de uma célula é seu grau de especialização. • Quanto maior a diferenciação, maior é sua especialização. DIFERENCIAÇÃO CELULAR A diferenciação celular depende, principalmente, da expressão de determinados genes e repressão de outros genes. CONCEITO DE POTENCIALIDADE CELULAR Potencialidade de uma célula é sua capacidade de originar outros tipos celulares. Células que apresentam grande diferenciação têm pouca potencialidade e vice-versa. Quanto à sua potencialidade as células podem ser: • Unipotentes • Oligopotentes • Pluripotentes • Totipotentes DIFERENCIAÇÃO CELULAR BIOLOGIA DAS CÉLULAS-TRONCO Prof. William Volino O QUE SÃO CÉLULAS-TRONCO? São células que ainda não se diferenciaram, com capacidade de autorreplicação e que, quando estimuladas, podem se diferenciar. Muitos tecidos possuem células-tronco, que se multiplicam para manter a sua própria população e originar células mais especializadas. Existe um interesse muito grande sobre essas células, devido à possibilidade de serem utilizadas na medicina regenerativa. As células-tronco são capazes de se transformar em uma célula diferenciada por meio do processo de diferenciação celular. BIOLOGIA DAS CÉLULAS-TRONCO DIFERENCIAÇÃO CELULAR Durante a diferenciação celular, dois fatores indicam quais fenótipos celulares vão surgir: • Potencialidade da célula-tronco: quanto maior for sua potencialidade maior o número de tipos celulares que vai originar. • Ambiente em que a célula se encontra: cada ambiente fornece uma composição de fatores que direciona a diferenciação para tipos celulares distintos. BIOLOGIA DAS CÉLULAS-TRONCO DIFERENCIAÇÃO CELULAR Potencialidade de uma célula é sua capacidade de originar outros tipos celulares. As células-tronco podem ser: • Totipotentes • Pluripotentes • Multipotentes • Oligopotentes BIOLOGIA DAS CÉLULAS-TRONCO MORTE CELULAR E CÂNCER Prof. William Volino A MORTE CELULAR Durante o desenvolvimento embrionário é comum ocorrer a morte de células que já cumpriram seu papel (tecidos provisórios) ou para originar estruturas como ductos, cavidades etc. No organismo adulto também ocorre a morte de células danificadas, envelhecidas, redundantes ou perigosas (cancerosas). A morte celular pode ocorrer de forma acidental, sendo chamada, neste caso, de necrose. AULA 15: Revisão MORTE CELULAR E CÂNCER APOPTOSE: MORTE CELULAR PROGRAMADA É comum ocorrer apoptose durante o desenvolvimento embrionário, como por exemplo para individualização dos dedos. A apoptose também ocorre em células de tecidos adultos, como os neutrófilos, células tumorais, células autorreativas. As células podem morrer de forma fisiológica e programada, sob o comando de genes presentes em seu núcleo. Esse tipo de morte celular, em que a própriacélula se destrói sob o comando nuclear, é chamada de apoptose. MORTE CELULAR E CÂNCER CÂNCER Câncer é o nome dado a um conjunto de doenças em que as células se multiplicam de forma desordenada, comprometendo a harmonia do tecido e até mesmo invadindo tecidos vizinhos.As células de um tecido normal crescem, se multiplicam e morrem. No câncer, esses mecanismos estão anormais. Os processos de divisão e morte celular são regulados por vários genes. Mutação nesses genes são responsáveis pelo câncer. Sendo assim, o câncer é sempre uma doença genética, independentemente de ocorrer de forma esporádica ou hereditária, pois sempre se inicia com danos no DNA. MORTE CELULAR E CÂNCER GENÉTICA DO CÂNCER As mutações genéticas que desencadeiam o câncer ocorrem, basicamente, em dois tipos de genes: • Proto-oncogenes: são genes normais que, quando sofrem mutações, originam os oncogenes. Estes genes estimulam a proliferação celular e quando sofrem as mutações, passam a estimular de forma descontrolada, levando ao câncer. • Genes supressores tumorais: são genes que controlam a divisão celular, induzindo à apoptose, por exemplo. Quando esses genes sofrem as mutações deixam de funcionar e as células se multiplicam de forma descontrolada, levando ao câncer. MORTE CELULAR E CÂNCER
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