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BIOLOGIA CELULAR – PROVA 2 MITOCÔNDRIA - células eucarióticas (maioria delas) - localização citoplasmática: próximas aos lugares com elevado uso de ATP, distribuídas pelo citoplasma, associadas aos microtúbulos - seletivamente permeável: devido à presença de proteínas transportadoras - ATP: serve para a síntese de macromoléculas e outros componentes celulares; movimentos celulares; transporte de moléculas contra o gradiente (geração de potencial elétrico) - ATP sintase: cria uma via hidrofílica através da membrana mitocondrial interna que permite prótons fluírem a favor de seu gradiente eletroquímico - DNA mitocondrial humano: de origem materna, está presente na matriz mitocondrial - mitocôndria depende do DNA nuclear - translocadores nas membranas mitocondriais: complexos TIM (transporte e inserção de proteínas) e TOM (inserção e transferência de proteínas) - importação para a membrana: algumas proteínas possuem sequências internas que sinalizam a parada no transporte através da membrana – proteína é transportada lateralmente para compor a membrana (interna ou externa) Ultraestrutura matriz mitocondrial: espaço interno com enzimas que metabolizam piruvato e ácidos graxos, produzindo acetilcoenzima A, além das enzimas do ciclo do ácido cítrico; contém DNA circular e ribossomos; aparência granulosa membrana interna: dobrada em cristas, que aumentam a superfície e eficiência; rica em cardiolipina (isolante elétrico sintetizado a partir da importação de lipídeos), que garante a impermeabilidade a íons e moléculas carregadas para manter o gradiente eletroquímico; com proteínas que conduzem as reações de oxidação e a produção de ATP na matriz; contém componentes da cadeia transportadora de elétrons espaço intermolecular: enzimas que utilizam ATP proveniente da matriz para fosforilar outros nucleotídeos membrana externa: lisa, permeável devido a porinas que formam canais aquosos; rica em colesterol (+rígida) Propriedades - plasticidade - fusão e fissão mitocondrial: as mitocôndrias se originaram pela divisão e crescimento das mitocôndrias existentes Origem - bactérias teriam sido fagocitadas e escapado dos processos de destruição das células e estabelecido simbiose celular - a membrana externa da mitocôndria seria provinda da membrana do endossomo e a interna, a da própria bactéria - fatores que sugerem que as mitocôndrias se originaram de bactérias: presença de DNA próprio e circular; presença de três tipos de RNA; ribossomos semelhantes; mRNA formado apenas por exons (sem íntrons) e policistrônico; mecanismo de auto-reprodução por fissão Funções - envelhecimento - participam do desencadeamento da apoptose - reposição de metabólitos e potencial redutor ao citosol para processos biossintéticos - remoção de NADH citosólico (reciclagem de NAD+) para que a glicólise ocorra - papel crucial na geração da energia metabólica nas células eucarióticas (fosforilação oxidativa) Obtenção de Energia: Respiração Celular - glicólise (citoplasma): reações nas quais 1 molécula de glicose é convertida em 2 piruvatos, exigindo o consumo de 2 moléculas de ATP e a formação de 4 ATP - 2 piruvatos são transportados para o interior das mitocôndrias e são transformados em 2 acetil coA - ciclo do ácido cítrico/ ciclo de Krebs (matriz mitocondrial): degradação do ácido cítrico em CO2 com formação das enzimas NADH e FADH2 e liberação de dois ATP - fosforilação oxidativa (parede interna da mitocôndria): elétrons transportados pelas coenzimas enzimas NADH e FADH2 são transferidos para o aceptor final de elétrons, o oxigênio, que se transforma em água. A energia libertada na transferência dos elétrons é usada para bombear prótons (H+), este gradiente de prótons é utilizado na síntese de 34 moléculas de ATP. A fosforilação oxidativa é a etapa mais energética da respiração celular - os ácidos graxos também podem ser utilizados como compostos energéticos. Através da β –oxidação, são transformados em acetil coenzima A (CoA) e depois seguem o percurso normal - balanço energético: 4 – 2 + 2 + 34 = 38 ATP NÚCLEO CELULAR Núcleo Interfásico - células eucariontes possuem envoltório nuclear, que abriga o genoma celular - funções: armazenamento, replicação e expressão de informação genética; centro de controle celular e do metabolismo (por meio de sinais lançados ao citoplasma); síntese e processamento de todos os tipos de RNA - aspectos morfológicos (variam com tipo e função celular): forma, volume, posição (lateralizado; central), número de núcleos (anucleadas; multinucleadas) Componentes Estruturais Envoltório Nuclear - funções: compartimentalização do material genético; separação entre os componentes do núcleo e do citoplasma; organização do material genético; determinação da forma e proteção mecânica do conteúdo nuclear; barreira seletiva para a importação e exportação núcleo-citoplasma - estrutura: duas unidades de membranas que separam os componentes do núcleo do citoplasma folheto externo: ribossomos aderidos em continuidade como o retículo endoplasmático rugoso (RER) folheto interno: contém proteínas específicas que agem como âncoras para cromatina e para os filamentos intermediários da lâmina nuclear, que mantém o suporte estrutural da membrana espaço perinuclear (entre as membranas): região especializada do RER complexo de poros (pontos de fusão entre as membranas) lâmina nuclear: lâmina densa interna Poro Nuclear - local de fusão da membrana interna e externa - regulam o trânsito de moléculas (comunicação do núcleo com o citoplasma) - formado por proteínas nucleoporinas - quanto maior é a atividade de síntese da célula, maior é o número de poros - estrutura: 2 anéis - um na face citoplasmática e um na face nuclear subunidades luminares – fazem o engate das subunidades / interação com lâmina nuclear fibrilas nucleares - regulam precisamente o intercâmbio citoplasma-núcleo fibrilas citoplasmáticas - interagem com receptores de transporte nuclear que carregam proteínas destinadas ao núcleo transportador central - Centro do poro, contém um emaranhado de proteínas que controlam o transporte passivo e ativo Transporte através da Membrana Nuclear 1 – receptores de transporte nuclear reconhecem sequência de aminoácidos básicos (sinal de localização celular) na proteína destinada ao núcleo e se ligam a ela 2 – receptores de transporte interagem com fibrilas citosólicas 3 – passagem do receptor carregando a proteína nuclear pelo centro do poro 4 – dissociação do receptor e liberação da proteína para o interior do núcleo 5 – retorno do receptor ao citoplasma através do poro Nucleoplasma - solução aquosa rica em íons - localiza-se banhando os cromossomos - proteínas: histonas; não histonas; enzimas envolvidas na replicação, transcrição e reparo do DNA; enzimas envolvidas no processamento pós transcricional dos RNAs; enzimas envolvidas na ativação e inativação gênica Cromatina - formada por DNA e proteína (histonas – responsáveis pelos primeiros níveis de compactação) heterocromatina: eletrondensa; grânulos grosseiros; DNA condensado, transcricionalmente inativa; periféricas - constitutiva: contém sequências de DNA que nunca são transcritas - facultativa: contém sequências que não são transcritas na células examinada, mas são em outros tipos celulares. Grande parte da cromatina está localizada na periferia do núcleo, possivelmente por ligar-se a proteínas da membrana nuclear interna eucromatina: granulosa e clara; DNA descondensado, transcricionalmente ativa; distribuída por todo o núcleo; rica em células fabricantes de proteínas Compactação do DNA - todas as células (independente da fase no ciclo celular) compactam seu DNA em estruturas chamadas cromossomos - embora exista compactação no núcleo interfásico, a compactação maior se dá no núcleo em divisão - cromatina: complexo macromolecular de proteínas (histonas e não histona) com o DNA nuclear - nucleossomos: unidades básicasda estrutura dos cromossomos – cerne formado por histonas e duas voltas de DNA + DNA de ligação - compactação dos nucleossomos: histona H1 - outros níveis de compactação são realizados durante a fase M da mitose - lamina nuclear: rede de filamentos intermediários que fornece suporte estrutural para o núcleo, já que ligam-se às proteínas da membrana nuclear interna e parecem estar associadas à cromatina. É composta por quatro laminas diferentes – A, B1 , B2 e C, que associam-se uma com a outra para formar filamentos - a cromatina está arranjada de maneira organizada e dividida. Cada cromossomo tende a ocupar territórios distintos no núcleo (papel da lâmina nuclear) Nucléolo - partes de diferentes cromossomos (que contém genes para RNAr) se agrupam numa mesma região. Transcrição e processamento de RNAr e produção dos ribossomos (associação com proteínas ribossomais) centro fibrilar: onde estão localizados os genes dos rRNAs componente fibrilar denso: transcrição e início do processamento do pré rRNA componente granular: local onde o rRNA é unido com proteínas ribossomais formando subunidades pré ribossomais CICLO CELULAR - duração: dependente do tipo de célula - funções: desenvolvimento embrionário, reprodução em organismos unicelulares, cicatrização, reposição tecidual, produção de células sexuais Fases estado quiesciente: não está dividindo e Intérfase não está preparado para dividir período G1: ponto de checagem para definir se a célula replica seu DNA ou entra em G0 - intensa atividade metabólica - crescimento celular e duplicação de organelas / centrossomos fase S: duplicação do DNA; síntese de histonas; não há ponto de checagem; célula começa a se preparar para a divisão período G2: ponto de checagem para entrar na mitose (replicação e o reparo do DNA devem estar completos em G2; checagem acontece antes da passagem para M) - intensa atividade metabólica (proteínas relativas a divisão celular) - ocorre a síntese de RNAs e síntese proteica fase M: se passar no controle de qualidade - dois processos cariocinese: divisão do material nuclear citocinese: divisão do citoplasma - dois processos de divisão celular: Mitose (2n → 2n + 2n ou n → n + n) Meiose (2n → n + n + n + n) Mitose Prófase: centrossomos se separam – microtúbulo áster; formação do fuso mitótico - microtúbulos interpolares (estabilizados por proteínas motoras); condensação dos cromossomos); grau máximo de condensação do DNA Prometáfase: entre a prófase e a metáfase; rompimento do envoltório nuclear (fosforilação das proteínas dos poros e das laminas nucleares); microtúbulos de ambos os centrossomos podem acessar os cromossomos; ligação dos microtúbulos ao cinetocoro dos cromossomos metafásicos Metáfase: microtúbulos auxiliam na organização dos cromossomos na placa equatorial da célula; tensão criada pela ligação dos microtúbulos aos cinetocoros opostos sinaliza que os cromossomos estão preparados para a separação – ponto de verificação do ciclo; ponto de checagem - determinar se todos os cromossomos estão alinhados na região equatorial da célula Anáfase: liberação da ligação de coesinas; separação das cromátides irmãs auxiliadas pela instabilidade dinâmica dos microtúbulos e proteínas motoras (dineínas); separação dos microtúbulos interpolares (ação de cinesinas); encurtamento dos microtúbulos do áster Telófase: fuso mitótico é desfeito; envelope nuclear é reconstituído; desfosforilação das proteínas do poro e das laminas; cromossomos se descompactam formando cromossomos interfásicos - citocinese: anel de actina e miosina contrátil criando o sulco de clivagem – separação do citoplasma Controle do Ciclo celular - regulam o cliclo celular e impedem que células - proteína quinase dependente de ciclina (Cdk) e proteína ciclina período G1 (G1/S-Cdk): prepara a célula para a fase S; inicia a duplicação dos cromossomos fase S (S-Cdk): ativa proteínas que desenrolam o DNA e iniciam a sua replicação; inibe proteínas necessárias para que a origem inicie novamente a replicação do DNA; estimula a síntese das 4 subunidades de histonas que compoem os nucleossomos fase M (M-Cdk): condensação dos cromossomos (osforila subunidades das condensinas); montagem do fuso mitótico (osforila a cinesina-5 que ajuda a conduzir a separação dos centrossomos); fosforila as laminas nucleares fase M (APC – complexo promotor de anáfase): promove a separação das cromátides irmãs MORTE CELULAR Importância - quando a célula está infectada - quando as células sofreram injúrias - quando as células não estão mais executando sua função por estarem velhas - alguns tecidos precisam que suas células morram para desempenhar sua função normal - quando as células não são mais necessárias - algumas vezes o controle da morte celular falha, resultando em deformações ou muitas vezes em doenças Necrose acidental - células que sofrem estímulos físico-químico e mecânicos extremos - injúrias que causam danos severos na membrana plasmática - não pode ser prevenida ou modulada - células necróticas incham rapidamente (como consequência da perda da integridade da membrana plasmática) e arrebentam, liberando seu conteúdo no espaço extracelular - o núcleo e as organelas incham e rompem-se durante a necrose - a necrose causa danos e morte às células que a cercam, provocando uma resposta inflamatória - ocorre muito rapidamente após a injúria Apoptose Programada - parte da rotina fisiológica - ativada quando respostas adaptativas à mudanças externas ou internas falham - pontos de checagem do ciclo celular características: envolve maquinaria celular; pode ser prevenida ou modulada; deve deixar o mínimo de danos possíveis nos tecidos ao seu redor; morte controlada pela própria célula (suicídio celular) fenótipo celular característico: pronunciada condensação da cromatina; núcleo geralmente apresenta-se fragmentado; formação dos corpos apoptóticos (blebs) eventos que ocorrem na apoptose: perda da aderência (caso esteja aderida): - célula se solta do tecido ou matriz ao qual está aderida - ocorre o rearranjo e despolimerização do citoesqueleto e até mesmo a degradação de alguns de seus componentes a membrana começa a formar blebs - formação e desaparecimento rápido de bolhas: resultado provável de locais de despolimerização do citoesqueleto, onde o citoplasma flui contra regiões sem suporte, levantando a membrana plasmática cromatina se solta da lâmina nuclear e ocorre clivagem do DNA: colapso do envelope nuclear; o núcleo diminui de tamanho; endonucleases clivam o DNA entre os nucleossomos formação dos corpos apoptóticos: a célula fragmenta-se e dentro dos corpos apoptóticos são liberados pedaços de organelas juntamente com porções de citoplasma remoção das células mortas: os corpos apoptóticos são removidos por células fagocíticas que são atraídas para o local exposição de fosfatidilserina na face extracelular da MP: em células normais PS está na face citosólica perda do potencial elétrico da membrana mitocondrial interna e liberação de citocromo c maquinaria molecular que desencadeia a apoptose: caspases (proteases envolvidas no processo de morte celular) - pró-caspases inativas são ativadas por clivagem em resposta a sinais apoptóticos. A primeira é ativada via extrínseca (depende de receptor de membrana; proteína adaptadora – FAAD; procaspase – 8 ou 10) ou intrínseca (desencadeada pela liberação de citocromo c; proteína adaptadora – Apaf-1; procaspase 9) - proteínas da família BCL-2 regulam a apoptose proteínas antiapoptóticas: inibem a liberação de citocromo c do espaço intermembranas mitocondrial proteínas pró-apoptóticas: promovem a liberação de citocromo c do espaço intermembranas mitocondrial SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS – RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO - dependendodo tipo celular, o RER ou o REL são mais ou menos desenvolvidos e são locais de produção de diferentes macromoléculas – conteúdo das cisternas: - fibroblastos: cadeia de protocolágeno - células exócrinas do pâncreas: hidrolases ácidas - células da adrenal: hormônios esteroides (REL) Retículo Endoplasmático Liso/ Agranular - formado por túbulos ocorrência: - RE liso: ápice das células do epitélio intestinal - absorção de gotículas de gorduras - REL extenso distribuído em todo o citoplasma: células secretoras de esteroides. Ex.: células secretoras de hormônios do córtex da glândula suprarrenal funções: metabolismo dos lipídeos; montagem das bicamadas lipídicas; síntese de hormônios esteroides; desintoxicação; reservatório de Ca+2 (músculos=contração, fígado=desintoxicador); metabolização de glicogênio nos hepatócitos Retículo Endoplasmático Rugoso/ Granular - formado por cisternas (sacos) ocorrência: - RE inexistente/pouco diferenciado: células não relacionadas à atividade proteica - RE pequeno: ovos; células embrionárias ou indiferenciadas - RE desenvolvido: células com ↑ síntese proteica. Ex.: células epitélios glandulares (pâncreas, glândulas salivares) – produzem ↑ enzimas funções: síntese e modificação de proteínas - a síntese de muitas proteínas começa no citosol e é completada no RER (proteínas secretadas, proteínas de membrana, proteínas lisossomais, peroteínas do lúmem do RE e do Golgi) Síntese Proteica: DNA RNA proteínas - o DNA é "transcrito" pelo RNA mensageiro (RNAm) e depois a informação é "traduzida" pelos ribossomos (compostos RNA ribossômico e moléculas de proteínas) e pelo RNA transportador (RNAt), que transporta os aminoácidos, cuja sequência determinará a proteína a ser formada. - transcrição: ocorre no núcleo - através do pareamento de bases, A-T/A-U/C-G, produz um RNA complementar a uma das fitas do DNA, o mRNA, que é transportado do núcleo para o citosol através do poro nuclear - como ocorre: RNA identifica o promotor (sequência de gene) RNA polimerase abre a fita do DNA, entra em contato com as bases, percorre o gene e promove a síntese da fita do RNA produção do RNA mensageiro e modificações pós-transcricionais - proteína reconhece o SRP e isso abre o translocador da membrana do RER e a proteína é sintetizada para dentro do lúmen do retículo - Sec’s ou Bip’s (chaperons): enzima utilizada para impulsionar a proteína para dentro do retículo - destino das proteínas: proteína será secretada em um lugar específico – organelas com membrana importam suas proteínas por diferentes mecanismos - processo de Tradução no RER 1 – a proteína começa a ser sintetizada por ribossomos no citoplasma até o aparecimento do sinal hidrofóbico, que desestabiliza a tradução 2 – a SRP (proteína reconhecedora de sinal) reconhece o peptídeo sinal emergente no ribossomo e direciona o complexo para o RE pela ligação com um receptor de SRP 3 – o peptídeo sinal fica então ligado com proteínas translocadoras (SEc61), esse forma um poro com entre o ribossomo e o RER, que ajudará a aempurrar a proteína que está sendo sintetizada para o interior do RE 4 – quando o ribossomo se acopla na SEc61 a SRP é liberada (ancoragem) 5 – se a proteína for solúvel, a peptiudade sinal retira o sinal hidrofóbico liberando a proteína no lúmem do RER e deixando o sinal na membrana do RER. Se for uma proteína transmembrana o sinal não é retirado, pois ele será a parte da proteína em contato com a membrana SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS – COMPLEXO DE GOLGI Estrutura - sacos membranosos achatados e empilhados chamados cisternas - duas faces distintas: cis (entrada – proximal ao RE) e trans (saída – distal ao RE) - cada uma das pilhas é responsável por modificações diferentes na proteína cis: fosforilação de oligossacarídeos nas proteínas lisossomais e remoção de manoses medial: remoção de manoses e adição de N-acetilglicosaminas trans: adição de galactoses e NANA e sulfatação das tirosmas e carboidratos - proteínas da matriz e citoesqueleto – mantém estrutura Arquitetura - depende do citoesqueleto - proteína golgina presente na matriz do Golgi (citoplasma que envolve as cisternas) Localização - próximo do núcleo celular Funções - processamento (modificações estruturais) de lipídeos e proteínas sintetizadas no RE - endereçamento das macromoléculas (lisossomos, membrana, secreção) - síntese de polissacarídeos, glicolipídeos e esfingolipídeos - continuar a glicosilação: adição de açúcar N-glicosilação: açúcares ligados a proteína através do nitrogênio da amida de resíduos de asparagina. Esse processo ocorre enquanto a proteína está sendo sintetizada, podendo afetar o enovelamento da proteína O-glicosilação: a ligação é feita entre o grupo hidroxila da serina ou treonina e o açúcar. Esse processo ocorre após a tradução e apenas sobre proteínas totalmente enoveladas Transporte de vesículas intracelular - entre o RE e o Golgi: feito por vesículas marcadas adequadamente a fim de conduzir as vesículas ao local certo - vesículas apresentam cobertura específica de proteínas que permitem que elas se abram no local adequado COP I: sinaliza o transporte entre as pilhas do Golgi COP II: sinaliza o transporte do RE à pilha cis do Golgi clatrina: sinaliza o transporte entre a pilha trans do Golgi às membranas proteínas motoras (t-snare e v-snare): v-snare estão presentes nas vesículas e as t-snares nos destinos. Cada vesícula e destino tem suas snares específicas devido ao auxílio das proteínas Rab (GTPases) no destino das vesículas. Depois de usadas, essas proteínas se desprendem da vesícula e ficam na membrana do local de destino LAMP’s: proteínas marcadoras que caracteriza os lisossomos e servem de sinal para o transporte - para que as membranas do RE e do Golgi não acabem, já que as vesículas são feitas de suas membranas, o mecanismo de turn-over, por uma sequência KDEL, traz a membrana novamente EXOCITOSE - saída de vesículas secretadas do Golgi e recuperação de moléculas residentes (C. Golgi) - secreção de moléculas de células eucarióticas através do englobamento de vesículas delimitadas por membranas que se fundem a membrana plasmática, liberando seu conteúdo para o exterior - a vesícula só se fusiona com a membrana alvo, através de proteínas que funcionam em dupla via secretora constitutiva: transporte vesicular da rede trans de Golgi para membrana plasmática via secretora regulada: - depende de um estímulo ou sinal: moléculas são estocadas em vesículas secretoras e sinápticas, as quais não se fundem à membrana plasmática para liberar seus conteúdos até que um sinal apropriado seja recebido - presente em células especializadas - integra mais membrana para aumentar a área de superfície da membrana plasmática de uma célula SINALIZAÇÃO CELULAR - ação de transmitir uma mensagem e receber outra como resposta - células contém receptores em sua superfície que reconhecem todo o tipo de substância e podem mandar um sinal para o interior da célula ou podem levar essa substância para dentro da célula por endocitose Etapas da comunicação o ligante (moléculas sinalizadoras) se liga ao receptor, que é uma proteína transmembrana. Os ligantes e receptores são específicos um para o outro pode ocorrer uma mudança conformacional na proteína quando essa se liga à molécula sinalizadora a resposta no interior da célula é muito grande (Ampliação de Sinal) e pode acontecer alteração do metabolismo, expressão gênica, modificação na forma e até movimento celular Componentes moléculas sinalizadoras: proteínas, peptídeos, aminoácidfos, nucleotídeos, derivados de ácidos graxos, gases (NO.O) proteínas receptoras: proteínas transmembranares de superfície/ intracelulares/ nucleares proteínas sinalizadoras: comutadores* celulares (ativadas por fosforilação ou ligadas a GTP) proteínas efetoras: implementam a mudança e aumentam a resposta * quando recebem um sinal, passam de umaconformação inativa para uma conformação ativa, até que outro processo a inative Formas de sinalização intercelular dependentes de contato: requer que as células estejam em contato direto das membranas, onde a molécula sinalizadora está na membrana de uma célula e a proteína receptora está na membrana da outra. É especialmente importante durante a resposta imune do organismo paracrina: dependente de sinais liberados no meio extracelular que agem na célula vizinha. Por essa razão, o sinal é rapidamente reconhecido pelas células, destruído por enzimas extracelulares ou imobilizados pela matriz celular sináptica: é realizada pelos neurônios. Eles transmitem sinais elétricos pelos axônios e liberam neurotransmissores nas sinapses, que normalmente estão localizadas longe do corpo da célula endócrina: depende de células endócrinas que secretam hormônios na corrente sanguínea, que distribuirá o hormônio por todo o corpo autócrina: algumas células podem mandar sinais extracelulares para células iguais a ela ou para elas mesmas. Os receptores da própria célula receberão o sinal Principais Mecanismos 1 – transferência citoplasmática direta de sinais elétricos e químicos pelas junções comunicantes/ GAP 2 – comunicação local por moléculas de sinalização: substâncias que se difundem na MEC, ou que são secretadas imediatamente próximo a seus receptores 3 – comunicação a distância: sinais químicos transportados pelo sangue, sinais elétricos transportados pelas células nervosas
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