Trabalho Biologia Celular

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALFENAS - UNIFAL
INSTITUTO DE QUÍMICA
Biologia Celular
Prof. Dr. Valdemar Antonio Paffaro Junior
Mariana Rosa Macedo
CÉLULAS PROCARIONTES, EUCARIONTES E A COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA CÉLULA.
Alfenas/MG
2017
	SUMÁRIO
	
INTRODUÇÃO....................................................................................................3
A PRIMEIRA CÉLULA......................................................................................4
CÉLULAS PROCARIONTES.............................................................................5
CÉLULAS EUCARIONTES...............................................................................7
4.1. NÚCLEO.......................................................................................................8
4.1.1.NUCLÉOLO................................................................................................8
4.2. RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO.............................................................9
4.3.COMPLEXO DE GOLGI............................................................................10
4.4. LISOSSOMOS.............................................................................................11
4.5.MITOCÔNDRIAS........................................................................................11
4.6. CLOROPLASTOS.......................................................................................12
4.7. PEROXISSOMOS........................................................................................12
4.8.CITOESQUELETO.......................................................................................12
4.9.MEMBRANA PLASMÁTICA.....................................................................13
QUÍMICA DAS CÉLULAS...............................................................................14
5.1.CARBOIDRATOS........................................................................................16
5.2.LIPÍDEOS.....................................................................................................16
5.3.ÁCIDOS NUCLÉICOS................................................................................17
5.4.PROTEÍNAS.................................................................................................19
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS................................................................21
INTRODUÇÃO
O estudo da Biologia Molecular das Células tem sido de grande valia para todas as ciências biológicas, tanto para entender melhor as doenças como o câncer, Alzheimer, Parkinson, entre outras, quanto para o desenvolvimento de drogas para o tratamento.
Para melhor compreensão da biologia celular, é necessário entender as semelhanças e diferenças entre as células.
Todas as células têm propriedades fundamentais que se mantiveram no decorrer da evolução, uma delas é a capacidade de passar sua informação genética através do DNA, porém as células desenvolveram vários modos de vida. Cada tipo de célula tem uma função específica dentro de cada organismo que elas compõem. 
Figura 1 – Diferentes tipos de células
 
Fonte: https://static.tuasaude.com/img/ce/lu/celulas-tronco-que-se-podem-transformar-se-em-varios-tipos-diferentes-de-celulas-640-427.jpg
 
Figura 2 – Diferentes tipos de células no corpo humano
 
Fonte: https://static.tuasaude.com/img/ce/lu/celulas-tronco-que-se-podem-transformar-se-em-varios-tipos-diferentes-de-celulas-640-427.jpg
 
Estima-se que a vida no Planeta iniciou-se há 3,8 bilhões de anos atrás, quando na atmosfera da Terra havia pouco O2 disponível e havia em maior quantidade N2, CO2 e outros gases em menor quantidade. A junção dessa atmosfera com uma fonte de energia (solar ou descarga elétrica) deu origem às moléculas orgânicas (aminoácidos). 
O próximo passo da evolução da vida foi a formação de macromoléculas originadas de polimerização espontânea por meio de blocos monométricos. A característica principal dessa macromolécula seria a auto-replicação e por isso foi possível dar continuidade ao processo de evolução.
A PRIMEIRA CÉLULA
O RNA é capaz de se auto-replicar e foi aceita então como o sistema genético inicial A combinação entre os aminoácidos e o RNA evoluíram, dando origem ao código genético atual, o DNA. 
Acredita-se que a primeira célula originou-se da inclusão de RNAs auto-replicativos em uma membrana composta por fosfolipídeos.
 
Figura 3 - Inclusão do RNA auto-replicativo em uma membrana de fosfolipídeos.
 A característica principal dos fosfolipídeos é que são moléculas anfipáticas, ou seja, as longas caudas de hidrocarbonetos são insolúveis em água (hidrofóbicas) e estão ligadas a cabeça que são grupos fosfato solúveis em água (hidrofílicos). Quando colocados em água, os fosfolipídeos se organizam formando uma bicamada de modo que a cabeça fique na parte externa e a cauda na parte interna, formando uma barreira estável entre dois compartimentos aquosos.
As células originaram-se em um “mar” de moléculas orgânicas e eram capazes de obter seu próprio alimento e energia por meio do ambiente, elas desenvolveram mecanismos para geração de energia, além de síntese para replicação. Todas as células usam ATP como fonte de energia metabólica. 
As células atuais realizam glicólise que fornece o mecanismo para que a energia de moléculas orgânica possa se transformar em ATP.
O próximo passo da evolução seria o desenvolvimento da fotossíntese, permitindo às células a captação de luz para transformar em energia e em seu alimento.
O uso de H2O para conversão de CO2, teve grande importância para mudar a atmosfera da Terra. A H2O utilizada em reações de fotossíntese origina O2 livre, acredita-se que foi por meio desse mecanismo que a Terra tenha O2 abundante em sua atmosfera atualmente.
CÉLULAS PROCARIONTES
A estrutura das células procariontes é simples, seu material genético fica disperso no citoplasma, essas células não apresentam carioteca (a presença ou não da carioteca caracteriza se a célula é procarionte ou eucarionte).
Grande parte dos seres procariontes são bactérias, esféricas ou em forma de bastonetes ou espirais com diâmetros que variam de 1 a 10μm, seu DNA apresenta formato anelar. Comumente são envoltas por uma parede celular rígida porosa composta de polissacarídeos e peptídeos que é facilmente penetrada por várias moléculas. Dentro dessa parede está a membrana plasmática composta por uma bicamada fosfolipídica + proteínas. Diferente da parede celular, a membrana plasmática é seletiva em relação a passagem do ambiente externo e interno.
Os procariotos atuais são divididos em dois grupos: as aqueobactérias e as eubactérias.
As aqueobactérias vivem em ambientes extremos que hoje são raros, porém há milhões de anos atrás eram comuns na Terra. A maioria delas utiliza energia química para sintetização de glicose a partir de CO2 e uma fonte de H (autótrofas quimiossintetizantes), como exemplo temos os termoacidófilos que vivem em fontes térmicas sulfurosas há 80ºC e pH 2. 
Já as eubactérias estão em ambientes comuns e vivem em grandes grupos de organismos que estão em diferentes tipos de ambientes (solo, água e outros organismos).
Os procariotos podem ser decompositores, produtores ou parasitas; heterótrofos ou autótrofos, etc. Acredita-se que a mitocôndria tenha se originado de uma célula procariota.
 
Figura 4 – estrutura de uma célula procarionte.
 
Figura 5 - Bactérias primitivas e o ambiente.
CÉLULAS EUCARIONTES
Uma das hipóteses para o surgimento de células eucariontes vem de que uma célula procarionte teria sofrido evolução. A partir de invaginação de membranas, acúmulo de enzimas em compartimentos individualizados, com diferentes composições e funções químicas, originaram-se as organelas citoplasmáticas. A necessidade de adaptação fez com que surgissem seres mais complexos e especializados.
Células eucariotas tem esse nome pois apresentam cariotecaou envelope nuclear. Todas as células eucariontes são circundadas pela membrana plasmática e contêm ribossomos. Essas células são muito mais complexas e apresentam núcleo, organelas citoplasmáticas e citoesqueleto.
 
Figura 6 – Estrutura da célula eucarionte.
 NÚCLEO
A maior organela da célula é o núcleo com diâmetro ± 5μm. É no núcleo que ficam as informações genéticas da célula, que no caso das eucariontes é a molécula de DNA linear. O núcleo é o local de replicação do DNS e da síntese do RNA; a tradução do RNA ocorre nos ribossomos que estão no citoplasma.
A carioteca possui uma dupla camada que separa o material nuclear do material citoplasmático. Nessa dupla camada há poros nucleares formado por grandes complexos de proteínas que atravessam o envoltório nuclear. Facilitam e regulam a troca de material (como proteínas e RNAm) entre o núcleo e o citoplasma. Esses materiais passarão pela membrana de acordo com seu tamanho e de mecanismos de reconhecimento.
NUCLÉOLO 
É uma subestrutura dentro do núcleo, é o sítio de transcrição e processamento do RNA e de montagem de ribossomos. O nucléolo funciona como uma “fábrica” de produção de ribossomos na quantidade necessária para produção eficiente e regulada de RNA. Eles têm ainda a função de modificação do RNA.
 
Figura 7 – Núcleo visto em microscopia eletrônica
 RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO
O retículo endoplasmático (R.E.) é uma rede de túbulos envoltos por membranas e sacos que se prolongam da membrana celular ao citoplasma. O R.E. é envolto por uma membrana contínua. Existem três tipos de membranas que envolvem o R.E, cada uma desempenha uma função específica. R.E. rugoso, coberto por ribossomos na superfície externa; R.E. transicional, onde as vesículas saem para ir ao complexo de Golgi e ambos funcionam no processamento de proteínas. O R.E. liso atua no metabolismo de lipídeos.
A entrada de proteínas no R.E. rugoso representa o principal ponto de ramificação para a movimentação das proteínas nas células eucarióticas.
Figura 8 – Representação do R.E.
COMPLEXO DE GOLGI
Complexo ou aparelho de Golgi têm a função de uma “fábrica”, onde as proteínas são recebidas do R.E., processadas e separadas para o transporte ao destino final: endossomos, lisossomos, membrana plasmática ou secreção. Dentro do Golgi também são sintetizados glicolipídeos e esfingomielina. Em células vegetais, o Golgi serve como local para síntese de polissacarídeos. Sendo assim, o complexo de Golgi tem a função de processamento de grande parte dos constituintes celulares da via secretora.
O Golgi é constituído de sacos, chamados de cisternas que são envoltos por membranas achatadas e vesículas associadas. 
As proteínas do R.E. entram pela face de entrada (convexa e orientada na direção do núcleo), são transportadas por meio do Golgi e saem pela face de saída (côncava). Durante a passagem pelo Golgi, as proteínas são modificadas e separadas para que sejam direcionadas ao seu destino dentro das células. 
Figura 9 – Representação do Complexo de Golgi
Fonte: http://voupassar.club/o-que-e-o-complexo-de-golgi/
LISOSSOMOS
Os lisossomos são organelas envoltas por membranas compostas por diferentes enzimas que são capazes de hidrolisar os polímeros biológicos. Eles funcionam como o sistema digestivo da célula, servem para degradar material que vem fora da célula e para digestão de componentes de dentro da célula. Na forma mais simples, os lisossomos são vacúolos esféricos e densos, porém suas formas e tamanhos variam de acordo com os diferentes materiais que foram digeridos.
Os lisossomos realizam digestão por endocitose, quando materiais vêm de fora da célula e são transportados para os endossomos que quando formam hidrolases lissosomais ácidas são levadas ao Golgi, amadurecem tornando-se lisossomos.
Na digestão por fagocitose, células especializadas, captam e degradam partículas maiores. Essas partículas são capturadas em vacúolos fagocíticos, chamados de fagossomos que por sua vez, fundem-se com os lisossomos, fazendo a digestão do material. 
MITOCÔNDRIAS
Tem papel fundamental na geração de energia metabólica nas células eucariontes, são responsáveis pela conversão de carboidratos e ácidos graxos em ATP. São formadas por um sistema de membranas duplas: uma interna e uma externa, separadas por intermembranas. 
Figura 10 – Estrutura da mitocôndria
Fonte: http://www.treatlyme.net/treat-lyme-book/power-up-energy-and-mitochondria/
CLOROPLASTOS
São organelas responsáveis pela fotossíntese, assim como as mitocôndrias, atuam na geração de energia metabólica. Os cloroplastos são responsáveis pela conversão fotossintética do CO2 em carboidratos, pela síntese de aminoácidos, ácidos graxos e componentes lipídicos de suas membranas e pela redução do nitrito em amônia (importante na incorporação de N nos compostos orgânicos).
PEROXISSOMOS
São organelas pequenas envoltas por membranas, nelas há enzimas que estão envolvidas em várias reações metabólicas. A função deles vai desde oferecer compartimento para as reações oxidativas, até a biossíntese de lipídeos e de aminoácidos lisina. Os peroxissomos desempenham papéis importantes tanto nas células animais quanto nas vegetais.
CITOESQUELETO
O citoesqueleto é formado por uma rede de filamentos protéicos que se espalham ao longo do citoplasma das células eucariontes. Ele gera uma rede de estrutura para a célula, definindo seu formado e a organização do citoplasma. 
Além da função estrutural, o citoesqueleto também é responsável pela movimentação circular, não só da célula, mas do transporte interno de organelas, cromossomos mitóticos, etc, pelo citoplasma. É uma estrutura que se reorganiza a cada movimentação da célula.
O citoesqueleto é constituído de três principais filamentos: de actina, intermediários e de microtúbulos, eles são arranjados em conjuntos e associados à organelas e à membrana plasmática por uma série de proteínas.
Figura 11 – Citoesqueleto
MEMBRANA PLASMÁTICA
Definem o limite celular e fazem a separação do meio interno com o ambiente externo. Funcionam com permeabilidade seletiva, isso quer dizer, que a membrana plasmática tem a capacidade de selecionar os materiais que vão entrar na célula. Ela define também a composição do citoplasma.
A membrana plasmática é composta por lipídeos e proteínas. Contém uma bicamada lipídica que forma uma barreira entre dois compartimentos aquosos (meio interno e externo da célula). As proteínas que ficam no interior da bicamada, têm funções específicas, como por exemplo, o transporte seletivo e reconhecimento de célula-célula.
Como já citado, a característica principal dos dessa bicamada de fosfolipídeos é que são moléculas anfipáticas, ou seja, as longas caudas de hidrocarbonetos são insolúveis em água (hidrofóbicas) e estão ligadas a cabeça que são grupos fosfato solúveis em água (hidrofílicos).
Figura 12 – Estrutura da Membrana Plasmática
QUÍMICA DAS CÉLULAS
As células são estruturas complexas e diversas, elas realizam uma ampla variedade de funções e obedecem não somente as leis da biologia, mas também as leis da química e da física que determinam o comportamento de sistemas não vivos. 
A composição das células é basicamente água, íons inorgânicos e moléculas orgânicas (contêm carbono). A porcentagem de água que compõe a massa total das células é ≥ 70%. Devido a essa alta porcentagem, a interação entre água e outras moléculas presentes na célula são de grande importância. A água é uma molécula polar, o que significa que o O por ser mais eletronegativo “atrai” melhor a nuvem eletrônica para si, formando um pólo levemente negativo; o H por sua vez, fica com pólo levemente positivo, visto que sua capacidade de atrair a nuvem eletrônica é muito menor. Essa polaridade faz com que a molécula de água possa fazer pontes de hidrogênio entre suas moléculas e com outras moléculas polares, além de poder interagir com íons carregados positiva ou negativamente. A interação entre moléculas polares resulta emmoléculas facilmente solúveis em água, ou seja, hidrofílicas. E as moléculas não-polares são hidrofóbicas, ou seja, tem baixíssima solubilidade em água. Essas interações entre moléculas polares e não-polares com água, são importantes na formação das estruturas biológicas.
 
Figura 13 – Polaridade da molécula de água e ilustração da ponte de hidrogênio.
Íons inorgânicos como Na+, K+, Mg+2, Ca+2, , Cl- e HCO-3 constituem a massa da célula em 1%. Esses íons tem papel fundamental nas funções da célula. 
 	
Figura 14 – Interação entre Cl- e Na+ com água.
Apesar de todas as outras moléculas presentes nas células, os constituintes principais são as moléculas orgânicas, que somam entre 80 e 90% da massa da maioria das células em peso seco.
Essas moléculas são subdivididas em quatro: carboidratos, proteínas, lipídeos e ácidos nucleicos. 
CARBOIDRATOS
Incluem os açúcares simples, como a glicose (monossacarídeo) e polissacarídeos que são os principais nutrientes das células. A quebra desses açúcares atua como fonte de energia celular e como material para início de síntese de outros constituintes celulares. Os polissacarídeos são formas de armazenamento dos açúcares e atuam como componentes estruturais na célula. Além de que polissacarídeos e polímeros menores de açúcar atuam como marcadores de reconhecimento celular (adesão entre células e transporte de proteínas para locais intracelulares).
LIPÍDEOS
Os lipídeos têm três funções principais na célula: 1) Fornece uma forma de armazenamento de energia; 2) Principais componentes da membrana celular e 3) Sinalização celular (hormônios esteroides e moléculas mensageiras que transmitem sinais de receptores da superfície da célula para alvos dentro da célula).
Os lipídeos mais simples são os ácidos graxos que são formados por longas cadeias hidrocarbonadas, grupos carboxil. Essas cadeias de C-H são não-polares e não ligam-se à água (hidrofóbicos). Essa hidrofobicidade atua principalmente na formação das membranas biológicas.
Os ácidos graxos são armazenados como triacilglieróis ou gorduras, são insolúveis em água e acumulam-se no citoplasma como pequenas gotas de gordura. Essas gorduras podem ser quebradas para fornecer de energia (menor massa armazenada, porém, gera mais que o dobro de energia que os carboidratos).
Os fosfolipídeos são os principais componentes da membrana celular, são dois ácidos graxos ligados a uma cadeia polar. Eles são moléculas anfipáticas, parte hidrofílica e parte hidrofóbica, essa propriedade é a base para a formação das membranas biológicas.
Figura 15 – Estrutura do ácido graxo
Figura 16 – Estrutura de um fosfolipídeo.
ÁCIDOS NUCLEÍCOS 
Os ácidos nucléicos (DNA e RNA) são as principais moléculas informativas da célula. 
O ácido desorribonucléico (DNA) tem a função de material genético e nas células eucariontes, fica localizado no núcleo. 
Há diferentes tipos de ácido ribonucléico (RNA) que participam em várias atividades celulares, atuam como moléculas de informação e são capazes de catalisar reações químicas dentro da célula. O RNA mensageiro é responsável por carregar informações do DNA aos ribossomos, onde servirá de molde para a síntese de proteínas. RNA ribossomal e RNA transportador estão envolvidos na síntese de proteínas. E outros RNAs são responsáveis no processamento e transporte de RNA e proteínas.
DNA e RNA são polímeros nucleotídeos, têm bases púricas e pirimídicas que ligam-se a açúcares fosforilados. O DNA contém duas purinas (adenina e guanina) e duas pirimidinas (citosina e timina). O RNA também contém duas purinas (adenina e guanina) e duas pirimidinas (citosina uracila – ao invés de timina). As bases estão ligadas a açúcares para formar nucleosídeos (desoxirribose no DNA e ribose no RNA)
Figura 17 – Representação da fita de DNA e de RNA.
As informações do DNA e do RNA são transmitidas de acordo com a ordem das bases nas cadeias polinucleotídicas (contém milhares, no RNA ou milhões, no DNA de nucleotídeos).
O DNA tem uma fita dupla (na maioria dos casos) composta por cadeias polinucleotídicas que correm em direções opostas. As bases ficam no interior da molécula e as duas cadeias são ligadas por pontes de hidrogênio entre os pares: adenina-timina, guanina-citosina. 
As fitas de DNA ou RNA podem funcionam como moldes para síntese de uma fita complementar. Os ácidos nucléicos são capazes de orientar sua auto-replicação. As informações contidas no DNA e RNA orientam a síntese de proteínas específicas que colaboram nas atividades celulares. 
Como exemplo de nucleotídeo têm-se a adenosina 5’-trifosfato (ATP), principal forma de energia química dentro das células. Outros nucleotídeos funcionam como transportadores de energia ou de grupos químicos para reações metabólicas e como moléculas sinalizadoras dentro das células.
Figura 18 – Representação da estrutura química do nucleosídeo e do nucleotídeo.
PROTEÍNAS 
As proteínas orientam praticamente todas as atividades da célula, sua função primária é de executar as informações carregadas pelos ácidos nucléicos. Existem diversos tipos de proteínas que desempenham diversas funções. Em cada célula existem milhares de proteínas diferentes umas das outras.
As proteínas têm as funções de componentes estruturais das células e tecidos, atuam no transporte e armazenamento de pequenas moléculas, transmissão de informações intercélulas e fornecer defesa contra infecções (anticorpos).
A principal propriedade das proteínas é funcionar como enzimas que catalisam quase todas as reações químicas dos sistemas biológicos.
As proteínas são polímeros de 20 aminoácidos diferentes. Cada aminoácido é composto por um átomo de C-α ligado a um grupo carboxil (COO-), um grupo amino (NH3+), um átomo de H e uma cadeia lateral característica. Cada tipo de cadeia lateral dos aminoácidos têm propriedades químicas específicas que ditarão a estrutura e a função das proteínas. 
As cadeias laterais podem ser não-polares, caracterizando moléculas hidrofóbicas que tendem a ocupar a posição no interior das proteínas (sem contato com a água). Cadeias laterais podem ser polares que formam pontes de H com a água (hidrofílicas) e tendem a ficar no exterior das proteínas. Há ainda cadeias laterais com grupos básicos ou ácidos carregados positiva ou negativamente, ambos hidrofílicos com tendência a ficar na superfície das proteínas.
Figura 19 – Moléculas químicas de aminoácidos não-polares.
Figura 20 – Moléculas químicas de aminoácidos polares.
Figura 21 – Moléculas químicas de aminoácidos básicos e ácidos.
Os aminoácidos são ligados por ligações peptídicas entre o grupo α amino e o grupo α carboxil. Os polipeptídeos são cadeias lineares de aminoácidos, cada cadeia tem duas extremidades diferentes, uma com terminação do grupo α amino (amino ou N terminal) e outra grupo α carboxil (carboxi ou C terminal), os polipeptídeos são sintetizados da extremidade do amino para a caboxi. As proteínas são polipeptídeos com sequências de aminoácido específicas. 
REFERÊNCIAS BLIOGRÁFICAS
COPPER. G. M.; HAUSMAN, R. E.. A célula: Uma abordagem molecular.3ª Edição. São Paulo. Editora: Artmed,2012.
Disponível em: <http://naomispenny.blogspot.com.br/2016/09/deoxyribonucleic-acid-or-dna.html>. Acesso em 11 de outubro de 2017.
Solubilidade (2): Soluções saturadas, insaturadas, polaridade e interação. Carlos Roberto de Lana. Disponível em: <https://educacao.uol.com.br/disciplinas/quimica/solubilidade-2-solucoes-saturadas-insaturadas-polaridade-e-interacao.htm>. Acesso em 11 de outubro de 2017.