Biologia Celular aula1

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Biologia Celular
Profa Dra Halyka L. F. V. Seródio
Farmacêutica-Bioquímica- Emescam
Msc Biociências e Biotecnologia-UENF
Dra Imunologia-USP
Plano de Ensino
Unidade 1
1. Introdução à Biologia Celular:
1.1. Origem e evolução celular nos seres vivos;
1.2. Morfologia das células procariota e eucariota; vírus:
1.2.1. Comparação estrutural e funcional entre as células eucariotas vegetais e animais.
1.3. Composição molecular da célula: água, proteínas, ácidos nucleicos, carboidratos e lipídeos.
 
Unidade 2
2. Estruturas Celulares:
2.1. Membrana celular: os limites físicos celulares; as relações célula-célula:
2.1.1. Estrutura e composição química da membrana celular;
2.1.2. Glicocálice: reconhecimento celular e adesão celular;
2.1.3. Transportes através da membrana:
2.1.3.1. Transporte passivo: difusão passiva e difusão facilitada;
2.1.3.2. Transporte ativo.
2.1.4. Comunicações intercelulares: Receptores proteicos e transdução de sinal.
2.2. Núcleo celular:
2.2.1. Características do núcleo;
2.2.2. Estruturas nucleares: envoltório nuclear, matriz nuclear, cromatina e nucléolo;
2.2.3. Cromossomos: estrutura e cariótipo.
2.3. Citoplasma - morfofisiologia dos componentes citoplasmáticos:
2.3.1. Ribossomos e noções de síntese proteica;
2.3.2. Retículos endoplasmáticos rugoso e liso;
2.3.3. Aparelho golgiense;
2.3.4. Lisossomos: endocitose e autofagia;
2.3.5. Peroxissomos;
2.3.6. Mitocôndria: A biossíntese de energia;
2.3.5. Citoesqueleto: filamentos proteicos e os mecanismos de mobilidade celular.
 
Unidade 3
3. Diferenciação Celular:
3.1. Diferenciação e potencialidade celular;
3.2. Células-tronco.
Origem e Evolução dos seres vivos
Das primeiras formas de vida até os seres que hoje habitam nosso planeta, muito tempo se passou e muita coisa mudou.
Antes de surgir a primeira célula: existiam grandes massas líquidas (ricas em substâncias de composição muito simples). Estas 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.
Primeiras formas de vida seriam seres muito simples cujas principais características seriam o fato de serem limitados por uma membrana e conterem material genético (DNA) capaz de se autoduplicar, perpetuando as características daquele organismo por mais uma geração. Erros nesse processo de duplicação resultaram em mutações que respondem pela enorme diversidade de formas vivas que habitam nosso planeta.
Célula 
A palavra célula vem do latim cellula que significa quarto pequeno (Robert Hooke)
A célula é a unidade que constitui os seres vivos, podendo ocorrer isoladamente, nos seres unicelulares, ou formar arranjos tecidos, que constituem o corpo dos seres pluricelulares.
As células são as menores porções vivas de um ser vivo. Variam em tamanho, forma e funções.
CÉLULA
Retrato Falado da 1º Célula
Aquática
Procariótica
Anaeróbica
Heterótrofa
Assexuada
Evolução na obtenção de energia
Fermentação, Quimiossíntese, Fotossíntese e Respiração Aeróbica
Componentes químicos da célula
Toda célula é composta por substâncias diversas denominadas componentes químicos que podem ser divididos em 2 grupos:
INORGÂNICOS E ORGÂNICOS
COMPONENTES CELULARES
Inorgânicos: água e sais minerais.
Orgânicos: ácidos nucleicos, proteínas, carboidratos, lipídeos e vitaminas.
COMPOSIÇÃO QUÍMICA DE MATÉRIA VIVA
Principais átomos : C, H, O, N, P, S.
Principais Moléculas;
70% a 80% Água
10% a 15% Proteínas
2% a 3% Lipídios
1% Glicídios
1% Ácidos nucléicos
1% Sais Minerais
Componentes celulares inorgânicos
Água e Sais Minerais
Água 
Substância mais abundante em sistemas vivos (70% do peso corporal);
Todos os aspectos da estrutura e função celular são adaptados as propriedades químicas e físicas da água;
Formam pontes de hidrogênio:
Água 
Taxa de água nos seres vivos varia de acordo com:
Idade: quanto mais jovem maior é a taxa de água.
Espécie: há espécies com maior porcentagem de água. Ex: águas vivas.
Manutenção de homeotermia: transpiração em animais homeotérmicos.
Hidratação: um corpo bem hidratado contém maior porcentagem de água.
Atividade metabólica: quanto maior a atividade metabólica de um tecido maior é sua taxa de água.
FUNÇÕES DA ÁGUA
TRANSPORTE DE SUBSTÂNCIAS
FACILITA REAÇÕES QUÍMICAS
TERMORREGULAÇÃO
LUBRIFICANTE
REAÇÕES DE HIDRÓLISE
EQUILÍBRIO OSMÓTICO
EQUILÍBRIO ÁCIDO BASE
Propriedades solventes da água
A água solvata facilmente as moléculas polares ou iônicas pelo enfraquecimento das interações eletrostáticas e das pontes de hidrogênio entre as moléculas competindo com elas por suas atrações (efeito hidrofílico, do grego “que gosta de água”). 
A água dissolve o NaCl (e outros sais 
cristalinos) por meio da hidratação dos íons Na+ e Cl−. À medida que as moléculas de água se agrupam ao redor dos íons Cl− e Na+
 a atração eletrostática necessária para a formação da rede cristalina de NaCl é rompida. 
A água dissolve biomoléculas com grupos ionizáveis e muitas com grupos funcionais polares, porém não−carregadas, por formar pontes de hidrogênio com os solutos. Essas associações são formadas entre a água e os grupos carbonila, aldeídico, cetônico e hidroxila dos álcoois. 
As biomoléculas ou grupamentos não-polares são insolúveis em água, pois as interações entre as moléculas de água são mais fortes que as interações da água com compostos não−polares. Os compostos não−polares tendem a se aglomerar em água (efeito hidrofóbico, do grego “que teme a água”). As interações hidrofóbicas são as principais forças propulsoras no enovelamento de macromoléculas (exemplo, proteínas). 
Moléculas anfipáticas
Um grande número de biomoléculas, denominadas anfifílicas (ou anfipáticas), contêm tanto grupos polares como grupos não-polares. 
Quando misturados com a água, as moléculas anfifílicas se agregam formando estruturas estáveis chamadas micelas. Nas micelas, as regiões carregadas (grupos carboxilatos), denominadas cabeças polares, são orientadas para a água com a qual interage. A cauda hidrocarboneto não-polar tende a evitar o contato com a água e orienta-se para o interior hidrofóbico. 
Pressão osmótica 
Osmose é o processo espontâneo no qual as moléculas solventes atravessam uma membrana semipermeável de uma solução de menor concentração de soluto para uma solução de maior concentração de soluto. 
A pressão osmótica é a pressão necessária para interromper o fluxo líquido de água por meio da membrana.
Ionização da Água
Pequena proporção de moléculas de água se dissociam para formar íons hidrogênio (H+) e hidroxila (OH−): H2O ' H+ + OH−
 O grau de ionização é descrito quantitativamente pela constante de dissociação (K):
O valor da K para a água é 1,8 x 10−16 a 25°C.
concentração da 
água não dissociada pode ser considerada como uma constante (55,5 M - o número de gramas de água em 1000 mL dividido pela molécula-grama da água) 
Escala de pH
pH, um modo conveniente para expressar a concentração real de íons hidrogênio de uma solução
pH = −log[H+]. 
Em uma solução aquosa neutra a 25°C, a concentração do íon hidrogênio (como também a [OH−]) é 1,0 x 10−7 M ou pH = 7,0
Soluções com pH menor do que 7 são ácidas, enquanto aquelas com pH>7 são básicas.
É importante frisar que o pH varia na razão inversa da concentração de H+. Desse modo, o aumento de [H+] reduz o pH enquanto a diminuição, o eleva. Notar também, que o pH é uma função logarítmica, portanto, quando o pH de uma solução aumenta de 3 para 4, a concentração de H+ diminui 10 vezes de 10−3 M a 10−4M. 
Ácidos e Bases
as definições de ácidos e bases propostas por Bronsted e Lowry são:
Ácidos são substâncias que podem doar prótons. 
Bases são substâncias que podem aceitar prótons
A força de um ácido ou base refere-se a eficiência com que o ácido doa prótons ou a base aceita prótons.
Com respeito a força, existem duas classes de ácidos ebases: fortes e fracos. Ácidos e bases fortes são aqueles que se dissociam quase completamente em meio aquoso diluído (Ex.: HCl ou NaOH). Ácidos e bases fracos são os que dissociam parcialmente em soluções aquosas diluídas (Ex.: CH3-COOH ou NH3). 
Sais minerais
São elementos químicos em forma de íons (elementos químicos no seu estado livre). 
Regulam muitas funções no organismo. São responsáveis pelo bom funcionamento do metabolismo, ou seja, as trocas de substâncias contidas nas células dos seres vivos. 
São encontrados em duas formas: solúveis e insolúveis.
Encontramos sais minerais na água, nas frutas, nos legumes, nas verduras, nos frutos do mar, no leite e em diversos outros alimentos.
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Sais minerais
Problemas de saúde causados pela falta de componentes inorgânicos:
Desidratação: falta de água;
Anemia: falta de ferro;
Cárie: falta de flúor;
Osteoporose: falta de cálcio;
Bócio: falta de iodo.
Componentes celulares orgânicos
Ácidos nucleicos
Proteínas
Carboidratos 
Lipídeos 
Macromoléculas 
As macromoléculas são construídas pela união química de precursores relativamente simples (subunidades monoméricas) para formar polímeros de unidades repetidas. Todos os organismos vivos têm os mesmos tipos de subunidades monoméricas que além da formação de macromoléculas exercem, também, várias funções biológicas. As ligações específicas para cada tipo de macromolécula, são formadas por reações de condensação com perda de água, em processos que requerem o fornecimento de energia. 
Ácidos nucleicos
São polímeros de nucleotídeos;
Estocam e transmitem a informação genética, e algumas moléculas de RNA tem participação catalítica e estrutural dentro da célula.
Ácidos nucleicos
proteínas
Longos polímeros de aminoácidos, representando o principal constituinte celular depois da água;
Algumas proteínas tem atividade catalítica e funcionam como enzimas, outras servem como elementos estruturais, proteínas sinalizadoras, receptores celulares, transportadores que carreiam substâncias específicas para dentro e fora da célula;
As proteínas talvez sejam as biomoléculas mais versáteis.
proteínas
carboidratos
Glicose: carboidrato mais importante (C6H12O6);
Classificam-se como:
• Monossacarídeos: não podem ser hidrolisados em carboidratos mais simples. Podem ser classificados como trioses, tetroses, pentoses, etc., de acordo com o número de carbonos;
• Dissacarídeos: condensação de 2 monossacarídeos pela ligação glicosídica (maltose = glicose + glicose; lactose = galactose + glicose; sacarose = glicose + frutose);
• Oligossacarídeos: condensação de 3 a 10 monossacarídeos;
• Polissacarídeos: condensação de mais de 10 monossacarídeos (amido, glicogênio).
carboidratos
lipídeos
Formam a estrutura da membrana plasmática;
Estoques ricos em energia;
Participam como moléculas na sinalização intracelular;
Formados por ácidos graxos (AG’s)
lipídeos
Seres vivos 
Do Unicelular ao Multicelular
Mais da metade da biomassa da terra é formada por seres unicelulares
Com a união de seres unicelulares para formarem colônia, surgiram os multicelulares
Vantagens:
 - Proteção dos órgãos internos
 - Exploração de novos ambientes
 - Evolução na comunicação celular
 - Criação de memória celular
 - Diversidade de função e eficácia metabólica
Organização atual do mundo vivo
1. ACELULARES: vírus, viróides e príons.
2. CELULARES :
       2.1. PROCARIONTES: bactérias.
       2.2. EUCARIONTES:
                  2.2.1. UNICELULARES: protistas.
                  2.2.2. PLURICELULARES:
                            2.2.2.1. SEM TECIDOS: fungos.
                            2.2.2.2. COM TECIDOS:
                               2.2.2.2.1.  ACLOROFILADOS: animais.
                               2.2.2.2.2.  CLOROFILADOS: plantas.
CÉLULA
De acordo com sua organização, as células podem ser classificadas:
Procariontes
Eucariontes 
Célula Procarionte
Chamamos procariontes (pro = antes, karyon = núcleo) às formas de vida mais simples que conhecemos. 
Surgiram há cerca de 3 bilhões de anos.
São seres cujo tamanho varia entre 1 e 2 micrômetros e cujo DNA não se encontra num compartimento à parte, o envoltório nuclear.
Se caracterizam pela pobreza de membranas.
São procariontes as bactérias e os micoplasmas. Os últimos são seres ainda mais simples que as bactérias e, em geral, parasitam outras células. As bactérias estão presentes em praticamente todos os pontos do planeta e em todos os níveis da cadeia alimentar. 
Célula Procarionte
A única membrana presente na célula procariótica é a membrana plasmática. Cabe à membrana plasmática definir os meios intra e extracelular e permitir a troca de informações e moléculas entre eles.
No caso das bactérias, além da membrana plasmática existe uma estrutura mais externa, a parede celular. Esta é formada por moléculas de natureza glicídica e, entre outras funções, sustenta e define a forma que essas células terão.
No citoplasma existem ribossomos ligados a moléculas de RNA mensageiro, formando os polirribossomos.
Não possuem citoesqueleto nem organelas.
Célula Procarionte
São bioquimicamente versáteis apresentam glicólise, respiração, fotossíntese.
Com sua forma e tamanho tão simplificados, a reprodução das bactérias é extremamente rápida, o que facilitou seu estudo. 
Outra vantagem do modelo procarionte é que, com dimensões tão diminutas, todos os pontos da célula estão sempre próximos entre si, com fácil acesso ao material genético (DNA) e à superfície; assim, o metabolismo e o equilíbrio celular são facilmente mantidos.
Célula Procarionte
Célula procarionte
Célula procarionte
Célula procarionte
Célula Eucarionte
Surgiram há cerca de 1 bilhão de anos.
Apresentam duas partes morfologicamente bem distintas: núcleo e citoplasma.
A principal característica das células eucariontes é sua riqueza em membranas, formando compartimentos distintos.
Célula eucarionte
Células eucariontes
Como surgiram essas membranas?
Hipótese de Robertson, a Teoria da Invaginação da Membrana: A principal teoria é internalização da maior parte das membranas celulares, dando origem às organelas e aos compartimentos celulares. A membrana plasmática corresponde a apenas uma pequena fração (2 a 5%) do total de membranas de uma célula. Somente ficaram na membrana plasmática aquelas proteínas necessárias às funções de transporte, comunicação e adesão. A maior parte das membranas celulares (cerca de 50%) pertence ao retículo endoplasmático.
Teoria da Endossibiose (Lynn Margulis, em 1981): no decorrer do processo evolutivo, algumas das bactérias ingeridas, em vez de serem digeridas, estabeleceram uma relação simbiótica com a célula predadora. Acredita-se que as mitocôndrias e os cloroplastos resultam de uma relação dessa natureza.
Célula Eucarionte
As funções de síntese, captura de alimento, digestão, produção de energia e outras se distribuem por diferentes compartimentos, aos quais chamamos organelas celulares. Os principais compartimentos intracelulares de uma célula eucarionte são:
• núcleo;
• citossol;
• retículo endoplasmático (com as regiões lisa e rugosa);
• complexo de Golgi;
• mitocôndrias;
• plastídeos (cloroplastos-exclusivos de células vegetais);
• lisossomas;
• endossomas;
• peroxissomas.
Célula Eucarionte
Núcleo
É o compartimento que contém o genoma e o principal local de síntese de ácidos nucleicos (DNA e RNA). 
O envoltório nuclear é duplo (carioteca) e a comunicação entre o núcleo e o citoplasma é feita através de complexos do poro, complexos protéicos que funcionam como comportas, regulando a passagem de moléculas para dentro e para fora do núcleo. 
Citoplasma 
O citoplasma é o maior compartimento celular. Composto por: matriz (citosol), organelas e depósitos diversos.
Sua parte líquida se chama citosol e é composto por: água, íons, aa, precursores de ácidos nucleicos, numerosas enzimas.
Organelas: mitocôndrias, retículo endoplasmático, aparelho de golgi,lisossomos e peroxissos.
Retículo Endoplasmático 
Quase a metade do total de membranas de uma célula pertence ao retículo endoplasmático.
O retículo forma uma rede contínua de membranas. Na superfície da membrana do retículo voltada para o citoplasma, aderem-se os ribossomos que participam da síntese de proteínas e lipídeos. 
Existem 2 tipos de retículo: Liso e Rugoso.
Função: Participa da síntese de proteínas, mas suas funções variam de acordo com a célula em que ele se encontra. 
Ex: 
fígado  responsável pelos processos de conjugação, oxidação e metilação. 
glândula supra- renal participa da produção de esteróides.
células musculares esqueléticas participa da ativação do cálcio e da contração muscular. 
Outra função é a síntese de fosfolipídios para todas as membranas celulares.
Reticulo endoplasmático liso
Função: síntese de esteroides e de outros lipídios, aos quais são destinados à exportação ou ao uso intracelular por organelas
Reticulo endoplasmático rugoso
Aparelho de Golgi
A maioria das proteínas precisa passar do retículo para o complexo de Golgi, onde será finalizada. Que consiste em completar as modificações pós-tradução, empacotar e colocar um endereço nas moléculas sintetizadas pela célula, fazer hidrólise de lipídios, terminar o processo de glicosilação, de fosforilação e de sulfatação e separar proteínas.
Membrana Plasmática
É a parte mais externa do citoplasma, separa a célula do meio extracelular.
Tem cerca de 7 a 10 nm.
São formadas por bicamadas lipídicas, formadas por, fosfolípides, proteína, e glicídeos.
Mitocôndrias
Organelas esféricas,ou alongadas.
Formada por 2 membranas: interna e externa.
Fundamental importância no processo de respiração celular e no fornecimento de energia a partir da quebra da glicose e ácidos graxos, produzindo calor e moléculas de ATP.
Diametro: 15 a 20nm.
Formados por 2 subunidades de tamanhos diferentes.
Se ligam aos filamentos de RNA mensageiro formando os polirribossomos.
Função: síntese protéica. 
Ribossomos
Lisossomos
Lisossomos: depósitos de enzimas hidrolíticas que digerem moléculas proveniente de pinocitose, fagocitose e da própria célula. Isso ajuda a célula a manter seus componentes em bom estado funcional e em quantidades adequadas.
Oxidam substâncias orgânicas, produzir peróxido de hidrogênio, participa da 	beta-oxidação, exporta acetil-CoA para o citossol, participa da síntese de ácidos biliares e de colesterol. 
Peroxissomos (microcorpos)
Oferecerem rigidez na forma das células, mantendo os prolongamentos celulares, dando simetria à célula, servindo de suporte para as células na locomoção, servindo como base morfológica para centríolos, cílios, flagelos e corpúsculos basais.
Microtúbulos
Têm duas funções: na divisão celular das células animais e na formação de cílios (estruturas curtas e numerosas) e flagelos (estrutura longa e em pequeno número), pelo corpo basal, que servem para a locomoção ou para a captura de alimento.
Centríolos
Responsável pelas alterações de forma e da distribuição de organelas desencadeadas por interações entre a célula e seu meio e entre células diferentes. É também responsável pela sustentação e resistência da célula
Microfilamentos
Citoesqueleto
Estabelece, modifica, e mantém a forma da célula.
É responsável pelos movimentos celulares: contração, formação de pseudópodos e deslocamento intracelulares de organelas, cromossomos, vesículas e grânulos diversos.
É formado por: microtúbulos, filamentos de actina e filamentos intermediários.
Células procariontes e eucariontes
Vírus
 Vírus são parasitas intracelulares obrigatórios;
 Só se reproduzem através de uma célula hospedeira;
 Os vírus atacam tipos específicos de células. Existem os vírus que atacam células animais, vegetais e bactérias. 
 Os vírus mais conhecidos são que atacam as bactérias chamados de bacteriófagos.
 Fora de uma célula o vírus é inativo, por isso sendo considerado parasita intracelular obrigatório.
Vírus
Cada vírus é formado por duas partes:
 - 1º Genoma viral (RNA ou DNA)
 - contém a informação para a produção de outro vírus.
 - 2º Cápsula proteíca
 - proteger o genoma viral
 - reconhecer outras células
 - facilitar a entrada em outras células
Rickéttisias
São células incompletas
Parasitas intracelular obrigatórias
Células procariontes
Contém RNA e DNA ao mesmo tempo
Realiza parte da sua síntese protéica
Possui membrana semi-permeável
clamidias
Parasita intracelular obrigatório;
Causa infecção sexualmente transmissível.
Estudo dirigido
1) O que é uma célula?
2) Diferencie as células eucariontes e procariontes.
3) O que são seres unicelulares e pluricelulares?
4) Como a mitocôndria surgiu?
5) O que é um vírus? Ele pode ser considerado um ser vivo? 
Explique.
6) Qual a importância da água para o organismo?
7) O que são moléculas hidrofóbicas e hidrofílicas? Quais delas 
são solúveis em água? Por quê?
8) Descreva quais são as biomoléculas do organismo (proteínas, carboidratos, lipídios e ácidos nucléicos).
9) Quais são os compartimentos de uma célula eucarionte?
10) O que são sais minerais?