BIOLOGIA CELULAR

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BIOLOGIA CELULAR
- Todas as coisas vivas são feitas de células: pequenas unidades limitadas por membranas preenchidas com uma solução aquosa concentrada de químicos e dotados com uma capacidade extraordinária de criar cópias delas mesmas pelo seu crescimento e divisão em duas.
- As células diferem muito em aparência e função, algumas estão cobertas apenas por MP outras conta com uma defesa mais rígida como a PC, umas precisam de O2 outras morrem na presença de O2. 
- Citosol é um gel aquoso concentrado, contendo as organelas imersas (citoplasma).
- Em um organismo unicelular a célula não sofre especializações, já no individuo multicelular existe uma divisão de trabalho entre as células, permitindo a especialização num grau extremo.
- Por mais que as células tenham muitas diferenças todas são compostas dos mesmos tipos de moléculas que participam dos mesmos tipos de reações químicas.
- Podem ocorrer mutações (alterações no DNA), que podem criar descendentes que são alterados para pior (no que eles são menos capazes de sobreviver e reproduzir) ou para melhor (no que eles são mais capazes de sobreviver e reproduzir). Todas as células evoluíram a partir de um mesmo ancestral.
- Estima-se que essa célula ancestral existiu entre 3,5 e 3,8 bilhões de anos atrás, e devemos supor que ela continha um protótipo da maquinaria universal de toda a vida atual.
- LUCA (last universal common ancestor): dela houveram diversificações que passaram a habitar todos os nichos no ecossistema da Terra primitiva. Conseguimos ditar então que nasceram 3 grandes domínios.
- O LUCA provavelmente possuía um metabolismo simples e uma forma de maquinaria transcricional para replicar seu genoma RNA. Um ribossomo e um aparelho biossintético proteico primitivos teriam usado o mesmo código genético universal encontrado em todos os organismos modernos.
- LUCA (último ancestral comum de todos os organismos existentes) (3,5 bi a)
- LARCA (último ancestral comum dos Arkarya) (2,5 bi a)
- LACA (último ancestral comum de Archaea) (2,2 bi a) 
- LECA (último ancestral comum de Eukarya) (1,85 bi a )
- A invenção do microscópio óptico levou à descoberta das células, em 1838 quando o microscópio já era ''amplamente'' usado na biologia celular, dois cientistas Schleiden e Schwann perceberam que as células eram os blocos universais de construção de todos os tecidos vivos e que (com ajuda de outros cientistas) todas as células vivas eram formadas pela divisão de células existentes.
- Microscópios: mínimo resolvido pelo microscópio óptico= 200nm e mínimo resolvido pelo microscópio eletrônico= 0,2nm.
- A célula procariótica: sem organelas, sem núcleo e então sem envelope nuclear. Geralmente associada as bactérias apenas, elas por sua vez possuem parede celular, envolvendo a MP, que cerca um único compartimento contendo o citoplasma e o DNA.
- Os procariotos parecem seres simples porém em termos de química eles são a classe mais diversa e criativa de células. Supõe-se que as mitocôndrias tenham evoluído a partir de bactérias aeróbicas que decidiram viver dentro de ancestrais anaeróbicos das células eucarióticas atuais. Assim como é quase certo que os cloroplastos evoluíram a partir de bactérias fotossintéticas que encontraram um lar dentro do citoplasma das células vegetais. 
- Por muito tempo os procariotos foram classificados apenas dessa forma, porém podem ser divididos em 2 domínios, bacteria e archea. 
- Principais etapas do surgimento da primeira célula: Procarioto heterotrófico; Membrana plasmática e parede celular; RNA à DNA e ribossomos.
- Archaea (organismos incomuns): bactérias metanogênicas (que produzem CH4); halobactérias (que proliferam em soluções hipersalinas concentradas) e certos termófilos (que habitam fontes termais).
- Hipótese do surgimento das células eucarióticas: Células (heterotrófica anaeróbica)
onde a MP invaginou-se, se desprendeu e formou o Sistema de Endomembranas, gerando RE (RER e REL) e a membrana nuclear. Mais tarde surgiram C. Golgi, lisossomos e endossomos. Formaram-se as primeiras células eucarióticas anaeróbicas.
- Hipótese do surgimento das células eucarióticas aeróbicas: A célula eucarionte primitiva fez uma PRIMEIRA endocitose simbiôntica com uma bactéria aeróbica (Proteobactéria púrpura) originando a mitocôndria. Algumas destas células eucarióticas (já aeróbicas) fizeram uma SEGUNDA endocitose simbiôntica com uma cianobactéria, originando o cloroplasto.
- Cianobactérias: Bactérias celularmente mais complexas; Início de compartimentalização: abundância de membranas fotossintetizantes tilacoidais ricas em clorofila, com cianossomos aderidos; Cianossomos: grãos de pigmentos do tipo FICOBILINAS (ficocianina + ficoeritrina) que absorvem λ diferentes da clorofila e otimizam a fotossíntese; Parede celular semelhante àquela das bact. Gram- com LPS; Formam colônias celulares com diferenciação evidente.
- O próximo passo de evolução da célula foi a transição para a multicelularidade. Dentre as vantagens desse salto temos a especialização dos diferentes tipos células, permitindo uma divisão de trabalho mais eficiente e o fato de que organismos multicelulares podem crescer muito mais que os unicelulares, o que pode ser importante para escapar da predação ou da competição.
- Os organismos foram então mais tarde (Whittaker, 1969) classificados em 5 reinos diferentes: monera, protista, plantae, fungi e mamalia. 
- Recentemente Carl Woose definiu o Domínio Archaea, classeficando então os seres vivos em 3 domínios, Archea, Bacteria e Eukarya. As archea são procariotas porque não possuem núcleo envolvido por membrana, mas possue lipídios e ácidos nucléicos ribossomais diferentes das bactérias e dos eucariotos.
AULA 3
- Os procariotos são seres complexos e diversificados, dentre algumas caracteristicas deles podemos destacar: Simplicidade estrutural, apesar de sua diversidade e complexidade metabólica; São encontrados em todos locais da Terra, incluindo no interior e superfície do corpo dos seres pluricelulares; Algumas são patogênicas, mas a maioria é inofensiva; Podem ter metabolismo aeróbico (presença de O2) ou anaeróbico.
- As células procarióticas não são compartimentalizadas, mas formam um septo (fenda na parede) antes da divisão celular que é essencial para a sobrevivência e multiplicação da célula bacteriana.
- Dentro do que se entende por procariotos, nós temos o domínio bactéria, essas possuem diferentes formas (diâmetro médio 1-2 microm), ainda de mesma forma elas podem ser de diferentes tipos. Dentre as formas temos: *Cocos (Cadeia = Streptococcus e – Cacho = Staphylococcus); *Bacilos (Cadeia = Streptobacillus); * Vibrio = “vírgula”; * Espirilo; * Espiroqueta.
- Algumas bactérias são patogênicas, como a Borrelia burgdorferi > Lyme disease, Treponema pallidum > Sifilis, Escherichia coli > E. coli Hemorragica e Enterococcus faecium > Infecções da pele.
- Tamanho dos procariotos em geral varia de 0,3 µm a > 700 µm.
- Micoplasmas: São as menores bactérias encontradas, são celularmente mais simples (0,2-2 µm de diâmetro), não têm parede celular (pleomórficos), são Gram + degeneradas, geralmente parasitas (não obrigatórios) e seu teor de DNA é cerca de 10x menor que o das bactérias comuns. Ex.: Mycoplasma pneumoniae.
- A organização celular das células procarióticas possuem algumas estruturas obrigatórias e outras não obrigatórias.
OBRIGATÓRIAS: Membrana plasmática (bicamada lipoprotéica) 
DNA circular nu (não associado a proteínas) no nucleóide 
Ribossomos + RNAm (polirribossomos) no protoplasma 
Parede celular em todos, exceto nos Micoplasmas (BACTERIA) e Termoplasma (ARCHAEA).
NÃO OBRIGATÓRIAS: Flagelos (locomoção) 
Fímbrias (adesão) (2 tipos: fímbrias comuns e sexuais) 
Cápsula (proteção/adesão) 
Plasmídeo (DNA extra-genômico) 
Mesossomo (invaginação da MP com concentração de enzimas respiratórias).
-Membrana celular bacteriana: Bicamada de fosfolipídios com proteínas inseridas(mosaico fluído); Envoltório flexível: rompe-se facilmente; A água pode penetrar e romper a célula; Algumas invaginações: mesossomos (com enzimas da cadeia respiratória) e septos (âncora de DNA); Mesossomo: primórdio de compartimento. Invaginação de membranas contendo enzimas respiratórias.
- A membrana plasmática de Bacteria e Archaea tem a mesma estrutura trilaminar da membrana plasmática das células eucariontes Possui moléculas receptoras, proteínas relacionadas com o transporte transmembrana e as moléculas da cadeia respiratória.
- Lembrando sua membrana plasmática é constituída por principalmente uma bicamada de fosfolipídios, e estes por sua vez são constituídos por uma cabeça polar (grupo polar+fosfato+glicerol) e uma cauda apolar (sequência de ácidos graxos). 
- Uma diferença entre células eucarióticas e procarióticas é que as primeiras apresentam esteróis em suas membranas. Sendo eles: colesterol nas células animais, fitoesteróis nas células vegetais e ergosterol nos fungos e protozoários. Claro que toda regra possui uma exceção e nesse caso temos as bactérias metanotróficas aeróbicas e os micoplasmas. Os esteróis conferem resistências e estabilidade.
- Porém há moléculas similares aos esteróis no domínio bactéria, os hopanoides. um hopanoide amplamente distribuído é o hopanoide C30 diplopteno.
- Por mais que a arquitetura fundamental da membrana plasmática de Archaea ser a mesma das membranas de Bactéria, existem algumas diferenças. Contrariamente aos lipídeos de bactérias e eucariotos, (ácidos graxos unidos ao glicerol por ligações éster) os lipídeos de Archaea apresentam ligações éter entre o glicerol e suas cadeias hidrofóbicas laterais. Os lipídeos de arqueias são formados por múltiplas unidades do hidrocarboneto de 5 carbonos (ISOPRENOS) e não ácidos graxos.
- Quanto as características da parede celular dos procariotos podemos citar: Estrutura rígida e resistente, mas MUITO permeável e que impede a ruptura osmótica.
 • Domínio BACTERIA: parede formada essencialmente por Peptidoglicana (PGN: cadeias de N-glicosamina + N-ácido acetilmurâmico + peptídeos). *esse + representa uma ligação glicosídica. 
• Domínio ARCHAEA: metanogênicas com parede formada por Pseudomureína.
- A grande diferença que classifica as bactérias em Gram + e Gram -, está na sua parede celular, onde a primeira é desprovida de uma camada de LPS e a segunda possui essa camada a + as outras.
- Lipopolissacarídeos (LPS): • Endotoxina ou Pirogênio (Causa Febre). Sendo Endo: faz parte da bactéria e Exo: secretada pela bactéria 
• Estrutura: Lipídeo A + polissacarídeo. 
•Presente apenas em bactérias Gram - (Álcool/Acetona os removem).
- Resumidamente: 
	Bactérias G+
	Bactérias G-
	Par Parede celular (peptidoglicana) espessa 
	Parede celular mais delgada
	Presença de ácidos teicóicos
	Membrana externa com LPS
- Penicilinas, ampicilina e cefalosporinas, são antibióticos que inibem a síntese da parede celular de bactérias, pois podem impedir a formação das ligações entre os tetrapeptídeos de cadeias adjacentes de peptideoglicana, ocasionando uma perda na rigidez da parede celular ou promover a ativação de enzimas autolíticas, resultando na degradação da parede.
- Recapitulando estruturas celulares não obrigatórias. Cápsula: Envoltório viscoso não obrigatório, rico em polissacarídeos e glicoproteínas, proteção contra dissecação, adesão às superfícies e impedem a destruição da bateria por fagocitose. Não são consideradas parte da parede celular, uma vez q u e n ã o c o n f e r e m significativa resistência estrutural à célula.
- Flagelos bacterianos: Prolongamento de superfície, originam-se na membrana plasmática, são polímeros de flagelina, são totalmente distintos (origem e comp. química) dos flagelos das células eucarióticas e possuem como função a locomoção.
- Mecanismo do movimento flagelar: Rotação dos anéis do corpo flagelar é dirigido por gradiente de H+ e não por ATP. A rotação anti-horária produz movimento pra frente: corridas, enquanto a rotação horária paralisa o movimento pra frente : voltas. Essas corridas e voltas são controladas por substâncias quimioatraentes e repelentes.
- Fímbrias: Pequenos prolongamentos proteicos mais curtos que os flagelos, são IMÓVEIS e promovem a adesão da bactéria a substratos/ superfícies. Ex.: A E. coli apresenta muitas fímbrias. Alguns agem anticorpos contra fímbrias bloqueando adesão da bactéria. Há também as fímbrias sexuais, mais longas, fixação de bactérias durante a conjugação e então há a troca de material genético.
- Ribossomos ou Poliribossomos: Uma bactéria comum pode ter cerca de 15 mil ribossomos (menores que os dos eucariotos), formados por RNAs ribossomais e proteínas, diâmetro 25-30 nm, formados por 2 sub-unidades (maior e menor). A maioria encontra-se livre no citosol, mas alguns podem ligar-se à membrana, produzindo proteínas para o exterior ou proteínas transmembrana. Sua função: síntese protéica.
- DNA bacteriano: circular e não ligado a proteínas, tem cerca de 1 mm de comprimento quando estendido. Cada bactéria contém 1 ou mais nucleóides que contêm os cromossomos presos a um septo (invaginação da membrana). Este possui genes para cerca de 1000-3000 proteínas.
- Os septos, invaginações da MP e parede celular são formados na divisão celular binária e podem conter nucleóide aderido. 
- Reprodução das bactérias: 1) Assex - Fissão binária ou 2) Conjugação bacteriana.
2) Muito mais rara que a fissão binária. Fímbria sexual (Pilus F) associam as bactérias para que se forme uma ponte de conjugação citoplasmática. O plasmídeo – Fator F: contém genes que codificam para fímbria sexual (apenas em bactérias Gram -). Conjugação ocorre APENAS entre F+ (bactéria doadora) e F- (bactéria receptora) onde a F+ transfere uma fita do plasmídio para F-. Então mbas sintetizam a segunda fita (transformação da F- em F+).
- Plasmídeos: moléculas de DNA extra-genômico que podem ser passados de bactéria à bactéria, carregando consigo informações genéticas (e até mesmo novos genes).
- Os vírus que infectam as bactérias são os bacteriófagos. Ex.: O bacteriófago T4 (colchete) se liga a uma célula bacteriana de E. coli por meio de uma estrutura em cauda e injeta seu DNA (localizado na cabeça) na célula. 
AULA 4 Domínio Archaea
- Procariotos sem núcleo celular diferenciado.
 - Habitam normalmente ambientes em condições inóspitas e extremas, como pântanos, profundezas abissais oceânicas, salinas, elevadas ou baixíssimas temperaturas, acidez ou alcalinidade. Sendo assim se dividem em:
-Halófilos: altas concentrações de sal (5,5M NaCl = 32 %).
-Termoacidófilos: altas temperatura e acidez, desenvolvem-se em fontes de enxofre quentes (80oC), pH < 2.
- Metanogênicas: vivem em ambientes sem oxigênio e geram metano (CH4), por meio da combinação de água com dióxido de carbono. Esses possuem diversas características, como rúmen de animais ruminantes, porção final do intestino de insetos celulolíticos, intestino grosso como nós, são endossimbiontes de vários protozoários anaeróbios, entre outras.
- São anaeróbicos ou aeróbicos.
- Compreende 5 FILOS.
- Possuem lipídios com ligação éter e não possuem peptideoglicano na parede celular.
- RNA-polimerases estruturalmente complexas, lembrando as de Eukarya.
- Sua história evolutiva é bem antiga e complexa, pois envolve a transferência horizontal de genes entre filos, e dentro deles.
- Principais dois filos: Euryarchaeota e Crenarchaeota. Euryarchaeota possui arquéias hipertermófilas, espécies de Thermoplasma e arquéias halófilas. Crenarchaeota possui arquéias hipertermófilas e acidófilas e espécies de Thermoplasma (desprovido de parede celular).
- Mas também importante saber que representantes do filo Thaumarchaeota vivem nas colunas d'água polares. No filo Korarchaeota há uma espécie cujo nome significa ''o filamento secreto da juventude''. O 'último' filo chama-se Nanoarchaeota.
- Membrana plasmática das Archaea: Monocamadas ou bicamadas contendo glicerol com cadeias laterais de FITANIL (ao invésde ácidos graxos), ligados por ligações éter.
- Parede celular das Archaea: formada por pseudomureína (polissacarídeo similar ao Peptideoglicano).
- Os três domínios possuem suas características especificas porém também possuem algumas em comum, archaea e eukarya por exemplo tem em comum o genoma, a transcrição de DNA e a síntese proteica. 
Aula 5 - Membrana Plasmática
- A célula é constituída de 70% água e 30% chemicals, sendo destes últimos a maioria macromoléculas. Quatro classes de macromoléculas compõem as células, polissacarídeos, lipídeos, proteínas e ácidos nucleicos. 
- As células tem sua hidrofilia, hidrofobicidade e ainda anfipatia. 
- A membrana plasmática possui duas faces, a citosólica virada para o citosol e a exoplásmica virada para o exterior. As vesículas e algumas organelas têm uma membrana simples e seu espaço aquoso interno é topologicamente equivalente ao exterior da célula.
- Componentes das membranas biológicas:
- As biomembranas contêm 3 principais classes de lipídeos: Fosfolipídios, esfingolipídios e esteróis.
- Os fosfolipídios são lipídeos estruturais, principais constituintes da membrana , são anfipáticos por possuírem uma região polar (cabeça) e uma região apolar (cauda).
- Sua cauda de ácidos graxos podem conter ou não uma ligação dupla entre os HC, o que classifica-os em fosfolipídios insaturados ou saturados. Isso acaba diferenciando a fluidez das membranas.
- Como nesses ambientes se formam artificialmente as micelas e bicamadas lipídicas? Bom, isto depende da quantidade de cadeias de ácidos graxos, uma ou duas.
- Essas características dos lipídios também deu origem a outra coisa, como os lipossomos, que são bicamadas lipídicas sintéticas para carrear substâncias pelo organismo. 
- Com a ocorrência dos lipossomos, pode ocorrer a lipofecção. Lipofecção: Transferência de genes mediada por lipossomos. O DNA é incorporado a vesículas lipídicas artificiais (lipossomos) que se fundem com a membrana plasmática entregando o seu conteúdo diretamente no citoplasma, assim evita o ataque enzimático do material nucléico (degradação).
- Os esteróis também são lipídios estruturais de membrana, possuem núcleo tetracíclico e seu representante principal é o colesterol. 
- Colesterol: Altamente hidrofóbico (C27H46O); OH (única parte hidrofílica) inserida junto às cabeças polares dos fosfolipídeos; Enrijece a bicamada e torna a membrana menos fluídica e permeável; Ausente em plantas, leveduras e bactérias; Reduz a permeabilidade da membrana de células animais a pequenas moléculas hidrossolúveis; Precursor para a biossíntese dos hormônios esteróides (cortisol, aldosterona, testosterona, progesteronaetc), dos sais biliares e da vitamina D3; Impede que os ácidos graxos se agrupem e cristalizem em altas temperaturas.
- Os fosfolipídios não são inertes, possuem algum tipo de rotação, como o movimento de difusão lateral e rotação rápida assim como o ''flip-flop'', que acontece quando ele troca de monocamada, necessita auxílio de proteínas e por isso ocorre em torno de 1 vez por mês.
- Balsas lipídicas= pequenas áreas especializadas da membrana, onde alguns lipídios (normalmente esfingolipídeos e colesterol) e proteínas estão concentrados.
- A membrana plasmática é assimétrica, com carga externa, dos eucariotos, neutra e com carga interna negativa (fosfolipídeo fosfatidilserina).
- As biomembranas são consideradas um mosaico fluído, e isso é regulado pelo: 
1)tamanho das cadeias hidrocarbonadas (quanto mais curtas maior a fluidez).
 2)insaturação das caudas (quanto mais insaturadas maior a fluidez).
3)colesterol (maior quantidade, menos fluidez).
- Vantagens da fluidez da membrana plasmática: 
*Proteínas da membrana difundem-se rapidamente no plano da bicamada (facilita sinalização celular). 
*Facilidade de distribuição de lipídios e proteínas recém sintetizados para organelas.
*Membranas podem fundir-se umas às outras e entregar cargo das vesículas. 
*Moléculas da membrana podem ser igualmente distribuídas entre células-filhas.
- As membranas plasmáticas além de seus principais componentes, os fosfolipídios, possuem também outro componente de extrema importância, as proteínas.
- Existem dois grandes grupos de proteínas, as integrais e as periféricas. 70% das proteínas da membrana são integrais: incluem enzimas, glicoproteínas, proteínas transportadoras, receptores para hormônios, fatores de crescimento e drogas.
- Ligação de Proteínas a lipídeos, via pontes de oligossagarídeos – âncoras GPI (glicosilfosfatidilinositol). Ainda no RER, algumas proteínas têm sua parte transmembrana clivada e após sendo adicionada uma âncora GPI, tornando a proteína ligada à monocamada extracelular da membrana plasmática Proteínas com âncora GPI podem ser liberadas da membrana pela ação de fosfolipases.
- A análise da ultraestrutura da membrana foi facilitada pela técnica de Criofratura. Se entende pelo congelamento rápido de uma célula (nitrogênio ou hélio líquido), seguido por fratura com um instrumento cortante. A fratura tende a acontecer na região de ligações mais fracas (interações hidrofóbicas). Rompe-se a bicamada em duas monocamadas: face P (protoplasmática) e face E (extracelular). Faz-se um molde das regiões fraturadas com metal pesado (platina) e destrói-se o material biológico. Os moldes são examinados ao Microscópio Eletrônico de Varredura onde mostram saliências correspondentes às proteínas transmembranas, comprovando sua existência.
* GLICOCÁLICE
- A MP é recoberta por carboidratos ligados a proteínas (=glicoproteínas) ou a lipídeos (=glicolipídeos).
- É um revestimento de carboidratos, viscoso/ gelatinoso, das células sem parede. Formado por oligossacarídeos (maioria), alguns monossacarídeos, está presente em todas as células animais e protozoários. 
- É uma extensão da M.P. constituído por: 1) Porções Glicídicas das moléculas de glicolipídios da membrana plasmática que fazem saliência na superfície da membrana.
 2) Glicoproteínas integrais da membrana ou adsorvidas após secreção.
 3) Proteoglicanas, todas secretadas e em seguida adsorvidas pela superfície celular 
- Participação direta do Complexo de Golgi na sua formação.
- Mesmo tecidos densos com espaços entre as células (10-15 nm), como os tecidos epiteliais, muscular e nervoso, possuem glicocálice. Tecidos frouxos, como o tecido conjuntivo apresentam um glicocálice muito espesso denominado de matriz extracelular.
- Funções: 1. Reconhecimento Celular: as células do mesmo tipo se identificam mutuamente e se unem umas às outras para formar os tecidos, bem como rejeitando células diferentes. A diferença está no tipo e estrutura de carboidrato que compõem o glicocálice de cada tipo celular.
2. Inibição por contato: cada grupo de células (fígado, epiteliais, etc) crescem separadamente in vitro . Cada grupo possui o seu tipo específico de glicocálice. Ele é responsável pela emissão de sinais químicos que interrompem a mitose quando células de um mesmo tecido fazem contato.
3. Proteção Celular: confere proteção à célula contra agressões químicas e físicas do ambiente externo. E retém enzimas e nutrientes, o que proporciona um meio extracelular propício à célula.
4. Adesão Celular: Interações endotélio-leucócitos: ativação, ligação, rolamento e extravasamento. Ler + no slide sobre etapas.
- Glicolipídeos e Glicoproteínas podem ser marcadores importantes, como o tipo sanguíneo humano que é determinado pelo carboidrato terminal (glicocálice) da membrana das hemácias. 
- Sobre os esfingolipídios sabemos que há 60 diferentes tipos nas membranas celulares humanas, e que alguns participam do reconhecimento celular. Muitos são especialmente proeminentes na membrana plasmática dos neurônios e alguns são claramente sítios de reconhecimento na superfície celular.