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Bases cel. e mol. da vida Módulo 1 Prof. Wallace Pacienza Lima, PhD. wallaceplima@hotmail.com wallaceplima@unigranrio.edu.br Introdução ao estudo da célula Disciplina: Bases celulares e moleculares da vida NÍVEIS DE ORGANIZAÇÃO DOS SERES VIVOS CARACTERÍSTICAS GERAIS DOS SERES VIVOS • Constituído de célula; • Responde a estímulos do meio (sensibilidade, irritabilidade); • Se reproduz (de forma sexuada ou assexuada); • Apresenta metabolismo: (a) Catabolismo – reações que provocam a quebra de substâncias. Exemplos: respiração aeróbica, fermentação, digestão etc. b) Anabolismo – reações que provocam a síntese (produção) de substâncias. Exemplos: fotossíntese, quimiossíntese, fotorredução etc. c) Homeostase - conjunto de fenômenos que garantem o equilíbrio do organismo. Exemplo: o suor controlando a temperatura; • Cresce; • Evoluí; • Apresenta material genético Um mundo de descobertas! 5 A DESCOBERTA DA CÉLULA • O mundo microscópico: – Surgiu a menos de 400 anos; – A invenção do microscópio possibilitou a descoberta das células; – O holândes Antonie van Leeuwehnoek (1632 – 1723): • Criou um microscópio simples • Observação de água estagnada, sangue e esperma – Robert Hooke (1635 – 1703): – Criou um microscópio composto – Observou fatias de cortiça – Origem do termo célula Citologia (do grego kytos, célula, e logos, estudo) 6 Conhecendo o Microscópio 7 Microscópio Óptico Microscópio Eletrônico A DESCOBERTA DA CÉLULA Teoria Celular: • Cientistas alemães Mathias Shleiden e Theodor Schwann, lançaram a seguinte hipótese: “Todos os seres vivos são formados por células.” TEORIA CELULAR Desenho de células publicados por Theodor Schwann 8 A TEORIA CELULAR Mathias Jakob Scheleiden – estudo da estrutura e fisiologia das plantas – “Todos os vegetais são constituídos por células”. Theodor Schwann – estudo da anatomia dos animais – “Todos os animais são constituídos por células.” PRIMEIRA LEI DA TEORIA CELULAR Todos os seres vivos são constituídos por células SEGUNDA LEI DA TEORIA CELULAR (1855 – Rudolf Virchow) • “Omnis cellula e cellula” – Toda célula se origina de outra célula TERCEIRA LEI DA BIOLOGIA CELULAR A célula é a sede das reações metabólicas do organismo. QUARTA LEI DA BIOLOGIA CELULAR A célula é a sede da hereditariedade Classificação das Células Quanto a estrutura das células, a classificação pode ser: • Células Eucariontes Classificação das Células • Células Procariontes CÉLULA PROCARIÓTICA CÉLULA EUCARIÓTICA - Animal CÉLULA EUCARIÓTICA - Vegetal CÉLULAS PROCARIONTES • Ausência de carioteca; • DNA em forma de anel; • Não apresentam mitocôndrias, complexo de Golgi, retículo endoplasmático e sobretudo cariomembrana o que faz com que o DNA fique disperso no citoplasma CÉLULAS EUCARIONTES • Possuem membrana nuclear individualizada e vários tipos de organelas. • Mais complexas que as células procariontes. Procarióticas Eucarióticas Envoltório Nuclear Ausente Presente Cromossomos Único Múltiplos Organelas Poucas ou nenhuma Núcleo, mitocôndria, ... Organização celular Principalmente unicelular Principalmente multicelular Citoplasma Sem citoesqueleto Citoesqueleto constituído de filamentos protéicos Diferenças entre células procarióticas e eucarióticas • Unicelulares - Bactérias, cianofitas, protozoários, algas unicelulares e leveduras. • Pluricelulares - os demais seres vivos. Quanto ao número de células, os seres vivos podem ser classificados como: Origem e Evolução da Célula • variam em tamanho, forma e funções. • Cada célula tem uma forma adaptada a sua função, que é controlada pelos seus genes e influenciada por vários fatores externos. EX: A pressão de outras células pode fazer com que elas fiquem achatadas. 21 Neurônio Hemácias Células tronco Macrófago Variedades em formas e função Diferenciação celular Alterações das propriedades físicas e funcionais da célula à medida que proliferam, no embrião, para formar as diferentes estruturas corporais Diferenciação celular Resulta da expressão diferencial de genes que ocorre no desenvolvimento dos seres multicelulares Célula = 50 m Variedades em tamanhos Leucócito = 12 m Hemácia = 7,5 m Neurônio = 30 m Axônio = 1m Vírus: Um caso a parte... - Vírus não são seres vivos porque não possuem metabolismo próprio e necessitam de outros seres para se reproduzirem... - Porém tem a capacidade de replicação, hereditariedade e evolução, o que já seria suficiente para considerá-los seres vivos? 28 Estruturas celulares 29 Componentes químicos da célula • Água - 70% do volume celular é composto por água, que dissolve e transporta materiais na célula e participa de inúmeras reações bioquímicas. Tem a capacidade de absorver e de perder grandes quantidades de calor. EX: Quando a temperatura do ambiente ultrapassa determinados valores ou quando nosso corpo esquenta por causa da realização de um exercício físico, as glândulas sudoríparas eliminam suor. Por que???? • Resposta: A água contida no suor evapora e leva consigo o calor da pele e do sangue abaixo dela, o que impede que a temperatura do corpo se eleve muito! • ISSO É UM EXEMPLO DE: HOMEOSTASE. Componentes químicos da célula 32 • Sais minerais - São reguladores químicos. Aparecem de três maneiras no organismo: Dissolvidos na forma de íons na água do corpo; Formando cristais como carbonato e o fosfato de cálcio, presentes no esqueleto; Combinados com moléculas orgânicas, como o ferro na molécula de hemoglobina, o magnésio na clorofila e o cobalto na vitamina B12. Componentes químicos da célula • Carboidratos (glicídios) - Compostos orgânicos formados por carbono, hidrogênio e oxigênio. Exemplos: monossacarídeos (glicose e frutose); dissacarídeos (sacarose, lactose e maltose); polissacarídeos (amido, glicogênio e celulose). Que tem a função de fornecer energia através das oxidações e participação em algumas estruturas celulares. Componentes químicos da célula 35 Carboidratos • Os carboidratos são formados fundamentalmente por: – moléculas de carbono (C), – hidrogênio (H) – oxigênio (O), • hidratos de carbono. • Alguns carboidratos podem possuir outros tipos de átomos em suas moléculas, como é o caso da quitina, que possui átomos de nitrogênio em sua fórmula. • Polihidroxialdeídos • Polihidroxicetonas • Polihidroxialcoois • Polihidroxiácidos • seus derivados e, polímeros desses compostos São definidos como: Carboidratos • Originalmente associado a fórmula geral Cn(H2O)m desde os mais simples (monossacarídeos onde n=m) • São divididos em função dos seu peso molecular: – Monossacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos São os menores e mais simples carboidratos Carboidratos Monossacarídeos • São os menores e mais simples carboidratos Oligossacarídeos São polímeros contendo de 2 a 10 unidades de monossacarídeos unidos por ligações glicosídicas. Os mais importantes são os dissacarídeos(sacarose, lactose, maltose, etc). • Oligossacarídeos – Sofrem hidrólise produzindo dois ou mais monossacarídeos. – Dissacarídeos • Quando, por hidrólise, produzem dois monossacarídeos • Sacarose, lactose, maltose – Trissacarídeos • Rafinose – (galactose, frutose e glicose) é um açúcar complexo encontrado em repolho, brócolis, arroz, aveia, centeio, cevada, milho e trigo; banana, laranja, maçã, feijão. – Tetrasacarídeos • Estaquiose (2 galactose, frutose e glicose) encontrado amplamente no reino vegetal: feijão, ervilha, soja. • OH de um carbono anomérico se ligando a OH de outro monossacarídeo ligação glicosídica O OH H H H OH H OH H OH O H H H OH OH H OH CH2 OH O + OH2 MALTOSE Ligação Glicosídica O OH H H H OH OH H OH H OH O OH H H H OH OH H OH H OH + GLICOSE GLICOSE O OH H H H OH OH H OH H OH GLICOSE + O CH2 OH OH CH2 OH OH OH O CH2 OH OH CH2OH OH O OH OH OH CH2 OH O + OH2 FRUTOSE SACAROSE Carboidratos • Polissacarídeos (>10 unidade de monossacarídeos) – Sofrem hidrólise produzindo grande quantidade de monossacarídeos – São polímeros naturais – Polissacarídeos digeríveis • Amido • Glicogênio – Polissacarídeos indigeríveis • Fibras insolúveis (celulose) • Fibras solúveis (pectina, gomas, polissacarídeos de algas). Fontes de Quitina Fontes de Amido • Lipídios - Compostos formados por carbono, hidrogênio e oxigênio; insolúveis em água e solúveis em éter, acetona e clorofórmio. Estão presentes nas membranas de todas as células. - EX: Nas células nervosas, formam várias camadas que funcionam como isolante elétrico do impulso nervoso. Alguns lipídeos fora também hormônios e vitaminas. 45 • São compostos orgânicos heterogêneos, de origem animal ou vegetal; • São insolúveis em água e facilmente solúveis em solventes orgânicos, como éter, hexano e outros; • São substâncias Hidrófobas; • São vulgarmente conhecidos como gorduras (lipos: grego gordura).; • Suas propriedades devem-se a natureza hidrofóbica de suas estruturas; • Forma uma interface entre o meio intracelular e o extracelular; Lipídeos 47 Funções • Armazenamento de energia; • Componentes de alguns sistemas enzimáticos; • Têm funções hormonais (hormônios esteroidais) e vitaminas; • Atuam como isolantes térmicos. Lipídeos 48 Fazem parte das membranas; Lipídeos 49 Classificação São classificados de acordo com a natureza química; São classificados em 2 grandes grupos: Simples - ácidos graxos, óleos, gorduras e ceras Complexos - fosfolipídios, esteróides, glicolipídeos; Lipídeos 50 Ácidos Graxos Saturados Monoinsaturados Poliinsaturados Cadeia curta Cadeia longa C6-C12 Babaçu Coco Palmiste Tucum Cuphea Óleos de amêndoas C14-C24 Cacau Leite Banha Sebo Dendê Ômega 9 Oliva Canola Açafrão Girassol Ômega 6 Ômega 3 Linoléico Milho Algodão Soja Açafrão Girassol Linolênico Linhaça Óleo de pescado Atum Macarel Salmão Arengue 51 Lipídeos Simples São compostos que por hidrólise dão origem somente a ácidos graxos e álcool; São divididos em: • Óleos e gorduras - ésteres de ácidos graxos e glicerol – Acilglicerois • Ceras: ésteres de ácidos graxos e mono-hidroxiálcoois. 52 Lipídios compostos São compostos que apresentam outros grupos na molécula, além dos ácidos graxos e álcoois; • Fosfolipídeos • Glicolipídeos • Esteróides 53 Ácidos Graxos São ácidos carboxílicos, com cadeia carbônica longa, com mais de 12 carbonos; • A cadeia carbônica pode ser saturada ou insaturada; • Os ácidos graxos nos organismos vivos geralmente contém um número par de átomos de carbono e não são ramificados; 54 Ácidos Graxos saturados - Não possuem duplas ligações; - São geralmente sólidos à temperatura ambiente; - Gorduras de origem animal são geralmente ricas em ácidos graxos saturados (carne bovina, porco, galinha, gema do ovo... ( principalmente produtos animais); óleo de coco, folhas de palmeiras); 55 Ácidos Graxos Insaturados • Possuem uma ou mais duplas ligações sendo mono (uma ligação dupla)ou poliinsaturados (duas ou mais ligações duplas); • São geralmente líquidos à temperatura ambiente; • Os óleos de origem vegetal são ricos em Ácidos Graxos insaturados; • Não são facilmente sintetizados pelos tecidos animais; • Devem ser ingeridos através dos alimentos; • São essenciais ao organismo porque serve de matéria prima para a síntese de prostaglandinas; 56 ÁCIDOS GRAXOS INSATURADOS DE IMPORTÂNCIA BIOLÓGICA Formula estrutural posição da dupla Número de carbonos Nome comum CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH 9 C 16:1 Palmitoléico CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH 9 C 18:1 Oléico leite CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH 9, 12 C 18:2 Linoléico amendoim CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH 9, 12, 15 C 18:3 Linolênico linhaça CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)3COOH 5, 8, 11, 14 C 20:4 Araquidônico 57 Fosfolipídeos • Estão presentes em todas células animais e vegetais; • São os principais componentes das membranas biológicas; • Apresentam na sua estrutura uma molécula do glicerol esterificado com o ácido fosfórico, que se liga a um derivado nitrogenado; 58 Fosfolipídios de membranas 59 Esteróides • São Lipídios que não possuem ácidos graxos em sua estrutura. • Derivado do ciclopentanoperidrofenantreno, um composto que consiste de quatro anéis não-planares fusionados; • Constituem um grupo heterogêneo de lipídeos, exercendo as mais variadas funções metabólicas: hormonal, vitamínica, detergente, estrutural CH3(CH2)12 C H C H C OH H C NH2H CH2OHesfingosina CH3(CH2)12 C H C H C OH H C NHH C O (CH2)22CH3 P O O - O CH2CH2N + (CH3)3OH2C Esfingomielina 60 Colesterol • é o precursor dos hormônios sexuais, glicocorticóides, mineralocorticóides, ácidos e sais biliares e vitamina D. CH3 CH3 H R A B C D1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 CH3 CH3 CH H CH3 CH2 CH3 CH3 CHCH2 CH2 A B C D1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 CH3 CH3 CH H CH3 CH2 C CH2 O W A B C D1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 NHCH2COO - Na + OHW= W= (ácido cólico = ácido bile) (glicolato de sódio = sal de bile) Colesterol 61 62 Lipoproteínas São associações entre proteínas e lipídios encontradas na corrente sanguínea, e que têm como função transportar os lipídios no plasma e regular o seu metabolismo. Classificação das Lipoproteínas: • HDL-lipoproteínas de alta densidade; • LDL-lipoproteína debaixa densidade; • VLDL-lipoptoteína de densidade muito baixa; • IDL-lipoproteína de densidade intermediária; • QUILOMICRA- é a lipoproteína menos densa, transportadora de triacilglicerol exógeno na corrente sanguínea; 63 64 Compostos formados por carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio, que constituem polipeptídios (cadeias de aminoácidos). Exemplo: Albumina, globulina, hemoglobina etc. Sua função é na participação da estrutura celular, na defesa (anticorpos), no transporte de íons e moléculas e na catalisação de reações químicas. Proteínas Aminoácidos Proteínas Estrutura Primária E s tr u tu ra p ri m á ri a Estrutura Primária das Proteínas Estrutura secundária Estrutura terciária Estrutura Quaternária • Só apresentada por algumas proteínas • São compostas por mais de um polipeptídeo. Hemoglobina Estrutura Primária Estrutura Secundária Estrutura Terciária Estrutura Quartenária • Ácido Ribonucléico (RNA) - Molécula formada por cadeia simples de nucleotídeos. O RNA controla a síntese de proteínas. • Ácido Desoxirribonucléico (DNA) - Molécula em forma de hélice formada por duas cadeias complementares de nucleotídeos. O DNA é responsável pela transmissão hereditária das características. • Trifosfato de Adenosina (ATP) - Tipo especial de nucleotídeo, formado por adenina, ribose e três fosfatos. Tem a função de armazenar energia nas ligações fosfato. •DNA – Ácido desoxirribonucléico •RNA – Ácido Ribonucléico mRNA tRNA rRNA Ácidos Nucleicos Legenda Bases nitrogenadas Grupo fosfato Açúcar G; A C;T - açúcar - grupo fosfato - base nitrogenada O nucleotídeo é composto por: Nucleosídeo Ácidos Nucleicos Características importantes: estrutura química e tamanho BASES NITROGENADA Citosina Timina Adenina Guanina Desoxirribose Estrutura química das bases nitrogenadas do DNA Estrutura química do açúcar Orientação Pareamento Uniformidade Ligação fosfodiéster Representação (5’ 3’) GRUPO CETO C=O GRUPO AMINO C-NH2 PH adicional - N dos anéis aromáticos Estrutura do DNA Organização atual do mundo vivo 1. ACELULARES: vírus, viróides e príons. 2. CELULARES : a) PROCARIONTES: bactérias b) EUCARIONTES: • UNICELULARES: protistas • PLURICELULARES: SEM TECIDOS: fungos COM TECIDOS: ACLOROFILADOS: animais CLOROFILADOS: plantas AS PRINCIPAIS DIFERENÇAS CÉLULA PROCARIÓTICA • Sem membrana nuclear; • Ausência de organelas com membranas; • A fotossíntese e a respiração celular ocorrem em membranas; CÉLULA EUCARIÓTICA • Núcleo com membrana nuclear e nucléolo; • Grande variedade de organelas com membranas; • A fotossíntese ocorre nos cloroplastos; • A respiração celular ocorre nas mitocôndrias; ESTRUTURAS QUE CONSTITUEM AS CÉLULAS EUCARIÓTICAS MEMBRANA CELULAR OU MEMBRANA PLASMÁTICA As membranas celulares envolvem a célula, definem os seus limites e mantêm as diferenças essenciais entre o citoplasma e o meio extracelular. CITOPLASMA O citoplasma das células eucarióticas aparece sem estrutura visível mesmo quando examinado ao microscópio eletrônico. Corresponde ao meio interno da célula onde estão incluídas todas as suas estruturas. NÚCLEO FILAMENTOS DE CROMATINA NUCLEOPLASMA NUCLÉOLO INVÓLUCRO NUCLEAR O núcleo ocupa 10% do volume celular total. Controla todas as reações que ocorrem na célula. RIBOSSOMAS Os Ribossomas são pequenas partículas que podem existir livres na célula ou associadas a outras organelas. Intervêm na síntese protéica. MITOCÔNDRIAS As Mitocôndrias são estruturas cilíndricas rodeadas por duas membranas , com dimensões de 2 a 7 micrometros. Intervêm na respiração celular. LISOSSOMAS Aparelho de Golgi Lisossoma primário Lisossoma secundário Os lisossomas aparecem nas células sob a forma de vesículas esféricas ou ovais especializadas na digestão intracelular. VACÚOLOS • Os vacúolos podem estar presentes quer nas células animais quer nas células vegetais, mas é nestas últimas que são particularmente grandes e abundantes. • Um vacúolo vegetal pode atuar como uma organela de armazenamento de nutrientes ou dejetos, como compartimento de degradação ou como modo econômico de aumentar o tamanho da célula. • Vacúolos diferentes com funções distintas estão frequentemente presentes na mesma célula. APARELHO DE GOLGI (Complexo golgiense) • O Aparelho de Golgi é constituído por uma série de cisternas dispostas paralelamente. • Localiza-se próximo do núcleo ou do centro da célula. • A sua função está associada ao armazenamento de substâncias. RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO • O Retículo Endoplasmático com ribossomas: Retículo Endoplasmático Rugoso e intervem na síntese proteica. • O Retículo Endoplasmático sem ribossomas: Retículo Endoplasmático liso e intervem na síntese de lipídios e hidratos de carbono. CÉLULA EUCARIÓTICA ANIMAL Mitocôndria Vacúolo Citoplasma Lisossoma Núcleo Complexo de Golgi R.E. Rugoso Ribossomas Núcleo R.E. Liso Organização Geral Do Corpo Humano: O ser humano possui uma organização: Estrutural complexa, que inicia no nível químico e termina no nível sistêmico. • 1º nível (químico): inclui todas as substâncias químicas necessárias para o funcionamento do organismo. Ex: oxigênio, nitrogênio, potássio, cálcio, sódio.... Estas substâncias são formadas por átomos, e estes combinados formam as moléculas, como por exemplo as proteínas, vitaminas, carboidratos... • 2º nível (celular): as moléculas unidas dão origem a unidade estrutural básica do nosso organismo, as células, cada uma com sua função específica de acordo com a região em que se encontram. • 3º nível (tecidual): As células se combinam de acordo com suas funções específicas e formam os tecidos. Ex: tecido nervoso, epitelial, conjuntivo, muscular. • 4º nível (orgânico): Dois ou mais tecidos organizados de acordo com a sua função, se unem e dão origem aos órgãos, formados por células e tecidos específicos. Ex: coração, pulmão, rim, intestino.... • 5º nível (sistêmico): Órgãos relacionados, que realizam uma função em comum, formam os sistemas do nosso organismo. Ex: sistema respiratório, formado pelos órgãos pulmões, traquéia, laringe, faringe, cavidade nasal, e tem como função a condução do ar atmosférico até os alvéolos, onde ocorre a troca gasosa. Todos os sistemas funcionando como um todo formam o nosso organismo. REFERENCIAS • DE ROBERTIS,E.D.P.; DE ROBERTIS, E.M.F. Bases da Biologia celular e molecular. 4. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2006. (adaptado) • JUNQUEIRA, L.C.U.; Carneiro,J. Biologia celular e molecular. 8. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2005. (adaptado)
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