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(1) Biologia Celular - 2013 2.pdf Biologia Celular Células Tecidos Órgãos Sistemas Biológicos Interação célula-matriz extracelular Sinais Químicos de coordenação Biologia Celular (Citologia) Biologia Tecidual (Histologia) Biologia do Desenvolvimento (Embriologia) Anatomia Biologia Estrutural Forma/Função Um pouco de História Robert Hook (1665) - Nascimento da Biologia Celular como Citologia se deu a partir do avanço científico no Renascimento – Descoberta do Microscópio São atribuídas a Robert Hook (1665) e Anton Leeuwenhoeck (1674) as primeiras observações das células Estas observações e os seus relatos proporcionaram uma atmosfera progressista e surgia um novo ramo da ciência biológica: a Citologia Os conhecimentos ordenados, concatenados e reportados sobre a célula culminaram com a proposição da Teoria Celular proposta por (Scheiden e Schwann, 1839) “Todos os organismos vivos são formados por células” Um pouco de História Virchow (1858): Aplicou a teoria celular à patologia e demonstrou que quem adoece, em última instância é a célula – Surgimento da CITOPATOLOGIA Algumas descobertas que mudaram o conceito da Citologia para a Biologia Celular 1857 – Kölliker – descreve mitocôndrias em células de músculo 1879 – Flemming – descreve comportamento cromossômico 1881 – Cajal e outros – Descrevem métodos de coloração 1898 – Camilo Golgi – Apparato Reticolare Interno 1952 – Palade, Porter, Sjöstrand – Técnicas de Microscopia Eletrônica (primeiras descrições de organelas). Huxley – Citoesqueleto. 1957 – Robertson – Estrutura bilaminar da membrana ao microscópio eletrônico 1974 – Olins e Olins, Kornberg e Thomas – Estrutura da Cromatina (organização nuclear) 1975 – Dobberstein e Blobbel – Fisiologia das memebranas (Transporte através de proteínas) 1983 – Lohka e Masui – Ciclo Celular – ovos de sapo 1984 – Rothman e colegas – Tráfego de vesículas no Complexo de Golgi anos 90 – Era do genoma – Descobertas sobre genoma e suas repercussões A evolução da tecnologia a serviço da Biologia Celular Diversidade Celular Vírus – Parasitos intracelulares obrigatórios - acelulares Diversidade Celular Rickéttsias e Clamídias – são células incompletas Estes organismos não possuem a capacidade de auto-duplicação independente, são parasitas intracelulares Diversidade Celular Organismos unicelulares - Procariontes Bactérias Cianobactérias (algas azuis) Diversidade Celular Estrutura dos Procariontes Bactérias Diversidade Celular Diversidade da forma nos Procariontes Diversidade Celular Procariontes X Eucariontes – Evolução das membranas internas Compartimentalização de funções Diversidade Celular Eucariontes – A célula Animal Diversidade Celular Eucariontes – A célula Vegetal Compartimentos Celulares Membrana plasmática – Envoltório Celular Aulas 2 e 3 - 2013.2 Classifica+�+�o e composi+�+�o das celulas.pptx AULA 2 NÍVEIS DE ORGANIZAÇÃO A Biologia é uma ciência muito ampla, que se preocupa em estudar todos os seres vivos e compreender os mecanismos que regem a vida. Esse estudo pode ser feito em vários níveis de organização, desde o molecular até o nível das relações entre os seres vivos, e entre eles e o mundo não-vivo. Esquema dos níveis de organização Célula Tecido Órgão Sistema Organismo População Comunidade Ecossistema Biosfera CLASSIFICAÇÃO DAS CÉLULAS Ciclo de vida das células Lábeis- ciclo de vida curto;alto potencial de reposição. Ex.: hemácias, espermatozóides e óvulos. Estáveis- podem durar a vida toda e só se dividem, originando outras, se for preciso. Ex.: ossos e fígado. Permanentes (Perenes)- dividem-se apenas durante a formação do embrião. Ex.: células do coração e neurônios. Tipos de células quanto a estrutura celular Células procarióticas Células sem núcleo organizado; material nuclear(nucleóide) disperso pelo citoplasma. Seres formados por essas células são SERES PROCARIONTES. Representantes: Reino Monera (BACTÉRIAS e CIANOBACTÉRIAS) Tipos de células quanto a estrutura celular Células eucarióticas Células com núcleo organizado; material nuclear envolvido pela membrana nuclear (carioteca). Seres formados por essas células são SERES EUCARIONTES. Representantes:Todos os seres dos outros reinos (PROTISTA, FUNGI,ANIMAL E VEGETAL) Comparação entre célula animal e célula vegetal CÉLULA ANIMAL CÉLULA VEGETAL Diferenças entre células vegetais e animais Características Célula vegetal Célula animal Centríolos Ausentes Presentes Peroxissomos Ausentes ou raros Presentes Complexo de Golgi Vesículas isoladas Vesículas empilhadas Cloroplastos Presentes Ausentes Vacúolos Maiores Menores Plasmodesmos Presentes Ausentes Parede celular Presentes Ausentes Reserva Amido Glicogênio OS REINOS VIVOS REINO MONERA-seres unicelulares, procariontes, isolados ou coloniais, autótrofos (por fotossíntese ou quimiossíntese) ou heterótrofos. REINO PROTISTA-seres unicelulares, eucariontes, isolados ou coloniais, podendo ser autótrofos fotossintetizantes (algas) ou heterótrofos (protozoários). Estes últimos nutrem-se por ingestão de alimentos. REINO FUNGI-seres uni ou pluricelulares, eucariontes, heterótrofos, nutrindo-se por absorção dos alimentos. REINO PLANTAE-organismos pluricelulares, eucariontes, autótrofos fotossintetizantes. Compreendem as algas pluricelulares, as briófitas, as pteridófitas, as gimnospermas e as angiospermas. REINO ANIMALIA-organismos pluricelulares, eucariontes, heterótrofos, nutrindo-se geralmente por ingestão de alimentos. Compreende os animais, desde os mais simples (poríferos) até os mais complexos (mamíferos). Diferenciação Celular ou Especialização Celular Depois da fecundação, a célula-ovo começa a sofrer o seu processo de segmentação (divisão), originando várias células-filhas (BLASTÔMEROS) Numa fase mais adiantada, as células começam a sofrer modificações ou especializações, tanto na sua estrutura como nas suas funções. Sabemos que a forma da célula está diretamente relacionada com a função. Estas diferenciações ou modificações ocorrem em toda a estrutura física, química e fisiológica da célula. Isto se deve à presença de substâncias indutoras ainda não bem esclarecidas. DIFERENCIAÇÃO CELULAR- é um processo de desenvolvimento pelo qual uma célula ou um tecido não-especializado sofre modificações progressivas no sentido de tornar-se mais especializado. Tipos de células quanto à diferenciação Diferenciadas-são as células especializadas. Ex.: neurônios,fibras musculares estriadas cardíacas e esqueléticas. Tais células são altamente especializadas. Indiferenciadas ou Totipotentes-são células não especializadas. Ex.: célula-ovo ou zigoto; células embrionárias. Desdiferenciadas-células diferenciadas que voltaram a ser indiferenciadas. Ex.:Células cancerosas, as células do meristema secundários dos vegetais responsáveis pelo crescimento espessural da raiz e do caule, principalmente. OBS.: Quanto mais especializada é a célula, menor é a sua capacidade de reprodução e de regeneração. Aula 03 Composição química da célula Os componentes químicos são semelhantes em todos os seres vivos, podendo ser divididos em dois grandes grupos. Substâncias inorgânicas:água e sais minerais. Substâncias orgânicas: carboidratos, lipídios, proteínas (enzimas) , vitaminas e ácidos nucléicos. Algumas observações importantes: No PASSADO, os químicos definiram substâncias orgânicas como sendo aquelas que só poderiam ser fabricadas e encontradas no interior dos seres vivos, enquanto as substâncias inorgânicas seriam encontradas também, fora dos seres vivos. Em 1928, Wöler conseguiu sintetizar, pela primeira vez, uma molécula orgânica em laboratório, a uréia (componente da urina) a partir de um composto inorgânico, o cianato de amônio. Tal feito tornou esses efeitos inadequados para os tempos atuais e sendo assim, MODERNAMENTE, consideramos substâncias orgânicas como sendo aquelas cuja estrutura molecular está fundamentada em uma cadeia de carbonos. Composição química básica de uma célula Principais elementos que compõem as substâncias celulares (96%)- oxigênio, carbono, hidrogênio e nitrogênio. Elementos essenciais para a manutenção do equilíbrio do metabolismo celular (homeostasia)- sódio, potássio, cálcio, fósforo, ferro, magnésio, enxofre e flúor. Principais substâncias : ÁGUA ------------------------------------------65% SAIS MINERAIS -------------------------------4% PROTEÍNAS ------------------------------------14% LIPÍDIOS ---------------------------------------8% CARBOIDRATOS -------------------------------5% ÁCIDOS NUCLÉICOS --------------------------3% OBS.: Estas porcentagens são características dos animais, podendo variar a depender da natureza dos organismos. Substâncias inorgânicas ÁGUA Componente mais importante no interior das células. Variação do teor de água: ESPÉCIE seres humanos 70% água-viva 90% Idade recém-nascidos 80% humanos idosos 60% Metabolismo dentina 12% neurônios 70% Funções da água Solvente- todos os componentes químicos das células encontram-se dissolvidos em água e ela é o solvente dos líquidos orgânicos (sangue, líquor, substâncias intercelulares). Transporte- transporta substâncias através das membranas, auxiliando a comunicação entre o meio intracelular e o extracelular. Participa das reações de hidrólise e é, geralmente produto das reações de síntese. Mantém estável a temperatura dos seres homeotermos. É importante na manutenção da estabilidade dos colóides. OBSERVAÇÕES IMPORTANTES O teor de água de um organismo não pode variar muito, sob pena de levá-lo à morte. Ex.:mamíferos- desidratação de 10% já é fatal. A água não é obtida apenas pela ingestão de água, ou outros líquidos, e alimentos. È também obtida através da respiração e das reações de síntese de proteínas, carboidratos, lipídios e ácidos nucléicos. Substâncias que se dissolvem na água: hidrofílicas; substâncias que não se dissolvem na água: hidrofóbicas. OBSERVAÇÕES IMPORTANTES A quantidade de água é diretamente proporcional à atividade metabólica da célula: Neurônio – 80% de água Célula óssea – 50% de água METABOLISMO: É o conjunto de processos físicos e de reações que ocorrem em um sistema vivo e resulta na montagem ou quebra de moléculas complexas. É constituído por reações: Anabólicas = Reações de síntese, Absorvem energia (fotossíntese); Catabólicas= Reações de degradação, Liberam energia (respiração) Substâncias inorgânicas SAIS MINERAIS Envolvem:carbonatos, nitratos, cloretos, fosfatos, sulfatos e iodetos de sódio, potássio, cálcio, magnésio e outros. Existem de duas formas: Imobilizados (estruturas esqueléticas- ex.:fosfato de cálcio) Dissolvidos em água (forma de íons).Como íons exercem as funções de: Catalisadores: o íon Ca++ promove a contração muscular, a sinapse nervosa e a coagulação sangüínea. Mediadores do mecanismo osmótico. Manutenção da polarização da membrana plasmática. Atuação como íons tampões, para a manutenção do pH do meio intracelular. Principais sais minerais Cálcio- forma dentes e ossos;atua no funcionamento dos músculos e nervos e na coagulação sangüínea. Sódio- ajuda no equilíbrio dos líquidos do corpo e no funcionamento dos nervos e das membranas das células. Cloro- age junto com o sódio e forma o ácido clorídrico do estômago. Potássio- age com o sódio no equilíbrio de líquidos e no funcionamento dos nervos e das membranas. Ferro- forma a hemoglobina, que ajuda a levar oxigênio e atua na respiração celular. Iodo- faz parte dos hormônios da tireóide, que controlam a taxa de oxidação da célula e o crescimento. Substâncias orgânicas CARBOIDRATOS (hidratos de carbono, glicídios, açúcares). (CH2O)n Fornecem energia para o metabolismo celular Substâncias orgânicas Formados por: C, H, O e, eventualmente, S e N. Funções: Fonte de energia(basicamente); Estrutural (celulose e quitina). Classificação: MONOSSACARÍDEOS- açúcares simples que não se quebram por hidrólise;são diretamente aproveitados pelo organismo e facilmente se difundem por eles. Fórmula geral: Cn(H2O)n Monossacarídeos Classificação de acordo com o número de carbonos; TRIOSES- cadeia com 3 carbonos; TETROSES- cadeia com 4 carbonos; PENTOSES- cadeia com 5 carbonos; HEXOSES- cadeia com 6 carbonos; HEPTOSES- cadeia com 7 carbonos. Mais importantes: Pentoses (ribose e desoxirribose) e hexoses (glicose, frutose e galactose). GLICOSE = DEXTROSE FRUTOSE = LEVULOSE Monossacarídeos Fórmula geral: Cn (H2O)n Trioses C3H6O3 Tetroses C4H8O4 Pentoses C5H10O5 – Ribose C5H10O4 – Desoxirribose Hexoses C6H12O6 – Glicose Frutose Galactose Monossacarídeos RIBOSE E DESOXIRRIBOSE São constituintes dos ácidos nucléicos RNA e DNA respectivamente. ribose Monossacarídeos GLICOSE Sintetizada durante a fotossíntese Representa a única fonte de energia de neurônios e hemácias Encontrado no mel, açúcar, frutas e sangue. Monossacarídeos GLICOSE Sintetizada durante a fotossíntese Representa a única fonte de energia de neurônios e hemácias Encontrado no mel, açúcar, frutas e sangue. OLIGOSSACARÍDEOS- formados por dois a dez monossacarídeos. Mais importantes: DISSACARÍDEOS. São eles: SACAROSE= glicose + frutose (cana-de açúcar). LACTOSE= glicose + galactose (leite). MALTOSE= glicose+ glicose (vegetais). OBS.:São solúveis em água e, para serem aproveitados pelo organismo, devem ser quebrados, por hidrólise, em duas moléculas de monossacarídeos. OLIGOSSACARÍDEOS- formados por dois a dez monossacarídeos. Mais importantes: DISSACARÍDEOS. Sacarose: Formado pela união de glicose e frutose Encontrado na cana de açúcar OLIGOSSACARÍDEOS- formados por dois a dez monossacarídeos. Mais importantes: DISSACARÍDEOS. Lactose: Formado pela união de glicose e galactose É encontrado no leite OLIGOSSACARÍDEOS- formados por dois a dez monossacarídeos. Mais importantes: DISSACARÍDEOS. Maltose: Formado pela união de duas moléculas de glicose Encontrado no malte Polissacarídeos Açúcares formados pela ligação de vários monossacarídeos entre si. Não são solúveis em água e são quebrados em vários monossacarídeos por hidrólise. Classificação: Energéticos: GLICOGÊNIO (reserva animal) e AMIDO (reserva vegetal) Estruturais: CELULOSE e QUITINA Polissacarídeos Energéticos:AMIDO (reserva vegetal) É um polímero de glicose (+ de 1400 moléculas de glicose) Reserva energética vegetal Encontrado em frutos, sementes, caules e raízes Detectado pelo corante à base de iodo denominado Lugol. Polissacarídeos Polissacarídeos: cadeias de monossacarídeos Amido Glicogênio Polissacarídeos Energéticos: GLICOGÊNIO (reserva animal) Formado por cerca de 30.000 moléculas de glicose Polissacarídeo de reserva energética animal e de fungos Em animais é encontrado principalmente no fígado e nos músculos Lipídios São compostos caracterizados pela insolubilidade em água e solubilidade em solventes orgânicos como éter, álcoois e clorofórmio. São muito abundantes nos organismos vivos; formados pela ligação entre ácidos graxos e álcoois. Lipídios UTILIZAÇÃO DOS LIPÍDEOS São vários os usos dos lipídios: - Alimentação, como óleos de cozinha, margarina, manteiga, maionese; - Produtos manufaturados: sabões, resinas, cosméticos, lubrificantes. Combustíveis alternativos, como é o caso do óleo vegetal transesterificado que corresponde a uma mistura de ácidos graxos vegetais tratados com etanol e ácido sulfúrico que substitui o óleo diesel, não sendo preciso nenhuma modificação do motor, além de ser muito menos poluente e isento de enxofre. Funções dos Lipídios Estruturação da membrana plasmática Membrana celular lipoproteica Funções dos Lipídios ▪ Reserva de energia Podem funcionar como combustível alternativo à glicose, pois são os compostos bioquímicos mais calóricos em para geração de energia metabólica através da oxidação de ácidos graxos; - As gorduras (triacilgliceróis), devido à sua função de substâncias de reserva, são acumuladas principalmente no tecido adiposo, para ocasiões em que há alimentação insuficiente. A reserva sob a forma de gordura é muito favorável a célula por dois motivos: • As gorduras são insolúveis na água e portanto não contribuem para a pressão osmótica dentro da célula, e • As gorduras são ricas em energia; na sua oxidação total são liberados 38,13kJ/g de gordura. Funções dos Lipídios ▪ Isolamento - Oferecem isolamento térmico, elétrico e mecânico para proteção de células e órgãos e para todo o organismo (panículo adiposo sob a pele), o qual ajuda a dar a forma estética característica; Funções dos Lipídios ▪ Dão origem a moléculas mensageiras, como hormônios (esteróides), etc colesterol anabolizantes Funções dos Lipídios ▪Auxiliam na absorção de vitaminas lipossolúveis (A, D, E e k). Classificação dos lipídios Tipos de lipídios EXEMPLOS PAPEL BIOLÓGICO SIMPLES Óleos e gorduras (glicerídeos) Reserva energética de animais e vegetais Nas aves e mamíferos- isolante térmico. SIMPLES CERAS Impermeabilização de superfícies sujeitas à desidratação. COMPOSTOS Fosfolipídios Ocorrem: tecido nervoso e m. plasmáticas. ESTERÓIDES COLESTEROL Compõem as m. plasmáticas origina outros esteróides. ESTERÓIDES Testosterona Progesterona Estradiol Hormônios relacionados com atividade sexual, caracteres sexuais e gravidez. Tipos de lipídeos SIMPLES Glicerídeos ou Triglicerídeos Ceras Tipos de lipídeos SIMPLES Aminoácidos Os aminoácidos se combinam uns com os outros para formar as cadeias polipeptídicas (ligação peptídica). Aminoácidos - Classificação - Aminoácidos não essenciais: São aqueles os quais o corpo humano pode sintetizar: alanina, asparagina,cisteína, glicina, glutamina, prolina, tirosina, ácido aspártico, ácido glutâmico, serina - Aminoácidos essenciais: São aqueles que não podem ser produzidos pelo corpo humano. Dessa forma, são somente adquiridos pela ingestão de alimentos, vegetais ou animais: arginina, fenilalanina, isoleucina, leucina, lisina, metionina, treonina, triptofano, histidina e valina. Proteínas - Definição • São moléculas formadas por imensas cadeias de aminoácidos. • Ocorrem todo corpo: músculos, ossos, pele, cabelo e virtualmente qualquer órgão ou tecido. • Participam do funcionamento do corpo basicamente de duas formas como componentes: 1) Estruturais: formando estruturas como ossos, músculo e pele. 2) Funcionais: como enzimas que catalisam as reações químicas do organismo. PROTEÍNAS Substâncias orgânicas mais abundantes e mais importantes no organismo. Formadas por aminoácidos. Moléculas que apresentam um grupamento ácido e um grupamento amina ligados a um mesmo átomo de carbono. Encontra-se ligado, também, a este mesmo átomo de carbono, um átomo de hidrogênio e um radical.É justamente este radical que diferencia um aminoácido de outro. Existem vinte tipos de aminoácidos diferentes formando inúmeros tipos de proteínas diferentes. Funções das proteínas Defesa (anticorpos); Estrutural; Hormonal (insulina e glucagon); Enzimática. Funções das proteínas Defesa: Existem células no organismo capazes de reconhecer proteínas estranhas que são chamadas de antígenos. Antígenos são substâncias que não são reconhecidas pelo sistema imunológico como próprio do corpo. Um antígeno pode ser uma bactéria ou um fragmento dela, um vírus ou até uma substância qualquer. Funções das proteínas Estrutural: São proteínas que servem para dar firmeza e proteção à organismos. Um exemplo muito comum deste tipo de proteína é o colágeno, altamente encontrado em cartilagem e tendões, sendo bastante resistente à tensão. Unhas e cabelos são formados, basicamente, por queratina, um outro tipo de proteína estrutural. Funções das proteínas Hormonal: Muitos hormônios de nosso organismo são de natureza protéica. Resumidamente, podemos caracterizar os hormônios como substâncias elaboradas pelas glândulas endócrinas e que, uma vez lançadas no sangue, vão estimular ou inibir a atividade de certos órgãos. Exemplo:Insulina, hormônio produzido no pâncreas e que se relaciona com e manutenção da glicemia (taxa de glicose no sangue). Funções das proteínas Enzimática: Toda enzima é uma proteína. São capazes de catalisar reações bioquímicas. As enzimas não reagem, são reutilizadas (sempre respeitando o sítio ativo) e são específicas. As enzimas reduzem a energia de ativação das reações químicas. A função da enzima depende diretamente de sua estrutura. São proteínas altamente especializadas e com atividade catalítica. Ex: Lipases são enzimas que atuam sobre lipídeos, catalizando alguma reação química que estas moléculas possam sofrer. No sistema digestivo humano, ela tem como função, basicamente, transformar lipídeos (Gorduras) em ácidos graxos e glicerol, isto ocorre quando o pâncreas libera um suco que contém várias enzimas, uma delas é a lipase, no intestino delgado. ENZIMAS São de natureza protéicas que agem como catalisadores na indução de reações químicas que, dificilmente, ocorreriam sem sua participação. Função: tornam possíveis, na temperatura natural do corpo, reações que naturalmente exigiriam altíssimas temperaturas; estimulam as reações mas não fazem parte delas (apresenta-se sempre intacta, inalterada). Observação importante enzimas: Algumas enzimas necessitam da presença de uma coenzima para se tornarem ativas. A coenzima é uma substância não protéica, que trabalha com a enzima para que ocorra a reação. PARTE PROTÉICA: APOENZIMA. APOENZIMA + COENZIMA = HOLOENZIMA PROPRIEDADES DE UMA ENZIMA Exclusividade de substrato- cada enzima age especificamente sobre determinado substrato, não tendo qualquer atividade sobre outro (chave-fechadura). Reversibilidade de ação- A mesma enzima que, numa circunstância, desencadeia a reação dos compostos A e B, originando o composto C, noutra circunstância faz a reação de decomposição do composto C em A e B. Ação proporcional à temperatura- ponto ótimo em torno de 37°C a 40°C. Temperatura elevada excessivamente: enzima desnaturada (desorganiza sua estrutura e perde suas propriedades). Ação proporcional à concentração de substrato-há também um “ponto ótimo” a partir do qual, ainda que se aumente a quantidade de substrato, a velocidade não mais aumentará. Ação do pH-cada enzima tem seu ótimo de atividade em determinado pH (ph ótimo). Qualquer alteração no pH do meio pode provocar desnaturação e conseqüente inativação da enzima. Enzima catalisando uma reação VITAMINAS Alimentos reguladores-controlam várias atividades da célula e funções do corpo. VITAMINAS LIPOSSOLÚVEIS:dissolvem-se bem em gordura e são encontradas associadas a gorduras no leite, no queijo, na gema do ovo, na carne , no fígado- A, D , E e K. VITAMINAS HIDROSSOLÚVEIS:dissolvem-se bem em água sendo encontradas , geralmente, em vegetais(exceto a B12- exclusiva de alimentos animais)- C e complexo B(B1, B2, B6, B12,niacina, ácido fólico, biotina e ácido pantotênico. Vitaminas Vitaminas Deficiências A- Retinol Problemas de visão(cegueira noturna), pele seca e escamosa. D-Calciferol Crianças-raquitismo; adultos- enfraquecimento dos ossos. E-Tocoferol Anemia e esterilidade. K-Filoquinona Ausência de formação de coágulos e hemorragias. C-Ácidoascórbico Escorbuto(lesões na mucosa intestinal com hemorragias,sangramento das gengivas, fraqueza). B1-Tiamina Beribéri(inflamação e degeneração dos nervos) insuficiência cardíaca, distúrbio mental. B2-Riboflavina Fissuras na pele, como rachaduras no canto da boca, anemia e fotofobia. Vitaminas B3-Niacina ou nicotinamida ou vitamina PP Pelagra(lesões na pele, diarréia e distúrbios nervosos. B5-Ácido pantotênico Anemia,fadiga, formigamento nas mãos e pés. B6-Piridoxina Anemia, convulsões e contrações musculares involuntárias B8ou H-Biotina Inflamações na pele e distúrbios neuromusculares. B9-Ácido fólico Anemia, e em gestantes, má-formação do feto. B12-Cobalamina Anemia perniciosa, distúrbios do sistema nervoso e hemácias mal formadas. BiologiaCelular_Unidade1_PDF.pdf 10/08/2013 1 Unidade I – Introdução à Biologia Celular Prof. Christiano Bittencourt Machado, Ph.D. Universidade Estácio de Sá SDE0004 – Biologia Celular Fisioterapeuta – Universidade Estácio de Sá – Campus Friburgo Doutor em Física Acústica – Universidade de Paris 6 – França Doutor em Engenharia Biomédica – COPPE/UFRJ 1.1. Origem e evolução nos seres vivos 10/08/2013 2 Componentes da célula • Células procariotas (procariontes): – Surgiram há cerca de 3 bilhões de anos; – Caracterizam-se pela pobreza de membranas; – Compreendem as bactérias e as cianofíceas (algas azuis); – O material genético não está separado do citoplasma; – Estrutura relativamente simples; – São bioquimicamente versáteis � apresentam glicólise, respiração, fotossíntese. 10/08/2013 3 Exemplo de procarionte: • Células eucariotas (eucariontes): – Surgiram há cerca de 1 bilhão de anos; – Núcleo bem individualizado e delimitado pelo envoltório nuclear; – Organelas distintas podem ser reconhecidas no citoplasma; 10/08/2013 4 • Os eucariontes teriam derivado de “dobras” na membrana plasmática dos procariontes � hipótese de Robertson, a Teoria da Invaginação da Membrana; • Os dobramentos teriam dado origem aos diversos compartimentos celulares; • Mitocôndrias e cloroplastos � origem diferente das outras organelas, explicada pela Teoria da Endossibiose (Lynn Margulis, em 1981): – A mitocôndria e o cloroplasto teriam sido organismos procariontes independentes, que passaram a viver em sinbiose com o organismo unicelular. 1.2. Morfologia das células procariota e eucariota 10/08/2013 5 VÍRUS • Do latim virus = “veneno” ou “toxina”; • Pequenos agentes infecciosos (20 a 300 nanometros de diâmetro); • Ácidos nucléicos (material genético) geralmente envolvido por uma cápsula protéica; • Não apresentam maquinaria metabólica, LOGO dependem de suas células hospedeiras para sobreviverem – parasitas intracelulares obrigatórios. 10/08/2013 6 1. Ácido nucléico: molécula portadora do genoma viral. 2. Capsídeo: envoltório protéico que envolve o material genético dos vírus. 3. Nucleocapsídeo: estrutura formada pelo capsídeo associado ao ácido nucléico que ele engloba. 4. Capsômeros: subunidades proteícas (monômeros) que agregadas constituem o capsídeo. 5. Envelope: membrana rica em lipídios que envolve a partícula viral externamente. 6. Peplômeros (espículas): estruturas proeminentes, geralmente constituídas de glicoproteínas e lipídios, que são encontradas ancoradas ao envelope, expostas na superfície Vírus: ser vivo? • Propriedades básicas do ser vivo: a) São capazes de produzir e utilizar energia química para a síntese de macromoléculas por meio de uma variedade de proteínas; b) Possuem ácido nucléico – genoma celular. • Existe grande debate na comunidade científica – o vírus é um ser vivo ou não? 10/08/2013 7 • Vírus não se reproduzem in vitro (por meio de cultura contendo os nutrientes fundamentais à vida); • Vírus possuem apenas um tipo de material genético, o DNA ou RNA, nunca ambos (o que ocorre com os seres vivos). • As células vegetais apresentam paredes celulares; • Células vegetais contêm plastídeos: – Não contêm pigmentos: leucoplastos; – Contêm pigmentos: cromoplastos. • Células vegetais contêm vacúolos citoplasmáticos maiores do que na célula animal; • Presença de amido nas células vegetais; • Presença de plasmodesmos nas células vegetais: pequenos túbulos ligando células vizinhas. Nas células animais, existem as “junções comunicantes”, morfologicamente diferentes. 1.3. Células eucariotas animais x vegetais 10/08/2013 8 • Água (H2O): – 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: 1.4. Composição molecular da célula 10/08/2013 9 – Solvente polar, capaz de dissolver a maioria das biomoléculas que são geralmente carregadas ou polares – compostos hidrofílicos; – Solventes não-polares (ex: clorofórmio, benzeno) são bons solventes para moléculas hidrofóbicas (lipídios, graxas, ceras); – Moléculas não-polares tendem a se agrupar em meio aquoso. Repare na orientação das moléculas de água em contato com os solutos, organizada em função das cargas dos mesmos. 10/08/2013 10 – Muitos compostos apresentam regiões polares e outras apolares – compostos anfipáticos, que quando são misturados na água: – A água apresenta pequeno grau de ionização, em função da presença de íons hidrogênio (H+) e íons hidroxila (OH-); – Quando ácidos fracos são dissolvidos em água eles contribuem para o aumento de íons H+, ionizando a água; bases fracas consomem H+ tornando-se protonadas, e tornando o meio mais básico; – A quantidade total de H+ em um meio pode ser medida experimentalmente e é expressa como o pH da solução: 10/08/2013 11 NEUTRO + ÁCIDO + BÁSICO (ALCALINO) – No citosol – pH = 7,2; – Sangue humano – pH = 7,35 – 7,45. – Hidrólise – quebra de ligações covalentes pela adição dos elementos da água � ataque nucleofílico. EX: hidrólise do ATP em ADP e fosfato orgânico; 10/08/2013 12 • 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. Ligação peptídica – entre dois aminoácidos: 10/08/2013 13 • Ácidos nucléicos: – São polímeros de nucleotídeos; – Estocam e transmitem a informação genética, e algumas moléculas de RNA tem participação catalítica e estrutural dentro da célula. • 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). 10/08/2013 14 Glicose • Dissacarídeos e a ligação glicosídica: 10/08/2013 15 Glicogênio • Lipídeos: – Formam a estrutura da membrana plasmática; – Estoques ricos em energia; – Participam como moléculas na sinalização intracelular; – Formados por ácidos graxos (AG’s): 10/08/2013 16 • Triacilgliceróis (triglicerídeos – TGL’s): principais formas de armazenamento de AG’s. • Fosfolipídios: principais constituintes lipídicos da membrana celular; – Derivados do ácido fosfatídico; 10/08/2013 17 ESTUDO DIRIGIDO 1) Diferencie as células eucariontes e procariontes. 2) Como a mitocôndria surgiu? 3) O que é um vírus? Ele pode ser considerado um ser vivo? Explique. 4) Descreva a estrutura de um vírion envelopado. 5) Quais são as diferenças entre as células vegetais e animais? 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) Por que as proteínas são consideradas moléculas versáteis? BiologiaCelular_Unidade2.1_PDF.pdf 12/8/2011 1 Unidade 2 – Estruturas Celulares Prof. Christiano Bittencourt Machado, Ph.D. Universidade Estácio de Sá SDE0004 – Biologia Celular Fisioterapeuta – Universidade Estácio de Sá – Campus Friburgo Doutor em Física Acústica – Universidade de Paris 6 – França Doutor em Engenharia Biomédica – COPPE/UFRJ 2.1. Membrana Celular A bicamada fosfolipídica 12/8/2011 2 • Bicamada � fosfolipídios: uma parte hidrofílica, solúvel em água; outra, hidrofóbica, solúvel em gordura � tendência a se alinharem lado a lado; • Membrana � característica de um fluido; • Moléculas de colesterol dissolvidas � responsáveis pela permeabilidade da membrana aos constituintes hidrossolúveis dos líquidos corporais: – Também controla o grau de fluidez da membrana. • Proteínas � maioria glicoproteínas: – Integrais (canais, ptns. carreadoras, enzimas) – Periféricas (enzimas, controle celular) 12/8/2011 3 • Carboidratos � geralmente associados com proteínas e lipídios; • Glicocálice � frouxo revestimento de carboidratos na superfície externa da célula: – Muitos carboidratos têm carga negativa � repelem moléculas negativas; – Glicocálice se fixa ao glicocálice de outras células; – Muitos carboidratos atuam como substâncias receptoras para a ligação de hormônios. DIFUSÃO SIMPLES: • O movimento cinético das moléculas ou íons ocorre pelos orifícios ou pelos espaços intermoleculares da membrana, sem necessidade de proteínas carreadoras; • A velocidade é dada pela concentração da substância; • Difusão pode ocorrer: – Pelos interstícios da bicamada: O2, CO2, álcoois, N – Por canais aquosos: H2O, uréia Difusão 12/8/2011 4 12/8/2011 5 • FACILITADA: Canais protéicos � podem ser seletivamente permeáveis a determinadas substâncias, e podem ser abertos ou fechados por comportas: – Reguladas por voltagem; – Reguladas por agentes químicos. • Fatores que alteram a intensidade da difusão: – Espessura da membrana; – Lipossolubilidade; – Número de canais protéicos; – Temperatura; – Peso molecular da substância difusora • Coeficiente de difusão D = P x A onde P = permeabilidade, e A = área total • Difusão efetiva ∝ D x (Ce – Ci) onde Ce = concentração externa, e Ci = concentração interna • Equação de Nernst: FEM (força eletromotriz)= ± 61 log(C1/C2) em mV 12/8/2011 6 • Difusão da água � movimento efetivo da água causado por diferença de concentração da própria água; • Pressão osmótica � quantidade de pressão necessária para interromper a osmose. Osmose • Contra um gradiente eletroquímico � uso de energia; – EX: potássio deve estar em maior concentração no meio intracelular; • Pode ser primário ou secundário: – Primário: a energia é derivada diretamente do ATP; • EX: bomba de Na+/K+ � formação de uma tendência osmótica para fora da célula; transporte de Ca2+, H+. Transporte ativo 12/8/2011 7 – Secundário: pode ser co-transporte ou contra- transporte: • Co-transporte: a energia do transporte ativo de uma substância é usada para “puxar” outras substâncias junto com a molécula. EX: co-transporte do Na+ com glicose e aminoácidos; • Contra-transporte: movimento contrário. EX: contratransporte de Na+/Ca2+ e Na+/H+. • Moléculas de reconhecimento celular; • São proteínas; • Todos possuem 2 domínios: – Domínio de reconhecimento, que se liga ao hormônio ou molécula sinalizadora (ligante); – Domínio de acoplamento, que gera um sinal que acopla o reconhecimento do hormônio com alguma função intracelular. – Exs. de mediadores: cAMP, cGMP, Ca2+, metabólitos. Receptores de membrana 12/8/2011 8 ESTUDO DIRIGIDO 1) Descreva a estrutura de uma membrana. Qual a função de cada molécula que a constitui? 2) Qual a diferença entre difusão e osmose? 3) Explique quais são os tipos de difusão. 4) Explique quais são os tipos de transporte ativo? 5) Explique como o hormônio pode agir no controle de reações metabólicas dentro da célula, a partir da membrana celular. BiologiaCelular_Unidade2.2_PDF.pdf 10/08/2013 1 Unidade 2 – Estruturas Celulares Prof. Christiano Bittencourt Machado, Ph.D. Universidade Estácio de Sá SDE0004 – Biologia Celular Fisioterapeuta – Universidade Estácio de Sá – Campus Friburgo Doutor em Física Acústica – Universidade de Paris 6 – França Doutor em Engenharia Biomédica – COPPE/UFRJ 2.2. Núcleo celular Aspectos gerais • Presença do núcleo � principal característica das células eucariontes; • Ocupa 10% do volume da célula; • Delimitado pela carioteca ou envoltório nuclear (duas membranas que continuam com a membrana do retículo endoplasmático - RE); • Possui inúmeras perfurações � poros; 10/08/2013 2 • No compartimento nuclear estão localizados: – 46 cromossomos, cada um formado por uma única molécula de DNA combinada com numerosas proteínas; – Várias classes de RNA (RNA-m, RNA-r, RNA de transferência, pequenos); – Nucléolo � onde estão localizados os genes dos RNA-r e os RNA-r recém sintetizados; – Diversas proteínas; – Os elementos mencionados se encontram dispersos na matriz nuclear ou nucleoplasma. A carioteca 10/08/2013 3 • Cada cromossomo é constituído por uma molécula muito longa de DNA associada a diversas proteínas � histonas e não- histônicas; • O complexo DNA + proteínas = cromatina = material que compõe os cromossomos; • Estruturas cromossômicas: – Centrômero ou constrição primária: participa da repartição das células-filha das duas cópias cromossômicas que são geradas como consequência da replicação do DNA; Cromossomos 10/08/2013 4 – Telômeros: correspondem às extremidades dos cromossomos, cujo DNA se replica de um modo diferente do restante do DNA; – Origens de replicação: DNA com sequências de nucleotídeos especiais � como o DNA é uma molécula grande, há a necessidade de haver muitos pontos de replicação simultaneamente a fim de que sua duração seja relativamente curta. • Nas moléculas de DNA estão depositadas as informações genéticas da célula; • Todas as células têm conjuntos virtualmente idênticos de moléculas de DNA; • A totalidade da informação genética depositada no DNA leva o nome de genoma; • O DNA exibe sequências de nucleotídeos que se transcrevem � genes; • O DNA se acha representado (em 75%) por sequências de nucleotídeos não-repetidas (cópias únicas) ou que se repetem poucas vezes; 10/08/2013 5 • Os 25% restantes correspondem a sequências de nucleotídeos que se repetem muitas vezes, chamados DNA repetitivo (disposto em turnos e o disperso) � funções desconhecidas; • As células somáticas humanas têm 46 cromossomos, divididos em 22 pares de autossomas mais um par de cromossomos sexuais; • Na mulher, os dois membros do par sexual são iguais, porém isto não ocorre no homem; • Em cada célula existem dois jogos idênticos de 23 cromossomos (exceção par sexual do homem), um fornecido pelo espermatozóide, outro pelo ovócito (oócito): – Células somáticas = células diplóides; espermatozóides e ovócitos = células haplóides. • O DNA dos 46 cromossomos contêm em conjunto cerca de 3 x 109 pares de nucleotídeos � 4 cm de comprimento: – Para resolver o problema � a molécula de DNA se enrola sobre si mesma. • Enrolamento: feito pelas histonas: 10/08/2013 6 • Cromatina pode ser: – Heterocromatina: cromatina condensada (fase da intérfase da divisão celular); – Eucromatina: cromatina menos compactada (maior atividade transcricional). • A heterocromatina pode ser: – Constitutiva: cromatina altamente condensada que se encontra de maneira constante em todos os tipos celulares (componente estável do genoma), não conversível em eucromatina; – Facultativa: detectada em localizações que variam nos diferentes tipos celulares ou nas sucessivas diferenciações de uma determinada célula (EX: cromatina sexual ou corpúsculo de Barr – na mulher). Cariótipo • É o conjunto de cromossomos ordenados segundo um critério preestabelecido; • O grau de enrolamento maior é alcançado na etapa de divisão chamada metáfase, na qual a cromatina dos cromossomos mostra um estado de condensação similar ao da heterocromatina interfásica; • Os cromossomos metafásicos apresentam uma morfologia característica � são compostos por dois componentes filamentosos, as cromátides, unidos pelo centrômero. 10/08/2013 7 • De acordo com a posição do centrômero, os cromossomos podem ser classificados como: 10/08/2013 8 • Quando os cromossomos metafásicos são submetidos a certas técnicas de coloração, exibem bandas claras e escuras, intercaladas ao longo de seus eixos longitudinais – técnica de bandeamento; • As bandas constituem guias valiosos para diagnosticar transtornos genéticos, como, por exemplo, deleções, duplicações, inversões, translocações, etc. ESTUDO DIRIGIDO 1) Descreva os componentes do núcleo celular. 2) Descreva a carioteca. 3) Defina: (a) cromossomos; (b) cromatina; (c) genoma; (d) genes; (e) cariótipo. 4) Quais são os componentes de um cromossomo? 5) Diferencie eucromatina e heterocromatina. 6) Como se dá o enrolamento da molécula de DNA nos cromossomos? 7) Qual a importância das técnicas de bandeamento cromossômico? BiologiaCelular_Unidade2.3a_PDF.pdf 10/08/2013 1 Unidade 2 – Estruturas Celulares Prof. Christiano Bittencourt Machado, Ph.D. Universidade Estácio de Sá SDE0004 – Biologia Celular Fisioterapeuta – Universidade Estácio de Sá – Campus Friburgo Doutor em Física Acústica – Universidade de Paris 6 – França Doutor em Engenharia Biomédica – COPPE/UFRJ 2.3. Citoplasma (Ribossomos e Síntese Protéica) Aspectos gerais • Do DNA sai a informação para a síntese de proteínas � transcrição em RNA mensageiro (RNAm); • Associação de nucleotídeos � adenina – timina (uracil); guanina – citosina; • Os 3 principais tipos de RNA que participam da síntese protéica são o RNAm, RNA transportador (RNAt) e RNA ribossômico (RNAr); – A sequência de nucleotídeos dos diferentes RNAm é “lida” pela maquinaria celular da síntese protéica para produzir milhares de proteínas � tradução nos ribossomos. 10/08/2013 2 • A informação codificada no DNA e passada ao RNAm para a síntese de proteínas é “lida” pela célula em blocos de 3 nucleotídeos (trincas), que são denominados códons, cada um correspondendo sempre a um mesmo aminoácido; • As regras que especificam a qual códon do ácido nucléico corresponde um determinado aminoácido são conhecidas como código genético; – Dos 64 diferentes códons possíveis, três determinam o final da síntese protéica e são ditos stop codons; – Os 61 restantes são usados para codificar 20 AA’s. 10/08/2013 3 • Estrutura constituída de moléculas de RNAr e proteínas; • Logo que o RNAr é transcrito, associa-se a proteínas e, nos eucariotos, fica retido temporariamente em torno da região cromatínica no qual estão localizados os genes ribossômicos, formando o nucléolo; • Nos eucariotos, os ribossomos podem ser encontrados livres no citoplasma ou associados à membrana do retículo endoplasmático (RE) e à membrana externa da carioteca. O Ribossomo 10/08/2013 4 • Pode ocorrer em polissomos (vários ribossomos + um RNAm) livres ou associados ao RE; • Além do RNAr presente nos ribossomos, atuam na síntese protéica o RNAm e o RNAt; • O RNAm contém a sequência de bases que vai determinar a ordem em que os AA’s serão adicionados durante a síntese de proteínas; Síntese Protéica • O RNAt vai se ligar a um AA e também ser reconhecido por um grupo de 3 nucleotídeos na molécula de RNAm; • Duas regiões importantes do RNAt: – Sequência CCA em sua extremidade 3’: vai se ligar covalentemente a uma molécula de AA; – Sequência de 3 bases (anticódon) que irá se emparelhar com o códon presente na molécula de RNAm. • Antes de ser iniciada a síntese, o AA passa por um processo de ativação, no qual este se liga a uma molécula de RNAt em uma ligação catalisada pela enzima amonoacil RNAt sintetase. 10/08/2013 5 10/08/2013 6 • O crescimento da cadeia polipeptídica, pela adição de aminoacil-RNAt, ocorre até que o sítio A do ribossomo encontre um dos códons UAA, UAG e UGA, conhecidos como stop codon, para os quais não existe RNAt com anticódon capaz de formar emparelhamento; • No entanto, aqueles códons são reconhecidos por proteínas chamadas de fatores de liberação, que vão encerrar a síntese protéica, pois ocupam o sítio A e alteram a atividade da enzima peptidil-transferase, que catalisa a hidrólise da ligação entre a cadeia polipeptídica e o RNAt. 10/08/2013 7 Bloqueadores da síntese protéica 10/08/2013 8 ESTUDO DIRIGIDO 1) Quais são as fases para se sintetizar proteína, desde o DNA até a molécula de proteína? 2) Quais são os tipos e funções de cada RNA? 3) O que é códon? E anticódon? 4) Descreva a estrutura de um ribossomo. 5) Descreva resumidamente o processo de síntese protéica. 6) O que é um polissomo? 7) Como o conhecimento da síntese protéica é usado para o desenvolvimento de medicamentos? BiologiaCelular_Unidade2.3b_PDF.pdf 10/08/2013 1 Unidade 2 – Estruturas Celulares Prof. Christiano Bittencourt Machado, Ph.D. Universidade Estácio de Sá SDE0004 – Biologia Celular Fisioterapeuta – Universidade Estácio de Sá – Campus Friburgo Doutor em Física Acústica – Universidade de Paris 6 – França Doutor em Engenharia Biomédica – COPPE/UFRJ 2.3. Citoplasma (Sistema de endomembranas) Aspectos gerais • Sistema de endomembranas � um dos mais volumosos da célula; • Composto por cisternas, sacos, túbulos, que se comunicam entre si; • Em alguns lugares, a comunicação é direta e em outros é mediada por vesículas transportadoras; • Composto por: – Retículo endoplasmático liso e rugoso (REL e RER); – Complexo de Golgi (CG) – Endossomos – Lisossomos 10/08/2013 2 • Fig 7.1 • Composto por uma rede 3D de túbulos e sacos achatados totalmente interconectados; • Se divide em dois setores, que se diferenciam pela ausência (REL) e presença (RER) de ribossomos; – Na célula muscular estriada � REL é chamado de retículo sarcoplasmático; Retículo endoplasmático 10/08/2013 3 • Funções: – Reações centrais da síntese de triglicerídios (ou triacilgliceróis); – Responsável pela biogênese das membranas celulares: síntese de seus lipídios, proteínas e seus carboidratos; – A membrana do RE incorpora moléculas de colesterol ingressadas na célula por endocitose e também as sintetiza; – As proteínas destinadas ao RE se inserem na membrana ou são liberadas na cavidade da organela: 10/08/2013 4 – Polipeptídeos fabricados por ribossomos livres no citosol se incorporam no RE; – As chaperonas hsp70 asseguram a dobradura normal das proteínas na cavidade do RE; – Síntese das glicosaminoglicanas e das proteoglicanas ocorre no RE: proteoglicanas são formadas pela união de proteínas com glicosaminoglicanas � são polissacarídeos complexos; – A membrana dos autofagossomos é fornecida pelo REL; – O REL é o principal depósito de Ca2+ da célula; • Em algumas células, o REL cumpre funções especiais: – Síntese de esteróides nas gônadas e glândulas supra-renais; – Síntese de lipoproteínas nos hepatócitos; – Desfosforilação da glicose 6-fosfato no tecido hepático; – Desintoxicação nos hepatócitos (ex: citocromos P450). 10/08/2013 5 • Posiciona-se entre o RE e a membrana plasmática, com os endossomos e os lisossomos situados entre esta e o complexo; • Composto por uma ou várias unidades funcionais chamadas dictiossomos: face de entrada (cis) e de saída (trans); • Cada dictiossomo é composto por: – Rede e cisterna cis – Cisternas médias independentes – Cisterna e rede trans Complexo de Golgi • Fig 7.5 10/08/2013 6 • Funções: – Síntese de glicolipídios (membranas celulares); – Síntese e processamento dos oligossacarídeos ligados a proteínas mediante ligações N- glicosídicas começam no RER e terminam no CG; – Síntese dos oligossacarídeos ligados a proteínas por ligações O-glicosídicas; – Algumas proteínas são processadas no RE e no CG, como por exemplo o precursor da insulina, a pré- pró-insulina. 10/08/2013 7 • As vesículas transportadoras originárias do CG se unem aos endossomos; • Uma boa parte das vesículas transportadoras oriundas da face de saída do CG tem como destino a membrana plasmática; • A vesícula expulsa seu conteúdo para fora da célula por um processo denominado exocitose, que se dá com a fusão da membrana da vesícula com a membrana plasmática e a descarga do conteúdo vesicular no meio externo. • As vezes, a quantidade de membrana transferida para a membrana plasmática alcança grandes proporções. Isso é compensado pela formação simultânea de vesículas transportadoras que funcionam em sentido contrário, ou seja, que têm origem na membrana plasmática e se transferem para o CG, através da endocitose. 10/08/2013 8 • A secreção (descarga do conteúdo das vesículas transportadoras no meio extracelular) pode ser: – Constitutiva: as moléculas são segregadas de forma automática; – Regulada: as moléculas são retidas no citoplasma até a chegada de uma substância indutora ou outro sinal que ordene sua liberação. 10/08/2013 9 • Os endossomos são organelas localizadas funcionalmente entre o CG e a membrana plasmática; • A membrana do endossomo possui uma bomba de prótons que quando é ativada transporta H+ do citosol para o interior da organela cujo pH desce a 6,0: Endossomos 10/08/2013 10 • Existem duas formas de endocitose: • O endossomo exerce suas funções de uma maneira singular. Tanto recebe o material ingressado por endocitose – trazido por vesículas pinocíticas ou por fagossomos – como incorpora enzimas hidrolíticas trazidas por vesículas provenientes do CG; • O endossomo é o lugar da célula onde convergem tanto os materiais que vão ser digeridos – ingressados por endocitose – como as enzimas hidrolíticas encarregadas de fazê-lo. Acredita-se que a combinação destes elementos converte o endossomo em lisossomo. 10/08/2013 11 • Endossomos primários e secundários: • Transcitose: materiais ingressados por endocitose por um lado da célula atravessam o citoplasma e saem por exocitose pelo lado oposto: 10/08/2013 12 • Organelas que digerem os materiais incorporados por endocitose; • Participam da autofagia � digerem elementos da própria célula formando autofagossomos; • Possui polimorfismo. Lisossomos 10/08/2013 13 • Se originam na membrana plasmática e nas membranas das organelas do sistema de endomembranas; • Assim fazem com o concurso de uma cobertura protéica da qual existem vários tipos, embora em alguns ainda não foram descobertas suas proteínas. As mais estudadas são conhecidas com os nomes de cobertura de COP e cobertura de clatrina. Vesículas transportadoras (VT) • Cobertura COP (Coat protein) forma-se pela associação de múltiplas unidades protéicas; • A cobertura de clatrina resulta da associação de várias unidades protéicas chamadas trisquélions. 10/08/2013 14 • Quando uma VT emerge de um dos compartimentos doadores e se dirige para o compartimento receptor com o qual se irá fundir, deve avançar pelo caminho adequado e não se extraviar em meio às membranas que atravessam o citoplasma; • Isto é alcançado porque existe um mecanismo desenhado para assegurar a chegada da VT ao compartimento correto; 10/08/2013 15 • Depende de dois tipos de proteínas receptoras mutuamente complementares, uma pertencente à membrana do compartimento doador e outra à membrana do compartimento receptor: respectivamente, v-SNARE e t-SNARE (vesicle- e target-SNAP receptor); • Rab (Ras protein from brain): proteína que participa da união entre v- e t-SNARE. 10/08/2013 16 10/08/2013 17 • Cavéolas: invaginações muito pequenas em alguns tipos celulares; • Particularmente abundante nas células endoteliais, nas musculares lisas e nos adipócitos: 10/08/2013 18 • Organela responsável pelo armazenamento das enzimas diretamente relacionadas com o metabolismo do peróxido de hidrogênio (H2O2); • Contêm a maior parte da catalase celular, enzima que converte H2O2 em água e oxigênio: 2 H2O2 � 2 H2O + O2 Peroxissomos ESTUDO DIRIGIDO 1) Quais são as organelas que fazem parte do sistema de endomembranas? 2) Caracterize a estrutura a função do: a) retículo endoplasmático; b) complexo de Golgi; c) Endossomos; d) Lisossomos. 3) O que é endocitose? Quais são os tipos? 4) O que é trancitose? 5) Qual a relação entre o endossomo e o lisossomo? 6) Qual a importância do lisossomo? 7) Como as vesículas transportadoras se orientam através do citoplasma, para descarregar suas moléculas em locais específicos? 8) O que são cavéolas? Onde elas são mais comuns? 9) O que são peroxissomos e qual a sua importância na célula? BiologiaCelular_Unidade2.3c_PDF.pdf 12/8/2011 1 Unidade 2 – Estruturas Celulares Prof. Christiano Bittencourt Machado, Ph.D. Universidade Estácio de Sá SDE0004 – Biologia Celular Fisioterapeuta – Universidade Estácio de Sá – Campus Friburgo Doutor em Física Acústica – Universidade de Paris 6 – França Doutor em Engenharia Biomédica – COPPE/UFRJ 2.3. Citoplasma (Mitocôndrias: A Biossíntese de Energia) Aspectos gerais • A energia utilizada pelas células eucariontes para realizar suas atividades provém da ruptura gradual de ligações covalentes de moléculas de compostos orgânicos ricos em energia; • As células não usam diretamente a energia liberada dos hidratos de carbono e gorduras, mas se utilizam de um composto intermediário, a adenosina-trifosfato (ATP); • Uma molécula de glicose gera 38 mols de ATP; • Uma molécula de ácido palmítico gera 126 mols de ATP. 12/8/2011 2 • No repouso, as células usam mais glicose para obtenção de energia. No exercício físico, os ácidos graxos são mobilizados; • O ATP tem duas ligações ricas em energia nas ligações fosfato; • As células utilizam dois mecanismos para retirar energia dos nutrientes: a glicólise anaeróbia (no citosol) e a fosforilação oxidativa (nas mitocôndrias). • Na glicólise anaeróbia (fermentação): 2 ADP + 2 Pi + energia da glicose � 2 ATP 12/8/2011 3 • A glicólise anaeróbia (para cada mol de glicose) forma duas moléculas de ácido pirúvico (piruvato); • O piruvato, assim como os ácidos graxos, atravessam a membrana da mitocôndria e, a matriz da organela, geram acetato, que se liga à coenzima A para formar acetil-CoA: Ciclo de Krebs: 12/8/2011 4 Fosforilação oxidativa: 12/8/2011 5 • Grânulos densos � contém cálcio; função pouco conhecida. • Corpúsculos elementares � pequenas partículas em forma de raqueta, que se inserem pelos seus cabos nessa membrana – geram ATP e calor � atividade de ATP- sintetase: 12/8/2011 6 • As mitocôndrias se originam pelo crescimento e divisão das mitocôndrias preexistentes; • Essas organelas contêm DNA, os 3 tipos de RNA e todo o sistema molecular necessário para a síntese de algumas proteínas; • A maior parte das proteínas mitocondriais é sintetizada no citossol, em polirribossomos livres, e daí transferida para as mitocôndrias; o processo de importação é regulado por proteínas citossólicas (chaperonas). 12/8/2011 7 Doenças devidas a defeitos no DNA mitocondrial • Doença de Luft: aumento da quantidade de mitocôndrias no tecido muscular esquelético, e também aumento do metabolismo basal do doente: – A oxidação fosforilativa está parcialmente desacoplada, formando-se pouco ATP e muito calor. • Miopatia mitocondrial infantil: doença fatal, resultante da diminuição acentuada ou mesmo ausência completa das enzimas da cadeia transportadora de elétrons. ESTUDO DIRIGIDO 1) O que é o ATP e qual a sua importância para a célula? 2) Como o organismo produz ATP na glicólise anaeróbia? 3) Como a célula produz ATP dentro da mitocôndria? 4) Descreva a estrutura de uma mitocôndria. BiologiaCelular_Unidade2.3d_PDF.pdf 12/8/2011 1 Unidade 2 – Estruturas Celulares Prof. Christiano Bittencourt Machado, Ph.D. Universidade Estácio de Sá SDE0004 – Biologia Celular Fisioterapeuta – Universidade Estácio de Sá – Campus Friburgo Doutor em Física Acústica – Universidade de Paris 6 – França Doutor em Engenharia Biomédica – COPPE/UFRJ 2.4. Citoesqueleto Aspectos gerais • As células eucarióticas são suportadas por uma rede de suportes e cabos chamada citoesqueleto; • O citoesqueleto determina a forma da célula nas células animais; • Responsável também pelo movimento de componentes na célula e divisão celular; • Composto por: – Microtúbulos – Microfilamentos – Filamentos intermediários 12/8/2011 2 • Podem formar feixes de fibras rígidas que fazem excelentes arcabouços estruturais; • Fornecem um sistema de vias intracelulares que apóiam um tráfego em mão dupla de organelas e pequenas vesículas ativado por enzimas que interagem com a superfície microtubular; • Podem ser rapidamente formados e decompostos; • Responsáveis pela separação dos cromossomos na mitose e meiose. Microtúbulos • Todos os microtúbulos das células podem ser correlacionados a uma única estrutura chamada centrossomo, que é fortemente ligada à superfície do núcleo no centro celular; • O centrossomo é o centro organizador dos microtúbulos da célula e consiste em material amorfo que encerra um par de centríolos. 12/8/2011 3 12/8/2011 4 • Motilidade baseada em microtúbulos: cílios e flagelos: – Os cílios geralmente são mais curtos que os flagelos e estão presentes na superfície da célula em números muito maiores; – Os cílios movem-se como remos (movimento bifásico); – Os flagelos movem-se como enguias. 12/8/2011 5 12/8/2011 6 • Fibras finas, feitos de subunidades da proteína actina; • Actina G – monômero de actina; • Actina F – filamento que se forma da actina G. Microfilamentos Contração muscular 12/8/2011 7 • Outras funções dos microfilamentos: – Locomoção celular – Fluxo citoplasmático 12/8/2011 8 • Chamados assim originalmente pelo seu diâmetro ficar entre o dos filamentos musculares finos e espessos; • São os mais estáveis do sistema; • Exemplos: neurofilamentos (células nervosas); desmina (células musculares); vimentina (fibroblastos) e filamentos compostos de queratina (pele); • Ancoragem das junções celulares: Filamentos intermediários 12/8/2011 9 ESTUDO DIRIGIDO 1) Quais são os grupos filamentosos que formam o citoesqueleto? 2) Qual a função geral do citoesqueleto? 3) Qual a função de cada grupo filamentoso do citoesqueleto? 4) Quais são as principais diferenças entre cílios e flagelos? BiologiaCelular_Unidade3_PDF.pdf 12/8/2011 1 Unidade 3 – Diferenciação celular Prof. Christiano Bittencourt Machado, Ph.D. Universidade Estácio de Sá SDE0004 – Biologia Celular Fisioterapeuta – Universidade Estácio de Sá – Campus Friburgo Doutor em Física Acústica – Universidade de Paris 6 – França Doutor em Engenharia Biomédica – COPPE/UFRJ Diferenciação celular • Diferenciação celular � consiste basicamente no processo de especialização das células, as quais passam a exercer, com grande eficiência, funções específicas; • Os numerosos tipos celulares que constituem um animal adulto derivam de uma única fonte unicelular: o zigoto (célula de potencial máximo – totipotente); • Diferença diferenciação x potencialidade: 12/8/2011 2 – Diferenciação celular: é o grau de especialização da célula; – Potencialidade celular: é a capacidade que a célula tem de originar outros tipos celulares. • Em qualquer célula, quanto maior for a potencialidade, menor será a diferenciação, e vice-versa; • As primeiras células embrionárias (blastômeros) da maioria das espécies animais podem originar qualquer tipo celular: – São células totipotentes: 100% de potencialidade, grau zero de diferenciação. • Por outro lado, tem-se as células nervosas, as do cristalino do globo ocular e as do músculo cardíaco, que perderam até a capacidade de divisão mitótica, não podendo originar sequer outras células iguais � 100% diferenciadas e sua potencialidade é grau zero. • O caminho que conduz uma célula, desde o estado embrionário até a especialização, consiste em uma sequência de expressões e repressões gênicas controladas. 12/8/2011 3 • A biologia do desenvolvimento pesquisa a diferenciação na embriogênese; • Nos animais, a diferenciação celular começa na fase embrionária da gástrula: – O primeiro instante em que podemos observar o compromisso das células embrionárias com um programa de diferenciação é durante a gastrulação, que ocorre após a clivagem. – O zigoto sofre clivagens, aumentando o número de células sem alterar o volume total. Ao final do processo, forma-se o blastocisto, com uma cavidade interna (blastocele) e uma massa celular interna; – As células que compõem este último irão formar o embrião propriamente dito. • A diferenciação celular é controlada por fatores intracelulares e extracelulares, requerendo portanto intensa comunicação célula-célula e célula-ambiente; • A diferenciação celular continua no organismo adulto (exemplos): – No momento do nascimento, os rins e o fígado não estão completamente diferenciados; – O sistema nervoso não se encontra desenvolvido por completo. 12/8/2011 4 Células tronco (Stem cells) • Células-tronco� pouco diferenciadas que se dividem continuadamente durante toda a vida do organismo, produzindo células que poderiam gerar outras irreversivelmente diferenciadas; – Assim, a principal função das células-tronco é manter uma reserva celular constante que pode diferenciar-se em tipos especializados, conforme o tecido considerado; – São ditas multipotentes (podem derivar vários tipos celulares). • Em geral, as células-tronco já expressam genes que determinam seus destinos (genes marcadores), conforme os tecidos em que estão localizadas; • Entre os pesquisadores, duas fontes de células tronco têm gerado particular interesse: – Tecido nervoso – Medula óssea 12/8/2011 5 • Clonagem da ovelha Dolly (1996): • Há três possibilidades de extração de células- tronco: – Embrionárias – são encontradas no embrião humano e são classificadas como totipotentes, devido ao seu poder de diferenciação celular de outros tecidos; – Adultas – são encontradas em diversos tecidos, como a medula óssea, sangue, fígado, cordão umbilical, placenta, e outros. • Estudos recentes mostram que estas células-tronco têm uma limitação na sua capacidade de diferenciação, o que dá uma limitação de obtenção de tecidos a partir delas. 12/8/2011 6 – Mesenquimais – população de células do estroma do tecido (parte que dá sustentação às células), têm a capacidade de se diferenciar em diversos tecidos; • Por conta desta plasticidade, essas células têm sido utilizadas para reparar ou regenerar tecidos danificados como ósseo, cartilaginoso, hepático, cardíaco e neural; • Além disso, essas células apresentam uma poderosa atividade imunosupressora, o que abre a possibilidade de sua aplicação clínica em doenças imuno-mediadas, como as auto-imunes e também nas rejeições aos transplantes; • Em adultos, residem principalmente na medula óssea e no tecido adiposo. ESTUDO DIRIGIDO 1) Diferencie diferenciação de potencialidade celular. 2) Por que os blastômeros são chamados de células totipotentes? 3) O que são células tronco? Em quais tecidos elas são mais pesquisadas atualmente? 4) Explique como ocorreu a clonagem da ovelha Dolly, em 1996. 5) Quais são as formas de extração de células-tronco no homem? Membrana plásmatica.pdf MEMBRANA PLASMÁTICA MEMBRANA PLASMÁTICA Envoltório celular presente em todos os tipos de células. Camada delgada Composta por lipídios, proteínas e carboidratos MEMBRANA PLASMÁTICA É uma película delgada e elástica que envolve todas as células, revestindo-as e separando-as do meio externo, realizando a contenção do citoplasma e controlando o intercâmbio de substâncias entre a célula e o meio extracelular. MEMBRANA PLASMÁTICA Quimicamente essa membrana é lipoprotéica, formada principalmente por fosfolipídios e proteínas, nos animais também o colesterol. Funciona como uma barreira seletiva facilitando ou dificultando a entrada de substâncias que interessam à célula. Só pode ser visualizada no M.E. Membrana plasmática- encontrada em todas as células e é semelhante em todos os organismo. Parede Celular- encontrada nas bactérias e cianobactérias, nos fungos e nos vegetais. Ausente nas células animais. FUNÇÕES DA MEMBRANA PLASMÁTICA A manutenção da integridade estrutural da célula; O controle dos movimentos de substâncias para dentro e para fora da célula (permeabilidade seletiva); A regulação da interação célula-célula; O reconhecimento, através de receptores, de antígenos e de células estranhas, assim como também de células alteradas; FUNÇÕES DA MEMBRANA PLASMÁTICA A atuação como interface entre o citoplasma e o meio externo; O estabelecimento de sistemas de transporte para moléculas específicas; A transdução de sinais físicos e químicos extracelulares em eventos intracelulares; ESTRUTURA DA MEMBRANA PLASMÁTICA: UMA BICAMADA FOSFOLIPÍDICA, PROTEÍNAS INTEGRAIS E PERIFÉRICAS ASSOCIADAS. Bicamada lipídica (Fosfolipídios e colesterol) DISPOSIÇÃO DOS FOSFOLIPÍDIOS NA MEMBRANA Parte hidrofílica: fosfolipídio Parte hidrofóbica: ácidos graxos Os principais tipos de lipídios presentes nas membranas celulares são os fosfolipídios, o colesterol e o glicolipídio (Nos procariontes e nos vegetais não há colesterol). Todos esses tipos de lipídios apresentam porções de suas moléculas com afinidade diferencial em relação à água. Fosfolípidios: Cabeça polar (glicerol – álcool e fosfato) = hidrofílica Duas caudas apolares (ácidos graxos) = hidrofóbicas Devido a essas propriedades, quando essas moléculas estão completamente envoltas por água, dispõem-se naturalmente em duas camadas. ESTRUTURA DA MEMBRANA PLASMÁTICA Proteínas integrais (ou transmembranas): ocupam a bicamada lipídica inteira. Proteínas periféricas: ligadas a face citoplasmática (às vezes a face extracelular) da bicamada lipídica. FUNÇÕES DAS PROTEÍNAS Transporte de íons e moléculas polares; Interação com hormônios; Transdução de sinais por meio de membranas; Estabilização estrutural. PROTÉINAS INTEGRAIS Domínio não citoplasmático (aminoácidos hidrofílicos); Domínio transmembrana (aminoácidos hidrofóbicos); Domínio citoplasmático (aminoácidos hidrofílicos). São longas e altamente dobradas, de modo a fazer várias passagens através da membrana e assim são conhecidas como proteínas de passagem múltiplas. As porções citoplasmáticas e extracelulares possuem sítios de receptores específicos para determinadas moléculas sinalizadoras. Uma vez estas moléculas sendo reconhecidas por estes sítios receptores, as proteínas integrais podem alterar sua conformação e realizar uma função específica. FLUIDEZ DA MEMBRANA A membrana é fluída (líquida) Os fosfolipídios e proteínas deslocam-se no plano da membrana, não ocupando portanto posição fixa. GLICOCÁLICE É uma região rica em carboidratos ligados a proteínas ou a lipídios na membrana plasmática. É uma extensão da própria membrana. Glicoproteína + Glicolipídio = Glicocálice Observe que a parte carboidrato dessas moléculas fica sempre voltada para o meio extracelular, constituindo uma verdadeira camada de carboidratos denominada GLICOCÁLICE. } glicocálice FUNÇÕES DO GLICOCÁLICE Protege a superfície da célula de agressões mecânicas e químicas. *Glicocálice das células da superfície da mucosa intestinal as protege do contato com os alimentos e dos efeitos destrutivos das enzimas digestivas. Reconhecimento e a adesão célula-célula, como ocorre entre células endoteliais e neutrófilos, na coagulação sanguínea e nas respostas inflamatórias. TRANSPORTE ATRAVÉS DAS MEMBRANAS OSMOSE: PERMEABILIDADE À ÁGUA Deslocamento do solvente (água) do meio menos concentrado para o mais concentrado, através de uma membrana semipermeável. Esta célula vegetal foi colocada em soluções onde gradativamente (1, 2 e 3) foi aumentada a concentração de sacarose. Em seguida foi colocada em água pura (4). Sabendo que a sacarose não entra na célula, você conseguiria explicar o que está acontecendo ? Plasmólise - é a retração do volume das células por perda de água. Este fenômeno se dá quando a célula é colocada em meio hipertônico, ou seja, quando o meio exterior é mais concentrado que o citoplasma e a célula perde água por osmose. Plasmólise também pode ser chamada de Crenação. EM RELAÇÃO AS HEMÁCIAS, O QUE ESTÁ ACONTECENDO? A plasmólise de hemácias recebe o nome especial de CRENAÇÃO. O rompimento da membrana plasmática, chama HEMÓLISE. TIPOS DE TRANSPORTE Processos passivos: ocorrem sem gasto de energia (difusão, osmose e difusão facilitada); Processos ativos: ocorrem com gasto de energia (bomba de sódio (Na+) e potássio (k+), bomba de cálcio (Ca++)) DIFUSÂO – Corresponde ao movimento de partículas do local em que elas estão mais concentradas para onde estão menos concentradas. Através da MP das células, há difusão de pequenas moléculas, como O2 e CO2. Difusão simples: - Fluxo espontâneo de partículas, de uma região onde a concentração de uma determinada partícula é maior para outra onde a concentração é menor. Ex.: entrada de oxigênio em nossas células e a saída de gás carbônico. - Passagem de soluto de uma região de maior concentração para uma região de menor concentração. Ocorre sempre a favor de um gradiente de concentração, buscando o equilíbrio de concentração. Difusão facilitada: permeases e canais iônicos - Transporte de substâncias sem gasto de energia, acontece a favor de um gradiente de concentração, porém em velocidade maior do que na difusão passiva. Ex: glicose DIFUSÃO FACILITADA É a passagem de substâncias de um meio mais concentrado para um meio menos concentrado com o auxílio de um carregador. DIFUSÃO Moléculas pequenas entram por difusão simples na célula. A entrada de moléculas um pouco maiores depende de proteínas que se abrem e fecham ou de proteínas com "canais" que facilitam a passagem. Não há gasto de energia, uma vez que as moléculas movem-se sempre de maior para as de menor concentração. TRANSPORTE ATIVO Transporte com consumo de energia, fornecida por ATP. A substância pode ser transportada de um local de baixa concentração para um de alta concentração (contra gradiente). TRANSPORTE ATIVO Ocorre contra o gradiente de concentração. É feito por proteínas transmembrana chamadas ATPases ou BOMBAS. Quebram ATP e liberam energia. Transporta sempre íons e moléculas polares. ATPases são específicas. Ex. Bomba de Na+K+; Bomba de Ca++ BOMBA DE NA+ K+ 1 ATP 3 Na+ para o meio extracelular e 2 K+ para o citosol ATP: ENERGIA PARA A CÉLULA REALIZAR TRABALHO A energia de que a célula dispõe é sintetizada por ela mesma, armazenada na forma de uma molécula chamada andenosina trifostato (ATP). Ela é o resultado de processos bioquímicos em que a célula, utilizando-se de uma fonte, os nutrientes, produz sua própria energia. Assim, ATP é sinônimo de energia celular. Por isso, podemos dizer que o transporte através da membrana celular ocorre com ou sem gasto de ATP. x Mapa da disciplina SDE0004.pdf Page 1 (untitled) x Plano de Ensino Biologia Celular.pdf 13/02/14 13:51 Página 1 de 5http://portaldoaluno.webaula.com.br/Customizacoes/PlanoEnsino.asp?CodCurso=886 Plano de Ensino BIOLOGIA CELULAR Título Biologia Celular Código da disciplina SIA SDE0004 Número de semanas de aula 15 Número de créditos 2 Quantidade total de horas 36 Quantidade de horas teóricas 36 Quantidades de horas práticas 0 Quantidades de horas de atividade estruturada 0 Pré-Requisitos e maturidade acadêmica Turma de primeiro período
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