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Profa. Renata Ruggier UNIDADE I Biologia, Histologia, Embriologia Os organismos vivos possuem algumas peculiaridades que os dividem em grupos, como por exemplo: O número de células divide os organismos em unicelulares, como as bactérias e leveduras; e pluricelulares, aqueles que possuem mais de uma célula, onde nós humanos nos enquadramos. A organização estrutural das células também é um critério de divisão dos organismos em: Procariontes e Eucariontes. Células Eucariontes e Procariontes Parede celular A principal característica das células procariontes é a ausência de uma membrana que divide o material genômico do citoplasma celular, esta membrana recebe o nome de carioteca. Células Procariontes Fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/Procarionte Membrana plasmática DNA (nucleoide) Cápsula Mesossomo Ribossomos Citoplasma Flagelo A principal característica das células eucariontes é a presença da carioteca. O nível de complexidade deste tipo de células é superior, assim como o seu metabolismo. Células Eucariontes Fonte: https://www.infoescola.com/citologia/celula-eucariotica/ Centríolo Ribossomo Núcleo Citoplasma Mitocôndria Membrana celular Retículo endoplasmático liso Retículo endoplasmático rugoso A célula, como menor unidade dos seres vivos, deve ter a capacidade de se nutrir, se proteger de agressões externas e se multiplicar. São consideradas estruturas essenciais para a vida celular: Membrana Plasmática. Citoplasma ou citosol. Unidades de síntese proteica. Material genômico. Biologia Celular – conceitos gerais Fonte: https://www.infoescola.com/citologia/celula-eucariotica/ Centríolo RibossomoNúcleo Citoplasma Mitocôndria Membrana celular Retículo endoplasmático liso Retículo endoplasmático rugoso Todas as células necessitam de um conjunto de macromoléculas que garantem sua sobrevivência, são elas: Proteínas – enzimas, hormônios, canais de membrana. Ácidos nucleicos – DNA e RNA. Lipídeos – colesterol, triacilglicerol. Carboidratos – monossacarídeos (unidades energéticas). Composição Química das Células A grande maioria das estruturas que mantêm a homeostase do corpo humano é composta por proteínas, ou seja, todo o funcionamento do organismo depende de proteínas. Proteínas – Funções Fonte: Autoria própria. Proteínas Membrana Estruturais Motoras Hormonais Enzimas Anticorpos Transporte Reserva Nucleoproteínas RNA e DNA Proteínas Reguladoras: Controlam e Regulam as funções orgânicas. Enzimas: catalisadoras de reações bioquímicas. Hormônios e Neurotransmissores: agentes reguladores (insulina, serotonina). Proteínas – Classificações Fonte: Autoria própria. Substrato Enzima Encaixe no sítio ativo Produtos Enzima Recuperada Ácidos nucleicos são unidades de nucleotídeos com função de armazenar, ordenar e transmitir as informações genéticas. Ácido Desoxirribonucleico – DNA. Ácido Ribonucleico – RNA. Ácidos Nucleicos Fonte: https://www.infoescola.com/biologia/rna/ Estrutura do DNA e RNA Timina Uracila Citosina Adenina Guanina Processo pelo qual uma informação (contida em um gene) é transmitida na forma de um mRNA. O que é um gene? Expressão Gênica Fragmento específico de DNA que codifica uma determinada informação Fonte: http://www.altermedresearch.org/slides2016/NutrigenomicsCulinaryGenomics.pdf Cromossomo DNA Gene 1 Gene 2 Os lipídeos são estruturas compostas por uma cadeia linear de átomos de carbono unidos em uma de suas extremidades por um ácido carboxílico - ácido graxo. Lipídeos – Estrutura Fonte: Autoria própria. Ácido Carboxílico Cadeia Carbônica Isolante Térmico Isolante Elétrico Absorção de Impactos Reserva de energia Transporte Lipídeos – Funções Impede a perda de calor Manutenção da bainha de mielina Camada subcutânea Tecido adiposo acumula glicogênio Transporte de vitaminas e hormônios lipossolúveis Os fosfolipídios são uma classe de lipídeos que são um dos principais componentes da membrana plasmática da célula. São constituídos por uma molécula de glicerol; duas (ou uma) cadeias de ácidos graxos; um (ou dois) grupo fosfato e uma molécula polar ligada a ele. Fosfolipídios Fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/Fosfol%C3%ADpido polar apolar São lipídios de cadeia complexa, onde o colesterol é substância fundamental na formação dos esteroides. Esteroides Hormônios Sexuais Progesterona Estrogênio Testosterona Corticoides e Aldosterona Sais Biliares Composto orgânico proveniente da alimentação. Participam da manutenção estrutural. Principal fonte energética. Classificação: Os carboidratos são classificados de acordo com a quantidade de moléculas iguais unidas entre si (polímeros). Carboidratos Monossacarídeos – carboidratos com número reduzido de átomos de carbono (podendo variar de 3 a 7). Carboidratos – Estrutura Pentoses RibosesDesoxirriboses Hexoses Glicose Frutose Galactose Dissacarídeos – compostos formados por 2 monossacarídeos por meio de ligações glicosídicas. Carboidratos – Estrutura Sacarose Glicose + Frutose Lactose Glicose + Galactose Maltose Glicose + Glicose Oligossacarídeos – compostos formados por no máximo 10 monossacarídeos por meio de ligações glicosídicas. Polissacarídeos – compostos formados por mais de 10 monossacarídeos por meio de ligações glicosídicas. Carboidratos – Estrutura Amido Glicogênio Celulose Quitina São funções orgânicas dos lipídeos, exceto: a) Isolante térmico. b) Isolante elétrico. c) Reserva de energia. d) Estrutura da membrana plasmática. e) Síntese de monossacarídeos. Interatividade A membrana celular é a fronteira biológica que delimita o perímetro da célula, separando o meio intracelular do extracelular. Barreira seletiva que permite a troca de algumas substâncias entre o exterior e interior. As membranas podem-se considerar complexos lipoproteicos, constituídos por proteínas, lípidos e glícidos, variando em quantidade de célula para célula. Membrana Plasmática Proteínas: de composição e funções diversas, as proteínas membranares podem ter funções estruturais, intervir no transporte de substâncias através da membrana, ou atuar como receptores de sinais moleculares (por exemplo, de hormonas). Lípidos: maioritariamente fosfolípidos (lípidos complexos associados a um grupo fosfato, com uma extremidade hidrofóbica – polar e outra hidrófila – apolar), e em menor quantidade colesterol e glicolípidos (lípidos associados a glícidos). Membrana Plasmática – Composição O atual modelo de membrana plasmática foi proposto em 1972 pelos pesquisadores Singer e Nicholson em que mostraram que a membrana seria composta de duas bicamadas lipídicas de característica anfipática. Entre os lipídios estariam mergulhadas proteínas em diferentes profundidades; algumas posicionadas mais próximas à superfície e outras atravessariam toda a extensão da bicamada. Membrana Plasmática – Mosaico Fluido Fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/Membrana_plasm%C3%A1tica Fluido extracelular Glícido Cabeças hidrofílicas Bicamada fosfolipídica Fosfolípido Caudas hidrofóbicas Proteína em hélice alfa (Proteína transmembranar) Proteína extrínseca Proteína transmembranar (Proteína globular) Filamentos de citoesqueleto Proteína extrínseca Glicolípido Colesterol Canal proteico (Proteína de transporte) Proteína globular Glicoproteína Citoplasma Os fosfolipídios são responsáveispela delimitação do perímetro celular e são organizados em bicamada devido a sua natureza anfipática. Membrana Plasmática – Fosfolipídios Fonte: PICOLI, M. E. F. S. Biologia, Histologia e Embriologia. São Paulo: Editora Sol. p. 16 2017. Ácido graxo saturado Ácido graxo insaturado Glicerol Caudas apolares (hidrofóbicas) Cabeça polar (hidrofílica) Ácidos graxos insaturados membrana mais fluida Ácidos graxos saturados membrana menos fluida Grupo orgânico Grupo fosfato Na membrana plasmática, a importância das proteínas é muito grande, uma vez que as proteínas são as grandes responsáveis por manter o equilíbrio dinâmico das membranas. De acordo com seu grau de interação com a membrana, as proteínas podem ser classificadas em proteínas integrais e proteínas periféricas. Membrana Plasmática – Proteínas As proteínas integrais podem ser divididas em três regiões: uma região hidrofílica que fica em contato com o meio externo; uma região hidrofóbica que atravessa a bicamada de fosfolipídios e, finalmente, uma segunda região hidrofílica que fica em contato com o citoplasma. (A) proteína integral com apenas um domínio hidrofóbico; (B) proteína integral com vários domínios; (C) proteína integral do tipo poro e (D) uma proteína periférica. Membrana Plasmática – Proteínas Fonte: PICOLI, M. E. F. S. Biologia, Histologia e Embriologia. São Paulo: Editora Sol. p. 18 2017. Bicamada lipídica A B C D Mecanismos de Transporte pela Membrana Plasmática Não há gasto de energia Sempre a favor do gradiente de concentração Difusão Simples Difusão Facilitada Movimento pelo gradiente de concentração – não utiliza proteínas carreadoras Utiliza proteínas carreadoras Transporte Passivo A difusão simples ocorre quando temos uma molécula pequena e sem carga. Difusão Simples Fonte: https://www.todamateria.com.br/difusao-simples/ Alta concentração Baixa concentração A movimentação de moléculas entre os meios intra e extracelulares depende de fatores como: Tamanho Polaridade Solubilidade Gradiente de concentração Difusão Simples Fonte: PICOLI, M. E. F. S. Biologia, Histologia e Embriologia. São Paulo: Editora Sol. p. 21 2017. LEC LIC LIC LEC G ra d ie n te e le tr o q u ím ic o Membrana plasmáticaA Ureia Esteroides Ácidos graxos Glicerol N2 CO2 O2 H2O As moléculas grandes e/ou carregadas podem ser transportadas passivamente através da difusão facilitada. Na difusão facilitada, a molécula a ser transportada chega até o seu destino atravessando a proteína transportadora do tipo canal iônico ou do tipo permease (a qual sofre mudança na sua forma). Difusão Facilitada Fonte: https://giphy.com/gifs-biology- cell-ETXEWMy4ckOJO Característica exclusiva da água de se movimentar entre dois meios separados por uma membrana semipermeável com concentrações de solutos diferentes, visando obter dois meios com concentrações iguais. Osmose Fonte: Autoria própria. Membrana Semipermeável Membrana Semipermeável Meio Hipotônico Meio Hipertônico Meios Isotônicos H2O Transporte Ativo. Sempre há gasto de energia – ATP. Movimento contra o gradiente de concentração – utilizando proteínas carreadoras. Mecanismos de Transporte pela Membrana Plasmática Mediadas por proteínas transportadoras e envolvem mudança de conformação da proteína. Transporte Ativo Fonte: https://prezi.com/ p/_ykocmmghufx/ transportes-de- membrana/ Fluido extracelular Íon sadio Citoplasma Íon Potássio Quando as moléculas que precisam atravessa a membrana são muito grandes e não conseguem atravessar a membrana nem mesmo através de proteínas. São transportadas através do transporte vesicular, tanto para entrar como para sair da célula. O processo de transporte vesicular envolve modificações e movimentações na membrana plasmática de forma a criar uma vesícula. Transporte Vesicular Chamamos de endocitose o mecanismo de entrada de macromoléculas nas células, e a vesícula formada ao redor da partícula que penetra na célula recebe o nome de endossomo. Transporte Vesicular Fonte: http://knoow.net/ciencterravida/biologia/transporte-activo/ A membrana plasmática de uma célula eucarionte que tem como uma de suas funções ser semipermeável a tudo que entra ou sai de dentro de uma célula. Sobre isto assinale a alternativa que não indica uma das características da membrana plasmática: a) É uma bicamada fosfolipídica com proteínas que são utilizadas como canais que comunicam os meios extra e intracelulares. b) Possui mecanismo de manutenção do conteúdo aquoso do citoplasma através da osmose. c) Moléculas hidrofóbicas ultrapassam a membrana por difusão simples. Interatividade d) A polaridade da membrana não representa um dos mecanismos de seleção das moléculas que ultrapassam a membrana. e) Um dos tipos de proteínas que está inserida na membrana funciona como canais iônicos e movimenta íons por diferença de gradiente elétrico. Interatividade Parte líquida do citoplasma (nome dado a todos os compostos celulares contidos entre a membrana plasmática e o núcleo celular). O citosol por sua vez, é a fração líquida do citoplasma. A composição do citosol varia de acordo com o tipo e função de cada célula. Citosol Organelas são estruturas imersas no citoplasma das células eucariontes, onde cada organela representa um papel diferenciado no metabolismo celular. Em uma analogia simples: o centro respiratório da célula equivale à mitocôndria; o trato intestinal representa o lisossomo. Organelas Celulares Fonte: http://bejbiologia.bl ogspot.com/2017/1 1/lisossomos.html Núcleo Lisossomo Lisossomo Aparelho de Golgi Membrana plasmática Divide-se em dois tipos: (RER) Granular ou rugoso - transporte de material dentro da célula e a síntese de proteína. (REL) Liso - transporte de substância, inativação de agentes nocivos e síntese de lipídeos. Retículo Endoplasmático Fonte: https://www.todamateria.com.br/reti culo-endoplasmatico-liso-e-rugoso/ Ribossomos Retículo Endoplasmático LisoNucléoloMembrana nuclear Poros da membrana Retículo Endoplasmático Rugoso Formado a partir de uma invaginação da membrana plasmática. É constituído por uma rede de túbulos e vesículas achatados e interconectados, que comunicam-se com a Carioteca. Aumenta a superfície interna da célula, o que amplia o campo de atividade das enzimas, facilitando a ocorrência de reações químicas necessárias ao metabolismo celular, síntese de proteínas (sua principal função) e armazenamento. Retículo Endoplasmático Liso Retículo Endoplasmático Liso Ribossomos Envoltório nuclear Núcleo Cisternas Lúmen Retículo endoplasmático rugoso Retículo endoplasmático liso Fonte: https://www.sobiologia.com.br/ conteudos/Citologia/cito17.php Organela responsável pela tradução de material genético e síntese de proteínas. Ribossomo Fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/Ribossoma tRNA mRNA Subunidade menor Aminoácidos Subunidade maior Proteína em síntese Funciona, portanto, como uma espécie de sistema central de distribuição na célula, atuando como centro de armazenamento, transformação, empacotamento e remessa de substâncias. Complexo de Golgi Fonte: https://www.infoescola.com/citologia/complexo-de-golgi/ Vesícula transportadora Cisterna Vesícula secretora Membrana celular Proteínas secretadas Desempenham uma importante função de reciclagem de componentes celulares envelhecidos,além de defesa contra agentes externos e participação no processo de autofagia. Lisossomo Fonte: https://www.coladaweb.com/biologia/biologia-celular/lisossomos Lisossomo Bolsa membranosa com enzimas digestivas Material pinocitado Bolsas membranosas Pinossomo Material fagocitado Fagossomo Lisossomo secundárioLisossomo primário Vacúolo autofágico Mitocôndria fora de uso sendo englobada Esquema das funções heterofágica e autofágica dos lisossomos Organela responsável por converter a glicose (e outros compostos com propriedade energética) em ATP – respiração celular. Mitocôndria Fonte: https://www.sobiologia.com.br/conteudos/Citologia/cito27.php Grânulos Ribossomos Cristas Espaço intermembranoso Matriz Partículas sintetizadoras de ATP Membrana interna Membrana externa DNA Podemos comparar o núcleo a um grande centro de controle que comandará todo o metabolismo celular através das informações que serão transcritas do DNA conforme a necessidade da célula. O DNA estará organizado na forma de cromatina, que fica mergulhada em uma substância gelatinosa chamada de nucleoplasma e separada do resto do citoplasma pelo envoltório nuclear. Núcleo Celular Fonte: https://mundoeducacao.b ol.uol.com.br/biologia/o- nucleo-celula.htm Nucleoplasma Cromatina Retículo endoplasmático rugoso Nucléolo Envoltura nuclear Poro nuclear Membrana que separa o material nucleico do citoplasma. Envoltório Nuclear Fonte: JUNQUEIRA, L.C.; CARNEIRO, J. Histologia Básica. 10ª edição. Ed. Guanabara Koogan. p.54.2004. Membrana externa Membrana interna Envelope nuclear Nucléolo Nucleoplasma Cromatina Eucromatina Heterocromatina Ribossomas Poros nucleares Citoplasma Anel citoplasmático Envoltório nuclear Poro nuclear Grânulo central CromatinaLâmina nuclear Núcleo Sobre as organelas presentes em uma célula eucarionte, assinale a alternativa que mostra respectivamente as funções de síntese proteica, digestão intracelular, respiração celular: a) REL, Ribossomo e Lisossomo. b) Nucléolo, Mitocôndria e Centríolo. c) Ribossomo, Lisossomo e Mitocôndria. d) Complexo de Golgi, Núcleo celular e Lisossomo. e) Mitocôndria, RER e Lisossomo. Interatividade O nucléolo é uma estrutura esférica formada por proteínas e RNA ribossômico responsável pela produção dos ribossomos que ficaram livres no citoplasma ou associados ao retículo endoplasmático rugoso. Nucléolo Fonte: https://www.todamateria.com.br/nucleolo-celular/ Núcleo Ribossomos NucléoloMembrana nuclear Poros da membrana Retículo Endoplasmático Rugoso A cromatina é um complexo estrutural formado de DNA e proteínas estruturais que não se apresenta de forma homogênea no núcleo, muito pelo contrário: em um núcleo interfásico sempre será possível observar regiões mais densamente coradas. Cromatina Fonte: PICOLI, M. E. F. S. Biologia, Histologia e Embriologia. São Paulo: Editora Sol. p. 51 2017. JUNQUEIRA, L.C.; CARNEIRO, J. Histologia Básica. 10ª edição. Ed. Guanabara Koogan. p.53.2004. Ribossomos Envoltório nuclear Lâmina nuclear Heterocromatina – Material nucleico condensado (inativo). Eucromatina – Material nucleico desespiralizado. Eucromatina e Heterocromatina Fonte: https://www.mesalva.com/forum/t/eucromatina-e-heterocromatina/9859 Heterocromatina Eucromatina Cromatina Maior espiralização Cromossomo bastante espiralado Diferentes estágios de organização da cromatina A organização em cromatina só é encontrada no núcleo interfásico. Quando uma célula vai se dividir, as fibras de cromatina ficam mais condensadas, formando a estrutura do cromossomo. Núcleo Interfásico e Divisão Celular Fonte: https://www.colegioweb.com.br/nucleo/o-nucleo-interfasico.html Eucromatina Heterocromatina Carioplasma Carioteca Poro Nucléolo Os níveis de organização do material nucleico são demonstrados na figura ao lado: Núcleo Interfásico e Divisão Celular Fonte: https://mundoeduca cao.bol.uol.com.br/b iologia/genes.htm DNA – dupla hélice Cromatina Histona Nucleossoma DNA Centrômero Cromatídios Cromossomas O ser humano possui 46 cromossomos (em células somáticas) divididos em 23 pares. Cada um dos cromossomos é um “fragmento” de DNA que por sua vez contém várias sequências gênicas. Cromossomos Fonte: http://bioilogicos.blogspot.com/2012/03/dna-cromatina-cromossomo-gene.html Gene Cada cromossomo é formado por dois braços chamados de cromátides. A extremidade de cada cromátide recebe o nome de telômero. A região da cromátide acima do centrômero recebe o nome de braço p, e a região da cromátide abaixo do centrômero recebe o nome de braço q. Cromossomos Fonte: https://www.mesalva.com/forum/t/biologia-cromossomos-cromatides-e-etc/4257 Braço Braço Braço Braço Centrômero As células somáticas, ou seja, aquelas que não são gametas (células germinativas – óvulo/espermatozoide) são chamadas de diploides por serem compostas por 23 pares de cromossomos (2n=46). Destes, 22 pares são chamados de somáticos (1‐22) e um par é considerado sexual (XX – mulher e XY – homem). Distribuição dos cromossomos Fonte: http://vejaciencias.blogspot.com/2013/03/v-behaviorurldefaultvmlo.html Conjunto de modificações que ocorrem desde seu aparecimento até sua duplicação. Intérfase: fase mais longa do ciclo (≈90%): Armazenamento de nutrientes. Dividida em três etapas: Ciclo Celular Fonte: JUNQUEIRA, L.C.; CARNEIRO, J. Histologia Básica. 10ª edição. Ed. Guanabara Koogan. p.53.2004. 20 horas 8 horas 4 horas 1 h R S G2 G1 G0 M G1: fase de repouso – crescimento em tamanho da célula – intensa síntese proteica. S: início da duplicação do material genético – formação das cromátides irmãs. G2: fase de repouso – maior crescimento em tamanho da célula – intensa síntese proteica – deslocamento dos centrômeros. Ciclo Celular – Etapas 20 horas 8 horas 4 horas 1 h R S G2 G1 G0 M Fonte: JUNQUEIRA, L.C.; CARNEIRO, J. Histologia Básica. 10ª edição. Ed. Guanabara Koogan. p.53.2004. Processo de divisão celular em que uma célula dá origem a duas iguais. Muito intenso durante a fase de desenvolvimento embrionário, infância até a adolescência. Durante a fase adulta, acontece em situações constantes de renovação, diferenciação e reparação tecidual. Ciclo celular e Mitose Fonte: JUNQUEIRA, L.C.; CARNEIRO, J. Histologia Básica. 10ª edição. Ed. Guanabara Koogan. p.53.2004. S M G1 G2 8 horas 2,5-3 horas Intérfase 25 horas Mitose Prófase (± 1 hora) Metáfase (< 1 hora) Anáfase (< 1/2 hora) Telófase (minutos) Somente as células somáticas se dividem por mitose, uma vez que esse processo é responsável pela conservação da informação genética. A mitose é dividida em quatro fases: prófase, metáfase, anáfase e telófase. Mitose Etapas da Mitose Pré-prófase Prófase Metáfase Centríolo Fuso mitótico Início da anáfaseAnáfase adiantadaTelófase Condensação intranuclear dos cromossomos Cromossomos mais visíveis, início do fuso mitótico, ruptura do envoltório nuclear Cromossomos dispostos no equador da célula, o envoltório nuclear e o nucléolo já desapareceram Reconstituição do envoltório nuclear, do núcleo e do nucléolo, fim da divisão celular Agregação dos cromossomos nos polos da célula, começo da divisão do citoplasma Divisão longitudinal dos cromossomos e migração para os polosFonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/Mitose Processo de divisão celular que dá origem às células germinativas em que cada célula (2n) dá origem a 4 células filhas (n). Meiose Fonte: http://culturalivre.com/meiose_2 _fases_da_meiose_divisao_celu lar_etapas_enem/ Intérfase Meiose I Meiose IICromossomos homólogos Núcleos-filhos Núcleos-filhos II O dogma central da biologia diz que existe uma unidirecionalidade na expressão armazenada nos genes de uma célula, em que: Mecanismo de Expressão Gênica Fonte: https://www.infoescola.com/biologia/dogma-central-da-biologia-molecular/ Replicação Replicação Transcrição reversa Transcrição DNA RNA Tradução PROTEÍNA Processo pelo qual a informação contida no DNA é convertida em RNA dentro do núcleo celular. Transcrição Gênica Fonte: https://www.sobiologia.com.br/conteudos/Citologia2/AcNucleico5.php DNA RNA transcrito RNA-polimerase Direção da transição A tradução é um processo que ocorre no citoplasma, por isso que o RNAm, o RNAt e o ribossomo precisam sair do núcleo, seu local de produção. Tradução Gênica Fonte: https://www.todamateria.com.br/sintese-proteica/ RNAt RNAm Aminoácido Anticódon Códon Subunidade grande Subunidade pequena Cadeia Polipeptídica (Proteína) Filmagens de divisões celulares feitas através do microscópio revelam que a mitose é um processo contínuo, com duração de aproximadamente uma hora. Assinale a alternativa que mostra a sequência correta dos eventos marcantes do processo mitótico. a) Telófase, anáfase, metáfase e prófase. b) Prófase, metáfase, anáfase e telófase. c) Prófase, anáfase, telófase e metáfase. d) Anáfase, prófase, metáfase e telófase. e) Metáfase, Prófase, Anáfase e Telófase. Interatividade ATÉ A PRÓXIMA!
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