Organização Celular: Célula Procariótica e Eucariótica

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UNIDADE DE APRENDIZADO 2 – MATERIAL DE ESTUDO 1 
ORGANIZAÇÃO CELULAR: CÉLULA PROCARIÓTICA E EUCARIÓTICA
Desafio
Existem evidências de que as células eucarióticas teriam evoluído a partir de uma simbiose (organismos que se auxiliam mutuamente), ou seja, bactérias primitivas teriam sido fagocitadas por uma célula eucariótica ancestral e ambas teriam vivido bem como colaboradoras. 
Com base nessas informações, faça um texto resumindo como, supostamente, as células eucarióticas animais e vegetais teriam surgido. No texto, as seguintes palavras-chave deverão aparecer: unicelular, parede celular, oxigênio na atmosfera, procariótica heterotrófica e anaeróbica, bactérias fotossintéticas, endobiose, mitocôndrias, cloroplastos.
Resposta: Uma célula procariótica heterotrófica e anaeróbica já com o sistema DNA-RNA-proteína funcionando, teria perdido a parede celular. Aos poucos, essa célula aumentou de tamanho e apresentou invaginações na membrana plasmática. Sugere-se que, nessas reentrâncias, acumularam-se enzimas digestivas que permitiram melhor digestão das partículas de alimento. Então, algumas invaginações desprenderam-se da membrana, formando vesículas membranosas que deram origem ao sistema lisossômico e às vesículas precursoras do retículo endoplasmático, e levaram para a parte profunda da célula o DNA que estava preso a membrana plasmática. Com o aparecimento de oxigênio na atmosfera devido às bactérias fotossintéticas, surgiram os peroxisomas.
À medida que a concentração de oxigênio foi lentamente aumentando na atmosfera, as células que incorporaram procariotos aeróbios predominaram, por seleção natural, por duas razões: a respiração aeróbica é muito mais eficiente e gasta oxigênio, diminuindo a formação intracelular de radicais livres contendo oxigênio. A endobiose de procariotos aeróbicos deu origem às mitocôndrias, organelas que apresentam duas membranas: a interna da bactéria (precursora) e a externa, originada a partir da célula eucariota que estava em formação.
É bem provável que os cloroplastos se originaram de maneira semelhante, por meio da endossimbiose, mas a partir de bactérias fotossintéticas. Provavelmente, os cloroplastos originaram-se de forma parecida, mas de bactérias fotossintéticas. Ao longo da evolução, ocorreu a transferência de parte do genoma das mitocôndrias e dos cloroplastos para os núcleos celulares. Acredita-se que a endossimbiose das mitocôndrias tenha ocorrido anteriormente à que originou os cloroplastos.
Todas as espécies existentes na Terra evoluíram de uma célula ancestral comum. A partir desse ancestral, surgiram dois tipos de células: as procarióticas e as eucarióticas. As células procarióticas incluem as chamadas "bactérias", algumas algas cianofíceas, algas azuis e as Arqueias. A célula procariótica é pobre em membranas, não forma compartimentos e não possui núcleo definido, apresenta parede celular e o DNA é circular (nucleoide). As células eucarióticas são encontradas em todos os representantes dos reinos vegetal e animal, bem como fungos (leveduras, cogumelos e bolores) e protistas. A célula eucariótica difere da procariótica por ser rica em membranas e mais complexa, apresentar o núcleo separado do citoplasma, ter compartimentos (as organelas) e ter o DNA mantido no núcleo, que é separado do citoplasma pela membrana nuclear.
Exercícios
1) As estruturas fundamentais que devem estar presentes para que uma célula seja definida como tal são:
a) Membrana plasmática e envoltório nuclear. (Não pode ser envoltório nuclear, pois essa é uma característica apenas das células eucarióticas.)
b) Envoltório nuclear e DNA. (Não pode ser envoltório nuclear, pois essa é uma característica apenas das células eucarióticas.)
c) DNA e citoesqueleto. (O citoesqueleto só é encontrado em células eucarióticas.)
d) Membrana plasmática e citoesqueleto. (O citoesqueleto só é encontrado em células eucarióticas.)
e) Membrana plasmática e DNA.
Resposta: E. A membrana plasmática é o envoltório que separa uma célula, de qualquer tipo, do ambiente externo, enquanto o DNA armazena toda a informação genética que permite que uma célula desempenhe suas funções vitais.
2) O universo biológico é constituído por dois tipos de células: as procarióticas e as eucarióticas. São procariotos .......................... e eucariotos ..............................., respectivamente.
a) Procariotos são exclusivamente os protozoários, sempre unicelulares. Eucariotos são todos os representantes dos reinos vegetal, animal, fungos.
b) São classificadas procariotos as eubactérias, conhecidas como "bactérias”, algumas algas (cianofíceas e azuis) e as Arqueias. Eucariotos são todos os representantes dos reinos vegetal, animal, fungos e protistas.
c) Procariotos são todos os representantes dos reinos vegetal, animal, fungos e protistas. Eucariotos são as eubactérias, conhecidas como "bactérias”, algumas algas (cianofíceas e azuis) e as Arqueias.
d) Procariotos são exclusivamente as bactérias. Eucariotos são todos os representantes dos reinos vegetal, animal, fungos e protistas.
e) São classificados como procariotos as eubactérias, conhecidas como "bactérias”, algumas algas (cianofíceas e azuis) e as Arqueias. Eucariotos são representantes exclusivamente do reino animal.
Resposta: B. As células procarióticas são divididas em dois reinos: as eubactérias conhecidas como "bactérias", e algumas algas (cianofíceas e azuis) e as Arqueias. As células eucarióticas compreendem todos os representantes dos reinos vegetal e animal, fungos (leveduras, cogumelos e bolores) e protozoários, que são exclusivamente unicelulares. 
3) A principal característica que diferencia um eucarioto de um procarioto é:
a) Presença de citoesqueleto.( Existem células eucariotas que não possuem citoesqueleto definido.)
b) Presença de envoltório (membrana) nuclear.
c) Presença de cromossomo. (Procariotos possuem um cromossomo, embora seja único.)
d) Ausência de parede celular. (A parede celular existe tanto em eucariotos como em procariotos.)
e) Incapacidade de replicação de DNA. (Embora exista diferença no processo de divisão celular utilizado, tanto procariotos como eucariotos têm capacidade de síntese ou replicação de DNA.)
Resposta: B. A presença de uma membrana delimitando o conteúdo genético e impondo uma barreira seletiva de acesso é a principal característica de um eucarioto, com impacto sobre a forma de divisão celular desses organismos.
4) As células procarióticas são organismos muito diversos e que apresentam a habilidade de obter energia e nutrientes de fontes variadas. Algumas, como as arquibactérias, podem obter energia de compostos inorgânicos e viver em condições de pH e temperatura atípicas para a maior parte dos organismos vivos. Essa característica dos procariotos lhes confere:
a) Alta capacidade de reprodução. (A taxa de reprodução não tem relação direta com o tipo de nutriente ou ambiente em que a célula está inserida, embora a quantidade de energia disponível possa influenciar a capacidade de replicação.)
b) Eficiência energética superior. (A eficiência energética está relacionada com a capacidade de geração de energia, independente do tipo de nutriente ou ambiente.)
c) Maior probabilidade de troca de material genético. (A troca de DNA entre bactérias pode ocorrer em qualquer ambiente ou situação nutricional.)
d) Possibilidade de se adaptar a ambientes inóspitos.
e) Capacidade de formação de agregados celulares. (A capacidade de se agregar está relacionada à presença de moléculas com capacidade adesiva e não com características nutricionais.)
Resposta: D. O fato de alguns procariotos poderem utilizar metais, compostos inorgânicos, ou mesmo se adaptarem a concentrações elevadas de ácidos ou bases, e também a temperaturas superiores a 45 °C, lhes possibilita viver em locais onde outros organismos não conseguem, tais como águas sulfuradas, crateras de vulcão e água gelada.
5) Os organismos eucariotos têm algumas vantagens sobre os organismos procariotos. As alternativas a seguir exemplificam essas vantagens, EXCETO:a) Controlam melhor a expressão gênica em função da presença de membrana nuclear. (O envoltório nuclear melhora o controle da síntese de RNA/expressão gênica.)
b) Têm maior possibilidade de troca de material genético.
c) A presença de citoesqueleto confere capacidade de movimento. (O movimento celular ocorre pelo movimento das proteínas de citoesqueleto.)
d) Possuem capacidade de endocitose e exocitose em função das moléculas de citoesqueleto. (O movimento de membranas (endossomas e exossomas) ocorre sobre “trilhos” de citoesqueleto celular.)
e) A compartimentalização de diferentes processos em organelas específicas melhora o controle das funções celulares. (A distribuição de diferentes processos em diferentes organelas, tais como digestão em lisossomas, síntese proteica no retículo endoplasmático rugoso e respiração celular na mitocôndria, isola os processos e facilita o controle sobre eles.)
Resposta: B. A presença de material genético condensado e delimitado pela membrana nuclear dificulta a troca com outros organismos.
UNIDADE DE APRENDIZADO 2 – MATERIAL DE ESTUDO 2
ESTRUTURA DA MEMBRANA PLASMÁTICA
Desafio
Para realizar esse desafio, você deverá relacionar a presença de moléculas proteicas (glicoproteínas) na superfície da membrana plasmática de um tipo celular específico do sistema imunológico.
A síndrome da imunodeficiência adquirida (aids) é causada pelo vírus da imunodeficiência humana (HIV). O HIV ataca células do sistema imune (que são responsáveis por defender o organismo). Embora os esforços sejam numerosos, a cura para a doença ainda não existe e o tratamento é baseado na terapia com antirretrovirais. Esses medicamentos prolongam a vida dos portadores do HIV, pois não permitem a multiplicação do vírus nas células do sistema imune.
Com base nas informações acima, elabore um texto explicativo contendo as informações solicitadas abaixo:
1) Quais são as células do sistema imune que o HIV invade? (indique a molécula proteica [receptor] que serve como identificador do tipo celular em questão, ou seja, o CD [do inglês, cluster of differentiation].) As células do sistema imune que o HIV infecta são, principalmente, os linfócitos T auxiliares, que podem ser identificados pela presença do receptor CD4 em sua membrana plasmática, ou seja, são células CD4.
2) Descreva qual técnica poderia ser utilizada para realizar a contagem das células em questão para realizar a monitoração laboratorial da infecção por HIV. A melhor técnica para analisara quantidade de células CD4 dos pacientes é a citometria de fluxo.
3) Descreva o que você espera de um paciente que esteja em tratamento com antirretroviral, o qual esteja apresentando boa resposta ao tratamento. Justifique a sua resposta. Um paciente que esteja respondendo bem ao tratamento com antirretroviral deverá ter a contagem de células CD4 aumentada, pois, com o uso dos antirretrovirais, o vírus não consegue penetrar nas células. Por não conseguir penetrar nas células-alvo, o vírus não consegue destruir as células CD4. Caso o paciente não esteja sendo tratado de forma adequada, ou não esteja fazendo o tratamento, o número de células CD4 circulantes tende a diminuir com o aumento da infecção, pois o vírus destrói as células e a consequência disso é a diminuição das células CD4.
A membrana plasmática engloba todas as células, define seus limites e mantém as diferenças entre o citosol (meio intracelular) e o ambiente extracelular, formando uma estrutura dinâmica de fundamental importância para a célula.
Exercícios
1) Todas as moléculas lipídicas das membranas celulares são: 
a) Hidrofílicas. (Cada molécula de fosfolipídio, que é um dos maiores constituintes da membrana plasmática, é formada por uma extremidade hidrofílica e uma extremidade hidrofóbica. Dessa forma, todas as moléculas lipídicas das membranas celulares são anfipáticas.)
b) Anfipáticas.
c) Hidrofóbicas. (Cada molécula de fosfolipídio, que é um dos maiores constituintes da membrana plasmática, é formada por uma extremidade hidrofílica e uma extremidade hidrofóbica. Dessa forma, todas as moléculas lipídicas das membranas celulares são anfipáticas.)
d) Hidropáticas. (Todas as moléculas lipídicas das membranas celulares são anfipáticas e não hidropáticas (termo não existente). Anfipática refere-se à presença de uma extremidade hidrofílica e uma extremidade hidrofóbica.)
e) Hidrofáticas. (Termo não existente. Cada molécula de fosfolipídio, que é um dos maiores constituintes da membrana plasmática, é formada por uma extremidade hidrofílica e uma extremidade hidrofóbica. Dessa forma, todas as moléculas lipídicas das membranas celulares são anfipáticas.)
Resposta: B. São consideradas anfipáticas ou anfifílicas por apresentarem uma extremidade hidrofílica e uma extremidade hidrofóbica.
2) As membranas celulares são constituídas por:
a) Exclusivamente por fosfolipídios (As membranas plasmáticas são constituídas por lipídios, como os fosfolipídios, mas também apresentam colesterol e glicolipídios, além de moléculas proteicas que atravessam ou não a bicamada lipídica.)
b) Exclusivamente por proteínas (As membranas plasmáticas são constituídas por proteínas que atravessam ou não a bicamada lipídica, mas também apresentam lipídios, como fosfolipídios, colesterol e glicolipídios.)
c) Proteínas e glicerol (As membranas plasmáticas são constituídas por lipídios, como os fosfolipídios, os quais são formados por ácidos graxos e glicerol, além de colesterol e glicolipídios. Também são constituídas por moléculas proteicas que atravessam ou não a bicamada lipídica.)
d) Moléculas lipídicas, como fosfolipídios, colesterol e glicolipídios e proteínas
e) Exclusivamente por glicerol (As membranas plasmáticas de muitas células são compostas por lipídios, como os fosfolipídios (que são formados por ácidos graxos e glicerol). No entanto, frequentemente apresentam colesterol e glicolipídios. Também são constituídas por moléculas proteicas que atravessam ou não a bicamada lipídica.)
Resposta: D. As membranas plasmáticas são constituídas por lipídios, como fosfolipídios, colesterol e glicolipídios (com exceção das bactérias que não apresentam colesterol e glicolipídios). As membranas também são constituídas por moléculas proteicas que atravessam ou não a bicamada lipídica.
3) A membrana plasmática engloba as células de todos os organismos vivos. Também é verdadeiro afirmar que todas as membranas biológicas apresentam uma ESTRUTURA GERAL COMUM. A que estrutura essa afirmativa está se referindo?
a) Cabeça hidrofílica (A estrutura que todas as membranas biológicas apresentam em comum é a bicamada de moléculas fosfolipídicas. Essa estrutura é formada porque a molécula fosfolipídica apresenta uma cabeça hidrofílica e duas caudas hidrofóbicas. Desse modo, quando essas moléculas são colocadas na água, elas espontaneamente se agregam em um arranjo que permite que as porções hidrofóbicas fiquem em contato o mais próximo possível, para se esconder da água, enquanto mantêm a porção hidrofílica exposta ao meio aquoso.)
b) Bicamada de moléculas fosfolipídicas
c) Caudas hidrofóbicas (A estrutura que todas as membranas biológicas apresentam em comum é a bicamada de moléculas fosfolipídicas. Essa estrutura é formada porque a molécula fosfolipídica apresenta uma cabeça hidrofílica e duas caudas hidrofóbicas. Desse modo, quando essas moléculas são colocadas na água, elas espontaneamente se agregam num arranjo que permite que as porções hidrofóbicas fiquem em contato o mais próximo possível, para se esconder da água, enquanto mantêm a porção hidrofílica exposta ao meio aquoso.)
d) Parede celular (A parece celular é encontrada em todos os vegetais e em algumas bactéricas. No entanto, a estrutura que todas as membranas biológicas apresentam em comum é a bicamada de moléculas fosfolipídicas. Essa estrutura é formada porque a molécula fosfolipídica apresenta uma cabeça hidrofílica e duas caudas hidrofóbicas. Desse modo, quando essas moléculas são colocadas na água, elas espontaneamente se agregam em um arranjo que permite que as porçõeshidrofóbicas fiquem em contato o mais próximo possível, para se esconder da água, enquanto mantêm a porção hidrofílica exposta ao meio aquoso.)
e) Proteínas transmembrana (A estrutura que todas as membranas biológicas apresentam em comum é a bicamada de moléculas fosfolipídicas. Essa estrutura é formada porque a molécula fosfolipídica apresenta uma cabeça hidrofílica e duas caudas hidrofóbicas. Desse modo, quando essas moléculas são colocadas na água, elas espontaneamente se agregam em um arranjo que permite que as porções hidrofóbicas fiquem em contato o mais próximo possível, para se esconder da água, enquanto mantêm a porção hidrofílica exposta ao meio aquoso.)
Resposta: B. Todas as membranas biológicas apresentam em comum a bicamada de moléculas fosfolipídicas, que ocorre porque a molécula fosfolipídica apresenta uma cabeça hidrofílica e duas caudas hidrofóbicas. Desse modo, quando essas moléculas são colocadas na água, elas espontaneamente se agregam em um arranjo que permite que as porções hidrofóbicas fiquem em contato o mais próximo possível, para se esconder da água, enquanto mantêm a porção hidrofílica exposta ao meio aquoso, formando a bicamada.
4) Uma das principais funções da membrana plasmática é atuar como uma barreira seletiva. Dessa forma, escolha a resposta que melhor justifica essa função da membrana plasmática.
a) A membrana plasmática permite a passagem de nutrientes apenas do meio extracelular para o meio intracelular. (A membrana plasmática permite a passagem de nutrientes do meio extracelular para o meio intracelular. Ela não permite que produtos de síntese, necessários para uso próprio, sejam enviados do meio intracelular para o meio extracelular, mas permite a excreção de resíduos.)
b) A membrana plasmática permite que produtos de síntese, necessários para uso próprio, sejam enviados para o meio extracelular. (A membrana plasmática não permite que produtos de síntese, necessários para uso próprio, sejam enviados para o meio extracelular.)
c) A membrana plasmática permite a passagem de nutrientes do meio extracelular para o meio intracelular, retém produtos de síntese no meio intracelular e permite a excreção de resíduos.
d) A membrana plasmática não permite a passagem de nutrientes do meio extracelular para o meio intracelular. (A membrana plasmática permite a passagem de nutrientes do meio extracelular para o meio intracelular e permite a excreção de resíduos do meio intracelular para o extracelular. Ela não permite que produtos de síntese, necessários para uso próprio, sejam enviados do meio intracelular para o meio extracelular.)
e) A membrana plasmática não permite que produtos de síntese e resíduos sejam enviados para o meio extracelular. (A membrana plasmática não permite que produtos de síntese, necessários para uso próprio, sejam enviados para o meio extracelular. No entanto, resíduos são enviados.)
Resposta: C. Essas são funções da membrana plasmática, por isso ela atua como uma barreira seletiva.
5) Com relação à estrutura das membranas celulares, podemos afirmar que todas as membranas presentes nas células animais e vegetais são constituídas basicamente pelos seguintes componentes:
a) Ácidos nucleicos e enzimas. (Podemos afirmar que todas as membranas presentes nas células animais e vegetais são constituídas basicamente por lipídios e proteínas.)
b) Lipídios e enzimas. (Podemos afirmar que todas as membranas presentes nas células animais e vegetais são constituídas basicamente por lipídios e proteínas.)
c) Enzimas e glicídios. (Podemos afirmar que todas as membranas presentes nas células animais e vegetais são constituídas basicamente por lipídios e proteínas.)
d) Ácidos nucleicos e proteínas. (Podemos afirmar que todas as membranas presentes nas células animais e vegetais são constituídas basicamente por lipídios e proteínas.)
e) Lipídios e proteínas.
Resposta: E. Lipídios e proteínas são os constituintes básicos das membranas celulares das células animais e vegetais
Você já ouviu falar em citometria de fluxo?
Pois bem, a citometria de fluxo (cito = célula; metria = medida; fluxo = movimento) é uma técnica bastante utilizada em biologia celular, pois possibilita a análise simultânea de diferentes características de uma célula. Dessa forma, por meio da citometria de fluxo, tanto células inteiras quanto seus constituintes, como organelas, núcleo e membrana plasmática, podem ser investigados. Essa técnica é realizada em aparelhos chamados citômetro de fluxo,5 que contém um sistema de fluido, um sistema óptico e um sistema eletrônico, os quais permitem a investigação celular.
Um bom exemplo a ser estudado seriam as células sanguíneas.1 O sangue é composto por diferentes tipos de células, e a distinção entre um tipo celular e outro pode ser analisada por meio da citometria de fluxo, pois a membrana plasmática apresenta, em sua superfície,2 moléculas proteicas (receptores) que servem como identificadores de um determinado tipo celular - os CDs (do inglês cluster of differentiation). Então, por exemplo, para que os monócitos sejam diferenciados das demais células (linfócitos e granulócitos), um anticorpo anti-CD específico do monócito (anti-CD14 humano conjugado a um fluorocromo) precisará ser incubado com as células sanguíneas.3,4 Após a incubação,4 o anticorpo irá reconhecer apenas a proteína de interesse na membrana plasmática da célula-alvo. Assim, após a reação, as células podem ser lidas no citômetro de fluxo,5 que irá captar a fluorescência emitida pela ligação do anticorpo ao CD14 e fará a contagem dos monócitos.6