CITOLOGIA A Citologia estuda a célula, sua estrutura e funções. No entanto, para podermos entender bem uma célula precisamos primeiro conhecer do que ela é constituída. Neste capítulo será estudado o funcionamento básico de uma célula, adquirindo base para avançar nos conhecimentos. A célula pode ser comparada, de maneira bem simples, com uma fábrica. Através das portas da fábrica chega o material que será usado para a fabricação de seus produtos, esse processo requer o emprego de energia e funcionários devidamente preparados para sua função específica. Contudo, para que haja um bom funcionamento da fábrica é necessário um corpo administrativo, responsável por organizar o trabalho de cada funcionário e pelo contato com o mundo exterior. Tudo isso ocorre no interior da fábrica, que é delimitada por seus muros. De maneira semelhante encontraremos a vida celular. Delimitada por uma membrana (membrana plasmática), responsável por separar o conteúdo interno da célula do meio externo, encontraremos os organóides (espécie de funcionários com atividades específicas), e o núcleo, que funciona como o corpo administrativo mantendo o bom funcionamento da célula e administrando o contato com o meio exterior. Veja abaixo um exemplo de uma célula animal.
Componentes químicos da célula: CONSTITUINTES
CÉLULAS CÉLULAS ANIMAIS VEGETAIS % %
Água
60
75
Substâncias minerais
4,3
2,45
Glicídios Substâncias Lipídios orgânicas Proteínas
6,2
18,0
11,7
0,5
17,8
4,0
Água Um dos componentes básicos da célula é a água. A água é solvente universal; para que as substâncias possam se encontrar e reagir, é preciso existir água. A água também ajuda a evitar variações bruscas de temperatura, pois apresenta valores elevados de calor específico, calor de vaporização e calor de fusão. Organismos pecilotérmicos não podem viver em lugares com temperaturas abaixo de zero, pois como não são capazes de controlar a temperatura do corpo a sua água congelaria e os levaria à morte. Nos processos de transporte de substâncias, intra e extracelulares, a água tem importante participação, assim como na eliminação de excretas celulares. A água também tem função lubrificante, estando presente em regiões onde há atrito, como por exemplo, nas articulações. Variação da taxa de água nos seres vivos. A quantidade de água varia de acordo com alguns fatores: 1º - Metabolismo: é o conjunto de reações químicas de um organismo, podendo ser classificado como metabolismo energético e plástico. Quanto maior a atividade química (metabolismo) de um órgão, maior o teor hídrico. Quantidade de água em porcentagens peso total em alguns órgãos humanos
A membrana plasmática é uma estrutura celular de grande importância. Ela é responsável não apenas por determinar os limites de uma célula, mas também, porque regula a entrada e saída de substâncias da mesma. Basicamente a membrana plasmática é constituída de moléculas de proteína e lipídios, segundo o modelo mais aceito hoje em dia (Modelo do Mosaico Fluido de Singer e Nicholson). É a membrana plasmática responsável pelos processos de transporte de substâncias. Esse controle só é possível pois a membrana plasmática possui uma característica denominada permeabilidade seletiva.
Encéfalo de embrião
92,0
Músculos
83,4
Cérebro
77,8
Pulmões
70,9
Coração
70,9
Osso
48,2
Dentina
12,0
do
2º - Idade: o encéfalo do embrião tem 92% de água e o do adulto 78%. A taxa de água em geral decresce com a idade. 3º - Espécie: na espécie humana há 64% de água e nas medusas (água-viva) 98%.Esporos e sementes vegetais são as estruturas com menor proporção de água (15%).
Sais Minerais Aparecem na composição da célula sob duas formas básicas: imobilizada e dissociada. Apresentam-se sob a forma imobilizada como componentes de estruturas esqueléticas (cascas de ovos, ossos, etc.). Sob forma dissociada ou ionizada aparecem como na tabela abaixo:
os monossacarídeos, que apresentam fórmula geral . O valor de n pode variar de 3 a 7 conforme o tipo de monossacarídeo. O nome do açúcar é dado de acordo com o número de átomos de carbono da molécula, seguido da terminação OSE. Por exemplo, triose, pentose,hexose. São monossacarídeos importantes: glicose, frutose, galactose, ribose e desoxirribose. n
Fórmula
Nome
Componente dos ossos e dentes. Ativador de certas enzimas. Por exemplo : enzimas da coagulação .
3
Triose
4
Tetrose
Magnésio Faz parte da molécula de clorofila; é 2+ ( Mg ) necessário, portanto , à fotossíntese.
5
Pentose
6
Hexose
7
Heptose
Cálcio 2+ (Ca )
Ferro 2+ (Fe )
Presente na hemoglobina do sangue, pigmento fundamental para o transporte de oxigênio. Componente de substâncias importantes na respiração e na fotossíntese (citocromos e ferrodoxina).
Sódio + (Na )
Tem concentração intracelular sempre mais baixa que nos líquidos externos. A membrana plasmática, por transporte ativo, constantemente bombeia o sódio, que tende a penetrar por difusão. Importante componente da concentração osmótica do sangue juntamente com o K .
Potássio + (K )
É mais abundante dentro das células que fora delas. Por transporte ativo, a membrana plasmática absorve o potássio do meio externo. Os íons sódio e potássio estão envolvidos nos fenômenos elétricos que ocorrem na membrana plasmática, na concentração muscular e na condução nervosa.
Fosfato -3 (PO4 )
Componente dos ossos e dentes. Está no ATP, molécula energética das atividades celulares. É parte integrante do DNA e RNA, no código genético.
Cloro (Cl )
Componente dos neurônios (transmissão de impulsos nervosos ).
Iodo (I )
Entra na formação tireoideanos.
de
A junção de dois monossacarídeos dá origem a um dissacarídeo.Ex. sacarose. Quando temos muitos monossacarídeos ligados, ocorre a formação de um polissacarídeo, tal como o amido, o glicogênio, a celulose, a quitina, etc. Os glicídios são a fonte primária de energia para as atividades celulares, podendo também apresentar funções estruturais, isto é, formar estruturas celulares. Enquanto as plantas produzem seus próprios carboidratos, os animais incorporam-nos através do processo de nutrição.
hormônios
Metabolismo Anabolismo - reações químicas de síntese, que "juntando"moléculas simples produzem moléculas maiores Catabolismoreações químicas de análise (decomposição) que "quebrando" moléculas grandes separam suas unidades menores
Glicídios Os glicídios são também conhecidos como açúcares, sacarídeos, carboidratos ou hidratos de carbono. São moléculas compostas principalmente de: carbono, hidrogênio, oxigênio. Os açúcares mais simples são
Lipídios A principal propriedade deste grupo de substâncias é o fato de serem insolúveis em água. Essas substâncias são formadas por C, H e O, mas em proporções diferentes da dos carboidratos. Fazem parte deste grupo as gorduras, os óleos, as ceras e os esteróides. As gorduras e os óleos formam o grupo dos triglicerídios, pois, por hidrólise, ambos
liberam um álcool chamado glicerol e 3 "moléculas" de ácidos graxos. O ácido graxo pode ser saturado ou insaturado. O saturado é aquele onde há somente ligações simples entre os átomos de carbono, como por exemplo, o ácido palmítico e o ácido esteárico. O ácido graxo insaturado possui uma ou mais ligações duplas entre os carbonos, como, por exemplo, o ácido oléico. R = 10 ou mais átomos de carbono.
Um lipídio é chamado "gordura" quando está no estado sólido à temperatura ambiente; caso esteja no estado líquido será denominado "óleo". As ceras são duras à temperatura ambiente e macias quando são aquecidas. As ceras, por hidrólise, liberam "uma" molécula de álcool e ácidos graxos, ambos de cadeia longa. Os esteróides são lipídios de cadeia complexa. Como exemplo pode-se citar o colesterol e alguns hormônios: estrógenos, testosterona.
Proteínas São os principais constituintes estruturais das células. Elas têm três papéis fundamentais: 1º - estruturam a matéria viva(função plástica), formando as fibras dos tecidos; 2º - aceleram as reações químicas celulares (catálise) - neste caso as proteínas são chamadas de enzimas (catalisadores orgânicos); 3º funcionam como elementos de defesa (anticorpos). As proteínas são macromoléculas orgânicas formadas pela junção de muitos aminoácidos (AMINOÁCIDOS). Os aminoácidos são as unidades (monômeros) que constituem as proteínas (polímeros). Qualquer aminoácido contém um grupo carboxila e um grupo amina.
Funções dos lipídios nos seres vivos. a) são constituintes da membrana plasmática e de todas as membranas internas da célula (fosfolipídios); b) fornecem energia quando oxidados pelas células. São normalmente usados como reserva energética;
A fórmula geral de um aminoácido está representada abaixo:
c) fazem parte da estrutura de algumas vitaminas (A, D, E e K); d) originam alguns progesterona, etc.);
hormônios
(andrógenos,
e) ajudam na proteção, pois as ceras são encontradas na pele, nos pêlos, nas penas, nas folhas, impedindo a desidratação dessas estruturas, através de um efeito impermeabilizante.
A ligação química entre dois aminoácidos chama-se ligação peptídica, e acontece sempre entre o C do radical ácido de um aminoácido e o N do radical amina do outro aminoácido.
Apesar de existirem somente 20 aminoácidos, o número de proteínas possível é praticamente infinito.
Quando a ligação ocorre entre dois aminoácidos chamamos a molécula formada de dipeptídio. Quando ocorre com três aminoácidos chamamos de tripeptídeo. Acima de quatro aminoácidos a molécula é chamada de polipeptídio. As proteínas são sempre polipeptídios (costuma ter acima de 80 aminoácidos). Existem vinte tipos diferentes de aminoácidos que fazem parte das proteínas. Um mesmo aminoácido pode aparecer várias vezes na mesma molécula.
Aminoácidos essenciais
Aminoácidos não essenciais
Histidina (HIS)
Alanina (Ala)
Isoleucina (Iso)
Arginina (Arg)
Leucina (Leu)
Asparagina (Asn)
Lisina (Lis)
Ácido aspártico (Asp)
Metionina (Met)
Cisteína (Cis)
Fenilalanina (Fen)
Ácido glutâmico (Glu)
Treonina (Tre)
Glicina (Gli)
Triptofano (Tri)
Glutamina (Gln)
Valina (Val)
Prolina (Pro) Serina (Ser) Tirosina (Tir)
Existem vinte tipos diferentes de aminoácidos que fazem parte das proteínas. Um mesmo aminoácido pode aparecer várias vezes na mesma molécula. Parte desses aminoácidos são essenciais (precisam ser obtidos da alimentação), a partir dos quais o organismo pode sintetizar todos os demais (aminoácidos naturais). O que diferencia um aminoácido de outro é o radical R se o número de aminoácidos, que formam determinada molécula, for superior a 80, convencionalmente, ela será chamada de proteína.
As proteínas diferem entre si devido: a) a quantidade de aminoácidos na molécula, b) os tipos de aminoácidos, c) a seqüência dos aminoácidos na molécula. Duas proteínas podem ter os mesmos aminoácidos nas mesmas quantidades, porém se a seqüência dos aminoácidos for diferente, as proteínas serão diferentes. A seqüência dos aminoácidos na cadeia polipeptídica é o que chamamos de estrutura primária da proteína. Se a estrutura primária de uma proteína for mudada, a proteína é mudada. A estrutura primária é importante para a forma espacial da proteína. O fio protéico (estrutura primária) não fica esticado, mas sim enrolado como um fio de telefone (forma helicoidal), devido à projeção espacial da ligação peptídica.Essa forma é chamada de estrutura secundária. Em muitas proteínas, a própria hélice (estrutura secundária) sofre dobramento sobre si mesma, adquirindo forma globosa chamada de estrutura terciária. É essa estrutura terciária (espacial = tridimensional) que determina a função biologicamente ativa, fazendo a proteína trabalhar como enzima, anticorpo, etc. Vários fatores tais como, temperatura, grau de acidez (pH), concentração de sais e outros podem alterar a estrutura espacial de uma proteína, sem alterar a sua estrutura primária. Este fenômeno é chamado de desnaturação.
Uma das funções das proteínas é a função estrutural, pois fazem parte da arquitetura das células e tecidos dos organismos.
PROTEÍNAS ESTRUTURAIS PROTEÍNA
Colágeno
Queratina
Actina miosina Albumina
PAPEL BIOLÓGICO Proteína presente nos ossos, cartilagens e tendões, e também na pele. Aumenta a resistência desses tecidos à tração. Recobre a superfície da pele dos vertebrados terrestres. É o mais abundante componente de unhas, garras, corpos, bicos e pêlos dos vertebrados. Impermeabilizando as superfícies corpóreas, diminuindo a desidratação.
e Principais constituintes do músculo. Responsáveis pela contratilidade do músculo. Proteína mais abundante do plasma sangüíneo, conferindo-lhe viscosidade, pressão osmótica e função tampão.
ENZIMAS Além da função estrutural as proteínas atuam como catalisadoras das reações químicas que ocorrem nas células. São as enzimas. A maior parte das informações contidas no DNA dos organismos, é referente à fabricação de enzimas. Cada reação que ocorre na célula necessita de uma enzima específica, isto é, uma mesma enzima não catalisa duas reações diferentes. A especificidade das enzimas é explicada pelo modelo da chave (reagente) e fechadura (enzima). A forma espacial da enzima deve ser complementar à forma espacial dos reagentes (substratos). As enzimas não são descartáveis, uma enzima pode ser usada diversas vezes. A desnaturação de uma enzima implica na sua inatividade, pois perdendo sua forma espacial ela não consegue mais se encaixar ao seu substrato específico.
Hemoglobina Proteína presente nas hemácias. Relacionada ao transporte de gases pelas células vermelhas do sangue. ESTRUTURAS PROTÉICAS
O inibidor enzimático tem forma semelhante ao substrato (reagente). Encaixando-se na enzima, bloqueia a entrada do substrato, inibindo a reação química. A temperatura é um fator importante na velocidade da atividade enzimática. A velocidade da reação enzimática aumenta com o aumento da temperatura até certo limite, então a velocidade diminui bruscamente. Para cada tipo de enzima existe uma temperatura ótima. Para os seres humanos, a maioria
das enzimas tem sua temperatura ótima de funcionamento entre 35 e 40º C. Muitas enzimas para poderem funcionar precisam de um "ajudante" chamado de co-fator. Os co-fatores podem ser íons metálicos, como o cobre, zinco e manganês. Se o co-fator é uma substância orgânica, ele é denominado coenzima. A maioria das vitaminas necessárias ao nosso organismo atua como coenzima.
Ácidos Nucléicos Durante a evolução da célula formou-se uma molécula, que hoje sabemos ser o ácido desoxirribonucléico (DNA ou ADN): molécula longa, formada pela junção de um grande número de nucleotídeos, e que contém a informação genética codificada. O DNA constitui uma espécie de código que determina o que uma célula tem. Além disso, o DNA é capaz de produzir uma cópia dele mesmo. Antes de entrarmos no estudo do DNA propriamente dito, faz-se necessária a compreensão de alguns conceitos sobre relação entre cromossomos e DNA.
Os cromossomos contêm os genes que por sua vez são formados por DNA (ácido desoxirribonucléico). Estes genes permitem a transmissão das informações genéticas de geração a geração. O material responsável pelo comando e coordenação de toda a atividade celular e pelas divisões celulares e transmissões das características hereditárias está representado nas células pelos cromossomos. Nas células procarióticas, o cromossomo é uma única molécula de um ácido nucléico, denominado ácido desoxirribonucléico, o DNA. Nas células eucarióticas, o cromossomo é formado por DNA associado a moléculas de histona, que são proteínas básicas. É na molécula de DNA que estão contidos os genes, responsáveis pelo comando da atividade celular e pelas características hereditárias. Cada molécula de DNA contém vários genes dispostos linearmente ao longo da molécula. Cada gene, quando em atividade, é transcrito em moléculas de outros ácidos nucléicos denominados ribonucléicos, que comandarão a síntese de proteínas. Nas células procarióticas, os cromossomos encontram-se imersos no próprio citoplasma formando uma estrutura denominada nuclóide. Nas células eucarióticas os cromossomos encontram-se separados do citoplasma pela membrana nuclear ou carioteca, em uma estrutura denominada núcleo. A presença de carioteca é uma característica típica das células eucarióticas, que as distingue das procarióticas. Além disso, as células procarióticas não apresentam organelas membranosas, como ocorre com as eucarióticas. A molécula de DNA é constituída por uma seqüência de nucleotídeos, que por sua vez é formado por três diferentes tipos de moléculas. Vemos, pois, a estrutura de um nucleotídeo
O grupo hidroxila do carbono-3 da pentose do primeiro nucleotídeo se liga ao grupo fosfato ligado a hidroxila do carbono-5 da pentose do segundo nucleotídeo através de uma ligação fosfodiéster
A orientação das ligações entre as três moléculas constituintes dos nucleotídeos é essencial para se determinar o sentido da dupla fita de DNA. A ligação entre a base nitrogenada e a pentose Esta ligação é feita covalentemente através de uma ligação N-glicosídica com a hidroxila ligada ao carbono-1 da pentose.
A ligação entre o grupo fosfato e a pentose Esta ligação é feita através de uma ligação fosfoéster com a hidroxila ligada ao carbono-5 da pentose
Para a formação da molécula de DNA é necessário que ocorra a ligação entre os nucleotídeos. Os nucleotídeos estão ligados covalentemente por ligações fosfodiéster formando entre si pontes de fosfato.
Devido a esta formação a cadeia de DNA fica com uma direção determinada, isto é, em uma extremidade temos livre a hidroxila do carbono-5 da primeira pentose e na outra temos livre a hidroxila do carbono3 da última pentose. Isto determina que o crescimento do DNA se faça na direção de 5' para 3' Sabendo-se como são feitas as ligações entre os nucleotídeos, formando assim a fita de DNA, podemos analisar a estrutura tridimensional do DNA. James Watson e Francis Crick postularam um modelo tridimensional para a estrutura do DNA baseando-se em estudos de difração de raios-X. O DNA consiste de duas cadeias helicoidais de DNA, enroladas ao longo de um mesmo eixo, formando uma dupla hélice de sentido rotacional à direita Ainda com base nestes estudos, concluiu-se que na dupla hélice as duas fitas de DNA estão em direção opostas, isto significa que são antiparalelas. O termo antiparalelo deve-se ao fato de que uma das fitas tem a direção exata da sua síntese (5'---3') enquanto que a outra está invertida (3'----5'). Esta conformação em fitas anti-paralelas levará à necessidade de mecanismos especiais para a replicação do DNA
Com base na estrutura de dupla hélice do DNA e nas características de hidrofobicidade das moléculas, a estrutura do DNA fica da seguinte forma: O grupo fosfato e o açúcar (parte hidrofílica) - estão localizados na parte externa da molécula. As bases nitrogenadas (parte hidrofóbica) - estão localizadas na parte interna da molécula. A relação espacial entre as duas fitas cria um sulco principal e um sulco secundário.
O pareamento das bases de cada fita se dá de maneira padronizada, sempre uma purina com uma pirimidina, especificamente: adenina com timina e citosina com guanina. A proximidade destas bases possibilita a formação de pontes de hidrogênio, sendo que adenina forma duas pontes de hidrogênio com a timina e a citosina forma três pontes com a guanina. A dupla hélice é mantida unida por duas forças: Por pontes de hidrogênio formadas pelas bases complementares Por interações hidrofóbicas, que forçam as bases a se "esconderem" dentro da dupla hélice. Estudos recentes mostram que existem duas formas de DNA com a hélice girando para a direita, chamadas A-DNA e B-DNA, e uma forma que gira para a esquerda chamada Z-DNA. A diferença entre as duas formas que giram para a direita está na distância necessária para fazer uma volta completa da hélice e no ângulo que as bases fazem com o eixo da hélice. B-DNA: Tem a dupla hélice mais longa e mais fina. Para completar uma volta na hélice são necessários 10 pares de bases. A-DNA: Tem a forma mais curta e mais grossa. Para completar uma volta na hélice são necessários 11 pares de bases. Em solução, geralmente o DNA assume a conformação B. Quando há pouca água disponível para interagir com a dupla hélice, o DNA assume a conformação A-DNA. Existe uma terceira forma de DNA que difere das duas anteriores, pois seu sentido de rotação é para a esquerda, este tipo de DNA é chamado de Z-DNA. Esta conformação é mais alongada e mais fina do que o B-DNA. Para completar uma volta na hélice são necessários 12 pares de bases. O DNA, em solução
com altas concentrações de cátions, assume a conformação Z-DNA. Em eucariotes o DNA tende a assumir a conformação Z-DNA devido a metilação do DNA. Duplicação do DNA Replicação do DNA é o processo de autoduplicação do material genético mantendo assim o padrão de herança ao longo das gerações. Duas teorias tentaram explicar a replicação do DNA: Teoria conservativa: Cada fita do DNA sofre duplicação e as fitas formadas sofrem pareamento resultando num novo DNA dupla fita, sem a participação das fitas "parentais" (fita nova com fita nova formam uma dupla hélice e fita velha com fita velha formam a outra dupla fita). Teoria semiconservativa: cada fita do DNA é duplicada formando uma fita híbrida, isto é, a fita velha pareia com a fita nova formando um novo DNA; de uma molécula de DNA formam-se duas outras iguais a ela. Cada DNA recém formado possui uma das cadeias da molécula mãe, por isso o nome semiconservativa
A molécula do DNA vai-se abrindo ao meio, por ação de uma enzima chamada DNA polimerase. Essa enzima quebra as ligações de pontes de hidrogênio existentes entre as duas bases nitrogenadas das cadeias complementares de nucleotídeos. Ao mesmo tempo em que o DNA polimerase vai abrindo a molécula de DNA, outra enzima chamada DNA ligase vai ligando um grupo de nucleotídeos que se pareiam com os nucleotídeos da molécula mãe. Além da capacidade de duplicação o DNA também é responsável pela síntese de outro ácido nucléico muito importante para a célula: o ácido ribonucléico ou RNA. Da mesma forma que o DNA, o RNA também é uma molécula grande formada por várias
partes menores chamadas nucleotídeos. Por isso dizse que tanto DNA como RNA são polinucleotídeos.
Mutações Gênicas Em 1941, os pesquisadores Beadle e Tatum, fazendo experiências com um tipo de bolor de pão, a Neurospora sp, observaram que nem sempre a autoduplicação do DNA ocorria de modo perfeito. O bolor crescia num meio de cultura contendo açúcar e diversos sais inorgânicos. Seus esporos eram submetidos a raios X e alguns deles passavam depois a produzir bolores com novas características. Por exemplo, alguns perdiam a capacidade de fabricar lisina e só conseguiam sobreviver quando aquele aminoácido era acrescentado ao meio de cultura. Essa incapacidade foi relaciona com a falta de uma enzima necessária para a síntese de lisina. Concluíram, então, que os raios X teriam danificado a formação daquele tipo específico de enzima. Como a produção de uma enzima depende de informação codificada no DNA, a conclusão daqueles pesquisadores ficou conhecida como a relação "um gene - uma enzima". Atualmente, fala-se, com maior precisão, na relação "um gene - uma cadeia polipeptídica". A modificação genética induzida através dos raios X é conhecida como mutação. As mutações podem resultar de uma alteração na seqüência dos nucleotídeos, ou de quebras e mudanças de posição dos fragmentos da molécula de DNA. Portanto são mutações as alterações numéricas e estruturais dos cromossomos, que persistem através das autoduplicações, transmitindo-se às células-filhas. Existem também erros que ocorrem no RNA, no momento das transcrições ou das traduções, e afetam somente a própria célula. As mutações são produzidas por agentes mutagênicos, que compreendem principalmente vários tipos de radiação, dentre os quais os raios ultravioletas, os raios X e substâncias que interferem na autoduplicação do DNA ou na transcrição do RNAm, determinando erros nas seqüências dos nucleotídeos. A lista das substâncias mutagênicas tem aumentado muito nos últimos anos, sendo bastante conhecidos o gás mostarda, o ácido nitroso, a bromouracila, o formaldeído, a nicotina. Vários tipos de câncer podem ser produzidos por alterações ocorridas nos ácidos nucléicos; por isso os mesmos agentes mutagênicos podem ser também cancerígenos.
Síntese de RNA O RNA (ácido ribonucléico) é o ácido nucléico formado a partir de um modelo de DNA. O DNA não é molde direto da síntese de proteínas. Os moldes para síntese de proteínas são moléculas de RNA. Os vários tipos de RNA transcritos do DNA são responsáveis pela síntese de proteínas no citoplasma. Existem três tipos de RNAs: RNA mensageiro: Contêm a informação para a síntese de proteínas.
Os RNAm representam cerca de 4% do RNA celular total. RNA transportador: Transporta aminoácidos para que ocorra a síntese de proteínas.
Os RNAt correspondem a 10% do RNA total da célula, e são denominados de adaptadores.
RNA ribossômico: Componentes da maquinaria de síntese de proteínas presente nos ribossomos.
Os RNAr correspondem a 85 % do RNA total da célula, e são encontrados nos ribossomos (local onde ocorre a síntese protéica). Todas as formas de RNA são sintetizadas por enzimas (RNA polimerases) que obtêm informações em moldes de DNA. O RNAr é produzido pelo DNA da região organizadora do nucléolo e, associado a proteínas, vai constituir os nucléolos. Depois passa ao citoplasma para formar os ribossomos. O RNAm leva para o citoplasma as informações para a síntese das proteínas. Existe um tipo de RNAm para cada tipo de cadeia polipeptídica, que vai constituir uma proteína. O RNAm transporta a informação genética na forma de códons, copiados do DNA; um
códon consiste em uma seqüência de três nucleotídeos. O RNAt move-se do núcleo para o citoplasma, onde se liga a aminoácidos, e deslocando-se até os ribossomos. Apresenta regiões com pareamento de bases, que lhe conferem um aspecto de "trevo de três folhas". Cada molécula de RNAt apresenta uma extremidade que se liga a diferentes tipos de aminoácidos e uma região com uma seqüência de três nucleotídeos, o anticódon, que pode parear com um dos códons do RNAm.
Biossíntese das proteínas Os vários tipos de RNA, transcritos do DNA, que vão participar da síntese de proteínas, deslocam-se do núcleo para o citoplasma. O RNAr, inicialmente armazenado nos nucléolos, passa para o citoplasma e , associado a proteínas, forma os ribossomos, que se prendem às membranas do retículo endoplasmático. Os ribossomos dispõemse enfileirados, constituindo os polirribossomos ou polissomos, junto dos quais as proteínas vão ser sintetizadas. Cada polissomo é também denominado unidade de tradução, pois permite a síntese de um tipo de polipeptídio. O RNAm move-se para o citoplasma e vai ligar-se aos polirribossomos. Ele é formado por uma seqüência de trios de nucleotídeos, que correspondem a diferentes aminoácidos. Cada trio é um códon, e os diferentes códons determinam o tipo, o número e a posição dos aminoácidos na cadeia polipeptídica.
ESPECIALIZAÇÕES DA MEMBRANA Na membrana celular existem estruturas especializadas em aumentar a absorção de substância e a aderência entre as células ou para melhorar movimentos celulares. Algumas especializações são microvilosidades, desmossomos, interdigitações e glicocálix MICROVILOSIDADES São dobras da membrana plasmática na superfície da célula.Calcula-se que cada célula possua em média 3.000 microvilosidades. Como conseqüência, há um aumento apreciável da superfície da membrana em contato com o alimento. Isso permite, por exemplo, uma absorção muito mais eficiente do alimento ingerido
INTERDIGITAÇÕES O RNAt desloca-se para o citoplasma, onde se liga a aminoácidos, deslocando-os até pontos de síntese protéica. Numa determinada região, a molécula de RNAt apresenta um trio especial de nucleotídeos, o anticódon, correspondente a um códon do RNAm. Uma das extremidades da molécula de RNAt só se liga a um tipo de aminoácido.
São saliências e reentrâncias da membrana celular que se encaixam em estruturas complementares das células vizinhas. DESMOSSOMOS São áreas circulares escuras que ocorrem em determinados locais das membranas de duas células adjacentes. Têm a finalidade de aumentar a aderência, mantendo as células firmemente unidas.
alterações ocorridas nos dessas estruturas celulares.
componentes
básicos
Através do adequado conhecimento da composição e fisiologia da membrana poderemos compreender desde como as células se relacionam com o meio, como elas se comunicam, se diferenciam até como células doentes são originadas e recuperadas. Nesses tempos nos quais usamos medicamentos inteligentes e outras terapias moleculares de alta especificidade é muito importante elucidarmos os componentes aos quais parasitas e drogas se ligam antes de invadiram as nossas células A dupla camada de lipídios com 5nm de espessura contendo blocos protéicos mergulhados parcial ou totalmente e com mobilidade ao longo do plano da membrana, essa é a idéia da arquitetura da membrana ligada ao modelo do MOSAICO FLUIDO. Esse modelo que foi desenhado por observações indiretas, explica de modo satisfatório o comportamento elétrico e os transportes ativos e passivos das substâncias que atravessam as células. È aplicável ao movimento de gases, sólidos e líquidos hidro e lipossolúveis.
GLICOCÁLIX
A primeira estrutura que encontramos, sem precisar penetrar na célula. Ele pode ser comparado a uma "malha de lã", que protege a célula das agressões físicas e químicas do meio externo. Mas também mantém um microambiente adequado ao redor de cada célula, pois retém nutrientes e enzimas importantes para a célula. É formado, basicamente, por carboidratos e está presente na maioria das células animais. Funções: proteção, reconhecimento celular, estimula formação de anticorpos e aumenta adesão entre as células.
FISIOLOGIA DA MEMBRANA O estudo da superfície celular justifica-se plenamente quando tomamos conta do impressionante dinamismo que está associado às membranas biológicas e dos efeitos nocivos para as células e para o organismo, de
Podemos dizer que os lipídios favorecem o transporte passivo e as proteínas realizam a maioria dos transportes ativos e também os facilitados. Por serem moléculas ANFIPÁTICAS os FOSFOLIPÍDIOS dispõem-se espontaneamente em bicamadas permitindo a passagem tanto da água como a de solventes orgânicos. A fluidez promovida por esses lipídios, permite movimentos dos mesmos tanto ao longo de uma monocamada (mais freqüente), como de uma monocamada para outra – flip-flopmais raramente. A fluidez pode ser modificada pela alteração na composição lipídica de acordo com a variação da temperatura do meio. Os lipídios da membrana são sintetizados no Retículo Endoplasmático Liso e transportados para a superfície celular. Podemos afirmar que as proteínas são essencialmente a “impressão digital” da membrana celular e as funções mais refinadas realizadas pela superfície da célula são executadas por esses componentes. O teor de proteínas na membrana varia desde 20% até 80% e o mais comum é termos aproximadamente 50%. Embora o número absoluto de moléculas de proteínas seja inferior ao de lipídios elas são maiores e mais diversificadas. De acordo com o processo de diferenciação sofrido pela célula e portanto, dos genes que estão ativados as proteínas presentes nesta célula irão garantir forma e função específica à superfície.
Osmose Existem proteínas PERIFÉRICAS e INTEGRAIS. Algumas proteínas associam-se a cadeias oligossacarídicas ganhando assim, um papel informacional. O grau de penetração da proteína na bicamada lipídica determinará se a sua ação será restrita a um lado ou aos dois lados da membrana.
Transporte Passivo
(osmos= empurrar) É um fenômeno de difusão em presença de uma membrana semipermeável. Nele, duas soluções de concentrações diferentes estão separadas por uma membrana que é permeável ao solvente e praticamente insolúvel ao soluto. Há, então, passagem do solvente de onde está em maior quantidade (solução hipotônica) para onde está em menor quantidade (solução hipertônica).
Difusão Simples
Muitas substâncias penetram nas células ou delas saem por difusão passiva, isto é, como a distribuição do soluto tende a ser uniforme em todos os pontos do solvente, o soluto penetra na célula quando sua concentração é menor no interior celular do que no meio externo, e sai da célula no caso contrário. Neste processo não há consumo de energia. Ocorre a favor do gradiente.
Difusão Facilitada
- Algumas substâncias, como a glicose, galactose e alguns aminoácidos têm tamanho superior a 8 Angstrons, o que impede a sua passagem através dos poros. São, ainda, substâncias não solúveis em lipídios, o que também impede a sua difusão pela matriz lipídica da membrana. No entanto, estas substâncias passam através da matriz, por transporte passivo, contando, para isto, com o trabalho de proteínas carregadoras (proteínas transportadoras).
A célula vegetal, por sua vez é vulnerável aos ambientes hipertônicos. A saída da água contida no seu vacúolo, provoca uma diminuição do volume celular e, conseqüentemente, o afastamento da membrana plasmática relativamente à parece celular. Este fenômeno designa-se comumente por plasmólise.
TRANSPORTE ATIVO
Permite concentração de seus substratos contra gradientes de concentração ou de potencial eletroquímico Necessitam de energia, portanto relacionam-se com processos de metabolismo energético; inibidos por qualquer substâncias intermitente ao metabolismo
Transporte Ativo Primário Diretamente relacionado com metabolismo celular, utilizando ATP para energizar transporte ativo + + Na / K ATPase usa para intercambiar sódio e potássio
Transporte Ativo Secundário +
+
Gradiente de concentração criado pela Na / K ATPase leva a uma “reserva” de potencial químico utilizado por outras substâncias Absorção de glicose e aminoácidos pelo epitélio intestinal
mergulhadas estruturas consideradas vivas, os orgânulos do citoplasma. Citoesqueleto são fibras de proteínas finíssimas no hialoplasma.
Hialoplasma Quimicamente o hialoplasma é constituído de água e moléculas de proteína, formando uma dispersão que os químicos chamam de colóide. A região mais externa do citoplasma é o ectoplasma que é bastante viscoso. A parte interna do hialoplasma é o endoplasma ou citosol que é mais fluida e característica de colóide no estado de sol. Ciclose - É uma corrente citoplasmática orientada num certo sentido, sendo bem visível especialmente no endoplasma de muitas células vegetais. A velocidade da ciclose é aumentada pela elevação da luz e da temperatura. Movimento amebóide - É o movimento das amebas e dos glóbulos brancos que são capazes de formar pseudópodos. Tudo se passa como o pseudópode se destruísse na parte traseira e se reconstruísse na dianteira, dessa forma a ameba se locomove.
Retículo endoplasmático –
ENDOCITOSE/ EXOCITOSE Na endocitose, o movimento de partículas e moléculas grandes através da membrana a qual projeta-se emitindo pseudópodos. Pseudópodos fundem-se e englobam a partícula, formando uma vesícula fagocítica. Na exocitose, as partículas são exteriorizadas por endocitose reversa
Fagocitose de um paramécio por uma ameba
Citoplasma Os componentes do citoplasma O citoplasma é constituído por um material mais ou menos viscoso , chamado hialoplasma. Nele estão
Sistema de membranas duplas, lipoprotéicas que constituem às vezes, sacos achatados e, outras vezes túbulos. Conhecem-se dois tipos de retículos: O retículo endoplasmático liso, constituído apenas por membranas e o retículo endoplasmático rugoso que possui aderidos ao lado externo das membranas grânulos chamados ribossomos. O retículo endoplasmático liso tem algumas funções bem óbvias: 1. Facilitar reações enzimáticas - As enzimas ficam associadas as sua membrana. 2. Promover a síntese de lipídios na célula - O retículo produz triglicerídios, fosfolipídios e esteróides. 3. Transportar substâncias no interior da célula, desta para o meio e vice-versa - suas membranas se comunicam com a carioteca e a membrana plasmática movimentando-se. 3. Regular a pressão osmótica - o retículo para regular a pressão osmótica retira o hialoplasma e armazena substâncias em suas cavidades. 4. Armazena substâncias produzidas - Os vacúolos das células vegetais são partes hipertrofiadas do retículo dessas células onde armazenam: água, sais, açúcares e pigmentos. Quanto ao retículo rugoso além de desempenhar todas as funções do retículo liso ele ainda sintetiza proteínas, devido a presença de ribossomos.
Complexo de Golgi –
Ribossomos Podem ser encontrados livremente no hialoplasma, ou então presos uns aos outros por uma fita de RNA; neste caso são chamados polissomos ou polirribossomos. Cada ribossomo é constituído por duas subunidades. Quimicamente essas estruturas são constituídas por RNA e proteínas. Os ribossomos quando associados a uma fita de RNA , juntam os aminoácidos de citoplasma para formar cadeias de proteínas.
O complexo de Golgi de uma célula é constituído de várias unidades menores, os dictiossomos. Cada dictiossomo é composto por uma pilha de cinco ou mais sacos achatados, feitos de membrana dupla lipoprotéica, e disposto de forma regular. Nas bordas dos sacos podem ser observadas vesículas em processo de brotamento, se difere do retículo endoplasmático liso devido ao empilhamento regular dos sacos achatados enquanto os componentes do retículo se distribuem de forma irregular na célula. Os papéis do complexo de Golgi: Secreção da célula de ácino pancreático –que são pequenas estruturas glandulares que secretam as enzimas do suco pancreático. - Secreção de muco das células caliciformes do intestino - Na mucosa intestinal, existem células especiais em forma de cálice que produzem um liquido lubrificante e protetor, chamado muco. O muco é um material complexo, constituído principalmente por glicoproteínas (proteínas ligadas a polissacarídeos) - O complexo de Golgi também é responsável pela secreção da primeira parede que separa duas células vegetais em divisão. - O acrossomo do espermatozóide é secretado pelo complexo de Golgi. O complexo de Golgi origina os lisossomos, vesículas cheias de enzimas.
Pesquisas mostram que neurônios e fibras musculares são mais resistentes à apoptose porque sua perda seria danosa ao organismo. Já células substituídas com facilidade, como as do sangue, são mais propensas a morrer desse modo. A explicação para isso está no gene que codifica a proteína Bcl-2, que impede a apoptose em diversos tipos de célula, bloqueando a enzima caspase.
Lisossomo e seu papel São pequenas vesículas , que contém enzimas digestivas de todos os tipos. Essas enzimas digerem material que a célula engloba e, ocasionalmente, elementos da própria célula. As enzimas lisossômicas são produzidas no retículo rugoso, passam para o complexo de Golgi, onde são empacotadas e liberadas na forma de vesículas ( lisossomos primários). Quando uma partícula de alimentos é englobadas por endocitose, forma-se um vacúolo alimentar, um ou mais lisossomos fundem-se no fagossomo despejando enzimas digestivas nele, assim forma-se o vacúolo digestivo e as moléculas provenientes da digestão se fundem no citoplasma. O vacúolo cheio de resíduos é chamado de vacúolo residual.
Funções dos Lisossomos: a) Heterofágica: substancias que entram na célula e são digeridas pelos lisossomos. Ex: fagocitose e pinocitose b) Autofágica: Os lisossomos digerem estruturas da própria célula. Ex: organelas que perdem sua função e são digeridas ou em casos de subnutrição celular. c) Autólise: Os lisossomos rompem-se e matam as células como caso da silicose, doença pulmonar causada por inalação de pó de sílica, destruindo regiões do pulmão. O processo no qual a célula promove sua autodestruição de modo programado é chamado apoptose. Esse fenômeno é importante na embriogênese, no desenvolvimento do sistema imunológico e na diferenciação celular, entre outros. Na apoptose, as células encolhem e a cromatina é compactada, formando massas concentradas nas bordas do núcleo, que se parte, levando à formação de vesículas apoptóticas. Essas são fagocitadas por macrófagos antes que se desintegrem. Em indivíduos adultos, se a multiplicação das células não é compensada pelas perdas, os tecidos e órgãos crescem sem controle, levando ao câncer. Nas células estudadas, várias enzimas proteases, chamadas caspases, têm papel central na apoptose. Essas ativam proteínas tóxicas e destroem proteínas essenciais ou aquelas que protegem a célula da apoptose, levando à sua destruição.
Distúrbios no controle da apoptose podem levar a uma série de doenças. A apoptose excessiva pode causar doenças neurodegenerativas (mal de Alzheimer e mal de Parkinson) e osteoporose. Já a ausência de apoptose pode levar a doenças autoimunes, como lupus eritematoso sistêmico, infecções viróticas prolongadas (herpes vírus) e câncer.
Peroxissomos São estruturas em forma de vesículas, semelhantes ao lisossomos, contendo certas enzimas relacionadas a reações que envolvem oxigênio. Uma das enzimas é a catalase, que facilita a decomposição da água oxigenada em água e oxigênio. Além disso os grandes peroxissomos existentes nos rins e no fígado têm um importante papel na destruição de moléculas tóxicas.
Mitocôndrias São pequenos orgânulos existentes apenas em células eucariontes . A membrana interna da mitocôndria apresenta dobras chamadas cristas mitocondriais, No interior da mitocôndria é repleto de um material de consistência fluida, chamada matriz mitocondrial. O papel da mitocôndria é a liberação de energia indispensável para o trabalho celular.
CITOESQUELETO: Microfilamentos e microtúbulos Ao conjunto de filamentos que forma a rede hialoplasmática dá-se o nome de citoesqueleto. Os microfilamentos são constituídos de uma proteína chamada actina. Os microtúbulos são constituídos de uma proteína chamada tubulina. Há dois exemplos em que o citoesqueleto é bastante conhecido: na contração muscular, e no batimento dos cílios e flagelos.
Os Centríolos
Plastos São orgânulos citoplasmáticos exclusivo de células vegetais. Os plastos podem ser incolores (leucoplastos) ou possuir pigmentos. Os leucoplastos são relacionados com a reserva de alimentos . A coloração de muitos órgão vegetais, como flores frutas e folhas deve-se aos cromoplastos. Nos cloroplastos ocorre a fotossíntese os xantoplastos e os eritroplastos atuam com filamentos protetores.
Cloroplastos No interior do cloroplasto é preenchido com material amorfo , o estroma. Neste ficam mergulhadas lamelas, dispostas de maneira mais ou menos paralela ao eixo maior do cloroplasto. Perto das lamelas se encontra o tilacóide, que lembra pilhas de moedas. Cada pilha é chamada de granum. O conjunto deles se chama de grana. A clorofila fica concentrada principalmente nos grana.
São orgânulos citoplasmáticos encontrados em todas as células com exceção do organismos procariontes e dos vegetais que produzem fruto. Cada centríolo é formado por nove túbulos triplos ligados entre si formando um tipo de cilindro. Cada túbulo é um microtúbulo. Um diplossomo é dois centríolos dispostos perpendicularmente. Hoje sabemos que os centríolos originam os cílios e os flagelos, estruturas contráteis que possibilita movimentos.
Cílios e os flagelos São estruturas móveis, que podem ser encontradas tantos em unicelulares como em organismos complexos. Os cílios são numerosos e curtos e os flagelos são longos, existindo um, ou poucos numa célula. Papéis: mais importantes: permitir a locomoção da célula ou do organismo no meio líquido, bem como, possibilitar ao meio aquoso deslizar sobre a célula ou o organismo
Estrutura dos cílios e flagelos
inclusões denomina-se paraplasma. A seqüência das estruturas formadas durante a digestão intracelular é: Vacúolo alimentar, vacúolo digestivo e vacúolo residual. A diferença entre peroxissomos e lisossomos é que os peroxissomos liberam enzimas responsáveis à destruição de moléculas tóxicas que possuem oxigênio e lisossomos contém as enzimas se relacionam a digestão intracelular. Vacúolo autofágico é um verdadeiro vacúolo digestivo que fazem reciclagem e renovação do material celular.
Célula Eucariotica animal
Célula Eucariótica vegetal
Célula Procariótica bactéria
de
NÚCLEO CELULAR ESTRUTURA DO NÚCLEO
Os vacúolos Qualquer pedaço no citoplasma delimitado por um pedaço de membrana lipoprotéica. As variedades mais comuns são: Vacúolos relacionados com a digestão intracelular Vacúolos contráteis (ou pulsáteis) Vacúolos vegetais
Núcleo, o cérebro da célula. É ele que possui todas as informações genéticas, comanda e gerencia toda a célula. Dentro dele, está localizado um ácido chamado DNA (ácido desoxirribonucléico). Este, formado por uma dupla hélice de nucleotídeos (formado por uma molécula de açúcar ligada a uma molécula de ácido fosfórico e uma base nitrogenada. O DNA é responsável por toda e qualquer característica do ser vivo. É ele que manda fazer as proteínas, determina a forma da célula etc. No homem, o DNA é que diz de que cor será os olhos, o tamanho dos pés etc. O núcleo é composto por uma carioteca, cromatina, nucléolos. A carioteca é um tipo de membrana plasmática composta por duas membranas lipoprotéicas. Essa membrana possui vários poros em sua superfície. Esses são compostos por uma complexa estrutura protéica que funciona como uma válvula que escolhe que substância deve entrar e qual deve sair. A cromatina é um conjunto de fios formados por uma longa molécula de DNA associada a moléculas de histonas chamadas de cromossomos. É aonde parte das informações estão guardadas. Por último, o nucléolo é um corpo redondo e denso, constituído por proteínas, RNA e um pouco de DNA. É dentro dele que se forma os ribossomos, presentes em toda a célula.
As inclusões
suco Nucl
São formações não vivas existentes no citoplasma, como grãos de amido gotas de óleo. O conjunto de
crom membrana p
São filamentos nucleares formados por DNA e proteínas ao longo dos quais encontram-se distribuídas as unidades de fatores hereditários denominadas genes.
Componentes do Núcleo Interfásico
CROMONEMAS
Membrana Nuclear
São cromossomos longos, finos, desespiralizados, descondensados e não individualizados presentes no núcleo de uma célula em interfase.
sinonímia: carioteca, nucleolema ou cariolema Características: a) b) c) d) e) f)
Delgada • EUCROMATINA Elástica É a porção desespiralizada de um cromonema. Lipoprotéica Não se regenera quando lesada HETEROCROMATINA Presente som,ente quando a céula não está• se dividindo É a região espiralizada de um cromonema.
Suco Nuclear
sinonímia: matriz nuclear nucleoplasma carioplasma, nucleolinfa ou cariolinfa
CROMÁTIDES IRMÃS São cromátides de um mesmo cromossomo e que estão unidas através do centrômero.
ou
Características: É uma solução coloidal, com características semelhantes ao hialoplasma, especialmente rica em nucleotídeos e ácidos nucléicos Nucléolo Organela nuclear formada por proteínas, RNA e pequena quantidade de DNA. É sede da síntese de RNA ribossômico (RNAr). Esta ocorre nas regiões organizadoras de nucléolos presentes em determinados cromossomos. Não apresenta membrana envolvente. Só está presente quando a célula se encontra em interfase.
•
CENTRÔMERO Região que une as cromátides irmãs de um cromossomo duplicado e, através da qual ele irá prender-se às fibras do fuso durante a divisão celular.
Cromatina É o conjunto de cromossomos presentes no núcleo de uma célula em interfase.
eucromatina interfase heterocromatina
cromonema
cromátides
• CARIÓTIPO
CROMOSSOMOS
Exame que nos fornece informações sobre a quantidade, tamanho, forma e integridade dos cromossomos de um indivíduo
CARIÓTIPO MASCULINO: 44, XY
CÉLULAS DIPLÓIDES
São aquelas que possuem quantidade diplóide de cromossomos. Exs.: células somáticas de animais e plantas e algumas células germinativas de animais.
CÉLULAS HAPLÓIDES
CARIÓTIPO FEMININO: 44, XX
São aquelas que possuem quantidade haplóide de cromossomos. Exs.: células somáticas de algumas algas e fungos e algumas células germinativas de animais, entre as quais os gametas.
(n)
(n)
(2n) cromossomos homólogos
DIVISÃO CELULAR CICLO CELULAR - MEIOSE E MITOSE Sabemos que a reprodução é uma propriedade fundamental das células. As células se reproduzem através da duplicação de seus conteúdos e posterior divisão em duas células filhas, este processo é a garantia de uma sucessão contínua de células identicamente dotadas.
C L AS S I FI C AÇ Ã O
D OS
C R OM OS S OM OS
QU AN T O À P OS I Ç Ã O D O
(a) (b) (c) (d)
C E N T R ÔM E R O
Metacêntrico Sub-metacêntrico Acrocêntrico Telocêntrico
Em organismos unicelulares, existe uma pressão seletiva para que cada célula cresça e se divida o mais rápido possível, porque a reprodução celular é responsável pelo aumento do número de indivíduos. Nos organismos multicelulares, a produção de novas células através da duplicação permite a divisão do trabalho, no qual grupos de células tornam-se especializados em determinada função. Essa multiplicação celular porém, tem que ser regulada porque a formação de novas células tem que compensar a perda de células pelos tecidos adultos. 13
Um indivíduo adulto possui 10 x10 , todas derivadas de uma única célula, o óvulo fecundado. Mesmo em um organismo adulto, a multiplicação celular é um 13 processo contínuo. O homem possui 2,5x10 7 eritrócitos, cujo tempo de vida médio e de 10 segundos (120 dias) para manter esses níveis
constantes são necessárias 2, 5 milhões de novas células pôr segundo. Apesar de inúmeras variações existentes, os diferentes tipos celulares apresentam um nível de divisão tal que é ótimo para o organismo como um todo, porque o que interessa é a sobrevivência do organismo como um todo e não de uma célula individual. Como resultado as células de um organismo dividem -se em níveis diferentes. Algumas, como os neurônios nunca se dividem. Outras, como as epiteliais, dividem-se rápida e continuamente.
CICLO CELULAR OU CICLO DE DIVISÃO CELULAR O ciclo celular compreende os processos que ocorrem desde a formação de uma célula até sua própria divisão em duas células filhas. A principal característica é sua natureza cíclica. O estudo clássico da divisão celular estabelece duas etapas no ciclo celular; de um lado aquela em que a célula se divide originando duas células descendentes e que é caracterizada pela divisão do núcleo (mitose ) e a divisão do citoplasma (citocinese). A etapa seguinte, em que a célula não apresenta mudanças morfológicas, é compreendida no espaço entre duas divisões celulares sucessivas e foi denominada de interfase. Pôr muito tempo os citologistas preocuparam-se com o período de divisão, e a interfase era considerada como uma fase de repouso. Mais tarde observou-se, no entanto, que a interfase era uma fase de atividade biossintética intensa, durante a qual a célula duplica seu DNA e dobra de tamanho. O estudo do ciclo celular sofreu uma revolução nos últimos anos. No passado o ciclo era monitorado através de M.O e o foco de atenção era a segregação dos cromossomos que é a parte microscopicamente visível. Técnicas especiais de estudo como a radiautografia permitiram demonstrar que a duplicação do DNA ocorre em determinado período da interfase o que permitiu a divisão da interfase em 3 estágios sucessivos, G1, S e G2, o que compreende em geral cerca de 90% do tempo do ciclo celular. Onde G1 compreende o tempo decorrido entre o final da mitose e inicio da síntese. O período S corresponde ao período de duplicação do DNA e o período G2, o período entre o final da síntese e o inicio da mitose. PERÍODO G1: Este período se caracteriza por uma intensa síntese de RNA e proteínas, ocorrendo um marcante aumento do citoplasma da célula - filha recém formada. É nesta fase que se refaz o citoplasma, dividido durante a mitose. No período G1 a cromatina esta esticada e não distinguível como cromossomos individualizados ao MO. Este é o estágio mais variável em termos de tempo. Pode durar horas, meses ou anos. Nos tecidos de rápida renovação, cujas células estão constantemente em divisão, o período G1 é curto; como exemplo temos o epitélio que reveste o intestino delgado, que se renova a cada três dias. Outro tecido com proliferação intensa é a medula óssea, onde se
formam hemácias e certos glóbulos brancos do sangue. Todos estes tecidos são extremamente sensíveis aos tratamentos que afetam a replicação do DNA (drogas e radiações), razão pela qual são os primeiros a lesados nos tratamentos pela quimioterapia do câncer ou na radioterapia em geral. Outros tecidos não manifestam tão rapidamente lesões por apresentarem proliferação mais lenta, tal como ocorre na epiderme (20 dias) e no testículo (64 dias). Tecidos cujas células se reproduzem muito raramente, como a fibra muscular, ou que nunca se dividem, como os neurônios do tecido nervoso, o ciclo celular está interrompido em G1 em um ponto específico denominado G0. PERÍODO S: Este é o período de síntese. Inicialmente a célula aumenta a quantidade de DNA polimerase e RNA e duplica seu DNA. As duas cadeias que constituem a dupla hélice separam-se e cada nucleotídeo serve de molde para a síntese de uma nova molécula de DNA devido a polimerização de desoxirribonucleotídeos sobre o molde da cadeia inicial, graças a atividade da DNA polimerase. Esta duplicação obedece o pareamento de bases onde A pareia com T e C com G e como resultado teremos uma molécula filha que é a replica da molécula original. A célula agora possui o dobro de quantidade de DNA. O estudo das alterações provocadas no DNA por radiações ultravioletas ou raio X, demonstrou que nem sempre o efeito dessas radiações era letal. A analise deste fenômeno levou ao conhecimento de vários tipos de mecanismos de reparação do DNA das células. Nas células normais as alterações produzidas por radiações são reparadas antes de terem tempo de se transmitirem às células - filhas. Este sistema possui grande importância na seleção evolutiva das espécies, pois teria uma condição essencial para o desenvolvimento de organismos com quantidades cada vez maiores de DNA e com maior número de células. PERÍODO G2: O período G2 representa um tempo adicional para o crescimento celular, de maneira que a célula possa assegurar uma completa replicação do DNA antes da mitose. Neste período ocorre uma discreta síntese de RNA e proteínas essenciais para o inicio da mitose. É considerado o segundo período de crescimento. Apesar desta divisão nos períodos de crescimento, atualmente sabe-se que ele é um processo continuo, sendo interrompido apenas brevemente no período de mitose. A célula agora esta preparada para a mitose, que é a fase final e microscopicamente visível do ciclo celular.
CONTROLE DO CICLO CELULAR O ciclo celular é regulado pela interação de proteínas. Essas proteínas compõem o Sistema de Controle que conduz e coordena o desenvolvimento do ciclo celular. Essas proteínas surgiram a bilhões de anos e tem sido conservadas e transferidas de célula para
célula ao longo da evolução O ciclo celular em organismos multicelulares, é controlado por proteínas altamente específicas, denominadas de fatores de crescimento. Os fatores de crescimento regulam a proliferação celular através de uma rede complexa de cascatas bioquímicas que por sua vez regulam a transcrição gênica e a montagem e desmontagem de um sistema de controle. São conhecidas cerca de 50 proteínas que atuam como fatores de crescimento, liberados por várias tipos celulares. Para cada tipo de fator de crescimento, há um receptor específico, os quais algumas células expressam na sua superfície e outras não. Os fatores de crescimento podem ser divididos em duas grandes classes: 1) Os fatores de crescimento de ampla especificidade, que afetam muitas classes de células, como por exemplo o PDGF (fator de crescimento derivado das plaquetas) e o EGF (fator de crescimento epidérmico). A segunda classe de fatores de crescimento são os estreita especificidade, que afetam células específicas. A proliferação celular depende, de uma combinação específica de fatores de crescimento. Alguns FC estão presentes na circulação, porém a maioria dos FC é originada das células da vizinhança da célula afetada e agem como mediadores locais. Os FC além de serem responsáveis pela regulação do crescimento e da divisão celular estão também envolvidos em outras funções como: sobrevivência, diferenciação e migração celular.
MITOSE A mitose (do grego: mitos = filamento) é um processo de divisão celular, característico de todas as células somáticas vegetais e animais. É um processo continuo que é dividido didaticamente em 5 fases: Prófase, metáfase, anáfase, telófase, nas quais ocorrem grande modificações no núcleo e no citoplasma. O desenvolvimento das sucessivas fases da mitose são dependentes dos componentes do aparelho mitótico
O aparelho mitótico é constituído pelos fusos, centríolos, ásteres e cromossomos. O áster é um grupo de microtúbulos irradiados que convergem em direção do centríolo. As fibras do fuso são constituídas por: 1. microtúbulos polares que se originam no pólo. 2. Microtúbulos cinetecóricos, que se originam nos cinetócoro 3. Microtúbulos livres. Cada cromossomo é composto por duas estruturas simétricas: as cromátides, cada uma delas contém uma única molécula de DNA. As cromátides estão ligadas entre si através do centrômero, que é uma região do cromossomo que se liga ao fuso mitótico, e se localiza num segmento mais fino denominado de constrição primária.
FASES DA MITOSE PROFÁSE: Nesta fase cada cromossomo é composto pôr 2 cromátides resultantes da duplicação do DNA no período S. Estas cromátides estão unidas pelos filamentos do centrômero. A prófase caracteriza-se pela contração dos cromossomos, que se tornam mais curtos e grossos devido ao processo de enrolamento ou helicoidização. Os nucléolos se desorganizam e os centríolos, que foram duplicados durante a interfase, migram um par para cada pólo celular. O citoesqueleto se desorganiza e seus elementos vão constituir -se no principal componente do fuso mitótico que inicia sua formação do lado de fora do núcleo. O fuso mitótico é uma estrutura bipolar composta por microtúbulos e proteínas associadas. O final da Prófase, também é denominada de pré-metáfase, sendo a principal característica desta fase, o desmembramento do envoltório nuclear em pequenas vesículas que se espalham pelo citoplasma. O fuso é formado por microtúbulos ancorados nos centrossomas e que crescem em todas as direções. Quando os MT dos centrossomos opostos interagem na Zona de sobreposição, proteínas especializadas estabilizam o crescimento dos MT.Os cinetócoros ligam-se na extremidade de crescimento dos MT. O fuso agora entra na região do nuclear e inicia-se o alinhamento dos cromossomos para o plano equatorial. METÁFASE: Nesta fase os cromossomos duplos ocupam o plano equatorial do aparelho mitótico. Os cromossomos adotam uma orientação radial, formando a placa equatorial. Os cinetócoros das duas cromátides estão voltados para os pólos opostos. Ocorre um equilíbrio de forças. ANÁFASE: Inicia-se quando os centrômeros tornamse funcionalmente duplos. Com a separação dos centrômeros, as cromátides separam-se e iniciam sua migração em direção aos pólos. O centrômero precede o resto da cromátide. Os cromossomos são puxados pelas fibras do fuso e assumem um formato característico em V ou L dependendo do tipo de cromossomo. A anáfase caracteriza-se pela migração
polar dos cromossomos. Os cromossomos movem-se na mesma velocidade cerca de 1 micrômetro por minuto. Dois movimentos podem ser distinguidos.: Os MT cinetecóricos encurtam quando os cromossomos aproximam-se dos pólos e TELÔFASE: A telófase inicia-se quando os cromosomos-filhos alcançam os pólos. Os MT cinetecóricos desaparecem e os MT polares alongamse. Os cromossomos começam a se desenrolar, num processo inverso a prófase. Estes cromossomos agrupam-se em massas de cromatina que são circundadas pôr cisternas de RE, os quais se fundem para formar um novo envoltório nuclear. CITOCINESE: Ë o processo de clivagem e separação do citoplasma. A citocinese tem inicio na anáfase e termina após a telófase com a formação das células filhas. Em células animais forma-se uma constrição, ao nível da zona equatorial da célula mãe, que progride e estrangula o citoplasma. Esta constrição é devida a interação molecular de actina e miosina e microtúbulos. Como resultado de uma divisão mitótica teremos 2 células filhas com numero de cromossomos iguais a da célula mãe.
ANÁFASE
TELÓFASE
FASES DA MITOSE EM MICORSCÓPIO ÓPTICO
PRÓFASE
METÁFASE
durante a metáfase e anáfase; com a telófase reiniciase a síntese de RNA e no final desta etapa, com o começo de G1, se restaura a intensidade de síntese de proteínas. É fácil compreender a queda de síntese de RNA que caracteriza a mitose, pois a condensação da cromatina para formar cromossomos deve bloquear a possibilidade de transcrição.
MEIOSE
ATIVIDADE DE SÍNTESE NO CICLO CELULAR O conteúdo de proteínas total de uma célula típica aumenta mais ou menos continuamente durante o ciclo. Da mesma maneira a síntese de RNA continua constante, com exceção da Fase M, a maioria das proteínas são sintetizadas durante as diferentes fases do ciclo, portanto o crescimento é um processo contínuo e constante, interrompido brevemente na fase M, quando o núcleo e a célula se dividem. O período mitótico caracteriza-se pela baixa atividade bioquímica; durante este período a maior parte da atividades metabólicas, e em especial a síntese de macromoléculas, esta deprimida. Neste sentido não se observou nenhuma síntese de DNA durante o período mitótico, enquanto que a intensidade da síntese de RNA e proteínas se reduz de maneira marcante na prófase, mantendo-se em níveis mínimos
Organismos simples podem reproduzir-se através de divisões simples. Este tipo de reprodução assexuada é simples e direta e produz organismos geneticamente iguais. A reprodução sexual por sua vez, envolve uma mistura de genomas de 2 indivíduos, para produzir um indivíduo que diferem geneticamente de seus parentais. O ciclo reprodutivo sexual envolve a alternância de gerações de células haplóides, com gerações de células diplóides. A mistura de genomas é realizada pela fusão de células haplóides que formam células diplóides. Posteriormente novas células diplóides são geradas quando os descendentes de células diplóides se dividem pelo processo de meiose. Com exceção dos cromossomos que determinam o sexo, um núcleo de célula diplóide contém 2 versões similares de cada cromossomo autossomo, um cromossomo paterno e 1 cromossomo materno. Essas duas versões são chamadas de homologas, e na maioria das células possuem existência como cromossomos independentes. Essas duas versões são denominadas de homólogos. Quando o DNA é duplicado pelo processo de replicação, cada um desses cromossomos é replicado dando origem as cromátides que são então separadas durante a anáfase e migram para os pólos celulares. Desta maneira cada célula filha recebe uma cópia do cromossomo paterno e uma cópia do cromossomo materno. Vimos que a mitose resulta em células com o mesmo número de cromossomos, se ocorre - se a fusão dessas células, teríamos como resultado células com o dobro de cromossomos e isso ocorreria em progressão. Exemplificando: O homem possui 46 cromossomos, a fusão resultaria em uma célula com 92 cromossomos. A meiose desenvolveu-se para evitar essa progressão. A meiose (meioum = diminuir ) ocorre nas células produtoras de gametas. Os gametas masculinos e femininos (espermatozóides e óvulos) que são produzidos nos testículos e ovários respectivamente as gônadas femininas e masculinas. Os gametas se originam de células denominadas espermatogônias e ovogônias. A meiose é precedida por um período de interfase ( G1, S, G2 ) com eventos semelhantes aos observados na mitose. As espermatogônias e ovogônias, que são células diplóides, sofrem sucessivas divisões mitóticas. As células filhas dessas células desenvolvem ciclo celular, e num determinado
momento da fase G2 do ciclo celular ocorrem alterações que levam as células a entrar em meiose e darem origem a células haplóides ou seja células que possuem a metade do número (n) de cromossomos da espécie. A regulação do processo meiótico iniciase durante a fase mitótica, onde se observam: 1) Período S longo; 2) aumento do volume nuclear. Experimentalmente demonstra-se que eventos decisivos ocorrem em G2, devido a ativação de sítios únicos para a meiose. Podemos definir meiose como sendo o processo pelo qual número de cromossomos é reduzido a metade. Na meiose o cromossomo produzido possui apenas a metade do número de cromossomos, ou seja somente um cromossomo no lugar de um par de homólogos. O gameta é dotado de uma cópia do cromossomo materno ou paterno. A meiose é um processo que envolve 2 divisões celulares com somente uma duplicação de cromossomos.
Fases da Meiose A meiose ocorre apenas nas células das linhagens germinativas (masculina e feminina) e é constituída por duas divisões celulares: Meiose I e Meiose II.
pares, ocorrendo permuta (crossing-over) de material genético entre eles.
Vários estágios são definidos durante esta fase: Leptóteno, Zigóteno, Paquíteno, Diplóteno e Diacinese. •
INTERFASE • Antes do início da meiose I as células passam por um processo semelhante ao que ocorre durante a interfase das células somáticas. Os núcleos passam pelo intervalo G1, que precede o período de síntese de DNA, período S, quando o teor de DNA é duplicado, e pelo intervalo G2.
•
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Meiose I A meiose I é subdividida em quatro fases, denominadas: Prófase I, Metáfase I, Anáfase I, Telófase I
PRÓFASE I A prófase I é de longa duração e muito complexa. Os cromossomos homólogos se associam formando
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Leptóteno Os cromossomos tornam-se visíveis como delgados fios que começam a se condensar, mas ainda formam um denso emaranhado. Nesta fase inicial , as duas cromátides- irmãs de cada cromossomo estão alinhadas tão intimamente que não são distinguíveis. Zigóteno Os cromossomos homólogos começam a combinar-se estreitamente ao longo de toda a sua extensão. O processo de pareamento ou sinapse é muito preciso. Paquíteno Os cromossomos tornam-se bem mais espiralados. O pareamento é completo e cada par de homólogos aparece como um bivalente ( às vezes denominados tétrade porque contém quatro cromátides) Neste estágio ocorre o crossing-over, ou seja, a troca de segmentos homólogos entre cromátides não irmãs de um par de cromossomos homólogos. Diplóteno Ocorre o afastamento dos cromossomos homólogos que constituem os bivalentes. Embora os cromossomos homólogos se separem, seus centrômeros permanecem intactos, de modo que cada conjunto de cromátides-irmãs continua ligado inicialmente. Depois, os dois homólogos de cada bivalente mantêm-se unidos apenas nos pontos denominados quiasmas (cruzes). Diacinese Neste estágio os cromossomos atingem a condensação máxima.
METÁFASE I Há o desaparecimento da membrana nuclear. Formase um fuso e os cromossomos pareados se alinham no plano equatorial da célula com seus centrômeros orientados para pólos diferentes.
perdem a sua condensação durante a telófase I. Assim, depois da formação do fuso e do desaparecimento da membrana nuclear, as células resultantes entram logo na metáfase II.
ANÁFASE I Os dois membros de cada bivalente se separam e seus respectivos centrômeros com as cromátidesirmãs fixadas são puxados para pólos opostos da célula. Os bivalentes distribuem-se independentemente uns dos outros e, em conseqüência, os conjuntos paterno e materno originais são separados em combinações aleatórias.
TELÓFASE I Nesta fase os dois conjuntos haplóides de cromossomos se agrupam nos pólos opostos da célula.
Meiose II A meiose II tem início nas células resultantes da telófase I, sem que ocorra a interfase. A meiose II também é constituída por quatro fases:
PRÓFASE II É bem simplificada, visto que os cromossomos não
METÁFASE II Os 23 cromossomos subdivididos em duas cromátides unidas por um centrômero prendem-se ao fuso.
ANÁFASE II Após a divisão dos centrômeros as cromátides de cada cromossomo migram para pólos opostos.
TELÓFASE II Forma-se uma membrana nuclear ao redor de cada conjunto de cromátides