CAPÍTULO 1
FUNDAMENTOS DE BIOLOGIA
CELULAR E DO DESENVOLVIMENTO
Profa.Ivana BM Cruz, UFSM - 2011
Padrão de Organização dos
Seres Vivos
• Auto-criação (autopoiése)
• Reprodução
• Manutenção da constância do ambiente
interno (homeostase) e do reparo
AUTO-CRIAÇÃO
REPRODUÇÃO
HOMEOSTASE
MACRO-MOLÉCULAS
FUNDAMENTAIS DOS SERES VIVOS
Alimentos
Carboidratos
Glicose
-Produção de energia: glicose
-Armazenamento de energia:
Glicose- Sangue
Glicogênio – Músculos
Fígado
Fonte carboidratos (glicose):
-Dieta
-Produzida pelo organismo
UNIDADE
MACRO-MOLÉCULAS
FUNDAMENTAIS DOS SERES VIVOS
Lipídios
Principais moléculas
Ácidos graxos
-Triglicerídeos
-Colesterol
Moléculas
mais heterogêneas
Participam:
- Membrana Plasmática
- A partir do colesterol são sintetizados
todos os hormônios esteróides do corpo
como o estrogênio, testosterona, vitamina D,
etc.
MACRO-MOLÉCULAS
FUNDAMENTAIS DOS SERES VIVOS
Proteínas
Unidade fudamental:
Aminoácidos
Cadeia de
aminoácidos
Molécula fundamental na estrutura celular do ser vivo
Alimentos
MACRO-MOLÉCULAS
FUNDAMENTAIS DOS SERES VIVOS
20 AMINOÁCIDOS
AMINOÁCIDOS ESSENCIAIS: não sintetizamos
arginina, fenilalanina, isoleucina, leucina,
lisina, metionina, serina, treonina, triptofano,
Proteínas
histidina e valina
AMINOÁCIDOS NÃO-ESSENCIAIS
alanina, asparagina, cisteína, glicina,
glutamina, prolina, tirosina, ácido aspártico,
ácido glutâmico
MACRO-MOLÉCULAS
FUNDAMENTAIS DOS SERES VIVOS
Ácidos Nucleícos: DNA & RNAs
ORGANIZAÇÃO DOS SERES
VIVOS MULTICELULARES
Moléculas
Tecidos
Órgãos
Sistemas
Corporais
Organismos
ECOLOGIA
Populações
Ecossistema
de diferentes
Espécies
Biosfera
EMBRIOLOGIA
Células
Formação
QUÍMICA
BIOLOGIA
CELULAR
HISTOLOGIA
ANATOMIA
FISIOLOGIA
GENÉTICA
NÍVEIS DE ORGNIZAÇÃO
DOS SERES VIVOS
Átomos
CÉLULAS E TECIDOS
Membrana Celular
Membrana Celular: funções
- Delimitação (isolamento físico) da célula em relação ao ambiente
que a rodeia;
-Regulação das trocas químicas ou físicas entre o interior da célula
e o ambiente externos;
-Comunicação entre as células e o seu meio ambiente;
-Suporte estrutural para que as células formem os tecidos corporais
-Delimitação de ambientes específicos intracelulares que possuem
funções diferenciadas (organelas).
Membrana Celular
Fonte: Silverthorn, 2002
Membrana Celular
Membrana celular: estrutura
Membrana celular: proteínas
Membrana celular: proteínas
Membrana celular: proteínas
Membrana celular: proteínas
Membrana celular: proteínas
Membrana celular: proteínas
Membrana celular: proteínas
Membrana celular: proteínas
Movimento através da membrana
Membrana: comunicação célulacélula
-Existem dois tipos de sinais: químicos ou elétricos
-Existem três processos de comunicação:
(1) transferência citoplasmática de sinais
químicos/elétricos via junções comunicantes
(2) comunicação local de substâncias que
se difundem através do líquido extracelular
(3) comunicação a longa distância: hormônios
Fonte: Silverthorn, 2002
Membrana: comunicação célulacélula
Membrana: comunicação célulacélula
Membrana: comunicação célulacélula
Membrana: comunicação célulacélula
Membrana: comunicação célulacélula
CITOSOL E ORGANELAS
CITOSOL E ORGANELAS
PRINCIPAIS FUNÇÕES DO CITOESQUELETO
Determina a forma das células
Estabiliza a posição das organelas dentro do
citoplasma
Auxilia no transporte de moléculas para dentro
e para fora da célula
Auxilia na manutenção da célula em um local
do tecido
Permite o movimento de algumas células através
do corpo
CITOSOL E ORGANELAS
CITOSOL E ORGANELAS
CITOSOL E ORGANELAS
CITOSOL E ORGANELAS
CITOSOL E ORGANELAS
CITOSOL E ORGANELAS
MATRIZ EXTRACELULAR
Material sintetizado que e secretado pelas células
de um tecido
Serve como sustentação do tecido e
atua na manutenção da homeostase corporal
A quantidade de matriz extracelular
As moléculas que compõe a matriz extracelular
Altamente variáveis e dependente
do tipo de tecido
CICLO CELULAR
1
SENESCÊNCIA CELULAR
2
3
n
LIMITE DE HAYFLICK
+ 50 DIVISÕES
CICLO CELULAR
MITOSE
G2
G1
S
n=50
ENVELHECIMENTO CELULAR
MITOSE
G2
G1
n ~ 50
S
Modificações
Estruturais e
funcionais
-Cessa a proliferação
- Célula cresce
Revisando…
Proteção aos genes
que estão nos cromossomos
Estrutura telomérica
Telômero possui uma
simples molécula de DNA
(TTAGGG)n
Resto do cromossomo é
dupla fita
Cromossomo
ENCURTAMENTO TELOMÉRICO
Processos Fundamentais
da Diferenciação Celular
Divisão Celular
• Mitose
Prófase
Metáfase
Anáfase
Telófase
Interações Bioquímicas
• Moléculas bioquímicas modulam:
• regulação diferencial dos genes:
Genes funcionam conforme:
- células e estágio do desenvolvimento
Núcleo
Como ocorre o
desenvolvimento
corporal e a
manutenção
da homeostase se
todas as células
contém o mesmo
DNA?
Célula
DOGMA GENE-PROTEÍNA/RNA
Célula
DNA
5’ATTCGTTAGAGACCATTGGAT3’
3’TAAGCAATCTCTGGTAAGCTA5’
Núcleo
5’ATTCGTTAGAGACCATTGGAT3’
htRNA
Sliplicing
5’ATTCGTTACCATTGGAT3’
mRNA
Proteínas
ESTRUTURA DO GENE EUCARIÓTICO
GENE: DNA
Célula
DNA
5’ATTCGTTAGAGACCATTGGAT3’
EXON
EXON
EXON
3’TAAGCAATCTCTGGTAAGCTA5’
Núcleo
5’ATTCGTTAGAGACCATTGGAT3’
RNA
AUG
INTRON
Região
Promotora
5’ATTCGTTAGAGACCATTGGAT3’
Proteínas
RNA
Heterogêneo
UAA
INTRON
Transcrição
EXON
AUG
EXON
INTRON
Núcleo
EXON
UAA
INTRON
Splicing
Processamento
Citoplasma
mRNA
AUG
Tradução
Proteína
UAA
ESTRUTURA DO GENE EUCARIÓTICO
Inibição/
Estimulação
Região
Promotora
Modulação da Expressão
do gene
Estradiol
Testosterona
REGULAÇÃO DA EXPRESSÃO GÊNICA
Inibição/
Estimulação
Região
Promotora
Modulação da Expressão
do gene
Resveratrol
DIETA
BENEFÍCIO A SAÚDE
Regulação Gênica
Muitos processos biológicos ocorrem em todas
as células portanto a síntese de muitas proteínas
é igual
Algumas PROTEÍNAS são abundantes em tipos
Especializados de células apesar dos seus
Genes estarem em TODAS AS CÉLULAS
Regulação Gênica
Estudos sugerem que uma célula eucariótica
Expressa aproximadamente 10-20 mil genes
dos 30 mil genes que possui.
Regulação Gênica
A expressão de um gene é CONTROLADA
DNA
Controle transcricional
Rna heterogêneo
Controle splicing
mRNA (processamento)
Controle traducional
Proteína
Controle pós-síntese
Modificações pós-síntese
Regulação Gênica
A expressão de um gene é CONTROLADA
DNA
Controle transcricional
Rna heterogêneo
Controle splicing
mRNA (processamento)
Controle traducional
Proteína
Controle pós-síntese
Modificações pós-síntese
Movimento Celular
-Para a formação dos tecidos e órgãos
-Muitas células precisam se mover dentro do
embrião
-Este processo denomina-se:
-Movimento Celular ou Migração Celular
-Movimento celular é gerado por elementos
contráteis do citoesqueleto
-Principais proteínas associadas ao
movimento celular: integrinas e fibronectinas
Integrinas
Direção da migração
Filopódia
Contato focal
Parece que a migração celular é mediada por proteínas que são agrupadas
“Família Abelson de tirosina quinases- Abn Family”.
Adesão Celular
• Processo pelo qual as células ficam
aderidas em um determinado local do
corpo.
• Mediado por moléculas conhecidas como:
• CAM= moléculas células-adesivas
• (Cell Adhesive Molecules)
• Ex. Caderinas
Adesão Celular
Caderinas conectam uma célula na outra
Auxiliando na adesão a matriz extracelular
Morte Celular ProgramadaApotose
• Suícidio de determinadas linhagens
celulares ao longo da embriogênese,
ou de algumas células ao longo da vida
Morte Celular ProgramadaApotose
• Exemplo: formação dos dedos
BIOLOGIA CELULAR E O
CÂNCER
ESCAPE DA SENESCÊNCIA REPLICATIVA
CELULAR: CÂNCER
Causado pelo crescimento descontrolado de células que também
têm a capacidade de invadir outros tecidos e formar tumores
secundários (metástases)
O CÂNCER É UMA DOENÇA GENÉTICA
CAUSADO POR ACÚMULO DE
MUTAÇÕES
Ocorrem mutações no DNA
Ativam genes que estavam silenciados
Proto-oncogenes
Inativam genes que estavam ativos
Genes de supressão tumoral
Célula normal
1a Mutação
2a Mutação
3a Mutação
Célula
Maligna
(Câncer)
PRINCIPAIS ALTERAÇÕES MORFO-FUNCIONAIS
DA CÉLULA CANCEROSA
(1) DIVISÃO CELULAR
NEOPLASIA
Escape da senescência
celular
MITOSE
G1
G2
S
Número
Indefinido de
Mitoses
IMORTALIZAÇÃO
PRINCIPAL CAUSA DA IMORTALIZAÇÃO
RE-ATIVAÇÃO DA ENZIMA TELOMERASE
OS TELÔMEROS DA CÉLULA VOLTAM
A SER PRODUZIDOS
CÉLULA SE REPLICA INDEFINIDAMENTE
Imortalização
Linhagem celular
Imortal de
Henrietta Lacks
Mulher jovem com câncer cervical
(Adenocarcinoma)
Morreu em 1951
Células continuam a ser produzidas
e utilizadas por laboratórios no
mundo todo
CÉLULAS
HeLA
Utilizadas para estudos in vitro
sobre o câncer
(2) ALTERAÇÕES NAS INTERAÇÕES BIOQUÍMICAS
Citoesqueleto desorganizado: perda da forma celular
original
Menor quantidade de organelas
Menor tamanho celular
Núcleo fica proporcionalmente maior em relação
a célula
Perda da função celular
(2) Exemplo: câncer de colo do útero
Útero
Cervix
saudável
Esfregaço celular
(Exame Papanicolau)
Cervix
com
carcinoma
Célula saudável
(3) MOVIMENTO E ADESÃO CELULAR
(3) MOVIMENTO E ADESÃO CELULAR
Consequência principal: METÁSTASES
(3) MOVIMENTO E ADESÃO CELULAR
(4) APOPTOSE
Câncer – resistência a apoptose
células não desencadeiam a sua morte
Esta alteração está relacionada:
- com o inicio da carcinogênese
- com resistência de células cancerosas a
quimioterapia e a radioterapia
Mecanismos de resistência:
- inibição de proteínas pró-apoptóticas
Ex. p53
- expressão de proteínas pró-oncogênicas
Ex. survivinas
CONSIDERAÇÕES FINAIS
O padrão de auto-organização dos seres vivos,
em especial dos organismos multicelulares,
Envolve padrões cito-morfológicos e fisiológicos
Que garantem o seu desenvolvimento, processos
de regeneração/cicatrização, controle homeostático
e reprodução. Para tanto existem 05 processos
fundamentais
REFERÊNCIAS – BIBLIOGRÁFICAS E DE FIGURAS
JUNQUEIRA LC & CARNEIRO J. Histologia Básica. Guanabara-Koogan, Rio de Janeiro, 2004; 2008
KERR JB. Atlas de Histologia Funcional. Artes Médicas, Porto Alegre, 2000.
GARTNER Color Atlas Histology. Williams & Wilkins, Baltimore, 1994.
KIERSZENBAUM AL. Histologia e biologia celular: uma introdução a patologia. Elsevier, Rio de Janeiro.
2008.
COCHARD LR. Atlas de embriologia humana de Netter. Artmed, Porto Alegre, 2001.
DOYLE MJ. Embriologia humana, Atheneu, São Paulo, 2005.
MOORE K. Embriologia Clínica, Elsevier, Rio de Janeiro, 2008.
BREW MCC. Histologia geral para a odontologia, Guanabara-Koogan, Rio de Janeiro, 2003.
ATLAS DE HISTOLOGIA – UFRGS - http://www.dominiopublico.gov.br/download/texto/ur000002.pdf
ATLAS DE HISTOLOGIA – UERJ - http://www.micron.uerj.br/atlas/index.html
ATLAS DE HISTOLOGIA CLARETIANO http://www2.claretiano.edu.br/da/biologia/atlas_virtual/atlas_histologia.htm
ATLAS DE HISTOLOGIA UFPEL-http://minerva.ufpel.edu.br/~mgrheing/cd_histologia/index.htm
ATLAS DE EMBRIOLOGIA HUMANA (Inglês) -http://www.embryo.chronolab.com/fertilization.htm
MULTIDIMENSIONAL HUMAN EMBRYO (Inglês) - http://embryo.soad.umich.edu/index.html
ATLAS OF HUMAN BIOLOGY – CRONOLAB (Inglês) -Http://www.embryo.chronolab.com/
fertilization.htm
ATLAS DE HISTOLOGIA E EMBRIOLOGIA VIRTUAL UFSM. http://w3.ufsm.br/labhisto/atlas.htm