25/08/2015
BIOLOGIA CELULAR E
MOLECULAR
Profa. Dra. Thaiza Galhardo S. Morceli
EMENTA
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Organização celular;
Membranas biológicas;
Transporte celular;
Divisão celular;
Estrutura dos ácidos nucléicos;
Replicação do DNA;
Transcrição;
Processamento de RNA;
Tradução;
Regulação da expressão gênica.
Objetivos específicos:
- Fornecer as bases da organização celular, partindo das células mais simples (procariontes) até as mais
complexas (eucariontes e vegetais);
- Desenvolver a morfologia, fisiologia e organização molecular das diversas organelas;
- Integrar os fenômenos celulares aos níveis de organização molecular;
- Entender as transferências da informações genéticas, bem como sua regulação.
1
25/08/2015
Metodologia:
O processo ensino-aprendizagem será conduzido adotando o conceito de Aula Invertida, subdividida em
três momentos: A Pré-Aula, a Aula e a Pós-Aula. Na primeira etapa o discente, atende as orientações do
docente preparando-se, antecipadamente, para a Aula e volta a fazê-lo nas proposições que busquem fixar
os conteúdos ministrados (a Pós-Aula).
BIBLIOGRAFIA
RAVEN, P.H.; EVERT, R.F. & EICHHORN, S.E. Biologia Vegetal 7ª ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2007.
ALBERTS B, BRAY D, JOHNSON A et al. Fundamentos da Biologia Celular Uma Introdução à Biologia Molecular da
Célula. Porto Alegre: Artes Médicas Sul. 2004/2006.
JUNQUEIRA, L.C.; CARNEIRO, J. Biologia Celular e Molecular, 9ª ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2012, 376p.
Bibliografia complementar, periódicos e outras fontes de pesquisa: plano de ensino
AULAS PRÁTICAS
AVALIAÇÕES
Nas sextas-feiras.
Parcial 1: 21/09
Itens indispensáveis:
Oficial 1: 28/09
• Jaleco, calça comprida e sapato fechado.
Parcial 2: 30/11
Oficial 2: 07/12
• Caderno
Segunda chamada: 14/12
Dias:
- 04/09
- 11/09
- 18/09
- 25/09
PF: 21/12
Grupos
2
25/08/2015
BIOLOGIA CELULAR - INTRODUÇÃO
Elementos: são substâncias que não podem ser quebradas pelos meios comuns.
Ex: Hidrogênio (H), Oxigênio (O), Carbono (C), etc.
Dos 92 elementos que ocorrem naturalmente na Terra, apenas 6 deles foram selecionados no
curso da evolução para formar o material altamente complexo dos organismos vivos.
≈ 99% da massa de toda a matéria viva
Moléculas: são formadas pela ligação dos átomos dos elementos. As propriedades únicas de cada elemento e a
maneira como os átomos interagem e são ligados determina a formação das moléculas.
Ex: Água (H2O)
MOLÉCULAS ORGÂNICAS
• Carboidratos (açúcares)
• Lipídeos
• Proteínas
3
25/08/2015
• Ácidos nucléicos (DNA e RNA)
BIOLOGIA CELULAR
As células são unidades estruturais e funcionais da vida.
Quando estudados ao nível celular, mesmo os organismos mais diferentes são em sua
organização física e propriedades químicas notavelmente similares entre si.
Cada célula viva é uma unidade que se autocontém e
é, pelo menos parcialmente auto-sustentável.
• Membrana plasmática: controla a passagem de
substâncias (possibilidade ela seja diferente
bioquimicamente do meio externo);
• Citoplasma: apresenta uma variedade de estruturas
diferentes e várias moléculas dissolvidas ou
suspensas;
• DNA: que codifica a informação genética.
4
25/08/2015
CÉLULAS PROCARIONTES E EUCARIONTES
Termos derivados da palavra grega karyon que significa “parte central” (núcleo).
Procarionte: primeiro núcleo Eucarionte: núcleo verdadeiro
Células Procariontes
• Organismos procariotos: representados por Archaea e Eubactéria;
• Principal diferença comparados aos eucariontes não apresentam núcleo (o DNA ocorre na forma de uma
grande e circular molécula, na qual algumas proteínas são frouxamente ligadas - cromossomo bacteriano);
• Apresentam uma quantidade relativamente pequena de DNA;
• Cromossomo bacteriano fica em uma região denominada nucleóide;
• Apresentam uma parede extracelular que tem como principal função
a proteção (e mantém a forma esférica e de bastonete das bactérias);
• O citoplasma da célula bacteriana não se apresenta subdividido em
compartimentos (organelas).
Células Eucariontes
• Organismos eucariotos são constituídos de células eucariontes;
• Essas células apresentam duas partes morfologicamente distintas – citoplasma e núcleo (entre os quais
existem um trânsito constante de moléculas);
• Os cromossomos estão dentro de um núcleo que apresenta um envoltório nuclear;
• Apresentam uma quantidade relativamente grande de DNA;
• O DNA das células eucarióticas é linear e fortemente ligados a proteínas especiais chamadas histonas (o DNA
forma um certo número de cromossomos compactados);
•
DNA + histonas = cromatina;
• As células eucarióticas são divididas em compartimentos (organelas) que desempenham diferentes funções e
torna possível a separação dos diversos processos metabólicos.
5
25/08/2015
6
25/08/2015
7
25/08/2015
CITOPLASMA
• O citoplasma das células eucariontes contém organelas (ex: mitocôndrias, aparelho de Golgi, lisossomos, etc.);
Organela: estruturas, geralmente, envolvidas por membrana que desempenham funções bem definidas.
• Além das organelas, o citoplasma apresentam depósitos de substâncias diversas, como grânulos de glicogênio e
gotículas lipídicas;
•
Preenchendo o espaço entre as organelas e os depósitos encontra-se a matriz citoplasmática ou citosol;
• O CITOSOL contém água, íons diversos, muitas enzimas que participam das muitas reações metabólicas
desempenhadas pelas células.
MEMBRANA PLASMÁTICA
• É a parte mais externa do citoplasma, que separa a célula do meio extracelular;
• Mantém constante o meio intracelular que é diferente do meio extracelular;
• Apresenta cerca de 7 a 10 nm de espessura;
• Nas eletromicrografias se apresentam como duas linhas escuras separadas por uma linha central clara, essa
estrutura trilamelar é chamada de unidade de membrana;
• As unidades de membrana são bicamadas de fosfolipídios e proteínas (Modelo mosaico fluido).
Estrutura trilamelar
Modelo mosaico fluido
8
25/08/2015
CÉLULAS EUCARIONTES SÃO COMPARTIMENTADAS
Duas partes morfologicamente distintas:
- CITOPLASMA (envolvido pela membrana plasmática)
- NÚCLEO (envolvido pelo envoltório nuclear).
CARACTERÍSTICA IMPORTANTE
As células eucariontes são ricas
em
membranas
formando
compartimentos que separam os
diversos processos metabólicos,
direcionando
as
moléculas
absorvidas ou produzidas pela
própria célula.
MITOCÔNDRIAS
-
São organelas alongadas;
-
Constituídas de duas unidades membranas, sendo a interna pregueada;
-
FUNÇÃO liberar energia das moléculas de ácidos graxos (lipídeos) e glicose (carboidrato) para
produzir calor e moléculas de ATP (adenosina-trifosfato).
A energia armazenada no ATP é usada pela célula para realizar suas diversas atividades, como
movimentação, secreção e divisão mitótica.
9
25/08/2015
RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO
-
Apresenta-se como uma rede de vesículas achatas, esféricas e túbulos que se intercomunicam,
formando um sistema contínuo.
Pode ser dividido em Retículo Endoplasmático (RE) - rugoso (granular) e liso.
Retículo endoplasmático rugoso (RER)
-
Apresenta ribossomos na sua
superfície voltada para o citosol.
Células que acumulam proteína tem
abundante RER.
Retículo endoplasmático liso (REL)
-
-
Apresenta-se como túbulos que se
anastomosam (se unem gerando um
fluxo de substâncias) .
Células que acumulam lipídeo tem
abundante REL.
RIBOSSOMOS
-
São partículas constituídas de ácido ribonucleico (RNA ribossômico ou rRNA);
-
Cada ribossomo é formado por duas subunidades de tamanhos diferentes que se
associam somente quando se ligam aos filamentos de RNA mensageiro (mRNA);
-
Quando vários ribossomos se ligam a um único filamento de mRNA formam-se os
polirribossomos.
-
Os polirribossomos tem papel fundamental na síntese de proteínas.
Subunidade maior
Subunidade menor
Poliribossomos
10
25/08/2015
APARELHO DE GOLGI
RER
REL
-
Constituído por um número variável de vesículas
achatadas e vesículas esféricas de vários tamanhos, que
parecem brotar das primeiras;
-
Pode estar localizado próximo ao núcleo ou disperso
pelo citoplasma;
-
Função principal: separação e endereçamento das
moléculas sintetizadas nas células, encaminhando-as
para vesículas de secreção (que serão expulsas das
células), os lisossomos, as vesículas que permanecem no
citoplasma ou a membrana celular.
Aparelho
de Golgi
LISOSSOMOS
-
São organelas de forma e tamanho muito
variáveis, cujo interior é ácido e contém
diversas enzimas hidrolíticas (sintetizadas
pelos poliribossomos);
-
Essas enzimas são utilizadas pelas células
para digerir moléculas introduzidas por
pinocitose, por fagocitose, ou, então
organelas da própria célula;
-
A destruição e renovação de organelas é
um processo fisiológico que permite
manter seus componentes em bom
estado.
11
25/08/2015
PEROXISSOMOS
-
Apresentam uma matriz granular envolto por membrana, possuem tamanho variado.
-
São organelas caracterizada pela presença de enzimas oxidativas que transferem
átomos de H de diversos substratos para o oxigênio, segundo a reação:
RH2 + O2
-
Contêm a maior parte da catalase celular, enzima que converte peróxido de
hidrogênio em água e oxigênio:
2H2O2
-
R + H2O2
2H2O + O2
A atividade da catalase é importante porque o H2O2 que se forma nos peroxissomos
se acumulado prejudicaria a célula se não fosse (oxidante).
CITOESQUELETO
-
Desempenha um papel mecânico (de suporte);
-
Ele estabelece, modifica e mantém a forma das células;
-
Mantém a posição dos componentes celulares (muitas organelas têm posição quase sempre constante
dependendo do tipo celular);
-
É responsável por movimentos celulares como contração, formação de pseudópodes e deslocamento
intracelular (de organelas, vesículas e cromossomos);
-
Os principais elementos do citoesqueleto são os microtúbulos, filamentos de actina e filamentos
intermediários.
12
25/08/2015
DEPÓSITOS CITOPLASMÁTICOS
-
Também conhecidos como inclusões;
-
O citoplasma pode conter dependendo do tipo e estado funcional celular depósitos de diversas substâncias
não envoltas por membrana;
-
Ex: glicogênio (reserva animal), gotículas lipídicas, pigmentos (melanina)
Grânulos de glicogênio (GI)
NÚCLEO
-
Uma das principais características da célula eucarionte.
-
É individualizado e separado do restante da célula por uma membrana dupla (envoltório nuclear);
-
Contém poros que controlam o trânsito de macromoléculas (núcleo ↔ citoplasma);
Moléculas de RNA são sintetizadas no núcleo e as proteínas nucleares são sintetizadas no citoplasma
-
Cromatina = DNA + proteínas (histonas)
-
Nucléolo: estrutura esférica que está presente no núcleo que não está em divisão
contém grande quantidade de RNA e proteínas
é o sítio de formação das subunidades ribossômicas.
13
25/08/2015
CARACTERÍSTICAS QUE DISTINGUEM AS CÉLULAS VEGETAIS DAS ANIMAIS
-
Parede celular;
Plastídeos (cloroplasto);
Vacúolo.
PAREDE CELULAR
-
Determina o tamanho, forma da célula e textura do tecido (contribuindo para a forma final do órgão
vegetal);
-
Contém uma variedade de enzimas que desempenham importantes papéis na absorção, transporte e
secreção de substâncias nas plantas;
-
Desempenha papel ativo na defesa contra agressões mecânicas e ação de parasitos;
-
A celulose (carboidrato) é o principal componente das paredes celulares;
-
A celulose forma um arcabouço preenchido por uma matriz de moléculas (hemiceluloses e pectinas);
-
A lamela média (rica em pectina) une as células adjacentes.
Lamela média
Pectina
Parede celular
Hemicelulose
Celulose
Membrana
plasmática
14
25/08/2015
PLASTÍDEOS
-
Estão relacionados aos processos de fotossíntese e armazenagem;
-
Possuem membrana dupla e um genótipo próprio
-
Principais tipos (cloroplastos, cromoplastos e leucoplastos);
CLOROPLASTOS
- São os sítios da fotossíntese (contém os pigmentos:
clorofila e carotenoides);
Estrutura interna do cloroplasto
-
O estroma é atravessado por um elaborado
sistemas de membrana na forma de sacos
achatados chamados tilacóides;
-
Os tilacóides são empilhados formando o granum
(plural = grana).
Espaço
intermembranar
Tilacóide
Granum
Estroma
CROMOPLASTOS
-
São plastídeos que contém outros pigmentos que não a clorofila;
-
Esses pigmentos são, geralmente, do grupo dos carotenoides que são responsáveis pelas cores
amarelas, laranjas e vermelhas de muitas flores, folhas velhas, algumas frutas e raízes.
-
As funções precisas dos cromoplastos ainda não é bem estabelecida (atuam como atrativos para
insetos, ex).
LEUCOPLASTOS
-
São plastídeos maduros não diferenciados (não apresentam sistema de membranas;
-
Alguns são conhecidos como amiloplastos (sintetizam amido), outros são capazes de formar
outras substâncias (óleos e proteínas).
15
25/08/2015
VACÚOLO
-
Muitos vacúolos são preenchidos por um líquido chamado suco celular , principalmente, constituído de
água e outras substâncias que variam de acordo com o tipo de planta, órgão, célula e estágios de
desenvolvimento;
-
Na célula madura, até 90% do volume celular pode ser ocupado pelo vacúolo (contenção de energia);
-
A maior parte do aumento em tamanho de uma célula resulta do aumento do vacúolo (manutenção da
rigidez do tecido);
- Várias funções:
• Armazenamento:
Metabólitos primários (açúcares, ácidos orgânicos e proteínas de reserva) nas sementes.
Metabólitos secundários tóxicos (nicotina e tanino).
• Defesa
Esses metabólitos secundários são tóxicos não só para a planta mas também para os patógenos.
• Acúmulo de pigmentos
Antocianinas - solúvel em água (azul, violeta, roxo e vermelho escuro). Ex: uva, ameixa, cereja, rabanete,
repolho....
• Quebra de macromoléculas e reciclagem de componentes da célula.
TEORIA DA ENDOSSIMBIOSE
-
Há evidências sugestivas de que as organelas envolvidas nas transformações energéticas (cloroplastos e
mitocôndrias) originaram-se de bactérias que foram fagocitadas, escaparam dos mecanismos de digestão
intracelular e se estabeleceram como endossimbiontes nas células eucariontes hospedeiras criando um
relacionamento mutuamente benéfico e que se tornou irreversível com o passar dos anos.
PRINCIPAIS EVIDÊNCIAS
• Genoma próprio (circular como o das bactérias)
• Dupla membrana (interior similar a bacteriana e
exterior similar a hospedeira
16
25/08/2015
17