BIOLOGIA CELULAR E TECIDUAL

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1 VICE-REITORIA DE ENSINO DE GRADUAÇÃO E CORPO DISCENTE CENTRO DE EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA BIOLOGIA CELULAR E TECIDUAL Conteudista Fábio Moraes da Costa Rio de Janeiro / 2010 Todos os direitos reservados à Universidade Castelo Branco

2 UNIVERSIDADE CASTELO BRANCO Todos os direitos reservados à Universidade Castelo Branco - UCB Nenhuma parte deste material poderá ser reproduzida, armazenada ou transmitida de qualquer forma ou por quaisquer meios - eletrônico, mecânico, fotocópia ou gravação, sem autorização da Universidade Castelo Branco - UCB. Un3b Universidade Castelo Branco Biologia Celular e Tecidual / Universidade Castelo Branco. Rio de Janeiro: UCB, p.: il. ISBN Ensino a Distância. 2. Título. CDD Universidade Castelo Branco - UCB Avenida Santa Cruz, Rio de Janeiro - RJ Tel. (21) Fax (21)

3 Apresentação Prezado(a) Aluno(a): É com grande satisfação que o(a) recebemos como integrante do corpo discente de nossos cursos de graduação, na certeza de estarmos contribuindo para sua formação acadêmica e, consequentemente, propiciando oportunidade para melhoria de seu desempenho profissional. Nossos funcionários e nosso corpo docente esperam retribuir a sua escolha, reafirmando o compromisso desta Instituição com a qualidade, por meio de uma estrutura aberta e criativa, centrada nos princípios de melhoria contínua. Esperamos que este instrucional seja-lhe de grande ajuda e contribua para ampliar o horizonte do seu conhecimento teórico e para o aperfeiçoamento da sua prática pedagógica. Seja bem-vindo(a)! Paulo Alcantara Gomes Reitor

4 Orientações para o Autoestudo O presente instrucional está dividido em seis unidades programáticas, cada uma com objetivos definidos e conteúdos selecionados criteriosamente pelos Professores Conteudistas para que os referidos objetivos sejam atingidos com êxito. Os conteúdos programáticos das unidades são apresentados sob a forma de leituras, tarefas e atividades complementares. As Unidades 1, 2 e 3 correspondem aos conteúdos que serão avaliados em A1. Na A2 poderão ser objeto de avaliação os conteúdos das seis unidades. Havendo a necessidade de uma avaliação extra (A3 ou A4), esta obrigatoriamente será composta por todo o conteúdo de todas as Unidades Programáticas. A carga horária do material instrucional para o autoestudo que você está recebendo agora, juntamente com os horários destinados aos encontros com o Professor Orientador da disciplina, equivale a 60 horas-aula, que você administrará de acordo com a sua disponibilidade, respeitando-se, naturalmente, as datas dos encontros presenciais programados pelo Professor Orientador e as datas das avaliações do seu curso. Bons Estudos!

5 Dicas para o Autoestudo 1 - Você terá total autonomia para escolher a melhor hora para estudar. Porém, seja disciplinado. Procure reservar sempre os mesmos horários para o estudo. 2 - Organize seu ambiente de estudo. Reserve todo o material necessário. Evite interrupções. 3 - Não deixe para estudar na última hora. 4 - Não acumule dúvidas. Anote-as e entre em contato com seu monitor. 5 - Não pule etapas. 6 - Faça todas as tarefas propostas. 7 - Não falte aos encontros presenciais. Eles são importantes para o melhor aproveitamento da disciplina. 8 - Não relegue a um segundo plano as atividades complementares e a autoavaliação. 9 - Não hesite em começar de novo.

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7 SUMÁRIO Quadro-síntese do conteúdo programático Contextualização da disciplina UNIDADE I DESCOBERTA DA CÉLULA Métodos de estudo Procariontes e Eucariontes Vírus: um caso à parte UNIDADE II INTRODUÇÃO À BIOLOGIA CELULAR Características universais das células na Terra Os envoltórios celulares Envoltórios externos à membrana plasmática UNIDADE III MOVIMENTOS CELULARES E COMPOSIÇÃO QUÍMICA DAS CÉLULAS Citoesqueleto Centríolos Componentes químicos das células Os ácidos nucleicos Transporte de materiais UNIDADE IV SÍNTESE, TRANSPORTE E ARMAZENAMENTO DAS MACROMOLÉCULAS NA CÉLULA O Aparelho de Golgi Retículo endoplasmático Lisossomos Peroxissomos Mitocôndrias Plastos... 27

8 UNIDADE V NÚCLEO E REPRODUÇÃO CELULAR Cromatina e Nucleoplasma Nucléolo Reprodução celular UNIDADE VI TECIDOS Tecido epitelial Tecido conjuntivo Tecido muscular Tecido nervoso Glossário Gabarito Referências bibliográficas... 47

9 Quadro-síntese do conteúdo programático 9 UNIDADES DO PROGRAMA OBJETIVOS I - DESCOBERTA DA CÉLULA Métodos de estudo Procariontes e Eucariontes Vírus: um caso a parte Reconhecer e evidenciar a importância do aperfeiçoamento de métodos de estudo das células. II INTRODUÇÃO À BIOLOGIA CELULAR Características universais das células na Terra Os envoltórios celulares Envoltórios externos à membrana plasmática Conhecer a organização estrutural das células. III - MOVIMENTOS CELULARES E COMPOSI- ÇÃO QUÍMICA DAS CÉLULAS Citoesqueleto Centríolos Componentes químicos das células Os ácidos nucleicos Transporte de materiais Reconhecer as funções e os constituintes do citoesqueleto; Identificar as principais moléculas que compõem as células; Relacionar os componentes moleculares com suas funções nas células. IV SÍNTESE, TRANSPORTE E ARMAZENA- MENTO DAS MACROMOLÉCULAS NA CÉLULA O Aparelho de Golgi Retículo Endoplasmático Lisossomos Peroxissomos Mitocôndrias Plastos Conhecer a estrutura e as funções das organelas membranosas da célula, além da morfologia e das transformações químicas desenvolvidas por estas estruturas. V NÚCLEO E REPRODUÇÃO CELULAR Cromatina e Nucleoplasma Nucléolo Reprodução celular Identificar os constituintes e a organização funcional do núcleo; Identificar as diferenças e a importância de cada processo de divisão celular. VI TECIDOS Tecido epitelial Tecido conjuntivo Tecido muscular Tecido nervoso Conceituar Histologia; Conhecer os quatro tecidos básicos que compõem os animais; Conhecer a origem dos quatro tecidos básicos; Diferenciar histológica e funcionalmente os quatro tecidos básicos.

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11 Contextualização da Disciplina 11 Este instrucional tem como finalidade oferecer subsídios para o desenvolvimento de seus estudos em Biologia Celular e Tecidual. A Biologia Celular tem por objeto de estudo a compreensão da organização estrutural e funcional das células. Como disciplina, é básica para as áreas biológicas e da saúde. Através dela, você vai adquirir um instrumental teórico e metodológico importante para a compreensão dos inúmeros processos vitais. O envolvimento gradual com os eixos temáticos vai lhe possibilitar desenvolver a capacidade de relacionar os conceitos teóricos e suas aplicações práticas em outras áreas da biologia e das ciências médicas. A Histologia é o ramo das Ciências Morfológicas que estuda os tecidos animais e vegetais. Em seu sentido mais amplo, a palavra histologia é usada como sinônimo de anatomia microscópica, devido ao fato de englobar não somente a estrutura microscópica dos tecidos, mas também a das células e sistemas orgânicos. Sendo assim, a Citologia e a Histologia possuem uma relação direta e é essencial a sua compreensão nestas disciplinas, pois estão também entrelaçadas às disciplinas de Anatomia, Bioquímica, Fisiologia etc. Desta forma, você, estudante de Biologia, reconhecerá a importância dessa matéria quando precisar recorrer aos seus conhecimentos enquanto estuda os demais conteúdos do curso.

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13 UNIDADE I 13 DESCOBERTA DA CÉLULA A denominação célula foi criada em 1665 pelo cientista inglês Robert Hooke ( ) para indicar pequenas cavidades no interior da cortiça que ele havia observado com um microscópio muito simples. Na realidade, o que Hooke viu foi apenas o envoltório da célula vegetal, a parede celular. Estudos posteriores demonstraram a presença de células em todos os seres vivos e permitiram que o botânico alemão Matthias Schleiden ( ) e o zoólogo alemão Theodor Schwann ( ) enunciassem a teoria celular: Todos os seres vivos são formados por células. Modelo do microscópio de Hooke, séc. XVII Fonte: Disponível em Acesso em 9 out Métodos de Estudo As células podem ser observadas através do microscópio óptico ou de luz, na qual elas são atravessadas por um feixe de luz e obtém-se uma imagem ampliada até 1500 vezes. O material observado deve ser suficientemente fino para que a luz o atravesse. Por isso ele é cortado com um aparelho especial, o micrótomo. Ainda assim, a maioria das estruturas só pode ser observada com o auxílio de corantes, substâncias que dão cor e contraste a certas partes, o que facilita sua visualização. A Citologia se desenvolveu muito a partir de 1939 com a invenção do microscópio eletrônico de transmissão. Nesse instrumento o material é atravessado por um feixe de elétrons (e não por luz) e é possível obter imagens ampliadas de até 400 mil vezes. Posteriormente, foi desenvolvido o microscópio eletrônico de varredura, no qual o feixe de elétrons, em vez de atravessar o objeto, o varre como se fosse uma pessoa sentindo com os dedos o relevo de uma superfície. Desse modo consegue-se uma imagem tridimensional do material observado. Microscópio Óptico Fonte: Disponível em Acesso em 28 Nov

14 14 Em 1981, surgiu o microscópio eletrônico de varredura por tunelamento, capaz de aumentar as estruturas até 100 milhões de vezes e fornecer imagens de moléculas Procariontes e Eucariontes Dependendo do tipo de estrutura celular que apresentam, os seres vivos podem ser divididos em procariontes e eucariontes. Os procariontes ou protocariontes (proto=primitivo; cario=núcleo) são unicelulares e têm a estrutura celular mais simples, sem núcleo individualizado. Na célula procariótica o material genético não está envolvido nem separado do citoplasma por membrana nuclear (carioteca; teca=invólucro). São representados pelas bactérias, nas quais estão incluídas as algas azuis ou cianofíceas, atualmente denominadas de cianobactérias e os micoplasmas, grupo de bactérias sem parede celular. Bactéria Helicobacter pylori causadora da úlcera. Fonte: Disponível em: Acesso em 28 Nov Nos eucariontes a estrutura celular é mais complexa. A célula eucariótica apresenta núcleo o material genético está separado do citoplasma por uma membrana nuclear, além de apresentar outras estruturas membranosas que não aparecem nos procariontes. Alguns seres vivos, como os protozoários, algumas algas e certos fungos, são unicelulares; outros, como os animais, as plantas e os fungos em geral, são pluricelulares, e todos são considerados seres eucariotos. Protozoário de vida livre LOPES, S & ROSSO, S. Biologia Volume Único. São Paulo: Saraiva, 2005

15 1.3 - Vírus: Um Caso à Parte Gripe, sarampo, herpes, hepatite, resfriado, dengue, catapora, caxumba, rubéola, poliomielite, Aids, raiva e febre amarela são algumas doenças provocadas por vírus. Os vírus são de dez a cem vezes menores que as bactérias. Não são formados por células e sua organização é muito simples: cápsulas de proteína (às vezes há outras substâncias, como lipídios e glicídios) com material genético (DNA ou RNA) em seu interior. Não apresentam proteínas para a duplicação do material genético e por este motivo precisam de outras células para se multiplicar, são classificados como parasitas intracelulares obrigatórios. 15 Esquema da replicação dos retrovírus. Fonte: Disponível em: Acesso em 08 Out Exercícios 1 - Diferencie os seres procariontes dos seres eucariontes e cite um exemplo para cada grupo. 2 - Como os vírus podem ser classificados? Justifique a sua resposta. Atividades Complementares 1 - Pesquisa bibliográfica: Grandes nomes da Citologia. - Faça um levantamento de cinco cientistas que desenvolveram pesquisas importantes na área da Citologia. 2 - Explique porque a resolução do microscópio eletrônico é maior do que a do microscópio óptico.

16 16 UNIDADE II INTRODUÇÃO À BIOLOGIA CELULAR Características Universais das Células na Terra. Estima-se que existam mais de dez milhões de espécies que atualmente habitam a Terra. Cada uma dessas espécies é diferente, sendo capaz de se reproduzir fielmente, produzindo uma progênie pertencente a essa mesma espécie; os organismos parentais transferem as informações específicas, minuciosamente detalhadas, que seus descendentes devem ter. Este fenômeno da hereditariedade é a parte central da definição da vida; ele diferencia a vida de outros processos, tais como o desenvolvimento de um cristal, a queima de uma chama, ou a formação de ondas na água, nos quais são geradas estruturas ordenadas, mas sem o mesmo tipo de ligação peculiar que se observa entre os pais e os seus descendentes. Assim como a chama do fogo, os organismos vivos consomem energia livre para criar e manter sua organização; mas a energia livre dirige um sistema imensamente complexo de processos químicos que são especificados pela informação hereditária. A maioria dos organismos vivos são células unicelulares; outros organismos, como nós próprios, são constituídos por vastas cidades multicelulares, nas quais grupos de células realizam funções especializadas e estão ligados por intricados sistemas de comunicação. Mas, tanto se trate de uma simples bactéria ou de um agregado de mais de células, como o corpo humano, foram gerados a partir da divisão de uma única célula. Consequentemente, uma simples célula é o veículo de informação hereditária que define as espécies. Especificada por esta informação, a célula inclui a maquinaria para obter a matéria-prima do ambiente e para construir novas células à sua própria imagem, completa com a nova cópia da informação hereditária. Nada menos que uma célula tem esta capacidade Os Envoltórios Celulares A célula viva é um compartimento microscópio isolado do ambiente por uma finíssima película, a membrana plasmática. O interior da célula está separado do meio externo pela interposição de um envoltório membranoso bem definido, através do qual têm lugar os fenômenos osmóticos. Essa membrana é capaz de interferir ativamente na velocidade com que diferentes substâncias penetram na célula ou, mesmo, discriminar as substâncias entre elas. A espessura da membrana celular é da ordem de 4 a 5 nm. Não obstante em revestir completamente toda a superfície, não se dispõem sempre como uma formação lisa e tensa, pois envolve também outras estruturas superficiais (cílios, flagelos, pseudópodes etc.) A membrana celular é de natureza lipoproteica, sendo formada basicamente por um estrato bimolecular de lipídios, com seus grupos polares (hidrófilos) voltados para as duas superfícies, interna e externa; e também por proteínas, inseridas em sua espessura, seja atravessando-a de lado a lado, seja projetando-se apenas para dentro ou para fora de célula. A ordenação das moléculas lipídicas em camadas orientadas ocorre espontaneamente, toda vez que essas moléculas entram em contato com a água, pois os grupos hidrófilos ficam sempre voltados para a superfície aquosa. Em alguns casos, formam-se pequenas esferas lipídicas, com os grupos polares hidrófilos para fora. Outras vezes, constituem-se membranas bimoleculares com esses mesmos grupos voltados para o meio hídrico e as cadeias de ácidos graxos para o centro da estrutura. Como os bordos dessas membranas tendem a unirse, formam-se vesículas, envolvendo porções do meio, dentro de uma capa bimolecular. Os constituintes fundamentais da membrana celular são o colesterol e os lipídios compostos. Estes são formados geralmente por glicerol e ácidos graxos, mas contêm ainda outros grupos químicos, como o ácido fólico e compostos nitrogenados (são os glicerofosfatídios) ou, em lugar do glicerol, têm esfingosina (esfingolipídios). O colesterol é abundante na membrana celular, sendo relativamente escasso nas estruturas membranosas intracelulares.

17 O grau de viscosidade ou fluidez da membrana depende de seus constituintes: os lipídios compostos, que têm ácidos graxos curtos e saturados, reduzem a viscosidade, enquanto aqueles com ácidos graxos longos e insaturados aumentam-na. O colesterol contribui para dar maior estabilidade à membrana. As proteínas que participam da constituição das membranas são em geral enzimas, moléculas receptoras, moléculas transportadoras ou moléculas de adesão celular, e gozam da mesma mobilidade. Elas são responsáveis pela maioria das funções das membranas celulares, representando cerca de 25% da massa, em membranas isoladoras (como as membranas mielínicas dos nervos), e 75% em membranas que participam do transporte energético (como as de mitocôndrias e cloroplastos). 17 Fonte: Disponível em: Acesso em: 08 Out Envoltórios Externos à Membrana Plasmática A membrana plasmática é fluida, como tal, trata-se de uma estrutura delicada. Ao longo da evolução dos seres vivos, surgiram na superfície das células modificações que trouxeram como vantagem maior resistência ao envoltório delas, sem interferir na sua permeabilidade. Esses envoltórios são, em geral, resistentes e permeáveis. Por serem vantajosas, essas modificações persistiram ao longo do tempo e estão presentes nas células de muitos organismos que vivem hoje em nosso planeta. Esses envoltórios são: Glicocálix O glicocálix (glico, grego glykys = glicídio; calix, do latim calyx = envoltório) ocorre externamente à membrana plasmática da maioria das células animais e de muitos protistas. É formado por uma camada frouxa de glicídios, associados aos lipídios e às proteínas da membrana. Além de proporcionar resistência à membrana plasmática, o glicocálix possui outras funções: Constitui uma barreira contra agentes físicos e químicos do meio externo; Confere às células a capacidade de se reconhecerem, uma vez que células diferentes têm glicocálix formado por glicídios diferentes e células iguais têm glicocálix formado por glicídios iguais; Forma uma malha que retém nutrientes e enzimas ao redor das células, de modo a manter nessa região um meio externo adequado. Parede Celular A parede celular é uma estrutura semirrígida, o que não acontece com o glicocálix. Assim, as células que a possuem têm menor possibilidade de modificar sua forma. É dentro de certos limites, uma estrutura permeável, não exercendo controle sobre as substâncias que penetram na célula ou que dela saem. Esta estrutura esta presente nas bactérias, cianobactérias, fungos e plantas. Nas bactérias a parede celular é formada basicamente por uma substância típica dos procariontes: o peptidoglicano (ou peptoglicano, ou ainda peptideoglicano), molécula grande constituída por moléculas menores de açúcares associadas a aminoácidos. Nos fungos apresenta parede celular constituída basicamente por quitina, encontrando-se também celulose em alguns casos, e nas plantas, a parede celular é formada principalmente por celulose e, por isso, é também conhecida como membrana celulósica.

18 18 Bactéria em aumento a parede celular. Fonte: Disponível em: Acesso em: 10 Out Exercícios 1 - Qual é a natureza bioquímica da Membrana Plasmática? 2 - A fluidez da Membrana Plasmática depende de quais fatores? Explique a sua resposta. Atividades Complementares 1 - Faça um desenho esquemático que represente a estrutura da membrana plasmática, indicando todos os seus componentes. 2 - Quais são as funções do glicocálix e da parede celular enquanto envoltórios presentes na Membrana Plasmática?

19 UNIDADE III 19 MOVIMENTOS CELULARES E COMPOSIÇÃO QUÍMICA DAS CÉLULAS Citoesqueleto O citoesqueleto é composto principalmente de dois tipos de filamentos proteicos: os microtúbulos e os microfilamentos. Os microtúbulos participam da organização de estruturas denominadas centríolos, cílios e flagelos. Os microtúbulos, como o próprio nome diz, são pequenas estruturas cilíndricas, ocas. São constituídos de várias moléculas de uma proteína globular, denominada tubulina, que se dispõem em um padrão helicoidal, originando a parede do túbulo. Essas moléculas podem se desagregar, desfazendo o microtúbulo, e podem se reorganizar e originar novamente o microtúbulo. A principal função dos microtúbulos é atuar como uma espécie de suporte celular, mantendo assim o formato da célula quanto à organização e disposição interna das organelas citoplasmáticas. Além disso, constituem as fibras protéicas que participam dos processos de divisão celular (fuso mitótico e fuso meiótico), orientando o deslocamento dos cromossomos durante esses processos. Esquema de um segmento de microtúbulo. Fonte: LOPES, S & ROSSO, S. Biologia Volume Único. São Paulo: Saraiva, Centríolos Os centríolos são estruturas citoplasmáticas existentes nas células de protistas, animais, algas, briófitas e pteridófitas. Os centríolos ocorrem aos pares nas células, dispostos perpendicularmente entre si e localizados próximo ao núcleo em uma região denominada centro celular ou centrossomo, de onde partem os microtúbulos do citoesqueleto. Os centríolos funcionam no processo de orientação da divisão celular, além de formar e organizar estruturas para a locomoção, como os cílios e os flagelos. Cada centríolo é uma estrutura cilíndrica, composta de nove grupos de três microtúbulos protéicos. Esquema de um centríolo. Fonte: Disponível em: Acesso em 08 Out. 2008

20 Componentes Químicos das Células A matéria é feita de combinações de elementos substâncias, como o hidrogênio ou o carbono, que não podem ser decompostas ou convertidas em outras substâncias por meios químicos. A menor partícula de um elemento que ainda retém as propriedades características do elemento é o átomo. Entretanto, as características de substâncias, outras que não elementos puros dependem da maneira pela qual os seus átomos estão ligados entre si, em agrupamentos que formam as moléculas. A água A água perfaz cerca de 70% do peso de uma célula e muitas das reações intracelulares ocorrem em ambiente aquoso. A vida na Terra começou nos oceanos, e as condições daquele ambiente primitivo determinaram características indeléveis na química dos seres vivos. ConseqUentemente, a vida fundamenta-se nas propriedades da água. A água tem grande poder de dissolução, sendo considerada o solvente universal. Essa propriedade está relacionada com a polaridade da molécula e seu grande poder de adesão. A propriedade solvente da água é importante, pois todos os reagentes químicos contidos dentro das células estão dissolvidos na água, e todas as reações químicas celulares ocorrem em meio líquido. A molécula da água é um dipolo, sendo positiva no lado dos hidrogênios e negativa no oxigênio, devido a eletronegatividade que o oxigênio exerce nos outros átomos. Esquema da interação nas molécula da água. Fonte: Disponível em: Acesso em 08 Out Os carboidratos São também chamados de glicídios, hidratos de carbono ou açúcares. Podem ser divididos em três grupos: - Monossacarídeos: São os açúcares mais simples. Exemplo: Glicose; - Dissacarídeos: Açúcares formados pela combinação de duas moléculas de monossacarídeos. Exemplo: Lactose (glicose + galactose); - Polissacarídeos: Formados por várias moléculas de monossacarídeos, principalmente a glicose. A insolubilidade dos polissacarídeos é vantajosa para os seres vivos por dois motivos: permite que participem como componentes estruturais da célula ou que funcionem como armazenadores de energia. Exemplo: Celulose. A celulose é o polissacarídeo mais abundante na natureza, e encontrado principalmente em plantas, participando da constituição da parede celular. Quando ingerimos alimentos de origem vegetal, a celulose não é digerida, sendo genericamente denominada de fibra. Na dieta humana, a ingestão de fibras é importante para o bom funcionamento dos intestinos.

21 Os lipídios Os lipídios abrangem uma classe de compostos com estrutura muito variada e exercem diferentes funções biológicas. São substâncias fisicamente caracterizadas pela insolubilidade em água e solubilidade em solventes orgânicos, como o éter, o álcool e o clorofórmio. Os fosfolipídios são exemplos de gorduras presentes nas células. São formados por duas moléculas de ácido graxo e uma contendo fosfato, ligadas a uma molécula de glicerol. A membrana plasmática e todas as membranas celulares são formadas basicamente por duas camadas de fosfolipídios, com proteínas imersas nessas camadas. São, por isso, chamadas membranas lipoprotéicas, que apresentam uma característica que a tornam ideal, são fluidas, permitindo a movimentação de moléculas no plano da membrana. As proteínas As proteínas são formadas essencialmente por carbono (C), oxigênio (O), nitrogênio (N) e hidrogênio (H), mas podem apresentar enxofre (S). São macromoléculas formadas pela união de várias moléculas menores denominadas aminoácidos. Todos os aminoácidos possuem em suas moléculas um grupamento amino (NH 2 ) e um grupamento carboxila ou ácido (COOH), de onde deriva o nome aminoácido. As proteínas participam da composição de várias estruturas do corpo dos seres vivos, tendo, principalmente, função plástica, embora também possam apresentar função energética. Além disso, existem proteínas que desempenham muitas outras funções importantes para os seres vivos, como, por exemplo: - Enzimas - Aumentam a velocidade das reações bioquímicas; - Anticorpos - Atuam nos mecanismos de defesa do corpo e dos seres vivos; - Hormônios - Como a insulina e o glucagon, atuam no metabolismo dos açúcares. Essa grande diversidade de funções está relacionada ao imenso número de tipos diferentes de proteínas e cada um deles desempenha determinada função. 21 Esquema de um aminoácido. Fonte: Disponível em: Acesso em 08 Out Sais Minerais e Vitaminas Os sais minerais podem participar como constituintes de estruturas esqueléticas do corpo dos seres vivos, como é o caso do fosfato de cálcio, abundante nos ossos e nos dentes. Pode também ocorrer dissolvido em água, caso em que se dissociam em íons, que são partículas com carga elétrica positiva ou negativa. Os íons são fundamentais no metabolismo celular. Alguns exemplos: - Ferro: Componente da hemoglobina e da mioglobina tem afinidade com os gases respiratórios; Complexo Heme Fonte: Disponível em: Acesso em 08 Out

22 22 - Iodo: Componente dos hormônios da glândula tireóidea (tireoide), que regulam o metabolismo. Sua carência pode causar o hipotireoidismo (bócio); - Potássio: Participa do processo de contração muscular, da regulação da pressão sanguínea, do processo de transmissão de impulsos nervosos e da manutenção do equilíbrio hídrico; - Cálcio: Participa da formação e manutenção de ossos e dentes, e da coagulação sanguínea. As vitaminas são substâncias orgânicas essenciais, sendo o termo vitamina, empregado para substâncias orgânicas necessárias em pequenas quantidades para as atividades metabólicas de um organismo. A falta de vitaminas pode causar doenças chamadas Avitaminoses, e a ingestão delas, além das doses recomendadas pode ser prejudicial, determinando as Hipervitaminoses. As vitaminas solúveis em água são chamadas hidrossolúveis e as vitaminas solúveis em gorduras de lipossolúveis. Exemplos de vitaminas Hidrossolúveis: - Vitamina C (ácido ascórbico) Encontrado em frutas, verduras e legumes. A deficiência causa escorbuto, que são lesões na mucosa intestinal, com hemorragias, sangramento das gengivas e fraqueza. - Vitamina B 1 (Tiamina) Encontrada em carnes, legumes, cereais integrais e verduras. Sua deficiência causa beribéri, que é a inflamação e degeneração dos nervos além de problemas como insuficiência cardíaca e distúrbio mental Os Ácidos Nucleicos Existem dois tipos de ácido nucleico: o ácido desoxirribonucleico (DNA) e o ácido ribonucleico (RNA). O DNA é o principal constituintes dos cromossomos. Os genes são segmentos de molécula de DNA, responsáveis pelas características dos indivíduos. O RNA participa principalmente do processo de síntese de proteínas. Tanto o DNA quanto o RNA são formados por várias unidades que recebem o nome de nucleotídeos. Por isso, esses ácidos nucleicos são chamados polinucleotídeos (poli = muitos). Cada nucleotídeo é o produto da combinação entre três componentes: Fosfato; Açúcar, que no DNA é a desoxirribose e no RNA é a ribose; Base nitrogenada, que pode variar de nucleotídeo para nucleotídeo. As bases nitrogenadas podem ser: Púricas: adenina e guanina; Pirimídicas: Timina, Citosina e Uracila. A adenina, a guanina e a citosina são comuns às moléculas de DNA e de RNA. A base timina só ocorre entretanto no DNA e a base uracila só ocorre no RNA. Esquema da ligação entre as bases nitrogenadas. Fonte: CAMPELL, M. K. & FARRELL. S. Bioquímica. São Paulo: Thomson Learning, Combo.

23 3.5 - Transporte de Materiais Os processos de troca entre a célula e o meio externo podem ser agrupados em três categorias: - Processos passivos: Ocorrem sem gasto energético: Difusão, difusão facilitada e osmose; - Processos ativos: Ocorrem com gasto de energia: bomba de sódio e potássio; - Processos mediados por vesículas: Ocorrem quando vesículas são utilizadas para a entrada de partículas ou microrganismos na célula, ou para a eliminação de substâncias da célula. O processo de entrada chamase endocitose e o de saída, exocitose. 23 Exercícios 1 - Como o citoesqueleto é composto? Cite a sua função para a célula. 2 - Quais são os carboidratos mais simples? Cite um exemplo. Atividades Complementares 1 - Qual é a importância dos sais minerais e das vitaminas para as células? 2 - Como são constituídas as proteínas? 3 - Faça uma lista contendo 5 sais minerais e 5 vitaminas indicando as suas respectivas funções. 4 - Os ácidos nucleicos conhecidos são o DNA e o RNA. Monte uma seqüência de nucleotídeos para a molécula de DNA.

24 24 UNIDADE IV SÍNTESE, TRANSPORTE E ARMAZENAMENTO DAS MACROMOLÉCULAS NA CÉLULA O Aparelho de Golgi Localizado habitualmente perto do núcleo da célula e dos centríolos, este aparelho compõe-se de sacos membranosos, empilhados à maneira de pratos, cada saco contendo uma cisterna achatada e independente, limitada por membrana. As pilhas costumam ter meia dúzia de cisternas, mas esse número pode ser muito grande. Também o número de pilhas varia entre largos limites. Em torno das cisternas, encontram-se numerosas vesículas transportadoras, algumas vindas do retículo endoplasmático, outras em via de se desprenderem ou de se afastarem do contorno dilatado dos discos empilhados. Nas células que secretam muco, podem ser vistas grandes vesículas excretoras deslocando-se em direção ao polo excretor da célula. O aparelho de Golgi tem estrutura e funcionamento polarizados. A face voltada para o núcleo ou para o retículo endoplasmático constitui o polo formador, cercado por vesículas pequenas, enquanto a face voltada para a periferia da célula representa o polo de maturação, encontrandose junto dele as vesículas de maior tamanho. Fonte: Disponível em: www. professores.unisanta.br/.../anatomia/golgi.bmp. Acesso em 08 Out O tráfego de macromoléculas através da célula parece dirigido pelo aparelho de Golgi, ainda que pouco se saiba sobre os mecanismos, e os processos bioquímicos que governam esse tráfego. Por aí passam as proteínas a excretar, as glicoproteínas, os glicolipídios, os componentes das membranas celulares, as enzimas dos lisossomos etc. Durante a passagem, muitas das macromoléculas sofrem alterações covalentes, particularmente na fração oligossacáride ligada aos resíduos de asparagina. Essa fração é modificada para formar estruturas complexas ou enriquecidas em manoses a partir de uma estrutura básica. Outras recebem grupos glicosídicos em determinados resíduos de serina ou treonina da cadeia protéica. Algumas vezes há proteólise, outras vezes combinação com ácidos graxos ou com sulfatos. Em resumo, o aparelho de Golgi encontrado em todas as células dos eucariotas, tem funções relacionadas com: a) O estágio final de síntese de inúmeras macromoléculas, como as glicoproteínas; b) A segregação (e eventualmente a condensação) de muitos produtos em vesículas destinadas ao transporte e direcionamento destas substâncias a determinadas organelas ou à excreção; c) Estocagem de alguns produtos em vesículas excretoras, para serem depois expulsos através da membrana celular, sob o estímulo de sinais específicos.

25 4.2 - Retículo Endoplasmático Esta organela corresponde, em geral, a mais da metade das estruturas membranosas existentes em uma célula. Dispõem-se o retículo endoplasmático (RE) como formação única e muito ramificada, que delimita resíduos e espaços. Esses espaços comunicam-se entre si e com os de outras estruturas celulares, inclusive o existente entre os dois folhetos da membrana nuclear. No entanto, as cisternas do aparelho de Golgi parecem completamente isoladas das do RE e exigem, para o intenso tráfego de produtos que elaboram, a formação de vesículas transportadoras. Entre esses produtos destacam-se proteínas, sintetizadas pelos ribossomos ancorados nas superfícies membranosas do RE, lipídios e carboidratos complexos que serão destinados tanto para a constituição das membranas celulares, dos lisossomos e de outras organelas, como para a excreção através do aparelho de Golgi ou de vesículas especiais. Retículo Endoplasmático Granuloso Assim se denomina a partir do RE que traz os ribossomos aderidos à superfície externa das membranas (face voltada para o citosol). Ele é muito mais desenvolvido em células especializadas na síntese de proteínas, como são as células secretoras do pâncreas ou os plasmócitos que fabricam anticorpos. Os ribossomos aderem à membrana lipoproteica do RE mediante ligações não covalentes entre a subunidade maior e duas glicoproteínas distribuídas com certa regularidade na superfície da membrana. Estas são as riboforinas. 25 Fonte: Disponível em: Acesso em 08 Out As proteínas produzidas pelos ribossomos são lançadas na cavidade do retículo e envolvidas por pedaços de membranas. Formam-se, assim, pequenos pacotes ou vesículas cheias de proteína, que são enviadas para o complexo Golgiense, de onde podem ser secretadas. Portanto, o retículo granuloso produz proteínas para a exportação. Por isso ele é bem desenvolvido em células glandulares, que secretam hormônios e outros produtos cuja ação se dará fora destas células. Produz também proteínas que, depois de chegarem ao complexo Golgiense, serão transferidas para a membrana plasmática ou para outra organela do sistema de endomembranas (conjunto das organelas com membranas semelhantes à plasmática: retículo endoplasmático, complexo Golgiense, lisossomo e vacúolos). Algumas vezes, produz também glicídios, que são acrescentados às proteínas sintetizadas pelos ribossomos. É o que ocorre nas células que revestem as cavidades do corpo. Essas células secretam uma substância pegajosa ou muco, formada por glicoproteínas. Os ribossomos livres no citosol produzem proteínas que aí permanecem dissolvidas e exercem suas funções; é o caso de diversas enzimas (algumas dessas proteínas migram para o núcleo ou para a mitocôndria e outras organelas). As células embrionárias, por exemplo, são ricas em ribossomos livres e pobres em retículo rugoso.

26 26 Retículo Endoplasmático Não Granuloso Esse retículo é formado por cavidades em forma de tubo delimitadas por membranas sem ribossomos (daí o nome liso); portanto, não atua na síntese de proteínas. Em suas cavidades há enzimas que sintetizam diversos tipos de lipídios, como os da membrana plasmática e os esteroides, e enzimas responsáveis por uma desintoxicação do organismo, pois transformam alguns medicamentos, álcool e outras substâncias tóxicas em produtos menos tóxicos e de excreção mais fácil (esse processo é realizado no fígado, na pele, nos rins e nos pulmões). Nos músculos, o retículo não granuloso (chamado de retículo sarcoplasmático) é muito desenvolvido e serve de reservatório de íons cálcio, necessários ao mecanismo da contração Lisossomos Os organismos unicelulares, como os protozoários, e algumas células especializadas dos animais são capazes de capturar e digerir pequenos fragmentos de matéria orgânica. As organelas responsáveis por essa digestão intracelular são os lisossomos, pequenas bolsas com enzimas digestivas, que se originaram das vesículas do complexo Golgiense. Os lisossomos podem também remover organelas ou partes desgastadas da célula ou que não são mais necessárias. Por esse processo, chamado de autofagia (auto=próprio; fago=comer), a célula mantém suas estruturas em permanente reconstrução e pode mesmo construir uma parte nova à custa da destruição de outra mais velha. Por exemplo, as células do fígado reciclam cerca de 50% de seu conteúdo a cada semana. Ao longo do desenvolvimento de um organismo, há momentos em que grupos de células são destruídos, como na regressão da cauda do girino (larva do sapo) durante a metamorfose. Chamado inicialmente de autólise ou citólise, esse processo foi atribuído ao rompimento dos lisossomos, mas hoje se sabe que é um processo diferente, mais complexo, chamado de morte celular programada. Este processo envolve uma série de alterações que provocam a morte das células de outras maneiras Peroxissomos Os peroxissomos são pequenas vesículas presentes em todas as células eucariotas. Estas organelas contêm enzimas que promovem a reação do oxigênio com algumas moléculas orgânicas, com perda de hidrogênio por essas moléculas e formação de água oxigenada (ou peróxido de hidrogênio; daí o nome peroxissomos). Nessas estruturas existe também a catalase, enzima que decompõem a água oxigenada em água e oxigênio, que é usada para oxidar certas moléculas tóxicas, como o álcool. Nos vegetais existe um tipo de peroxissomo com enzimas que transformam os lipídios armazenados nas sementes em glicídios. Durante esta transformação forma-se o ácido glioxílico, por isso este peroxissomo é chamado de glioxissomo Mitocôndrias O processo pelo qual a energia química necessária ao organismo é liberada, por meio da quebra das cadeias de carbono, é a respiração celular. Com essa energia, a célula executa seus trabalhos de síntese, realiza os movimentos e o transporte ativo de substâncias, produz calor etc. A organela responsável pelas etapas finais da respiração celular aeróbia nos eucariontes e pelos processos anaeróbios de obtenção de energia é a mitocôndria. Imagina-se que as mitocôndrias tenham surgido de bactérias que, há cerca de 2,5 bilhões de anos, foram fagocitadas por células procariotas maiores e, tendo escapado dos mecanismos de digestão, passaram a viver nelas. Essas bactérias seriam capazes de realizar respiração aeróbia, ao contrário das células que as abrigaram, que realizariam apenas fermentação. Como aquele processo libera mais energia por molécula de glicose, as células hospedeiras passaram a contar com maior disponibilidade de energia.

27 Essa teoria é conhecida como teoria endossimbiótica ou endossimbiôntica das mitocôndrias. Essas organelas se apresentam na forma de grãos ou bastonetes e podem medir até 2 µm de diâmetro por 10 µm de comprimento. Ao microscópio eletrônico, nota-se que se trata de vesículas limitadas por duas membranas semelhantes à plasmática, e a interna forma uma série de septos ou dobras, as cristas mitocondriais, entre as quais fica a matriz mitocondrial, solução gelatinosa de aspecto semelhante ao citosol. 27 Na matriz e na membrana interna há várias enzimas responsáveis pelas reações químicas de respiração. As cristas mitocondriais permitem um aumento no número de enzimas sem aumento do tamanho da organela. Fonte: LOPES, S & ROSSO, S. Biologia Volume Único. São Paulo: Saraiva, Na matriz há também RNA e ribossomos, ou seja, as mitocôndrias possuem equipamento próprio para a síntese de proteínas e com ele, sintetizam proteínas típicas e mesmo algumas enzimas que atuam na respiração celular Plastos Os plastos são estruturas encontradas somente em células de plantas e de alguns protistas, e podem ser classificados em três tipos: Cloroplastos Contêm como pigmentos clorofila e carotenoides. Os cloroplastos são organelas importantes que participam do processo da fotossíntese. Existem cloroplastos de diversas formas e em número variável por célula. Em algas multicelulares, é comum encontrarmos cloroplastos relativamente grandes e em pequeno número por célula (um ou dois); em células de plantas terrestres costumam ser pequenos e numerosos. Cromoplastos Contêm como pigmentos os carotenoides, mas não clorofila; não realizam fotossíntese e são responsáveis pela coloração amarelada, alaranjada e avermelhadas de flores, folhas velhas e alguns frutos e raízes. Por influírem na coloração de plantas, exercem atração sobre animais, colaborando com a polinização e a dispersão de espécies de plantas. Leucoplastos São incolores, pois não contêm pigmentos. Alguns armazenam amido (amiloplastos), outros armazenam óleos e proteínas. Se expostos à luz, podem dar origem a cloroplastos. Exercícios 1- Qual a localização do Aparelho de Golgi na célula? Cite 3 funções para esta organela. 2- O que são os Peroxissomos? Qual é a principal enzima presente nestas organelas? Atividades Complementares 1- Faça um desenho legendado da célula eucarionte, indicando no seu interior os componentes estudados nesta unidade. 2- Descreva, resumidamente, a função dos lisossomos.

28 28 UNIDADE V NÚCLEO E REPRODUÇÃO CELULAR O núcleo é uma estrutura característica dos eucariontes, na qual estão os genes, responsáveis pelo controle das atividades celulares e pelas características hereditárias dos organismos. Nos eucariontes, o material genético, chamado de cromatina, é formado por um conjunto de filamentos separado do citoplasma pela membrana nuclear. A parede dessa membrana é dupla e cheia de poros, pelos quais ocorre a troca de material entre o núcleo e o citoplasma Cromatina e Nucleoplasma No interior do núcleo, cada cromossomo, que é constituído por DNA associado a proteínas, tem aspecto de fio e forma a cromatina. Esse termo, derivado do grego chroma, que significa cor, foi empregado logo no início do estudo das células, quando os cientistas verificaram que o núcleo se tingia com determinados tipos de corantes básicos. O aspecto da cromatina é de uma massa formada por vários fios longos e finos, mas que não se consegue individualizar. Somente quando a célula entra em divisão é possível ver os cromossomos individualizados, pois ocorre a condensação da cromatina, isto é, os fios sofrem espiralização, tornando-se mais curtos e espessos. O nucleoplasma, é constituído de substâncias (íons, vários tipos de enzimas, moléculas de ATP) dissolvidas em água; nele estão imersos os filamentos de cromatina e o nucléolo Nucléolo O nucléolo é um corpúsculo denso, não delimitado por membrana, presente no interior do núcleo. É uma região de intensa síntese de um tipo de ácido nucleico denominado ácido ribonucleico ribossômico (RNAr). Essa síntese ocorre em certas regiões de determinados cromossomos, denominados regiões organizadoras do nucléolo. Logo após a sua síntese, o RNAr associa-se a proteínas, formando grãos de ribonucleoproteínas, que comporão os ribossomos. Esses grãos permanecem por algum tempo próximos ao local de sua síntese e depois saem do núcleo em direção ao citoplasma, passando através dos poros da carioteca. Enquanto isso, novos grãos vão sendo formados no nucléolo, repondo os que estão saindo do núcleo. O nucléolo corresponde, portanto, a uma região de grande concentração de ribonucleoproteínas e de RNAr Reprodução Celular A divisão celular é observável ao microscópio óptico no processo denominado mitose, durante o qual uma célula se divide em duas, recebendo cada nova célula (célula-filha) um jogo cromossômico igual ao da célulamãe. Este processo consiste, essencialmente, na duplicação dos cromossomos e na sua distribuição para as células-filhas. A mitose é um processo contínuo que é dividido em fases por razões didáticas. A PRÓFASE caracteriza-se pela condensação gradual da cromatina, que irá constituir os cromossomos mitóticos. O envoltório nuclear se fragmenta no final da prófase devido a fosforilação da lâmina nuclear, originando vesículas que permanecem no citoplasma e vão reconstituir o envelope nuclear no final da mitose. Os centrossomos e seus centríolos, que se duplicaram na interfase, separam-se, migrando um par

29 para cada polo da célula. Começam a aparecer microtúbulos entre os dois pares de centríolos, iniciandose a formação do fuso mitótico. Durante a prófase o nucléolo se desintegra. Na METÁFASE, os cromossomos migram graças à participação dos microtúbulos e se dispõem no plano equatorial da célula. Cada cromossomo, cujo DNA já está duplicado, divide-se longitudinalmente em duas cromátides, que se prendem aos microtúbulos do fuso mitótico próximo ao centrômero. Na ANÁFASE, os cromossomos-filho separam-se e migram, por um processo complexo, para os polos da célula, seguindo a direção dos microtúbulos do fuso. Nesse deslocamento os centrômeros seguem na frente e são acompanhados pelo resto do cromossomo. O centrômero é uma região mais estreita (constricção) do cromossomo, que mantém as cromátides juntas até o início da anáfase. A TELÓFASE caracteriza-se pela reconstrução dos envoltórios nucleares das células-filhas, em consequência da desfosforilação dos filamentos da lâmina nuclear e da fusão das vesículas originadas do envoltório nuclear no final da prófase. Os cromossomos se tornam gradualmente menos condensados, o que leva ao reaparecimento da cromatina. À medida que o núcleo interfásico se refaz, os nucléolos se reconstituem. A divisão do material nuclear é acompanhada pela divisão do citoplasma por um processo denominado CITOCINESE, que se inicia na anáfase e termina após a telófase. Outro processo de divisão celular é a MEIOSE, que é representada por duas divisões sucessivas resultando em células germinativas com um padrão cromossomial que corresponde à metade da espécie. 29 Exercícios 1- Como é constituído o nucleoplasma? 2- Descreva o nucléolo. Atividades Complementares 1- Descreva os componentes do núcleo. 2- Faça um desenho da célula eucarionte, enfatizando o núcleo e indicando os seus componentes.

30 30 UNIDADE VI TECIDOS Apesar da sua grande complexidade, o organismo humano é constituído por apenas quatro tipos básicos de tecidos: o epitelial, o conjuntivo, o muscular e o nervoso. Estes tecidos, que são formados por células e moléculas da matriz extracelular, não existem como unidades isoladas, mas associados uns aos outros, formando os diferentes órgãos e sistemas do corpo Tecido Epitelial Os epitélios são divididos em dois grupos principais, de acordo com a sua estrutura e função: epitélios de revestimento e epitélios glandulares. Epitélios de Revestimento Nos epitélios de revestimento, as células são organizadas em camadas que cobrem a superfície externa do corpo ou revestem as cavidades do corpo. Podem ser classificados de acordo com o número de camadas de células e conforme as características morfológicas das células na camada superficial. Os epitélios simples contêm só uma camada de células e os epitélios estratificados contêm mais de uma camada. Os epitélios simples podem ser: pavimentoso, cúbico ou prismático. O epitélio prismático também é denominado colunar ou cilíndrico. Epitélios pavimentosos simples: Endotélio que reveste os vasos sanguíneos e linfáticos, e o mesotélio, que reveste cavidades do corpo, como a cavidade pleural e peritoneal, e também recobre as vísceras; Epitélio cúbico: Reveste externamente o ovário. O epitélio estratificado é classificado em pavimentoso, cúbico, prismático, transição e pseudo-estratificado, de acordo com a forma das células de sua camada mais superficial. O epitélio estratificado pavimentoso não queratinizado reveste cavidades úmidas (por exemplo, boca, esôfago, vagina), ao contrário da pele, cuja superfície é seca e revestida por um epitélio estratificado pavimentoso queratinizado. As células de ambos os epitélios formam várias camadas, sendo que as células mais próximas ao tecido conjuntivo (chamadas de células basais) são geralmente cúbicas ou prismáticas. À medida que as células ocupam posições mais afastadas do tecido conjuntivo, sua forma fica irregular até que, na superfície, elas se tornam achatadas como azulejos. No epitélio não queratinizado as células superficiais achatadas retêm os núcleos e boa parte das organelas, enquanto no epitélio queratinizado essas células são mortas, perdem suas organelas e o seu citoplasma é ocupado por grande quantidade de filamentos intermediários de queratina. O epitélio estratificado prismático é difícil de ser encontrado, pois está presente apenas na conjuntiva ocular e nos grandes ductos excretores de glândulas salivares. O epitélio de transição, que reveste a bexiga urinária, o ureter e a parte superior da uretra, é um epitélio estratificado cuja camada mais superficial é formada por células globosas, nem pavimentosas, nem prismáticas. A forma destas células muda de acordo com o grau de distensão da bexiga, podendo as células ficar achatadas quando a bexiga estiver cheia. O epitélio pseudoestratificado é assim chamado porque, embora seja formado por apenas uma camada de células, os núcleos parecem estar em várias camadas. Todas as suas células estão apoiadas na lâmina basal mas nem todas alcançam a superfície do epitélio, fazendo com que a posição dos núcleos seja variável. O exemplo mais conhecido deste tecido é o epitélio pseudoestratificado prismático ciliado que reveste as passagens respiratórias.