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COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA CÉLULA Os seres vivos têm uma composição química bastante complexa, com grande variedade de substâncias inorgânicas ( H2O e sais minerais) e orgânicas (carboidratos, lipídios, proteínas e ácidos nucléicos) Se torna um dipolo por ter polo (+) e polo (-) SUBSTÂNCIA INORGÂNICAS: 1)ÁGUA - A molécula de água é composta por 2 átomos de hidrogênio e um de oxigênio - É um solvente universal - Reguladora da temperatura: - Alto calor específico (quantidade de energia requerida por uma substância para que ocorra um aumento de temperatura) – 1cal/g/°C - Alto calor latente de vaporização (energia necessária para separar as moléculas da fase líquida e mové-las para a fase gasosa a uma temperatura constante) - 25ºC – 44KJ/mol H2O. 2) SAIS MINERAIS - São classificados como: Macronutrientes – Nutrientes necessários em grandes quantidades Micronutrientes – Nutrientes necessários em pequenas quantidades SUBSTÂNCIAS ORGÂNICAS: 1) CARBOIDRATOS - Possuem carbono, hidrogênio e oxigênio - São os mais abundantes na natureza - Estocam energia para uso imediato no metabolismo celular - Têm função estrutural - São classificados de acordo com o número de subunidades das quais são formados: MONOSSACARÍDEOS – compostos por apenas 1 açúcar (ex. ribose, glicose, frutose) DISSACARÍDEOS – compostos por 2 açúcares (ex. Sacarose, maltose e lactose) POLISSACARÍDEOS – compostos por mais de 2 açúcares (ex. celulose, amido) 2) LIPÍDIOS - São substâncias insolúveis em água - hidrofóbicos - Armazenam energia química para posterior uso do organismo - São compostos por 1, 2 ou 3 ácidos graxos (longas cadeias carbônicas, saturadas ou não) associados a 1 glicerol - Os lipídios podem ser divididos em 4 grupos: a) GLICERÍDIOS – representados pelos óleos e gorduras. Os ác.graxos que formam esse grupo podem ser: Ác. Graxo saturado – Não há duplas ligações (sólidos) Ác. Graxo insaturado – Há duplas ligações (líquidos) b)CERÍDEOS – representado pelas ceras, são formados pela união de álcoois de longa cadeia com ácidos graxos. - Formam barreiras contra a perda de água. c)FOSFOLIPÍDIOS – Possuem além de álcool e ác. Graxos, ácido fosfórico e uma molécula nitrogenada. d) ESTERÓIDES – Podem ser distinguidos das demais classes de lipídios pela presença de 4 anéis hidrocarbônicos interconectados São importantes componentes de membrana e também funcionam como hormônio 3) PROTEÍNAS Estão presentes em todas as estruturas da célula São fundamentais para o funcionamento dos organismos Participam desse grupo, as enzimas, hormônios e os anticorpos São polímeros de moléculas de nitrogênio, conhecidas como aminoácidos Uma molécula de proteína pode conter até milhares de aminoácidos, adquirindo grandes dimensões e alta complexidade. São mais de 200 tipos diferentes de aminoácidos, apenas 20 são usados para a montagem das proteínas comuns. A ligação entre aminoácidos é chmada de ligação peptídica – O composto formado é chamado de peptídio - Aminoácidos São grupos carboxílicos (COOH) que possuem o grupo NH2 ligado ao carbono À medida que a cadeia é montada na célula, as interações entre os vários aminoácidos ao longo da cadeia fazem com que ela se dobre, assumindo uma estrutura primária, secundária, terciária ou quaternária As enzimas são proteínas globulares que catalizam reações químicas nas células Catalizadores – São substâncias que aceleram a velocidade de uma reação química, são tipicamente eficientes em baixas concentrações. Cada tipo de reação tem a sua enzima específica Fatores que influenciam a reação enzimática: Temperatura, pH, concentração do substrato. 4) ÁCIDOS NUCLÉICOS São polímeros de nucleotídios Nucleotídios – São moléculas complexas, consistindo de um grupo fosfato, uma base nitrogenada e um açúcar de cinco carbonos A unidade de açúcar pode ser a Ribose ou desoxirribose Existem dois tipos de ácidos nucléicos: ÁCIDO RIBONUCLÉICO (RNA) - açúcar é a ribose ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLÉICO (DNA) - açúcar é a desoxirribose Embora seus componentes químicos sejam semelhantes, o DNA e o RNA, desempenham papéis biológicos diferentes DNA – É o portador do material genético, contém a informação organizada em unidades conhecidas como genes. RNA – Estão envolvidas na síntese de proteínas baseado na informação do DNA Os nucleotídios têm uma função independente quando modificados pela adição de dois ou mais grupos fosfato – passam a ser transportadores de energia necessária para as reações químicas que ocorrem no interior das células - o ATP INTRODUÇÃO A CÉLULA VEGETAL A palavra célula, no sentido biológico, foi usada primeiramente no século XVII, por Robert Hooke (1635 – 1703), observando pequenos pedaços de cortiça em um microscópio construido por ele mesmo. DESENVOLVIMENTO DA TEORIA CELULAR Na década de 1820, o botânico Robert Brown (1773-1858), descobriu um pequeno corpo no interior de vários tipos de células e o chamou de núcleo. Em 1838, o botânico alemão Matthias Schleiden (1804-1881), concluiu que a célula era a unidade básica de todas as plantas. Um ano mais tarde, o zoólogo alemão Theodor Schwann (1810-1882) generalizou esse conceito pra os animais também. Surgiu então a teoria celular de Schwann e Schleiden: “ Todos os seres vivos são formados por células”. Em 1858 o médico alemão Rudolf Virchow, afirmou que toda célula provém de outra – capacidade de reprodução. Ao longo do século XIX, foram descobertas várias estruturas, chamadas organelas, responsáveis por diferentes funções no interior da célula. A célula é a unidade fundamental da vida em estrutura e função – É capaz de crescer, nutrir-se, multiplicar-se, etc. TEORIA CELULAR Princípios fundamentais: - Todos os seres vivos são formados por células. Alguns por uma única célula. Portanto a célula é a unidade morfólogicas dos seres vivos. - As reações químicas de um organismo vivo, incluindo seus processos de liberação de energia e suas reações de biossíntese, ocorrem dentro das células - As células originam-se de outras células. - As células contêm a informação hereditária dos organismos dos quais elas são uma parte, e esta informação é passada para as células filhas. MÉTODOS DE ESTUDO DA CÉLULA Grande impulso a partir de 1860, quando foi criada a técnica de inclusão de material biológico em parafina, o que facilitou a preparação em finos cortes para observação das células. 1. Microscópia ótica - Para observação o objeto precisa ser atravessado por um feixe de luz, o que exige que ele seja suficientemente fino. - O Microscópio ótico pode ser de: Contraste de fase Campo escuro Campo Claro 2. Corantes - Facilita a observação das estruturas celulares. - Cada estrutura da célula reage com determinado corante. - Corantes vitais – Corantes que não destroem a estrutura celular – usado para obs cell vivas. 3. Fixadores - Usados para observações demoradas e repetitivas - São substâncias que conservam a célula alterando o mínimo possível sua estrutura. 4. Microscopia eletrônica (transmissão e varredura) - Foi criado em 1931 (Max Knoll e Julius Ruska) e impulsionou a citologia - A amostra tem que ser fixada, desidratada e embibida em uma resina - TRANSMISSÃO (MET) - Onde o objeto é atravessado por um feixe de eletrons e não por luz e a imagem é observada por uma tela fluorescente. Usado no estudo das organelas celulares - VARREDURA (MEV) – O objeto é “escaneado” com um feixe de elétrons e constrói uma imagem com a informação obtida pelos elétrons refletidos pela imagem. Usado no estudo da superfície da célula, dos microorganismos e das moléculas. Transmissão Varredura 5. Centrifugação fracionada - Também chamada de fracionamento celular RE e golgi TIPOS DE CÉLULAS As células compartilham 2 aspectos essenciais: Membrana externa – membrana plasmática – que separa os conteúdos celulares do ambiente externo Material genético – informação hereditária – que regula as atividades das células, possibilitando sua reprodução e passagem de suas características para a descendência. 1. CÉLULAS PROCARIOTAS - Apresenta DNA grande e circular asociado a algumas proteínas ligadas frouxamente – molécula conhecida como cromossomo. - Não apresenta núcleo individualizado e separado do citoplasma - No citoplasma também se encontram os ribossomos – responsáveis pela síntese de proteínas. - O conjunto é envolvido pela membrana plasmática, formada por lipídios e proteínas - Envolvendo a membrana existe um reforço externo – a parede celular, composta por cadeias de glícidios e aminoácidos. Os seres com células procarióticas são chamados procariontes. São organismos unicelulares medindo, em geral, entre 1 mm e 10 mm de tamanho 2. CÉLULAS EUCARIÓTICAS - Os cromossomos são envolvidos por um envoltório nuclear, formando assim um núcleo individualizado. - Apresentam uma variedade de estruturas envolvidas por membranas chamadas de organelas – que desempenham funções específicas nas células. - Possuem uma rede de filamentos protéicos chamada de citoesqueleto. - Algumas células eucarióticas como plantas, fungos têm parede celular (diferente da procariótica). - São maiores que as células procarióticas Características da célula vegetal Todas as células são envolvidas por membranas que controlam a entrada e saída de substâncias. A membrana contribui então para a manutenção da composição química da célula É através da membrana que ocorre um “reconhecimento” entre as células e de identificação de substâncias. A célula vegetal é parecida com a célula animal, ou seja, muitas estruturas são comuns a ambas A célula vegetal consiste em uma parede celular mais ou menos rígida e um protoplasto (citoplasma + núcleo) O citoplasma é limitado externamente pela membrana plasmática. O citoplasma contém organelas, sistemas de membranas, e o citossol. No citossol existem um ou mais vacúolos (característica de célula vegetal). O vacúolo é circundado por uma membrana chamada de tonoplasto. Na célula vegetal viva, o citoplasma está frequentemente em movimento – Corrente citoplasmática. A corrente citoplasmática facilita a troca de substâncias dentro da célula e entre a célula e o ambiente MEMBRANA PLASMÁTICA Todos os organismos vivos mantém contato por todos os lados com a matéria sem vida, com a qual eles constantemente trocam materiais. Em todos os seres vivos da menor célula bacteriana a maior árvore de sequóia, a troca de substâncias entre o organismo vivo e o mundo não vivo: ar, terra, água e solo, ocorre ao nível da célula. Esse intercâmbio é feito pela membrana plasmática Nos organismos pluricelulares a membrana também faz a troca entre as células. O controle entre as trocas das células é essencial para: - Proteger a integridade de cada célula - Manter as condições nas quais as atividades metabólicas ocorrem - Coordenar as atividades das diferentes células Além da membrana plasmática que controla a entrada e saída de substâncias da célula, há membranas internas, tais como as que envolvem o núcleo, as mitocôndrias e o cloroplastos. As membranas internas coordenam a passagem das substâncias entre os compartimentos internos da célula. As membranas também permitem diferenças entre os potencias elétricos (voltagem) e de concentrações químicas de vários íons e moléculas – essas diferenças são essencias para muitos processos celulares. Fig 4.1 Raven pag 73 1.ORGANIZAÇÃO DA MEMBRANA É uma película finíssima e muito frágil São flexíveis e fluidas DESCOBERTA DA ESTRUTURA DA MEMBRANA: O MOSAICO FLUIDO Também chamada de PLASMALEMA Sua estrutura interna foi descoberta aos poucos, muito antes da descoberta do microscópio eletrônico Análises químicas descobriram a presença de lipídios e proteínas Com outros experimentos descobriu-se que essa camada de lipídios era dupla Eles descobriram que as proteínas ficavam mergulhadas nos lipídios como “ icebergs no mar” podendo se movimentar lateralmente. A membrana então fica parecendo um mosaico de proteínas em um fluido, os lipídios. O lipídio mais comum na membrana é o fosfolipídio, disposto em uma camada dupla. Fosfolipídios apresentam uma região polar, com afinidade pela água (região hidrofílica), e uma apolar, que não tem afinidade pela água, mas por grandes cadeias de lipídios (região hidrofóbica). Na parte polar estão: Glicerol e ácido fosfórico, e uma substância com nitrogênio. Na parte apolar estão: 2 cadeias de carbono de ácidos graxos (álcool + cadeia de Carbono) As diferentes afinidades das duas regiões dos lipídios fazem com que eles se arrumem espontaneamente na membrana: - A região polar dos lipídios da camada externa fica voltada para a água que está fora da célula, enquanto a região polar da camada interna fica voltada para a água no interior da célula. - As regiões apolares ficam voltadas umas para as outras. AS PROTEÍNAS DA MEMBRANA Proteínas integrais: Mergulhada na camada de lipídios, interrompendo sua continuidade (proteínas transmembrana). Proteínas periféricas: Não estão mergulhadas na dupla camada de lipídios, mas aderidas à extremidade de proteínas integrais 2. COMO AS SUBSTÂNCIAS ATRAVESSAM A MEMBRANA A membrana plasmática apresenta permeabilidade seletiva Água, oxigênio, gás carbônico, uréia e glicerol – atravessam com facilidade a parte lipídica da membrana Glicose, aminoácidos, nucleotídios e sais minerais passam pelas proteínas de membranas As substâncias atravessam a membrana de 2 formas: a) Transporte passivo b) Transporte ativo a) TRANSPORTE PASSIVO – Sem gasto de energia - As moléculas de gás ou de um líquido estão em constante movimento - A tendência do movimento das substâncias é de um local com maior concentração de moléculas, para um de menor concentração de moléculas - Processo chamado de DIFUSÃO – a favor do GRADIENTE DE CONCENTRAÇÃO Ex: vidro de perfume sal na água OSMOSE Caso especial da difusão – movimento de solvente (água) da solução menos concentrada para a mais concentrada Membrana de permeabilidade seletiva Menos concentrado Mais concentrado Membrana de permeabilidade diferencial Menos concentrado Mais concentradoMenos concentrado Mais concentradoMenos concentrado Mais concentrado Membrana de permeabilidade diferencial A pressão que equilibra a entrada de água é chamada de PRESSÃO OSMÓTICA Quando se compara 2 soluções diferentes: Solução Hipertônica (hiper= acima; tónos = tensão) – Quando uma solução tem mais patículas de soluto (recebe água). Solução Hipotônica (hipo = abaixo; tónos = tensão) - Quando uma solução tem menos partículas de soluto em relação a outra solução (perde água). Solução Isotônica (Iso = igual) Turgescência – célula com grande aumento de volume Entrada de água ( Déficit de pressão de difusão - DPD) ocorre devido a duas forças: Pressão osmótica ou potencial osmótico (PO) e Pressão de turgescência (PT) ou pressão de resistência da membrana (M). DPD = PO - PT OSMOSE NAS CÉLULAS VEGETAIS A parede celular que reveste a membrana plasmática é mais elásica e muito forte, resistindo a qualquer pressão osmótica, por isso a célula vegetal não estoura (a célula animal estoura – plasmoptise). Nas células vegetais a osmose ocorre entre o meio e o vacúolo. Quando o meio é hipotônico em relação ao vacúolo – entra água no vacúolo Quando o meio é hipertônico em relação ao vacúolo – sai água no vacúolo plasmólise túrgida túrgida plasmólise DIFUSÃO SIMPLES E FACILITADA A passagem de substâncias pela camada lipídica depende do tamanho da molécula e da sua capacidade de se dissolver em lipídios. Moléculas pequenas passam mais facilmente que grandes Moléculas lipossolúveis passam mais facilmente que as não lipossolúveis. Moléculas de Oxigênio, nitrogênio e gás carbônico passam facilmente A passagem de molécula pela parte lipídica de regiões de maior para regiões de menor concentração é chamada DIFUSÃO SIMPLES Moléculas maiores e não lipossolúveis como: glicose, aminoácidos, nucleotídeos e moléc. Polares, íons atravessam com dificuldade a camada lipídica, essas são auxiliadas pelas proteínas de membrana – DIFUSÃO FACILITADA Essas proteínas são específicas para cada tipo de substância Algumas agem como enzimas Processo passivo: Gradiente de concentração Gradiente eletroquímico Existem 2 tipos de proteína de transporte através do gradiente eletroquímico: 1- Proteínas carreadoras - Se ligam a um soluto específico - Mudam de conformação - São divididas de acordo com seu funcionamento, podendo ser: uniporte (transporte), simporte e antiporte (co- transportadores) 2- Proteínas de canal - Formam poros preenchidos por água, quando abertos permitem a passagem de íons específicos ( Sódio, Potássio, Cloro e Cálcio) - Funcionam como uniporte b) TRANSPORTE ATIVO - Com gasto de energia - Movimento de substâncias onde sua concentração é baixa para onde sua concentração é alta - Depende de proteínas especiais e tem alto consumo de energia - BOMBAS - Essa energia vem de moléculas de adenosina tri-fosfato (ATP), energia elétrica ou energia luminosa - Nas células vegetal e de fungos são tipicamente bombas de protóns (H+ATPase) - Transporte ativo primário – transporte de prótons contra o gradiente de concentração. - Transporte ativo secundário – Ocorre devido ao movimento de prótons contra o gradiente, co-transportando moléculas de sacrose contra o gradiente de concentração. TRANSPORTE MEDIADO POR VESÍCULAS Transporte de grandes moléculas orgânicas: proteínas, polissacarídeos, etc A entrada na célula dessas substâncias ou partículas é feita por ENDOCITOSE A saída da célula dessas substâncias ou partículas é feita por EXOCITOSE Há 2 tipos de ENDOCITOSE: PINOCITOSE (pino=beber) e a FAGOCITOSE (fago = comer) Fagocitose – Comum a invertebrados e bactérias Pinocitose – Comum a quase todas as células eucarióticas O TRANSPORTE DE MEMBRANAS ESTÁ ENVOLVIDO EM MUITOS PROCESSOS BIOLÓGICOS ESSENCIAIS Geração de turgescência abertura estomática Aquisição de nutrientes sistema de transporte específico Excreção de sub-produtos expulsão de H+ ou OH- para fora do citossol Distribuição de metabólitos sacarose e aminoácidos para transporte a longa distância Compartimentação de metabólitos serve para imobilizar metabólitos como amido (amilopastos), ATP/ADP e NAD(P)H/NAD(P)+ (mitocôndrios e cloroplastos) Transferência de energia formação de gradientes de H+ Transferência de sinais disponibilidade de Cálcio (Ca2+) na propagação de sinais na célula PAREDE CELULAR VEGETAL Diferencia células animais de células vegetais Protege e sustenta a célula vegetal É constituida por: Celulose –arquitetura da parede Água Microfibrilas – une as moléculas de celulose Outros polissacarídeos (pectina e hemiceluloses) A celulose é o principal componente das paredes celulares vegetais, determinando em grande parte sua estrutura Essas moléculas são unidas em microfibrilas (10 a 25nm de diâmetro) A orientação das microfibrilas de celulose é que orientam a direção da expansão celular. A CELULOSE FORMA UMA ESTRUTURA PREENCHIDA POR UMA MATRIZ DE MOLÉCULA NÃO CELULÓSICAS Moléculas não celulósicas: hemiceluloses, pectinas, glicoproteínas 1- HEMICELULOSES - Variam de acordo com o tipo de célula e entre os grupos de plantas. - São ligados por pontes de hidrogênio (ligação forte) as celuloses. - Têm papel na expansão celular 2- PECTINAS - São capazes de formar géis - Aparece nas primeiras camadas da parede - São muito hidrofílicas, a água confere então propriedades plásticas ou de flexibilidade à parede 3- GLICOPROTEÍNAS - São proteínas estruturais, assim como enzimas - São melhor caracterizadas pelas EXTENSINAS - Podem dar rigidez a parede - As enzimas que podem estar presentes nas primeiras camadas incluem: peroxidases, fosfatases, celulases e pectinases 4 – LIGNINA - Aparece em células que têm funão mecânica e de sustentação - Fornece resistência à compressão e rigidez a parede - É hidrofóbica, substituindo a água na parede - A impregnação da célula por lignina ocorre primeiro entre as células e se estende das primeiras camadas para as posteriores. 5 – CUTINA (epiderme), SUBERINA e CERAS (reduzem a perda de água- tecidos secundários) - Substâncias graxas encontradas nas paredes dos tecidos externos protetores do corpo da planta. Muitas células vegetais têm uma parede secundária além de uma parede primária A região que une paredes primária de células adjacentes é chamada lamela média Muitas células depositam uma camada de células adicionais formando a parede secundária A lamela média é rica em pectina A parede primária é depositada antes e durante o crescimento da célula vegetal A formação da parede secundária ocorre principalmente após a célula ter parado seu crescimento e a parede primária não aumentar mais em superfície Têm por função aumentar a resistência, ex: cells de condução de água PLASMODESMOS Os protoplastos de células adjacentes são unidos por plasmodesmos Podem ocorrer por toda a parede primária Aparecem como canais estreitos revestidos pela membrana plasmática e atravessados por um túbulo de retículo endoplásmatico modificado conhecido como desmotúbulo Servem de via de transporte para algumas substâncias entre as células CITOSSOL Na região entre a membrana plasmática e o núcleo, chamada citoplasma, há um material gelatinoso, o citossol O componente aquoso do citoplasma (cerca de 80%) é composta por íons e macromoléculas solúveis como enzimas, carboidratos, sais, proteínas e uma grande proporção de RNA. Função de sustentação da célula O citossol é formado por um conjunto de fibras de proteínas que dão suporte e mantém a forma da célula, além de colaborarem nos seus movimentos e no transporte de substâncias – é chamado também de citoesqueleto A CICLOSE é o movimento do citossol, de maneira a formar uma corrente que carrega os diversas organelas e a distribuir substâncias ao longo do citoplasma. RIBOSSOMOS São partículas pequenas com cerca de 17 a 23 nm Estão presentes em todos os seres vivos São formados por proteína e RNA ribossômico (RNAr) São destituídos de membrana Cada ribossomo é formado de duas partes (subunidades), uma grande e outra pequena, formadas no núcleo que se juntam no citoplasma É o local onde os aminoácidos se encontram para formar as proteínas Podem ser encontrados no citoplasma de células metabolicamente ativas, na forma livre ou unidos ao reticulo endoplasmático Os que estão envolvidos na síntese de proteínas se apresentam em grupos chamados de polissomos ou poliribossomos Os ribossomos encontrados nos procariontes são menores do que os encontrados no citossol dos eucariontes RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO (RE) Presente em todas as células eucarióticas o RE é a maior organela, formada por uma rede de túbulos e vesículas achatadas, interconectadas e fechada que formam um espaço interno único, chamado lúmen do RE ou espaço cisternal. O RE se estende a partir do envoltório nuclear, percorrendo grande parte do citosol. Existem dois tipos morfológicos de RE: o retículo endoplasmático liso (REL), que não possui ribossomos, e o retículo endoplasmático rugoso (RER), que possuem ribossomos associados a sua membrana. Esta organela tem na sua constituição um sistema de membranas constituídas por lípidos e proteínas; As proteínas do retículo endoplasmático são enzimáticas e estruturais, enquanto os lípidos são essencialmente fosfolípidios A síntese das proteínas constituintes das membranas do retículo endoplasmático é realizada pelos ribossomos. Os lípidos são sintetizados pelas enzimas das próprias membranas. Funções do RE: Assegura o transporte de substâncias, realizando uma verdadeira circulação intracelular, através dele também são realizadas trocas entre a célula e o meio circundante. Armazena e concentra substâncias provenientes do meio extracelular, através da pinocitose, bem como substâncias produzidas pela própria célula. Retículo endoplasmático liso (REL) O retículo endoplasmático liso é constituído por estruturas membranares tubulares sem ribossomas nas membranas. Tem por funções: Facilitar as reações enzimáticas, fazendo com que as enzimas fiquem associadas à sua membrana; Promover a síntese de lipídos na célula, ou seja, o retículo produz triglicéridos, fosfolípidos e esteróides; Transportar substâncias na célula, Regular a pressão osmótica. Retículo Endoplasmático Rugoso Esta organela apresenta, nas faces externas das suas membranas, inúmeras partículas, denominadas de ribossomos. O retículo endoplasmático rugoso está relacionado com a síntese e concentração de proteínas, interferindo no transporte não só de proteínas mas também de outras substâncias para o meio exterior. COMPLEXO DE GOLGI Em 1898, Camilo Golgi estudando uma célula nervosa observou um depósito de nitrato de prata em certas regiões da célula, evidenciando uma estrutura em forma de rede Essa rede é conjunto de dictiossomos ou corpos de golgi coletivamente chamados Complexo de Golgi Cada dictiossomo é formado por sacos achatados e em forma de disco, chamados cisternas As cisternas são estruturas membranosas dispostas paralelamente de forma reta ou curvada Função do Complexo de golgi: -Está associado a síntese de compostos não celulósicos da parede celular (pectinas e hemiceluloses) - Da rede do complexo de golgi saem as vesículas secretoras, que migram para a membrana plasmática e com ela se fundem descarregando o seu conteúdo no meio extracelular, o qual irá compor a matriz da parede celular - As diferentes regiões dos dictiossomos sintetizam os distintos polissacarídeos - As glicoproteínas da parede, a parte protéica é sintetizada pelo retículo endoplasmático, e a porção carboidrato sintetizada pelo complexo de golgi, ocorrendo neste último a união do carboidrato com a proteína. - As vesículas derivadas do complexo de golgi podem ser incorporadas a membrana plasmática ou tonoplasto (membrana do vacúolo) - O complexo de golgi é capaz de acrescentar ou retirar moléculas de açúcar e outras substâncias às proteínas, funcionando como “etiqueta com um endereço” que explica se a proteína será exportada ou levada para outra organela. - Resumo: O Complexo de golgi modifica, “empacota”, encaminha e secreta proteínas e lipídios. MICROCORPOS São organelas muito pequenas, que se parecem com a mitocôndria São organelas esféricas que se apresentam envolvidas por uma única membrana São importantes locais de utilização de oxigênio Não apresentam membranas internas Não possuem DNA nem ribosomos, devendo então importar todas as sus proteínas São divididos em dois tipos: PEROXISSOMOS E GLIOXISSOMOS (alguns autores classificam as duas como peroxissomos) PEROXISSOMOS Estão presetes nas folhas Atuam na fotorespiração junto com os cloroplastos e mitocôndrias (rubisco como oxigenase, formação de oxigênio e peróxido de hidrogênio – atuação das catalases) Parte dos ácidos graxos encontrados nas gorduras são oxidados nos peroxissomos e transformadas em moléculas menores, usadas como fonte de energia na célula O álcool ingerido pelo organismo também é oxidado nos peroxissomos e nas mitocôndrias GLIOXISSOMOS São encontrados em sementes oleaginosas e contém enzimas diferentes Os lipídios apesar de fazerem parte das membranas e se apresentem como fonte de reserva em vários tecidos, não são usados como fonte de carbono para a respiração, com exceção dos encontrados como reservas em sementes Neste caso os lipídios são acumulados em gotículas de óleo nas sementes e para serem transportados são quebrados por lipases em ácidos graxos e glicerol no citoplasma das células Estes são importantes então para o crescimento inicial da planta, até nascerem as primeiras folhas VACÚOLO Estrutura característica de uma célula vegetal São grandes regiões envolvidas por membranas preechidas por um líquido chamado suco celular e que se encontra dentro da célula A membrana única que delimita o vacúolo é chamada de tonoplasto O tonoplasto é uma membrana bem forte e elástica O vacúolo pode originar-se diretamente do retículo endoplasmático, mas a maioria das proteínas do tonoplasto e do suco vacuolar vem do complexo de golgi O suco celular é constituido principalmente de água, os outros componentes dependem do tipo de planta, órgão e célula, além do estágio de desenvolvimento Além de íons inorgânicos como: Ca2+, K+, Cl-, Na+, HPO4 2-, os vacúolos comumente contêm açúcares, ácidos orgânicos e aminoácidos. As substâncias as vezes aparecem am altas concentrações formando cristais O suco celular é ligeiramente ácido (pH 5,0) Na maioria das vezes os vacúolos não produzem as substâncias que acumulam mas as recebe de outras partes do citoplasma (alguns pigmentos que dão cor as pétalas das flores, algumas substâncias tóxicas - defesa). A célula vegetal imatura apresenta numerosos e pequenos vacúolos que aumentam em tamanho e se fundem formando um único vacúolo. Em células maduras podem chegar a ocupar 90% do volume celular No tonoplasto são encontradas importantes proteínas como aquaporinas e ATPases. Os protóns são levados então para dentro do vacúolo crinado uma força motora que direciona vários sistemas de transporte ativo secundário, essenciais em muito processos metabólicos FUNÇÕES DO VACÚOLO O vacúolo participa de vários processos metabólicos celulares, tendo diferentes funções e propriedades, dependendo do tipo de célula. A perda de água pela célula durante a plasmólise leva a uma diminuição do volume do vacúolo Durante o alongamento celular, compostos orgânicos e inorgânicos são acumulados no vacúolo Participa da manutenção do pH da célula, por meio da ação das ATP ases Acumulam ácidos orgânicos a noite para consumo diurno na fotossintese em plantas MAC Responsáveis pela autofagia, ou seja, digestão de outros componentes celulares (invaginações - citoplasma + organelas, lise - hidrolases ácidas) Compartimento de armazenagem dinâmico (íons, proteínas e etc) Em leguminosas, as proteínas produzidas no RER são acumuladas no vacúolo - aleuronas, durante a germinação uma protease vai agir Células do endosperma com vacúolos contendo grãos de aleurona ou reserva protéica (seta) (Semente de mamona). As antocianinas e betalaínas, pigmentos hidrossolúveis, ocorrem em vacúolos de flores Células epidérmicas com vacúolo (*) contendo antocianina. A - Célula túrgida. B - Célula plasmolisada Os taninos (subst. Repelente) também são acumulados nos vacúolos de células em diferentes órgãos Células com vacúolo contendo substâncias fenólicas (seta) (Folha de erva-de-passarinho) Várias substâncias do metabolismo secundário são acumuladas no vacúolo sendo tóxicas para patógenos, parasitas, herbívoros e para a própria planta. Em muitos casos, o vacúolo aumenta inclusões na forma de cristais de oxalato de cálcio ou outros compostos, esses podem ser: Cristais prismáticos Cristais ráfides Cristais drusas MITOCÔNDRIA A mitocôndria é uma das mais importantes organelas celulares Presentes em todas as células eucarióticas podendo ter formas e tamanhos variados, possuem grande mobilidade, Localizando-se em locais intracelulares onde há maior necessidade de energia, pois sua função principal é a produção de ATP. Podem existir centenas ou até milhares numa única célula. Cada mitocôndria tem duas membranas, uma externa (altamente permeável que possui proteínas formadoras de poros (porinas) que permitem o trânsito livre de moléculas) e outra interna (altamente especializada e mais fina que se dobra formando pregas chamadas cristas mitocondriais – aumenta a superfície celular) , de constituição e espessura semelhantes à membrana plasmática. O interior da mitocôndria é repleto de um material de consistência fluida, chamado matriz mitocondrial. A mitocôndria é responsável por muitos processos catabólicos fundamentais para a obtenção de energia para a célula, como a β-oxidaçao de ácidos graxos, o Ciclo de Krebs e a Cadeia respiratória. As funções celulares dependem de um suprimento de energia que é derivado da quebra de moléculas orgânicas durante o processo de respiração celular. A energia liberada nesse processo é armazenada sob forma de moléculas de adenosina- trifosfato (ATP). A principal molécula utilizada pelas células como fonte de energia é a glicose. O processo de repiração aérobia pode ser representado pela equação: C6H12O6 + 6CO2 -> 6H2O + energia A energia obtida na respiração não é usada de imediato , cada parte é usada para formar ATP a partir do ADP e um íon fosfato, essa reação é chamada de fosforilação oxidativa PLASTÍDEOS São componentes característicos das células vegetais São organelas derivadas de cianobactérias (algas azuis), contém seu próprio genoma e se autoduplicam ESTRUTURA E COMPOSIÇÃO DOS PLASTÍDEOS São organelas com formas e tamanhos diferentes Classificam-se de acordo com a presença ou ausência de pigmento ou com o tipo de substância acumulada Podem passar de um grupo para o outro, pelo acúmulo de substâncias e rearranjo de sua estrutura CLASSIFICAÇÃO DOS PLASTÍDEOS: Com pigmento : ETIOPLASTO CLOROPLASTO CROMOPLASTOS Sem pigmento : LEUCOPLASTO O proplastídio é o precursor de todos os plastídios, são pequenos, sem cor, matriz com poucas membranas internas TRANSFORMAÇÃO DOS PLASTÍDEOS Os plastídeos podem passar de um grupo para outro, pelo acúmulo de substâncias e rearranjo de estruturas internas Apresentam um envoltório constituído por duas membranas lipoprotéicas, contendo uma matriz chamada estroma, onde se encontra um sistema de membranas chamadas de tilacóides Os tilacóides são originados de invaginações da membrana interna, mas não são contínuos a elas na maturidade A matriz contém DNA, RNA, ribossomos e enzimas (transcrição e tradução de proteínas) CROMOPLASTOS São plastídios fotossinteticamente inativos São coloridos pelos pigmentos carotenóides: Caroteno (amarelo ou alaranjado) Lecopeno (vermelho) Xantofila ( roxo) Encontram-se nas partes coloridas das flores, em frutos e em algumas raízes, sendo responsáveis pelas suas colorações Célula de pimenta mostrando cromoplastos de cor vermelha Cromoplastos da raiz de cenoura Os pigmentos apresentam-se indicados pela seta Cromoplastos (seta) nas células do tomate Laranja e Tulipa Rosa e pimentão Narciso Tomate LEUCOPLASTOS São plastídios sem coloração que muitas vezes armazenam certos produtos vegetais: a) Amido ( amiloplasto) b) Proteínas (proteinoplasto) c) Gorduras ( elaioplasto ou oleoplasto) d) São encontrados em orgãos não expostos a luz Células da batata inglesa com amiloplastos. A - Amiloplasto não-corado (seta). B - Amiloplasto corado com o reagente de Lugol (seta) Grãos de amido em arroz Grãos de amido de milho CLOROPLASTO É rico em clorofila, responsável pela sua cor verde É a organela onde se realiza a fotossíntese. As células vegetais e as algas verdes possuem um grande número de cloroplastos, de forma esférica ou ovóide, variando de tamanho de acordo com o tipo celular, e são bem maiores que as mitocôndrias. É composto por 50% de proteínas, 35% de lipídeos, 5% de clorofila, água e carotenóides. Parte das proteínas são sintetizadas pelo núcleo da célula, mas os lipídeos são sintetizados dentro da própria organela. O número de cloroplastos é regulado pela célula. Existem células que contém apenas um cloroplasto, mais a maioria das células que realizam fotossíntese contém cerca de 40 a 200 cloroplastos, que se movimentam em função da intensidade de luz e da corrente citoplasmática. Semelhantes às mitocôndrias, os cloroplastos são envoltos por duas membranas, uma externa altamente permeável, e uma interna que necessita de proteínas específicas para o transporte de metabólicos, e um espaço intermembrana. No interior da organela existe uma matriz amorfa chamada estroma que contém várias enzimas, grãos de amido, ribossomos e DNA. A membrana interna do cloroplasto não é dobrada em cristas e não contém uma cadeia transportadora de elétrons. Mergulhado no estroma, existe um sistema de membrana (bicamada) que forma um conjunto de sacos achatados em forma de discos chamados de membrana tilacóide (thylakos, saco). O conjunto de discos empilhados recebe o nome de granum. O lúmen da membrana tilacóide é chamado de espaço tilacóide. Na membrana exposta ao estroma se localizam as clorofilas que participam da fotossíntese. Os pigmentos ligados a diferentes proteínas e lipídios nas membranas dos tilacóides granares e estromáticos formam sistemas complexos de proteínas-clorofila denominados fotossistemas. NÚCLEO Principal característica que diferencia uma célula eucarionte de uma célula procarionte A maior parte da informação genética da célula está contida no DNA do núcleo, existindo uma pequena porção nas mitocôndrias e nos cloroplastos Geralmente é único e se localiza na periferia da célula devido ao grande vacúolo Desempenha duas funções importantes: 1) Controla as atividades que estão ocorrendo na célula, determinando quais moléculas protéicas são por ela produzidas e quando serão produzidas 2) Armazena a maior parte da informação genética da célula O núcleo é composto pela cromatina (material genético), nucléolos e nucleoplasma, todos envolvidos pela membrana nuclear. A membrana nuclear ou carioteca é dupla e cheia de poros, através dos quais ocorre a troca de material entre o núcleo e o citoplasma, até mesmo de proteínas. Em cada poro, as membranas interna e externa se juntam formando um revestimento do poro. Em várias partes a membrana externa do envoltório nuclear pode ser contínua com o Retículo endoplasmático, sendo considerada uma porção especializada do retículo. Partes do núcleo: 1) Nucleoplasma ou matriz nuclear constituído de água, sais minerais, proteínas e materiais que participam da síntese de ácidos nucléicos 2) Cromatina O termo cromatina é toda a porção do núcleo que se cora e é visível ao microscópio ótico. É formada por DNA enrolada em proteínas chamadas histonas As regiões mais claras, onde a cromatina está menos condensada (fios desenrolados) é chamada de eucromatina e as outras mais escuras, com a cromatina mais condensada (fios enrolados), chamada de heterocromatina A eucromatina corresponde as regiões ativas da cromatina, orientando a síntese de RNA e proteínas A heterocromatina corresponde a regiões inativas (DNA sem grande contato com proteínas no nucleoplasma) Mecanismo de liga e desliga genes na célula (enrolamento e desenrolamento) Quando as células entram em divisão, encontramos corpúsculos compactos em forma de bastonete, os cromossomos onde cada um é formado por um filamento de cromatina dobrado sobre si mesmo várias vezes por causa de um intenso enrolamento do DNA e do agrupamento das histonas 3) Nucléolo É uma estrutura esférica dentro do núcleo, não envolvido por membrana A forma, tamanho, número e a organização estrutural do nucléolo varia de acordo com os diferentes tipos celulares e depende da sua atividade funcional Cada nucléolo contém grande quantidade de RNA, proteínas e pequena quantidade de DNA correspondente ao cromossomo que contém os genes codificadores dos RNAs ribossómicos (rRNA) Os rRNA são responsáveis pela síntese e montagem das subunidades ribossômicas ÁCIDOS NUCLÉICOS O nome ácido nucléico indica que as moléculas de DNA e RNA são ácidas e foram identificadas no núcleo. DNA – Encontrado no núcleo, formando os cromossomos e parte dos nucléolos, e pequena quantidade na mitocôndria e nos cloroplastos RNA – Encontrado no nucléolo, nos ribossomos, no citossol, nas mitocôndrias e nos cloroplastos Formação: - Tanto o DNA quanto o RNA são formados por nucleotídeos, estes são formados por 3 substâncias químicas: Base nitrogenada Pentose Fosfato 1) Base nitrogenada: Divididas em 2 grupos: Bases purínica (duplo anel de átomos de carbono): Adenina e Guanina Bases pirimidínicas (um anel de carbono): Citosina e Timina e Uracila Obs: No DNA encontramos as adenina, guanina, citosina e timina No RNA encontramos as adenina, guanina, citosina e uracila 2) Pentoses: São de dois tipos Ribose e desoxirribose Nos ácidos nucléicos, os nucleotídeos estão unidos entre si, formando longos filamentos, os polinucleotídeos A ligação é entre o fosfato de uma unidade e a pentose da unidade vizinha DNA: A INFORMAÇÃO GENÉTICA O DNA é conhecido como modelo de dupla hélice, são dois filamentos de polinucleotídeos, ligados um ao outro pelas bases nitrogenadas. Os filamentos estão torcidos – formando uma dupla hélice e emparelhados em sentidos opostos (se há na extremidade de um filamento uma pentose, no filamento oposto há um fosfato) A ligação entre dois filamentos é feita por pontes de hidrogênio Observando o modelo notamos que a base timina (T) se liga sempre a adenina (A) por 2 pontes de hidrogênio e a base citocinina (c) se liga sempre a guanina (G) por 3 pontes de hidrogênio Como conseqüência desse emparelhamento específico a seqüência de bases de 1 filamento determina a seqüência do outro RNA: CONTROLE DA SÍNTESE DE PROTEÍNAS As características morfológicas de um ser vivo assim como sua fisiologia depende dos tipos de proteínas presentes no seu organismo. Controlando a fabricação de proteínas, o DNA consegue regular todas as atividades da célula. A informação do DNA é interpretada e executada pelo RNA Ao contrário do DNA, o RNA é formado por um único filamento de polinucleotídeos A pentose é sempre a ribose e as bases a adenina, guanina, citoina e uracila. O RNA é fabricado no núcleo, e migra para o citoplasma, onde desempenha a função de síntese de proteínas. Existem três tipos de RNA: RNA–mensageiro (RNA-m) – Leva o código genético do DNA para o citoplasma, onde seguindo esse código, determina a seqüência de aminoácidos da proteína RNA-transportador (RNA-t) Transporta aminoácidos até o local da síntese de proteínas RNA-ribossômico (RNAr) – participa da estrutura dos ribossomos, nos quais ocorre a síntese de proteínas. O controle da síntese de proteínas é feito em duas etapas: TRANSCRIÇÃO – Síntese de RNA-m pelo DNA em que há passagem (transcrição) do código do DNA para o RNA TRADUÇÃO – Organização dos aminoácidos soltos no citoplasma pelo RNA de modo a formar uma proteína Duplicação Do DNA SÍNTESE DE PROTEÍNAS As características de um organismo são comandadas pelo DNA por meio de um mecanismo dividido em 2 etapas: TRANSCRIÇÃO – Ocorre no núcleo, com a síntese de RNA (transferência da mensagem genética do DNA ao RNA) TRADUÇÃO – Ocorre no citoplasma, na superfície dos ribossomos, com a síntese de proteínas. O RNA é formado por apenas 1 filamento de nucleotídeos, no qual a pentose é sempre a ribose e não existe a timina (T), mas a Uracila (U). DIVISÃO CELULAR As células se reproduzem por um processo chamado divisão celular no qual o conteúdo da célula é dividido entre as duas células filhas Nos organismos unicelulares, a divisão celular aumenta o número de indivíduos na população. Nos pluricelulares, como as plantas e os animais, a divisão celular, juntamente com a expansão celular, é o modo como os organismos crescem. É também o modo de se se reparar ou substituir os tecidos defeituosos ou machucados As novas células são semelhantes estrutural e fisiologicamente, tanto em relação à célula mãe como entre si. DIVISÃO CELULAR NOS PROCARIOTOS Se dividem por fissão binária – dividir em dois As informações estão sob a forma longa e circular, associada a uma variedade de proteínas. O cromossomo bacteriano é duplicado antes da divisão celular, produzindo 2 cromossomos filhos. Cada um dos cromossomos filhos está unido por um sítio diferente no interior da membrana plasmática. À medida que a célula cresce e a membrana se alonga, os cromossomos se separam. Quando a célula atinge, aproximadamente, o dobro do tamanho os cromossomos estão separados e a membrana e a parede crescem para dentro, dividindo a célula em 2. DIVISÃO CELULAR NOS EUCARIOTOS É um processo mais complexo porque armazena cerca de mil vezes mais DNA do que uma célula procariótica. Aqui o DNA aparece na forma linear, formando vários cromossomos diferentes. Por exemplo, se a célula tem 20 cromossomos na hora da divisão, cada uma das células filhas deve receber uma cópia de cada um dos 20 cromossomos. A solução para esse problema é conhecida como mitose O número de cromossomos varia com a espécie MITOSE É o processo pelo qual é construído uma cópia exata de cada cromossomo, a informação genética é duplicada e distribuída igualmente as 2 células filhas. As características básicas da mitose são: a) Distribuição igual e conservativa do número de cromossomos. b) Distribuição igual e conservativa da informação genética. A mitose geralmente vem seguida da citocinese, processo que divide a célula inteira em duas novas células Cada uma das novas células contém não apenas um núcleo com os cromossomos completos, mas também aproximadamente metade do citoplasma da célula mãe Embora a mitose e a citocinese sejam os dois eventos associados à reprodução das células eucariontes, estas representam apenas uma pequena parte de um processo maior, o ciclo celular CICLO CELULAR As células eucarióticas passam por uma seqüência regular e repetida de eventos, conhecida como ciclo celular que preparam e realizam a divisão celular O ciclo termina desde poucas horas até vários dias, depende do tipo de célula e de fatores externos como: temperatura e nutrientes disponíveis. A Célula é encaminhada a mudar de posição no ciclo por mecanismos de regulação relacionados a : Crescimento Multiplicação Diferenciação celular Condição de latência (diminuir a velocidade do metabolismo). As falhas nos mecanismos levam a célula a ser encaminhada para: Apoptose (morte celular programada) Desenvolvimento tumoral (multiplicação desordenada) Sinais químicos que controlam o ciclo vêm de fora e de dentro da célula Sinais externos: > Hormônios > Fatores de crescimento Sinais internos são proteínas de 2 tipos: > Ciclinas > Quinases (CDKs) O Ciclo celular é dividido em interfase e mitose A interfase vem antes da mitose, é um período de intensa atividade celular, durante a qual acontecem elaboradas preparações para a divisão celular incluindo a duplicação dos cromossomos. É a fase mais demorada (90% a 95% do tempo total gasto durante o ciclo) MEIOSE É composta por duas divisões nucleares sucessivas (meiose I e meiose II) e produz um total de 4 núcleos. Cada um dos núcleos filhos contém a metade do número de cromossomos presente no núcleo original. Além disso, cada núcleo- filho recebe um dos membros de cada par de cromossomos homólogos. Os eventos chave da meiose ocorrem na interfase que ocorre antes da meiose e no início da primeira divisão meiótica A MEIOSE PRODUZ VARIABILIDADE GENÉTICA Como resultado final das duas divisões nucleares da meiose, são formadas células com metade do número de cromossomos do núcleo diplóide original. Entretanto, as conseqüências genéticas do processo são mais importantes Na metáfase I, a orientação dos cromossomos é ao acaso, isto é, são distribuídos ao acaso entre os 2 novos núcleos Se a célula diplóide original tiver 2 pares de cromossomos homólogos n=2, há quatro modos possíveis de distribuí-los entre células haplóides. Se n=3, há 8 possibilidades, se n=4, há 16 possibilidades. A fórmula geral é 2n Além disso, por causa da permutação, cada cromossomo geralmente possui segmentos originados de ambos os parentais. Em resumo, a meiose difere da mitose em três aspectos fundamentais: 1. Na meiose ocorrem duas divisões nucleares e na mitose apenas uma, mas tanto na meiose quanto na mitose e o DNA é replicado apenas uma vez. 2. Cada um dos 4 núcleos produzidos na meiose é haplóide, contendo apenas a metade do número de cromossomos – isto é, apenas um membro de cada par dos cromossomos homólogos – que estavam presentes no núcleo diplóide original. Ao contrário, cada um dos dois núcleos produzidos durante a mitose tem o mesmo número de cromossomos que o núcleo que os originou. 3. Cada um dos núcleos produzidos por meiose contém combinações diferentes de genes, enquanto cada núcleo produzido pela mitose tem combinações idênticas de genes. Na meiose são produzidos núcleos diferentes a partir do núcleo original, enquanto ma mitose são produzidos núcleos com um conjunto de cromossomos idêntico aquele do núcleo original.