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KLS CIÊNCIAS MOLECULARES E CELULARES Ciências Moleculares e Celulares KLS Sônia Aparecida Santiago Ciências Moleculares e Celulares Dados Internacionais de Catalogação na Publicação CIP Santiago Sônia Aparecida ISBN 9788584822188 1 Biologia celular 2 Citologia 3 Ciências biológicas I Título CDD 574 Santiago Londrina Editora e Distribuidora Educacional SA 2015 224 p S235c Ciências Moleculares e Celulares Sônia Aparecida 2015 Editora e Distribuidora Educacional S A Avenida Paris 675 Parque Residencial João Piza CEP 86041 100 Londrina PR email editoraeducacionalkrotoncombr Homepage httpwwwkrotoncombr 2015 por Editora e Distribuidora Educacional SA Todos os direitos reservados Nenhuma parte desta publicação poderá ser reproduzida ou transmitida de qualquer modo ou por qualquer outro meio eletrônico ou mecânico incluindo fotocópia gravação ou qualquer outro tipo de sistema de armazenamento e transmissão de informação sem prévia autorização por escrito da Editora e Distribuidora Educacional SA Presidente Rodrigo Galindo VicePresidente Acadêmico de Graduação Rui Fava Gerente Sênior de Editoração e Disponibilização de Material Didático Emanuel Santana Gerente de Revisão Cristiane Lisandra Danna Coordenação de Produção André Augusto de Andrade Ramos Coordenação de Disponibilização Daniel Roggeri Rosa Editoração e Diagramação eGTB Editora Unidade 1 Citologia Seção 11 Fenômeno da vida Seção 12 Origem e evolução das células Seção 13 Características das células procariontes e eucariontes Seção 14 Vírus entidade biológica dependente de células Unidade 2 A química da vida Seção 21 Água como componente celular pH e tampão Seção 22 Aminoácidos peptídeos proteínas e enzimas Seção 23 Vitaminas e nutrientes minerais Seção 24 Carboidratos e lipídios Unidade 3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma Seção 31 Membrana plasmática Seção 32 Sinalizações celulares Seção 33 Citosol e citoesqueleto Seção 34 Sistema de endomembranas e organelas Unidade 4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos Seção 41 Ácidos nucleicos armazenamento e transmissão da informação genética Seção 42 Ciclo celular Seção 43 Bases biológicas da hereditariedade e padrões de herança Seção 44 Diferenciação celular e apoptose 7 10 23 35 50 63 66 80 94 107 121 123 136 148 160 171 173 184 197 209 Sumário Desde cedo a humanidade teve curiosidade em saber o que havia por trás da aparência das estruturas dos corpos dos seres humanos plantas e até mesmo como o planeta se formou Com a invenção de tecnologias com destaque para as lentes de vidro foi possível a criação dos microscópios a curiosidade começou a ser sanada e o sentimento de busca por saber inovado Sendo assim os estudos dos fundamentos biológicos relacionados à estrutura e ao funcionamento das células estão entre os mais importantes para as mais diversas carreiras das Ciências da Saúde Os conceitos apresentados neste livro didático têm o objetivo de buscar a evolução do ensino em saúde com foco na transdisciplinaridade integrando os conhecimentos das características evolutivas e estruturais das células com o metabolismo celular e tecidual Palavras do autor U1 Citologia 7 Citologia Caro aluno vamos iniciar os estudos de um tema sempre polêmico o fenômeno da vida Assim conhecer a Biologia do grego biosvida e logosestudo ciência que estuda a vida dos seres vivos seus processos vitais e suas relações é um dos desafios dos pesquisadores até os dias atuais Apesar de todo o conhecimento já adquirido esta é uma área onde novas informações sempre estão sendo descobertas Desta forma convido você a debater comigo algumas questões sobre a vida e o nosso modo de viver Convite ao estudo Compreender as estruturas e funções das moléculas biologicamente importantes ao organismo Compreender as transformações químicas realizadas pelas células nos seus processos metabólicos Identificar e compreender os mecanismos da hereditariedade Conhecer os fundamentos bioquímicos das principais moléculas biológicas e suas interações em nível celular na promoção do equilíbrio orgânico Analisar e interpretar os diferentes padrões de herança para melhor compreensão das patologias humanas de bases genéticas Objetivos Unidade 1 U1 Citologia 8 Você já teve curiosidade em saber quando o homem começou a ter conhecimentos sobre o seu modo de vida Mesmo não sabendo cientificamente o que estava fazendo a observação dos fenômenos biológicos realizada pela humanidade começou na Préhistória Desde então a Biologia é um dos ramos do conhecimento que mais contribui para a compreensão do mundo vivo e para uma melhoria na qualidade de vida em nosso planeta Agora pense como são formados os seres vivos Um ser vivo é um organismo formado por célula Então a célula é a unidade funcional e estrutural que compõe um organismo vivo A ciência que estuda a célula e seu comportamento é chamada Citologia do grego kytos célula e logos estudo atualmente designada Biologia Celular Toda célula é limitada por uma membrana preenchida internamente por uma solução aquosa concentrada de compostos e como organelas e material genético Todo esse conhecimento só foi possível graças ao invento do microscópio aparelho que permite a visualização de estruturas não visíveis a olho nu como células e microrganismos Agora observando ao seu redor eu te questiono tudo o que é vivo parece que tem a mesma quantidade de células A resposta é Não Existem os organismos unicelulares que são formados por uma única célula e que provavelmente você não os esteja vendo e os pluricelulares que são constituídos de várias células por exemplo o homem além dos organismos vivos ao nosso redor O universo biológico demonstra que a evolução produziu uma imensa diversidade de formas de organismos Existem no mundo cerca de quatro milhões de espécies distribuídas entre animais vegetais protozoários bactérias e organismos acelulares considerados não vivos cujos comportamentos morfologias e funções são diferentes entre si embora nas questões moleculares e celulares dos seres vivos apresentem um plano único de organização Caso essa organização celular seja destruída a função da célula também ficará alterada e comprometida Agora imagine a seguinte situação Maria é funcionária de um hospital em uma cidade metropolitana atua nos laboratórios de análises clínicas e está efetuando a análise laboratorial incluindo lâminas preparadas para observação em microscópio de um paciente que pode ter tido contato com agentes infecciosos biológicos Os sintomas são insuficiência respiratória aumento das glândulas linfáticas e pontas dos dedos escurecidas U1 Citologia 9 Ao observar suas células ao microscópio óptico percebe que ocorreu perda da nitidez dos elementos nucleares das células o núcleo condensado basófilo e fragmentado o citoplasma com aspectos acidófilos a célula está sofrendo uma necrose Esses sintomas podem ser semelhantes para algumas doenças Um exemplo de doença com essas reações é a peste negra que foi uma epidemia medieval que dizimou um terço da população da Europa Na época pouco se sabia dos fatores de contágio e transmissão Nos dias atuais ainda ocorrem incidências segundo informações da OMS ORGANIZAÇÃO MUNDIAL DE SAÚDE apud TINOCO 2015 Sabemos que é uma patologia que causa disfunções nas células no entanto pense como essas alterações acontecem e por que se manifestam com tais sintomas Reflita sobre o agente causal e sua estrutura celular compare com a estrutura celular do paciente U1 Citologia 10 Fenômeno da vida Caro aluno a partir de agora iremos estudar as células que são a base para a geração dos organismos vivos destacando como se apresentam e constituem os seres vivos e a complexidade de cada uma Falaremos também dos métodos de observação celular dos cientistas que foram pioneiros nesta área Todos os elementos que abordaremos te levarão a concluir as questões propostas Diálogo aberto Todos os seres vivos são formados por células do ser humano até microrganismos que são responsáveis por diversas interações na natureza e podem ser encontrados no ar no solo e inclusive no homem Com relação ao seu contato com o homem este pode ocorrer de forma positiva e indispensável à vida ou bastante negativa neste caso os efeitos são prejudiciais à saúde e até mesmo à vida do homem através do contato com microrganismos patogênicos Relembre a situação das células do paciente com suspeita de peste negra apresentada no convite à leitura As células deste paciente estão com aspecto que provavelmente irão leválas à morte pense como isso acontece Qual foi o princípio para essa degradação A morte celular pode levar à morte do paciente Que agente biológico poderia causar tal devastação celular Seção 11 O estudo desta seção irá permitir que você entenda a importância das células e dos métodos de observação como o microscópio óptico que foi um marco na evolução dos conhecimentos de citologia proporcionando a descoberta da célula Todos os conteúdos apresentados vão ajudálo na resolução de problemas em situações próximas da realidade Para desenvolver melhor o assunto desta seção são necessárias noções de funcionamento celular Dica U1 Citologia 11 As bactérias são seres unicelulares considerados organismos primitivos no entanto têm papel fundamental para a vida do nosso planeta Estão presentes em todos os ambientes são microrganismos com alta capacidade de adaptação aliados às mutações e troca de material genético processo que é fundamental para sua evolução e ainda se multiplicam rapidamente As células são a base para a formação dos seres vivos Correlacione essa informação com a situaçãoproblema O estudo dos organismos vivos demonstra que a evolução produziu uma imensa variedade de formas Como já vimos existem em torno de quatro milhões de espécies diferentes de bactérias protozoários vegetais e animais que diferem em sua morfologia função e comportamento Entretanto sabese agora que quando esses organismos são estudados em nível celular e molecular observa se um plano principal e único de organização O objetivo da biologia celular e molecular é entender precisamente este plano unificado de organização que constitui as células Assim sendo a célula é a unidade estrutural e funcional básica dos organismos vivos da mesma forma que o átomo é a unidade fundamental das estruturas químicas Os organismos vivos constituídos por células realizam o seguinte ciclo biológico todos nascem crescem se reproduzem e morrem Uma única célula já pode constituir um organismo inteiro como no caso dos protozoários ou ela pode ser encontrada agrupada e diferenciada em tecidos e órgãos para formar um organismo multicelular Para realizar seu ciclo vital todo ser vivo precisa de energia Ela pode ser obtida através da fotossíntese realizada por vegetais algumas bactérias autotróficas utilizam a energia de uma fonte não orgânica em geral a luz do sol Temos como exemplo as plantas que possuem clorofila em suas folhas elas captam luz solar e a utilizam na síntese de moléculas orgânicas Além dos fotossintetizantes também existem Lembrese Reflita Não pode faltar U1 Citologia 12 seres autótrofos quimiossintetizantes que não precisam de fonte luminosa utilizam matérias inorgânicas gás carbônico e água para produzirem matéria orgânica Por fim temos os seres heterótrofos que conseguem energia por ingestão de outros seres como plantas e animais e são considerados consumidores A história da biologia celular está ligada ao desenvolvimento tecnológico que tornou possível o estudo da célula A partir do século XIV as lentes de vidro começaram a ser usadas para correção de defeitos de visão e como dispositivos de aumento possibilitando a análise de estruturas antes não vistas a olho nu Os primeiros estudos sobre a morfologia da célula começaram com a popularização dos microscópios ópticos rudimentares no século XVII posteriormente complementados com várias técnicas histológicas nos séculos XIX e XX permitindo a observação mais detalhada das diversas estruturas celulares Através do estudo das propriedades das células foi instituída a Teoria Celular Esse conceito surgiu no século XIX idealizado pelo botânico alemão Mathias Jakob Schleiden no ano de 1838 e pelo zoólogo também alemão Theodor Schwann em 1839 Os princípios gerais desta teoria se baseiam em alguns aspectos fundamentais Todos os seres vivos são formados por uma ou mais células Toda célula se origina de outra preexistente por um processo chamado divisão celular A célula é a unidade estrutural e funcional de todos os organismos vivos A atividade de um organismo depende da atividade total de células independentes Todas as células possuem basicamente a mesma constituição química As reações metabólicas e bioquímicas ocorrem no interior das células A célula contém informação genética e hereditária que é passada para outras células durante o processo de divisão celular Caro aluno segundo estudos arqueológicos a partir de fósseis de procariontes encontrados na África do Sul e em outros locais do planeta a vida na Terra teria surgido cerca de 36 bilhões de anos atrás Assimile U1 Citologia 13 Acesse o link httpwwwcnptembrapabrbibliodopdo44pdf Acesso em 15 out 2015 E tenha contato com um artigo que relata o avanço científico a partir do descobrimento da célula e da introdução da teoria celular para explicar a relação das células com a vida O título do estudo é bem convidativo Em 1953 foi descoberta a estrutura do DNA etapas de um grande avanço científico Como já definido anteriormente a célula é a unidade estrutural e funcional comum a todos os seres vivos e podemos encontrar seres constituídos por uma ou mais células Elas são responsáveis por realizar todas as funções vitais como reprodução crescimento alimentação movimentação reação a estímulos externos e respiração consumo do oxigênio com produção de dióxido de carbono Sendo assim a célula é a menor parte de um ser vivo capaz de desenvolver se e reproduzirse ou seja a menor parte de um ser vivo onde encontramos as propriedades básicas da vida Apesar de todas as células terem uma estrutura básica comum existem variantes de cada tipo em número suficiente para originar a enorme variedade de formas vivas que conhecemos até os dias de hoje Além disso as células que formam um indivíduo pluricelular não são todas iguais Existem grupos celulares distintos encarregados de desempenhar diferentes funções e originados por um processo denominado diferenciação celular Por exemplo no nosso corpo existem cerca de 300 tipos diferentes de células cada uma com uma função específica De uma maneira geral independentemente do formato todas as células são constituídas por um envoltório denominado membrana plasmática um citoplasma e material genético sendo que as células procarióticas possuem material genético solto no citoplasma são pobres em membranas e as eucariontes possuem o núcleo delimitado por uma membrana nuclear 111 Níveis de organização celular Apesar das diferenças entre as células procariontes e eucariontes todas têm em sua estrutura membrana plasmática material genético e citoplasma Pesquise mais Atenção U1 Citologia 14 A membrana plasmática é uma estrutura fina semipermeável isto é seleciona o que passará por ela assim ocorre a passagem de algumas substâncias do meio extracelular para o meio intracelular e viceversa Também é constituída de uma dupla camada lipoproteica gordura proteína enquanto o citoplasma é o meio interno onde ocorre a maioria das reações químicas e sínteses é formado de água proteínas sais minerais íons diversos aminoácidos livres e açúcares formando um material coloide uma espécie de gel que pode ser mais espesso na parte interna da célula gelatinoso chamado de endoplasma e menos denso nas periferias chamado de ectoplasma Tanto o endoplasma como o ectoplasma fazem parte do hialoplasma ou citosol onde ocorrem as reações químicas metabólicas e a ciclose que se refere ao movimento no interior das células O citoplasma possui citoesqueleto formado por proteínas e tem a função de estruturar a forma da célula Essa estrutura é inexistente nas células procariontes onde a forma e sustentação das células é feita por uma parede celular rígida Além dessas estruturas básicas as células podem ter diversas outras estruturas na sua constituição formando dois padrões distintos as células procarióticas e as células eucarióticas As células eucarióticas possuem no interior do citoplasma diversas estruturas como o Núcleo celular Mitocôndrias Complexo de Golgi Retículo Endoplasmático Ribossomos Lisossomos etc Já nas células procarióticas no seu citoplasma existem ribossomos o material genético está disperso e possuem uma parede celular rígida que permite forma e proteção à célula Nós acabamos de estudar quais são os níveis de organização celular mas você já se perguntou como as células foram descobertas Você acredita que essas estruturas podem ser visualizadas a olho nu 112 Microscopia As alterações causadas por agentes patogênicos nas células podem leválas à necrose que é um processo patológico e desordenado de morte celular que pode ser causado por agentes biológicos ocasiona lesões diretas ou desencadeia respostas imunológicas contra a célula assim os leucócitos irão eliminar as células alteradas Reflita U1 Citologia 15 As células foram descobertas em 1665 pelo cientista inglês Robert Hooke a partir da construção de seus próprios microscópios Hooke observou finos cortes de cortiça um material de origem vegetal e visualizou pequenas cavidades preenchidas por ar essas cavidades eram pequenas caixas ou células distintas umas das outras e ele as comparou com os pequenos quartos onde os monges viviam O que esse cientista observou foram as paredes celulares das células que formavam a cortiça E deulhes o nome de células do latim cella pequeno compartimento Na Figura 11 podemos visualizar o microscópio de Robert Hooke e a estrutura celular que observou em um pedaço de cortiça Fonte Micrographia 1665 httpcienciahojeuolcombrrevistach2013300imagens GolgieCajal02jpgview Acesso em 17 mar 2015 Figura 11 Microscópio de Robert Hooke e estrutura celular vista em cortes finos de cortiça Em 1668 o comerciante holandês Anton van Leeuwenhoek construiu vários microscópios e assim outros pesquisadores além de Leeuwenhoek fizeram observações microscópicas o que possibilitou o avanço do estudo do mundo microscópico Cortiça É um tecido vegetal com grande poder isolante formado de células impregnadas de suberina substância lipídica que se acumula na parede celular Pode ser encontrada em casca e raízes de certas árvores como o sobreiro Vocabulário U1 Citologia 16 A microscopia foi um marco na evolução dos estudos citológicos O gênero Giardia foi o primeiro protozoário intestinal humano a ser identificado Sua descrição é atribuída a Leeuwenhoek que usando um microscópio de sua própria fabricação observou criaturas muito pequenas e móveis em suas próprias fezes Na década de 1830 Robert Brown visualizou que o espaço de vários tipos de células era preenchido com um material de aspecto gelatinoso e que em seu interior havia uma pequena estrutura que foi identificada como sendo o núcleo celular Matthias Schleiden e Theodor Schwann concluíram que todos os seres vivos tanto plantas quanto animais eram formados por células e assim formularam a teoria celular Após mostrar a você como as células foram descobertas gostaria de perguntar o estudo das células seria possível sem a descoberta do microscópio Como você pode notar sem o microscópio não podemos observar as células pois a maioria é muito pequena e não conseguimos visualizálas a olho nu Na Figura 12 podemos observar um esquema mostrando os limites de resolução do microscópio de luz e do microscópio eletrônico assim como as dimensões de alguns organismos e estruturas Figura 12 Esquema mostrando os tamanhos relativos das células e seus componentes Fonte httplearngeneticsutaheducontentbegincellsscale Acesso em 17 mar 2015 Reflita U1 Citologia 17 Fonte httpwwwbrasilescolacombiologiamicroscopia Acesso em 17 mar 2015 Figura 13 Microscópio óptico ou microscópio de luz A seguir apresentarei a você os microscópios de luz também conhecidos como microscópios ópticos comuns ou compostos MOC e os eletrônicos Os microscópios ópticos permitem aumentos de até 2000 vezes são empregados para ampliar e observar estruturas pequenas dificilmente visíveis ou invisíveis a olho nu como no caso o exemplo das células que podem ser observadas vivas ou mortas Fonte Centro de Microscopia UFMG httpswwwufmgbr microscopiaindexphp Acesso em 17 mar 2015 Figura 14 Microscópio eletrônico Um grande avanço na microscopia foi a invenção do microscópio eletrônico em 1931 por Ernst Ruska Os microscópios eletrônicos permitem aumentos de cerca de 500 mil vezes possibilitando o estudo detalhado das estruturas celulares A diferença básica entre o microscópio eletrônico e o óptico é que o eletrônico utiliza feixes de elétrons para analisar o objeto a ser estudado e não a luz como no óptico Além da microscopia eletrônica grandes passos também foram dados com o desenvolvimento da microscopia por fluorescência e confocal entre outros no século XX U1 Citologia 18 Pense como você poderia confirmar uma doença de origem bacteriana mediante o diagnóstico laboratorial Agora que você entende como é constituído um microscópio óptico e um microscópio eletrônico descreva a diferença básica entre eles Agora que você já sabe que as células são as unidades fundamentais dos seres vivos que bactérias procariontes primitivas podem causar grandes danos aos seres pluricelulares complexos e que com exames laboratoriais podemos identificar qual o tipo de bactéria para depois tratar a patologia chegar à resolução da situaçãoproblema será fácil Com seus estudos avançados nas questões que envolvem o fenômeno da vida você pode concluir que a célula como unidade fundamental está envolvida em todos os processos do corpo dos seres vivos sendo plantas animais bactérias entre outros O surgimento de muitas doenças é decorrente de microrganismos com a tecnologia existente podemos determinar algumas causas e tratálas como foi o caso da peste negra no mundo mas isso também nos confirma como os estudos da biologia são recentes pois a peste negra dizimou muitas vidas e somente no final do século XIX foi possível a descoberta do agente causador da doença Agora reflita sobre o problema proposto Com relação ao paciente com suspeita de peste negra as alterações que ocorreram nas células são devido às ações de bactérias que são organismos procariontes Considerando a configuração estrutural e funcional das células o que poderia ocorrer para surgir o escurecimento das pontas dos dedos Grande parte das proteínas celulares sofrerão desnaturação Exemplificando Faça você mesmo Sem medo de errar Todos os seres vivos são formados por células apesar das diferenças entre os organismos todos têm em comum membrana plasmática material genético e citoplasma Atenção U1 Citologia 19 o citoplasma sofre inchaço e se torna um ambiente acidófilo assim as enzimas autolíticas desnaturadas perdem sua atividade biológica característica e essas células serão digeridas por leucócitos Desta forma um microrganismo inferior metabolicamente pode causar danos irreparáveis ao funcionamento de uma célula eucarionte mas como essa bactéria causadora da peste negra poderia acessar um organismo humano A transmissão ocorre através do contato com o roedor seja direto ou por pulgas que entram em contato com o sangue dos roedores As bactérias Yersinia Pestis se instalam no intestino das pulgas e quando entram em contato com outras vítimas a bactéria é transmitida Para ocorrer a vida as células precisam manter seu funcionamento normal qualquer situação biológicaquímica ou física pode alterar seu funcionamento e levála a morte Para finalizar a solução da situaçãoproblema pense nas células como base fundamental da vida e como podem ter seu funcionamento afetado por microrganismos que podem levar à morte celular e consequentemente à morte do paciente Sem um funcionamento celular normal não é possível manter a vida saudável de um organismo Pratique mais Instrução Desafiamos você a praticar o que aprendeu transferindo seus conhecimentos para novas situações que pode encontrar no ambiente de trabalho Realize as atividades e depois compareas com as de seus colegas Seres Vivos Microscópicos 1 Competência de fundamentos de área 2 Objetivos de aprendizagem Aplicar os conceitos de células como base para existência da vida e saber identificar a diferença entre seres unicelulares e pluricelulares 3 Conteúdos rela cionados Funcionamento celular 4 Descrição da SP Ao tomar água de uma fonte não potável depois de alguns dias você começa a se sentir com azia e náusea que diminuem de intensidade quando ocorre ingestão de alimentos ocorrem cólicas seguidas de diarreia perda de apetite irritabilidade Pode ser uma indisposição que logo passará ou pode ser giardíase que é uma parasitose intestinal que tem como agente etiológico a Giardia lamblia um protozoário flagelado Qual a relação deste microrganismo com a função celular Com exames laboratoriais seria possível o diagnóstico do tipo de protozoário 5 Resolução da SP Para resolver a situação proposta você deverá refletir sobre o funcionamento celular e como os processos metabólicos efetuados no interior das células são fundamen tais para vida saudável do organismo Avançando na prática Lembrese U1 Citologia 20 O surgimento de muitas doenças são decorrente dos microrganismos e com a tecnologia existente podemos determinar algumas causas e tratálas Quando se usa um microscópio óptico é fundamental saber a capacidade de ampliação que ele está fornecendo agora pense se na ocular estiver marcando 5X e na objetiva 12X qual será a ampliação alcançada 1 Conceitue célula Dê exemplos de um organismo unicelular e um pluricelular 2 Considerando a classificação dos seres vivos e os tipos fundamentais de células estabeleça a a principal diferença entre os tipos de células b a relação entre os tipos de células e os cinco reinos 3 Na tabela a seguir estão assinaladas a presença ou a ausência de alguns componentes encontrados em quatro diferentes tipos de organismos A B C e D Componentes Tipos Celulares A B C D Envoltório nuclear Ribossomos Mitocôndrias Clorofila Retículo endoplasmático Os tipos celulares A B C e D pertencem respectivamente a organismos a Procarionte heterótrofo eucarionte heterótrofo procarionte autótrofo e eucarionte autótrofo b Procarionte autótrofo eucarionte autótrofo eucarionte heterótrofo e procarionte heterótrofo Lembrese Faça você mesmo Faça valer a pena U1 Citologia 21 c Eucarionte heterótrofo procarionte heterótrofo procarionte autótrofo e eucarionte autótrofo d Eucarionte autótrofo procarionte autótrofo eucarionte heterótrofo e procarionte heterótrofo e Eucarionte heterótrofo procarionte autótrofo eucarionte autótrofo e procarionte heterótrofo 4 Toda célula viva possui a Membrana plasmática mas pode não possuir núcleo e mitocôndrias b Membrana plasmática e mitocôndrias mas pode não possuir núcleo c Núcleo mas pode não possuir membrana plasmática e mitocôndrias d Núcleo e mitocôndrias mas pode não possuir membrana plasmática e Núcleo membrana plasmática e mitocôndrias 5 Qual dos componentes a seguir está presente em todos os tipos de células sejam elas eucarióticas ou procarióticas a Retículo endoplasmático e ribossomo b Parede celular e membrana plasmática c Núcleo e ribossomos d Mitocôndria e lisossomos e Membrana plasmática e citoplasma 6 São conceitos da moderna teoria celular EXCETO a Todos os seres vivos são formados por uma ou mais células b Toda célula originase de outra preexistente por um processo chamado divisão celular c A célula é a unidade estrutural e funcional de todos os organismos vivos d A atividade de um organismo depende da atividade total de células independentes e As reações metabólicas e bioquímicas ocorrem na membrana das células U1 Citologia 22 7 Os seres vivos apresentam estrutura celular entretanto não há nada que corresponda a uma célula típica pois tanto os organismos unicelulares como as células dos organismos pluricelulares são muito diferentes entre si Apesar dessa enorme variedade todas as células vivas apresentam o seguinte componente a Carioteca b Membrana plasmática c Lisossomos d Mitocôndria e Cloroplasto U1 Citologia 23 Origem e evolução das células Olá pessoal Tudo bem Gostaria de convidálos para conhecer um pouco mais sobre esse incrível mundo celular Na seção anterior estudamos sobre os níveis de organização celular agora iniciaremos o estudo a respeito da origem e evolução das células Vocês já se perguntaram quando e como surgiram os primeiros seres vivos na Terra Ou quais foram os processos que deram origem às primeiras células Durante todo o aprendizado desta seção vou mostrar a vocês como responder a essas perguntas Para iniciar o estudo desta seção poderíamos pensar você está respirando Nós sabemos que no processo de respiração ocorre a troca dos gases oxigênio e carbônico no pulmão o sangue é o responsável pelo transporte de oxigênio por todo o corpo e consequentemente ocorre a oxigenação de todos os tecidos No entanto o gás oxigênio está presente também no interior das células sendo fundamental para o seu bom funcionamento Você se lembra que na seção anterior falamos que qualquer agente biológico químico ou físico poderia alterar o funcionamento celular e levar a célula à morte e consequentemente desenvolver patologias ou até causar a morte de um organismo Agora imagine que você ao final de um dia de trabalho passa na academia e exagera na seção de musculação no dia seguinte sente dores musculares o que pode ter acontecido com suas células Qual a relação desta situação com o oxigênio fundamental para evolução das células Seção 12 Diálogo aberto As células são unidades fundamentais para ocorrência da vida e seu funcionamento deve ser normal sem interferência de agentes biológicos químicos ou físicos Lembrese U1 Citologia 24 Acesse o link httpwwwscielobrscielophppidS0103 40141990000100011scriptsciarttext Acesso em 15 out 2015 E saiba mais sobre a ação de bactérias na fixação de nitrogênio em leguminosas Avanços biotecnológicos nesta área implicam diretamente na agricultura brasileira A seguir aprofundaremos os conceitos de evolução celular e então você conseguirá correlacionar os elementos de fundamental importância para as células de organismos aeróbicos Através do tema origem e evolução das células percebemos que todos os seres vivos descendem de um ancestral comum e esses teriam surgido nos primórdios da Terra primitiva Devido aos processos evolutivos essas células se modificaram e se especializaram gerando a grande diversidade de seres vivos que existem hoje em nosso planeta As condições químicas da Terra primitiva permitiram o surgimento de coacervados Moléculas orgânicas se acumulavam nos mares primitivos já que na atmosfera as altas temperaturas evaporavam constantemente a água e assim esses mares eram verdadeiros caldos nutritivos Nesses caldos nutritivos substâncias relativamente complexas como proteínas e ácidos nucleicos teriam aparecido espontaneamente ao acaso Como abordado na seção anterior as células são a base para os estudos de Biologia representando a menor porção da matéria viva É a unidade estrutural e funcional fundamental dos seres vivos Essencialmente os organismos vivos são constituídos por células suas características básicas são semelhantes podendo variar em tamanho forma e funções Alguns organismos como as bactérias são classificados como unicelulares pois são formados por uma única célula Outros organismos como os animais são pluricelulares consistindo em um conjunto de células Vamos nos aprofundar um pouco mais nesse assunto para responder com mais clareza a todos esses questionamentos Assimile Não pode faltar Reflita U1 Citologia 25 121 Evolução Química 1211 Evolução prébiótica hipótese de Oparin e Haldan Antes de partir para um maior conhecimento sobre a formação inicial das células você deve pensar nos elementos químicos básicos que as compõem Tais elementos formam os blocos construtores de toda a matéria Agora que refletiu sobre o assunto pode constatar que os elementos químicos básicos para a vida são carbono oxigênio e hidrogênio e estes três elementos estão presentes em 90 da massa corporal Caro aluno após o entendimento do que são células e como foram descobertas você poderia responder como se originaram os primeiros seres vivos e como teriam evoluído e gerado a diversidade de formas vivas que existem hoje na Terra Acreditase que as primeiras células surgiram no planeta há aproximadamente 4 bilhões de anos Naquela época a atmosfera primitiva da Terra continha metano CH4 amônia NH3 gás hidrogênio H2 sulfeto de hidrogênio H2S gás carbônico CO2 e vapor dágua H2O Não existia oxigênio livre O2 e só apareceria muito depois após a atividade fotossintética de células autotróficas A superfície da Terra estaria coberta por grande quantidade de água devido ao processo de resfriamento os vapores dágua condensavam se originando nuvens que provocavam chuvas constantes e que permitiram o acúmulo de água nas depressões da crosta formando se assim os mares primitivos Essa massa líquida chamada de caldo primitivo continha grande quantidade de moléculas inorgânicas e os gases dessa atmosfera primitiva estariam em solução As descargas elétricas altas temperaturas e as radiações ultravioletas eram intensas e promoveram energia para que as moléculas dissolvidas no caldo primitivo se combinassem quimicamente dando origem a moléculas maiores e mais complexas as primeiras moléculas contendo carbono orgânicas Moléculas orgânicas se acumulavam nos mares primitivos já que na atmosfera primitiva as altas temperaturas evaporavam constantemente a água e assim esses mares primitivos eram verdadeiros U1 Citologia 26 caldos nutritivos Nesses caldos nutritivos substâncias relativamente complexas como proteínas e ácidos nucleicos teriam aparecido espontaneamente ao acaso Essa é uma teoria de origem por evolução química denominada de prébiótica Atmosfera é a camada de gases que envolve a Terra e que ficam retidos por causa da força da gravidade e do campo magnético que envolve o planeta A atmosfera é de fundamental importância na proteção da vida pois absorve a radiação ultravioleta proveniente do Sol Agora você deve estar se perguntando será que algum pesquisador testou essa teoria da origem por evolução química Em 1953 o químico norteamericano Stanley Miller demostrou a síntese de moléculas orgânicas sem a participação dos seres vivos O experimento de Miller simulava as condições da atmosfera primitiva Ele era formado por tubos e balões de vidros interligados onde foram introduzidos os componentes da atmosfera primitiva daquela época O sistema foi aquecido e a água ao ser fervida transformavase em vapor e circulava por todo o sistema O balão da mistura gasosa foi submetido a descargas elétricas No condensador a mistura tornavase líquida A análise da água obtida no reservatório mostrou a presença de diversas moléculas de compostos de carbono inclusive aminoácidos Fonte Ministério do Meio Ambiente httpwwwmmagovbrportcgminossoambaguaagua04 html Acesso em 17 mar 2015 Figura 15 Esquema do experimento de Miller Vocabulário U1 Citologia 27 Vamos avançar um pouco mais como surgiu o primeiro ser vivo a partir de moléculas orgânicas As moléculas de aminoácidos e de nucleotídeos estavam presentes no caldo primitivo conforme descrito no item anterior Essas dariam origem às primeiras moléculas de proteínas e de ácidos nucleicos entretanto somente ácidos nucleicos são capazes de autoduplicação e assim surgiriam as primeiras células Esse sistema de autoduplicação deveria ficar isolado pois evitaria que as moléculas se dispersassem no líquido prébiótico Assim acreditase que ao acaso formaramse moléculas de fosfolipídios que constituiriam as primeiras bicamadas fosfolipídicas que envolveriam um conjunto de moléculas de RNA ácido ribonucleico nucleotídeos proteínas e outras moléculas Esse processo resultou no nascimento da primeira célula com sua membrana fosfolipídica 122 Evolução Biológica 1221 Teoria da invaginação da membrana Supõese que a primeira célula era estruturalmente simples denominada de célula procariótica Provavelmente ela não conseguia produzir o seu próprio alimento heterotrófica e era também anaeróbia pois não existia oxigênio na atmosfera daquela época O processo evolutivo dessas células teria sido muito complicado se elas continuassem dependendo das moléculas orgânicas formadas pelo processo prébiótico para a nutrição Foi quando o surgimento de células que produziam seu próprio alimento autotróficas possibilitou a manutenção da vida na Terra Iniciouse assim a fotossíntese Dessa maneira foram ocorrendo mudanças na atmosfera com o aumento da concentração de oxigênio O2 liberado pela fotossíntese O início da fotossíntese e as alterações da atmosfera contribuíram para a evolução das células e das formas de vida existentes hoje na Terra Caro aluno esses foram os processos pelos quais se originaram as células procariontes autotróficas porém o processo de evolução No link httpqnescsbqorgbronlinecadernos01evolucaopdf você encontrará um excelente artigo sobre a evolução da atmosfera terrestre Pesquise mais U1 Citologia 28 não para por aí pois como sabemos hoje na Terra existem formas de vida muito mais evoluídas O passo seguinte no processo evolutivo foi o surgimento de células eucariontes mais complexas a partir de células procarióticas conhecidas como teoria da invaginação da membrana plasmática As células eucarióticas possuem um elaborado sistema de endomembranas que teriam se originado a partir das células procariontes através de dobramentos da membrana plasmática Esses dobramentos teriam dado origem a diversos compartimentos intracelulares como o retículo endoplasmático endossomos lisossomos aparelho de Golgi e a carioteca estrutura membranosa que delimita o núcleo e onde se concentra o material genético da célula Lembrese da situaçãoproblema apresentada no diálogo aberto você entende a relação do gás oxigênio com a sobrevivência celular de alguns organismos Agora você consegue assimilar esta relação Fonte Junqueira e Carneiro 2012 p 12 Figura 16 Teoria da invaginação da membrana plasmática A imagem mostra como teriam se formado os compartimentos intracelulares Como surgiram as organelas que estão envolvidas nos processos energéticos das células As organelas envolvidas nos processos energéticos das células são as mitocôndrias responsáveis pela respiração celular ocorrendo 1222 Teoria endossimbiótica Assimile Faça você mesmo U1 Citologia 29 essencialmente em todos os seres eucariontes e os cloroplastos responsáveis pela fotossíntese estando presente apenas em eucariontes fotossintéticos como as plantas Essas organelas se originaram de bactérias que foram fagocitadas por células eucarióticas e que escaparam do processo de digestão celular Os ancestrais de mitocôndrias e cloroplastos eram endossimbiontes ou seja estabeleceram uma relação de simbiose pois ambas as células constituiram uma relação benéfica que com o passar dos anos acabou se tornando irreversível Exemplificando Segue uma exemplificação da relação celular e as funções que desempenham no organismo de um ser vivo Um estudante decidiu testar os resultados da falta de determinada vitamina na alimentação de um grupo de ratos Colocou então cinco ratos em uma gaiola e retirou de sua dieta os alimentos ricos na vitamina em questão Após alguns dias os pelos dos ratos começaram a cair Então ele decidiu inocular bactérias que são produtoras dessa vitamina no animal Passados 30 dias observou que os pelos voltaram a crescer O que poderia ter acontecido com as células com a retirada de um elemento específico E como essas células reagiram com a introdução de uma bactéria em seu funcionamento Mais especificamente esta teoria defende que os cloroplastos e mitocôndrias dos organismos eucariontes têm origem num procarionte heterotrófico com possibilidades de ser um antepassado das cianobactérias que viveu em simbiose dentro de outro organismo também unicelular mas provavelmente de maiores dimensões obtendo assim proteção e fornecendo ao hospedeiro a energia fornecida pela fotossíntese Figura 17 Teoria Endossimbiótica A imagem mostra como teriam surgido as mitocôndrias e os cloroplastos Fonte httpprokariotaetripodcom teoriaendossimbioticahtm Acesso em 18 mar 2015 Exemplificando U1 Citologia 30 Caro aluno agora que avançamos um pouco mais sobre a evolução celular e sobre sua relação com o oxigênio que se tornou fundamental para a produção de energia ocorrendo assim as reações metabólicas vamos retomar à situaçãoproblema apresentada nesta seção em que exemplificamos as dores que surgiram após um treino intenso de musculação Esta situação ocorre quando o organismo não realiza respiração aeróbia Na falta de oxigênio a célula pode obter energia realizando apenas a parte inicial do processo de quebra da glicose a chamada de glicólise que ocorre no citoplasma da célula portanto fora das mitocôndrias e não necessita de oxigênio para sua realização Esse processo se chama fermentação assim a glicose é degradada em duas moléculas de ácido pirúvico em seguida esse ácido é transformado em outros tipos de composto caracterizando o tipo de fermentação No caso dos músculos temos a fermentação lática pois quando nos submetemos ao excesso de exercícios físicos a respiração celular não é suficiente para fornecer a energia necessária para as contrações musculares Assim a célula muscular passa a obter parte da energia de que necessita através da fermentação acumulando ácido lático e levando à fadiga muscular Esse processo é considerado uma alternativa metabólica de curto prazo ativada quando o organismo é submetido a um excesso de esforço físico em condições de baixa oxigenação muscular A fermentação foi o primeiro processo usado pelos organismos primitivos para obter energia Essa situação demonstra a dependência de gás oxigênio e como as células se comportam numa situação em que correm risco de alterações causando o mal funcionamento que pode gerar patologias A respiração celular ocorre nas mitocôndrias sendo fundamental para o funcionamento das células fornecendo também energia para as reações metabólicas Sem medo de errar Atenção U1 Citologia 31 A evolução celular teve como base a evolução dos seres procariontes que a partir de simbiose com mitocôndrias e cloroplastos proporcionou o acúmulo de gás oxigênio na atmosfera permitindo a evolução dos seres aeróbicos Relação entre funcionamento celular e gás oxigênio 1 Competência de fundamentos de área 2 Objetivos de aprendizagem Aplicar os conceitos de evolução celular correlacionando com o gás oxigênio 3 Conteúdos relacionados Teorias de evolução e funcionamento celular 4 Descrição da SP Vamos efetuar uma análise um amigo está sofrendo com alguns sintomas que o deixam debilitado suas queixas estão associadas à falta de ar constante desmaios sensação de suor frio mudança na coloração das unhas e boca ficam com coloração arroxeadas dores de cabeça se sente cansado e com insônia São tantos sintomas que podem estar associados a muitas patologias no entanto reflita um pouco sobre o que que pode estar acontecendo com as células do seu amigo Qual a relação do oxigênio sintetizado no interior das células com os sintomas do seu amigo 5 Resolução da SP Para solucionar esse desafio pense na relação do oxigênio com a produção de energia no interior das células como esse processo é fundamental para a existência da vida celular e por consequência para os organismos que as células compõem Pratique mais Instrução Desafiamos você a praticar o que aprendeu transferindo seus conhecimentos para novas situações que pode encontrar no ambiente de trabalho Realize as atividades e depois compareas com as de seus colegas O sistema de membranas localizado dentro das células eucariontes tem como base a teoria de invaginação através de dobramentos da membrana plasmática Vamos testar seus conhecimentos faça você mesmo a seguinte atividade Que razões você enumeraria para explicar as diferenças no que se refere à composição química entre a atmosfera da Terra primitiva e a da Terra atual Lembrese Avançando na prática Lembrese Faça você mesmo U1 Citologia 32 Terra Primitiva 1 Metano CH4 amônia NH3 gás hidrogênio H2 sulfeto de hidrogênio H2S gás carbônico CO2 e vapor dágua H2O 2 Descargas elétricas altas tem peraturas e as radiações ultraviole tas eram intensas Terra Atual 1 78 oxigênio 21 e outros gases como dióxido de carbono neônio ozô nio hélio e vapor de água 1 2 A atmosfera é composta por várias cama das que se diferenciam de acordo os aspectos físicos e químicos As camadas da atmosfera terrestre são troposfera estratosfera mesos fera termosfera e exosfera 1 O que você poderia explicar sobre a teoria da evolução química 2 O que é a teoria endossimbiótica 3 Durante milhões de anos moléculas orgânicas foram se acumulando nos mares primitivos transformandoos em verdadeiros caldos orgânicos Essa alta concentração aliada ao calor e à intensa radiação faziam com que as moléculas reagissem entre si dando origem a novas substâncias provavelmente as precursoras do ácido nucleico que serviu como modelo para a reunião de uma enzima que poderia então auxiliar na produção de mais ácido nucleico Com este desenvolvimento apareceu o primeiro mecanismo potente de realização A vida tinha começado Com as informações acima qual foi a primeira reação energética que surgiu a Quimiossíntese b Fotossíntese c Respiração anaeróbica d Respiração aeróbica e Fermentação 4 Durante o processo evolutivo algumas organelas de células eucariontes se formaram por endossimbiose com procariontes Tais organelas mantiveram o mesmo mecanismo de respiração celular e produção de energia após a associação Considere as seguintes organelas celulares existentes em eucariontes 1 Mitocôndrias Faça valer a pena U1 Citologia 33 2 Aparelho de Golgi 3 Lisossomas 4 Cloroplastos 5 Vesículas secretoras 6 Peroxissomas Qual das organelas citadas são responsáveis por produção de energia nas plantas e nos animais a 1 e 4 b 2 e 3 c 3 e 6 d 4 e 5 5 A teoria de Oparin e Haldane admite que a primeira forma de vida tenha surgido em lagos da Terra primitiva a partir de moléculas orgânicas existentes na atmosfera e nos oceanos provenientes de substâncias inorgânicas Com a evolução surgiu uma diversidade de formas e processos Defina a primeira forma de vida I a composição da atmosfera primitiva II e a provável sequência de processos para obtenção de alimento e energia III conquistados pelos seres vivos a I autótrofa II sem oxigênio III fotossíntese fermentação heterotrófico respiração aeróbica b I autótrofa II com oxigênio III fotossíntese fermentação heterotrófico respiração aeróbica c I heterótrofa II sem oxigênio III heterotrófico fermentação fotossíntese respiração aeróbica d I heterótrofa II sem oxigênio III heterotrófico respiração aeróbica fotossíntese fermentação e I heterótrofa II com oxigênio III heterotrófico respiração aeróbica fotossíntese fermentação 6 Pela teoria de Oparin os primeiros seres surgidos na Terra teriam sido a Heterótrofos e aeróbios b Autótrofos e anaeróbios U1 Citologia 34 c Autótrofos e aeróbios d Heterótrofos e anaeróbios e Autótrofos e heterótrofos 7 O aparelho projetado por Stanley Miller no início da década de 1950 fazia circular metano amônia vapor de água e hidrogênio e através de energia fornecida por descarga elétrica formava produtos de reações químicas como aminoácidos carboidratos e ácidos graxos que eram coletados no alçapão Através desse experimento Miller testou a hipótese de que na atmosfera primitiva pela ação de raios a Compostos orgânicos puderam se formar a partir de moléculas simples b Compostos inorgânicos puderam se formar a partir de moléculas orgânicas c Compostos inorgânicos e orgânicos puderam originar os primeiros seres vivos d Macromoléculas puderam se formar a partir de moléculas orgânicas simples e Coacervados puderam se formar a partir de moléculas inorgânicas U1 Citologia 35 Dica Seção 13 Características das células procariontes e eucariontes Olá pessoal Tudo bem Continuem comigo nesta empolgante viagem ao metabolismo celular Já vimos nas seções anteriores que a célula é a unidade fundamental da vida e quais seres vivos elas formam aprendemos também a classificar esses seres na natureza depois nos familiarizamos com as teorias que demonstram como a vida pode ter surgido na Terra Agora daremos continuidade aos conhecimentos celulares com a caracterização das células procariontes e eucariontes Já falamos um pouco dos seres vivos constituídos por essas células nas seções anteriores no entanto a partir desta seção você entenderá cada processo metabólico característico das células procariontes e das células eucariontes e como tal processo pode ocorrer dentro de estruturas microscópicas Durante todo o aprendizado desta seção vamos buscar as respostas e você ao final entenderá a complexidade celular Metabolismo significa transformação vai desde simples reações de digestão de alimentos até as complexas reações de fabricação de novas moléculas e estruturas celulares Para auxiliar no desenvolvimento dos estudos da seção e atender aos objetivos específicos do tema em questão relembre os conceitos estudados anteriormente todos os seres vivos são formados por células que se originaram em uma atmosfera primitiva e com a evolução dos seres vivos chegamos à diversidade atual Assim quando estudamos a estrutura e os metabolismos de um tipo qualquer de célula estamos Diálogo aberto U1 Citologia 36 Não pode faltar estudando também um pouco de todos os outros organismos uma vez que todas as células se parecem A seguir será apresentada uma situação que estamos vivenciando e que visa aproximar os conteúdos teóricos com a prática Já iniciamos nossos estudos com relação às células procariontes e eucariontes já sabemos que seres vivos elas representam e a que reino biológico pertencem Quais são as características estruturais das células e como elas funcionam Qual a relação com a vida dos seres humanos Para ajudá los a refletir sobre as características de cada tipo celular analise Segundo a Organização Mundial de Saúde DIREÇÃO GERAL DE SAÚDE 2014 metade das prescrições de antibióticos são inoportunas e cada vez que se toma um desses remédios na hora e na dose errada aumentam as chances de microrganismos resistentes se desenvolverem Por que isso acontece Qual a relação das características de cada célula que pode levar à resistência dessas bactérias Como relacionar os conceitos já estudados com essa situação problema Simples Lembrese de que a vida só ocorre com a existência de células que microrganismos formados por células consideradas primitivas possuem grande poder de devastação de outros organismos Pense na estrutura celular para desvendar a resistência das bactérias Caro aluno do ponto de vista estrutural podemos diferenciar dois tipos de células procariontes protos primitivo carion núcleo e eucariontes eu verdadeiro carionnúcleo também chamadas de eucélulas No grupo de procariontes só temos as bactérias e as cianofíceas que também são chamadas de algas azuis Reino Monera Agora pense nas células eucariontes e nos organismos que elas representam uma enorme diversidade Estão presentes nos Reinos Protista Fungi Plantae e Animália Todas as células possuem elementos essenciais citoplasma membrana plasmática ou membrana celular que separam os conteúdos Lembrese Reflita U1 Citologia 37 celulares do ambiente externo e também o material genético que constitui a informação hereditária e que regulam todas as atividades celulares e características que são passadas para os descendentes Mas uma das diferenças dos dois tipos de células é a forma em que o material genético se apresenta As células procariontes não possuem um sistema de membranas deixando seu material genético solto no citoplasma além de serem extremamente pequenas e com poucas organelas Nas células eucariontes é bem visível o núcleo envolto em uma membrana nuclear e elas possuem muitas organelas O núcleo foi observado inicialmente em 1802 por Franz Bauer no entanto somente em 1831 Robert Brown identificou essa estrutura como de extrema importância para célula Brown escolheu o nome núcleo do grego nux semente por imaginar que fosse a semente da célula comparando com os frutos das plantas Para você compreender melhor as diferenças dos tipos de células vamos conceituar cada célula individualmente assim você terá maior clareza em desvendar como os seres compostos por células procariontes considerados primitivos ainda nos causam tantas preocupações As células procariontes também podem ser chamadas de protocélulas não possuem um sistema de membranas compartimentando o citoplasma seu DNA se apresenta na forma de anel e não estão associadas a proteínas histonas Têm formato geralmente simples em esfera bastonete ou em hélice podendo formar colônias em alguns casos Como essas células não possuem citoesqueleto como as eucariontes sua forma é definida por uma parede extracelular que sofre síntese no citoplasma e se posiciona na superfície externa da membrana plasmática Essa parede rígida possui 20 nm de espessura é constituída por peptidoglicanos e tem como função proteger a célula das ações mecânicas A bactéria Escherichia Coli é uma das mais estudadas por sua reprodução rápida e estrutura simples A Figura 18 demonstra a representação de uma Ecoli com destaque para sua parede celular 131 Células Procariontes 1311 Constituição estrutural das células procariontes U1 Citologia 38 Fonte httpwwwportalsaofranciscocombralfacelulamorfologiaphp Figura 18 Bactéria EColli demonstra uma célula procarionte com suas principais estruturas Outras organelas presentes são os ribossomos no citoplasma que podem se ligar a moléculas de RNAm constituindo polirribossomos Atentese também para a presença de nucleoide uma estrutura que possui dois ou mais cromossomos idênticos circulares presos a diferentes pontos da membrana plasmática ainda nesta membrana em sua face interna aparecem enzimas relacionadas com a respiração Para saber mais sobre a parede celular das células procariontes acesse o link httpwwwebahcombrcontentABAAABCpgAHfarmacologiadas infeccoesbacterianassinteseparedecelular Acesso em 1 maio 2015 As células procariontes não se dividem por mitose e seus filamentos de DNA não sofrem o processo de condensação que leva à formação de cromossomos visíveis ao microscópio óptico durante a divisão celular Em alguns casos a membrana plasmática se invagina e se enrola formando estruturas denominadas mesossomos Estes são importantes na divisão celular pelo método binário isto é reprodução assexuada em que em uma célula inicial realiza a duplicação do material genético que está ligado à membrana celular a célula começa a crescer e os mesossomos se afastam levando consigo um cromossomo Em seguida a célula se divide originando duas células filhas com as mesmas características da célulamãe Pesquise mais U1 Citologia 39 As moléculas menores de DNA extracromossômicas são chamadas de plasmídeos e podem ser passadas de uma bactéria para outra carregando informações genéticas As células procariontes ainda podem ter flagelos que auxiliam na locomoção e fímbrias ou pili que ajudam na junção com as células hospedeiras Podem surgir células procariontes autótrofas que possuem em seu citoplasma algumas membranas paralelas entre si associadas à clorofila ou a outros pigmentos responsáveis pela captação de energia luminosa Entretanto a maioria dos procariontes é heterotrófica ou seja depende de uma fonte externa de alimentos e realiza essa alimentação por absorção com vários mecanismos de fermentação e de respiração Você percebeu como as células procariontes possuem algumas particularidades que podem tornar seus representantes como as bactérias resistentes Note que um ponto muito importante para essas células é a existência de uma cápsula de proteção que é uma camada rígida formada por uma série de polímeros orgânicos que se deposita no exterior da sua parede celular Outro ponto de atenção é para a presença de plasmídeos que podem transmitir até mesmo genes de uma bactéria para outra aumentando a possibilidade de mutação Fonte httpterraemgeralblogspotcombr Acesso em 25 abr 2015 Figura 19 Representa as estruturas de uma célula procarionte U1 Citologia 40 Agora que conceituamos as estruturas de uma célula procarionte exemplificamos com as bactérias que são os representantes mais ilustres deste tipo celular podemos falar dos benefícios que esses organismos propiciam ao mundo atual pois até agora só falamos no medo que sentimos quando pronunciamos a palavra bactérias mas você sabia que no corpo humano podemos ter mais de 10 trilhões de bactérias e que algumas são do bem Mas como isso é possível Você se lembra dos lactobacilos São os probióticos que exercem efeitos benéficos à saúde e estão presentes na flora intestinal ajudando na absorção de nutrientes e na produção de vitaminas As bactérias do bem também estão presentes no ramo da indústria Estudos demonstram que bacteriocinas podem ser usadas como conservantes de alimentos mas as bactérias do bem também se destacam na indústria farmacêutica na construção civil e no tratamento de esgoto Você já pensou no botox que faz tanto sucesso no tratamento de rugas como será que é produzido Quem pensou nas bactérias acertou Botox é o nome da marca americana da toxina botulínica e foi a primeira a ser liberada para uso em questões estéticas mas já pensou como é possível a utilização dessa toxina A toxina botulínica é produzida a partir da purificação de um complexo proteico da bactéria Clostridium Botulinun de onde são extraídos alguns sorotipos diferentes no entanto para finalidades médicas o usado é o sorotipo A como em tratamentos de estética doenças como o estrabismo espasmo hemifacial entre outras A ação da toxina está relacionada à capacidade de contração muscular agindo no bloqueio do neurotransmissor responsável por levar as mensagens do cérebro aos músculos 1312 Bactérias do bem Acessando o link httpsrepositorioabertouppt bitstream10216571902Joana20Filipa20Nogueira20da20Silva20 20pdfpdf você encontrará uma matéria completa sobre o Botox Pesquise mais U1 Citologia 41 Perceba que com a tecnologia atual podemos usar as bactérias em muitos processos mas ainda temos um vasto campo desconhecido sobre a capacidade desses microrganismos procariontes Muitas pesquisas estão em andamento para nos proporcionar melhores condições de vida Você como um futuro profissional da saúde poderá contribuir com avanços científicos As células eucariontes de animais vegetais protozoários e fungos se diferenciam em alguns aspectos elas são semelhantes por possuir núcleo bem definido e organizado Em geral possuem um único núcleo por célula entretanto algumas células podem ter mais de um núcleo São células ricas em membranas que as deixam com um citoplasma compartimentado possuem muitas organelas que atuam em diferentes processos podem ser comparadas a pequenos órgãos intracelulares O material genético está separado do citoplasma por uma membrana dupla chamada de carioteca os filamentos de DNA estão associados a proteínas histonas formando fios espessos chamados de cromatina e dentro da cromatina estão os nucléolos Ocorre grande variabilidade na forma das células eucarióticas Geralmente o que determina a forma de uma célula é sua função específica Além da membrana plasmática citoplasma e núcleo as células eucariontes possuem mitocôndrias peroxissomos lisossomos aparelho de Golgi retículo endoplasmático liso e rugoso centríolos cílios flagelos cloroplastos parede celular entre outras 1321 Constituição estrutural das células eucariontes 132 Células Eucariontes Os lisossomos são organelas com uma intensa atividade celular responsáveis pela digestão celular Uma doença chamada popularmente como doença de mineiro silicose é muito comum em trabalhadores que lidam com amianto Um dos componentes do amianto é a sílica uma substância inorgânica que forma minúsculos cristais que podem se acumular nos pulmões Pense o que poderia acontecer com os lisossomos ao entrarem em contato com os cristais de sílica Como isso impacta o funcionamento celular Exemplificando U1 Citologia 42 O sistema de organelas e membranas possibilitou maior crescimento celular especialização nos processos divisão de tarefas entre os componentes celulares e eficiência metabólica diversidade de rotas metabólica maior proteção do material hereditário e facilidade no contato e na aglomeração intermolecular As células eucariontes são usualmente maiores e estruturalmente complexas As organelas presentes no citoplasma possuem papéis específicos definidos por reações químicas A presença ou ausência de determinadas organelas definirá se a célula é vegetal ou animal São células eucariontes presentes em animais Reino Animalia se diferem das células vegetais pela ausência de parede celular e plastos O citoplasma é constituído por uma substância fundamental amorfa composta por água proteínas íons aminoácidos entre outros Mergulhados no hialoplasma estão as organelas e os grânulos de depósito de substâncias diversas como glicogênio ou gorduras Os organoides possuem funções específicas sendo alguns revestidos por membranas e outros não 1322 Célula Animal Fonte httpwwwacervoescolarcombramembranaplasmaticacelularfunçãoeestrutura Acesso em 27 abr 2015 Figura 110 Representação de uma célula eucarionte animal Mas você já imaginou como as organelas podem ter funções diversas dentro de uma célula Pense em uma linha de montagem de veículos onde cada peça tem seu lugar e sua função específica Dentro de uma célula é como uma fábrica com trabalhos sem interrupção pois se alguma peça do veículo não passar pelo U1 Citologia 43 controle de qualidade e seguir na linha de produção teremos defeitos no decorrer da vida útil do veículo Do mesmo jeito acontece com as células se por exemplo as mitocôndrias não conseguirem efetuar a respiração celular a célula está condenada à morte prejudicando um tecido que irá prejudicar um órgão e poderá levar um indivíduo a sofrer uma patologia Para você compreender melhor as funções de cada organela dentro da célula segue uma relação de algumas organelas citoplasma núcleo ribossomos membrana plasmática vesículas retículo endoplasmático liso retículo endoplasmático rugoso aparelho de Golgi microtúbulos citoesqueleto mitocôndrias lisossomos centríolos peroxissomos e vacúolos Os peroxissomos são organelas caracterizadas pela presença de enzimas catalase importantes na eliminação do peróxido de hidrogênio substância tóxica para a célula Agora que você já sabe as partes que compõem uma célula eucarionte animal imagine se os peroxissomos não atuassem corretamente o que poderia acontecer A célula eucarionte vegetal é semelhante à célula animal mas possui algumas diferenças estruturais e metabólicas você lembra dos seres autótrofos e heterótrofos correto Uma das razões para essa diferença está na capacidade que as células vegetais têm de produzirem seu alimento sendo autótrofas Para realizar a fotossíntese possuem organelas específicas como os plastos outra diferença marcante é a presença de uma parede celular que protege as células e vacúolos muito grandes Os plastos ou plastídeos são organelas que só aparecem em células vegetais e se diferenciam de acordo com a função que executam Podemos diferenciar os plastos com pigmento cromoplastos e entre eles ainda podemos citar os cloroplastos no entanto também temos amiloplastos que acumulam amido chamados de grão de amido 1323 Célula Vegetal Assimile Faça você mesmo U1 Citologia 44 Os cloroplastos asão organelas compostas por pigmento chamado clorofila que são capazes de absorver a energia eletromagnética da luz solar e a converter em energia química por um processo chamado fotossíntese Assim as células de vegetais possuem núcleo composto por cromatina nucléolo carioteca e poro retículo endoplasmático granuloso retículo endoplasmático não granuloso peroxissomo citosol microtúbulos aparelho de Golgi mitocôndria ribossomos lisossomos membrana plasmática centríolo parede celulósica cloroplasto e vacúolo Fonte httpsthinkbiofileswordpresscom201112f711ajpg Acesso em 1 maio 2015 Figura 111 Representação de uma célula vegetal Com a representação da célula vegetal e animal você consegue perceber que são bem parecidas agora vamos destacar as diferenças entre elas no Quadro 11 Fonte A autora 2015 Quadro 11 Quadro comparativo de célula animal e vegetal QUADRO COMPARATIVO ENTRE CÉLULA ANIMAL E VEGETAL Estrutura Célula Animal Célula Vegetal Parede Celular Não Sim Vacúolos Quando aparecem são pequenos As dimensões aumentam com a idade da célula e o número diminui Cloroplastos Não Sim Centríolos Sim Podemos aparecer em algumas plantas superiores Reflita U1 Citologia 45 Caro aluno após os conceitos apresentados podemos retornar à situaçãoproblema apresentada no diálogo aberto e resolver os questionamentos sobre a resistência dos antibióticos Antes de desvendarmos o enigma gostaria de enfocar a falta de pesquisa para criação de novos antibióticos pois os disponíveis hoje já estão em atuação há mais de dez anos o que pode causar resistência nas bactérias Pesquisas e novas descobertas são fundamentais para sobrevivência principalmente dos seres humanos Os antibióticos podem matar ou impedir o crescimento dos microrganismos causadores da infecção sem afetar o indivíduo somente a bactéria A fim de conseguir manter essa característica usam as diferenças estruturais e químicas das células procariontes e eucariontes Mas como isso seria possível Antibióticos agem na parede celular das bactérias que é formada por peptidoglicano assim enfraquece a parede celular deixando a bactéria suscetível à ação dos glóbulos brancos Agora as células dos seres humanos não possuem peptidoglicano portanto o antibiótico não tem o poder de enfraquecer as células humanas Antibióticos são substâncias desenvolvidas a partir de fungos bactérias ou elementos sintéticos A sua finalidade é combater microrganismos causadores de infecções no organismo Sua atuação será na parede celular das bactérias eliminando as formas não resistentes as resistentes irão permanecer vivas mantendo a infecção pois como em qualquer população existem indivíduos diferentes em uma colônia de bactérias de uma mesma espécie devem existir aquelas com alguma característica capaz de tornálas Agora para deixar outras bactérias também resistentes as que são imunes têm duas formas de agir indução de mutação no DNA ativo ou a transferência desse DNA de um organismo ao outro mesmo de espécies diferentes isso ocorre durante a conjugação Na conjugação bacteriana pedaços de DNA passam diretamente de uma bactéria doadora para uma receptora isso acontece através de microscópicos tubos proteicos que as bactérias possuem em sua superfície O fragmento de DNA transferido se encontra em Sem medo de errar U1 Citologia 46 filamentos de DNA extracromossômicos chamados de plasmídeos que se recombinam com o cromossomo da bactéria receptora produzindo novas misturas genéticas que serão transmitidas às célulasfilhas na próxima divisão celular Note que a ação dos antibióticos é sobre a parede celular das bactérias estrutura espessa que é formada por peptidoglicano As características das células procariontes e eucariontes nos permitem desenvolver medicamentos que afetam um e nada ocorre com outro Portanto lembrese da constituição de cada tipo celular e o papel de cada organela no funcionamento celular Agora você já sabe a importância de conhecer cada estrutura celular e como os agentes externos agem em organismos vivos notou como a resistência das bactérias ocorre e por que não somos afetados pelo antibiótico todos esses fatos são referentes à forma que as células são compostas quimicamente e estruturalmente Toxidade dos Quimioterápicos 1 Competência de fundamentos de área 2 Objetivos de aprendizagem Aplicar os conceitos de evolução celular correlacionando com o gás oxigênio 3 Conteúdos relacionados Formação celular 4 Descrição da SP Em um hospital de tratamento de câncer infantil Carlinhos desenha e interage com os outros integrantes da sala todo sorridente e falando que quando crescer será bombeiro Uma situação normal se não fosse em uma sala de quimioterapia Carlinhos foi diagnosticado com leucemia e já faz tratamento há oito meses está com aparência abatida sente muitas náuseas já não tem cabelo e muitos outros sintomas Mas pense no caso dos antibióticos que só atuavam na bactéria por que as drogas antineoplásicas não agem somente nas células neoplásica 5 Resolução da SP Para solucionar a questão pense na formação das células procariontes e eucariontes e em suas diferenças Pratique mais Instrução Desafiamos você a praticar o que aprendeu transferindo seus conhecimentos para novas situações que pode encontrar no ambiente de trabalho Realize as atividades e depois compareas com as de seus colegas Atenção Lembrese Avançando na prática U1 Citologia 47 Pense na configuração das células procariontes que são diferentes em alguns aspectos das células eucariontes Vamos testar seus conhecimentos faça você mesmo a seguinte atividade Liste as diferenças entre as células procariontes e eucariontes 1 Existem fundamentalmente duas classes de células procariontes protos primitivo e cario núcleo e eucariontes eu verdadeiro e cario núcleo Descreva a organização geral das células procariontes e eucariontes enfatizando as diferenças entre elas 2 As células eucariontes são compartimentalizadas Explique o que isso significa e quais são as vantagens para essas células 4 Considerando as características das células procariontes e eucariontes podemos afirmar que 3 Se você não tem nenhuma outra informação sobre um determinado organismo a não ser que ele é unicelular somente com essa informação você pode concluir que I Ele é procarionte II Ele é eucarionte III Ele pode ser procarionte ou eucarionte IV Ele não é nem procarionte nem eucarionte a I II e III b I III e IV c II III e IV d I II e IV e I III e IV Faça valer a pena Lembrese Faça você mesmo U1 Citologia 48 a As células procariontes apresentam sistema de endomembranas b As células procariontes apresentam divisão por mitose c As células eucariontes apresentam DNA associado a proteínas d As células não eucariontes apresentam nucléolo e As células procariontes formam os seres pluricelulares 5 Certos antibióticos têm a função de impedir que os ribossomos das bactérias realizem sua função O efeito imediato desses antibióticos sobre as bactérias sensíveis a eles é inibir a síntese de a RNA mensageiro b Proteínas c DNA d ATP e Lipídios 6 Na representação de uma célula animal as organelas identificadas como 1 9 e 13 correspondem a Fonte httptudoesocienciablogspotcombr201203ascelulas animalevegetalhtml Acesso em 1 maio 2015 a Lisossomos cloroplastos e centríolos b Nucléolo centríolos e aparelho de Golgi U1 Citologia 49 c Nucléolo mitocôndrias e centríolos d Ribossomos mitocôndrias retículo endoplasmático liso e Nucléolo ribossomos e mitocôndrias 7 Em uma célula vegetal o material genético concentrase no interior do núcleo o qual é delimitado por uma membrana Além dessa região material genético também é encontrado no interior do a Retículo endoplasmático e aparelho de Golgi b Aparelho de Golgi e cloroplasto c Lisossomo e retículo endoplasmático d Lisossomo e mitocôndria e Cloroplasto e mitocôndria Citologia 50 Seção 14 Vírus entidade biológica dependente de células Olá caro aluno Tudo bem Nas seções anteriores destacamos os microrganismos compostos por células agora vamos estudar os vírus que se diferenciam de todos os seres vivos pois não apresentam organização celular são considerados acelulares e por muitos cientistas organismos não vivos Portanto os vírus viroides bacteriófagos vírus animal e príons são definidos como microrganismos acelulares ou partículas infecciosas Até o momento estudamos como as células são a unidade fundamental da vida de qualquer ser vivo aprendemos também a classificar esses seres na natureza e destacamos as principais características das células procariontes e das células eucariontes agora iremos enfocar outro tipo de microrganismos os acelulares mas será que esses organismos acelulares são capazes de interferir no funcionamento dos organismos celulares Você se lembra que já estudamos as consequências que agentes biológicos químicos ou físicos podem causar nas células de organismos como o do homem Agora vamos verificar o poder destes microrganismos acelulares no planeta Terra e na vida dos organismos que vivem nele As bactérias são seres unicelulares compostos por células procariontes compostas por poucas organelas entre elas parede celular membrana plasmática e citoplasma com material genético disperso Pense nos casos que já resolvemos até o momento todos voltados a mostrar como as células são a base da vida e como podem ser atingidas sendo assim quando falamos de um microrganismo acelular isto é não possui células e portanto nem Diálogo aberto Lembrese Citologia 51 é considerado vivo que para conseguir se replicar precisa invadir uma célula hospedeira viva Então como os vírus podem alterar o funcionamento das células tanto procariontes como eucariontes colocando em risco a vida do hospedeiro Para melhor compreender essa questão imagine que em uma escola infantil na sala de crianças de 5 anos Carlinhos aparece com lesões nos lábios com aparência de bolhas cheias de líquido claro A professora desconfia que pode ser herpes e portanto se atenta para que outras crianças não usem a mesma canequinha de beber água que Carlinhos usou Mas o que essa doença está causando nas células de Carlinhos Além disso pense na atitude da professora evitando o contato direto de outras crianças com objetos pessoais do Carlinhos essa atitude foi correta Como em nossos estudos anteriores pense nas células como sendo a origem da vida que qualquer alteração pode comprometer seu bom funcionamento e que a membrana plasmática é uma organela essencial para manter a unidade celular saudável No decorrer da seção você conseguirá entender todos os processos virais e terá embasamentos para assimilar a complexidade dos vírus e como apesar da tecnologia que temos atualmente eles ainda são nossos piores inimigos Os vírus não afetam somente os seres humanos estão no ambiente e parasitam qualquer célula viva Caro aluno você sabia que os vírus quando não estão se reproduzindo não expressam nenhuma atividade vital não crescem não degeneram e nem fabricam substâncias e nem reagem a estímulos portanto sem qualquer reação metabólica A palavra vírus é originária do latim e significa toxina ou veneno No entanto os vírus têm uma capacidade de replicação espantosa um único vírus em algumas horas pode replicar Dica Reflita Não pode faltar U1 Citologia 52 milhões de novos indivíduos A estratégia de replicação é diferente dos demais microrganismos eles precisam invadir células o que causa a dissociação dos componentes da partícula viral Esses componentes então interagem com o aparato metabólico da célula hospedeira subvertendo o metabolismo celular para a produção de mais vírus São estruturas muito pequenas que só podem ser observadas com microscopia eletrônica A questão de serem considerados vivos depende da definição de vida As considerações científicas sobre a classificação dos vírus é controversa alguns cientistas com base em algumas características de organismos vivos como fazer parte de linhagens contínuas reproduzir e evoluir em resposta ao ambiente através de variabilidade e seleção acreditam que deveriam ser classificados como seres vivos outros defendem que como os vírus não têm metabolismo próprio deveriam ser considerados partículas infecciosas ao invés de seres vivos propriamente ditos As discussões ainda persistem no entanto muitos cientistas concordam que os vírus são desprovidos da maior parte das características das células assim os considerando entidades sem vida As partículas infecciosas completas são denominadas vírion que consiste em um genoma DNA ácido desoxirribonucleico ou RNA ácido ribonucleico envolto por um capsídio de proteína que é composto de muitas unidades proteicas chamada de capsômeros Ao conjunto ácido nucleico e capsídio damos o nome de nucleocapsídeo Além destas estruturas existem vírus envelopados que possuem um envelope externo de lipídios e polissacarídios Os vírus precisam de uma célula hospedeira viva para replicar seu material genético possuem uma grande capacidade de destruir as células que infectam pois utilizam toda a estrutura delas para sua reprodução Podem infectar de seres humanos até algas e bactérias ENGELKIRK DUBENENGELKIRK 2012 Os capsídios virais apresentam várias formas e simetrias poliédricos helicoidais em forma de bala esféricos Os capsídios poliédricos apresentam 20 lados ou faces geometricamente são denominados icosaédricos 141 A estrutura dos Vírus U1 Citologia 53 Fonte httpwwwdreamstimecomstockphotosmorphologycommonviruses image23600873 Acesso em 2 maio 2015 Figura 112 Morfologia dos Vírus Não confunda vírion que significa partícula viral completa com viroide que é uma molécula de RNA infecciosa A classificação dos vírus ocorre de acordo com o tipo de ácido nucleico que possuem as características do sistema que os envolve e os tipos de células que infectam Quanto ao ciclo reprodutivo ocorre de duas formas o lítico com quatro fases adsorção penetração eclipse e liberação que compreende a entrada do vírus na célula hospedeira fixando suas proteínas virais à proteína receptora em seguida a penetração através da membrana plasmática Logo após a penetração o vírus fica adormecido e não mostra sinais de sua presença seguindo para multiplicação do material genético e utilizando os ribossomos nucleotídeos aminoácidos e mitocôndrias celulares usando a energia do metabolismo do hospedeiro ocorre a replicação do ácido nucleico e as sínteses das proteínas do capsídio Esse 142 Replicação Viral Dica U1 Citologia 54 processo é rápido e novas partículas virais são liberadas para infectar novas células saudáveis O ciclo reprodutivo lisogênico em que o vírus que invadiu a célula hospedeira instala seu material genético no genoma dela a presença do parasita não interfere no mecanismo celular desde o metabolismo até a reprodução ocorre normalmente assim como numa célula saudável Quando a célula hospedeira passa por divisões mitóticas ela transmite às célulasfilhas não só o seu genoma mas o material genético do vírus que a infectou Dessa forma o parasita intracelular usa do processo reprodutivo da célula para se multiplicar e contaminar novas células do organismo vivo Os antibióticos não são eficientes para combater os vírus são agentes antibacterianos eficazes contra as bactérias e as vacinas são utilizadas como prevenção pois estimulam o sistema imunológico a produzir anticorpos para determinados tipos de doenças ENGELKIRK DUBEN ENGELKIRK 2012 143 Parasitas de procariontes e eucariontes Os vírus que parasitam as células procariontes são os bacteriófagos ou fagos que podem ser de DNA ou RNA formados apenas pelo núcleo capsídeo não existindo formas envelopadas Os mais estudados são os que infectam a bactéria intestinal Escherichia coli conhecida como fagos T Estes são constituídos por uma cápsula proteica bastante complexa que apresenta uma região denominada cabeça com formato poligonal envolvendo uma molécula de DNA e uma região denominada cauda com formato cilíndrico contendo em sua extremidade livre fibras proteicas Os fagos grudam suas caudas nas bactérias perfurando a parede e injetando seu DNA no citoplasma bacteriano cerca de 15 minutos depois já se pode observar partes dos novos fagos Uma proteína do vírus ebola afeta o sistema natural de defesa das células e abre o caminho para infecções da doença mortal Acesse o link httpevunixuevoraptsinogasTRABALHOS2000virol00Ebola htm e descubra mais sobre o assunto Reflita Pesquise mais U1 Citologia 55 Os vírus que parasitam os seres humanos e os outros animais são chamados de vírus animais A infecção por esse vírus ocorre com a penetração do ácido nucleico e da cápsula se for do tipo envelopado os receptores deste envoltório se combinam aos também existentes na membrana celular fundindo o envelope à bicamada lipoproteica da célula inserindo a cápsula viral liberando DNA ou RNA no interior do hospedeiro saindo da célula por lise ou brotamento lembrando que os vírus que escapam por brotamento se tornam envelopados Agora pense que os sintomas de algumas doenças virais são diferentes Isso ocorre devido à forma que o vírus parasita a célula assim alguns vírus com invólucro se formam em volta da membrana plasmática e os vírions são liberados diretamente para o meio extracelular saindo da membrana plasmática Outros são montados no núcleo celular brotando para a cisterna perinuclear envolta pela membrana interna do envoltório nuclear Como a cisterna perinuclear é uma dependência do retículo endoplasmático os vírions completos seguem a via secretória para atingirem o meio extracelular seguindo o mesmo caminho das proteínas secretadas pela célula Os vírus se replicam de duas formas uma dessas formas faz com que a doença demore a ser descoberta Descreva a forma que o vírus HIV se insere nas células hospedeiras As plantas também são afetadas por vírus Sim e muitas vezes eles são transmitidos por insetos Os vírus de plantas são chamados de viroides são menores que os demais vírus menos complexos e só afetam plantas Outra forma de proteínas infecciosas são os príons que são desprovidos de carga genética e causam doenças neurológicas em animais como a vaca louca em bovinos Os príons possuem estruturas bastante estáveis e são resistentes a enzimas digestivas calor algumas substâncias químicas e até à radiação ultravioleta condições que normalmente degradam proteínas e ácidos nucleicos Também não existe nenhum mecanismo de defesa imunológica capaz de neutralizar essa partícula infectante o que Faça você mesmo U1 Citologia 56 torna ainda mais rápida a sua disseminação Você já pensou que os vírus poderiam ser eliminados como as bactérias Mas isso não é possível pois os vírus usam as células do hospedeiro para se replicar são difíceis de matar As mais eficientes soluções médicas para as doenças virais são até agora as vacinas para prevenir as infecções e drogas que tratam os sintomas das infecções virais As substâncias químicas que atuam contra os vírus são chamadas de substâncias antivirais que interferem nas enzimas específicas dos vírus seja impedindo fases críticas do ciclo viral ou inibindo a síntese de DNA ou RNA Os pacientes frequentemente pedem antibióticos que são inúteis contra os vírus É muito importante que os profissionais da saúde entendam que os antibióticos não são eficientes contra os vírus e o uso incorreto desses fármacos pode aumentar a resistência das bactérias Entre as principais viroses humanas estão gripe hepatite A B e C caxumba sarampo varicela catapora AIDS raiva dengue febre amarela poliomielite rubéola meningite encefalite herpes pneumonia ebola entre outras doenças O câncer cervical é causado ao menos em partes pelo papilomavirus representando a primeira evidência significante em humanos para uma ligação entre o câncer e agentes virais Os vírus que causam cânceres são chamados de vírus oncogênicos ou oncovírus As viroses não são transmitidas pelo ar e sim por gotículas que permanecem em suspensão no ar com o vírus Após um indivíduo contaminado tossir ou espirrar a fonte de contaminação está em suspensão e em condições de contaminar outras pessoas No entanto ocorrem outras formas de contaminação contato Com sangue relações sexuais saliva contato com a pele afetada e por mosquitos exemplos dengue e febre amarela 144 Transmissão Assimile U1 Citologia 57 Fonte A autora 2015 Quadro 12 Quadro com algumas doenças causadas por vírus Doenças causadas por Vírus Doenças Transmissão Possui Vacina Sarampo RNA Contato direto e gotículas de secreções nasais Sim Caxumba RNA Contato direto e saliva Sim Vírus Influenza Gripe RNA Contato direto de gotículas de saliva Sim Poliomielite RNA Fecaloral Sim Hidrofobia raiva RNA Saliva mordidas e cão gato e morcego Sim Herpes DNA Saliva e relação sexual Não Varíola DNA Contato direto e secreções nasobucais Sim Dengue RNA Mosquito A vacina está em fase de teste Papiloma HPV DNA Contato de pele e genital Duas vacinas bivalente e a vacina quadrivalente Hepatite A hepatite infecciosa RNA Fecaloral Sim Hepatite B soro hepatite DNA Sangue e relação sexual Sim AIDS HIV RNA Relações sexuais transfusão de sangue e seringas contaminadas Não Ebola RNA Contato direto com o sangue fluidos corporais e tecidos de animais ou pessoas infectadas Não Um dos vírus que vem causando medo nas pessoas é o Ebola como outros vírus não pode ser eliminado com medicamentos disponíveis no momento estão em fase de desenvolvimento e testes Esse vírus mata suas vítimas em poucos dias Na primeira fase da doença os sintomas lembram os da malária mas por volta do quarto dia o quadro já é considerado crítico febre alta hemorragia generalizada espontânea fezes sanguinolentas e vômitos com jatos de sangue Surgem várias feridas que se espalham pelo corpo rapidamente A vítima morre por volta do nono dia Em uma situação como a descrita quais seriam as medidas de segurança que os profissionais de saúde deveriam adotar Resposta As técnicas para evitar a infecção englobam evitar o contato com sangue ou secreções corporais infetadas incluindo as dos mortos O isolamento dos pacientes uso de vestuário adequado máscaras Exemplificando Citologia 58 Sem medo de errar luvas botas óculos aventais limpeza adequada de superfícies lavagem das mãos e isolamento dos equipamentos Também é necessário que nas comunidades afetadas seja evitado o contato das pessoas com o sangue e fluidos corporais dos doentes incluindo as dos mortos Agora que você já conhece melhor os vírus microrganismos acelulares que causam muitos danos aos seres vivos saiba que além da classificação sua origem também gera controvérsias sendo duas teorias a primeira defende que os vírus já existiam antes do surgimento das células mas essa teoria cai em descrença quando pensamos que os vírus precisam das células para se replicarem A outra teoria afirma que as células surgiram primeiro e que os vírus se formaram a partir de produtos derivados das células Os vírus humanos mais simples são formados apenas por ácido nucleico revestido por uma capa de proteína chamada de capsídio O conjunto de capsídio mais ácido nucleico é chamado de nucleocapsídio Depois dos conhecimentos aprimorados você deve refletir sobre a situação problema na escola infantil temos um aluno com suspeita de herpes A professora agiu corretamente em separar os objetos de uso pessoal como a caneca dos outros alunos pois esse vírus pode ser transmitido pela saliva É uma infecção contagiosa nos lábios na boca gengivas e genitais causada pelo vírus do herpes simples HSV 1 que é da família dos Herpes vírus com genoma de DNA com dupla hélice que se multiplicam no núcleo da célula produzindo muitas proteínas virais Têm nucleocapsídeo de simetria icosaédrica e envelope lipídico Esse vírus tem a propriedade de infectar alguns tipos de células de forma destrutiva lítica e outras de forma hibernante latente Ao acessar as nossas células causam muitos danos pois agem de uma forma muito especial evitando os anticorpos promovendo a fusão das membranas plasmáticas formando células gigantes multinucleadas no entanto essas células reconstituem suas membranas se separam e voltam à forma inicial Assim os virions passam de uma célula para outra sem passar pelo fluido Lembrese Citologia 59 extracelular onde se encontram os anticorpos por isso a doença permanece no organismo com períodos de melhora e de recaída Perceba que as ações dos vírus causam graves danos às células no caso do herpes simples não ocorre a morte dos indivíduos afetados no entanto o vírus não tem cura e permanecerá no organismo do hospedeiro ressurgindo quando o organismo apresentar brechas em sua defesa Para o tratamento do vírus do herpes é usado o fármaco antiviral Aciclovir Ele age interrompendo a reprodução viral no interior da célula infectada Bacteriófagos 1 Competência de fundamentos de área 2 Objetivos de aprendizagem Aplicar os conceitos referentes às características virais 3 Conteúdos relacionados Formação celular 4 Descrição da SP Estudos recentes demonstram que bacteriófagos podem ser usados para eliminar bactérias de águas poluídas É apontada como uma alternativa inovadora aos métodos habitualmente utilizados capaz de reduzir mil vezes mais o número de bactérias presentes na água e faz decrescer substancialmente o impacto ambiental e os riscos para a saúde pública derivados da utilização massiva de outros produtos para descontaminar No entanto como podemos utilizar vírus para despoluir a água que depois poderá ser usada por pessoas Como tais vírus iriam se comportar nas células eucariontes animais 5 Resolução da SP Reflita sobre as características de cada célula e dos vírus e conseguirá chegar a uma conclusão Pratique mais Instrução Desafiamos você a praticar o que aprendeu transferindo seus conhecimentos para novas situações que pode encontrar no ambiente de trabalho Realize as atividades e depois compareas com as de seus colegas Na década de 1930 haviam pesquisas que visavam utilizar os fagos como tratamento para infecções bacterianas Em 1940 com as descobertas de antibióticos as pesquisas perderam o sentido no entanto estão sendo retomadas pois estamos vivenciando a perda da força dos antibióticos Avançando na prática Atenção Lembrese U1 Citologia 60 Sobre os vírus podemos dizer que são partículas infecciosas minúsculas que invadem as células roubam seus nutrientes e usam suas reações químicas para seu próprio proveito proliferandose e causando patologias Mas por que os vírus agem dessa forma 4 Com relação ao tipo de RNA do vírus é correto afirmar que a Possuem genes para os três tipos de RNA b Possuem genes apenas para RNA ribossômico e para RNA mensageiro c Possuem genes apenas para RNA mensageiro e para RNA transportador d Possuem genes apenas para RNA mensageiro e Não possuem genes para qualquer um dos três tipos de RNA 3 Atualmente muitas doenças têm preocupado a população mundial tais como a AIDS a febre amarela e o ebola Todas elas são causadas por vírus Sobre esses organismos é correto afirmar que a São estruturalmente semelhantes às bactérias podendo apresentar somente DNA como material genético b Apresentam ciclos de vida lítico ou lisogênico No ciclo lítico determinam a destruição da célula infectada c Não conseguem penetrar no metabolismo celular do hospedeiro d Podem ser mortos por antibiótico como as bactérias e Não são parasitas obrigatórios pois podem sobreviver cristalizados por muitos anos 1 Qual é a característica típica dos vírus 2 Qual é o material genético existente nos vírus Faça você mesmo Faça valer a pena U1 Citologia 61 5 Referente à forma de se replicar dos vírus assinale verdadeira V ou falsa F em cada uma das afirmativas a seguir x Quanto ao ciclo reprodutivo podem ocorrer de duas formas o lítico e o lisogênico x No lítico o parasita intracelular usa do processo reprodutivo da célula para se multiplicar e contaminar novas células do organismo vivo x No lítico ocorrem quatro fases adsorção penetração eclipse e liberação A sequência correta é a V F F b V V V c F F V d V F V e F V F 7 Com relação às formas de contágio de alguns vírus por gotículas suspensas no ar quando um indivíduo contaminado espirra espalha no ambiente vírus que podem contaminar outras pessoas Quais das doenças a seguir podem ser transmitidas dessa forma a Giardíase b Malária c Gripe d Tuberculose e Hepatite C 6 Quais das doenças citadas são causadas por vírus a Rubéola poliomielite tétano febre amarela e malária b Hepatite infecciosa febre amarela rubéola poliomielite e varíola c Malária catapora caxumba sarampo e rubéola d Tétano poliomielite tuberculose gripe e rubéola e Sarampo varíola malária febre amarela e hepatite infecciosa U1 Citologia 62 Referências ALBERTS Bruce Fundamentos da biologia celular uma introdução à biologia molecular da célula 2 ed Porto Alegre Artes Médicas 2006 DIREÇÃO GERAL DE SAÚDE OMS Publica relatório global sobre as resistências aos antimicrobianos 2014 Disponível em https wwwdgsptemdestaqueomspublicarelatorioglobalsobreas resistenciasaosantimicrobianosaspx Acesso em 26 abr 2015 DE ROBERTIS E M F HIB J Bases da biologia celular e molecular 4 ed Rio de Janeiro Guanabara Koogan 2006 ENGELKIRK Paul G DUBENENGELKIRK Janet Microbiologia para as ciências da saúde 9 ed Rio de Janeiro Guanabara Koogan 2012 JUNQUEIRA L C CARNEIRO José Biologia celular e molecular 9 ed Rio de Janeiro Guanabara Koogan 2012 LOPES S ROSSO S Biologia 3 ed São Paulo Saraiva 2013 RHOADS D História da biologia celular Disponível em http bitesizebiocom166historyofcellbiology Acesso em 22 mar 2015 TINOCO Dandara Surto de peste negra na África preocupa OMS Alarmante diz diretora O Globo 12 fev 2015 Disponível em http ogloboglobocomsociedadesaudesurtodepestenegranaafrica preocupaomsalarmantedizdiretora15306338ixzz3e7IUZMtr Acesso em 17 mar 2015 U2 A química da vida 63 Unidade 2 A química da vida Olá caro aluno seja bemvindo Vamos iniciar as seções de química mas você já pensou na importância dos elementos químicos para a vida celular O estudo da química dos organismos vivos deu origem à Química Orgânica que se ocupou inicialmente em analisar as substâncias produzidas pelos seres vivos Atualmente a química orgânica também se ocupa da fabricação e síntese de grande número de substâncias artificiais que vão desde hormônios sintéticos até os plásticos e silicones e para o estudo específico da química dos seres vivos temos a Bioquímica ou Biologia Molecular Todos os sistemas vivos do mais simples ao mais complexo dependem de reações químicas fundamentais à sua sobrevivência Os organismos crescem e reproduzemse através da multiplicação celular mas como as reações celulares são possíveis Como os nutrientes absorvidos por um organismo são transformados em tecidos diversos Todas as repostas para essas questões iremos abordar no decorrer da seção Competência a ser desenvolvida Conhecer a estrutura e as funções das moléculas biologicamente importantes ao organismo bem como as transformações químicas realizadas pelas células nos seus processos metabólicos Identificar e compreender os mecanismos da hereditariedade Convite ao estudo Objetivos Compreender as estruturas e funções das moléculas biologicamente importantes ao organismo U2 A química da vida 64 Você se lembra de que para a permanência de uma vida celular saudável é necessário o perfeito funcionamento de todos os seus componentes e se ocorrer qualquer interferência biológica química ou física pode causar graves danos ao funcionamento celular Agora pense como as reações químicas são fundamentais à sobrevivência celular através de processos efetuados por moléculas de diferentes dimensões como a água proteínas ácidos nucleicos glicídios e lipídios carboidratos entre outros Obrigatoriamente esses compostos precisam estar de acordo com as necessidades das células para que ocorra a vida e essa se mantenha Pense em um ambiente escolar onde podemos observar diversos tipos de pessoas que passam por muitas situações diferentes Observamos alunos e professores saudáveis com todas suas funções orgânicas plenas e outros em condições orgânicas com limitações nesta unidade iremos analisar alguns exemplos de disfunções celulares a partir da falha nos processos efetuados pelas moléculas químicas que podem alterar a saúde dos indivíduos Você sabe como o metabolismo celular produz ácido e como são expelidos para a parte líquida do interior e exterior da célula Isso ocorre com possíveis modificações da concentração dos Compreender as transformações químicas realizadas pelas células nos seus processos metabólicos Identificar e compreender os mecanismos da hereditariedade Conhecer os fundamentos bioquímicos das principais moléculas biológicas e suas interações em nível celular na promoção do equilíbrio orgânico Analisar e interpretar os diferentes padrões de herança para melhor compreensão das patologias humanas de bases genéticas Correlacionar o estudo da água pH e tampões biológicos com os distúrbios do equilíbrio ácidobase U2 A química da vida 65 íons hidrogênio Assim a manutenção da concentração dos íons hidrogênio depende da eliminação do ácido carbônico pelos pulmões da eliminação de íons hidrogênio pelos rins e da ação dos sistemas tampão intracelular e extracelular A forma como o organismo regula a concentração dos íons hidrogênio é de fundamental importância para a compreensão e a avaliação das alterações do equilíbrio entre os ácidos e as bases no interior das células e nos líquidos extracelulares incluindo o sangue Agora reflita sobre a seguinte questão No mundo moderno em que as pessoas buscam a perfeição estética com conceitos distorcidos pela mídia e pelo mundo capitalista doenças como a bulimia se destacam em um ambiente escolar principalmente entre os adolescentes Essa patologia se caracteriza por uma desordem alimentar em que as pessoas sofrem com o medo de engordar se manifesta com a absorção de alimentos em excesso e em seguida a indução ao vômito perda de potássio associado à essa condição o indivíduo ainda pode abusar de laxantes e diuréticos a bulimia pode levar a pessoa à morte No entanto qual o impacto deste processo nos líquidos entre as células líquido intersticial e no sangue líquido intravascular No decorrer da seção você entenderá que a Bioquímica forma uma ponte entre a Biologia e a Química pois estuda como complexas reações e estruturas químicas originam vida e processos relacionados com a vida vamos explorar os conceitos e você conseguirá entender a química da vida U2 A química da vida 66 Diálogo aberto Seção 21 Água como componente celular pH e tampão Como já abordamos anteriormente os seres vivos são formados por células que efetuam muitos processos para se manterem saudáveis aprendemos a classificação dos seres vivos na natureza Destacamos as características das células procariontes e eucariontes percebemos as ações que ocorrem nas células com interferências como de bactérias e partículas infecciosas chamadas de vírus considerados acelulares Agora pense na matéria que compõe os seres vivos que é formada por partículas muito pequenas que são os átomos agregamse e constituem as moléculas orgânicas ricas em carbono e hidrogênio e possuem em geral grande massa molecular Reflita na quantidade de elementos químicos conhecidos e na grande variedade de substâncias químicas Irá constatar que tanta variedade é decorrente das combinações entre os elementos formando as moléculas das substâncias químicas podemos destacar ainda os elementos que mais aparecem na matéria orgânica como o carbono hidrogênio oxigênio nitrogênio fósforo e enxofre além de muitos outros A célula é a unidade básica da vida de um organismo é composta por diversas organelas que atuam nos processos celulares como as mitocôndrias responsáveis pela respiração celular Mas como podemos dimensionar as moléculas celulares Muito simples Cada célula é formada pela combinação de moléculas organizadas em estruturas maiores que formam os compostos químicos classificados em orgânicos e inorgânicos Os compostos orgânicos são ácidos nucleicos carboidratos lipídios e proteínas e a parte inorgânica é composta de água e minerais Lembrese U2 A química da vida 67 Como fica a porcentagem de cada parte nas células Somente a água representa 70 do volume total considerada o solvente universal já os demais compostos inorgânicos representam de 2 a 3 o restante é composto pela aglomeração de moléculas menores que formam os polímeros ou macromoléculas Portanto os elementos importantes para a função celular estão dissolvidos nos líquidos intracelular e extracelular Assim o metabolismo celular produz ácidos que tendem a modificar a concentração dos íons hidrogênio nos líquidos do organismo Os ácidos são as substâncias que podem ceder íons hidrogênio para uma solução e bases são as substâncias que podem receber íons hidrogênio em uma solução 211 Ácidos e Bases 2111 O que são ácidos e bases Para você entender melhor como surgiram as definições do conceito ácidobase segue a cronologia das teorias que caracterizam essas reações No ano de 1887 Svante August Arrhenius químico sueco realizou experimentos que testavam a condutividade elétrica em solução e verificou que determinadas substâncias sofriam ionização reagiam com a água e formavam íons ou dissociação iônica íons já existentes eram separados pela ação da água e conduziam correntes elétricas Mas essa teoria somente explicava as soluções aquosas e não considerava compostos sólidos e nem outros solventes diferentes da água Já no ano de 1923 surgiu a teoria protônica definida de forma independente por Brönsted e Lowry chamada de teoria de prótons pois tem como base a transferência de prótons Assim tendo como definição que ácido é toda espécie química íon ou molécula capaz de doar um próton enquanto a base é capaz de receber um próton A próxima teoria foi proposta por Lewis em 1923 e foi chamada Não pode faltar Os organismos vivos são compostos por substâncias químicas que interagem entre si formando os processos necessários para sobrevivência celular Reflita U2 A química da vida 68 de eletrônica pois envolve a transferência de pares de elétrons idealizando que ácido é toda espécie química íon ou molécula que aceita receber um par de elétrons enquanto a base é capaz de oferecer um par de elétrons Na natureza as substâncias ácidas se caracterizam por sabor azedo como exemplo pense em frutas cítricas e as substâncias básicas possuem qualidades adstringentes pense como sua boca fica estranha quando come uma banana verde No entanto os ácidos e bases não podem ser classificados por experimentação de sabor pois são substâncias perigosas Os ácidos são substâncias solúveis em água que é considerada o solvente universal assim as substâncias que se dissolvem em meio aquoso são os solutos e os líquidos nos quais esses solutos estão dissolvidos são chamados de solventes Você poderá ouvir dizer que a química orgânica é definida como química do carbono e suas ligações covalentes Pense nessa frase e assimile com os conteúdos estudados até o momento No caso as bases de metais alcalinos são solúveis as de metais alcalino terrosos são pouco solúveis e as bases de outros metais são insolúveis uma exceção é o hidróxido de amônio NH4OH que existe apenas em solução aquosa As estruturas dos ácidos são moleculares formados por ligações covalentes em que há compartilhamento de elétrons Tais ligações podem ser de três tipos simples dupla e tripla em que ocorre o compartilhamento de par de elétrons Podemos usar como exemplo o gás clorídrico que é formado pelo compartilhamento de um par de elétrons entre o hidrogênio e o cloro Para entender um pouco mais de ligações covalentes acesse o link Disponível em httpzeusquiufmgbrqgeraldownloadsaulas aula20132020ligacao20covalente20e20estrutura20de20 lewis1pdf Acesso em 9 maio 2015 Nele você encontrará conceitos de ligações químicas iônicas covalentes e metálicas Assimile Pesquise mais U2 A química da vida 69 As bases podem ser iônicas ou moleculares As que possuem os metais alcalinos e alcalino terrosos são iônicas e as demais são moleculares A condutividade elétrica dos ácidos acontece quando estão dissolvidos em água assim liberam íons sofrendo ionização já nas bases também ocorre condução elétrica em solução sofrendo dissociação isto é as moléculas sofrem ionização reagem com a solução água e liberam íons Os ácidos podem ser chamados de ácidos fortes dissociamse completamente em soluções diluídas e os ácidos fracos ionizamse pouco e se caracterizam pela dissociação constante Em uma solução um soluto pode estar no estado ionizado ou no estado não ionizado Nos líquidos do organismo os solutos existem em ambas as formas em um tipo especial de equilíbrio químico Quando um soluto está ionizado os elementos ou radicais químicos que o compõemestão dissociados uns dos outros Existem substâncias como os ácidos fortes as bases fortes e os sais que permanecem em solução quase completamente no estado ionizado Outras substâncias como os ácidos e as bases fracas ao contrário permanecem em solução em graus diversos de ionização Sendo assim um ácido forte pode doar muitos íons hidrogênio para a solução porque uma grande parte das suas moléculas se encontra no estado dissociado estado iônico Do mesmo modo uma base forte pode captar muitos íons hidrogênio de uma solução 2112 Conceitos de pH Agora pense na água como solvente universal com uma característica muito importante a capacidade de se ionizar com um ânion hidroxila OH e um próton o íon de hidrogênio H Assim se estabelece a escala de pH de uma solução aquosa Então pH é a concentração de íons de hidrogênio em uma solução Portanto a atividade dos íons hidrogênio em uma solução qualquer depende da quantidade de hidrogênio livre na solução Assim a homeostase dos íons principalmente H e OH pode ser definida pelo equilíbrio ácidobase Mas qual o significado da sigla pH Significa potência de hidrogênio e foi criada para simplificar a medida da concentração de íons hidrogênio H na água e nas soluções A relação entre a concentração de íons Hidrogênio e o valor pH é definido pela equação pH logH U2 A química da vida 70 Ao colocar em contato direto os ácidos e as bases irão reagir entre si neutralizando um ao outro isto é tornando o pH do meio neutro Mas por que isso ocorre Porque o cátion H proveniente do ácido reage com o ânion OH proveniente da base formando água e um sal Para esse tipo de reação damos o nome de neutralização A escala de pH varia entre 0 e 14 sendo que quanto mais próxima do zero mais ácida e quanto mais próxima do 14 mais alcalina Como referência usase o pH normal da água considerada um líquido neutro que é 7 As soluções com pH inferior a 7 são consideradas ácidas e as soluções com pH superior a 7 são consideradas alcalinas Os líquidos orgânicos são constituídos de água contendo uma grande quantidade de solutos de diversas características químicas e iônicas A solução orgânica padrão para a avaliação do pH é o sangue O pH normal do sangue humano varia dentro da pequena faixa de 735 a 745 Em comparação com a água portanto o sangue normalmente tem o pH levemente alcalino As alterações do pH podem ser observadas quando se adicionam ácidos ou bases à água mesmo em pequenas quantidades o pH da solução se altera rapidamente Mas pense o que iria ocorrer se adicionar ácido ou base ao plasma sanguíneo Ocorrerá a necessidade de uma quantidade muito maior de um ou de outro até ocorrer alterações do pH Isto significa que o plasma dispõe de mecanismos de defesa contra variações bruscas do pH O balanço entre os ácidos e as bases no organismo se caracteriza pela busca permanente do equilíbrio O plasma resiste às alterações do pH por meio de pares de substâncias capazes de reagir tanto com ácidos quanto com bases chamadas sistemas tampão regulação renal e regulação respiratória Fonte httpwwwufrrjbrinstitutositdeacidentesphhtm Acesso em 9 maio 2015 Figura 21 Escala de pH Aumento da acidez Aumento da alcalinidade Bateria ácida Suco de limão Faixa normal da água dos rios Faixa normal das chuvas Peixe adulto morre Reprodução de peixe afetada Vinagre Leite Leite de magnésia Amônia Água do mar Lixívia A escala do pH Neutro Chuva ácida U2 A química da vida 71 A água compõe a maior parte da massa corporal do ser humano e de todos os seres vivos logo na composição química celular prevalece a presença de água Sendo que 70 do peso da célula é determinado pela água presente no meio celular garantindo que a maioria das reações químicas da célula ocorre em meio aquoso No entanto vários fatores podem levar a um desequilíbrio no pH plasmático entre eles a produção de metabólitos em reações de oxidação em nível celular a absorção de íons através da alimentação e digestão Cada substância que ingerimos pode resultar na formação de compostos ácidos ou básicos que irão cair na corrente circulatória podendo assim causar um desequilíbrio indesejável Para combater esse problema de variação os seres humanos assim como os animais possuem os mecanismos de regulação de pH Portanto para alcançar a regulação do pH dos líquidos orgânicos ocorre a interferência de três mecanismos o químico que é representado pelos sistemas tampão capazes de neutralizar ácidos e bases em excesso o respiratório de ação rápida que elimina ou retém o dióxido de carbono do sangue conforme as necessidades moderando o teor de ácido carbônico e por fim o mecanismo renal de ação mais lenta que utiliza ou elimina o íon bicarbonato mantendo a manutenção do pH dentro dos limites normais As principais alterações de pH no sangue estão relacionadas à acidose quando está abaixo de 735 e alcalose quando o pH do sangue é superior a 745 Se a acidose é severa e o pH alcança valores abaixo de 685 em geral as funções celulares se alteram de tal forma que ocorre a morte celular Do mesmo modo nas alcaloses severas e persistentes os valores de pH superiores a 795 são incompatíveis com a normalidade da função celular No entanto como será o pH no interior das células onde ocorrem muitas reações químicas O interior das células reflete uma realidade metabólica diferente do plasma sanguíneo pois a atividade celular gera permanentemente subprodutos ácidos como resultado das numerosas reações químicas Sendo assim o pH habitual do líquido intracelular é mais baixo que o pH do plasma em torno de 69 nas Reflita U2 A química da vida 72 células musculares e 73 nos túbulos renais Em geral as células dos tecidos com maior atividade metabólica têm um pH levemente ácido em relação ao pH do sangue 2113 Sistema Tampão Caro aluno compreenda que uma solução tampão solução tamponada ou somente tampão é aquela solução capaz de manter aproximadamente constante o valor do pH quando é adicionado a ela um ácido ou base Para a definição de sistema tampão devemos levar em consideração a teoria de ácidobase de Brönsted que podemos representar com a equação HAA H que define a dissociação de um ácido genérico HA e em que A é a base conjugada de HA no entanto se a utilização for de ácidos fracos não se dissociam totalmente em solução Estabelecese então um equilíbrio químico entre a espécie protonada e a espécie desprotonada neste caso a ionização do ácido é representada pela equação HA H A Assim as soluções tampão podem ser formadas por um ácido fraco e um sal formado pela reação desse ácido com uma base forte ou então por uma base fraca e um sal formado pela reação dessa base com um ácido forte São usadas sempre que se necessita de um meio com pH aproximadamente constante Para testar o pH de um copo de água exposto ao gotejamento de ácido clorídrico por 90 minutos constatouse que o pH da água passou de 7 para 184 tornandose um ambiente muito ácido Agora imagine a seguinte situação em uma clínica veterinária ocorre a troca de medicamento erroneamente e foi administrado a um cão também por 90 minutos a mesma quantidade de ácido clorídrico que foi gotejado no copo de água o que pode ter acontecido com o sangue do animal Resposta o pH do sangue do animal passa de 744 para 714 A diferença de comportamento diante da mistura com o ácido clorídrico reflete a atuação dos sistemas tampão do plasma do animal que impediu a variação mais acentuada do pH Os principais tipos de sistema tampão biológicos existentes no sangue líquido intravascular nos tecidos líquido intersticial e no interior das células líquido intracelular são BicarbonatoÁcido Exemplificando U2 A química da vida 73 Carbônico que corresponde a 64 sendo essencial à regulação do equilíbrio ácidobase porque o metabolismo celular gera muito ácido como produto final sob a forma de ácido carbônico outro sistema tampão importante é o HemoglobinaOxihemoglobina 28 seguido por Proteínas ácidasProteínas básicas que representam 7 e por fim Fosfato monoácidoFosfato diácido 1 A equação de HendersonHasselbalch é utilizada para calcular o pH de uma solução tampão a partir do pKa que corresponde à constante de dissociação do ácido e de concentrações do equilíbrio ácidobase do ácido ou base conjugada Tampões ácidosal Tampões basesal A integração dos sistemas de defesa do organismo se mantém constante proporcionando uma regularidade dos líquidos orgânicos Perceba que todos os líquidos do organismo possuem sistemas tampão para evitar as alterações da concentração dos íons hidrogênio concluindo que se a concentração do íon hidrogênio aumentar ou diminuir o centro respiratório é imediatamente estimulado para alterar a frequência respiratória e modificar a eliminação do dióxido de carbono As variações da eliminação do dióxido de carbono tendem a retornar o pH aos seus valores normais Quando o pH se afasta da faixa normal os rins eliminam urina ácida ou alcalina contribuindo para o retorno da concentração dos íons hidrogênio aos valores normais Para os estudos ligados à medicina biologia e áreas da bioquímica em geral é muito importante o conceito de solução tampão pois os fluidos biológicos animais ou vegetais são em geral meios aquosos tamponados E as soluções tampão são usadas sempre que um químico necessita de um meio com pH aproximadamente constante Elas são preparadas dissolvendose os solutos em água Portanto saber efetuar os cálculos destas soluções é importante para conseguir determinar quantidades de ácidos e bases de cada solução tampão assim proporcionando o equilíbrio Faça você mesmo U2 A química da vida 74 O pH da água a 25 C é 70 Todavia a 37 C a constante de ionização da água temperatura do corpo é de 242 x 1014Qual o pH da água neutra nesta temperatura Resposta Kw HOH As concentrações de íons H e OH na água pura são iguais Podemos portanto substituílas por uma mesma incógnita Z Substituindo Kw Z2 242 x 1014 Z2 x H 155 x 107 molL pH log H pH log 155 x 107 pH 68 Ou seja embora o pH da água pura a 25 C seja 70 quando aumentamos a temperatura a água fica mais ácida Sendo que a 37 C o pH é de 68 2114 Alterações ácidobase Você imagina como as alterações ácidobase nas reações dos líquidos intracelular e extracelular são provocadas E como podem causar sérios problemas de funcionamento aos organismos Os desvios do equilíbrio ácidobase refletemse nas alterações do pH do sangue que dentro da normalidade fica em torno de 735 e 745 Acidose corresponde a um pH abaixo do valor mínimo normal e alcalose corresponde a um nível acima da faixa normal No entanto são muitos os fatores que podem levar um organismo a sofrer acidose ou alcalose Vamos expor algumas situações nas quais são observadas tais reações U2 A química da vida 75 Sem medo de errar Acidose Metabólica pode ter como causas insuficiência renal acidose tubular renal diabética acidose láctica ingestão de substâncias tóxicas perda de bases como o bicarbonato através do trato gastrointestinal causado por diarreia ou uma colostomia Os casos de alcaloses metabólicas podem ocorrer pelo uso de diuréticos perda de ácidos causada por vômitos ou aspiração do conteúdo do estômago glândulas suprarrenais hiperativas entre outros Desvios extremos do equilíbrio ácidobase em geral são acompanhados de alterações profundas da função dos órgãos vitais e podem determinar a morte do indivíduo Em geral o valor mínimo do pH compatível com a vida nas acidoses é de 685 nas alcaloses o valor máximo de pH tolerado pelo organismo é de aproximadamente 795 Agora que você conhece os conceitos de acidose e alcalose reflita sobre a situaçãoproblema apresentada em que identificamos que a perda de potássio pode gerar alterações orgânicas Caro aluno com os conceitos estudados de bioquímica nas reações celulares e como já sabe a química está associada à vida celular percebeu que a água é a substância fundamental denominada solvente universal As moléculas contidas na célula são classificadas de acordo com sua afinidade com a água sendo chamadas de hidrofóbicas sem afinidade com a água ou hidrofílicas com afinidade para água garantindo um grau de solubilidade Correlacionou o pH com a água e o sistema tampão regulador de ácidos e bases nos meios intercelular e extracelular Assim podemos retornar à situaçãoproblema e refletir sobre os acontecimentos químicos celulares A bulimia é uma patologia que não afeta somente o sistema orgânico mas também o comportamental as pessoas nessa condição tendem a sentir culpa vergonha e acabam por se isolar sendo mais difíceis de aceitar tratamento e na parte orgânica podem desenvolver vários distúrbios como desidratação hipocalemia secundária diminuição de potássio no sangue com demonstrações de alcalose metabólica que se caracteriza pelo pH superior a 745 U2 A química da vida 76 Avançando na prática nos fluidos corporais consequente ao aumento plasmático do bicarbonato acompanhado por pH plasmático elevado causando desequilíbrio orgânico Sistema tampão são soluções que atenuam a variação dos valores de pH ácido ou básico mantendoos aproximadamente constantes mesmo com a adição de pequenas quantidades de ácidos ou bases Portanto quando ocorrem desvios do equilíbrio ácidobase o organismo intensifica a atuação dos mecanismos de compensação na tentativa de impedir grandes desvios do pH Nessas circunstâncias os desvios podem ser parcialmente compensados A compensação completa do desvio entretanto depende da remoção da sua causa original Com relação à bulimia em situações de quadro clínico brando a suspensão dos vômitos pode bastar para reverter o quadro O potássio exerce um papel essencial em muitas das funções mais importantes de nosso corpo tais como contração muscular condução nervosa frequência cardíaca produção de energia e síntese de ácidos nucleicos e proteínas Pratique mais Instrução Desafiamos você a praticar o que aprendeu transferindo seus conhecimentos para novas situações que pode encontrar no ambiente de trabalho Realize as atividades e depois as compare com as de seus colegas Desequilíbrio ácidobase 1 Competência de fundamentos de área Conhecer a estrutura e as funções das moléculas biologicamente importantes ao organismo bem como as transformações químicas realizadas pelas células nos seus processos metabólicos Identificar e compreender os mecanismos da hereditariedade 2 Objetivos de aprendizagem Aplicar os conceitos de pH e sistemas tampão 3 Conteúdos relacionados Funcionamento celular e tabela periódica 4 Descrição da SP O diabetes é uma doença que pode causar a morte Quando não está controlada leva o corpo a decompor os lipídios e produz ácidos denominados cetonas também produz um excesso de ácido nos estágios avançados do choque formando ácido láctico através do metabolismo do açúcar Pense no que está acontecendo com o equilíbrio ácidobase do organismo e qual o papel da insulina neste processo 5 Resolução da SP Para resolver essa situaçãoproblema você precisa recordar os conceitos de pH e sistema tampão Atenção Lembrese U2 A química da vida 77 2 O valor do pH de uma amostra indica o estado de equilíbrio ácidobase Um pH normal demonstra a ausência de desvios ou sua completa compensação Se o pH está abaixo de 735 dizemos que existe acidose quando o pH está acima de 745 dizemos que existe alcalose Agora calcule o pH de uma soluçãotampão formada pela mistura de solução com 01 M de ácido acético e solução com 05 M de acetato de sódio Dados Ka do ácido acético 18 105 log 18 025 e log 5 07 a 445 b 475 c 500 A escala de pH varia entre 0 e 14 e quanto mais próximo do zero mais ácida e quanto mais próxima do 14 mais alcalina Como já sabe o conceito de pH e da equação de HendersonHasselbach imagine que uma solução tem uma concentração de íons hidrogênio de 105 M Qual é seu pH Essa solução é ácida ou básica Resposta o pH da solução é igual a 5 e a solução é ácida 1 Uma soluçãotampão de pH alcalino ou básico deve conter uma base fraca e um sal com o mesmo cátion dessa base para assim evitar a variação do pH Indique qual alternativa apresenta uma substância que pode ser adicionada a uma solução aquosa de hidróxido de amônio formando uma soluçãotampão de pH alcalino a Hidróxido de sódio b Hidróxido de cálcio c Ácido clorídrico d Cloreto de sódio e Cloreto de amônio d 545 e 595 Lembrese Faça você mesmo Faça valer a pena U2 A química da vida 78 3 Em uma aula de sistema tampão o professor realiza a seguinte experiência usa duas soluções aquosas diluídas I e II ambas de pH 50 A solução I é um tampão e a solução II não Em um béquer coloca 100 ml da solução I em um segundo béquer 100 ml da solução II A cada uma dessas soluções adiciona 10 ml de NaOH aquoso concentrado Assinale a alternativa que apresenta corretamente as variações de pH das soluções I e II após a adição de NaOH aq observadas pelo professor a O pH de ambas irá aumentar e o pH de I será menor do que o de II b O pH de ambas irá diminuir e o pH de I será maior do que o de II c O pH de ambas irá aumentar e o pH de I será igual ao de II d O pH de ambas irá diminuir e o pH de I será igual ao de II e O pH de ambas irá se manter neutro 4 A água representa um importante solvente nos organismos no entanto em que meio podemos observar maior volume de água a No líquido linfático b No meio intracelular c Nas secreções glandulares e intestinais d Na saliva e No plasma sanguíneo 5 No plasma sanguíneo há um sistematampão que contribui para manter seu pH dentro do estreito intervalo 735 745 Valores de pH fora deste intervalo ocasionam perturbações fisiológicas Entre os sistemas químicos a seguir qual representa um desses tampões a Ácido carbônicobicarbonato b HidrogênioHidróxido c Ácido clorídricoCloro d AmoníacoHidróxido e Glicosefrutose U2 A química da vida 79 6 Do que é formada uma solução tampão 7 Como se comportam a solução tampão e a solução não tampão frente às alterações de pH U2 A química da vida 80 Diálogo aberto Seção 22 Aminoácidos peptídeos proteínas e enzimas Caro aluno vamos continuar com os estudos sobre a bioquímica das células Nesta seção iremos desvendar os mistérios dos aminoácidos proteínas e as famosas enzimas No entanto atentese aos conceitos da seção anterior em que falamos da água como solvente universal do papel dela no desempenho das concentrações químicas em geral nos meios intracelulares extracelulares e plasma sanguíneo Analisamos também a escala de pH e como os sistemas tampões agem de acordo com cada situação orgânica lembrese da alcalose desenvolvida pela perda de potássio e as complicações que essas disfunções causam podendo levar o organismo à morte Agora iremos avançar um pouco mais nos processos fundamentais da existência de vida celular Você sabe o que são proteínas e qual é a relação delas com o crescimento dos seres vivos As proteínas são compostos orgânicos muito importantes na construção dos organismos estão relacionadas diretamente com o metabolismo celular e presentes na membrana plasmática nos cromossomos e em muitas outras organelas portanto para que ocorra a proliferação de células até a formação de tecidos serão necessárias muitas proteínas Mas e as enzimas quando surgem no processo de crescimento Enzimas são proteínas especializadas em catalisar reações biológicas acelerando as reações químicas sem alterar o processo Você já se questionou como as proteínas são formadas Uma molécula de proteína é formada por centenas de moléculas menores que são os aminoácidos que estão ligadas em sequência lembram elos de correntes Uma proteína pode ser definida como uma cadeia de aminoácidos No decorrer da seção iremos abordar os conceitos de construção e função dos aminoácidos peptídeos proteínas e enzimas destacando a importância de cada um para a sobrevivência dos seres vivos U2 A química da vida 81 Não pode faltar As células são como bolsas cheias de substâncias químicas fundamentais para os processos celulares Para você compreender com maior clareza como esses elementos atuam no organismo dos seres vivos analise a seguinte situação A saúde de um indivíduo se inicia na formação fetal com o intuito de detectar anomalias precocemente os recémnascidos são submetidos a muitos exames o mais famoso é o teste do pezinho que se chama triagem neonatal e foi inserido nas rotinas hospitalares na década de 1970 com a principal função de identificar a fenilcetonúria e o hipotireoidismo congênito no entanto somente em 1992 se tornou obrigatório e passou a diagnosticar oito tipos de doenças Mas por que a necessidade de identificar uma doença como a fenilcetonúria já nos primeiros dias de vida de uma criança Porque aguardar manifestações clínicas pode gerar sequelas irreversíveis no indivíduo portador da doença sem tratamento os bebês geralmente desenvolvem sinais da patologia dentro de alguns meses tais sintomas podem ser leves ou graves incluir deficiência cognitiva problemas comportamentais convulsões tremores ou movimentos espasmódicos nos braços e pernas crescimento atrofiado retardo mental entre outros Agora reflita sobre essa situação João é estudante e amigo de Marta e sempre vão juntos à cantina da instituição de ensino no entanto Marta sempre notou que João só ingere algum alimento depois de conferir os componentes do produto e sempre repete livre de fenilalanina Mas por que João tem essa mania As células possuem muitas macromoléculas incluindo DNA RNA proteínas lipídios e polissacarídeos 221 Aminoácidos Peptídeos Proteínas e Enzimas Lembrese Reflita U2 A química da vida 82 2211 A relação entre aminoácidos peptídeos e proteínas Olá caro aluno Os aminoácidos aa são moléculas muito pequenas que sempre contêm carbono hidrogênio oxigênio e nitrogênio em sua composição no entanto alguns tipos como cisteina e metionina possuem átomos de enxofre Mas você já pensou no que caracteriza os aminoácidos A característica que distingue um aminoácido é a presença de dois grupamentos especiais de átomos um deles chamado amina NH2 e o outro chamado ácido carboxílico ou carboxila COOH e um radical que determina um dos vinte tipos de aminoácidos Fonte Adaptado de Marzzoco e Torres 2007 p 12 Figura 22 Representação estrutural de um aminoácido Fórmula padrão de um aminoácido H R C C O OH H H N Grupamento amina Grupamento carboxila Os aminoácidos naturais são os que ocorrem nos seres vivos e se diferenciam unicamente por um dos grupamentos de átomos ligados a um carbono central chamado de carbono alfa o que é denominado radical ou R e varia de acordo com o aminoácido podendo ser classificado pelas propriedades funcionais dos radicais ou pela necessidade de cada organismo Assim nem todos os seres vivos produzem os vinte tipos de aminoácidos necessários para a construção das proteínas podemos dividilos em essenciais que se enquadram naqueles que o organismo humano não consegue sintetizar E como fazemos para conseguir esses aminoácidos Temos que os adquirir através de alimentos são eles arginina fenilalanina isoleucina leucina lisina metionina serina treonina triptofano e valina A outra classe são os aminoácidos não essenciais ou naturais que são aqueles que o organismo humano consegue sintetizar são produzidos pelo organismo como exemplo podemos citar alanina asparagina cisteina glicina glutamina histidina prolina tiroxina ácido aspártico ácido glutâmico Com base na cadeia lateral dos aminoácidos estes podem ser U2 A química da vida 83 classificados como apolares ou polares sem carga carregados positivamente básicos ou carregados negativamente ácidos No entanto como as proteínas poderiam se formar a partir dos grupamentos de aminoácidos Para ocorrer a formação de proteínas as células vivas devem ligar os aminoácidos que recebem dos alimentos assim a reação que une dois aminoácidos ocorre sempre em um grupo amina de um aminoácido com o grupo carboxila do outro isto é uma ligação peptídica onde o grupo carboxila de um dos aminoácidos perde um grupamento OH enquanto o grupo amina do outro aminoácido perde um hidrogênio H com isso ocorre a ligação do carbono da carboxila de um aminoácido com o nitrogênio do grupo amina do outro aminoácido O restante dos elementos do grupo OH que foi liberado pela carboxila se liga ao hidrogênio restante do outro aminoácido formando uma molécula de água Assim peptídeos são o resultado da ligação de dois ou mais aminoácidos caso ocorra a ligação de dois peptídeos será chamado de dipeptídio se forem três tripeptídios se as moléculas forem formadas por mais de uma dezena de aminoácidos serão chamadas de polipeditídios e a união de vários peptídeos formam uma proteína Podemos observar que as proteínas apresentam estruturas e funções muito diversificadas no entanto são sintetizadas a partir de apenas vinte aminoácidos arranjados em várias sequências específicas que se repetem em média cerca de 100 vezes São os compostos orgânicos com maior representatividade celular presentes em todas as estruturas das células são fundamentais sob todos os aspectos funcionais compondo os constituintes básicos para que ocorra a vida O nome proteína deriva da palavra proteios que significa em primeiro lugar definindo o grau de importância das proteínas para as células Existem muitas espécies diferentes de proteínas cada uma especializada para uma função biológica Além disso a maior parte da informação genética é expressa pelas proteínas Reforçando as proteínas são formadas por uma ou mais cadeias de polipeptídios cada uma possuindo uma sequência característica de aminoácidos São portanto polímeros de aminoácidos U2 A química da vida 84 Os aminoácidos são os blocos de construção das proteínas que são sintetizadas a partir de 20 monômeros diferentes As proteínas podem ser agrupadas em várias categorias de acordo com a sua função sendo estrutural em que participam da estrutura dos tecidos hormonal atuando na produção de muitos hormônios de nosso organismo Participam da formação de antígenoanticorpo na produção de anticoagulante no transporte de gases pelo organismo Como exemplo temos a hemoglobina proteína responsável pelo transporte de O2 oxigênio dos alvéolos pulmonares para os tecidos e CO2 dióxido de carbono dos tecidos para os pulmões no fenômeno de respiração aeróbica e por fim nas ações enzimáticas Você já ouviu falar das proteínas conjugadas São a associação de aminoácidos com demais substâncias na confecção de uma proteína como exemplo podemos destacar as glicoproteínas que apresentam cadeias de polipeptídios associadas a açúcares Outro exemplo são as nucleoproteínas que são as combinações de cadeias polipeptídicas respectivamente com lipídios e ácidos nucleicos DNA e RNA Estruturalmente as proteínas possuem uma configuração espacial bem definida que é resultante do tipo de aminoácido que as compõem e de como eles estão dispostos uns em relação aos outros assim a sequência de aminoácidos irá determinar o tipo de interações possíveis entre as cadeias laterais que mantêm diversos tipos de ligações eou interações entre os vários grupos funcionais dos aminoácidos que compõem a proteína portanto são constituídas por quatro níveis estrutura primária secundária terciária e quaternária Esses diferentes níveis de organização estrutural são encontrados nas proteínas globulares isto é quando as cadeias polipeptídicas se enovelam formando glóbulos arredondados ou elípticos como exemplo lembre se da albumina que compõe a clara do ovo Podem ser também fibrosas quando as cadeias se enrolam formando fibras torcidas que lembram uma corda podemos citar a queratina que compõe os cabelos unhas e também está presente no tecido epitelial da pele Reflita U2 A química da vida 85 Fonte httpwwwfiocruzbriocmediaapostilavolume1pdf Acesso em 15 maio 2015 Figura 23 Níveis de organização da estrutura molecular de uma proteína Para saber mais sobre a estrutura das proteínas acesse o link Disponível em httpqnescsbqorgbronlineqnesc24ccd1pdf Acesso em 15 maio 2015 As proteínas estão sujeitas a alterações provocadas por temperatura acidez do meio e além desses fatores a substituição de um simples aminoácido pode provocar alteração de sua forma Assim mais de 1400 doenças genéticas humanas já foram identificadas como resultantes da produção de proteínas defeituosas em que a cadeia normal de aminoácido o componente basal das proteínas está alterado como exemplo destas doenças podemos citar alcaptonúria fenilcetonúria albinismo entre outras Pense nas cadeias de aminoácidos que formam as proteínas como colares de contas onde o fio fundamental da proteína é formado como uma sequência de aminoácidos onde a sequência é determinada geneticamente constitui a chamada estrutura primária da proteína A ingestão de proteínas diariamente é muito importante para manter as funções orgânicas equilibradas no entanto caso ocorra falta ou excesso o corpo para compensar as variações recorre a uma reserva de curta duração Mas os organismos são incapazes de armazenar o excesso de proteínas em longo prazo As proteínas em excesso são convertidas pelo fígado em moléculas úteis num Pesquise mais Assimile U2 A química da vida 86 processo denominado desaminação que converte o nitrogênio dos aminoácidos em amônia convertida pelo fígado em ureia que é excretada pelos rins assim a proteína que não é utilizada pelo corpo é eliminada pelos rins sobrecarregando suas funções Um exemplo de falta de proteínas é a insuficiência e desnutrição proteica a qual pode provocar uma série de doenças e até levar à morte do indivíduo 2212 Enzimas catalizadoras de reações biológicas Caro aluno praticamente todas as enzimas conhecidas são proteínas sendo que algumas moléculas apresentam uma porção não proteica A parte proteica é a apoenzima e a não proteica é o cofator chamado de coenzima quando se trata de molécula orgânica As reações catalizadoras podem ser definidas como o aumento da velocidade nos processos biológicos mediante a inclusão de uma substância as enzimas que são catalisadores orgânicos que atuam em sistemas biológicos em condições suaves de temperatura e pH e determinam o perfil de transformações químicas que ocorrem em soluções aquosas e no final da reação as enzimas permanecem intactas As enzimas possuem alto índice de especificidade sendo que cada uma somente atua em determinada reação esse fato é explicado pela configuração bem definida facilitando o encaixe com determinados reagentes ou substratos acelerando sua transformação em produto essa reação específica é chamada de mecanismo chavefechadura A ligação da enzima com o substrato se dá em uma região pequena e definida da molécula denominada sítio ativo A integridade da molécula enzimática proteica é necessária para a manutenção deste sítio ativo ou seja para a ação catalítica Você sabia que o consumo em excesso de álcool além de causar danos em vários órgãos também pode desequilibrar as reações enzimáticas no pâncreas causando uma pancreatite Agora reflita como as enzimas podem causar danos aos tecidos pancreáticos Resposta pancreatite é a doença causada pela inflamação do pâncreas uma glândula do aparelho digestório que desenvolve um importante papel Exemplificando U2 A química da vida 87 no processo de digestão dos alimentos A doença acontece quando as enzimas produzidas pelo pâncreas que são amilase para digestão de amido lipase para os lipídios e tripsina para proteínas tornamse ativas no interior do órgão causando a destruição dos tecidos do próprio órgão Em condições normais as enzimas pancreáticas só se tornam ativas quando saem do pâncreas e atingem o duodeno Para determinar a nomenclatura das enzimas se usava uma regra básica em que se colocava o sufixo ase no final do nome do substrato no qual a enzima estava atuando assim quando a ação era sobre proteínas a enzima se chamava proteases em carboidratos eram as carboidrases No entanto essa nomenclatura não se mostrou eficiente e em 1995 uma comissão de classificação de enzimas destinada pela União Internacional de Bioquímica definiu uma classificação a partir de normas que divide as enzimas em classes principais que contêm subclasses de acordo com o tipo de reação catalisada Dessa forma a classificação do nome consiste em conferir para cada enzima um código de 4 algarismos separados por pontos O primeiro número corresponde à classe a que a enzima pertence e vai de 1 a 6 O segundo algarismo determina a subclasse o terceiro define com exatidão o tipo de atividade enzimática e o quarto é o número da enzima dentro da sua subclasse no entanto essas nomenclaturas são complexas e na maioria das vezes as enzimas são designadas por nomes triviais Oxidoredutases relacionadas com reações de óxidoredução em sistemas biológicos portanto com os processos de respiração e fermentação Como exemplos temos hidrogenases oxidases entre outros Transferases catalisam a transferências de grupos de um composto a outro Como exemplos temos transaldolase acetiltransferase etc Hidrolases nessa classe incluemse enzimas de baixa especificidade como as esterases e tioesterases Liases as enzimas desta classe modificam o substrato Como exemplo temos as descarboxilases cetoacidoliases etc Isomerases enzimas que catalisam reações de isomerização Aqui se incluem as oxiredutases intramoleculares U2 A química da vida 88 Sem medo de errar Ligases enzimas que causam a degradação da molécula de ATP usando a energia liberada nesta reação para sintetizar novos compostos unindo duas moléculas As ações enzimáticas podem ser inibidas por moléculas específicas ou por íons que podem danificar as reações de forma reversíveis competitivos e não competitivos ou irreversíveis Outra reação que pode acontecer com as enzimas são as imobilizações sendo que isso acontece na preparação de alimentos quando não se deseja que continue havendo ação enzimática como exemplo podemos citar a preparação de xaropes ricos em glucose e maltose As reações efetuadas pelas enzimas podem ser corrompidas por desnaturação em que ocorre o rompimento da estrutura original da proteína levando à perda de função outra forma de desequilíbrio são as mutações em que ocorre a substituição de um aminoácido em uma posição primordial na proteína causando consequências danosas como a anemia falciforme Agora que você já sabe como as enzimas atuam descreva como ocorre a substituição nas cadeias de hemoglobinas gerando essa patologia Resposta a anemia falciforme se caracteriza por uma alteração nos glóbulos vermelhos que perdem a forma arredondada e elástica adquirem o aspecto de uma foice e enrijecem perdendo sua capacidade de transportar oxigênio e dificulta a passagem do sangue pelos vasos de pequeno calibre Isso ocorre devido à presença de pelo menos um gene mutante que leva o organismo a produzir a hemoglobina S HbS Essa hemoglobina surge devido à substituição de um único nucleotídeo que altera o códon do sexto aminoácido da BGlobina de ácido glutâmico para o aminoácido valina com um grupo apolar R Após todos os conceitos adquiridos nesta seção reflita sobre a situaçãoproblema apresentada em que você deve relacionar as proteínas essências à patologia fenilcetonúria PKU Caro aluno após os conceitos apresentados podemos retornar à situaçãoproblema apresentada no diálogo aberto e resolver os questionamentos que a patologia relaciona à constituição proteica de um gene Faça você mesmo U2 A química da vida 89 Na fenilcetonúria PKU o metabolismo da fenilalanina FAL é prejudicado pela falta da enzima logo a via metabólica normal não ocorre adequadamente impedindo o metabolismo da tirosina e do triptofano além de prejudicar a formação de melanina serotonina catecolaminas e outros neurotransmissores No decorrer da seção você percebeu que as proteínas são fundamentais para a constituição celular envolvidas em todos os processos e reações que proporcionam a vida No entanto os organismos não são capazes de produzir todos os aminoácidos necessários para formação de todas as proteínas fundamentais e para adquirir os nove tipos que não sintetizamos que são os essenciais devemos obtêlos de quem os produz plantas ou animais através da alimentação São eles arginina fenilalanina isoleucina leucina lisina metionina serina treonina triptofano e valina Destacamos a fenilalanina como ponto fundamental em nossa situaçãoproblema Você se lembra da mania do João de analisar todos os alimentos João possui fenilcetonúria e como sua mãe foi alertada do problema devido ao exame do pezinho ele se acostumou a uma dieta equilibrada pois a doença é tratável seguindo uma dieta controlada e livre de fenilalanina Pensando nessa questão em embalagens de refrigerantes e outros alimentos muitas vezes está descrito possui fenilalanina esse aviso está diretamente relacionado com pessoas que possuem a patologia fenilcetonúria como o João A fenilcetonúria é uma doença genética autossômica recessiva sendo classificada como erro inato do metabolismo de aminoácidos devido à mutação no gene que codifica a enzima hepática fenilalanina hidroxilase assim é caracterizada pela incapacidade do organismo de metabolizar a substância fenilalanina aminoácido presente nas proteínas Devido a essa alteração a pessoa com fenilcetonúria tende a acumular a fenilalanina no organismo o que pode provocar graves lesões no cérebro e retardo mental E como o tratamento se baseia em uma dieta restrita em proteína animal e vegetal conhecer a informação nutricional dos alimentos é essencial para garantir o tratamento adequado da doença Atenção U2 A química da vida 90 Avançando na prática Portanto as ações proteicas são fundamentais para o bom funcionamento celular notamos com esse exemplo da fenilcetonúria que uma alteração em um gene pode levar o organismo a sofrer danos irreversíveis As enzimas são proteínas que agem como catalisadores biológicos isto é potencializam as reações metabólicas Pratique mais Instrução Desafiamos você a praticar o que aprendeu transferindo seus conhecimentos para novas situações que pode encontrar no ambiente de trabalho Realize as atividades e depois as compare com as de seus colegas Excesso de Proteínas 1 Competência de fundamentos de área Conhecer a estrutura e as funções das moléculas biologicamente importantes ao organismo bem como as transformações químicas realizadas pelas células nos seus processos metabólicos Identificar e compreender os mecanismos da hereditariedade 2 Objetivos de aprendizagem Aplicar os conceitos sobre a função proteica e suas alterações 3 Conteúdos relacionados Estrutura e funções de aminoácidos peptídeos proteínas e enzimas 4 Descrição da SP Hoje é comum em academias notarmos que as pessoas querem esculpir o corpo no entanto percebemos também que muitos colocam a vida em risco Um dos maiores problemas é o uso de anabolizantes e além disso outro ponto preocupante é a dieta que tais pessoas vêm consumindo principalmente o excesso proteico Mas o que pode ocorrer com o organismo que adquire muito mais proteína do que precisa 5 Resolução da SP Para relacionar essa situaçãoproblema com os conceitos adquiridos você deverá correlacionar a estrutura e função das proteínas com a sua metabolização nos organismos lembre se dos conceitos estudados sobre ácidos bases e pH celular Os 20 aminoácidos possibilitam a construção de enorme variedade de moléculas proteicas com funções diversificadas Proteínas são moléculas essenciais à vida atuando como enzimas hormônios anticorpos além de estarem presentes nos cabelos na lã na seda em unhas carapaças chifres e penas dos Lembrese Lembrese Faça você mesmo U2 A química da vida 91 Faça valer a pena seres vivos Sabendo dos conceitos sobre a formação de tais substâncias descreva como é formada a queratina Resposta a queratina é uma proteína fibrosa secundária de origem animal que fornece proteção e tem em sua composição várias unidades de cisteina que é um aminoácido sulfurado apresentando o elemento enxofre constituindo assim uma ligação covalente Devido à sua estrutura tridimensional essa proteína possui propriedades particulares como impermeabilidade à água alto nível de resistência e elasticidade 1 As enzimas são fundamentais para potencializar as reações atuam nas mais variadas situações do corpo No entanto alguns fatores podem afetar seu desempenho Com base nestes conceitos marque V para as sentenças verdadeiras e F para as falsas em relação às enzimas A temperatura influencia ativamente na atividade das enzimas causando a aceleração da reação enzimática O pH apresenta um papel importante na atividade enzimática entretanto sua variação causa poucos problemas no funcionamento das enzimas Cada enzima apresenta um pH ótimo ou seja um pH em que a atividade enzimática é máxima Quando ocorrem alterações no pH a atividade enzimática é comprometida e a enzima para de funcionar adequadamente a VVF b FFV c VFV 2 A obesidade no mundo moderno vem se destacando cada vez mais e com isso métodos de emagrecimento também ganham espaço principalmente os que prometem resultados rápidos no entanto isso pode causar doenças Um produto polêmico é o Xenical no Brasil devido a uma determinação da Anvisa é controlado e só pode ser adquirido mediante receita médica já que sabemos que ele reduz em até 30 o d FFF e VVV U2 A química da vida 92 consumo de gorduras pelo organismo seu princípio ativo é o orlistat que atua sobre uma enzima no intestino Qual é a enzima afetada a Carboidrases b Proteases c Amilases 3 A elastina é a proteína responsável pela formação das fibras elásticas que compõem órgãos como pavilhão auditivo conduto auditivo externo epiglote cartilagem cuneiforme da laringe e artérias Qual é a importância desta proteína para a circulação sanguínea a A elastina se caracteriza por formar fibras mais finas que aquelas formadas pelo colágeno Essas fibras cedem bastante à tração mas retornam à forma original quando é cessada a força Essa propriedade é responsável pela manutenção da pressão sanguínea nos períodos de diástole do ventrículo esquerdo b A elastina se caracteriza pela rigidez que proporciona aos órgãos sendo uma proteína globulosa atuando portanto na capacidade de contração das artérias na distribuição do sangue pelo organismo c A elastina proteína globosa que se caracteriza pela capacidade de revestir e dar proteção às artérias facilitando o fluxo sanguíneo pelo organismo d A elastina se caracteriza por ser formada por proteínas fibrosas secundárias no entanto não atuam no transporte sanguíneo nos períodos de diástole do ventrículo esquerdo e A elastina não está relacionada com elasticidade das artérias 4 A cor dos cabelos da pele e dos olhos dos mamíferos está relacionada à melanina que é responsável pela pigmentação Sua síntese está relacionada a qual enzima a Enzima Tirosinase b Enzima Amilase c Enzima Transaminases d Lipases e Lactases d Enzima Fosfatase e Enzima Lipase U2 A química da vida 93 5 O desempenho agrícola de alguns legumes está relacionado à simbiose com microrganismos que vivem associados a raízes das plantas são chamados de Rhizobium são bactérias que formam nódulos nas raízes de plantas cujos frutos têm forma de vagem como feijão soja e lentilha Qual é a vantagem que essa simbiose proporciona para as plantas a Sintetizam proteínas a partir do N2 atmosférico disponibilizandoas para as plantas b Fixam NO2 na forma de nitratos que podem ser utilizados no metabolismo de proteínas c Fixam o N2 atmosférico na forma de cátions amônio que podem ser utilizados pelas plantas para a síntese de proteínas d Sintetizam N2 na forma de nitritos que podem ser utilizados para a síntese de proteínas e Fixam NO2 e NO3 na forma de cátions amônio que podem ser utilizados no metabolismo das proteínas 6 O buriti com nome científico Mauritia Flexuosa é uma das palmeiras do Brasil com valores econômicos expressivos e uma espécie abundante no Cerrado Os frutos servem de alimentos para várias espécies e também embelezam a paisagem do Cerrado Para o homem é uma fonte de alimento rico em vitamina A B e C cálcio ferro e proteínas consumido tradicionalmente ao natural ou transformado em sucos doces licores entre outros O óleo extraído da fruta também tem valor medicinal e em produtos de beleza como sabonetes e cremes hidratantes Com base no texto acima descreva as características das proteínas 7 Estudos recentes demonstram que 70 dos brasileiros apresentam algum grau de intolerância à lactose lembrando que essa substância é o açúcar presente no leite e seus derivados É um hidrato de carbono mais especificamente um dissacarídeo que é composto por dois monossacarídeos a glicose e a galactose Esse açúcar quando ingerido sofre uma digestão por meio de uma enzima a lactase Descreva as ações enzimáticas e como ocorre a intolerância à lactose U2 A química da vida 94 Seção 23 Vitaminas e nutrientes minerais Olá caro aluno tudo bem Nossos assuntos desta seção serão as vitaminas e sais minerais mas você sabe qual a importância dessas substâncias para sua saúde As vitaminas e minerais são imprescindíveis para a manutenção e o desenvolvimento de cada célula do corpo humano utilizadas em pequenas doses pelo metabolismo celular sendo chamados de micronutrientes encontrados nos alimentos em concentrações pequenas Quase sempre atuam como coenzimas de importantes sistemas enzimáticos mas você se lembra como as enzimas são formadas As enzimas são substâncias do grupo das proteínas e atuam como catalisadores de reações químicas As proteínas são macromoléculas orgânicas relacionadas ao metabolismo de construção fundamentais para o crescimento sendo formadas por uma sucessão de moléculas menores conhecidas como aminoácidos que são moléculas orgânicas formadas por átomos de carbono C hidrogênio H oxigênio O e nitrogênio N Alguns podem conter enxofre em sua composição Todas as moléculas de aminoácidos contêm um grupo carboxílico COOH um grupo amina NH2 e uma molécula de hidrogênio H ligados a um átomo de carbono que está ligado a um radical R Quando falamos em alimentação saudável as recomendações são sempre optar por comidas com muita diversidade pois nenhum alimento contém sozinho a quantidade e variedade de vitaminas e minerais que precisamos Portanto é recomendável que se mantenha sempre o equilíbrio através de uma alimentação saudável e variada que além de fornecer os nutrientes necessários mantém o corpo todo em perfeito funcionamento Tanto o excesso como a falta de vitaminas e minerais são prejudiciais à saúde No entanto no mundo atual onde as pessoas trabalham muito e pouco se preocupam em se alimentar com equilíbrio será que o organismo da maioria destes indivíduos está Diálogo aberto U2 A química da vida 95 com vitaminas e minerais regulares E como essa alimentação desequilibrada pode afetar a saúde do organismo Pense na atividade de cada vitamina nos processos metabólicos e você entenderá as indagações aqui apresentadas No decorrer da seção iremos explorar as qualidades e funções das vitaminas e minerais e assim você conseguirá compreender a relação com a saúde dos organismos A falta de vitaminas causa doenças graves como raquitismo e alterações no processo de coagulação Os aminoácidos são classificados como essenciais indispensáveis que o organismo não produz e essenciais dispensáveis que podem ser produzidos internamente a partir de outras proteínas 231 As vitaminas micromoléculas essências Você sabe quantas vitaminas o organismo dos animais precisa para manter os processos metabólicos celulares ocorrendo de forma saudável As vitaminas são micromoléculas orgânicas biologicamente ativas compostas por treze moléculas diferentes que participam de muitos processos metabólicos vitais A necessidade diária de vitaminas é baixa no entanto sua falta é responsável por muitas patologias chamadas de hipovitaminose já o excesso de vitaminas é chamado de hipervitaminose e pode causar intoxicação As vitaminas se diferem umas das outras quanto à estrutura propriedades químicas e biológicas e atuação no metabolismo possuem diversas funções entre elas a de acelerar as reações enzimáticas agindo como coenzimas atuam também como antioxidantes e na formação de alguns hormônios como a vitamina C que tem papel importante na formação de adrenalina Para maiores informações sobre a atuação das coenzimas e como elas atuam nos processos do metabolismo celular analise o livro Reflita Lembrese Não pode faltar Pesquise mais U2 A química da vida 96 MARZZOCO Anita TORRES Bayardo Baptista Bioquímica básica 3 ed Rio de Janeiro Guanabara Koogan 2007 capítulo 5 páginas 87 e 88 A classificação das vitaminas está dividida em lipossolúveis e hidrossolúveis mas você imagina o que essa classificação pode significar Está relacionada à solubilidade da vitamina isto é são solúveis em água ou gordura As vitaminas hidrossolúveis são as que compõem o complexo vitamínico B B1 B2 B6 e B12 e as vitaminas C não são armazenadas por serem solúveis em água são absorvidas pelo intestino e transportadas pelo sistema circulatório até os tecidos em que serão utilizadas seu excesso pode ser eliminado na urina As lipossolúveis são as vitaminas A D E e K sendo que o organismo pode manter estoques principalmente no fígado e no tecido adiposo destas vitaminas por serem solúveis em lipídios são absorvidas no intestino humano com a ajuda de sais biliares segregados pelo fígado o sistema linfático as transporta a diferentes partes do organismo As necessidades vitamínicas se diferenciam de acordo com a espécie como exemplo podemos citar a vitamina C que é muito necessária aos primatas e pouco às demais espécies que conseguem por vias metabólicas elevar a produção de ácido ascórbico C deixando de ser uma vitamina para esses animais Ao contrário das proteínas as vitaminas são necessárias na alimentação em pequenas quantidades pois são percussoras de coenzimas que possuem concentrações celulares em pequena quantidade No quadro a seguir você poderá comparar algumas vitaminas com destaque para suas funções deficiências e excessos nos organismos lembrando que nos dias atuais ocorre a tentativa de substituir a alimentação diversificada e saudável por suplementação vitamínica Mas essa prática é benéfica Estudos realizados vêm mostrando que para adultos saudáveis a suplementação pode ser perigosa pois pode causar excessos No entanto para mulheres que pretendem engravidar a suplementação de ácido fólico é importante porque previne defeitos no tubo neural do feto Assimile U2 A química da vida 97 Vitaminas Hidros solúveis Lipossolúveis Principais Fontes Funções Deficiências Excesso A Retinol ou Axeroftol Não Sim Vegetais verdes e amarelos espinafre chicória abóbora batata mamão etc óleo de fígado de peixes gema de ovo leite As funções são sobre a pele a retina e as mucosas e ainda aumentam a resistência a agentes infecciosos Cegueira noturna xeroftalmia cegueira total por ressecamento da córnea pele seca e escamosa diminuição da resistência a infecções perda de peso e atraso no crescimento Dor de cabeça ressecamento da pele com fissuras perda de cabelos aumento do baço e fígado aumento dos ossos e dor nas juntas Quadro 21 Características das vitaminas B3 Niacina ou nicotinamida Sim Não Carnes magras peixes amendoim e levedo de cerveja Envolvida na liberação de energia para carboidratos proteínas e gorduras Pelagra dermatose diarreia inflamações na língua disfunção intestinal e cerebral Pode ser prejudicial a pessoas com asma ou doença de úlcera pélvica C Ácido ascórbico Sim Não Frutos cítricos e outros tomate acerola laranja limão goiaba cenoura caju batata hortaliças Envolvido na síntese de colágeno cicatrização recuperação de queimaduras resposta imune e reações alérgicas absorção de ferro Escorbuto Taquicardia Anemia por deficiência de vitamina C Diarreia pedras nos rins em pessoas suscetíveis alterações no ciclo menstrual Fonte A autora 2015 232 Sais minerais elementos inorgânicos Caro aluno os sais minerais como as vitaminas desempenham importantes funções nas células os elementos químicos que compõem os sais podem tanto ser encontrados livres na forma de íons dissolvidos nos líquidos intracelular e extracelular como também associados a outras moléculas orgânicas Como destaque para as funções dos sais minerais podemos citar sua atuação na formação de alguns tecidos orgânicos como ossos dentes músculos regulamento do balanço hídrico ácidobase e pressão osmótica atuação no sistema imunológico e ainda ação antioxidante Como efeito fisiológico podemos destacar a contração muscular transporte de oxigênio condução do impulso nervoso equilíbrio de pH sanguíneo coagulação sanguínea e manutenção do ritmo cardíaco U2 A química da vida 98 Caro aluno pense nas funções das vitaminas como coenzimas responsáveis pela ativação das reações enzimáticas que dela participam Os sais minerais também são componentes importantes para funções hormonais Fonte httpportaldoprofessormecgovbrstoragediscovirtualgalerias imagem00000000980000009857gif Acesso em 23 maio 2015 Figura 24 Pirâmide Alimentar De 28 sais minerais 12 são essenciais e podem ser divididos em dois grupos macrominerais e microminerais de acordo com a sua necessidade diária As características dos macrominerais estão ligadas à estrutura e formação dos ossos regulação dos fluídos corporais e secreções digestivas as necessidades diárias são maiores que 100 mg Como exemplo podemos citar cálcio fósforo magnésio cloreto sódio e potássio Já os microminerais ou elementos traço têm como principais funções as reações bioquímicas atuam no sistema imunológico e também nas ações antioxidantes sua necessidade diária é inferior a 100 mg Assim como as vitaminas cada elemento mineral tem um papel no organismo para você entender melhor segue a caraterização de alguns sais minerais Reflita U2 A química da vida 99 Macrominerais cálcio fósforo magnésio cloreto sódio e potássio destacando Cálcio atua em equilíbrio com o fósforo e se apresenta em grande porcentagem nos ossos e dentes 99 o restante se encontra nos tecidos É um mineral bem distribuído entre alimentos de origem animal e vegetal Para que ocorra a absorção do cálcio é necessário que haja também a presença da vitamina D Já a carência de cálcio leva à deformação óssea osteoporose fraturas fraqueza muscular e o excesso pode causar problemas renais Está presente em leites e derivados cereais integrais castanhas soja e derivados vegetais verdeescuros Fósforo assim como o cálcio é vital para a formação óssea Está presente na estrutura das células e fundamental em reações químicas que ocorrem no organismo Já a falta pode levar a fraturas e problemas musculares O excesso está relacionado à ineficiência na absorção do cálcio Pode ser encontrado em leites e derivados cereais integrais leguminosas carnes e também está presente nos refrigerantes Sódio está relacionado ao equilíbrio hídrico junto ao potássio Participa da condução dos impulsos nervosos e contrações musculares A falta pode levar a câimbras e desidratação O excesso causa problemas cardíacos e perda de cálcio Pode ser encontrado no sal de cozinha alimentos processados o sódio pode ser usado como conservante e carnes defumadas Microminerais ferro zinco selênio cobre iodo e manganês Ferro está presente em todas as células e contribui com a produção de enzimas que estimulam o metabolismo Também forma a hemoglobina e a mioglobina que levam oxigênio para as hemácias e para as células musculares sendo assim essencial para o transporte de oxigênio para o corpo Apesar de suas exigências serem pequenas é muito importante o consumo de alimentos que contenham ferro lembrando que as mulheres necessitam em média duas vezes mais ferro na dieta do que os homens por perderem ferro a cada mês durante a menstruação O ferro de origem animal conhecido como ferroheme é absorvido de forma mais fácil que o ferro não heme O não heme depende da presença U2 A química da vida 100 na dieta da vitamina C para uma melhor absorção A carência pode causar uma quantidade reduzida de oxigênio para os tecidos anemia fadiga O excesso é tóxico em grandes quantidades provoca distúrbios gastrintestinais Pode ser encontrado em carnes miúdos gema de ovos leguminosas e cereais integrais Zinco está relacionado ao crescimento e desenvolvimento do organismo Participa do desenvolvimento sexual do sistema imune e tem influência na produção de insulina A carência afeta o crescimento normal causa problemas no sistema imunológico e perda do paladar e do olfato O excesso pode prejudicar a absorção de cobre no organismo Pode ser encontrado em carnes frutos do mar ovos leguminosas e castanhas Cobre está envolvido no controle de atividades enzimáticas e participa da formação de hemoglobina Possui ainda ação antioxidante A carência diminui a absorção do ferro pelo organismo O excesso pode causar problemas para o fígado Fontes feijão ervilhas castanhas uvas cereais e pão integral frutos do mar cereais integrais e vegetais verdeescuros Agora que você já sabe como as vitaminas e os sais minerais se comportam pense na afirmação o ideal é eliminar os enlatados e preferir os alimentos naturais e crus As vitaminas são elementos frágeis e podem ser facilmente destruídas Por que as vitaminas podem ser facilmente destruídas Resposta são facilmente destruídas por serem oxidadas rapidamente sendo afetadas por oxigênio luz e altas temperaturas Com todos os conceitos apresentados até o momento fica claro que as vitaminas sais minerais proteínas enzimas entre outros elementos atuam em conjunto no corpo para assegurar que todos os processos sejam executados mantendo a vida saudável dos organismos Caro aluno como você já sabe que as vitaminas são micromoléculas orgânicas biologicamente ativas compostas por treze moléculas diferentes que participam de muitos processos Exemplificando Faça você mesmo U2 A química da vida 101 Sem medo de errar metabólicos vitais agem como coenzimas ajudando as enzimas nos processos metabólicos mas quando ocorre a deficiência de algumas vitaminas doenças podem surgir Agora analise os sintomas cegueira noturna pelagra mineralização deficiente dos ossos nos adultos beribéri alterações na morfologia nuclear celular e relacione quais são as vitaminas carentes para ocorrer tais deficiências Resposta a cegueira noturna pode estar relacionada à carência de vitamina A já a pelagra que se caracteriza por uma série de alterações como dermatose diarreia inflamações na língua disfunção intestinal e cerebral esta relacionada à falta de vitamina B3 para a mineralização deficiente dos ossos nos adultos se observa a falta de vitamina D a beribéri se apresenta como fraqueza e inflamação dos nervos e está relacionada com a falta de vitamina B1 as alterações da morfologia nuclear celular estão relacionadas com a falta de ácido fólico A sociedade atual não se preocupa com qualidade alimentar o que observamos são excesso de comidas industrializadas e fast foods alimentos ricos em gorduras hidrogenadas açúcar sódio e calorias fibras e vitaminas não fazem parte do cardápio Tornando o organismo uma máquina deficiente um exemplo é a obesidade que afeta grande parcela da população mundial e muitas vezes está relacionada ao estilo de vida e à alimentação imprópria Mas também podemos destacar as doenças causadas pela falta de vitaminas e sais minerais já que sempre trabalham em conjunto portanto a falta de vitamina C afeta a síntese de colágeno cicatrização recuperação de queimaduras resposta imune reações alérgicas e também a absorção de ferro e como possível causa teremos um indivíduo com anemia Mas o excesso vitamínico também pode ser danoso se tratando de algumas vitaminas como a A que pode causar dor de cabeça ressecamento da pele com fissuras perda de cabelos aumento do baço e fígado aumento dos ossos e dor nas juntas Já a deficiência em sais minerais é mais difícil de ocorrer pois U2 A química da vida 102 Avançando na prática eles não se deterioram durante o armazenamento ou preparo dos alimentos Assim dê sempre preferência para alimentos frescos e crus como a casca das frutas vermelhas das peras uvas etc outro fator importante é presença de água fundamental para que ocorram os processos metabólicos por isso nada funciona sem água inclusive as vitaminas e minerais sendo assim é aconselhável tomar de 6 a 8 copos de água por dia Mas se a população não consegue obter as vitaminas por meio de alimentação vem buscando suplementações que segundo as pesquisas podem ser usadas em determinadas situações por exemplo mulheres grávidas crianças idosos e pessoas portadoras de doenças No entanto nunca use suplementação vitamínica sem orientação médica pode ser prejudicial a sua saúde Para finalizarmos a nossa situaçãoproblema podemos afirmar que muitas patologias atuais estão relacionadas à carência de vitaminas e minerais e que essa condição está ocorrendo devido à alimentação e ao estilo de vida inadequados A falta de cálcio pode causar deformidades ósseas osteoporose raquitismo espasmos musculares paralisia parcial e local e hipertensão a absorção do cálcio está relacionada à vitamina D que está associada aos raios ultravioleta do sol Cada organismo possui necessidades vitamínicas diferentes As vitaminas presentes nos alimentos também podem variar de acordo com a estação do ano em que os vegetais foram cultivados e o tipo de solo Além disso saiba que a maior parte das vitaminas se altera ao serem expostas ao calor e ao passar pela água no processo de cozimento Pratique mais Instrução Desafiamos você a praticar o que aprendeu transferindo seus conhecimentos para novas situações que pode encontrar no ambiente de trabalho Realize as atividades e depois as compare com a de seus colegas Atenção Lembrese U2 A química da vida 103 Osteomalacia 1 Competência de fundamentos de área Conhecer a estrutura e as funções das moléculas biologicamente importantes ao organismo bem como as transformações químicas realizadas pelas células nos seus processos metabólicos Identificar e compreender os mecanismos da hereditariedade 2 Objetivos de aprendizagem Identificação das vitaminas e minerais na saúde dos organismos 3 Conteúdos relacionados Os conteúdos relacionados são água ácidobase pH proteínas enzimas vitaminas e sais minerais que formam um conjunto para os processos metabólicos celulares 4 Descrição da SP Estudo de caso de um paciente idoso que vivia sozinho em sua casa Vamos identificálo como paciente sr X que já estava com idade avançada 80 anos e com a idade e a tristeza da solidão começou a se manter em casa recebendo a visita apenas de uma senhora que limpava sua casa e efetuava as compras de alimentos baseadas em pães e frios pois o sr X raramente cozinhava uma refeição e achava que as frutas eram muito difíceis de comer devido à sua dentadura Com o passar do tempo o sr X começou a sentir dores nos ossos mas nunca se importou em procurar ajuda pois achava que as dores estavam relacionadas à idade Certo dia sua ajudante chegou com as compras e o encontrou caído com muitas dores assim o sr X foi levado a um hospital com uma fratura no ilíaco e exames detectaram que ele estava com osteomalacia doença que foi relacionada à dieta pobre que o Sr X vinha adquirindo Relacione a falta de vitamina e mineral ao problema do sr X 5 Resolução da SP Caro aluno para resolver a situação proposta analise as características de cada vitamina e mineral e a atuação conjunta deles As características do excesso de vitaminas estão relacionadas ao envenenamento do organismo identifique a vitamina que em excesso pode causar diarreia pedras nos rins e alterações no ciclo menstrual Resposta a vitamina C está envolvida na síntese de colágeno cicatrização recuperação de queimaduras resposta imune e reações alérgicas absorção de ferro e seu excesso pode causar diarreia alterações no pedras nos rins entre outros problemas Algumas vitaminas hidrossolúveis são perdidas com o passar do tempo Portanto os alimentos frescos e que não passam por cozimento possuem mais vitaminas O calor pode destruir a vitamina C e a vitamina B1 é afetada pela luz Lembrese Faça você mesmo U2 A química da vida 104 Faça valer a pena 1 As vitaminas são compostos orgânicos relacione esses elementos com suas funções nos organismos 2 Para ocorrer o perfeito funcionamento do organismo é necessário um conjunto de elementos Quais são eles 4 A vitamina C é formada pelo ácido tem forte ação neutralizando os radicais livres Uma de suas principais funções é atuar aumentando as defesas contra infecções melhora a consistência de ossos e dentes e além disso está relacionada à absorção de ferro não heme A carência da vitamina C pode levar a doenças como o 3 Quando vamos efetuar as compras de alimentos podemos notar que nas embalagens da maioria dos produtos ocorre a referência a vitaminas e sais minerais isso está relacionado à suplementação vitamínica pois tais alimentos tentam proporcionar aos indivíduos a reposição necessária como os cereais matinais nos quais se destaca que uma porção do produto mais leite e uma fruta suprirão suas carências diárias Assim com base nos conhecimentos que você tem sobre vitaminas e sais minerais indique a alternativa correta I A vitamina C está relacionada com o metabolismo de carboidratos e proteínas e sua falta pode causa fadiga depressão náuseas lesões cutâneas e dores musculares II O zinco está relacionado ao crescimento e desenvolvimento do organismo Regula o desenvolvimento sexual a produção de insulina o sistema imune e ação antioxidante III A vitamina D está relacionada aos raios ultravioleta do sol permite a absorção e a utilização do cálcio e do fósforo pelos ossos e dentes IV O ferro participa na formação dos ossos previne a osteoporose e regula a coagulação sanguínea a Estão corretas I e IV b Estão corretas II e III c Estão corretas I e II d Estão corretas II e III e Estão corretas III e IV U2 A química da vida 105 Com relação às suas fontes está presente em alimentos como a Ascórbico antioxidante escorbuto laranja b Fólico antioxidante escorbuto fígado bovino c Pantotênico metabólica raquitismo limão d Ascórbico metabólica beribéri beterraba e Fólico antioxidante raquitismo acerola 5 Em uma população carente do interior do Brasil estudos referentes à saúde dos habitantes apontaram altos índices de cegueira noturna bócio e cárie dentária constatando a carência de algumas vitaminas e minerais Com seus conhecimentos sobre uma vida saudável identifique a alternativa correta a Observouse falta de vitamina D cálcio e flúor b Observouse falta de vitamina A iodo e flúor c Observouse falta de vitamina C ferro e iodo d Observouse falta de vitamina B3 zinco e ferro e Observouse falta de vitamina K iodo e zinco 6 Pessoas com anemia sempre são orientadas a se alimentarem com fígado bovino e vegetais com coloração verdeescuro Existe a relação de um mineral específico a essa doença ele atua na formação das hemoglobinas na oxigenação das células e no equilíbrio metabólico De qual mineral estamos falando a Zinco b Cálcio c Ferro d Magnésio e Potássio 7 As vitaminas são fundamentais para os processos metabólicos dos organismos principalmente por ajudar a prevenir muitas doenças no entanto o excesso de vitaminas pode causar problemas Com base nessa afirmação quais sintomas se observam nos organismos com o excesso de vitaminas A C e K a Dor de cabeça ressecamento da pele com fissuras perda U2 A química da vida 106 de cabelos aumento do baço e fígado aumento dos ossos e dor nas juntas Não há nível de toxidade conhecido Ataxia neuropatia sensorial b Ataxia neuropatia sensorial Pode ser prejudicial a pessoas com asma Não há nível de toxidade conhecido c Não há nível de toxidade conhecido Grandes doses podem interferir no metabolismo de outras vitaminas do complexo B Diarreia pedras nos rins em pessoas suscetíveis alterações no ciclo menstrual d Dor de cabeça ressecamento da pele com fissuras perda de cabelos aumento do baço e fígado aumento dos ossos e dor nas juntas Diarreia pedras nos rins em pessoas suscetíveis alterações no ciclo menstrual Não há nível de toxidade conhecido e Grandes doses podem interferir no metabolismo de outras vitaminas do complexo B Diarreia pedras nos rins em pessoas suscetíveis alterações no ciclo menstrual Não há nível de toxidade conhecido Dor de cabeça ressecamento da pele com fissuras perda de cabelos aumento do baço e fígado aumento dos ossos e dor nas juntas U2 A química da vida 107 Diálogo aberto Seção 24 Carboidratos e lipídios Olá tudo bem com vocês Até agora estudamos a bioquímica dos organismos e já percebemos a importância vital que elementos como a água o equilíbrio do pH os sistemas tampão os aminoácidos proteínas enzimas vitaminas e sais minerais possuem no desenvolvimento dos processos químicos celulares Para completar o conjunto de elementos indispensáveis para manter e perpetuar a vida vamos apresentar nesta seção os carboidratos e lipídios Mas você sabe qual a semelhança entre carboidratos lipídios e proteínas Todos são macronutrientes aqueles que o organismo precisa em quantidades maiores O que difere cada um deles são propriedades únicas a disposição de suas ligações químicas e a proporção entre seus átomos Sendo assim suas funções são diversas como a produção e reserva de energia até a formação de muitas moléculas do organismo Lembrese de que todos os elementos citados até agora formam um conjunto dependente como exemplo podemos descrever a digestão dos carboidratos que se inicia na boca com atuação das enzimas amilase salivar e são absorvidos no intestino caindo na circulação sanguínea Diante de altos índices de glicose forma mais abundante de carboidrato é iniciada a liberação de insulina a qual vai mediar o processo de absorção de algumas moléculas dentre elas os lipídios que chegam ao duodeno praticamente inalterados em que se libera a colecistocinina que é um neuropeptídio formado por aminoácidos secretado no trato gastrointestinal que induz à contração vesicular resultando na excreção da bile e promovendo a liberação do suco pancreático rico em lipase enzima que irá fracionar a gordura em partículas menores Perceba que os macronutrientes e micronutrientes trabalham em conjunto para um resultado equilibrado tornando o organismo saudável Como vimos nas seções anteriores fatores que alteram a harmonia dos macronutrientes e micronutrientes podem causar patologias complexas e até a morte dos organismos U2 A química da vida 108 Não pode faltar Caro aluno para sua análise da importância desses macronutrientes vamos estudar o caso da Marta a amiga do João A mãe da Marta aos 35 anos de idade foi diagnosticada com uma doença chamada esclerose múltipla patologia crônica do sistema nervoso central que afeta o cérebro e a medula espinhal e interfere na capacidade de controlar funções como caminhar enxergar falar urinar entre outras No entanto pense na relação dos macronutrientes com essa doença e como a alteração deles pode causar tais sintomas A esclerose múltipla não é uma doença mental nem contagiosa e não tem cura As membranas celulares são constituídas por uma bicamada lipídica 241 Metabolismo dos Carboidratos Caro aluno os carboidratos são as biomoléculas mais abundantes da natureza compostas por uma molécula de carbono duas moléculas de hidrogênio para uma molécula de oxigênio sendo representados por CH2On carbonato hidratado daí o nome carboidratos Como exemplo podemos citar a glicose frutose sacarose lactose maltose amido celulose e glicogênio Como funções principais temos o fornecimento de energia para os organismos e também estão presentes na formação de membranas celulares e nas paredes celulares de bactérias exoesqueletos de muitos insetos e formam a celulose fibrosa das plantas Existem três tipos principais de carboidratos monossacarídeos oligossacarídeos e polissacarídeos Outra forma de denominar os carboidratos é o termo açúcares mais comum entre os monossacarídeos e oligossacarídeos Reflita Lembrese U2 A química da vida 109 Fonte A autora 2015 Figura 25 Classificação dos Carboidratos Carboidratos Oses Osídeos Monossacarídeos Polissacarídeos Oligossacarídeos Os monossacarídeos são carboidratos simples que podem conter de três a nove átomos de carbono De acordo com o número de átomos de carbono é definido o nome dos monossacarídeos sendo três átomos trioses com quatro tetroses cinco pentoses seis hexoses sete heptoses oito octoses e nove nonoses O sufixo ose aparece na nomenclatura dos monossacarídeos que apresentam o grupamento carbonila CO Quando esse grupamento está na extremidade da cadeia forma o grupo funcional aldeído e o açúcar passa a ser aldose porém se o grupamento carbonila estiver no meio da cadeia caracteriza uma cetona o açúcar passa a ser denominado cetose Como exemplos de monossacarídeos temos a ribose e a desoxirribose que contêm cinco átomos e estão presentes no DNA e RNA Um carboidrato monossacarídeo com papel fundamental nos organismos e nos mamíferos e que está presente em todos os tecidos como principal fonte de energia é a glicose pois depois de ser absorvida pelas células pode ser transformada em energia na forma de ATP Trifosfato de adenosina utilizada na maioria das reações metabólicas A glicose também é a base para formação de todos os demais carboidratos os dissacarídeos e polissacarídeos Mas onde podemos encontrar a glicose Ela está presente nos frutos doces e no sangue onde tem um papel fundamental por ser a fonte exclusiva de energia das hemácias pois essas não contém núcleo muito menos mitocôndrias em seu citoplasma U2 A química da vida 110 Os monossacarídeos podem se unir por ligações glicosídicas e formar carboidratos maiores Os oligossacarídeos são açucares formados pela união de dois a seis monossacarídeos sendo os dissacarídeos os mais importantes Os dissacarídeos são compostos por dois monossacarídeos como exemplo temos a maltose glicose glicose a lactose glicose galactose e a sacarose glicose frutose Por sua vez os polissacarídeos são moléculas muito grandes são formados por centenas de unidades de glicose reunidas monossacarídeos e podem ser insolúveis em água mas na presença de algumas enzimas e substâncias ácidas podem ser hidrolisadas em dissacarídeos e em seguida monossacarídeos Como função primordial podemos destacar o armazenamento de energia E como exemplos temos o amido e o glicogênio Como exemplo de polissacarídeos de origem vegetal temos o amido presente em alimentos como batatas milho sementes etc O organismo humano não absorve de forma direta o amido o qual passa por hidrólise no intestino delgado e assim pode ser absorvido pelas células intestinais e levado para corrente sanguínea Um polissacarídeo de origem animal é o glicogênio sintetizado a partir da polimerização da glicose processo denominado glicogênese que é armazenado no fígado e e consiste na reserva de energia dos seres humanos Outro polissacarídeo que merece destaque é a celulose uma molécula orgânica em abundância no planeta Nenhum animal produz enzimas capazes de digerir a celulose somente algumas espécies de fungos bactérias e protozoários produzem celulase a enzima que degrada a celulose Animais que se alimentam de celulose vivem em simbiose com esses microrganismoscomo exemplo os bois e animais ruminantes os quais abrigam bactérias que degradam a celulose no trato gastrointestinal E quanto à digestão dos carboidratos Para ocorrer a digestão dos carboidratos é necessária a ação de enzimas isso acontece logo nos momentos iniciais que o alimento entra em contato com a saliva a enzima amilase salivar quebra as primeiras ligações entre as moléculas As glicoproteínas com função enzimática e estrutural e as proteoglicanas com função estrutural são formadas a partir da união de polissacarídeos e proteínas Assimile U2 A química da vida 111 de glicose do amido mas como o alimento permanece pouco na boca a ação da enzima continua até o estômago onde é interrompida devido ao pH ácido o alimento segue para o intestino delgado e assim recomeça a ação enzimática sendo a amilase pancreática que completa a digestão formando os monossacarídeos glicose frutose e galactose que são absorvidos pelos enterócitos células que ficam no tecido epitelial do intestino delgado as quais têm a propriedade de quebrar moléculas e transportálas para os tecidos Após a absorção o fígado libera uma parte da glicose para a corrente sanguínea e o restante será armazenado na forma de glicogênio Além de todas as ações dos carboidratos ainda podemos destacar o poder de ativação do metabolismo dos lipídios por fornecerem oxaloacetato que é essencial para o início do ciclo de Krebs Para compreender melhor o ciclo de Krebs estude o capítulo 10 do livro MARZZOCO Anita TORRES Bayardo Baptista Bioquímica básica 3 ed Rio de Janeiro Guanabara Koogan 2007 242 Lipídios Os lipídios são biomoléculas formadas por carbono C hidrogênio H e oxigênio O representados pelos óleos gorduras e ceras que se destacam por serem insolúveis em água mas solúveis em solventes orgânicos como éter clorofórmio e benzeno Devido às características hidrofóbicas os lipídios são fundamentais na constituição das membranas celulares formando a dupla camada lipídica o que proporciona o isolamento do meio intracelular do meio extracelular Os lipídios são a segunda maior reserva de energia do organismo e podem ser adquiridos a partir de duas fontes dos alimentos ingeridos e da reserva orgânica tecido adiposo Ainda exercem as funções de cofatores enzimáticos pigmentos capazes de absorver radiação agentes emulsificantes isolante térmico nos mamíferos formação de hormônios entre outras No que se refere à classificação dos lipídios são representados por três formas Pesquise mais U2 A química da vida 112 1 Simples representada pelo triacilgliceróis 2 Composta representada pelos fosfolipídios glicolipídios e lipoproteínas 3 Derivados ácidos graxos esteroides e hidrocarbonetos Você já observou a lavagem de pratos engordurados percebeu como a gordura derrete em contato com os detergentes O que ocorre nesse caso são as micelas sendo desfeitas mas o que são micelas São estruturas supramoleculares formadas pela junção de ácidos graxos que possuem como característica uma cabeça hidrofílica e uma cadeia hidrofóbica polares e apolares simultaneamente essa cadeia é formada de átomos de carbono e de hidrogênio Importantes para os organismos dos animais pois quando absorvemos os lipídios e eles passam pela digestão sendo quebrados em moléculas menores para serem melhor absorvidos depois da absorção essas moléculas entram na corrente sanguínea em forma de micelas para atuarem na síntese de hormônios proteção da termorregulação etc Os ácidos graxos podem ter dois tipos de cadeia saturada em que são formadas ligações simples e insaturadas com ligações duplas Fonte httpsptwikibooksorgwikiIntroduC3A7C3A3oC3A0Biologia CC3A9lulaEstruturaeorganizaC3A7C3A3odacC3A9lulaMembrana plasmC3A1ticamediaFileFosfatidilcolinajpg Acesso em 29 maio 2015 Figura 26 Fosfolipídio U2 A química da vida 113 Os lipídios simples são os mais abundantes do organismo representados pela molécula TAG triacilgliceróis formada por três ácidos graxos e um glicerol Os lipídios compostos são formados pela ligação de um lipídio simples com uma substância química como fósforo glicídios nitrogênio e enxofre dando origem a fosfolipídios glicolipídios e lipoproteínas Entre os lipídios compostos destacamos as funções dos fosfolipídios que atuam na formação e preservação da estrutura da membrana celular e estão presentes na coagulação do sangue e na estrutura da bainha de mielina dos neurônios As lipoproteínas são facilitadoras para o meio de transporte de lipídios no sangue de acordo com as suas características físico químicas são divididas em quilomícrons VLDL lipoproteína de muito baixa densidade LDL lipoproteína de baixa densidade e HDL lipoproteína de alta densidade Os lipídios derivados compreendem os simples e compostos e como exemplo vamos falar do colesterol que é a base de todos os hormônios esteroides sintetizados pelo organismo em órgãos como gônadas tecido adiposo córtex das adrenais e placentas são eles cortisol aldosterona estradiol e testosterona As frutas como as maçãs possuem um açúcar monossacarídeo C6H12O6 com os carbonos dispostos em anel Identifique esse açúcar e relate como ocorre sua absorção Resposta o monossacarídeo encontrado nas frutas é a frutose que tem a mesma fórmula química da glicose C6H12O6 mas a organização dos átomos é um pouco diferente O fígado converte a frutose em glicose que pode ser absorvida pela corrente sanguínea através da parte interna do intestino A bainha de mielina é formada por 70 lipídios e 30 proteínas sendo constituída por células da glia chamadas oligodendrócitos no sistema nervoso central e por células de schumann no sistema nervoso periférico atua como um isolamento elétrico e aumenta a velocidade do impulso nervoso ao longo da célula nervosa Reflita Exemplificando U2 A química da vida 114 Fonte httpwwwacessesaudecombrwpcontentuploadscolesteroljpg Acesso em 29 maio 2015 Figura 27 Colesterol carne outras fontes animais e fígado O excesso de colesterol no sangue é prejudicial e aumenta o risco de desenvolver doenças cardiovasculares existem dois tipos de colesterol LDL colesterol é chamado de ruim e pode se depositar nas artérias e provocar o seu entupimento e o HDL colesterol chamado de bom que impede que o excesso de colesterol se deposite nas artérias A digestão dos lipídios se diferencia dos carboidratos por ter pouca atividade na boca e muita no intestino delgado com o envolvimento de três enzimas lipase lingual lipase gástrica e lipase pancreática Para ocorrer a digestão os triacilgliceróis passam por duas etapas a primeira é a emulsificação e a segunda é a digestão propriamente dita Após a degradação em glicerol e ácidos graxos é possível a absorção pelas células do intestino após a absorção são transportadas para fora do intestino pela lipoproteína quilomícron para o tecido adiposo tecidos periféricos e músculos U2 A química da vida 115 O carboidrato encontrado no milho verde recémcolhido tem um sabor adocicado Já o milho verde comprado na feira um ou dois dias depois de colhido não é mais tão doce Explique por que ocorre a alteração de sabor Resposta o milho comum tem em torno de 3 de açúcar e entre 60 e 70 de amido após a colheita cerca de 50 dos carboidratos responsáveis pelo sabor adocicado são convertidos em amido nas primeiras 24 horas Caro aluno depois dos conceitos abordados pense na situação problema citada no diálogo aberto em que a mãe de Marta sofre com os sintomas da esclerose múltipla já não consegue mais andar com desenvoltura não fala com clareza entre outros sintomas degradantes Para chegar a uma análise coerente correlacione os lipídios com as membranas celulares Os lipídios que compõem as membranas celulares pertencem predominantemente ao grupo dos fosfolipídios formados pela união de três grupos de moléculas menores sendo um álcool representado pelo glicerol duas moléculas de ácidos graxos e um grupo fosfato A mãe de Marta sofre de uma doença autoimune que afeta o cérebro e a medula espinhal sistema nervoso central Especificamente a bainha de mielina composta por 70 de lipídios e 30 proteínas que forma uma camada protetora em torno dos axônios dos neurônios tem como principal função acelerar a velocidade da condução do impulso nervoso portanto ao ser lesada ou destruída ocorre a interferência na comunicação entre o cérebro a medula espinhal e demais áreas do corpo A causa desta doença ainda não é conhecida ocorrem especulações de alguns fatores como predisposição genética o ambiente em que a pessoa vive e até mesmo um vírus pode desempenhar um papel no desenvolvimento da doença Faça você mesmo Sem medo de errar Atenção U2 A química da vida 116 Avançando na prática Como se trata de uma doença que não tem cura o tratamento se baseia em amenizar os sintomas e reduzir o progresso da doença os métodos usados são medicamentos antivirais Você notou que a perda de um macronutriente em uma estrutura corporal causa uma doença com sintomas graves e incuráveis Portanto as reações orgânicas e químicas dos organismos precisam estar em sintonia completa para prevalecer a vida saudável A nutrição é o processo que ocorre desde a ingestão dos alimentos até à sua absorção pelo nosso organismo Os seres humanos são seres heterotróficos e onívoros possuem uma alimentação muito variada Portanto é muito importante ter uma dieta balanceada constituída por proteínas vitaminas sais minerais água carboidratos e lipídeos que são as fontes de energia e matériaprima para o funcionamento das células Pratique mais Instrução Desafiamos você a praticar o que aprendeu transferindo seus conhecimentos para novas situações que pode encontrar no ambiente de trabalho Realize as atividades e depois as compare com as de seus colegas Acúmulo de Gordura 1 Competência de fundamentos de área Conhecer a estrutura e as funções das moléculas biologicamente importantes ao organismo bem como as transformações químicas realizadas pelas células nos seus processos metabólicos Identificar e compreender os mecanismos da hereditariedade 2 Objetivos de aprendizagem Compreender o papel dos carboidratos e lipídios nos organismos 3 Conteúdos relacionados Os conteúdos relacionados são água ácidobase pH proteínas enzimas vitaminas e sais minerais que formam um conjunto para os processos metabólicos celulares 4 Descrição da SP Os dois macronutrientes carboidratos e gorduras são compostos basicamente de carbono hidrogênio e oxigênio Após a quebra dos alimentos restam moléculas que podem ser usadas na ressíntese de vários tecidos dependendo da demanda metabólica e da oferta nutricional Os ácidos graxos saturados e insaturados são formados rapidamente e em grande quantidade a partir de um composto de acetil coenzima A Assim qualquer substância capaz de produzir acetilCoA é uma fonte de átomos de carbono para síntese de ácidos graxos A glicose da dieta é uma fonte de acetil CoA portanto uma dieta equilibrada supre as necessidades fisiológicas de gorduras Muitas pessoas que apresentam obesidade afirmam não ingerir gorduras e mesmo assim essas pessoas continuam engordando Qual é a relação dessa situação com os carboidratos e lipídios 5 Resolução da SP Para resolver a questão você deve analisar as transformações que ocorrem nos processos metabólicos envolvendo os carboidratos e lipídios Lembrese U2 A química da vida 117 Uma das principais funções da alimentação é fornecer energia para o funcionamento das células Essa energia está contida na ligação química dos compostos alimentares proteínas carboidratos e lipídeos Caro aluno para desenvolver qualquer movimento corporal é necessário o gasto de energia mas imagine correr uma maratona com mais de 5 km como seu corpo iria obter energia para esse desafio Resposta as fibras musculares estriadas armazenam o glicogênio carboidrato do qual se obtém energia para a contração 1 Os carboidratos são classificados em monossacarídeos oligossacarídeos e polissacarídeos no entanto como reserva de energia nosso corpo utiliza dois polissacarídeos um de origem animal e outra de origem vegetal Qual das alternativas a seguir representa esses dois polissacarídeos a Sacarose e frutose b Amido e frutose c Glicogênio e amido d Sacarose e glicogênio e Lactose e amido 2 As indústrias produtoras de papel usam como matéria prima um dos polissacarídeos mais abundantes da natureza Qual das alternativas a seguir representa esse polissacarídeo a Amido b Celulose c Frutose d Galactose e Maltose 3 Os diversos compostos químicos presentes na natureza são usados por animais e plantas para estruturar muitos de seus compostos e processos Os carboidratos e lipídios fazem parte da formação de a O esqueleto externo dos insetos é composto de um polissacarídeo e os favos das colmeias são constituídos por lipídios Lembrese Faça você mesmo Faça valer a pena U2 A química da vida 118 b As paredes das células vegetais são formadas por polipeptídios c As ceras das paredes celular do agente etiológico M Tuberculose é formada por fosfolipídios d As escamas são preenchidas de polissacarídeos que as deixam rígidas e impermeável e As ceras na pele e penas dos animais são formadas por glicolipídios 4 Os são carboidratos simples solúveis em água e que não podem ser quebrados pela digestão em moléculas menores Os mais conhecidos são a fabricada pelos vegetais na fotossíntese a encontrada no mel e a componente do dissacarídeo lactose encontrado no leite a Polissacarídeos frutose galactose e glicose b Oligossacarídeos glicose galactose e frutose c Monossacarídeos frutose galactose e maltose d Dissacarídeos glicose maltose e frutose e Monossacarídeos glicose frutose e galactose 5 O colesterol é um esteroide composto de um álcool de cadeia longa está presente nos organismos dos animais sendo um componente essencial das membranas celulares e não está presente nas plantas Com relação ao colesterol é correto afirmar I O colesterol é insolúvel em água e consequentemente insolúvel no sangue Para ser transportado através da corrente sanguínea ele ligase a diversos tipos de lipoproteínas II O colesterol é excretado pelo pâncreas na bile e é reabsorvido nos intestinos III O colesterol também é a base de todos os hormônios esteroides sintetizados pelo organismo a I e III b II e III c I e II d I II e III e Todas estão incorretas U2 A química da vida 119 6 Explique de forma resumida como ocorre a digestão dos carboidratos 7 Defina lipídios e suas características fundamentais U2 A química da vida 120 DE ROBERTIS E M F HIB J Bases da biologia celular e molecular 4 ed Rio de Janeiro Guanabara Koogan 2006 ENGELKIRK Paul G DUBENENGELKIRK Janet Microbiologia para as ciências da saúde 9 ed Rio de Janeiro Guanabara Koogan 2012 JUNQUEIRA L C CARNEIRO José Biologia celular e molecular 9 ed Rio de Janeiro GuanabaraKoogan 2012 MARZZOCO Anita TORRES Bayardo Baptista Bioquímica básica 3 ed Rio de Janeiro Guanabara Koogan 2007 Referências U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 121 Diálogo aberto Unidade 3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma Olá Caro aluno seja bemvindo Nesta unidade iremos abordar a estrutura celular enfocando as organelas e suas funções Você se lembra que na Unidade 1 falamos das células eucariontes e procariontes e já iniciamos as discussões sobre as organelas nas seções seguintes completamos o assunto do funcionamento celular explicando a importância da água pH celular dos micronutrientes e macronutrientes Para ampliar a sua compreensão do processo celular iniciaremos essa unidade falando da membrana plasmática Como já vimos tanto a célula como a matriz extracelular exercem função primordial para o funcionamento do organismo as células secretam substâncias na matriz extracelular que influenciarão as células vizinhas como exemplo lembrese da concentração de sais minerais como o sódio e o potássio que atuam em importantes ações celulares No entanto a diferença de concentração intracelular e extracelular de substâncias e íons é feita através da membrana plasmática por transporte passivo sem gastos de energia sendo o caso da difusão e da osmose ou por transporte ativo com gasto de energia caso da bomba de sódio e potássio Mas por que existe a diferença de concentração Para explicar podemos usar como exemplo o sódio que tem concentração mais elevada no meio extracelular ao contrário do potássio isso ocorre devido ao equilíbrio celular como o sódio tem afinidade por absorver umidade poderia causar a ruptura celular e outro ponto importante em manter a diferença de concentração é para proporcionar um potencial elétrico negativo necessário para gerar uma despolarização da membrana quando ocorrer entrada ou saída de substâncias Agora pense como a membrana celular U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 122 regula todas essas ações E as trocas de informações entre as células pelos sinais químicos e elétricos você imagina qual a dimensão desta função Saiba que através dos sinais químicos e elétricos ocorre a organização das células e a formação dos diversos tecidos No decorrer da unidade iremos desvendar todos as questões que envolvem as funções das organelas e dos sinais químicos Competência de fundamentos da área Conhecer a estrutura e as funções das moléculas biologicamente importantes ao organismo bem como as transformações químicas realizadas pelas células nos seus processos metabólicos Identificar e compreender os mecanismos da hereditariedade Objetivos Compreender as estruturas e funções das moléculas biologicamente importantes ao organismo Compreender as transformações químicas realizadas pelas células nos seus processos metabólicos Identificar a estrutura e organização da membrana plasmática seus mecanismos de transporte e suas especializações Classificar identificar e caracterizar as sinalizações celulares Caracterizar a constituição e funções do citosol bem como identificar os mecanismos reguladores do meio interno Caracterizar as organelas citoplasmáticas e suas especificidades funcionais nos sistemas orgânicos Com a modernidade e o progresso vem o aumento populacional e com isso a exigência de produzir sempre mais A poluição nas regiões rurais e urbanas tem aumentado devido à crescente atividade agrícola industrial e ao aumento do número de veículos motorizados em circulação isso nos deixou em uma situação de mundo poluído e superaquecido portanto estamos expostos a produtos muitas vezes tóxicos ao nosso organismo Esses fatores podem afetar a estrutura das organelas celulares e defeitos na permeabilidade das membranas podem causar impactos na função mitocondrial perda de fosfolipídios das membranas anormalidades no citoesqueleto subprodutos da fragmentação dos lipídios entre outros U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 123 Diálogo aberto Seção 31 Membrana plasmática Prezado aluno nas seções anteriores vimos as semelhanças e diferenças de células procariontes e eucariontes destacamos as organelas que compõem cada grupo estudamos como ocorre o funcionamento das reações químicas intracelular e extracelular entendemos como as células conseguem energia e com isso a importância dos aminoácidos proteínas enzimas carboidratos lipídios vitaminas e sais minerais Percebemos que todos os elementos são fundamentais para o funcionamento celular atuam em conjunto e muitos em sistema de dependência Agora vamos evidenciar a membrana plasmática e destacaremos sua importância para o conjunto de reações e atividades celulares A constituição das membranas por uma bicamada lipídica é fundamental para o funcionamento celular pois graças a ela o líquido intracelular fica dentro do citosol E no citoplasma existem organelas que também são isoladas por membranas que possuem um gradiente iônico que sintetiza ATP direcionam o fluxo de soluto ainda produzem e transmitem sinais elétricos e por fim são capazes de gerar sinais químicos dentro das células A estrutura da membrana plasmática é comum mesmo atuando em diferentes células e funções sendo constituídas por moléculas de lipídios de proteínas e carboidratos glicoproteínas e glicolipídios As substâncias podem atravessar as membranas celulares usando alguns processos divididos em transporte passivo que comporta osmose difusão simples e facilitada e o transporte ativo com a bomba de sódio e potássio Para você compreender melhor a relação de dependência dos sistemas de membranas celulares pelo organismo analise a seguinte situação A família Moraes cansada da correria de uma cidade grande resolveu se mudar para uma cidade do interior no entanto não percebeu que a propriedade que comprou havia sido contaminada por U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 124 Não pode faltar organoclorados de uma fábrica de pesticidas a alguns anos No início a família nada sentiu no entanto com o passar do tempo Carlito filho mais novo começou a apresentar sintomas como tontura vertigens cefaleia alterações comportamentais irritabilidade desorientação tremores e distúrbios da marcha Mediante essa situação analise as consequências desta intoxicação para os organismos relatando a ação do agente poluente na membrana celular No decorrer da seção iremos verificar como os pesticidas atuam nas estruturas das membranas e geram danos ao organismo afetado 311 Membrana Plasmática e suas características 3111 Composição e funções As membranas plasmáticas ou celulares não podem ser visualizadas em microscópio óptico no entanto os primeiros pesquisadores deduziram sua existência com base em experiências e técnicas de coloração e contrastes Com a microscopia eletrônica na década de 1950 foi possível identificar com clareza suas características e se concluiu que a composição das membranas é semelhante em todos os tipos de células e organelas sendo muito delgada formada por lipídios carboidratos proteínas e hidratos de carbono que se ligam aos lipídios e proteínas Mas você imagina como são dispostos esses elementos Se apresentam em duas camadas de moléculas lipídicas com as cadeias apolares no interior da membrana e nas exterminadas estão as moléculas polares já as proteínas ficam inseridas na camada de lipídios As células procariontes e eucariontes possuem membrana plasmática que mantém constante o meio intracelular Lembrese As proteínas da membrana estão envolvidas em muitos processos como nos mecanismos de transporte receptores de membrana onde recebem sinais de substâncias que levam alguma mensagem para a célula favorecem a adesão de células vizinhas em um tecido e como ponto de fixação para o citoesqueleto Reflita U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 125 Fonte httpwikicienciascasadascienciasorgwikiindexphpFicheiromosaicofluidopng Acesso em 6 jun 2015 com a parte apolar no centro e polar nas superfícies algumas destas proteínas se apresentam como transmembranas por atravessar toda a camada da membrana Você se lembra o que significam as expressões moléculas hidrofóbicas e hidrofílicas As substâncias hidrofóbicas possuem aversão à água sendo insolúveis nela Assim essas moléculas hidrofóbicas normalmente não são polarizadas portanto não há atração entre elas e as moléculas de água Já as substâncias hidrofílicas possuem afinidade com a molécula de água e são solúveis nela Isso ocorre porque as moléculas hidrofílicas são polarizadas Assim a membrana se torna relativamente impermeável à água e algumas moléculas hidrossolúveis As membranas celulares também possuem composição química semelhante isto é principalmente fosfolipídios o que representa uma combinação entre lipídios e fosfatos e proteínas Sendo que os lipídios mais frequentes são os fosfoglicerídeos esfingolipídios colesterol glicolipídios e glicoesfingolipídios Já as proteínas se apresentam em dois grupos intrínsecas e extrínsecas E os carboidratos estão presentes nas membranas A parte externa da membrana é recoberta por resíduos de carboidratos ligados em proteínas chamados de glicoproteínas e lipídios chamados de glicolipídios formando o glicocálix Para representar as estruturas da membrana plasmática foi aceito o modelo mosaico fluido idealizado por Singer e Nicholson que descreve como os fosfolipídios e as proteínas estão combinados formando a bicamada O nome do modelo se dá devido à capacidade das proteínas de se moverem na camada homogênea de fosfolipídios Figura 31 Representação da membrana plasmática modelo mosaico fluído U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 126 As células eucariontes possuem um complexo sistema de membranas que dividem a célula em compartimentos organelas como mitocôndrias lisossomos aparelho de Golgi entre outras que possuem membranas próprias As membranas celulares estão envolvidas em processos vitais para sobrevivência celular atuam como camada protetora separando o meio interno do externo agem seletivamente quanto à entrada e saída de substâncias e suas proteínas estão envolvidas em muitas funções entre elas o transporte a formação de túneis que permitem a passagem de substâncias atuam ainda como receptores que recebem sinais proporcionando a comunicação entre as células e favorecem a adesão entre as células vizinhas o que é fundamental para a criação dos tecidos Algumas membranas podem apresentar especializações em sua maioria no tecido epitelial que auxiliam em suas funções como absorção locomoção aderência entre as células etc Como exemplos de especializações podemos citar Microvilosidades encontradas em células do intestino e rins no geral em células que possuem função de absorção Cílios e Flagelos cílios se encontram em células das vias respiratórias em grande quantidade e são menores que os flagelos Os cílios batem e expulsam impurezas Flagelos têm função de transporte sendo o mais importante o espermatozoide Desmossomos têm função de adesão une uma célula à outra Junção Comunicante serve para permitir a troca de substâncias entre uma célula e outra principalmente de aminoácidos e água No livro Biologia Molecular e Celular dos autores Junqueira e Carneiro no capítulo 5 você encontrará maiores detalhes sobre a constituição das membranas celulares JUNQUEIRA L C CARNEIRO J Biologia celular e molecular 9 ed Rio de Janeiro Guanabara Koogan 2012 Assimile Pesquise mais U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 127 Podemos destacar também as funções do glicocálix que em células animais protege a membrana e ainda efetua o reconhecimento celular sendo por exemplo de grande importância em transplantes Assim quanto mais parecido o glicocálix de uma pessoa for com o de outra maiores são as chances de compatibilidade da doação Você percebeu que as proteínas das membranas são vitais para as funções estão envolvidas na maioria dos processos e ainda são responsáveis pela formação das enzimas que atuam nas membranas catalisando algumas reações 3112 Transportes e Permeabilidade A estabilidade do meio interno da célula depende totalmente da membrana celular no entanto algumas substâncias atravessam essa barreira com facilidade mas algumas moléculas possuem dificuldade ou são impedidas de completar a passagem assim denominamos as membranas como tendo permeabilidade seletiva Uma questão que deve ser destacada é a capacidade de algumas moléculas de atravessarem a membrana essas moléculas passam de um lado para outro sem resistência da membrana esse processo também pode acontecer com alguns gases como o oxigênio e gás carbônico Para essa rotina damos o nome de difusão na qual as moléculas sempre se deslocam da região com maior concentração de soluto para de menor concentração buscando o equilíbrio de concentração Você imagina como as rotinas de transportes são realizadas neste ambiente aquoso São efetuados por transporte ativo com gasto de energia e passivo sem gasto de energia Assim para melhor compreensão vamos estudar separadamente cada processo de transporte Transporte passivo ou difusão dividese em três tipos difusão As moléculas lipídicas constituem 50 da massa da maioria das membranas de células animais o restante é formado por proteínas e carboidratos Lembrese de que as moléculas lipídicas são anfipáticas pois possuem uma extremidade hidrofílica ou polar isto é solúvel em meio aquoso e uma extremidade hidrofóbica ou não polar insolúvel em água Reflita U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 128 simples difusão facilitada e osmose São caracterizados pelo mecanismo de passagem natural de pequenas moléculas através da membrana plasmática sem gasto de energia portanto a energia geradora da difusão é do movimento cinético normal da matéria Pode ocorrer tanto no interior das células quanto entre as células e o meio Um exemplo deste transporte no interior das células são as mitocôndrias que produzem gás carbônico e isso faz que a concentração deste gás seja sempre mais alta no interior da mitocôndria assim o CO2 se espalha pelo restante da célula Para explicar a difusão simples incluindo a osmose você precisa entender o significado dos conceitos isotônico se refere à concentração igual de soluto na célula tanto no meio interno como no externo hipertônico onde a solução está mais concentrada em soluto que o meio e hipotônico no qual a solução está menos concentrada em soluto que o meio Assim para ocorrer a difusão simples as moléculas precisam ter um caráter hidrofóbico apenas lipídios hormônios esteroidais e pequenas moléculas conseguem atravessar a membrana livremente Já na osmose ocorre a passagem do solvente de uma região pouco concentrada em soluto para uma mais concentrada esse movimento efetivo de água através da membrana celular pode deixar a célula murcha ou inchada dependendo da direção desse movimento efetivo no entanto o objetivo é igualar as concentrações isso ocorre sem gasto de energia Você se lembra da aparência das saladas quando temperadas com sal Depois de um tempo ocorre o acúmulo de uma solução aquosa no recipiente que é a água que as células perderam para o meio que estava hipertônico em relação à célula outro exemplo é quando se coloca carne seca na água grande parte do sal contido nela irá se difundir na água e diminuir a concentração de sal na carne Apesar de ocorrer o transporte de substâncias em favor do gradiente de concentração muitas moléculas que a célula precisa não conseguem atravessar tão facilmente como a glicose alguns aminoácidos e certas vitaminas assim para que aconteça a passagem destas substâncias ocorre a interferência de proteínas da membrana chamadas de permeases esse transporte é denominado difusão facilitada Perceba que a difusão é um transporte passivo onde as moléculas U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 129 entram ou saem da célula sem atuação celular o que ocorre são as ações dos gradientes de concentração assim definimos a difusão como transporte físico Já o transporte ativo pode ser dividido em duas formas de acordo com a energia usada transporte ativo primário e secundário No primeiro caso a energia é derivada diretamente da degradação do trifosfato de adenosina ATP ou de qualquer outro composto de fosfato rico em energia Já no segundo caso a energia é derivada secundariamente de gradientes iônicos que foram criados primariamente por transporte ativo primário E como o transporte ativo se comporta Ao contrário do transporte passivo as moléculas são transportadas contra um gradiente de concentração indo de um meio de menor concentração para um de maior concentração sendo necessária a utilização de energia na forma de ATP que é hidrolisado formando ADP Pi sendo conhecido como ATPase Esse gradiente pode ser químico ou elétrico como no transporte de íons Como exemplo de transporte ativo primário podemos citar a bomba de sódio e potássio em que a molécula a ser transportada ligase à molécula transportadora proteína da membrana A molécula transportadora libera a molécula carregada para o outro lado da membrana e volta novamente à posição inicial A manutenção dessas concentrações é realizada pelas proteínas transportadoras que capturam íons sódio Na no citoplasma e bombeiaos para fora da célula No meio extracelular capturam os íons potássio K e os bombeiam para o meio interno Uma das mais importantes funções da bomba NaK é a de controlar o volume das células Sem essa função grande parte das células iria inchar até estourar Em termos de funções fisiológicas a bomba de sódiopotássio está ligada diretamente a processos de contração muscular e condução dos impulsos nervosos O transporte ativo secundário se caracteriza pelo gasto de energia indireta usando secundariamente o transporte ativo primário um exemplo é o transporte de íons de sódio para fora da célula na maioria das vezes ocorre um acúmulo no gradiente de concentração de sódio pois o excesso de sódio no exterior da célula tende sempre a se difundir para o interior Esse gradiente representa um reservatório de energia que pode puxar outras substâncias junto ao sódio através da membrana cotransporte U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 130 Além dos transportes já citados muitas células são capazes de capturar partículas grandes que atravessam a membrana esse processo é dividido em fagocitose que engloba partículas sólidas pinocitose que engloba partículas líquidas e as partículas capturadas sofrerão digestão intracelular proporcionada pelas enzimas dos lisossomos 3113 Impactos do mau funcionamento das membranas celulares A perda da permeabilidade seletiva das membranas celulares mitocondrial lisossomal causa uma série de transtornos à célula permitindo a entrada ou escape de substâncias Esta lesão pode ser causada por falta de energia ou por toxinas vírus substâncias químicas etc Como exemplo podemos citar uma disfunção na bomba de sódio e potássio a concentração de sódio Na dentro da célula aumenta Cada molécula de sódio entra com moléculas de água H2O e a capacidade do compartimento interno da célula fica em estado crítico resultando em edemas O tamanho da célula aumenta fica arredondada levando ao crescimento à palidez e turgidez do órgão O extravasamento de potássio K para o meio extracelular pode causar hipercalemia induzindo a disfunções de tecidos finos excitáveis como nervos e músculos Em uma solução fortemente hipotônica a membrana plasmática de um eritrócito pode se romper ocorrendo a hemólise pois a célula irá ganhar água No entanto em uma célula vegetal qual seria o comportamento da membrana plasmática nestas condições Resposta as células vegetais possuem a parede celular que impede o rompimento da membrana plasmática portanto uma célula vegetal em meio fortemente hipotônico fica turgida inchada A água do mar se caracteriza por um excesso de sal segundo as pesquisas os peixes ósseos marinhos evoluíram de ancestrais de água doce Como herança dessa origem a tonicidade de seus líquidos internos é bem menor que a tonicidade da água do mar Por isso eles estão continuamente perdendo água para o meio Explique esse processo e como esses animais marinhos conseguem manter o equilíbrio Exemplificando Faça você mesmo U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 131 Sem medo de errar Caro aluno no decorrer da seção você pôde ter contato com os conceitos que definem as membranas celulares suas principais funções e importância vital para os organismos Nossa situaçãoproblema proposta no diálogo aberto demonstra uma família exposta a poluentes tóxicos chamados organoclorados que estão proibidos no país mas ainda são empregados na agricultura no controle de insetos na saúde pública controle de vetores e na indústria farmacêutica tratamento de ectoparasitas especialmente piolhos e escabiose No entanto a inexistência de políticas públicas durante décadas em relação ao meio ambiente e contaminantes químicos gerou um passivo ambiental com inúmeros locais detectados como depósitos de lixo tóxico nos quais essas substâncias estão sempre presentes e com riscos à população Este grupo de praguicidas tem como característica marcante um prolongado efeito residual tendo alta persistência no ambiente e por sua capacidade de se acumular nos seres vivos principalmente em humanos nas células adiposas A exposição da população a praguicidas pode estar associada à ingestão de resíduos em alimentos exposição dérmica após aplicações ou inalação podendo causar danos neurológicos e até câncer O efeito dos organoclorados no organismo está relacionado com alterações das propriedades eletrofisiológicos e enzimáticas da membrana celular nervosa Nos casos de intoxicação aguda esses compostos possuem uma ação tóxica no sistema nervoso sobre a membrana neuronal axonal causando lentidão no fechamento dos canais de sódio devido à sua grande lipossolubilidade interferem no metabolismo de serotoninas noradrenalina e acetilcolina de forma ainda não desvendada pela medicina Assim percebemos que as exposições a agentes poluentes da família Moraes os deixou intoxicados e Carlito o mais prejudicado com tonturas vertigens cefaleia alterações comportamentais irritabilidade desorientação tremores distúrbios da marcha devido à alteração das propriedades eletrofisiológicas e enzimáticas da membrana celular nervosa causadas pela toxina podendo ser fatal para a saúde das células e para o organismo como um todo Atenção U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 132 Existem três classes de lipídios que compõem a membrana plasmática fosfolipídios mais abundantes esteróis e glicolipídios Pratique mais Instrução Desafiamos você a praticar o que aprendeu transferindo seus conhecimentos para novas situações que pode encontrar no ambiente de trabalho Realize as atividades e depois compareas com as de seus colegas Alterações da membrana celular devido a fatores genéticos 1 Competência de fundamentos da área Conhecer a estrutura e funções das moléculas biologicamente importantes ao organismo bem como as transformações químicas realizadas pelas células nos seus processos metabólicos Identificar e compreender os mecanismos da hereditariedade 2 Objetivos de aprendizagem Identificar as funções da membrana plasmática e entender os danos causados ao organismo com falhas nos processos dela 3 Conteúdos relacionados Diferenças celulares composição celular processos químicos celulares 4 Descrição da SP Maria mãe de Julia um bebê de 1 ano e 6 meses sofre com a patologia da filha fibrose cística que é uma doença genética hereditária autossômica e recessiva ou seja passa de paimãe para filhoa Sua principal característica é o acúmulo de secreções mais densas e pegajosas nos pulmões no trato digestivo e em outras áreas do corpo Mas por que ocorre o aumento deste muco Relacione essa informação com as atividades das membranas celulares 5 Resolução da SP Caro aluno para resolver a situaçãoproblema apresentada relacione a atividade das proteínas das membranas e a capacidade de transporte de sais minerais A maior parte das funções da membrana plasmática está relacionada às suas proteínas Encontramos principalmente duas formas de proteínas na membrana plasmática proteínas integrais e as periféricas Lembrese Avançando na prática Lembrese U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 133 As membranas celulares possuem especializações uma delas são as microvilosidades que aparecem no tecido epitelial do intestino Qual a relação desta especialização com a absorção Resposta as microvilosidades aumentam a superfície de contato da célula com o ambiente aumentando assim a absorção e a secreção de substâncias No caso da questão aumentam a absorção dos nutrientes resultantes da digestão dos alimentos pelas paredes intestinais 1 Em uma experiência laboratorial um aluno colocou uma célula animal e uma célula vegetal em frascos separados contendo uma solução de água e NaCl Após algum tempo somente a célula animal estava rompida Isso permitiu que o aluno concluísse que a solução era provocando da célula animal e da célula vegetal Assinale a alternativa que preenche correta e respectivamente as lacunas a isotônica deplasmólise turgência b hipotônica hemólise turgência c isotônica hemólise plasmólise d hipertônica hemólise turgência e hipotônica deplasmólise plasmólise 2 Atualmente para explicar a disposição dos elementos que compõem a membrana plasmática é aceito o modelo mosaico fluído O desenho a seguir representa esse modelo Indique quais estruturas são presentadas pelos números 1 e 2 Fonte httpexerciciosbrasilescolacomexerciciosbiologiaexerciciossobremembrana plasmaticahtm Acesso em 6 jun 2015 Faça você mesmo Faça valer a pena U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 134 a 1Glicocálix e 2Fosfolipídios b 1Proteínas e 2Fosfolipídios c 1Fosfolipídios e 2Proteínas d 1Fosfolipídios e 2Glicocálix e 1Glicoproteinas e 2Fostolipídios 3 Um dos mecanismos de regulação de entrada e saída de substâncias das membranas celulares é a bomba de sódio e potássio mas para que ocorra esse processo é necessário um transporte específico Assinale a alternativa que defina esse transporte a Osmose b Transporte Passivo c Plasmólise 4 Assinale a alternativa correta a respeito da membrana lipoproteica a Em procariontes apresenta uma organização diferente da encontrada em células eucariontes b Existe apenas como envoltório externo das células eucariontes c É formada por uma camada dupla de glicoproteínas com várias moléculas de lipídios encrustadas d É rígida garantindo a estabilidade da célula e Está envolvida em processos como a fagocitose e a pinocitose 5 Com o aquecimento global cada vez mais estamos sofrendo com dias muito quentes e secos Em um clima d Transporte Ativo e Difusão U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 135 destes um viajante anda por dois dias privado de água Durante esse período o que ocorreu a Aumento da secreção das funções renais diminuindo a concentração de urina na bexiga b Diminuição da permeabilidade dos túbulos renais à água devido a uma maior concentração de proteína no sangue c Diminuição da secreção do hormônio antidiurético na circulação aumentando a reabsorção de água d Aumento da pressão osmótica do plasma sanguíneo devido ao aumento da concentração do sódio e Diminuição das funções renais e aumento da reabsorção de água 6 Em uma aula de transporte de substâncias pelas membranas celulares um aluno percebe que não compreendeu os conceitos apresentados pelo professor e para ajudar o aluno o professor usou três exemplos 1º transporte iônico nas células nervosas 2º passagem de oxigênio pelas brânquias de um peixe e 3º passagem de glicose para o interior das células do corpo humano Explique os processos que definem esses exemplos 7 Por que as membranas celulares apresentam características hidrofóbicas em uma extremidade e hidrofílicas na outra extremidade U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 136 Diálogo aberto Seção 32 Sinalizações celulares Olá Caro aluno tudo bem com você Nesta seção iremos explorar um pouco mais da importância das membranas celulares mas com destaque para os sinalizadores celulares Você se recorda da seção anterior em que expliquei como são formadas as membranas plasmáticas e qual sua importância para o desenvolvimento das reações orgânicas Falamos da bicamada fosfolipídica da constituição de proteínas inseridas nesta camada dupla e como ocorrem os transportes de substâncias essenciais como o sódio e potássio Para os estudos desta seção iremos usar todos os conceitos já aprendidos nas seções anteriores Com destaque para o conjunto de reações que envolvem o funcionamento das reações químicas intracelular e extracelular destacando a importância dos aminoácidos proteínas enzimas carboidratos lipídios vitaminas e sais minerais para que ocorra os processos de sinalização e comunicação entre as células Como já vimos as membranas celulares usam as proteínas inseridas em sua bicamada lipídica que atuam como receptores proteicos e ainda são responsáveis pelo transporte de moléculas para o meio intracelular e extracelular assim os receptores na superfície da membrana atuam como transdutores de sinal no entanto cada célula é programada para responder a combinações específicas de moléculas sinalizadoras gerando uma onda de sinalização e cumprindo o efeito biológico em cada célula Mas pense por que a necessidade de sinalização celular Essa capacidade surgiu com a necessidade de comunicação celular em um organismo multicelular e ela pode aparecer de algumas formas sinalização parácrina autócrina intrácrina endócrina sináptica e neuroendócrina No decorrer da seção iremos desvendar cada uma e você compreenderá a importância destes processos para a formação de um organismo complexo e multicelular Como já falamos na seção anterior o mundo em que vivemos é superpopuloso e poluído e essa poluição nos prejudica organicamente Pense nas águas como está a saúde dos rios e mares E lembrese de que muitas pessoas não têm acesso à água potável e estão sujeitas a U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 137 patógenos que podem levar à morte Segundo a Organização Mundial de Saúde OMS MÉDICOS SEM FRONTEIRAS 2013 cerca de três milhões de casos de cólera são registrados por ano Agora como o agente causador da cólera pode afetar a sinalização celular Para você compreender de forma clara analise a situação Moçambique um país do sul da África registrou um surto de cólera iniciado em 2014 e ainda está causando vítimas Shaira uma adolescente de 16 anos foi contaminada na província de Zambézia Ela apresenta sintomas de diarreia náuseas e vômitos sede excessiva pele seca e enrugada entre outros Relacione os fatores com a sinalização celular No decorrer da seção você terá embasamento para chegar a conclusões sobre esse caso Reflita Os receptores em cima da membrana agem como transdutores de informações para que as funções celulares sejam efetuadas corretamente Lembrese A composição das membranas plasmáticas está relacionada às várias atividades que ela tem no organismo Não pode faltar 321 Sinalizadores nas membranas celulares Até agora você verificou os conceitos de reações que ocorrem nas células agora vamos estudar como um organismo multicelular consegue regular todas as suas atividades Os sinalizadores podem ser chamados de mensageiros e atuam diretamente no metabolismo na multiplicação secreção produções de hormônios e anticorpos e em todas as atividades celulares e teciduais Mas como são formados esses mensageiros São moléculas pertencentes a várias famílias de substâncias bioquímicas e atuarão entre células que podem estar próximas ou distantes Podemos destacar como moléculas sinalizadoras ou ligantes proteínas peptídeos aminoácidos nucleotídeos hormônios derivados de ácidos graxos e até gases As moléculas receptoras estão na superfície das membranas ou intracelular destacando que cada molécula receptora deve reconhecer especificamente a molécula sinalizadora U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 138 Os sinais podem ser químicos ou elétricos formam uma complexa sequência de causa e efeito resumidamente podemos destacar três sistemas básicos de comunicação transferência citoplasmática direta de sinais químicoselétricos comunicação local por sinais químicos e comunicação a longa distância de sinais químicos através da circulação sanguínea Dentre essa divisão podemos classificar a comunicação de diferentes formas 1 Sinalização parácrina está relacionada com a secreção de substâncias que irão atuar em células próximas que não utilizam a circulação como exemplo podemos citar as células da musculatura lisa que serão tonificadas pelo óxido nítrico 2 Sinalização autócrina nesta sinalização as células irão secretar substâncias que se ligarão em seu próprio receptor de membrana isto é o sinal atuará na mesma célula é eficiente para ampliar sinais Exemplo está relacionado ao crescimento epidérmico 3 Sinalização intracrina já essa sinalização irá ocorrer dentro da célula portanto a célula irá produzir um substrato que se ligará a um receptor intracelular 4 Sinalização endócrina neste meio de comunicação as células secretoras irão liberar na corrente sanguínea moléculas que podem ser hormônios ou fatores de crescimento e essas moléculas atuarão em células distantes pois as moléculas sinalizadoras usam a corrente sanguínea para se locomover pelo organismo 5 Sinalização sináptica essas sinalizações são por meio de neurotransmissores em que as células nervosas neurônios trocam sinais e geram potencial de ação sinapses 6 Sinalização neuroendócrina essa sinalização é feita por células neuronais que irão secretar substâncias que irão agir em células distantes Você se lembra de quando estudamos a origem da vida Agora assimile que toda a vida de organismos pluricelulares está relacionada com as interações e comunicações que formam o conjunto de reações celulares Assimile O ambiente com pH ácido do estômago pode ser a primeira linha de defesa contra a bactéria da cólera pois esse patógeno não suporta acidez Reflita U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 139 Figura 32 Comunicação celular Fonte httpwwwbcmonlinecombrsinalizacaocelularaulasSinalizacaocelularpdf Acesso em 13 jun 2015 Caro aluno no capítulo 6 do livro de Junqueira e Carneiro você poderá ampliar seus conhecimentos sobre os sinalizadores celulares JUNQUEIRA L C CARNEIRO J Biologia celular e molecular 9 ed Rio de Janeiro Guanabara Koogan 2012 Pesquise mais Existem diferenças entre as moléculas químicas que são responsáveis pelas diversas atuações em vários locais essas moléculas ainda podem ter carácter hidrossolúvel que são provenientes dos aminoácidos catecolaminas e peptídeos possuem peso molecular considerável e podem ser chamadas de neurotransmissoras ou hormônios e carácter lipossolúvel que possuem pouco peso molecular e passam por difusão através das membranas são provenientes de esteroides tireóideos e gases como o gás óxido nítrico NO Outra forma de comunicação celular é feita por moléculas que passam por canais que estão presentes entre as células são formadas por proteínas das membranas denominadas junções comunicantes GAP Junctions U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 140 Figura 33 Sequências de sinalizações Fonte httpwwwlookfordiagnosiscommeshinfophptermProteC3ADnasQuinasesD ependentesdeCC3A1lcioCalmodulinalang3 Acesso em 13 jun 2015 As proteínas G são compostas por mais de 50 tipos como exemplo podemos citar Gs G1 Ga GK Golf Go e Gt São receptores de membrana formados por proteínas multipasso isto é que atravessam a dupla camada lipídica várias vezes Sua ativação está relacionada a diversas substâncias como hormônios neurotransmissores e mediadores locais Receptores associados à proteína G podem gerar sinais intracelulares que inibem ou estimulam uma função As contrações da musculatura lisa são involuntárias isto é não estão sob nosso comando Essa musculatura se encontra em diversos órgãos internos como tubo digestivo bexiga útero etc no entanto se não comandamos os movimentos deste músculo quem efetua essa função Resposta os receptores adrenérgicos são da classe dos receptores ligados às proteínas G possuem subtipos divididos em alfa e beta em que o receptor alfa está envolvido na contração do músculo liso Faça você mesmo 322 Classe de receptores de membranas As sinalizações intracelulares podem ser mediadas por receptores acoplados a canais iônicos acoplados à proteína G acoplados em enzimas adenilciclase guanilciclase tirosina cinase e fosfolipases A2 e C e transcrição gênica receptores nucleares U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 141 Quadro 31 Proteína G Proteína G e seus Receptores e Efetores Associados Proteína Receptores Efetores Efeito Gs B1 B2 B3 adrenérgico DA1 H1 H2 glucacon serotonina2 ACTH LH FSH GnRH TRH prostaciclina Adenil ciclase canais de Ca2 Aumento de AMPe Aumento da entrada de Ca2 G1 Alfa 2adrenérgico DA2 muscarínico opioide adenosina serotinina 1a Angiotensina endotelina1 trombina GABAb somatostatina Adenil ciclase fosfolipase A2 canais de K Redução de AMPc liberação de eicosanóide hiperpolarização Gk Muscarínico atrial Canais de K Hiperpolarização Ga Muscarínico M1 alfa 1adrenérgico Fosfolipase C beta Beta isoenzima Aumento IP3 DAG Ca2 Golf Olfatório Adenil ciclase Aumento de AMPc olfato Gt Fótons GMP ciclico Redução do GMPc visão Go Ainda sem definição Fosfolipase C canais de Ca2 Aumento de IP3 DAG Ca2 redução da entrada de Ca2 As proteínas G são Gs estimulação GI inibição Gk regulação de potássio Gq regulação da fosfolipase olfatória G transdução Go outrasAbreviações DA1 e DA2 Dopamina 1 e 2 H1 e H2 histamina 1 e 2 ACTH hormônio adrenocorticotrópico LH hormônio luteinizante FSH hormônio folículo estimulante TSH hormônio tireóideo estimulante VIP peptídeo vasoativo intestinal CRH hormônio liberador de corticotropina GHRH hormônio liberador do hormônio do crescimento GnRH hormônio liberador de gonadotropina TRH hormônio liberador de tireotropina GABA ácido aminobutírico AMPc adenosina 35 monofosfato cíclico GMPc Guanosina 35monofosfato cíclico IP3 trifosfato de inositol DAG 1 2 diacilglicerol Fonte httpwwwclasaanestesiaorgrevistasbrasilHTMLBraBiologiaMolecularDos Receptorehtm Acesso em 13 jun 2015 As proteínas G são verdadeiros portais para muitas substâncias sintéticas como anticolinérgicos e além disso agem como importantes intermediários para a fisiologia do organismo com destaque para o controle hormonal sistema cardíaco e funções cerebrais No entanto quando surgem alterações na fisiologia da proteína G podem gerar muitos distúrbios orgânicos A formação de um segundo mensageiro ocorre a partir da U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 142 enzima adenilato ciclase que é ligada à membrana celular e converte o ATP intracelular no segundo mensageiro chamado de AMPc Agora pense se ocorrer o aumento no nível de AMPc o que irá ocorrer A ativação de uma proteína cinase AMPc que irá ativar outras enzimas e gerar uma resposta celular Para os processos de sinalização intracelular mediados por receptores associados a enzimas ocorre o contrário dos receptores associados a proteínas G neste caso são proteínas unipasso isto é atravessam a bicamada lipídica uma única vez que ativados por ligantes desencadeiam respostas em cascatas de fosforilação direta sem a necessidade de ativação de mais uma proteína mensageira Podemos classificar em cinco classes esses receptores associados a enzimas receptores guanilil ciclase receptores tirosina cinases receptores associados à tirosina cinases receptores tirosina fosfatases e receptores serinatreonina cinase Agora que você já sabe as funções das sinalizações celulares reflita sobre a situaçãoproblema apresentada no Diálogo Aberto e relacione os sintomas da cólera com as funções dos sinalizadores A sobrevivência das células está diretamente relacionada com a forma que elas conseguem efetuar suas comunicações o que proporciona o perfeito funcionamento de funções de homeostasia de correções nos tecidos e formação do processo imunológico mas erros nestas informações podem causar equívocos e gerar doenças graves como o câncer Agora descreva como as células perdem a capacidade de comunicação e geram doenças Resposta para ocorrer a formação de tecidos e órgãos as células precisam se comunicar para definir as funções e atuações de cada uma Caso ocorra uma desregulação nas sinalizações celulares as células não irão conseguir efetuar suas funções se desorganizando e causando doenças como o câncer Agentes patogênicos substâncias tóxicas entre outros fatores podem causar a desregulação nos sinais celulares As células cancerígenas não apresentam funções regulares de crescimento e proliferação o que gera uma grande quantidade de células anormais Exemplificando U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 143 Sem medo de errar Com os conceitos expostos nesta seção podemos analisar a situaçãoproblema em que Shaira uma adolescente de 16 anos foi contaminada na província de Zambézia apresentou sintomas de diarreia náuseas e vômitos sede excessiva pele seca e enrugada entre outros A proteína G recebeu esse nome devido à sua atuação com os nucleotídios guanílicos GDP guanosina difosfato e GTP guanosina trifosfato Como a cólera é uma doença bacteriana infectocontagiosa que afeta o intestino delgado tem como agente o Vibrio Cholerae uma bactéria que libera uma toxina chamada CTX que se apresenta em duas partes A e B onde a parte B é específica para os receptores que estão na membrana das células intestinais já a parte A da toxina age causando ADPribosilação na proteína G impedindo sua capacidade de hidrolisar o CTP ligado a ela isso leva a uma ativação da enzima adenilato ciclase que proporciona um aumento dos níveis de AMPc intracelular Assim o AMPc irá se ligar à proteína cinase A que irá ativar outras proteínas que irão afetar os canais de cloro que desregula a secreção de cloro sódio e água que irão ser eliminados descontroladamente pelas células intestinais causando diarreias e desidratação As células mantêm uma comunicação característica de causa e efeito que é mediada por receptores citoplasmáticos que estimulam ou inibem sistemas enzimáticos através de proteínas presentes nas membranas celulares Assim perceba que os sinalizadores celulares estão relacionados à permanência da vida celular pois se as células não se comunicassem estariam fadadas à morte Para sobreviver e formar os organismos as células precisam receber diversas informações do meio externo como exemplo podemos citar a disponibilidade de nutrientes o número total de células que compõem o organismo e suas atuações organizando a especificidade de cada atuação Atenção Lembrese U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 144 Pratique mais Instrução Desafiamos você a praticar o que aprendeu transferindo seus conhecimentos para novas situações que pode encontrar no ambiente de trabalho Realize as atividades e depois compareas com as de seus colegas Angina Pectoris 1 Competência de fundamentos da área Conhecer a estrutura e as funções das moléculas biologicamente importantes ao organismo bem como as transformações químicas realizadas pelas células nos seus processos metabólicos Identificar e compreender os mecanismos da hereditariedade 2 Objetivos de aprendizagem Compreender a importância dos sinalizadores celulares e entender a razão da comunicação celular 3 Conteúdos relacionados Origem celular macronutrientes micronutrientes processos ácidosbase membrana plasmática 4 Descrição da SP Ângelo um contador em plena temporada de entrega de imposto de renda sofre dores no peito no entanto possui uma rotina de fumante compulsivo e estresse elevado Com o passar dos dias a dor permanece e por insistência da esposa resolve procurar um médico que diagnostica que Ângelo está com angina pectoris que tem como característica o estreitamento das artérias que conduzem o sangue ao coração isso ocasiona uma redução na oferta de nutrientes e oxigênio ao coração e a dor é decorrente da má irrigação do coração Relacione a atuação do gás óxido nítrico com essa doença lembrese da importância dos sinalizadores celulares e como possuem funções específicas 5 Resolução da SP Para concluir essa situaçãoproblema você precisa compreender o papel dos sinalizadores celulares e como efetuam sua atuação mediante substâncias que se ligam a moléculas específicas e desempenham uma resposta para determinados processos orgânicos As moléculas hidrossolúveis são provenientes dos aminoácidos as catecolaminas peptídeos possuem peso molecular considerável e podem ser chamadas de neurotransmissoras ou hormônios E carácter lipossolúvel que possuem pouco peso molecular e passam por difusão através das membranas são provenientes de esteroides tireóideos e gases como o gás óxido nítrico NO Avançando na prática Lembrese U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 145 Mediante os muitos conceitos apresentados nesta seção defina o papel da acetilcolina e onde ela atua no organismo Resposta a acetilcolina é um neurotransmissor um éster do ácido acético e da colina tem a ação proporcionada pelos receptores nicotínicos e muscarínicos Sua ação é sobre o sistema nervoso central e periférico e nos gânglios autônomos 1 A comunicação celular é proporcionada pela membrana celular Que possui em sua composição proteínas lipídios e receptores celulares Sobre esses receptores é correto afirmar que a Um mesmo tipo de sinalizador irá produzir uma resposta para um receptor inespecífico b Receptores iguais são emitidos para atuar como sinais em diferentes células c Molécula receptora deve reconhecer especificamente a molécula sinalizadora d Moléculas sinalizadoras inespecíficas se ligam a um único tipo de receptor sinalizador e Um mesmo tipo de sinalizador irá produzir uma resposta para vários receptores inespecíficos 2 Quais são os quatro tipos de receptores de superfície celular de ligantes hidrossolúveis a Receptores acoplados a canais iônicos acoplados a proteína G acoplados em enzimas adenilciclase guanilciclase tirosina cinase e fosfolipases A2 e C e transcrição gênica receptores nucleares b Receptores parácrina autócrina endócrina canais iônicos c Receptores dos canais iônocos intrácrina sináptica e Faça valer a pena Faça você mesmo U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 146 autócrina d Receptores acoplados à proteína G acoplados a enzimas parácrina e endócrina e Receptores de canais iônicos autócrina endócrina e proteínas G 3 Existem no organismo muitas moléculas que agem como sinalizadoras Indique a alternativa que descreve uma destas moléculas a Ácido clorídrico b Hidróxido de sódio c Hidróxido de chumbo 4 A tirosina pode ser encontrada em peixes e nozes é um importante composto do organismo humano e é composto quimicamente por sendo produzido na glândula é armazenado no interior da célula pela proteína sendo liberado no Mediante sua solubilidade e localização do receptor a tirosina é classificada como um hormônio a Aminoácidos tireoide tireoglobulina sangue lipofílico b Lipídios pâncreas tireoglobulina plasma hidrofílico c Sódio adrenal tireoglobulina sangue lipofílico d Aminoácidos pâncreas tireoglobulina plasma hidrofílico e Lipídios adrenal tireoglobulina sangue lipofílico 5 Quais são as formas de comunicação entre as células a Sinalização por canais iônicos autócrina intrácrina endócrina sináptica e neuroendócrina d Hidrato de carbono e Ácido acético U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 147 b Sinalização parácrina autócrina intrácrina endócrina sináptica e neuroendócrina c Sinalização por proteínas G por canais iônicos autócrina intrácrina endócrina d Sinalizações por associações a enzimas parácrina autócrina intrácrina endócrina e Sinalização por proteínas G endócrina sináptica e neuroendócrina 6 Qual é a diferença entre sinalizadores ligantes e receptores 7 O organismo precisa estar em perfeito equilíbrio para as células desempenharem suas funções mediante a esse conceito defina a importância da comunicaçãosinalização celular para a manutenção da homeostase no organismo U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 148 Diálogo aberto Seção 33 Citosol e citoesqueleto Olá Prezado aluno nesta seção iremos abordar estudos sobre o citosol e citoesqueleto mas para avançarmos nestas questões você deverá recordar as seções anteriores em que falamos da formação celular das diferenças entre as células a constituição bioquímica das células e as reações nas quais estão envolvidas destacando o pH orgânico a formação de proteínas a absorção dos macronutrientes e micronutrientes Para essa seção retornaremos algumas vezes na importância das proteínas como base para formação de estruturas como as fibras de actina microtúbulos e filamentos intermediários presentes nos citoesqueletos das células Tais fibras participam de eventos fundamentais para divisão celular são destaque na estruturação celular pois formam uma rede que permite as células manterem o formato e se movimentarem Os organismos formados por células eucariontes são complexos pois possuem um sistema de endomembranas e muitas organelas com funções bem definidas Os perigos da poluição não nos dão trégua podem nos afetar em todos os níveis celulares e causar danos que levem à morte celular ou alterações nas funções vitais Muitas indústrias usam em seus processos de produção metais pesados como mercúrio chumbo cádmio entre outros Parte destes resíduos provenientes dos processos vão para os cursos de água dos rios colocando toda a cadeia alimentar em risco incluindo os seres humanos Além das indústrias outro ponto preocupante de poluição por metais pesados são os incineradores de resíduos urbanos resíduos comuns de serviços de saúde resíduos perigosos e industriais Mas como os metais pesados irão agir no organismo de seres eucariontes Quais alterações podem gerar Na década de 1980 a cidade de Cubatão no estado de São Reflita U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 149 Paulo foi cenário de discussões sobre contaminações por metais pesados pois abriga um importante polo industrial do país Esse polo compreende indústrias petroquímicas fertilizantes siderúrgicas entre outras que lançam seus poluentes líquidos sólidos e gasosos no ecossistema causando alterações perigosas para a saúde do meio ambiente como um todo componentes bióticos e abióticos Muitas doenças foram relacionadas à poluição e algumas ainda estão sendo pesquisadas Miguel morador da cidade de Cubatão sofre com uma patologia respiratória a asma doença inflamatória crônica em que os pulmões são mais sensíveis e reagem de forma mais intensa a qualquer agente tóxico Nos últimos meses Miguel sofre crises constantes e com sintomas agravados de falta de ar e tosse Mas como os metais pesados existentes na poluição podem ampliar os sintomas e as crises da doença Como tais toxinas afetam a formação dos citoesqueletos Para você compreender e concluir tais questionamentos explore a seção e ao final entenderá como todas as estruturas celulares agem em sintonia e dependência A célula é a unidade estrutural e funcional comum a todos os seres vivos e podemos encontrar seres constituídos por uma ou mais células Elas são responsáveis por realizar todas as funções vitais como reprodução crescimento alimentação movimentação reação a estímulos externos e respiração As células possuem diversas estruturas como já estudamos cada uma com funções bem definidas e de vital importância para o funcionamento do organismo como a membrana plasmática Nesta seção vamos destacar as funções do citoplasma e do citoesqueleto Mas você sabe a posição e constituição do citoplasma É o meio interno da célula onde ocorre a maioria das reações celulares e onde estão as organelas é formado de água proteínas sais minerais íons diversos aminoácidos livres e açúcares formando um material coloide uma espécie de gel que pode ser mais espesso na parte interna da célula gelatinoso chamado de endoplasma e menos denso nas periferias chamado de ectoplasma Tanto o endoplasma como o ectoplasma fazem parte do hialoplasma ou citosol denominado de matriz citoplasmática onde ocorrem as reações químicas metabólicas e Lembrese Não pode faltar U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 150 a ciclose que se refere ao movimento no interior das células Já o citoesqueleto é de importância fundamental para células eucariontes pois estrutura sua forma e permite seu deslocamento e ainda é responsável pelo transporte dos cromossomos na divisão celular É formado por três redes de fibras proteicas sendo os filamentos de actina os microtúbulos e os filamentos intermediários e todos são formados por diferentes tipos de proteínas Pense nas consequências para o bom funcionamento celular caso um desses filamentos não fosse formado adequadamente A polimerização ou despolimerização dos microtúbulos do citoesqueleto podem deixar o citosol em condições solúveis ou em gel As alterações no esqueleto celular podem ser causadas por drogas toxinas vírus etc Causando inibição ou estimulação de atividades associadas às funções do citoesqueleto as ações podem tanto alterar como destruir microfilamentos proteicos danificando a rede estrutural 331 Citosol constituição e função Lembrese da imagem de uma célula a membrana plasmática delimitando o meio externo do interno esse meio interno se trata do citoplasma celular Imagine uma linha de produção fabril em que todos têm suas funções sincronizadas no citoplasma também ocorrem funções bem definidas pois neste espaço estão as organelas como mitocôndrias lisossomos e retículos endoplasmáticos Já o núcleo celular é o seu conteúdo não são considerados parte do citoplasma pois possuem ambiente próprio As funções e a estruturação dessas organelas e muitas outras estudaremos na seção seguinte O espaço citoplasmático é aquoso sendo formado por 80 água além das enzimas carboidratos sais proteínas e RNA dissolvidos nesta solução que são fundamentais para que ocorram as reações celulares Assimile U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 151 Agora dentro do tipo celular eucarionte temos as células animais e vegetais e a composição citoplasmática se difere pois em células vegetais ocorrem a presença de vacúolos que ocupam grande espaço dentro da célula e nas células animais o citoplasma ocupa metade do volume celular A parte fluida gelatinosa translúcida do citoplasma é denominada citosol ou hialoplasma sendo a região do citoplasma que fica entre as organelas Com relação às funções citoplasmáticas podemos destacar a formação morfológica da célula relacionada à consistência do citosol onde ficam armazenadas as substâncias necessárias para as reações ocorre também movimento celular proporcionado pelo citosol Portanto o citosol é formado por água sais íons e moléculas proteicas que constituem o citoesqueleto que dão forma à célula e facilitam o movimento dela No citosol também ocorre a comunicação celular interna No entanto em todo espaço citoplasmático podemos citar inúmeras atividades fundamentais como a divisão celular que ocorre no espaço citoplasmático com importante papel das fibras do citoesqueleto Prezado aluno para maiores informações não deixe de verificar o livro Junqueira e Carneiro capítulos 5 e 7 JUNQUEIRA L C CARNEIRO J Biologia celular e molecular 9 ed Rio de Janeiro Guanabara Koogan 2012 Leia também o artigo O papel das proteínas do citoesqueleto na fisiologia celular normal e em condições patológicas Disponível em httpwww scielobrpdfjecnv17n1v17n1a05pdf Acesso em 20 jun 2015 332 Citoesqueleto Filamentos de actina filamentos intermediários e microtúbulos Citoesqueleto forma uma rede proteica no citoplasma celular e participa de algumas funções muito importantes para a vida celular como movimento estrutura e transporte no entanto as fibras proteicas que formam o citoesqueleto se relacionam com funções de contração muscular e também atuam em funções de diversas células epiteliais inclusive nas vias respiratórias Pesquise mais U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 152 Figura 34 Citoesqueleto celular Fonte httpwwwebahcombrcontentABAAAfrx0ADcitoesqueleto Acesso em 20 jun 2015 O movimento dentro da célula ciclose é possível devido à presença de proteínas motoras divididas em dois grupos dineínas e cinesinas que junto aos microtúbulos e fibras de actina e miosina proporcionam o deslocamento celular Os filamentos de actina estão no citoplasma em maior quantidade do que as outras fibras e são constituídos por proteína actina G em meios de menor força iônica e se apresentam de forma globular que se polimeriza em meios de maior força iônica formando a actina F sendo fibrosa Cada fibra é formada por muitas moléculas de actina com uma extremidade positiva e outra negativa assim a parte positiva tem crescimento mais rápido enquanto a negativa cresce lentamente Os filamentos intermediários são estruturalmente mais grossos e resistentes do que os filamentos de actina e por serem mais finos do que os microtúbulos são chamados de intermediários São importantes para as células que sofrem tensão mecânica sua formação também se difere dos outros filamentos sendo constituído por moléculas alongadas em que cada uma possui três cadeias polipeptídicas enroladas em hélice tendo como base proteínas fibrosas assim como exemplo de filamentos formados podemos citar a queratina e vimentina O movimento dentro do citoplasma das células vegetais se torna Faça você mesmo U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 153 contínuo e impulsionado por proteínas o que é muito importante para que ocorra o transporte de substâncias Defina o nome deste processo Resposta o movimento dentro do citoplasma celular é chamado de ciclose em células vegetais esse processo possibilita o descolamento dos cloroplastos até a parte mais exterior do citoplasma para facilitar a absorção de luz e calor proveniente do meio externo A ciclose só ocorre devido a interações entre as proteínas actina e miosina e as proteínas dos microfilamentos Os microtúbulos são alongados rígidos e estão presentes em todo citoplasma Cada um é formado pela junção de dímeros proteicos dispostos em hélice os quais são formados por moléculas de tubulina unidas por duas subunidades tubulina alfa e tubulina beta A polarização e despolarização dos microtúbulos estão relacionadas ao crescimento deles sendo que na extremidade polimerizada há maior crescimento o qual é chamado de mais e a despolimerizada é chamada de menos Os filamentos do microtúbulo são fundamentais para o fuso que se forma na divisão mitótica inúmeros microtúbulos se originam e partem da região central da célula que também pode ser chamada de centrossomo e agem na divisão dos cromossomos na divisão celular Os filamentos de miosina se formam com a associação de filamentos intermediários têm função motora e principalmente pelas contrações musculares é dividida em duas classes miosina I e II sendo que a miosina I está presente nas células não musculares O papel da miosina II está relacionado com o descolamento da actina em sentido contrário promovendo a contração muscular Alterações na formação das fibras celulares podem causar sérios danos à estrutura e ao funcionamento das células substâncias tóxicas vírus entre outros fatores podem levar ao desenvolvimento de doenças ou ao agravamento de patologias já existentes no organismo Reflita U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 154 Figura 35 Representação dos três tipos de filamentos Fonte httpwwwgeocitieswsbatxilleratbiologiacelcitoplasmahtm Acesso em 20 jun 2015 Muitos anfíbios e peixes usam como mecanismo de defesa a mudança de coloração as células pigmentadas com grânulos de melanina no citoplasma Descreva como ocorre a movimentação destes grânulos para que o ajuste da cor seja efetuado Resposta o transporte dos grânulos de cor é feito pelos microtúbulos ao longo de todo citoplasma ajustando a cor do animal Prezado aluno após a exposição dos conceitos referentes ao citoplasma e citoesqueleto celular podemos voltar à situação problema apresentada no Diálogo aberto em que Miguel morador da cidade de Cubatão e asmático vem sofrendo com as crises da doença A poluição da cidade pode estar desencadeando com mais frequência as crises em Miguel agindo como um gatilho Essa doença se caracteriza pelo estreitamento dos bronquíolos dificultando a passagem de ar e causando contrações ou broncoespasmos e ainda ocorre o aumento de muco devido à inflamação dos bronquíolos que dificulta ainda mais a respiração A contração muscular é possível devido à capacidade de encurtamento das miofibrilas que são os filamentos citoplasmáticos das células musculares Exemplificando Sem medo de errar Lembrese U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 155 O estreitamento dos bronquíolos e a dificuldade na passagem de ar segundo estudos recentes estão relacionados ao aumento da musculatura dos brônquios e à hipertrofia das células musculares composta pelos filamentos de actina e miosina Os poluentes além de agirem como gatilhos nas crises de asma podem danificar as propriedades mecânicas estruturais e regulatórias do músculo liso das vias respiratórias metais pesados e formaldeídos presentes nos poluentes entram nas células do músculo liso e criam ligações covalentes com as proteínas da matriz extracelular e com os filamentos citoplasmáticos causando danos em algumas funções como nas contrações musculares A poluição é causada pelo ser humano e deixa o meio onde vivemos impróprio os efeitos da poluição podem ser diretos como nos casos de doenças respiratórias e indiretos para o homem como a contaminação da água e do solo que afeta toda a cadeia alimentar e poderá nos atingir por meio da alimentação Pratique mais Instrução Desafiamos você a praticar o que aprendeu transferindo seus conhecimentos para novas situações que pode encontrar no ambiente de trabalho Realize as atividades e depois compareas com as de seus colegas Hipertrofia Muscular 1 Competência de fundamentos da área Conhecer a estrutura e as funções das moléculas biologicamente importantes ao organismo bem como as transformações químicas realizadas pelas células nos seus processos metabólicos Identificar e compreender os mecanismos da hereditariedade 2 Objetivos de aprendizagem Identificar a importância do citosol e citoesqueleto celular 3 Conteúdos relacionados Origem celular macronutrientes micronutrientes processos ácidosbase membrana plasmática sinalizadores celulares Atenção Avançando na prática U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 156 4 Descrição da SP A atualidade é marcada por muitos fatores que influenciam a maioria das pessoas no entanto a prática de exercícios físicos vem sendo muito explorada para melhorar a saúde dos indivíduos principalmente no que se refere à diminuição da porcentagem de gordura corporal à aceleração do metabolismo ao aumento da força muscular entre outros benefícios No entanto Marcos de 19 anos vem se esforçando muito nos treinos diários em uma academia para deixar seus músculos hipertrofiados Como a prática de atividades pode levar à hipertrofia muscular Relacione essa condição com os filamentos citoplasmáticos 5 Resolução da SP Para chegar à conclusão da questão pense nos conceitos aprendidos referentes à formação do citoesqueleto e dos filamentos que o compõem relacionando a função de cada um Os microtúbulos são pequenos filamentos de comprimento variável e se apresentam associados a proteínas em forma de rede ou feixes no citosol Para que ocorra a divisão celular é fundamental a formação do fuso mitótico que se liga no centrômero dos cromossomos e os puxa para os polos da célula em seguida a célula sofre citocinese Defina o papel dos filamentos citoplasmáticos neste processo Resposta a formação do fuso mitótico só é possível devido à presença dos filamentos proteicos no citosol os filamentos participam do fuso e do processo de citocinese em que possibilitam a formação de um anel contráctil na região equatorial da célula gerando o estrangulamento da célula do interior para o exterior e surgindo duas células 1 Os filamentos de estão no citoplasma em maior quantidade do que as outras fibras são constituídos por proteína em meios de menor força iônica e se apresentam de forma globular que se polimeriza em meios de maior força iônica formando a sendo fibrosa a Actina actina G actina F Lembrese Faça você mesmo Faça valer a pena U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 157 b Actina alfa actina beta actina F c Actina beta actina alfa actina G d Actina actina beta actina F e Actina Alfa actina actina G 2 De acordo com os conceitos apresentados nesta seção identifique as estruturas 1 2 e 3 da figura a 1 microtúbulos 2 filamentos de actina 3 filamentos intermediários b 1 filamentos de actina 2 filamentos intermediários 3 microtúbulos c 1 proteínas Tubulinas 2 microtúbulos 3 filamentos intermediários d 1 filamentos de actina 2 proteínas tubulinas 3 microtúbulos e 1 microtúbulos 2 filamentos de actina 3 proteínas tubulinas Fonte httpwwwinfoescolacomcitologiacitoesqueleto Acesso em 21 jun 2015 U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 158 3 O citoplasma celular compreende três filamentos um deles exerce maior resistência a tensões mecânicas Assinale a alternativa que define esse filamento a Filamentos de actina b Filamentos intermediários c Filamentos intermediários associados aos filamentos de actina d Microtúbulos e Filamentos de actina associados aos microtúbulos 4 O citosol do citoplasma celular é caracterizado por sua composição e seu estado físico Escolha a alternativa que define tais características a Apresentase em estado sólido e é constituído somente por proteínas actina e tubulinas b Apresentase em estado aquoso e é formado por aminoácidos e água c Apresentase em estado sólido e é formado por proteínas e sais minerais d Apresentase em estado aquoso e é formado por água e íons e Apresentase em estado aquoso e é formado por água sais íons e moléculas de proteicas 5 A divisão celular é um processo vital para continuidade da vida em seres pluricelulares Para ocorrer essa divisão o citoplasma celular sofre algumas alterações e um dos eventos mais significativos é a formação do fuso mitótico Identifique a principal estrutura deste fuso a Filamentos de actina b Filamentos de miosina c Filamentos intermediários U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 159 d Microtúbulos e Filamentos de actina associados à miosina 6 As células eucariontes possuem um sistema de organelas celulares complexa e bem definida entre essas organelas se encontra o citoesqueleto Defina sua função e constituição 7 O citoplasma celular é composto por muitas estruturas mas é delimitado por um espaço Qual é a região dentro da célula que compreende o citoplasma U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 160 Seção 34 Sistema de endomembranas e organelas Olá Tudo bem com você Vamos iniciar a quarta seção desta unidade em que falaremos dos sistemas de endomembranas e das organelas no entanto para avançar você precisa recordar as seções anteriores em que falamos da composição e função da membrana plasmática dos sinalizadores celulares e destacamos o citosol e citoesqueleto celular Até essa seção você já esteve em contanto com muitos conceitos e pôde perceber que apesar das condições externas o organismo luta sempre para se manter constante isso acontece porque possuímos mecanismos de proteção e regulação que por exemplo aquecem o ar frio que inalamos umedece o ar seco e mantém o fluxo sanguíneo dentro de limites ideais No entanto quando ocorre exposição por inalação ingestão ou exposição cutânea em excesso a algum agente tóxico o organismo irá reagir de forma a causar prejuízo ao sistema orgânico Como percebemos nas seções anteriores os agentes poluentes causam muitos problemas ao ecossistema como um todo e o ser humano vem sendo afetado em grande parte por suas próprias ações poluidoras No Brasil a cidade de São Paulo é famosa por sua poluição ambiental onde se observa uma atmosfera carregada de poluentes como o monóxido de carbono CO que é um gás inodoro incolor insípido produzido por queima incompleta de combustíveis que contêm átomos de carbono A substância que carrega oxigênio aos tecidos é a hemoglobina que está dentro das hemácias Para você compreender melhor a relação deste poluente com a saúde das pessoas expostas analise a seguinte situação Carmem uma estudante da cidade de São Paulo se locomove de metrô diariamente para chegar à escola e portanto está exposta constantemente ao monóxido de carbono expelido pelos Diálogo aberto Reflita U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 161 veículos em alguns momentos ela sente falta de ar e confusão mental Como esse gás age sobre a célula e afeta suas organelas O sistema de organelas e membranas possibilitou maior crescimento celular especialização nos processos divisão de tarefas entre os componentes celulares e eficiência metabólica Prezado aluno como estudado anteriormente as células podem ser procariontes ou eucariontes Para os conceitos desta seção iremos enfocar as células eucariontes que são ricas em sistema de membranas isto é possuem organelas membranosas originadas a partir da invaginação da membrana celular subdividindo o citoplasma celular e ocupando grande parte do espaço citoplasmático A composição destas membranas é basicamente lipídios proteínas hidratos de carbono ligados aos lipídios e proteínas no entanto a proporção desses elementos varia de acordo com a função da organela Saiba que cada organela possui uma função diferente na célula e são denominadas de duas formas as que possuem membranas e as que não possuem sendo que as desprovidas de membranas estão em contato direto com o citosol e isso facilita seu trabalho pois não precisam de transporte para desempenhar sua função Assim esse grupo de organelas é classificado em sintetizadas por RNA e proteínas e as que são sintetizadas pelas fibras insolúveis de proteínas As organelas membranosas mais importantes das células eucariontes são retículo endoplasmático liso e rugoso complexo ou aparelho de Golgi lisossomos vesículas vacúolos o núcleo celular também apresenta uma membrana carioteca Como exemplos de organelas soltas no citoplasma podemos destacar os ribossomos centríolos e microtúbulos Como em todo sistema celular as organelas também se comunicam internamente para isso usam os segmentos da membrana e a sinalização celular já as mitocôndrias e os cloroplastos não são enquadrados no sistema de organelas endomenbranosas Lembrese Não pode faltar U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 162 As células eucariontes são usualmente maiores e estruturalmente complexas As organelas presentes no citoplasma possuem papéis específicos definidos por reações químicas Como em qualquer linha de produção seja qual for o defeito em uma organela este gera problemas no funcionamento da célula e consequentemente em órgãos e no organismo As funções das organelas são bem específicas e dependentes uma das outras Os ribossomos por exemplo são responsáveis pela síntese proteica são grânulos de RNA e proteínas proteínas ribossomais caracterizamse pela presença no citoplasma e aderidos no retículo endoplasmático O retículo endoplasmático está relacionado com a síntese de proteínas e lipídios e é formado por tubos e sacos achatados que se estendem por todo citoplasma Apresenta se em duas formas o retículo endoplasmático rugoso e liso o rugoso está relacionado com a síntese de proteínas associada aos ribossomos já a porção lisa onde predominam túbulos e vesículas a função principal é a síntese de lipídios para que ocorra a formação de biomembranas Também ocorre o armazenamento de precursores de síntese de hormônios esteroides outras funções podem ser creditadas à porção lisa do retículo sendo a retirada de substâncias potencialmente tóxicas de dentro do organismo participam da segregação de regiões do citoplasma ou organelas envelhecidas para sua reciclagem no processo de autofagia armazenamento e regulação no uso do íon cálcio no metabolismo das células musculares O retículo endoplasmático também compartilha membrana com a face de maturação do complexo de Golgi TRANS formando as cisternas achatadas que dão estrutura à organela a partir desta formação junto ao retículo endoplasmático ocorre a doação de membranas para formação de lisossomo peroxissomos e vesículas O complexo de Golgi é formado por duas faces sendo CIS formação e TRANS maturação essas faces formam as redes de Golgi trans e Golgi cis assim as proteínas e os lipídios sintetizados no retículo endoplasmático entram pela rede de Golgi cis e saem pela trans Assimile U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 163 As proteínas que são produzidas nos ribossomos do retículo endoplasmático rugoso RER passam pelas vesículas achatadas e se deslocam em direção ao complexo de Golgi passando pelos canais do retículo endoplasmático liso REL Dentre as organelas endomembranais temos os lisossomos que possuem importante papel no funcionamento celular pois atuam na digestão celular sua formação é composta pelos sáculos do complexo de Golgi face trans Ao completar a formação vesicular no citoplasma irá ocorrer o bombeamento de prótons em seu interior para tornar o ambiente ácido pH em torno de 5 ativando assim as várias enzimas responsáveis pela degradação de diversas moléculas Os lisossomos são classificados em primário quando contêm em seu interior apenas enzimas quando associados a algum endossomo tardio ou outro vacúolo para digestão são chamados lisossomos secundários e os terciários aparecem quando em seu interior possuem resíduos não digeridos no processo de digestão Além dos lisossomos ocorre degradação proteica pelos proteassomas formadas por um conjunto de enzimas citoplasmáticas por várias classes de proteases que se apresentam em torno de um cilindro aparência da organela sua principal função é degradar proteínas danificadas mal dobradas com aminoácidos oxidados entre outras essas proteínas para serem degradadas devem ser reconhecidas pela proteína ubiquitina Um dado importante sobre a proteassoma é que sua ativação em excesso está relacionada a uma série de doenças Figura 36 Relação entre retículo endoplasmático e complexo de Golgi Fonte httpwwwcienticcomtemacelulaimg7html Acesso em 25 jun 2015 Reflita U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 164 Já os peroxissomos são importantes na conversão de peróxido de hidrogênio conhecido como água oxigenada H2O2 em água e oxigênio transformação de hidrogênio em oxigênio utilizam a enzima catalase em seus processos e disfunções relacionadas a eles podem causar intoxicação celular por peróxido de hidrogênio que se forma nas reações de transformação do peroxissomo Uma particularidade dos perosoxissomo é a capacidade de se replicar utilizando as proteínas do citoplasma As mitocôndrias se replicam com DNA próprio e são fundamentais para o funcionamento celular responsáveis pela síntese de ATP com uso de oxigênio envolvidas no ciclo de Krebs e na cadeia respiratória Caro aluno para saber mais sobre as mitocôndrias pesquise o capítulo 4 do livro JUNQUEIRA L C CARNEIRO J Biologia celular e molecular 9 ed Rio de Janeiro Guanabara Koogan 2012 Leia também a matéria Técnica possibilita tratamento para doenças do envelhecimento Disponível em httpwwwuspbraunexibir phpid5314 Acesso em 25 jun 2015 Os centríolos são fundamentais para divisão celular são formados por microtúbulos do citoesqueleto disposto por nove trios formando cilindros que se posicionam duplamente próximo ao núcleo celular Os vacúolos aparecem nas células eucariontes principalmente nos vegetais são revestidos por uma membrana e estão relacionados com a contenção de substâncias tóxicas e resíduos do metabolismo das células Perceba que todas as organelas tanto membranosas como soltas no citoplasma têm suas funções relacionadas portanto situações que possam causar lesões a uma organela irão afetar a célula por completo As células são as unidades fundamentais da vida possuem uma membrana plasmática que as separa do ambiente extracelular e um citoplasma com diversas organelas em que cada uma possui uma função específica no entanto com dependência uma da outra os Pesquise mais Exemplificando U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 165 lisossomos estão relacionados ao complexo de Golgi e ao retículo endoplasmático rugoso e todos dependem das mitocôndrias Explique a dependência de todas as organelas com relação às mitocôndrias Resposta as mitocôndrias são responsáveis pela produção de energia ATP assim elas transferem através de suas membranas o ATP para as organelas que conseguem energia para suas reações químicas para as mitocôndrias retornam ADPP para serem recarregados em ATP novamente formando um ciclo contínuo Pense nas células eucariontes como se fossem uma cidade onde podemos dizer que a membrana plasmática é o perímetro urbano a matriz citoplasmática é o espaço urbano e as organelas são a prefeitura as ruas e a central elétrica Resposta prefeitura é a central de decisões portanto nas células seria o núcleo ruas são as passagens e nas células seriam os retículos endoplasmáticos e a central elétrica seriam as mitocôndrias responsáveis pela energia celular Prezado aluno após os conceitos expressos na seção podemos avaliar a situação de Carmen que diariamente está exposta à poluição da cidade de São Paulo incluindo o gás monóxido de carbono que afeta principalmente as trocas gasosas efetuadas pela hemoglobina presente nas hemácias O oxigênio entra no organismo pela respiração e segue para os capilares pulmonares onde as hemácias efetuam o recebimento de oxigênio levam esse oxigênio para células e recebem o CO2 para ser liberado no ambiente Nas células assim que o oxigênio chega às mitocôndrias irá efetuar o processo de geração de energia para as reações vitais Quando o monóxido de carbono entra na corrente sanguínea afeta essa troca pois a hemoglobina não consegue se livrar do CO não pode trocálo por O2 e consequentemente oxigenar o organismo É por isso que o CO Faça você mesmo Sem medo de errar U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 166 é um asfixiante sistêmico Assim com 30 das hemoglobinas saturadas de monóxido de carbono as células já começam a apresentar sinais de hipóxia se a saturação chegar a 60 pode ocorrer perda de consciência e morte Carmem está sendo intoxicada pelo CO e por isso suas hemácias não estão conseguindo levar oxigênio para as células e liberar o gás carbônico para o ambiente causando mau funcionamento das organelas que dependem da formação de ATP pelas mitocôndrias para realizar suas reações químicas O gás monóxido de carbono é incolor insípido e produzido pela queima incompleta de combustíveis fosseis isto é contém átomos de carbono A intoxicação por CO pode ser revertida basta o indivíduo parar de inalar o gás assim a hemoglobina livrase do gás tóxico o sistema sanguíneo produz novas hemácias e após alguns dias o ciclo de oxigenação tende a voltar ao normal Pratique mais Instrução Desafiamos você a praticar o que aprendeu transferindo seus conhecimentos para novas situações que pode encontrar no ambiente de trabalho Realize as atividades e depois compareas com as de seus colegas Caquexia 1 Competência de fundamentos da área Conhecer a estrutura e as funções das moléculas biologicamente importantes ao organismo bem como as transformações químicas realizadas pelas células nos seus processos metabólicos Identificar e compreender os mecanismos da hereditariedade 2 Objetivos de aprendizagem Compreender o impacto das organelas nos processos vitais da célula 3 Conteúdos relacionados Origem celular macronutrientes micronutrientes processos ácidosbase membrana plasmática citosol e citoesqueleto Atenção Lembrese Avançando na prática U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 167 4 Descrição da SP Em um hospital oncológico foi identificado que alguns pacientes desenvolviam alguns sintomas como perda de peso com predominante perda de massa corpórea proteína muscular e tecido adiposo Relacione esses sintomas à ação das proteassomas 5 Resolução da SP Para resolver a situaçãoproblema apresentada analise a função das proteassomas e as organelas que atuam em conjunto com ela Proteassomas possuem enzimas chamadas proteases que degradam proteínas O fígado dos mamíferos possui muitas funções é um órgão que faz parte do sistema digestório muito importante para a digestão pois uma das principais funções é de metabolizar e armazenar nutrientes e destoxificação de muitas drogas no entanto qual organela irá se apresentar em maior quantidade neste órgão quando está atuando em substâncias tóxicas Resposta a organela em destaque é o retículo endoplasmático liso que participa de processos de desintoxicação do organismo absorvendo e modificandodestruindo as substâncias tóxicas 1 Os tecidos conjuntivo e muscular apresentam muitas organelas como pois precisam de mais intensa para manter seu metabolismo acelerado a Mitocôndrias e síntese energética b Ribossomos e síntese enzimática c Lisossomos e síntese proteica d Proteassomas e síntese energética e Peroxissomos e síntese proteica Lembrese Faça você mesmo Faça valer a pena U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 168 2 Em uma célula saudável todas as organelas desempenham seu papel em dependência umas das outras Se retirarmos os lisossomos e ribossomos desta célula o que aconteceria a Será prejudicado o fornecimento de sódio e potássio b Será prejudicada a eliminação de peróxido de hidrogênio c Serão prejudicados o fornecimento de energia e a produção de proteínas d Serão prejudicados o armazenamento de lipídios e a produção de enzimas e Serão prejudicados a digestão celular e a produção de proteínas 3 A insulina começa a ser fabricada em estruturas granulosas será transferida para o interior de cisternas onde será armazenada e a energia para esses processos provém da a Retículo endoplasmático complexo de Golgi e mitocôndrias b Lisossomos complexo de Golgi e vesículas c Retículo endoplasmático lisossomos e peroxissomos d Mitocôndrias complexo de Golgi e retículo endoplasmático e Lisossomos mitocôndrias e complexo de Golgi 4 Em células eucariontes o retículo endoplasmático atua em parceria com o complexo de Golgi Assinale a alternativa que descreve a atuação destas organelas a Armazena os peptídeos da parede celular produzidos no complexo de Golgi que os processa antes da liberação b Sintetiza proteínas e as transfere para o complexo de U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 169 Golgi que as concentra e as libera em vesículas que terão diferentes destinos nas células c O retículo endoplasmático se associa ao complexo de Golgi e forma o acrossomo dos espermatozoides efetuando a digestão da parede do óvulo d Liberam proteínas digestivas nas vesículas que se associam aos lisossomos e Produzem enzimas que irão atuar junto aos lisossomos 5 A ação de alguns antibióticos pode ser específica em determinadas organelas Se a ação for nos ribossomos qual será a consequência a Morte da bactéria por inibir a síntese de proteínas b Paralização da ação bacteriana por ação enzimática c Nada irá acontecer pois os ribossomos não estão envolvidos em sínteses metabólicas d Irá ocorrer a alteração do DNA da bactéria e Irá impedir a recombinação gênica de um vírus 6 Defina sistema de endomembranas e cite três exemplos 7 As organelas celulares desempenham muitas funções e de acordo com a atividade do órgão algumas podem estar em maior quantidade No caso do tecido adiposo pardo ou multilocular do tecido ósseo e do fígado quais organelas estão em destaque U3 Estrutura celular membrana plasmática e citoplasma 170 Referências DE ROBERTIS E M F HIB J Bases da biologia celular e molecular 4 ed Rio de Janeiro Guanabara Koogan 2006 ENGELKIRK Paul G DUBENENGELKIRK Janet Microbiologia para as ciências da saúde 9 ed Rio de Janeiro Guanabara Koogan 2012 JUNQUEIRA L C CARNEIRO José Biologia celular e molecular 9 ed Rio de Janeiro Guanabara Koogan 2012 MARZZOCO Anita TORRES Bayardo Baptista Bioquímica básica 3 ed Rio de Janeiro Guanabara Koogan 2007 MÉDICOS SEM FRONTEIRAS OMS Cólera 2013 Disponível em httpwwwmsforgbroquefazemosatividadesmedicas colera Acesso em 20 jun 2015 U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 171 Unidade 4 Núcleo celular e fundamentos genéticos Prezado aluno seja bemvindo Estamos na última unidade de Ciências Moleculares e Celulares Nas seções anteriores enfocamos a relação das células com agentes que poderiam causar danos e modificar seu funcionamento impedindo a origem e continuidade da vida Para finalizar iremos falar dos processos que as células usam para se replicar e transmitir suas características com destaque para o núcleo e seus componentes como o DNA mostrando como ocorre sua formação e possíveis alterações As questões genéticas foram inseridas no mundo das ciências pelo monge Gregor Mendel em 1865 com seus experimentos em ervilhas efetuando cruzamentos entre elas Os resultados de tais estudos deram origem às leis de Mendel herança biológica que definem como as características genéticas podem ocorrer e a atuação destas na formação do indivíduo fenótipo e genótipo Quando falamos em núcleo celular já relacionamos com central de informações de uma célula mas você sabe do que é formado o material genético Como ele se replica e quais as propriedades estruturais e fisiológicas de um organismo Todas essas informações você encontrará no decorrer da unidade Para esta seção enfocaremos o núcleo celular e suas funções Qual o significado da palavra fenótipo Está relacionada às características morfológicas fisiológicas e comportamentais de cada indivíduo com o passar dos anos o fenótipo pode ser alterado pois envelhecemos e algumas características se modificam como a pele por exemplo Mas o fenótipo não é o único a compor um ser vivo está associado ao genótipo Modificações gênicas causam mudanças na formação dos seres vivos Desde que a vida surgiu ocorrem alterações genéticas Convite ao estudo U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 172 iremos estudar algumas causas nesta unidade Com certeza você já leu ou assistiu à história do Corcunda de Notre Dame do escritor Victor Hugo publicado pela primeira vez em 1831 em que o personagem principal é um homem com deformidades hereditárias Naquela época pessoas que possuíssem qualquer alteração genética eram consideradas monstros e muitos eram sacrificados ao nascer As alterações muitas vezes se refletem na imagem corporal em formação de órgãos deficiências neurológicas e motoras De acordo com o cromossomo afetado ou a informação genética emitida pelo DNA as transformações orgânicas podem ser drásticas No decorrer da unidade você encontrará muitos exemplos sobre as alterações genéticas e como essa condição se desenvolve quais as consequências ao organismo e casos em que mesmo com problemas genéticos indivíduos conseguem ter uma vida plena e feliz Competência a ser desenvolvida Conhecer a estrutura e funções das moléculas biologicamente importantes ao organismo bem como as transformações químicas realizadas pelas células nos seus processos metabólicos Identificar e compreender os mecanismos da hereditariedade Objetivos Identificar e compreender os mecanismos da hereditariedade Conhecer os eventos de transcrição e tradução do código genético Caracterizar os fatores reguladores e os eventos do ciclo celular e meiose suas finalidades e importância Analisar e interpretar os diferentes padrões de herança para melhor compreensão das patologias humanas de bases genéticas Identificar a origem das cromossomopatias e classificar as anomalias cromossômicas numéricas e estruturais Reconhecer os fatores reguladores e os eventos da diferenciação e morte celulares Compreender os diferentes padrões de herança e os modelos de herança pouco usuais U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 173 Diálogo aberto Seção 41 Ácidos nucleicos armazenamento e transmissão da informação genética Caro aluno para compreender plenamente esta unidade recorde os conceitos apresentados anteriormente quando falamos da origem e formação celular das reações químicas que as células realizam a importância das proteínas carboidratos lipídios e sais minerais na formação de todas as estruturas celulares a relação das organelas com as funções celulares todos os aspectos destes conceitos podemos analisar com as disfunções causadas por agentes tóxicos biológicos químicos e físicos Agora iremos finalizar com a apresentação do núcleo e suas funções com destaque para sua constituição e ação e novamente falaremos da importância das proteínas mas voltadas para a formação do DNA Nas células eucariontes o núcleo se assemelha possuindo estruturas como a carioteca repleta de um material filamentoso que se trata da cromatina ainda apresenta o nucléolo e um fluido chamado cariolinfa A carioteca é um envelope nuclear que protege o material nuclear é composta por duas membranas a parte interna chamada de cisterna perinuclear e a parte externa com ribossomos aderidos estão perto do retículo endoplasmático e possuem canais que fazem a comunicação entre o citosol e o núcleo As membranas são sustentadas por filamentos intermediários e na superfície interna se encontram com a lâmina nuclear composta por proteínas chamadas lâminas que fazem parte dos filamentos intermediários A constituição de ácidos nucleicos se dá por polímeros formados de nucleotídeos lembrando a aparência de um colar de pérolas no qual o cordão é a ligação covalente entre as pérolas que representam os nucleotídeos Reflita U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 174 Dentro da carioteca temos a cromatina que comanda as instruções para as funções celulares composta pelos ácidos nucleicos DNA e RNA O RNA apesar de sintetizado e processado no núcleo pode ser encontrado também no citoplasma celular As instruções são como receitas para a síntese de proteínas portanto os genes moléculas de DNA que são associados às proteínas formam os cromossomos Tais moléculas são a fonte da nossa existência e nosso funcionamento coordenam o que ocorre nas células e consequentemente em todo o organismo sendo responsáveis por características como a cor dos olhos e cabelos sua altura e pela predisposição a doenças pois a replicação do DNA precisa seguir a receita original de acordo com esse DNA que na verdade apenas possui a informação de como fazer as proteínas mas são os ribossomos citoplasmáticos retículo endoplasmático que funcionam como verdadeiros copiadores sintetizandoas A ponte entre o que está escrito no DNA e como isso vai virar proteína nos ribossomos é feita pelo RNA que faz uma cópia do DNA e serve como molde para as próximas células que irão formar um organismo Células eucariontes são complexas formadas por um sistema de endomembranas com organelas organizadas e o núcleo celular costuma ficar no centro das células no entanto podem aparecer na parte basal em algumas células Alterações na formação cromossômica ou na informação genética nas cópias trazem modificações na constituição de um organismo Mutações gênicas podem ocorrer em todos os seres compostos por ácidos nucleicos No entanto com o passar dos séculos a medicina nos deu muitas respostas a problemas de malformação gênica mas para sua reflexão segue uma situação do mundo moderno No ano de 1999 dona Rose esperava a chegada de seu primeiro filho Como toda gestante de uma cidade grande participou das consultas de prénatal fez os exames solicitados e descobriu ainda durante a gravidez que seu filho nasceria com polidactilia anomalia que se Lembrese U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 175 Não pode faltar define pelo aumento no número de dedos isto é o indivíduo terá mais de cinco dedos que podem ser nas mãos sendo chamado de quirodáctilos ou nos pés chamado de pododáctilos Para a família foi um susto mas o tempo restante de gestação permitiu que entendessem e aceitassem pois uma criança com alterações genéticas pode ter uma vida plena e feliz e essa alteração poderia ser corrigida com cirurgia Caro aluno mediante conceitos sobre a transmissão das informações genéticas para formação da cópia de DNA relacione as alterações genéticas com a morfologia fisiologia e comportamento de um indivíduo com alterações genéticas 411 Núcleo celular Nas células eucariontes geralmente o núcleo acompanha a forma da célula e fica na região central por exemplo se a célula for esférica o núcleo também será esférico se a célula for alongada como as células musculares o núcleo acompanhará essa forma O núcleo é a central de informações celulares foi exemplificado inicialmente por Franz Bauer no ano de 1802 depois em 1831 foi descrito com maiores detalhes pelo botânico Robert Brown O núcleo possui o material genético do organismo e proteínas com a função de regular a expressão gênica sendo processos de transcrição e processamento de RNA mensageiro Outro destaque do núcleo são os nucléolos envolvidos na produção de ribossomos A carioteca é formada por duas membranas lipoproteicas perfurada por poros que permitem o intercâmbio de macromoléculas Essa estrutura de membrana desaparece nas fases de divisão celular assim o conteúdo do núcleo fica solto no citoplasma pronto para os processos de divisão que veremos no decorrer da seção Para saber mais sobre a carioteca e os canais de comunicação leia o capítulo 8 do livro JUNQUEIRA L C CARNEIRO J Biologia celular e molecular 9 ed Rio de Janeiro Guanabara Koogan 2012 São chamados de ácidos nucleicos as moléculas ácidas presentes no núcleo sendo definições para DNA ácido desoxirribonucleico e Pesquise mais U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 176 RNA ácido ribonucleico A estrutura do DNA foi explicada por James Watson e Francis Crick em 1952 com o modelo da dupla hélice O DNA se apresenta como uma longa estrutura ramificada composta por muitos nucleotídeos sendo que cada nucleotídeo é formado por três componentes uma base nitrogenada que são adenina A timina T citosina C guanina G e uracila U mais um açúcar desoxirribose DNA ou ribose RNA e um grupo fosfato responsável pela acidez dos ácidos nucleicos essas bases conseguem se ligar umas às outras por pontes de hidrogênio A leitura do código genético contido no DNA é efetuada em grupos de três nucleotídeos os códons correspondentes a uma sequência de três bases nitrogenadas consecutivas trinca do RNA mensageiro e anticódon corresponde a uma sequência de três bases nitrogenadas trinca do RNA transportador associandose a uma trinca do RNA mensageiro quando este está ligado ao ribossomo durante a etapa de tradução do processo de síntese proteica Nas células dos seres humanos o DNA se encontra na forma de dupla fita enquanto o RNA se apresenta na forma de fita simples A ligação das bases é um processo específico no qual T só pareia com A C com G G com C e U com A e A pareia com T ou U no caso de RNA A informação genética de cada cromossomo é chamada de genoma Nas células humanas temos 46 cromossomos que são finíssimos filamentos enovelados formando uma dupla hélice de DNA também possuem proteínas que estruturam os cromossomos são as proteínas histonas e as não histônicas Ao conjunto da dupla hélice de DNA e proteínas damos o nome de nucleossomo que é a unidade fundamental da cromatina A cromatina se apresenta de duas formas a ativa que é expressa pela transcrição contínua do RNA e a inativa que não tem a transcrição de RNA O DNA é empacotado na cromatina para diminuir o tamanho e permitir maior controle dos genes por parte da célula Grande parte da cromatina é localizada na periferia do núcleo pois uma das principais proteínas associadas com a heterocromatina ligase a uma proteína da membrana nuclear interna São conhecidos dois tipos de cromatina eucromatina que consiste em DNA ativo e heterocromatina que consiste em DNA inativo U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 177 Figura 41 Representação de dupla hélice do DNA Fonte httpwwwufvbrdbggeneticacap10htm Acesso em 4 jul 2015 Entre os ácidos nucleicos ocorrem diferenças no filamento de DNA temos Purinas adenina e guanina e Pirimidinas timina e citosina no filamento de RNA temos Purinas adenina e guanina e Pirimidinas uracila e citosina sendo assim a sequência dos nucleotídeos mantêm a diferença entre os genes de DNA e dos códons e anticódons no filamento de RNA Os cromossomos na espécie humana estão em pares sendo chamados de cromossomos homólogos As células com esses cromossomos são chamadas de diploides e quando um ser vivo apresenta apenas um conjunto de cromossomos é chamado de haploide Nos seres humanos esse tipo de célula está presente nos gametas Cromossomos homólogos possuem ligações para as mesmas proteínas essa condição é chamada de loco gênico e para definir a ocupação por proteínas na mesma posição nos cromossomos homólogos falamos em genes alelos 412 Informações genéticas A duplicação do DNA ocorre com o rompimento das bases de hidrogênio assim os nucleotídeos livres são atraídos pelas bases do DNA na parte onde as cadeias estão separadas na sequência de emparelhamento das cadeias de DNA aberto ocorre a união U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 178 dos nucleotídeos entre si e a formação de duas novas cadeias complementares que se enrolam em torno das originais Você sabe como as informações genéticas se caracterizam Com base nas ligações específicas de DNA destacando quatro propriedades diversidade de estrutura habilidade de se replicar mutabilidade e tradução em forma de função O código genético se refere à receita bioquímica para fabricação de moléculas de proteína que constitui os genes esse código é um sistema de símbolos que armazena a informação assim com o conhecimento do código é possível obter a informação para ser traduzida Para ocorrer a transformação da informação serão necessárias duas etapas a transcrição e a tradução sendo que a tradução está relacionada com as informações para a síntese de proteínas escrita na sequência de nucleotídeos do DNA De acordo com essa sequência a célula produz uma determinada proteína A transcrição genética ocorre com o processo de síntese de um RNA a partir de um DNA assim o DNA transcreve suas mensagens genéticas para as moléculas de RNA São produzidos três tipos de RNA mensageiro ribossômico e transportador somente o RNAm contém as informações do código genético mas os RNAt e RNAr são fundamentais para a síntese proteica de todos os tipos de células Você sabe em qual região do cromossomo ocorre a transcrição Em regiões do cromossomo com cromatinas ativas menos condensadas existem três enzimas envolvidas no reconhecimento da região do DNA que será transcrita são elas RNA polimerase I RNA polimerase II e RNA polimerase III Por fim é necessária a regulação gênica que determina o uso da informação codificada no gene regulando em que momento e locais a informação deve ser traduzida Alterações podem causar desarranjos nas formações celulares Para ocorrer a formação de uma molécula de RNA um filamento de DNA deve servir de molde para que ocorra a transcrição Assimile U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 179 Agora que você já conhece os tipos de RNA caracterize os que participam da síntese de proteínas em uma célula Resposta São três os tipos que participam da síntese de proteínas sendo o RNA mensageiro responsável por copiar as informações do DNA e levá las até o citoplasma associado aos ribossomos já o RNA transportador é responsável por levar os aminoácidos livres até os ribossomos e por fim o RNA ribossômico que se associa a proteínas para construir os ribossomos As mutações gênicas acontecem com a alteração na sequência de nucleotídeos ocorrendo remoção adição ou substituição de bases Isso pode acarretar a transformação da molécula de RNAm e assim alterar a proteína produzida afetando também o fenótipo Já as mutações cromossômicas afetam partes ou todo o cromossomo podendo acarretar alterações estruturais ou no número de cromossomos Tais mutações ocorrem devido ao erro no processo de duplicação do DNA Assim as mutações podem trazer prejuízos mas também podem levar um organismo a evoluir de acordo com os fatores ambientais Como exemplo de danos podemos citar o albinismo que é causado por uma mutação na enzima tirosinase que transforma o aminoácido tirozina em pigmento da pele A formação dos ribossomos tem início no nucléolo pois os RNAr uma vez produzidos associamse a proteínas para construir os grânulos de ribossomo Figura 42 Sequência de mutações Fonte Nussbaum 2008 p 183 Faça você mesmo Reflita U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 180 Uma cadeia de RNA foi produzida tendo como molde a hélice superior da molécula de DNA sequência ATA CCG TAT AUA Qual a sequência de bases deste RNA Resposta a sequência de RNA será TAT GGC ATA e UAU GGC AUA no RNA a timina será substituída por uracila Caro aluno agora que os conceitos da seção foram apresentados e com seus conhecimentos sobre o mundo da genética podemos analisar a situaçãoproblema apresentada no Diálogo aberto na qual o filho de dona Rosa nasceu com uma mutação genética As mutações gênicas são determinadas pela permuta adição ou remoção de nucleotídeos quando por adição ou remoção de bases altera portanto o código genético definindo uma nova sequência de bases que consequentemente poderá alterar o tipo de aminoácido incluído na cadeia proteica tendo a proteína outra função ou mesmo inativação da expressão fenotípica Por permuta ocorre a troca de uma base nitrogenada purina adenina e guanina por outra purina ou de uma pirimidina citosina e timina por outra pirimidina esse processo é denominado de transversão No caso da polidactilia ocorre a modificação da informação para síntese de uma determinada proteína sendo uma anomalia resultante da manifestação de um alelo autossômico e dominante As alterações na síntese das proteínas fundamentais para formação da organogênese dos vertebrados especialmente para constituição dos dedos dos membros inferior e superior são comprometidas e não ocorre a inibição do crescimento dos dedos Assim o indivíduo terá um número maior de dedos que podem ser nas mãos e pés Essa mutação não afeta outros órgãos e a única consequência está relacionada à estética fenótipo assim a remoção por cirurgia dos dedos extras é a forma de tratamento no entanto os descendentes deste indivíduo nascerão com o gene mutante e poderão desenvolver os sintomas Assim no mundo atual o filho de dona Rosa poderá retirar os dedos extras e ter uma vida plena e feliz mesmo com uma mutação genética Exemplificando Sem medo de errar U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 181 Existem dois tipos de ácidos nucleicos sendo o DNA ácido desoxirribonucleico e o RNA ácido ribonucleico que são formados por três componentes pentoses bases nitrogenadas e fosfato a esse conjunto damos o nome de nucleotídeo A formação dos ácidos nucleicos é constituída por macromoléculas proteicas que formaram os genes que são responsáveis pelo armazenamento transmissão e tradução das informações genéticas Pratique mais Instrução Desafiamos você a praticar o que aprendeu transferindo seus conhecimentos para novas situações que pode encontrar no ambiente de trabalho Realize as atividades e depois compareas com as de seus colegas DNA Chave do conhecimento 1 Competência de fundamentos da área Conhecer a estrutura e as funções das moléculas biologicamente importantes ao organismo bem como as transformações químicas realizadas pelas células nos seus processos metabólicos Identificar e compreender os mecanismos da hereditariedade 2 Objetivos de aprendizagem Compreender a ação dos ácidos nucleicos e identificar a origem das mutações a partir dos erros na tradução e transcrição 3 Conteúdos relacionados Origem e formação celular reações bioquímicas que regulam o metabolismo Formação de proteínas e enzimas a partir de aminoácidos 4 Descrição da SP No ano de 2014 uma atriz norteamericana revelou ao mundo que a partir de um exame de DNA identificou a predisposição genética para desenvolver um câncer de mama Especialistas em genética sublinharam que os testes de DNA são altamente eficazes para determinar a existência de alguns tipos de doenças raras e hereditárias Relacione quais informações esses exames identificam e qual é a relação com a tradução e transcrição 5 Resolução da SP Para resolver a questão você deve avaliar a duplicação do DNA e formação de mutações A informação usada pelas células passa por duas etapas na transferência de informação Atenção Lembrese Avançando na prática Lembrese U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 182 Em uma molécula de DNA o aminoácido arginina é codificado por TCT Mediante essa informação determine o anticódon correspondente Resposta a sequência correspondente será UCU 1 Para formação dos nucleotídeos são necessários três componentes entre eles estão as bases nitrogenadas que se organizam aos pares com ligantes específicos Para o DNA a adenina se liga à a Timina b Guanina c Uracila 2 A cromatina presente no núcleo celular é representada por duas regiões Determine qual região representa um segmento cromossômico menos condensado com alta transcrição gênica a Heterocromatina b Eucromatina c Cromossomo 3 Os ácidos nucleicos são formados por um conjunto de três componentes bases nitrogenadas pentoses e fosfatos ligados por pontes de hidrogênio Ao conjunto desses três compostos damos o nome de a Cromossomos b Cromatina c Eucromatina d Citosina e Ademina d Cromatina e Nucleotídeo d Ácidos Graxos e Nucleotídeos Faça você mesmo Faça valer a pena U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 183 4 As bases nitrogenadas possuem ligações específicas e entre DNA e RNA ocorrem diferenças entre as ligações No RNA a adenina de uma fita simples de nucleotídeos irá se parear com qual base nitrogenada a Adenina b Timina c Guanina 5 Para ocorrer a transmissão das informações genéticas os genes devem seguir sempre a mesma receita evitando mutações Qual o processo que ocorre com a síntese de polipeptídios em que a sequência de aminoácidos é determinada pela sequência de códons do RNA mensageiro a Tradução b Replicação c Transcrição 6 No núcleo celular ocorre a existência de dois ácidos nucleicos Descreva a constituição desses ácidos 7 Entre os dois tipos de ácidos nucleicos o RNA possui três versões envolvidas em processos fundamentais Relate quais são esses RNA e suas funções d Uracila e Citosina d Duplicação e Condensação U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 184 Seção 42 Ciclo celular Olá Caro aluno vamos continuar nossos estudos sobre a genética avançando nas questões que envolvem a multiplicação celular Mas para absorver com plenitude esta seção vamos recordar os conceitos de núcleo celular onde se encontra o material genético isto é os ácidos nucleicos que chamamos de DNA ácido desoxirribonucleico e RNA ácido ribonucleico As informações contidas nestas estruturas são como receitas que devem ser retransmitidas garantindo as características genotípicas e fenotípicas de cada espécie No caso dos seres humanos células eucariontes temos 46 cromossomos nas células somáticas e 23 nas células germinativas Para que ocorra a vida de um organismo pluricelular são necessários crescimento e multiplicação Nas células eucariontes ocorrem dois tipos de divisão celular a mitose nas células somáticas o que irá resultar em duas célulasfilhas cada uma com 46 cromossomos e genes idênticos aos da célulamãe e a meiose que só acontece nas células germinativas e irá resultar na formação dos gametas células reprodutivas com apenas 23 cromossomos Assim nossa seção enfocará a divisão celular e suas fases caso ocorra erro na fabricação das célulasfilhas alterações genéticas podem acontecer e muitas com graves consequências para a formação e desenvolvimento da vida do organismo Diálogo aberto Organismos pluricelulares são formados por células eucariontes com sistema de organelas membranosas e não membranosas que possuem funções bem definidas e organizadas Lembrese U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 185 O cariótipo corresponde ao conjunto cromossômico em relação ao número e morfologia dos cromossomos Como falamos na seção anterior as mutações e alterações genéticas que afetam indivíduos estão presentes desde a Antiguidade e até nos dias atuais ainda podem causar preconceito e dificuldade para a inclusão desses indivíduos na sociedade No entanto atitudes para inclusão social estão cada vez mais em destaque Para compreender melhor analise o caso de Matheus A síndrome de Down é uma alteração genética que causa características físicas semelhantes nos portadores que são propensos a algumas doenças possuem deficiência intelectual mas boa comunicação são sensíveis e se interessam em aprender Com as questões envolvendo inclusão social muitas empresas se abrem à contratação de jovens com síndrome de Down Matheus está entre esses corajosos que apesar das dificuldades buscam a transição do mundo infantil para o adulto Caro aluno analise como ocorre a alteração que leva à síndrome de Down e destaque os sintomas genótipos e fenotípicos dessa alteração 421 Etapas do Ciclo Celular Como vimos a formação dos seres vivos pluricelulares é um processo complexo e que passa por muitas fases Uma célula se origina da divisão de outra já existente que precisa crescer e se multiplicar para ocorrer a formação dos tecidos diferenciações e consequentemente dos órgãos e do organismo como um todo Assim a reprodução celular se baseia em divisão binária esse processo garante que as características de cada espécie de ser vivo se mantenham no decorrer do tempo Para os seres procariontes a divisão celular é simples consiste em duplicação do DNA formando dois nucleoides em seguida ocorre o estrangulamento na região central da célula dividindoa em duas partes cada uma com seu material genético Já para as células eucariontes o processo é sofisticado com várias etapas até a formação das célulasfilhas idênticas às célulasmães Atenção Não pode faltar U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 186 Mas você já pensou sobre como as células eucariontes efetuam sua multiplicação Por um processo chamado ciclo celular fundamental para o desenvolvimento normal e reposição celular dos organismos esse ciclo compreende duas etapas interfase seguida de um período divisional Na interfase ocorre a organização celular que está em constante atividade produzindo substâncias realizando processos químicos e físicos e desempenhando suas funções pois as células precisam crescer para ocorrer a divisão A interfase compreende três períodos G1 S e G2 em que G significa gap palavra em inglês que define intervalo e S significa síntese No entanto o que quer dizer G1 Compreende o período que mais sofre variação de tempo pois de acordo com o organismo e fatores extracelulares tratase da fase em que as células estão crescendo As células animais possuem três características podem se apresentar em células que se dividem constantemente que só se dividem com estímulos e as que se diferenciam e não se dividem Para as células que só se dividem por estímulos pode ocorrer um período chamado G0 Gzero estado de dormência mesmo estando saudáveis Isso ocorre porque tais células não possuem fatores de crescimento tendo metabolismo e síntese baixos Alguns tecidos param suas divisões celulares e se diferenciam não mais se dividem como exemplo temos os neurônios que permanecem indeterminadamente em período G0 Portanto na fase G1 as células crescem se diferenciam e efetuam suas funções como as reações biológicas químicas e físicas necessárias para a permanência da vida Como vimos nas seções anteriores os sinais necessários para indicar quando uma célula deve entrar em divisão são desencadeados por substâncias extracelulares sinalizadoras Em seguida da fase G1 a célula passa para fase S na qual ocorrerá a síntese que proporcionará a duplicação do DNA em réplicas idênticas Esse processo é chamado de replicação Nessa fase também se observa a formação de mais um par de centríolos Muitas enzimas estão envolvidas no processo de duplicação do DNA um exemplo são as DNApolimerases enzima muito importante U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 187 na manutenção correta da duplicação conferindo a ligação das bases Após essa fase a célula entra em G2 que antecede a mitose e tem papel fundamental na conferência e reparação genômica os cromossomos sofrem um processo de condensação que os encurtam e engrossam sua espessura facilitando o momento de segregação para as célulasfilhas Outro ponto de destaque nesse período é a síntese de proteínas não histônicas e a formação de um complexo proteico citoplasmático chamado complexo ciclinaCdk que é responsável pela entrada da célula em mitose Lembrando que todas as organelas devem ser duplicadas E para finalizar o período de G2 a célula passa para a etapa de divisão que se for para originar células somáticas não reprodutivas ocorrerá por meio do processo de mitose mas em caso de formação de células germinativas reprodutoras espermatozoide ou óvulo teremos o processo de meiose Para ocorrer a formação de duas célulasfilhas o material genético deve ser repartido igualmente o que corresponde à mitose e depois separado o que corresponde à citocinese Como a mitose passa por alguns eventos característicos para melhor efeito didático a explicaremos em quatro fases 1 Prófase nesta fase os cromossomos já estão bem condensados os nucléolos se desfazem e seu conteúdo fica solto condensase em filamentos pareados chamadas de cromátidesirmãs o fuso mitótico irá se formar mediante os microtúbulos do citoesqueleto Em torno do núcleo a carioteca desaparece e os cromossomos seguem para a região mediana da célula Ao redor dos centríolos existem fibras que irão originar o áster que será o polo do fuso mitótico Durante a prófase os dois ásteres migram para polos opostos sobre a superfície do envelope nuclear sinalizando o início da montagem do fuso Todos os organismos jovens e adultos passam por divisões celulares que permanecem por toda vida pois esse processo além de possibilitar a formação de órgãos é também responsável pela reposição de células danificadas e mortas Reflita U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 188 2 Metáfase nesta fase os cromossomos atingem o grau necessário de condensação e migram para a região equatorial da célula formando a placa metafásica Os movimentos dos cromossomos são proporcionados devido aos microtúbulos do fuso e proteínas motoras que se localizam próximas aos cinetócoros que são estruturas proteicas presentes na região do centrômero Assim o alinhamento dos cromossomos e das cromátidesirmãs deve estar correto garantindo que as célulasfilhas recebam material genético em perfeitas condições Em alguns momentos do ciclo celular ocorre a necessidade de verificar se possuem danos nas moléculas de DNA e posição dos cromossomos durante a divisão celular Esses pontos do ciclo celular são chamados de pontos de checagem na metáfase ocorrem pontos de checagem 3 Anáfase nesta fase ocorre a quebra do equilíbrio da placa metafásica e a migração das cromátides para os polos A partir deste ponto as cromátides passam a ser chamadas de cromossomos filhos A caraterística básica desta fase é o encurtamento das fibras do fuso por perda de dímeros de moléculas de tubulinas assim os cromossomos são puxados para os polos da célula 4 Telófase nesta fase os cromossomosfilhos chegam aos polos e as fibras do fuso desaparecem o núcleo é reconstituído e se inicia a divisão citoplasmática mas o destaque dessa fase é a reorganização do nucléolo e o retorno da carioteca mas isso só é possível devido à inativação do complexo ciclinaCdk Organelas como o retículo endoplasmático são fundamentais na constituição do sistema de membranas nesta etapa Para que a separação da célula ocorra temos a citocinese que se inicia no final da telófase É o processo pelo qual a célula é estrangulada na parte equatorial devido à atuação de filamentos de miosina e actina que formam um anel contrátil Como se inicia na periferia em direção ao centro é chamado de citocinese centrípeta Nas células vegetais o processo se diferencia com a formação de uma placa celular na Para ocorrer o ciclo celular as proteínas denominadas quinases dependentes de ciclina atuam na fosforilação de outras proteínas durante a divisão celular Assimile U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 189 região equatorial e a separação se inicia do centro para a periferia sendo denominada centrífuga Essas diferenças ocorrem devido à presença de parede celular nas células vegetais Figura 43 Fases da mitose Fonte httpwwwknoownetciencterravidabiologiamitosehtm Acesso em 11 jul 2015 Para saber mais sobre o processo de mitose analise o capítulo 9 do livro JUNQUEIRA L C CARNEIRO J Biologia celular e molecular 9 ed Rio de Janeiro Guanabara Koogan 2012 Leia também o artigo Mitose como fator prognóstico para biópsia de linfonodo sentinela em melanoma fino Disponível em httpwww scielobrscielophppidS036505962011000700028scriptsci arttext Acesso em 11 jul 2015 422 Meiose reprodução sexuada Para ocorrer a reprodução sexuada com a mistura dos genes de dois indivíduos é necessário que o processo de divisão meiótica seja duplo isto é duas divisões consecutivas para tornar células diploides 2n em haploides n Para melhorar a compreensão o processo é dividido em quatro fases como na mitose lembrando que temos a meiose I e meiose II com quatro fases cada Na primeira fase de divisão ocorre a diminuição do número de cromossomos por isso essa etapa é chamada de reducional Já na segunda fase chamada de equacional o número de cromossomos se mantém As duas etapas possuem subfases dentro das etapas a prófase I por exemplo possui cinco fases e nos seres humanos essa fase é longa Pesquise mais U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 190 1 Leptóteno nesta fase a cromatina começa a se condensar portanto é marcada pela espiralização dos cromossomos já duplicados na interfase 2 Zigóteno pareamento dos cromossomos homólogos sendo esse denominado de sinapse 3 Paquíteno a condensação chega ao seu ponto máximo as quatro cromátides se ligam formando estruturas denominadas bivalentes ou tétrades Momento em que ocorre o crossingover isto é troca de segmentos permutação de genes entre cromossomos homólogos esse processo é muito importante para diversidade das espécies 4 Diplóteno começo da separação dos homólogos no entanto a característica marcante desta fase é a formação de quiasmas que aparecem quando os cromossomos ainda emparelhados cruzamse em certos pontos 5 Diacinese finalização da prófase I o emparelhamento dos homólogos vai se desfazendo as cromátides vão se afastando e se possuem quiasmas esses vão para as extremidades processo chamado de terminalização dos quiasmas A carioteca envoltório membranoso nuclear desaparece temporariamente Metáfase I nesta fase as fibras do fuso se ligam aos cromossomos que ficam agrupados na região equatorial da célula Anáfase I encurtamento das fibras do fuso deslocando os cromossomos homólogos para os polos opostos da célula Nesta fase não há separação do centrômero ponto de ligação das cromátides irmãs em um cromossomo as cromátidesirmãs migram juntas para o mesmo polo celular Telófase I esta fase se inicia com a chegada dos cromossomos nos polos assim irá ocorrer a desespiralização desses retornando ao aspecto filamentoso havendo também o reaparecimento do nucléolo bem como da carioteca e divisão do citoplasma citocinese originando duas células haploides No entanto cada cromossomo possui duas cromátides uma vez que não houve divisão dos centrômeros U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 191 Antes do início da meiose II ocorre um espaço de tempo chamado intercinese Não ocorre duplicação de cromossomos portanto sem a fase S a inibição dessa duplicação é devido ao complexo ciclina Cdk que também controla os estímulos para divisão meiótica Essa segunda divisão é mais simples e se assemelha à mitose sendo constituída por prófase II metáfase II anáfase II e telófase II A meiose portanto está relacionada à diversidade das espécies pois a mistura de cromossomos maternos e paternos e a troca de genes com a permuta aumentam a variabilidade genética dos indivíduos A meiose é caracterizada como processo principal da gametogênese isto é processo pelo qual os gametas são formados em organismos com reprodução sexuada Nos animais a gametogênese ocorre nas gônadas órgãos que também são responsáveis pela produção de hormônios sexuais sendo dividida em espermatogênese que é a gametogênese masculina e ovogênese que é a feminina Apesar dos processos de correção de danos efetuados pela célula durante os processos de divisão celular podem ocorrer modificações que irão interferir no número ou na estrutura dos cromossomos criando as mutações cromossômicas sendo numéricas quando o dano está relacionado ao número de cromossomos resultantes da divisão ou estruturais quando afetam a forma dos cromossomos Com relação às alterações numéricas podemos classificálas em aneuploidias erros na divisão celular caracterizadas pelo aumento ou perda de cromossomos e euploidias ocorrem na duplicação cromossômica nas quais se observa o aumento ou perda em um lote cromossômico Referente às mutações estruturais são formadas a partir da perda de pedaços de cromossomos possibilitando novas combinações A mitose como processo primordial de multiplicação celular passa por algumas fases em que as organelas e estruturas citoplasmáticas efetuam importantes papéis os microtúbulos são exemplos dessa importância Se alguma substância como a colchicina impedisse a sua formação em células em divisão qual é a quantidade de cromossomos depois deste tratamento Exemplificando U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 192 Sem medo de errar Resposta como ocorre a inibição da formação do fuso mitótico impedindo a separação dos cromossomos que permanecem na etapa da metáfase a célula pode voltar à interfase com o dobro de cromossomos da célula inicial portanto 8 Na meiose observamos duas fases I e II Em qual fase ocorre a divisão do centrômero e a migração das cromátidesirmãs Resposta a meiose passa por duas fases pois precisa reduzir o número de cromossomos A separação destes irá acontecer na Anáfase II Prezado aluno mediante os conceitos adquiridos na seção podemos voltar à situaçãoproblema exposta no Diálogo aberto em que conhecemos Matheus um jovem trabalhador com síndrome de Down Apesar da mutação genética que causa limitações ele conseguiu ser inserido no mercado de trabalho situação que há cem anos jamais seria sequer pensada Nossa situaçãoproblema enfoca as causas da mutação e em que momento da divisão celular ocorrem e isso também responde pelas características marcantes dessa síndrome Portanto a síndrome de Down ou trissomia do 21 caracterizase pela não disjunção dos cromossomos homólogos na anáfase I ou o não pareamento dos cromossomos na forma devida para os polos na anáfase II da meiose Assim um dos gametas irá receber dois cromossomos 21 enquanto o outro nenhum As alterações fenotípicas dessa síndrome são olhos oblíquos semelhantes aos dos orientais rosto arredondado mãos menores com dedos mais curtos prega palmar única e orelhas pequenas diminuição do tônus muscular responsável pela língua protusa e sulcada dificuldades de locomoção atraso na articulação da fala comprometimento intelectual e possibilidade de doenças cardíacas O genótipo 47 XY 21 da doença pode detectar qual das três anomalias relacionadas a essa síndrome o indivíduo possui são elas trissomia simples translocação e mosaico Faça você mesmo U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 193 Avançando na prática Portanto alterações na divisão celular causam danos à formação do organismo afetando todo o desenvolvimento do indivíduo No caso de Matheus ele foi estimulado já na infância e conseguiu um desenvolvimento satisfatório dentro de sua condição especial A meiose nos seres humanos faz parte do processo de divisão celular que reduz à metade o número de cromossomos das células originando células haploides isto é preparando os gametas para a fecundação a junção de dois gametas haploides reconstituirá o número diploide da espécie humana O período S da interfase é marcado pela duplicação do DNA já em G2 ocorre síntese de RNA e de proteínas essenciais para a mitose Pratique mais Instrução Desafiamos você a praticar o que aprendeu transferindo seus conhecimentos para novas situações que pode encontrar no ambiente de trabalho Realize as atividades e depois compareas com as de seus colegas Ciclo celular e o Câncer 1 Competência de fundamentos da área Conhecer a estrutura e as funções das moléculas biologicamente importantes ao organismo bem como as transformações químicas realizadas pelas células nos seus processos metabólicos Identificar e compreender os mecanismos da hereditariedade 2 Objetivos de aprendizagem Identificar e compreender as fases do ciclo celular 3 Conteúdos relacionados Origem e formação das células tipos celulares organelas e núcleo celular com destaque para material genético 4 Descrição da SP Maria uma professora de Ensino Fundamental de uma região rural do interior do Brasil acaba de descobrir que está com câncer de pulmão Maria começou a fumar na adolescência e hoje aos 50 anos abandonou o vício em decorrência da doença Caro aluno o câncer é uma doença que pode afetar vários órgãos e causar danos no ciclo celular das células descreva como essa doença altera a divisão mitótica 5 Resolução da SP Para resolver a questão analise as fases da mitose e os eventos de cada etapa Atenção Lembrese U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 194 As únicas células que não mantêm um ciclo de divisão celular constante são os neurônios e os músculos estriados cardíacos e músculo esqueléticos permanecendo na fase G0 da interfase Nos seres vivos multicelulares quais são as principais funções da divisão mitótica das células somáticas Resposta as principais funções são crescimento regeneração e renovação celular 1 A mitose faz parte do ciclo celular em que ocorre a divisão das células somáticas Referente aos processos mitóticos é correto afirmar a Na mitose ocorrem duas duplicações cromossômicas para cada divisão celular b Na mitose os cromossomos migram somente para o polo apical da célula c Na mitose as fases são prófasemetáfaseanáfasetelófase d Na mitose ocorre a formação dos gametas e Na mitose a prófase permanece por um longo tempo 2 A figura representa uma célula vegetal em divisão celular Identifique qual o tipo de divisão e a fase em que se encontra Figura 44 Célula vegetal em divisão celular Fonte httpwwweseipvcptbiogeonetmithtm Acesso em 11 jul 2015 Lembrese Faça você mesmo Faça valer a pena U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 195 a Mitose fase metáfase b Meiose fase anáfase I c Mitose fase telófase 3 No processo de divisão celular em células animais temos a mitose e a meiose que passam por vários eventos até o momento de separação citoplasmática da célula Qual o nome deste processo a Telófase b Prófase c Anáfase 4 A duplicação do DNA é o evento primordial para que ocorra a divisão celular no entanto só ocorre em uma determina etapa Em qual etapa ocorre essa duplicação a Interfase fase G1 b Mitose fase prófase c Interfase fase G2 5 A meiose é o processo de divisão responsável pela formação dos gametas é mais longo que a mitose e possui algumas particularidades com relação à fase da prófase I chamada diplóteno Identifique a particularidade desta fase a Duplicação de cromossomos b Pareamento de cromossomos homólogos c Espiralização dos cromossomos d Formação de quiasmas e Migração dos cromossomos para os polos d Meiose fase paquíteno e Mitose fase prófase d Citocinese e Metáfase d Meiose anáfase I e Interfase fase S U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 196 6 Defina as fases que compreendem o ciclo celular 7 Nos seres humanos ocorrem dois tipos de divisões celulares Quando ocorre a meiose e quais eventos só acontecem neste processo U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 197 Seção 43 Bases biológicas da hereditariedade e padrões de herança Olá Vamos iniciar nossa seção de herança biológica em que falaremos de Mendel considerado o pai da genética Suas observações foram fundamentais para os conhecimentos dos genes e como as características de cada indivíduo são transmitidas de pai para filho Para darmos continuidade aos nossos estudos vamos recordar a última seção em que estudamos o ciclo celular e as divisões celulares que nos proporcionam a reprodução sexuada e a multiplicação celular sendo mitose para células somáticas e meiose para os gametas A capacidade dos seres vivos de transmitir suas características é chamada de herança biológica cada microrganismo planta ou animal só produz indivíduos de sua espécie e a transmissão dos caracteres morfológicos estruturais fisiológicos bioquímicos e até de comportamento ocorre de uma para outra geração mantendo especificidades tanto benéficas como prejudiciais Na espécie humana a quantidade cromossômica total é de 46 sendo 23 provenientes do pai e 23 provenientes da mãe Nesta seção enfocaremos as bases biológicas da hereditariedade e os padrões de herança conceitos descobertos por Mendel e aprimorados com o decorrer do tempo e da evolução tecnológica Mas você já se perguntou como ocorre a transferência de características aos descendentes na espécie humana Podemos chamar de receita as informações guardadas no DNA que serão transmitidas em forma de instruções para fabricar as características Os ingredientes para a receita completa são provenientes de parte do óvulo e parte do espermatozoide proporcionando a formação completa de um organismo As informações e características Diálogo aberto Lembrese U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 198 Não pode faltar transmitidas muitas vezes são prejudiciais podem estar associadas ao pai e à mãe ou somente a um dos progenitores levando um indivíduo a desenvolver patologias classificadas como influência da herança nos seres vivos Tais descobertas podem ser classificadas como recentes e hoje sabemos que muitas doenças antes sem causa aparente são de origem hereditária Mas para melhor compreensão de problemas com fundo hereditário analise o caso Cesar rapaz de 20 anos trabalhador rural sempre teve dificuldades para identificar as cores verde e vermelha no entanto por vergonha dos amigos e familiares nunca procurou ajuda para entender seu problema Com a possibilidade de voltar a estudar se formar no Ensino Médio e ter a chance de um emprego melhor superou a vergonha e procurou o Dr Carlos oftalmologista de uma cidade vizinha Descobriu então ser portador de daltonismo que se caracteriza pela perturbação da percepção visual incapacitando a diferenciação de todas ou algumas cores Prezado aluno avalie a forma que essa doença se manifesta geneticamente e destaque sua relação com a herança biológica 431 Conceitos Genéticos Caro aluno é importante recordarmos os conceitos de fenótipo e genótipo pois usaremos tais expressões com frequência nesta seção portanto fenótipo se refere a quaisquer características de um indivíduo morfológica fisiológica ou comportamental Já o genótipo se refere ao conjunto de genes de um indivíduo sendo o genótipo que determina as características expressas pelo fenótipo Um fator de destaque é a capacidade do ambiente em influenciar o genótipo Como exemplo pense na exposição ao sol pessoas com o mesmo genótipo podem apresentar cor de pele com diferenças devido ao sol assim podemos classificar que O DNA é o portador da informação genética portanto coordena o desenvolvimento e funcionamento dos seres vivos e também é responsável pela herança biológica Atenção U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 199 o fenótipo é o resultado do genótipo em interação com o meio ambiente Na espécie humana composta por 46 cromossomos para que ocorra a formação de um indivíduo com a herança genética materna e paterna o processo de meiose reduz esse número cromossômico a 23 originando os gametas Na fecundação irá ocorrer a junção de 23 cromossomos do pai e 23 da mãe formando um conjunto de cromossomos homólogos com células diploides constituídos por genes que são segmentos de DNA Nos cromossomos cada gene ocupa um local específico que chamamos de lócus gênico Os cromossomos possuem os genes alelos isto é atuam sobre a mesma característica com mais de uma possibilidade de expressão dominante e recessivo e ocupam a mesma posição nos cromossomos homólogos Por exemplo para cor de olhos cada homólogo terá um alelo para essas características sendo um do pai que transmitiria a cor escura A e um da mãe que transmitiria a cor clara a formando um par Aa que determina a cor escura Mas você sabe porque a cor escura prevaleceria nesta combinação A cor escura irá prevalecer devido à dominância das caraterísticas Para compor o conjunto de fatores de um ser os alelos podem ser heterozigotos representados por características diferentes como cor de olho claro da mãe e escuro do pai e homozigoto quando possui características iguais do pai e da mãe A manifestação das características está ainda vinculada à dominância do alelo portanto um gene dominante é aquele que mesmo só do pai ou da mãe irá determinar a característica e o recessivo só se manifestará quando aparecer duplamente pois na presença do dominante será inativado Os conceitos genéticos foram introduzidos no mundo das ciências graças aos estudos e experiências de um monge chamado Gregor Mendel considerado o descobridor das leis da herança biológica Mendel usou ervilhas para estudar os cruzamentos entre linhagens dessas plantas e concluiu seus estudos determinando as leis que controlam a hereditariedade que são lei da dominância ou primeira Os genes se localizam em posições bem definidas nos cromossomos Os alelos podem ser heterozigotos ou homozigotos Assimile U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 200 lei de Mendel a lei da segregação chamada também de segunda lei de Mendel e a terceira lei chamada de segregação independente destacando que os experimentos mostraram o modo de transmissão dos genes de uma geração para outra Essas leis se aplicam a todos os seres vivos que efetuam reprodução sexuada A conclusão sobre a existência dos genes alelos veio somente com as pesquisas de Walter S Sutton ele sugeriu que cada cromossomo possui um alelo Com base nesta teoria se explicaria o comportamento dos cromossomos na divisão reducional confirmando as experiências de Mendel com a segregação dos alelos e a segregação independente de dois pares de genes Figura 45 Representação de alelos Fonte httpeducacaoglobocombiologiaassuntohereditariedadeconceitosbasicos dageneticahtml Acesso em 18 jul 2015 Mesmo com a transmissão das características de pai e mãe nem todos os genes irão se manifestar pois essa manifestação está vinculada a muitos fatores entre os quais podemos destacar os genes dominantes e recessivos Na definição das características de um novo indivíduo esse fator é de importância vital A definição de dominante ocorre quando um gene alelo tem predominância sobre o outro manifestando sua característica e o outro gene será recessivo ficando inativo nesta condição Quando os dois alelos são dominantes irá ocorrer a codominância isto é com ativação das duas características materna e paterna formando um caráter intermediário em relação ao dos pais Para saber mais sobre os fatores de herança biológica estude os capítulos 2 3 e 4 do livro Introdução à genética GRIFFITHS A J et al Pesquise mais U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 201 Introdução à genética 9 ed Rio de Janeiro Guanabara Koogan 2009 Nos seres humanos e em várias outras espécies ocorre diferença entre os cromossomos de machos e fêmeas Pares de cromossomos iguais são autossômicos e diferentes heterossômicos Como exemplo de pares com diferença podemos destacar os cromossomos sexuais nos quais o par de XY são diferentes e Y só ocorre nos machos Para obter informações sobre o histórico familiar com intenção de mapear características herdadas efetuase um levantamento representado na forma de gráfico chamado de heredograma ou árvore genealógica Com as descobertas de Mendel a medicina pôde avançar e aliada à tecnologia hoje se sabe que mais de 3 mil doenças humanas podem ser herdadas 432 Hereditariedade dos cromossomos sexuais X e Y Os cromossomos sexuais são responsáveis pela determinação do sexo do indivíduo as células femininas apresentam dois cromossomos sexuais iguais que são os cromossomos X já as masculinas apresentam um cromossomo X e um Y que só aparece no sexo masculino Na meiose das células masculinas teremos a formação de gametas X e Y as fêmeas só formam cromossomos X Nos cromossomos Y não se observa muitos genes pois não possuem um alelo correspondente A herança das características ligadas ao cromossomo X é chamada de herança ligada ao sexo Muitas doenças estão relacionadas a esse cromossomo como a hemofilia que está ligada a um gene recessivo localizado no cromossomo X Reflita U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 202 433 Herança dos grupos sanguíneos Na herança ligada aos grupos sanguíneos devemos considerar os conceitos de antígeno pois as hemácias podem possuir em sua membrana dois tipos de antígenos também chamados de aglutinogênios A e B portanto teremos quatro combinações As hemácias do grupo A possuem apenas aglutinogênio A do tipo B apenas aglutinogênio B as do tipo AB aglutinogênio A e B as hemácias do grupo O não possuem aglutinogênios Ainda podemos encontrar anticorpos como aglutininas antiA e antiB no plasma sanguíneo Portanto um indivíduo tipo A não produz aglutinina AntiA mas pode produzir antiB por não reconhecer esse fator Essas características são fundamentais em transfusões de sangue sendo denominado receptor universal indivíduos do grupo AB e doador universal os do grupo O A determinação da presença dos antígenos nas hemácias está relacionada a um gene situado em um lócus específico que possui três versões IA IB e i sendo alelos múltiplos IA determina a presença do antígeno A IB antígeno B e i não determina antígenos Nas hemácias humanas ainda podemos encontrar antígenos MN que não causam problemas de incompatibilidade e são relevantes em testes de paternidade e os antígenos Rh também chamados de fator Rh que causam incompatibilidade Como exemplo podemos citar a doença hemolítica do recémnascido na qual as hemácias do recémnascido são destruídas pelos anticorpos antiRh da mãe para ocorrer essa doença a mãe deve ser Rh e feto Rh O primeiro filho nascido nestas condições irá sensibilizar a mãe na hora do nascimento e pode não desenvolver a doença no entanto se o segundo filho for Rh sofrerá os efeitos 434 Diferenças entre doenças genéticas e doenças hereditárias Em muitas situações ocorrem dúvidas sobre o que são doenças genéticas e doenças hereditárias pois ambas estão relacionadas U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 203 aos genes No entanto as doenças genéticas ocorrem devido a um erro no material genético que podem ter várias causas como infecções radiação entre outros o câncer pode ser genético mas possui uma incidência herdada em torno de 10 As doenças herdadas estão relacionadas a características de genes que são transmitidas de geração em geração como famílias que possuem hipertensão alergias e até mesmo obesidade Dentre as doenças hereditárias estão as monogênicas com alterações em um gene sendo autossômicas recessivas autossômicas dominantes e ligadas ao cromossomo X como exemplo temos anemia falciforme fibrose cística fenilcetonúria etc Outra forma de manifestação de doenças herdadas são as poligênicas também chamadas de multifatoriais pois podem afetar vários genes Como exemplo temos diabetes mal de Alzheimer etc Doenças congênitas não necessariamente serão hereditárias pois são aquelas que se manifestam no nascimento sendo adquiridas durante o desenvolvimento embrionário ou no momento do parto Em uma experiência de cruzamento de características a pelagem de dois coelhos está condicionada por dois pares de genes autossômicos localizados em cromossomos diferentes O gene B determina a cor e seu alelo b é recessivo determinando a cor branca O gene A inibe a formação de cor e seu alelo a não está condicionado à inibição O experimento consistiu no cruzamento de indivíduos BBaa com BbAa e descreve os resultados obtidos quanto ao fenótipo e genótipo Respostafenótipos esperados 50 brancos e 50 coloridos Genótipos esperados 25 BBAa 25 BBaa 25 BbAa 25 Bbaa Muitas doenças estão relacionadas à herança genética Em observações feitas numa determinada família concluiuse que membros do sexo masculino aparentados pela parte materna apresentavam uma anomalia grave Com base em seus conhecimentos e os conceitos apresentados defina a qual gene essa doença está relacionada Exemplificando Faça você mesmo U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 204 Sem medo de errar Resposta como é de origem materna feminina está relacionada ao cromossomo X como afeta somente os homens o gene causador da doença é recessivo Prezado aluno podemos retornar à situaçãoproblema exposta no Diálogo Aberto e concluir as razões que levaram Cesar ao daltonismo uma doença que altera a percepção das cores de base hereditária condicionada por um gene recessivo d localizado no cromossomo X o alelo D condiciona visão normal A representação desse alelo é feita no cromossomo X para enfatizar seu caráter de herança ligada ao sexo ficando XD e Xd Para o indivíduo normal XD XD normal portador XD Xd e daltônico Xd Xd As mulheres raramente serão afetas pelo daltonismo pois possuem dois cromossomos X mas serão portadoras e irão transmitir aos seus filhos o gene afetado Para as mulheres o fenótipo se desenvolverá se receberem do pai e da mãe o gene afetado para os homens basta receber um gene X afetado recessivo para desenvolver o daltonismo Na consulta médica Cesar foi submetido a testes como o Ishihara entre outros e diagnosticado com daltonismo com os sintomas de má percepção de cores e o genótipo Xd Y com o gene recessivo afetado No entanto pessoas com essa condição podem ter uma vida normal adaptandose e aprendendo a lidar com a dificuldade de distinguir cores Nas doenças ligadas ao cromossomo X o homem sempre irá receber um único cromossomo X de sua mãe e nunca o transmitirá para seus filhos somente para suas filhas As características genéticas também chamadas de fenótipo podem ser expressas de forma aparente como cor dos olhos e não aparentes como tipo sanguíneo e condições como o daltonismo Atenção Lembrese U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 205 Pratique mais Instrução Desafiamos você a praticar o que aprendeu transferindo seus conhecimentos para novas situações que pode encontrar no ambiente de trabalho Realize as atividades e depois compareas com as de seus colegas Doenças herdadas 1 Competência de fundamentos da área Conhecer a estrutura e as funções das moléculas biologicamente importantes ao organismo bem como as transformações químicas realizadas pelas células nos seus processos metabólicos Identificar e compreender os mecanismos da hereditariedade 2 Objetivos de aprendizagem Compreender como são formadas e transmitidas as características genéticas 3 Conteúdos relacionados Origem celular células eucariontes membrana plasmática organelas e núcleo celular com destaque para material genético e ciclo celular 4 Descrição da SP A família de Luana se caracteriza pelo número de membros e por muitos desenvolverem colesterol alto mesmo levando uma vida saudável sem excessos alimentares e praticando atividade físicas Luana tem 43 anos e não consegue baixar o nível de colesterol LDL em seu último exame o diagnóstico foi que está com níveis altos de colesterol no sangue e por isso ela terá que tomar medicação por toda sua vida pois o médico detectou que seu colesterol LDL alto é familiar Analise as características herdadas dessa doença 5 Resolução da SP Caro aluno para concluir essa situaçãoproblema reveja os conceitos de herança genética cromossomos homólogos e seus alelos para uma maior compreensão analise o capítulo 2 do livro GRIFFITHS A J et al Introdução à genética 9 ed Rio de Janeiro Guanabara Koogan 2009 A maioria dos distúrbios genéticos causa alterações na formação e na atuação das proteínas dos genes resultando em funções deficientes ou ausentes Na espécie humana a formação de indivíduos ocorre com 46 cromossomos divididos em 23 cromossomos paternos e 23 maternos Avançando na prática Lembrese Faça você mesmo U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 206 Faça valer a pena Explique como ocorre a definição do sexo Resposta O sexo é determinado pelos cromossomos sexuais nas fêmeas XX e nos machos XY Se o óvulo for fecundado pelo cromossomo Y o zigoto será macho e se for fecundado pelo cromossomo X será fêmea portanto a chance de nascimentos são 50 para machos e 50 para fêmeas 1 A herança ligada ao sexo define as características alocadas nos cromossomos X e Y No caso de uma mulher heterozigota com uma característica recessiva no cromossomo X irá transmitir essa característica a Apenas às suas crianças do sexo masculino b Apenas às suas crianças do sexo feminino c Para metade de suas crianças d Um quarto de suas crianças e Para todas as suas crianças 2 Os cromossomos homólogos possuem genes alelos dominantes Defina o que são alelos dominantes a Genes que se manifestam em dose simples b Genes que se manifestam em dose dupla c Genes que não se manifestam para características d Genes que se manifestam em três versões diferentes para a mesma característica e Genes que só se manifestam condicionados a cromossomos sexuais 3 Na união entre um homem negro e uma mulher negra U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 207 com genes autossômicos para pigmentação representados por albinismo dd cor branca aabb e cor negra AABB nasceu um filho albino que se casou com uma mulher branca e teve um filho Qual o fenótipo para cor dessa criança a Albino b Mulato c Branco 4 Analise a situação em um indivíduo heterozigoto o fenótipo determinado por apenas um dos alelos se manifesta para esse conceito se diz que esse alelo é dominante Quando um caráter precisa que o alelo esteja em dose dupla homozigose para se manifestar chamase o alelo de recessivo É correto afirmar a O alelo dominante é melhor adaptado que o recessivo b Um caráter como a presença de cinco dedos nas mãos é dominante pois a maioria da população o possui c Na espécie humana somente os genes que são recessivos causam doenças graves na população d Um alelo dominante pode ser raro em uma população enquanto seu recessivo pode ser abundante e Somente os alelos dominantes determinam as características 5 Em uma família com duas irmãs e um irmão todos sem alterações para o fator coagulação sanguínea as duas irmãs tiveram filhos que apresentaram tal problema e os filhos do irmão nunca apresentaram problemas de hemorragias Mediante o texto e os seus conhecimentos qual é a alternativa correta a Herança dominante ligada ao cromossomo Y b Herança dominante ligada ao cromossomo X d Negro e Pardo U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 208 c Herança recessiva ligada do cromossomo X d Herança ligada aos cromossomos autossomos e Herança ligada ao cromossomo Y 6 Defina herança biológica 7 Qual é a diferença entre fenótipo e genótipo U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 209 Diálogo aberto Seção 44 Diferenciação celular e apoptose Prezado aluno esta seção será dedicada à finalização de nossos estudos em ciências moleculares e celulares Para completarmos os conceitos aprendidos em toda a unidade vamos relembrar os fatos marcantes como a origem da vida que deu início aos nossos estudos em que mostramos que as células são as unidades fundamentais para existência da vida depois passamos a exemplificar como tais células surgiram e desenvolveram mecanismos para sobreviver e evoluir diferenciando os seres unicelulares e pluricelulares procariontes e eucariontes Seguimos conceituando os mecanismos bioquímicos dos meios intracelular e extracelular a importância das proteínas no desenvolvimento celular e como tais células efetuam sua multiplicação e transmissão de características Agora iremos completar tais ensinamentos conceituando a forma que as células usam para se diferenciar e formar um organismo completo A formação do corpo dos seres pluricelulares está relacionada com a capacidade das células de se diferenciar Após a fecundação dos gametas masculino e feminino ocorre a formação do zigoto célula totipotente que possui todas as informações genéticas necessárias para as diferenciações e formações dos diversos tecidos e órgãos No entanto vale ressaltar que as diferenciações celulares se mantêm nos indivíduos adultos Para que o processo de diferenciação seja eficaz são necessários outros mecanismos auxiliares como a apoptose que age eliminando as células que não são mais úteis esse processo é essencial para manutenção da vida No desenvolvimento embrionário ocorre uma produção em excesso de células que sofreram morte programada Lembrese U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 210 Não pode faltar Se a diferenciação celular inicial isto é ainda no embrião for interrompida por agentes ambientais como medicamentos vírus cigarro álcool entre outros ocorrerá malformações no indivíduo que está sendo formado Para melhor entendimento vamos estudar a seguinte situação No ano de 2013 Julia casada com Aníbal engravidou No entanto Aníbal fazia uso do medicamento talidomida devido à doença hanseníase que o afetava Julia por mais de uma vez sentindose muito mal tomou o medicamento por engano e quando a criança nasceu não possuía os membros superiores totalmente desenvolvidos Caro aluno qual é a relação desse medicamento com a diferenciação celular e a malformação fetal Após a fecundação o zigoto sofre sua primeira mitose e depois outras sucessivamente aumentando o número de células somáticas 441 Da fecundação à diferenciação celular Para ocorrer a formação de um novo ser humano é necessária a junção de 23 cromossomos masculinos e 23 femininos dando origem a uma nova vida com 46 cromossomos Após essa etapa começam as divisões mitóticas no zigoto dando origem às fases embrionárias que serão de segmentação que contempla o aumento no número de células por mitose dividida em mórula e blástula Após seguimos para a fase de gastrulação em que ocorre o aumento de células e do volume delas é neste momento que as diferenciações começam com a formação dos folhetos embrionários que são ectoderma mesoderma e endoderma sendo responsáveis pela formação dos diferentes tecidos do organismo ao final desta fase o embrião é chamado de gástrula A última fase é a organogênese em que irá ocorrer a diferenciação dos órgãos sendo o primeiro estágio a neurulação que originará o tubo neural que se diferenciará no sistema nervoso nesta etapa o embrião é chamado de nêurula Alguns exemplos dos destinos de especializações celulares a partir dos folhetos o ectoderma irá formar epitélios de revestimento de cavidades como anal e bucal epiderme glândulas mucosas todas as estruturas do sistema nervoso O folheto mesoderma será responsável pela formação Reflita U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 211 da derme músculos cartilagens ossos sangue medula óssea órgão do sistema urinário etc Já o folheto endoderma irá formar o epitélio de revestimento do aparelho digestório órgãos como o fígado e o pâncreas entre outros Caro aluno quando falamos de diferenciação celular nos referimos ao grau de especialização celular já a potencialidade celular é definida como a capacidade de originar outras células portanto no caminho da formação de um novo indivíduo ocorrem processos como a potencialidade celular e a diferenciação Quando a potencialidade é maior a diferenciação é menor e viceversa pois potencialidade é a capacidade de criar vários tipos de células e diferenciação é a capacidade de formar células específicas para uma determinada função Para uma célula se tornar especializada ela passa por uma sequência de eventos bioquímicos e morfológicos precedidos por síntese de RNAm e proteínas assim a diferenciação está relacionada à expressão gênica e as células serão levadas a exercer somente uma atividade Na seção de sinalizações celular estudamos como as células atuam para se comunicar e exercer suas funções A partir de sua especialização iniciamse as funções mediadas pela comunicação Figura 46 Etapas de desenvolvimento embrionário Fonte httpeducacaoglobocombiologiaassuntofisiologiahumanaembriologiahtml Acesso em 25 jul 2015 U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 212 A diferenciação é resultado de vários fatores gênicos pois todas as células de um organismo possuem genes iguais a diferença ocorre na ativação e inativação desses e para isso a transcrição proteica é fundamental No processo de diferenciação celular ocorrem dois mecanismos fundamentais a transcrição e a póstranscrição Lembrese de que o DNA exerce o controle das transcrições a inativação ou ativação de um gene está relacionada portanto à disponibilidade do DNA para gerar os RNAm específicos que precisarão de uma proteína ativadora de genes também chamada de fatores de transcrição Da mesma forma que a ativação é fundamental para a diferenciação celular a inativação também é importante pois diminui a potencialização deixando que as células se especializem Essa perda ocorre devido à inativação gênica que pode se expressar de várias formas por exemplo afetando a movimentação do RNAm para o citoplasma Mas você já pensou quais os fatores que podem controlar a diferenciação celular Se você se lembrou dos sinalizadores celulares está de parabéns Eles fazem parte do processo mas os fatores que controlam esses mecanismos ocorrem extracelularmente e intracelularmente Os fatores intrínsecos são do interior da célula e derivam do DNA os fatores extrínsecos são os sinais celulares que têm origem em células vizinhas matriz extracelular e agentes ambientais como drogas medicamentos vírus entre outros Assim as células deverão possuir a capacidade de responder aos fatores gênicos e aos estímulos extracelulares que irão coordenar suas diferenciações destacando o papel primordial do RNAm e das proteínas na síntese de diferentes tipos celulares A diferenciação celular não está presente somente no desenvolvimento embrionário mas prolongase pela vida adulta do organismo Os órgãos após o nascimento continuam a completar sua diferenciação por exemplo o sistema nervoso só completa a mielinização dos axônios dos neurônios depois de dois anos Outro exemplo são as glândulas mamárias que estacionam a diferenciação e só voltam a completar sua especialização no período de gestação e após a lactação voltam ao estado inativo A desprogramação nuclear é o processo de reversão da especialização Assimile U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 213 celular isso é possível devido aos processos de ativação e inativação que podem retomar a potencialidade da célula que contém todos os genes em seu núcleo totipotente Esse processo de desprogramação pode ser artificial ou natural A regeneração do fígado é um exemplo de desprogramação nuclear natural pois ao reconstituir o órgão as células voltam às origens embrionárias para depois se especializarem Após a formação dos tecidos e órgãos pode ocorrer a diferenciação de um tecido formado devido a agentes externos como nas vias respiratórias em que o epitélio simples pseudoestratificado colunar ciliado se transforma em epitélio estratificado pavimentoso em fumantes No processo de diferenciação celular ocorre a formação de células que não serão necessárias e você imagina como é feita a remoção do excesso dessas células que não são mais úteis Pela morte celular programada ou apoptose isto é para que a diferenciação e formação dos órgãos ocorra corretamente o processo de morte celular programada é fundamental pois está relacionado à remoçãodigestão das células ou parte de células o produto deste processo é reaproveitado para novas células assim ocorre a manutenção da homeostase na formação fisiológica dos tecidos delimitando seu tamanho Se compararmos ao processo de mitose iremos perceber que é o oposto no entanto esse processo não ocorre somente na formação do organismo ele se mantém no indivíduo adulto Como exemplo podemos destacar os linfócitos T produzidos no Timo que são destruídos antes de saírem do órgão assim somente a quantidade necessária é enviada para defesa do organismo evitando que tais células agissem contra os próprios órgãos Para mais esclarecimentos sobre o processo de diferenciação não deixe de analisar o capítulo 11 do livro Biologia celular e molecular JUNQUEIRA L C CARNEIRO J Biologia celular e molecular 9 ed Rio de Janeiro Guanabara Koogan 2012 Na apoptose a membrana plasmática se mantém e o líquido intracelular não extravasa no citoplasma causando inflamações como ocorre na necrose Outro destaque para esse processo são suas ações em células de crescimento desgovernado que causam problemas oncológicos assim se a morte celular programada não ocorrer o acúmulo de células tumorais será maior A apoptose se torna uma defesa natural para as células malignas Pesquise mais U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 214 Como a morte celular programada é muito vezes classificada como suicídio defina de que maneira ocorre a formação dos dedos no feto humano e caso a apoptose não ocorresse como seria a aparência das mãos e pés Resposta a morte celular programada é essencial para a formação dos dedos no feto que inicialmente são fundidos como uma pá as células que ficam entre os dedos recebem os sinais necessários para morrer Caso isso não ocorresse as mãos e os pés dos seres humanos seriam como os pés dos patos com membrana entre os dedos As células multipotentes célulastronco são pouco diferenciadas e se dividem sucessivamente como poderiam auxiliar na formação de algum tecido no indivíduo adulto Resposta no organismo adulto as célulastronco são consideradas fonte de renovação e regeneração pois possuem informações gênicas para se diferenciar em diversas células especializadas de acordo com o tecido necessário Prezado aluno com os conceitos apresentados vamos voltar à situaçãoproblema apresentada no Diálogo aberto na qual Julia equivocadamente ingeriu um medicamento chamado talidomida Esse medicamento foi inserido na Europa no ano de 1957 como sedativo sem muitos testes e foi difundido por muitos países e ministrado para mulheres gestantes a fim de amenizar os enjoos causou deformidades em muitas crianças até ser proibido No entanto sua eficiência contra hanseníase e câncer permitiu que voltasse a ser vendido Os agentes teratogênicos podem produzir a morte celular alterações no crescimento dos tecidos hiperplasia hipoplasia ou crescimento assincrônico interferência na diferenciação celular ou em outros processos morfogenéticos Assim as ações desse medicamento causaram as deformidades nos membros superiores do filho de Julia alterando a diferenciação e formação dos tecidos necessários para o desenvolvimento dos braços da criança Exemplificando Faça você mesmo Sem medo de errar U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 215 Após a formação do zigoto acontecem sucessivas mitoses para que ocorra a multiplicação celular e consequentemente a diferenciação celular Os agentes teratogênicos são todos os que podem causar danos ao feto durante a gestação Pratique mais Instrução Desafiamos você a praticar o que aprendeu transferindo seus conhecimentos para novas situações que pode encontrar no ambiente de trabalho Realize as atividades e depois compareas com as de seus colegas Crescimento celular descontrolado 1 Competência de fundamentos da área Conhecer a estrutura e as funções das moléculas biologicamente importantes ao organismo bem como as transformações químicas realizadas pelas células nos seus processos metabólicos Identificar e compreender os mecanismos da hereditariedade 2 Objetivos de aprendizagem Identificar o processo de diferenciação celular e apoptose 3 Conteúdos relacionados Origem e formação das células tipos celulares organelas e núcleo celular com destaque para material genético 4 Descrição da SP O caso de Dona Aparecida ganhou as páginas de jornais Moradora do Acre desenvolveu um cisto na região do pescoço em 2010 e esse vem crescendo desde então Em 2014 ela procurou por ajuda e conseguiu agendar cirurgia no hospital regional para retirada do cisto que segundo o especialista é benigno Caro aluno relacione a formação do cisto com a diferenciação celular e a apoptose 5 Resolução da SP Para desvendar a situaçãoproblema relembre os conceitos da seção com destaque para o processo de diferenciação e morte celular programada Para a diferenciação celular ocorrerá a inativação de certos genes tornando as células especializadas para determinado tecido Lembrese Atenção Avançando na prática Lembrese U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 216 Relate o que acontece com uma célula que perde o controle sobre o seu processo de diferenciação celular Resposta a célula que perde o controle sobre seu processo de diferenciação entrará no processo de morte celular ou grupos de genes que não deveriam estar funcionando passam a funcionar podendo levar ao câncer 1 Com a biotecnologia avançada técnicas de multiplicação celular estão ficando constantes e são utilizadas para fins terapêuticos Essas pesquisas usam células provenientes de qual fase embrionária a Nêurula b Gástrula c Blástula 2 Qual é a característica importante que ocorre durante a gastrulação a Capacidade de originar qualquer tipo de célula e tecido b Capacidade de originar somente um tipo de célula c Nesta etapa as células são potencializadas d Nesta etapa as células estão sofrendo sucessivas mitoses e Nesta etapa as células estão sendo inativadas para diferenciação 3 Os organismos sexuados pluricelulares passam por processos complexos para sua formação em suas células carregam instruções para morte programada também chamada de Esse processo é importante durante a e a d Ectoderme e Mesoderme Faça você mesmo Faça valer a pena U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 217 a Mitose embriogênese e apoptose b Apoptose diferenciação celular e mitose c Diferenciação celular apoptose e embriogênese d Apoptose ovogênese e mitose e Apoptose embriogênese e diferenciação celular 4 A diferenciação celular ocorre para formação dos tecidos e órgãos no entanto em algumas situações essa condição pode ser reversível Assinale a alternativa correta a Células diferenciadas nunca voltam às origens embrionárias com alta potencialidade b Células diferenciadas voltam às origens embrionárias sempre c Células que passam por diferenciação sofrem ativação podendo em determinado tempo sofrer inativação para especialização d Células com alta potencialidade nunca irão se diferenciar mesmo sendo ativadas e Somente células germinativas sofrem diferenciação 5 A palavra morte sempre desperta um sentimento de algo ruim mas para células pode significar sobrevivência Assinale a alternativa correta em relação à morte celular a Apoptose é sinônimo de necrose b Apoptose age somente na digestão celular c Apoptose é o processo de destruição de agentes infecciosos d Apoptose é o processo de morte celular programada fundamental no processo de diferenciação eliminando as células desnecessárias e Apoptose ocorre para destruição de partículas no meio extracelular U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 218 6 A diferenciação celular é fundamental para formação de seres pluricelulares Explique como ocorre tal diferenciação 7 O processo de morte celular é complementar no mecanismo de diferenciação celular Defina tal relação U4 Núcleo Celular e Fundamentos Genéticos 219 Referências DE ROBERTIS E M F HIB J Bases da biologia celular e molecular 4 ed Rio de Janeiro Guanabara Koogan 2006 ENGELKIRK Paul G DUBENENGELKIRK Janet Microbiologia para as ciências da saúde 9 ed Rio de Janeiro Guanabara Koogan 2012 GRIFFITHS A J et al Introdução à genética 9 ed Rio de Janeiro Guanabara Koogan 2009 JUNQUEIRA L C CARNEIRO José Biologia celular e molecular 9 ed Rio de Janeiro Guanabara Koogan 2012 MARZZOCO Anita TORRES Bayardo Baptista Bioquímica básica 3 ed Rio de Janeiro Guanabara Koogan 2007 NUSSBAUM Robert L Thompson Thompson genética médica Rio de Janeiro Elsevier 2008 Anotações Anotações Anotações Anotações Anotações KLS CIÊNCIAS MOLECULARES E CELULARES Ciências Moleculares e Celulares KLS