Mapa Biologia

Biologia e Bioquímica Humana Dra Marcia Cristina de Souza Lara Kamei C397 CENTRO UNIVERSITÁRIO DE MARINGÁ Núcleo de Educação a Distância KAMEI Marcia Cristina de Souza Lara Biologia e Bioquímica Humana Marcia Cristina de Souza Lara Kamei MaringáPR Unicesumar 2019 Reimpresso em 2025 184 p Graduação Híbridos 1 Biologia 2 Bioquímica 3 Humana 4 EaD I Título ISBN 9788545919865 CDD 22 ed 572 CIP NBR 12899 AACR2 NEAD Núcleo de Educação a Distância Av Guedner 1610 Bloco 4 Jardim Aclimação CEP 87050900 Maringá Paraná unicesumaredubr 0800 600 6360 Impresso por Coordenador de Conteúdo Lilian Rosana dos Santos Moraes Designer Educacional Aguinaldo Jose Lorca Ven tura Junior Janaína de Souza Pontes e Yasminn Talyta Tavares Zagonel Revisão Textual Cintia Prezoto Ferreira Editoração Isabela Mezzaroba Belido Ilustração Bruno Pardinho e Natalia de Souza Scalassara Realidade Aumentada Kleber Ribeiro Leandro Naldei e Thiago Surmani DIREÇÃO UNICESUMAR Reitor Wilson de Matos Silva ViceReitor e PróReitor de Administração Wilson de Matos Silva Filho PróReitor Executivo de EAD William Victor Kendrick de Matos Silva PróReitor de Ensino de EAD Janes Fidélis Tomelin Presidente da Mantenedora Cláudio Ferdinandi NEAD NÚCLEO DE EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA Diretoria Executiva Chrystiano Mincoff James Prestes e Tiago Stachon Diretoria de Graduação e Pósgraduação Kátia Coelho Diretoria de Permanência Leonardo Spaine Diretoria de Design Educacional Débora Leite Head de Produção de Conteúdos Celso Luiz Braga de Souza Filho Head de Metodologias Ativas Thuinie Daros Head de Curadoria e Inovação Tania Cristiane Yoshie Fukushima Gerência de Projetos Especiais Daniel F Hey Gerência de Produção de Conteúdos Diogo Ribeiro Garcia Gerência de Curadoria Carolina Abdalla Normann de Freitas Supervisão do Núcleo de Produção de Materiais Nádila de Almeida Toledo Projeto Gráfico José Jhonny Coelho e Thayla Guimarães Cripaldi Fotos Shutterstock PALAVRA DO REITOR Em um mundo global e dinâmico nós trabalha mos com princípios éticos e profissionalismo não somente para oferecer uma educação de qualida de mas acima de tudo para gerar uma conversão integral das pessoas ao conhecimento Baseamo nos em 4 pilares intelectual profissional emo cional e espiritual Iniciamos a Unicesumar em 1990 com dois cursos de graduação e 180 alunos Hoje temos mais de 100 mil estudantes espalhados em todo o Brasil nos quatro campi presenciais Maringá Curitiba Ponta Grossa e Londrina e em mais de 300 polos EAD no país com dezenas de cursos de graduação e pósgraduação Produzimos e revi samos 500 livros e distribuímos mais de 500 mil exemplares por ano Somos reconhecidos pelo MEC como uma instituição de excelência com IGC 4 em 7 anos consecutivos Estamos entre os 10 maiores grupos educacionais do Brasil A rapidez do mundo moderno exige dos educadores soluções inteligentes para as ne cessidades de todos Para continuar relevante a instituição de educação precisa ter pelo menos três virtudes inovação coragem e compromisso com a qualidade Por isso desenvolvemos para os cursos de Bemestar metodologias ativas as quais visam reunir o melhor do ensino presencial e a distância Tudo isso para honrarmos a nossa missão que é promover a educação de qualidade nas diferentes áreas do conhecimento formando profissionais cidadãos que contribuam para o desenvolvimento de uma sociedade justa e solidária Vamos juntos BOASVINDAS Prezadoa Acadêmicoa bemvindoa à Co munidade do Conhecimento Essa é a característica principal pela qual a Unicesumar tem sido conhecida pelos nossos alu nos professores e pela nossa sociedade Porém é importante destacar aqui que não estamos falando mais daquele conhecimento estático repetitivo local e elitizado mas de um conhecimento dinâ mico renovável em minutos atemporal global democratizado transformado pelas tecnologias digitais e virtuais De fato as tecnologias de informação e comu nicação têm nos aproximado cada vez mais de pessoas lugares informações da educação por meio da conectividade via internet do acesso wireless em diferentes lugares e da mobilidade dos celulares As redes sociais os sites blogs e os tablets ace leraram a informação e a produção do conheci mento que não reconhece mais fuso horário e atravessa oceanos em segundos A apropriação dessa nova forma de conhecer transformouse hoje em um dos principais fatores de agregação de valor de superação das desigualdades propagação de trabalho qualificado e de bemestar Logo como agente social convido você a saber cada vez mais a conhecer entender selecionar e usar a tecnologia que temos e que está disponível Da mesma forma que a imprensa de Gutenberg modificou toda uma cultura e forma de conhecer as tecnologias atuais e suas novas ferramentas equipamentos e aplicações estão mudando a nossa cultura e transformando a todos nós Então prio rizar o conhecimento hoje por meio da Educação a Distância EAD significa possibilitar o contato com ambientes cativantes ricos em informações e interatividade É um processo desafiador que ao mesmo tempo abrirá as portas para melhores oportunidades Como já disse Sócrates a vida sem desafios não vale a pena ser vivida É isso que a EAD da Unicesumar se propõe a fazer Seja bemvindoa caroa acadêmicoa Você está iniciando um processo de transformação pois quando investimos em nossa formação seja ela pessoal ou profissional nos transformamos e consequentemente transformamos também a so ciedade na qual estamos inseridos De que forma o fazemos Criando oportunidades eou estabe lecendo mudanças capazes de alcançar um nível de desenvolvimento compatível com os desafios que surgem no mundo contemporâneo O Centro Universitário Cesumar mediante o Núcleo de Educação a Distância oa acompa nhará durante todo este processo pois conforme Freire 1996 Os homens se educam juntos na transformação do mundo Os materiais produzidos oferecem linguagem dialógica e encontramse integrados à proposta pedagógica contribuindo no processo educa cional complementando sua formação profis sional desenvolvendo competências e habilida des e aplicando conceitos teóricos em situação de realidade de maneira a inserilo no mercado de trabalho Ou seja estes materiais têm como principal objetivo provocar uma aproximação entre você e o conteúdo desta forma possibilita o desenvolvimento da autonomia em busca dos conhecimentos necessários para a sua formação pessoal e profissional Portanto nossa distância nesse processo de crescimento e construção do conhecimento deve ser apenas geográfica Utilize os diversos recursos pedagógicos que o Centro Universitário Cesumar lhe possibilita Ou seja acesse regularmente o Stu deo que é o seu Ambiente Virtual de Aprendiza gem interaja nos fóruns e enquetes assista às aulas ao vivo e participe das discussões Além disso lembrese que existe uma equipe de professores e tutores que se encontra disponível para sanar suas dúvidas e auxiliáloa em seu processo de apren dizagem possibilitandolhe trilhar com tranquili dade e segurança sua trajetória acadêmica APRESENTAÇÃO Caroa alunoa Você ingressou em um curso que trabalhará com o organismo humano e seu desenvolvimento dessa forma fazse necessário que você conheça as bases estruturais e funcionais desse organismo Para conhecelo você terá acesso a diversas disciplinas no decorrer do curso incluindo esta que trabalharemos a partir de agora Somos organismos pluricelulares isto é formados por aproximadamente dez trilhões de células Durante nosso desenvolvimento embrionário nossas células tornaramse especializadas por isso possuímos diferentes tipos de tecidos com funções específicas como o tecido epitelial conjuntivo tecido muscular e tecido nervoso Apesar de toda a diversidade de tecidos e órgãos que formam nosso corpo cada célula é uma unidade morfológica e funcional desse organismo e nossas atividades metabólicas são resultados do funcionamento indivi dual e integrado de cada uma destas sendo que a nossa vida depende da manutenção da integridade morfológica e funcional de cada uma delas A atividade metabólica das células é definida como um conjunto de reações químicas no interior deste sistema biológico Para compreender estas ativi dade temos que primeiramente entender sua constituição bioquímica e o arranjo dessas moléculas na estrutura dos elementos que formam as células Ao cursar esta disciplina você terá um conhecimento básico sobre a estru tura morfológica e funcional do organismo humano a célula e a constru ção do conhecimento sobre o organismo humano terão como alicerce o conhecimento a respeito da constituição química das células sua estrutura morfológica e suas interações metabólicas para obtenção de recursos que mantenham a manutenção biológica do organismo humano Esperamos que você possa se tornar íntimo dos conhecimentos abordados neste livro e que faça bom proveito para seus estudos CURRÍCULO DOS PROFESSORES Dra Marcia Cristina de Souza Lara Kamei Doutorado em Ciências Biológicas pela Universidade Estadual de Maringá UEM2015 Mes trado em Ciências Biológicas pela UEM 1998 Graduação em Ciências Biológicas pela UEM 1994 Atualmente é docente dos cursos da área de saúde do Centro Universitário Cesumar Unicesumar desde 1998 ministrando as disciplinas de Biologia Celular Bioquímica Histologia e Embriologia Geral e Oral Produz pesquisas na área de Genética Animal Citogenética de Peixes e orienta trabalhos de iniciação científica e de conclusão de curso Participa de bancas e comissões científicas ministra tópicos em cursos de especialização além de ter feito parte do comitê de ética em pesquisa de humanos e animais Currículo Lattes disponível em httplattescnpqbr2531311925087366 Busque Conhecimento Atenção Quando você encontrar esse ícone no seu material de estudo fique atento pois ele trará pontos de atenção de fatos referentes ao conteúdo que está sendo discutido Conceituando Quando você encontrar esse ícone no seu material de estudo fique atento pois ele trará explicações de termos técnicos aplicação do conteúdo estudado na prática ou de um conceito relacionado ao assunto Saiba Mais Quando você encontrar esse ícone no seu material de estudo fique atento pois ele trará curiosidades ou assuntos que estão ligados ao tema discutido RECURSOS INTERATIVOS Pílula de Aprendizagem Quando você encontrar esse ícone no seu material de estudo esteja conectado e inicie o aplicativo Unicesumar Experience Selecione o ícone QRCode e aproxime seu dispositivo do elemento com o código pois ele trará vídeos que complementam o assunto discutido Realidade Aumentada Quando você encontrar esse ícone no seu material de estudo esteja conectado e inicie o aplicativo Unicesumar Experience Aproxime seu dispositivo móvel da página indicada e veja os recursos em Realidade Aumentada Explore as ferramentas do app para saber das possibilidades de interação de cada objeto Caracterização Bioquímica das Células 13 Estrutura e Funções das Organelas Celulares da Célula Eucarionte 47 Movimento e Proliferação Celular 85 Disponibilização de Energia para a Célula Degradação de Carboidratos 129 Transformação e Armazenamento de Energia Degradação de Lipídios e Proteínas 157 20 Citoplasma de uma célula eucarionte Utilize o aplicativo Unicesumar Experience para visualizar a Realidade Aumentada PLANO DE ESTUDOS OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM Dra Marcia Cristina de Souza Lara Kamei Reconhecer a célula como unidade fundamental da vida Diferenciar células eucariontes e procariontes Compreender as funções biológicas da água e outros ele mentos inorgânicos para o metabolismo celular Compreender a estrutura e funções das moléculas orgâ nicas para o metabolismo celular Evolução das Células Células Procariontes Constituição Bioquímica das Células Células Eucariontes Caracterização Bioquímica das Células 14 Caracterização Bioquímica das Células Evolução das Células Olá alunoa Olhe a sua volta e observe a grande variedade de formas de seres vivos A evolução produziu uma imensa diversidade de formas de vida Devido a essa grande diversidade os seres vivos estão organizados em grupos os reinos mo nera protozoa fungi plantae e animalia O organismo humano representa uma espé cie extremamente complexa do ponto de vista anatômico e fisiológico sendo formado por sis temas órgãos e diferentes tipos de tecidos bio lógicos Em outro extremo temos organismos mais simples constituídos por uma única célula e que realizam todas as atividades metabólicas do organismo humano Apesar de toda a diversidade no nível molecu lar e celular os seres vivos apresentam um padrão básico de organização em sua constituição Todos os seres vivos são formados por células 15 UNIDADE 1 Eletrodos Vapor dágua Área de condensação Produtos Água fervente Descargas elétricas H2 NH3 H2O CH4 Figura 1 Experimento de Stanley Miller para argumentação da teoria prébiótica Fonte Junqueira et al 2012 p 11 A estrutura celular é re sultado de uma interação de moléculas inorgânicas água e minerais e orgânicas proteí nas lipídios ácidos nucleicos e carboidratos organizadas de maneira muito precisa Atualmente existem dois tipos morfológicos distintos de células procarionte e eu carionte A célula procarionte é encontrada apenas nos inte grantes do reino monera bac térias e a célula eucarionte é encontrada em todos os de mais tipos de seres vivos A presente unidade tem como objetivos principais compreender a estrutura dos dois tipos celulares e caracteri zar os principais elementos es truturais da célula eucarionte bem como conhecer as princi pais moléculas que constituem as células Ao ler esta unidade você será convidado a mergu lhar nos conceitos fundamen tais da Biologia Celular e Mo lecular e compreenderá que na sua essência bioquímica e celular a vida é extremamente simples e padronizada Estudos evolutivos indicam que no início da formação da Terra não haviam seres vivos no planeta e que a vida ocorreu como um evento ao acaso resultante da organização de moléculas orgânicas que surgiram de reações químicas aleatória e espontâneas entre os elementos inorgânicos 16 Caracterização Bioquímica das Células Esse processo evolutivo começou a quatro bilhões de anos em um período em que a atmosfera tinha uma composição distinta da atual As moléculas mais abundantes eram água amônia metano hi drogênio sulfeto de hidrogênio e gás carbônico Com a ação do calor radiação e descargas elétri cas constantes essas moléculas sofreram reações químicas es pontâneas aleatórias e formaram compostos orgânicos tais como proteínas e ácidos nucleicos Essa teoria é conhecida como teoria prébiótica e apresenta como argumento científico o ex perimento proposto por Stanley L Miller que simulou em labora tório estas condições atmosféri cas e obteve formação espontâ nea de elementos orgânicos Essas moléculas orgânicas se depositaram em ambientes aquosos que estavam se for mando na superfície do planeta pelo processo de resfriamento Reações químicas continuaram ocorrendo entre elas e gradati vamente as moléculas orgâni cas foram se tornando cada vez mais complexas O acúmulo gradual dos compostos orgânicos foi favo recido por três circunstâncias 1 enorme extensão da Terra com formação de vários nichos 2 longo tempo provavelmente cerca de 2 bilhões e 3 ausência de oxigênio que impedia que as moléculas sofressem degradação Figura 2 Esquema ilustrando o processo evolutivo de transformação de células procariontes em células eucariontes Fonte Junqueira et al 2012 p 12 O isolamento dessas moléculas se deu pela organização de ca madas de fosfolipídios que espontaneamente no meio aquoso formaram as primeiras membranas originando desta forma as primeiras células Estas eram estruturas simples certamente heterotróficas e anaeróbicas e foram denominadas de células procariontes Essas primeiras formas de vida eram estruturalmente semelhantes às nossas bactérias atuais A partir do desenvolvimento da vida as alterações químicas na molécula de DNA promovem características novas Dessa forma por meio de uma série de mutações novas características foram surgindo dando origem à célula eucarionte que forma todos os de mais seres vivos com exceção de bactérias ALBERTS et al 2011 17 UNIDADE 1 Células Procariontes Do ponto de vista evolutivo as células procarion tes são consideradas antecessoras das células eu cariontes Fósseis que datam de três bilhões de anos são exclusivamente formados por células procariontes Provavelmente células eucariontes surgiram bilhões de anos após as procariontes pelo mecanismos de mutações das células Atual mente as células procariontes são encontradas apenas nos organismos que formam o reino mo nera ou seja as bactérias A principal diferença estrutural entre as células procariontes e as eucariontes é a ausência de um envoltório nuclear organizando um núcleo ver dadeiro nas células procariontes enquanto que nas células eucariontes este envoltório compar timentaliza um ambiente complexo denominado de núcleo JUNQUEIRA et al 2012 Embora a complexidade nuclear seja critério para a classificação desses dois tipos celulares existem outras diferenças marcantes entre células procariontes e eucariontes 18 Caracterização Bioquímica das Células Células procariontes são pobres em membranas Nelas a única membrana existente é a membrana plasmática portan to não existem compartimen tos individualizados no seu ci toplasma Na célula eucarionte esses compartimentos delimita dos por membranas são deno minados de organelas A célula procarionte mais bem estudada é a Escherichia Coli E Coli e usaremos sua estrutura para descrever as características de uma célula procarionte Você pode acom panhar a estrutura observando a Figura 3 Membrana citoplas mática estrutura lipo proteica que delimita a célula separando o meio extracelular e intracelu lar Apresenta permea bilidade seletiva sendo responsável pela troca de elementos entre os meios intra e extracelulares É importante salientar que os componentes enzimá ticos da cadeia respira tória e da fotossíntese estão acoplados à mem brana plasmática Ela apresenta invaginações denominada mesosso mos que ampliam a área da membrana citoplas mática aumentando o número dos complexos enzimáticos Parede celular localizada externamente à membrana cito plasmática constituída por rede rígida que serve de proteção mecânica Apresenta duas camadas a mais interna cons tituída de peptideoglicanas e a mais externa é chamada de membrana externa Essa parede contribui para o equilíbrio da pressão osmótica Protoplasma ambiente interno da célula Encontramos as partículas responsáveis pela síntese de proteínas ribos somos que podem estar agrupados em polirribossomos O protoplasma também contém água íons moléculas de RNAs proteínas estruturais é enzimas O DNA está localizado em uma região específica denominada nucleoide Por ser o úni co compartimento da célula todas as reações metabólicas são realizadas no protoplasma Cromossomos a molécula de DNA principal da célula procarionte está organizada em um único cromossomo de forma circular formando o nucleoide Além do DNA principal do nucleoide as células procariontes apresentam pedaços pequenos de DNA também circular chamado de plasmídeos Estes podem ser trocados por tipos diferente de bactéria por meio de vários mecanismos e estão associados à variabilidade genética das bactérias Essas características determinadas pelo DNA dos plasmídeos podem conferir características que resultam em resistência a antibióticos ou características de patogenicidade Figura 3 Esquema da estrutura de células procariontes Fonte Bio conexão 2015 online1 19 UNIDADE 1 Células Eucariontes Como explicado anteriormente células euca riontes desenvolveramse a partir de células pro cariontes Os compartimentos delimitados por membranas internas são denominados de orga nelas e cada um apresenta diferenças bioquímicas que permitem que cada organela desempenhe funções específicas A célula eucarionte se diferencia da célula procarionte por apresentar uma vasta rede de membranas internas que como toda membra na celular além de delimitar promove transpor te seletivo Essa compartimentalização promove maior eficiência metabólica Além das organelas o citoplasma pode apre sentar depósitos de substâncias diversas como grânulos de glicogênio e gotículas de lipídios preenchendo assim os espaços entre as organelas e os depósitos teremos o hialoplasma ALBERTS et al 2011 20 Caracterização Bioquímica das Células Figura 4 Esquema de uma célula eucarionte animal Fonte Junqueira et al 2012 p12 Citoplasma de uma célula eucarionte Figura 5 Esquema de uma célula eucarionte vegetal Fonte Junqueira et al 2012 p 259 21 UNIDADE 1 Nas imagens observamos uma célula eucarionte animal e outra célula eucarionte vegetal Vamos descrever suas estruturas Membrana Plasmática é a parte mais externa que delimita o citoplasma contri bui para manter constante o meio intrace lular e diferenciálo do meio extracelular É formada por bicamada de fosfolipídios e grande diversidade de proteínas Na camada externa de fosfolipídios existem moléculas de glicolipídios com suas por ções glicídicas projetandose para o meio externo da célula formando uma camada denominada de glicocálice ou glicocálix Mitocôndrias organelas esféricas ou alongadas presentes em grandes quantida des e revestidas por duas membranas Sua principal função é liberar a energia obtida da degradação de moléculas orgânicas e transferir esta energia para a síntese de mo léculas de Adenosina Trifosfato ATPs O ATP será o armazenador temporário dessa energia e utilizará para as diversas ativida des metabólicas da célula Retículo Endoplasmático rede de mem branas que formam cisternas achatadas e tubulares que se intercomunicam e for mam um sistema contínuo Podemos di ferenciar esta rede de membranas em duas porções Retículo Endoplasmático Rugoso re gião do retículo endoplasmático onde há ribossomos aderidos na face citosólica da membrana essa condição faz com que as cisternas se tornem achatadas Essa porção do retículo endoplasmáti co está associada à síntese de proteínas Retículo Endoplasmático Liso re gião do retículo endoplasmático sem ribossomos aderidos As cisternas são tubulares Essa porção do retículo en doplasmático está associada à síntese de lipídios e degradação de metabólitos tóxicos para a célula Figura 6 Esquema do retículo endoplasmático liso e rugoso Fonte adaptada de IES Dionisio Aguado 2019 online2 Ribossomas 22 Caracterização Bioquímica das Células Aparelho de Golgi um conjunto de membranas achatadas que se empilham formando unidades funcionais denomi nadas de Dictiossomo em que cada um apresenta uma face convexa face cis e uma face côncava face trans Está envol vido com o processamento e distribuição das macromoléculas que começaram a ser sintetizadas no retículo endoplasmático liso e rugoso Lisossomos formas e tamanhos variáveis No interior há uma gama de enzimas uti lizadas para digestão de macromoléculas Essas organelas apresentam seu interior ácido Estão envolvidas com a digestão de moléculas englobadas por endocitose e também de organelas que não estão sen do utilizadas Endossomos vesículas oriundas do pro cesso de endocitose Constituem uma rede complexa de vesículas que são encaminha das para a digestão Peroxissomos contêm enzimas oxidativas que transferem átomos de hidrogênio de di versos substratos para o oxigênio formando os peróxidos RH2 O2 R H2O2 Os peroxissomos possuem catalase uma enzima que converte o peróxido de hidrogênio em água e oxigênio Isto é de extrema importância pois o peróxido de hidrogênio é um oxidante energético e extremamente prejudicial à célula 2 H2O2 Catalase 2 H20 O2 Núcleo organela constituída por envoltó rio nuclear formado por duas membranas separando o DNA das células eucariontes No interior deste núcleo o DNA está asso ciado a moléculas de proteínas formando o arranjo de cromatina Citoesqueleto apesar de não ser uma or ganela o citoesqueleto também diferencia as células eucariontes das procariontes Constituído por uma rede de filamentos proteicos que formam uma trama esta estrutura tem papel de promover a manu tenção da forma papel mecânico de sus tentação das organelas adesão celular e movimentos celulares diversos Os princi pais elementos que formam o citoesqueleto são os microtúbulos filamentos de actina e filamentos intermediários Além dessas organelas existem as que são en contradas apenas em células eucariontes vegetais que apresentam as estruturas básica das células eucariontes animais Não estudaremos as células vegetais porém as principais diferenças com as células animais são Presença de parede celular além da membrana plasmática as células vegetais apresentam parede de celulose que lhes conferem maior resistência mecânica Presença de plastídios organelas que armazenam diversos tipos diferentes de substâncias Os plastídios que não ar mazenam substâncias pigmentadas são chamados de leucoplastos e os que ar mazenam substâncias pigmentadas são chamados de cromoplastos dos quais os mais frequentes são os cloroplastos ricos em clorofila Vacúolos citoplasmáticos ocupam a maior parte do citoplasma reduzindo o citoplasma funcional a uma pequena faixa 23 UNIDADE 1 Constituição Bioquímica das Células Após uma visão panorâmica da estrutura das célu las eucariontes vamos conhecer seus componen tes químicos Como já introduzido anteriormente as moléculas que formam as células são padro nizadas em todas as formas de seres vivos Além das biomoléculas as células apresentam também elementos inorgânicos em sua constituição Os componentes químicos da célula são clas sificados em inorgânicos águas e minerais e orgânicos carboidratos proteínas ácidos nu cleicos e lipídios Do total dos elementos químicos presentes nas células cerca de 75 a 85 correspondem à água entre 2 a 3 corresponde a sais inorgânicos e o restante corresponde às biomoléculas que são elementos moleculares grandes formados pela re petição de unidades menores padronizadas e que definimos como polímero Estas são macromolécu las e suas unidades repetitivas são os monômeros JUNQUEIRA et al 2012 Nas células encontramos três polímeros impor tantes ácidos nucleicos polissacarídeos e proteínas A atividade química integrada entre os com ponentes orgânicos e inorgânicos será responsável pelo metabolismo uma das condições da vida 24 Caracterização Bioquímica das Células Água As primeiras células se desen volveram em meio aquoso e du rante muito tempo a vida existia apenas na água Atualmente te mos formas de vida fora da água porém todas as formas de vida dependem dela Essa molécula não é inerte com função apenas de preencher os espaços do citosol e dissolver outras moléculas mas também participa ativamente nas pro priedades das biomoléculas e de suas interações químicas Apesar de ser representada pela fórmula HOH a molécula de água não é um bastão reto Os dois átomos de hidrogênios for mam com o oxigênio um ângulo de 1049o A estrutura tridimen sional depende da forte atração exercida pelo oxigênio sobre os elétrons que são compartilhados com os hidrogênios Em razão desse deslocamento dos elétrons a molécula é relativamente posi tiva no lado dos dois hidrogênios e relativamente negativa no lado do oxigênio sendo desta forma um dipolo como você pode ob servar na Figura 7 Por ser dipolar a água é um bom solvente Ela dissolve com postos que apresentam cargas moléculas polares pois o di polo da água tende a atrair os polos positivos e negativos das moléculas por exemplo NaCl Por ser um bom solvente ela atua como veículo de transporte para diversas moléculas nos ambientes intracelular e extracelular STRYER TYMOCZKO BERG 2014 Conforme a interação com a água as moléculas são classificadas em Moléculas polares com cargas possuem afinidades pelo dipolo da água e portanto são atraídas e dissolvidas quando em contato com a água sendo denominadas de hidrofílicas Ex NaCl Moléculas apolares sem cargas não são atraídas pelo dipolo da água sendo portanto insolúveis em água e denominadas de hidrofóbicas Moléculas anfipáticas moléculas grandes com grupamentos polares que não se distribuem ao longo de toda a molécula portanto a polarização não abrange a molécula inteira somen te uma parte A região na qual estão localizados os grupamen tos polares é hidrofílica e o restante da molécula é hidrofóbica Outra propriedade da molécula de água é sua ionização formando uma ânion hidroxila OH e um próton H Esses íons são doados para diversas reações químicas do metabolismo e também contribuem para a manutenção do Potencial Hidrogeniônico pH dos sistemas biológicos A água também atua absorvendo calor e impedindo o aumento drástico da temperatura dos sistemas biológicos portanto transpirar é um mal necessário Figura 7 Esquema da estrutura molecular da água Fonte Junqueira et al 2012 p 43 25 UNIDADE 1 Minerais Os minerais são encontrados em pequenas quantidades na cons tituição celular porém apresen tam papel fundamental Alguns minerais estão na forma dissociada sendo encontrados cá tions positivos e ânions negativos Alguns exemplos de cátions que predominam no interior da célula são K e Mg2 enquanto os ânions mais abundantes são HPO4 2 Os sais dissociados em cátions e ânions são importantes para manter o equilíbrio ácidobásico e para manter a pressão osmótica Alguns íons são cofatores de enzimas Mg2 transmissores de sinais Ca2 e também formam outras moléculas como o fosfato que está associados a lipídios e à molécula de adenosina ATP Adenosina trifosfato e ADP adenosina difosfato Certos minerais são encontrados na forma não ionizada por exemplo o cálcio que forma os cristais de hidroxiapatita nos ossos e dentes o ferro que está associado à hemoglobina Para a atividade metabólica correta das células são necessárias pequenas quantidades de manganês cobre cobalto selênio zinco que atua como cofator enzimático e iodo que é um componente dos hormônios da tireoide Saturado Insaturado C H H C H H C H H C H H C H H C H H C H H C H H C H H H O O C H C H H C H H C H H C H H C H H C H C H C H H C H H H O O C H Durante uma atividade física a maioria das pessoas pensam que a transpiração é sinal de perda de peso Será que isso é realmente verdade Transpirar durante a atividade física não significa necessariamen te que você está emagrecendo É certo que alguns atletas forçam a transpiração em saunas para perder peso nos dias que antecedem uma competição mas isso não funciona para os praticantes de atividades físicas diárias Na verdade o suor transmite uma falsa sensação de emagrecimen to A transpiração acontece por causa da intensidade do exercício físico por causa da temperatura e do tipo de ambiente em que o esporte é praticado É importante que as pessoas compreendam que emagrecer não significa perder água mas perder gordura corporal Assim a afir mação de que suar emagrece é um mito Suar não emagrece então não pense em praticar atividades físicas em dias de calor intenso para forçar uma transpiração intensa Isso só vai resultar em problemas para a sua saúde Fonte Portal O Jornal 2016 online3 Figura 8 Estrutura química de molé culas anfipáticas e sua representação esquemática Fonte Junqueira et al 2012 p 62 26 Caracterização Bioquímica das Células Proteínas e Enzimas Daremos início ao estudo dos componentes orgâ nicos das células Iniciaremos analisando as pro teínas que além de serem os elementos orgânicos mais abundantes nas células são as moléculas mais diversificadas em formas e funções Funções das proteínas As proteínas exercem funções estruturais e dinâ micas São elas Formam elementos estruturais do nosso organismo como músculo ossos dentes pelos etc São responsáveis por movimentos do orga nismo contração muscular e das células cílios flagelos e pseudópodes Atuam na defesa por meio de imunoglo bulinas anticorpos Transportam substâncias no organismo hemoglobina e nas células permeases e bombas Formam hormônios e neurotransmissores que controlam as atividades fisiológicas dos organismos pluricelulares Obs al guns hormônios apresentam constituição lipídica hormônios esteroides Apresentam ação enzimática controlando as ati vidades metabólicas Proteínas são polímeros de aminoácidos Nos sistemas biológicos várias macromolécu las são formadas por elementos menores pa dronizados que se repetem 27 UNIDADE 1 Esses elementos menores são denominados monômeros e a macromolécula é denominada de polímero Aminoácidos são os monômeros responsáveis pela constru ção das proteínas Os diferentes tipos de aminoácidos se unem por ligações peptídicas e formam a proteína Estrutura química de aminoácidos H α NH2 R COOH C Figura 9 Fórmula geral básica de aminoácidos Fonte Junqueira et al 2012 p 45 Os aminoácidos se unem por meio de seus grupamentos amina e carboxila levando à formação de uma molécula de água esta ligação é denominada de ligação peptídica O C OH CH C O N H CH COOH CH CH3 CH2OH CH2OH H2N H2O H N H COOH CH CH3 H2N Figura 10 Ligação peptídica Fonte Junqueira et al 2012 p 45 Apesar da imensa diversidade das proteínas existem apenas 20 tipos diferentes de aminoácidos que mudam apenas em seu gru pamento variável O que faz uma proteína ser diferente de outra é a sequência que esses aminoácidos serão adicionados Essa sequência está determinada no gene segmento de DNA que é transcrito e dá origem ao RNAm mensageiro cuja sequência de três nucleotí deos códon determina a adição de um aminoácido específico na proteína que está sendo fabricada 28 Caracterização Bioquímica das Células Figura 11 Tabela com fórmula dos 20 tipos diferentes de aminoácidos Fonte Junqueira et al 2012 p 45 29 UNIDADE 1 Estrutura tridimensional de proteínas No início de sua síntese a pro teína é uma sequência linear de aminoácidos que é chamada de estrutura primária da proteína e é mantida pela ligação entre os aminoácidos Essa é uma ligação covalente e somente poderá ser desfeita por ação de enzimas A proteína funcio nal irá assumir outros arranjos que dependem da sequência de aminoácidos MARZZOCO TORRES 2015 Os aminoácidos vizinhos in teragem por meio de seus gru pamentos cadeia lateral por interações do tipo pontes de hidrogênio e originam o arranjo de αhélice espiralada ou αpre gueada considerado estrutura secundária das proteínas Considerando a interação que os aminoácidos distantes podem sofrer a proteína irá se dobrar sobre ela mesma e for mar uma estrutura globular de nominada de estrutura terciária Essas interações que mantêm a estrutura terciária são as pontes de hidrogênio pontes dissulfeto entre dois átomos de enxofre e interações hidrofóbicas Ainda temos as interações que ocorrem entre duas cadeias distintas de aminoácidos e dão origem a proteínas formadas por mais de uma sequência poli peptídica considerada como es trutura quaternária da proteína Figura 12 Esquemas das estruturas tridimensionais assumidas pelas proteínas Fonte Marzzoco e Torres 2015 p 17 20 21 e 24 Essas também são as pontes de hidrogênio Observe na Figura 12 cada uma dessas estruturas tridimensionais Quando uma proteína é sintetizada na célula sua estrutura pri mária dobrase espontaneamente originando as estruturas secun dárias e terciárias e se for característico da referida proteína assume também a estrutura quaternária Essa conformação assumida assim que a proteína é sintetizada é a mais estável que a molécula pode assumir e é chamada da configuração nativa 30 Caracterização Bioquímica das Células Desnaturação proteica Como elucidado anteriormente apenas a estrutura primária é mantida por interação química forte a ligação peptídica enquanto as demais são mantidas por interações fracas Alterações físicas e químicas nos ambientes biológicos podem interferir nas estruturas mantidas por interações fracas secundária terciária e quaternária promovendo a desnaturação das proteínas Os agentes capazes de causar desnaturação proteica são as altas temperaturas valores de pHs muito ácidos ou muito básicos adições de detergentes que interferem na interação hidrofóbica das molécu las e de solventes orgânicos polares que apresentam facilidade em promover pontes de hidrogênios NELSON et al 2013 Proteínas desnaturadas perdem suas propriedades e suas funções biológicas Portanto os sistemas biológicos devem ser mantidos em temperaturas e pHs específicos ou terão seu metabolismo alterado Figura 13 Proteína em estrutura terciária sofrendo desnaturação proteica Fonte Junqueira et al 2012 p 46 Proteínas podem apresentar apenas aminoácidos em sua constitui ção sendo denominados de proteínas simples ou possuírem outros elementos em sua constituição sendo denominadas de proteínas conjugadas Como exemplo de proteínas conjugadas podemos ci tar a hemoglobina responsável pela distribuição de O2 nos nossos tecidos que possui em sua constituição um grupamento heme molécula de porfirina ligada a átomos de ferro Enzimas A manutenção das atividades metabólicas que definimos como vida depende da con tínua ocorrência de um con junto de reações químicas que devem atender dois critérios 1 devem ocorrer em veloci dades adequadas à fisiologia celular e 2 precisam ser al tamente específicas para não gerarem produtos intermediá rios nocivos Essas exigências não seriam possíveis se esperássemos que as reações metabólicas ocor resse espontaneamente A pre sença de enzimas dirigindo todas as reações químicas nos sistemas biológicos permitem que essas exigências sejam contempladas As reações são dirigidas pela ação de enzimas permitindo que estas condi ções sejam atendidas Com as enzimas atuando como catali sadores aumentam a velocida de das reações e por serem as enzimas altamente específicas selecionam as reações mais di retas possíveis 31 UNIDADE 1 Até pouco tempo admitiase que apenas moléculas proteicas fossem proteínas porém atual mente sabemos que há alguns RNAs que desempenham função enzimática Essas moléculas são raras e restritas a alguns casos especiais Portanto nossa abor dagem será feita considerando apenas as enzimas proteicas As enzimas são proteínas conjugadas e apresentam íons ou moléculas orgânicas e inor gânicas associadas ao elemento proteico Quando for íons cha mamos de cofator e quando for moléculas chamamos de coenzimas A porção proteica da enzima é chamada de apoen zima e é inativa O complexo enzimacofator é chamado de holoenzima Muitas coenzimas são formadas por vitaminas do complexo B como riboflavina tiamina nicotinamida Ação enzimática O composto que sofrerá a ação catalítica da enzima é chamado de substrato A enzima deverá se encaixar tridimensionalmente nesse substrato Para que isso ocorra existem regiões especí ficas com afinidade química e conformação tridimensional Essas regiões específicas da enzimas na qual os substratos permaneceram encaixado cha mase sítio ativo NELSON et al 2013 Ao permanecer encaixado no sítio ativo o substrato sofrerá uma reação química específica e perderá a afinidade pelo sítio ativo sendo então liberado como produto da ação da enzima Devido ao mecanismo de ação das enzimas elas demonstram alta especificidade pelos substratos que atuam pois há especifici dade química e estrutura para o perfeito encaixe Fatores que interferem na ação das enzimas Como são elementos proteicos as enzimas podem ter a velocidade de sua reação influenciada por aumento de temperatura e variação do pH pois sofrem o processo de desnaturação Não é de se estranhar que cada enzima funcione melhor em determinado pH STRYER TYMOCZKO BERG 2014 A temperatura influencia a ação de enzimas pois em baixas tem peraturas a cinética das moléculas enzimassubstrato é pequena e demora mais tempo para o encaixe Conforme a temperatura aumenta a cinética é maior e maior é a velocidade de ação No entanto em uma determinada temperatura a porção proteica da enzima sofre desnatu ração e a velocidade diminui Se a temperatura continuar a aumentar teremos a inativação completa da reação catalisada pela enzima Glicose Glicose 6 fosfato Adenosina trifosfato ATP Adenosina difosfato ATP Enzima Enzima Complexo da enzima com os substratos Figura 14 Esquema ilustrando o mecanismo de ação enzimática Fonte Junqueira et al 2012 p 50 32 Caracterização Bioquímica das Células Carboidratos Os carboidratos são compos tos por carbono hidrogênio e oxigênio na proporção de CnH2On Veja o exemplo da fórmula da molécula de glicose que é o carboidrato mais abun dante do planeta para associar a esta fórmula C6H12O6 No en tanto alguns carboidratos não apresentam essa fórmula geral por exemplo a glicosamina Funções dos carboidratos Os carboidratos representam a principal fonte de energia para as células Apesar de seu pa pel energético predominante podemos reconhecer outras funções Reconhecimento celu lar forma a glicoproteí nas que atuam como re ceptores nas membranas e glicocálice Função estrutural for ma as glicoproteínas da matriz extracelular dos tecidos forma a parede de células vegetais e o exoes queleto de vários grupos de animais quitina Classificação dos carboidratos De acordo com o número de monossacarídeos classificamos os car boidratos em monossacarídeos oligossacarídeos e polissacarídeos Monossacarídeos são os tipos mais simples de carboidratos e recebem nomes de acordo com o número de átomos de carbo no Triose 3 tetrose 4 pentose 5 hexose 6 e heptose 7 Os monossacarídeos mais abundantes nos seres vivos são os com cinco e seis átomos de carbonos pentoses e hexoses respectivamente Observe as fórmulas químicas de alguns monossacarídeos mais comuns DGliceraldeido DRibose Diidroxiacetona DRibulose DFrutose DGlicose DGalactose O C C CH2OH H OH H O C C CH2OH H OH H H C OH H C OH O C C CH2OH H OH H C HO H H C OH H C OH O C C CH2OH H OH H C HO H HO H C H C OH 1 2 3 4 5 6 CH2OH CH2OH C O CH2OH C O CH2OH H C OH H C OH CH2OH C O CH2OH HO C H H C OH H C OH 1 2 3 4 5 6 Figura 15 Fórmulas químicas de monossacarídeos mais comuns Fonte Marzzoco e Torres 2015 p 88 33 UNIDADE 1 Oligossacarídeos são formados por um pequeno número de monossacarídeos Os oligossacarídeos mais comuns são os formados por dois monossacarídeos denominados de dissa carídeos Os dissacarídeos mais abundantes podem ser visua lizados nas fórmulas da Figura 16 Outros oligossacarídeos estão associados a lipídios e proteínas formando os radicais de carboidratos de glicolipídios e glico proteínas presentes nas membranas plasmática das células e matriz extracelulares dos tecidos Galactose Glicose Lactose HOCH2 OH H H O O OH OH H H HOCH2 H H H H O OH OH H H OH Sacarose Glicose Frutose CH2OH HOCH2 HOCH2 H H H H O O O OH OH H HO H HO H H OH Polissacarídeos esses são os carboidratos mais complexos formados por muitas unidades de monossacarídeos Os polis sacarídeos mais abundantes são o amido glicogênio e celulose Esses três polissacarídeos são formados por muitos monos sacarídeos de glicose Glicogênio e amido exercem função de reserva de energia sendo o glicogênio de reserva animal e o Figura 16 Fórmulas químicas de dissacarídeos mais comuns Fonte Marzzoco e Torres 2015 p 89 amido de reserva vegetal A celulose é um polissaca rídeo de função estrutural formando a parede celular de células vegetais Lipídios Constituem uma classe de com postos com estrutura bem varia da que não são caracterizados por suas estruturas químicas mas por sua baixa solubilidade em água Em função dessa de finição os lipídios formam um grupo muito variável Ácidos graxos São ácidos monocarboxílicos geralmente com uma cadeia longa de carbono podendo apresentar apenas ligações sim ples entre átomos de carbono saturados ou uma ou mais duplas ligações entre átomos de carbonos saturados e polii nsaturados respectivamente Ácidos graxos livres são raramente encontrados nas células normalmente estão as sociados a um álcool glicerol por exemplo Os lipídios que apresentam ácido graxo em sua constituição podem ser classi ficados por suas funções exis tindo desta forma dois grupos lipídios estruturais e lipídios de reserva energéticas 34 Caracterização Bioquímica das Células Lípidos de reserva energética são formados principal mente por triacilgliceróis triglicerídios constituído por glicerol ligados a três moléculas de ácidos graxos Os ácidos graxos possuem longas cadeias hidrocarbonadas e são cha mados de saturados quando houver apenas ligações simples entre átomos de carbono e insaturados quando houver uma ou mais duplas ligações entre os átomos de carbono Estão presentes no citoplasma de quase todas as células mas exis tem células especializadas em armazenamento de triglice rídeos chamadas de células adiposas Lipídios estruturais formam todas as membranas celu lares São moléculas anfipáticas com uma região hidrofílica e caudas hidrofóbicas cadeias de ácidos graxos São mais complexos que os lipídios de reserva energéticas Grupo carboxila Cadeia carbônica a Ácido graxo saturado b Ácido graxo insaturado CH2 CH2 CH2 C O O C O O CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH3 CH2 HC HC CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH3 CH2 CH2 Figura 17 Fórmulas de ácidos graxos mais abundantes Fonte Marzzoco e Torres 2015 p 91 H2C OH Glicerol Triacilglicerol 1palmitoil2 3dioleilglicerol H2C OH H2C O H2C O HC O O O O C 16 18 9 9 1 1 2 3 1 18 C C HC OH 1 CH2 CH2 CH2 CH3 H3C CH3 N C H H C OH H CH2 CH2 C N O O O P O H CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 C O CH2 CH CH CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH3 Cadeia não polar hidrofóbica Extremidade polar hidrofílica Esfingosina Colina Ácido fosfórico Ácido graxo Figura 18 Esquemas de fórmulas de triglicerídeos Fonte Marzzoco e Torres 2015 p 94 Figura 19 Esquema da fórmula es trutural de um lipídio estrutural Esse tipo de lipídio está presente na estru tura das membranas celulares Fonte Junqueira et al 2012 p 62 35 UNIDADE 1 Ácidos Nucleicos Neste tópico iremos abordar as moléculas responsáveis pelo se gredo da vida os ácidos nucleicos conhecidos como DNA e RNA Juntas estas moléculas são responsáveis por todas as características morfológicas e funcionais das células e portanto dos seres vivos Também são responsáveis por transmitir estas informações as célu las descendentes promovendo a perpetuação dessas características Ácidos nucleicos são polímeros de nucleotídeos DNA ácido desoxirribonucleico e RNA ácido ribonucleico são polímeros de unidades chamadas nucleotídeos Cada nucleotí deo é constituído por uma pentose um resíduo de ácido fosfórico ligado ao carbono 5 da pentose e uma base nitrogenada ligada ao carbono 1 da pentose VOET et al 2014 O O H H H N N N N N H H H H HO O P O OCH2 Ð Ð A nucleotídeo dAMP A união entre a pentose e a base nitrogenada é chamada de nu cleosídeo Existe um tipo de pentose para o DNA chamada de desoxirribose e outro tipo para o RNA chamada de ribose Figura 20 Esquema da estrutura de nucleotídeos Fonte Watson et al 2015 p 98 36 Caracterização Bioquímica das Células As bases nitrogenadas são classificadas em dois grupos purinas e pirimidinas As purinas e a pirimidina citosina se ligam ao carbono 1 dos dois tipos de pentoses A pirimidina uracila se liga apenas no carbono 1 da ribose enquanto a pirimidina timina se liga apenas na pentose desoxirribose Dessa forma RNA não tem nucleotídeos de timina e DNA não possuem nucleotídeos de uracila Ligação diesterfosfato Os nucleotídeos ligamse uns aos outros por meio da ligação fosfodiéster que ocorre entre as pentoses O radical fosfato de um nucleotídeos que está ligado ao carbono 5 ligase ao carbono 3 da pentose de outro nucleotídeos Vários nucleotídeos ligados formam uma cadeia polinucleotídica linear uma vez que cada nucleotídeo fará apenas duas ligações fosfodiéster As extremidades da cadeia manterão seus carbonos 3 e 5 um em cada extremidade Essas extremidades recebem a denominação de extremidade 5 e 3 respectivamente VOET et al 2014 Ácido Desoxirribonucleico DNA O DNA é a molécula responsável por armazenar as informações genéticas que determinarão as caracterís ticas morfológicas e funcionais das células e transmissão dessas características para as células descendentes O H H H H H N N N N N DNA Purinas Pirimidinas Pentoses DNA e RNA RNA N H H N N N N H H H Guanina O H H3C HOH2C OH OH OH OH O P OH H N N O O H Adenina Timina Desoxirribose Ribose Citosina Ácido fosfórico Uracila H H O H H H N N O H N H N H N N O H HOH2C OH OH OH O Figura 21 Desoxirribose nucleotídeos do DNA e ribose nucleotídeos do RNA Fonte Junqueira et al 2012 p 54 37 UNIDADE 1 Estrutura da molécula da DNA A molécula de DNA é constituída por duas ca deias de desoxirribonucleotídeos que interagem entre si por meio de pontes de hidrogênios entre suas bases nitrogenadas Dessa forma as bases nitrogenadas ficam no centro da molécula e a pentose e o fosfato ficam na borda da molécu la O posicionamento dos nucleotídeos em cada cadeia é inverso em relação a outra o que se diz de orientação antiparalela Em função disto as extremidades 3 e 5 seguem orientação inversa em cada uma das fitas No DNA as pontes de hidrogênios reali zadas entre as bases nitrogenadas das cadeias antiparalelas ocorrem especificamente entre adenina timina e citosinaguanina Dessa for ma teremos duas cadeias complementares em Figura 22 Modelos da estrutura tridimensional da molécula de DNA Proposta por WatsonCrick 1953 Fonte Watson et al 2015 p 98 suas sequências de nucleotídeo AT realizam duas pontes de hidrogênio e CG realiza três pontes As pontes de hidrogênios são respon sáveis pela estabilidade da molécula de DNA As duas cadeias polinucleotídicas antipara lelas e complementares assumem um aspecto levemente retorcido orientado da esquerda para a direita na maioria das condições do am biente celular e é chamada de αhélice Ao lon go da molécula de DNA cada volta completa na hélice contém 10 nucleotídeos O diâmetro da molécula é de 2 nm nanômetro e sua su perfície apresenta dois sulcos desiguais sulco maior e sulco menor Esse modelo de estrutura da molécula de DNA foi proposto por Watson e Crick em 1953 38 Caracterização Bioquímica das Células Ácido Ribonucleico RNA O RNA é uma cópia de segmento da molécula de DNA que se denomina gene O RNA vai atuar no processo de síntese de proteínas Esta será res ponsável pela expressão das informações contida no DNA Estrutura da molécula de RNA Formada por uma cadeia simples de nucleotídeos que como vimos possui ribose Quatro varieda des de bases nitrogenadas formam os diferentes nucleotídeos Algumas variedades de RNAs podem apresen tar segmento que são complementares AU GC e promovem dobras na molécula fazendo com que ela exerça funções específicas Existem três tipos principais de RNAs que par ticipam da síntese protéica RNAm mensageiro RNAt de transferência e RNAr RNAm formado quando ocorre a trans crição de genes com informações especí ficas para uma proteína É uma cadeia li near No processo de síntese proteica cada trinca de nucleotídeos códon determina a adição de um aminoácido específico RNAr combinase com diferentes pro teínas para formar as subunidades de par tículas denominadas de ribossomos Os ribossomos funcionais existem quando duas subunidade maior e menor estão unidas Eles apresentam os sítios ativos que atraem os RNAt para se ligarem aos códons e sítios que catalisam as ligações peptídicas entre os aminoácidos RNAt apresentam uma extremidade com a sequência CCA que graças a um processo enzimático se liga a um aminoácido Existe uma especificidade e cada variedade de en zima irá ligar cada um dos 20 tipos diferen tes de aminoácidos a um RNAt específico O RNAt apresentase em fita dupla devi do às pontes de hidrogênios entre as bases nitrogenadas complementares Essas do bras promovem a exposição de uma trin ca específica de nucleotídeos denominada anticódon A complementaridade códon anticódon é responsável pela adição de uma sequência específica de aminoácidos na proteína codificada por um RNAm Ao final desta unidade tivemos uma visão geral da estrutura dos dois tipos celulares que formam os se res vivos atuais células eucariontes e procariontes A célula é a base morfológica e funcional de todo e qualquer ser vivo e conhecêla em seus aspectos morfológicos fornecerá suporte para outras áreas do curso Células procariontes são células mais simples não apresentam membranas internas Foram as pri meiras formas de seres vivos a se desenvolverem no planeta e atualmente formam as bactérias Células eucariontes surgiram da evolução de células procariontes Apresentam uma estrutura morfológica mais complexa pois exibem uma série de membranas internas compartimentali zando o citoplasma que chamamos de organelas Nas células eucariontes cada organela desempe nha funções específicas Tivemos também uma visão dos componentes químicos que formam as células os elementos orgânicos proteínas carboidratos lipídios e áci dos nucleicos e os elemento inorgânicos água e sais minerais e de cada elemento destacamos seu papel biológico principal Todos os conceitos aqui abordados precisam es tar incorporados por você caroa alunoa Dessa forma esta unidade nos deu embasa mento para prosseguir nas demais abordagens que faremos sobre o metabolismo celular nas próximas unidades 39 Você pode utilizar seu diário de bordo para a resolução 1 Para que uma célula animal seja capaz de sintetizar armazenar e secretar enzi mas é necessário que ela apresente de maneira bem desenvolvida a O Retículo Endoplasmático Granular e o Complexo de Golgi b O Retículo Endoplasmático Agranular e o Complexo de Golgi c O Retículo Endoplasmático Granular e os Lisossomos d O Complexo de Golgi e os Lisossomos e O Complexo de Golgi e o Condrioma 2 Considerandose a definição de enzimas analise as afirmativas a seguir I São catalisadores orgânicos de natureza proteica sensíveis às variações de temperatura II São substâncias químicas de natureza lipídica sendo consumidas durante o processo químico III Apresentam uma região chamada centro ativo a qual se adapta à molécula do substrato Com base nas afirmativas apresentadas assinale a alternativa correta a Apenas a afirmativa I é correta b Apenas as afirmativas II e III são corretas c Apenas as afirmativas I e III são corretas d Todas as afirmativas são corretas e Nenhuma afirmativa é correta 40 3 Em 1953 Miller e Urey realizaram experimentos simulando as condições da Terra primitiva supostamente altas temperaturas e atmosfera composta pelos gases metano amônia hidrogênio e vapor dʼágua sujeita a descargas elétricas intensas A figura a seguir representa o aparato utilizado por Miller e Urey em seus experimentos Eletrodos Vapor dágua Área de condensação Produtos Água fervente Descargas elétricas H2 NH3 H2O CH4 Fonte Vestiprovas 2016 online4 a Qual a hipótese testada por Miller e Urey nesse experimento b Cite um produto obtido que confirmou a hipótese 4 Cite as organelas encontradas em uma célula eucarionte animal e relacione a função exercida por cada uma 5 O citoplasma celular é composto por organelas dispersas em uma solução aquosa denominada citosol A água portanto tem um papel fundamental na célula Das funções que a água desempenha no citosol qual não está correta a Participa no equilíbrio osmótico b Catalisa reações químicas c Atua como solvente universal d Participa de reações de hidrólise e Participa no transporte de moléculas 41 Bases da Biologia Celular e Molecular Autor Eduardo de Robertis e José Hib Editora Guanabara Koogan Sinopse esse livro é didático que apresenta os conteúdos básicos de Biologia Celular e Molecular Iniciase apresentando a estrutura morfológica das células procariontes e eucariontes e integra a constituição bioquímica das células Comentário livro com uma linguagem acessível e bem ilustrado Será muito útil na aquisição de conceitos fundamentais de Biologia celular e Bioquímica LIVRO 42 ALBERTS B BRAY D HOPKIN K JOHNSON A LEWIS J RAFF M ROBERTS K WALTER P Fun damentos da biologia celular Porto Alegre Artmed 2011 ALBERTS B LEWIS J RAFF M ROBERTS K WALTER P VANZ A L de S JOHNSON A Biologia molecular da célula Porto Alegre Artmed 2011 JUNQUEIRA L C U CARNEIRO J JORDÃO B Q ANDRADE C G T J YAN C Y I Biologia celular e molecular Rio de Janeiro Guanabara Koogan 2012 MARZZOCO A TORRES B B Bioquímica básica São Paulo Guanabara Koogan 2015 NELSON D L COX M M VEIGA A B G da CONSIGLIO A R LEHNINGER A L DALMAZ C Leh ninger princípios de bioquímica Porto Alegre Artmed 2013 STRYER L TYMOCZKO J L BERG J M Bioquímica Rio de Janeiro Guanabara Koogan 2014 VOET D VOET J G PRATT C W FETT NETO A G Fundamentos de bioquímica Porto Alegre Artmed 2014 WATSON J D BAKER T A BELL S L GANN A LEVINE M LOSICK R VARGAS A E PASSAGLIA L M P FISCHER R Biologia molecular do gene Porto Alegre Artmed 2015 REFERÊNCIAS ONLINE 1 Em httpbioblogconexaoblogspotcombr201507caracteristicasdosseresvivosehtml Acesso em 4 jul 2019 2 Em httpwwwiesdionisioaguadoorgjoomlaimagesstoriesVANESArerreljpg Acesso em 4 jul 2019 3 Em httpwwwportalojornalcombrnoticia10335suaremagrecemitoouverdadehtml Acesso em 4 jul 2019 4 Em httpwwwvestiprovascombrquestaophpquestaounicamp200323quimicageral17725 Acesso em 4 jul 2019 43 1 A 2 C 3 a A hipótese testada foi a teoria prébiótica que sugere que moléculas inorgânicas reagiram espontanea mente e formaram moléculas orgânicas b Os produtos formados foram aminoácidos nucleotídeos e carboidratos mais simples 4 Mitocôndrias liberar a energia obtida da degradação de moléculas orgânicas e transferir esta energia para a síntese de moléculas de ATPs Retículo endoplasmático rugoso essa porção do retículo endoplasmático está associada à síntese de proteínas Retículo endoplasmático liso essa porção do retículo endoplasmático está associada à síntese de lipídios e degradação de metabolitos tóxicos para a célula Aparelho de Golgi processamento e distribuição das macromoléculas que começaram a serem sintetizada no retículo endoplasmático liso e rugoso Lisossomos digestão de moléculas englobadas por endocitose e também de organelas que não estão sendo utilizadas Endossomos constituem uma rede complexa de vesículas que são encaminhadas para a digestão Peroxissomos contém enzimas oxidativas que transferem átomos de hidrogênio de diversos substratos para o oxigênio formando os peróxidos Núcleo armazena os ácidos nucleicos responsáveis pela caracterização morfológica e funcional das células 5 B Diário de Bordo Diário de Bordo Diário de Bordo PLANO DE ESTUDOS OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM Identificar a constituição química e estrutural das mem branas celulares Apontar os diferentes mecanismos que promovem o in tercâmbio das moléculas entre os meios intracelular e extracelular Reconhecer morfológica e funcionalmente as organelas que formam o sistema de endomembranas na célula eucarionte Descrever a relação entre as organelas do sistema de endomembranas no processamento de macromoléculas e digestão intracelular Membrana Plasmática Mecanismos de Transporte por Meio das Membranas Celulares Síntese e Exportação de Macromoléculas Vias Intracelulares de Degradação Endocitose e Lisossomos Sistema de Endomembranas Dra Marcia Cristina de Souza Lara Kamei Estrutura e Funções das Organelas Celulares da Célula Eucarionte Membrana Plasmática Caroa alunoa você já desvendou a composição química das células e percebeu que do ponto de vista bioquímico existe uma simplicidade fasci nante na composição dos seres vivos uma vez que todos eles são formados por células que por sua vez são constituídas por uma gama padronizada de elementos químicos definidos como moléculas orgânicas Vamos avançar em nossos conhecimentos so bre a estrutura celular estudando nesta unidade aspectos morfológicos e funcionais das organelas presentes nas células eucariontes que como vi mos na Unidade 1 desenvolveu esses comparti mentos durante os processos evolutivos Vamos abordar também nesta unidade a membrana plasmática das células que é respon sável por delimitar o espaço celular e promover o intercâmbio molecular entre o citoplasma e o meio extracelular Não é possível a sobrevivência da célula se não houver um fluxo constante de moléculas entre esses dois meios As membranas celulares apresentam uma constituição química e uma organização padro nizadas sendo formados por bicamada de lipídios anfipáticos com proteínas e radicais de carboidra tos associados a esta bicamada em um modelo que se chama de mosaico fluído 49 UNIDADE 2 Essa constituição das membranas celulares atende as características das moléculas que as constituem e permite que estas membranas desempenhem várias funções Ao longo do processo evolutivo vários meca nismos que promovem a entrada de elementos es senciais ao metabolismo e retirada de compostos indesejáveis resultantes destes metabolismos foram desenvolvidos e para compreensão da fisiologia ce lular é necessário os diversos mecanismo de trans porte por meio das membranas celulares bem como conhecer a estrutura e funções da membrana plas mática e das organelas citoplasmáticas dessa forma vamos desvendar mais uma fascinante abordagem de nossos estudos sobre as células Alunoa agora conheceremos a membrana plasmática da célula Essa estrutura delimita o espaço interno das células e promove intercâmbio de moléculas entre o núcleo e o citoplasma Todas as membranas celulares apresentam o mesmo pa drão molecular e o mesmo arranjo dessas molé culas Contudo antes de abordarmos a estrutura dessas membranas faremos uma discussão de suas funções gerais Função das Membranas Celulares De uma maneira geral as membranas celula res e a membrana plasmática estão envolvidas nos principais processos que governam a ma nutenção e o funcionamento celular A seguir serão citadas e abordadas as principais funções atribuídas às membranas celulares que são fun damentais para a vida da célula Membrana plasmática Citoplasma Mitocôndria Retículo endoplasmático liso Polo nuclear Nucléolo Núcleo Membrana nuclear Lisossoma Centríolo Aparato de Golgi Retículo endoplasmático rugoso Ribossoma Figura 1 Esquema das membranas presentes em células eucariontes Fonte Glória 2016 online1 50 Estrutura e Funçõesdas Organelas Celularesda Célula Eucarionte Compartimentalização celular A membrana plasmática delimita todos os tipos celulares desde procariontes a eucariontes Nas células eucarióticas membranas internas criam subcompartimentos com atividades especializa das Embora as moléculas na membrana sejam mantidas por ligações químicas fracas o somató rio dessas forças complementada pelas interações com o citoesqueleto e matriz extracelular confere à membrana uma determinada resistência à tração suficiente para assegurar a integridade física da célula e consequentemente a sua individualidade Transporte de substâncias Por ser a estrutura que delimita as células e com partimentos internos células eucarióticas as substâncias que entram e saem devem necessaria mente atravessar as membranas As membranas celulares são seletivas e contam com mecanismos de transporte altamente especializados Entre as funções dos sistemas de transporte na membrana podese citar Regulam o volume celular Mantém o pH e a composição iônica in tracelular Extraem do ambiente e concentram com bustíveis metabólicos e elementos de cons trução Eliminam substâncias tóxicas Geram gradientes iônicos Reconhecimento e processa mento de informações Essa função é exercida por meio da ação de re ceptores incorporados na membrana os quais reconhecem ligantes específicos e desencadeiam um processo interno de sinalização celular que permite que a célula mude seu comportamento em resposta a orientações Suporte para atividades bioquímicas Muitas membranas celulares contém moléculas específicas que atuam no metabolismo e con ferem funções bioquímicas particulares a cada compartimento que a possui Por exemplo a membrana interna das tilacoides nos cloroplas tos e a membrana plasmática de bactérias fo tossintéticas contêm pigmentos transportadores de elétrons e enzimas envolvidas no processo da fotossíntese conversão de energia luminosa em energia química Integração entre células e substratos não celulares Nos organismos multicelulares as células estão conectadas entre si ou com a matriz extracelular para formar os tecidos Essa integração na reali dade é resultante da presença de especializações na membrana que em conjunto são denominadas de junções celulares Vários tipos de junções inter celulares cada uma composta por uma proteína transmembrana diferente conectam as membra nas plasmáticas das células adjacentes Por exem plo nas junções de adesão e nos desmossomos que mantêm células epiteliais aderidas há uma proteína transmembrana denominada caderina que ancora através de seu domínio citosólico proteínas do citoesqueleto enquanto que o do mínio extracelular serve de ancoragem para outra caderina da célula adjacente 51 UNIDADE 2 Estrutura e Composição Molecular das Membranas Celulares As membranas celulares são estruturas contínuas que determinam os limites estruturais e funcionais das células membrana plas mática e dos compartimentos internos de células eucarióticas membrana nuclear e das organelas citoplasmática São compostas de lipídios proteínas e carboidratos e todas estão estruturadas de acordo com o mesmo modelo de arquitetura molecular Composição Química e Organização Estrutural de Membranas Celulares Como já mencionado anteriormente as membranas celulares são compostas de proteínas lipídios e em uma menor proporção car boidratos Entretanto a distribuição desses componentes oscila dependendo do tipo de membrana celular Lipídios Formadores de Membranas Os lipídios que estão presentes na estrutura das membranas celula res são na sua maioria anfipáti cos Esses apresentam uma região com grupamentos polares e outra região com grupamentos apola res Obs essa condição já foi dis cutida na unidade anterior Essa molécula se arranja em bicamada deixando suas regiões hidrofílicas cabeças para a periferia e suas regiões hidrofóbicas cauda para o centro da bicamada ALBERTS et al 2011 Entre os lipídeos mais fre quentes nas membranas celulares distinguemse os fosfoglicerídeos com uma representação de 70 a 90 As membranas das células animais contêm colesterol o que não acontece nas células vegetais que possuem outros esterois As membranas das células procarió ticas não contêm esterois salvo raras exceções A seguir a estru tura dos principais lipídios da membrana será abordada Fosfoglicerídeos co mumente denominados de fosfolipídios são cons tituídos por uma molé cula de glicerol esterifi cada a dois ácidos graxos e a um ácido fosfórico Diferentes gruposcabe ça álcoois se ligam ao ácido fosfórico produ zindo diferentes tipos de fosfoglicerídios Moléculas de lipídios anfpáticos Região polar hidrofílica Cadeia apolar hidrofóbica Micela a bicamada b Figura 2 Esquema da estrutura bioquímica dos lipídios formadores de mem brana e seu arranjo em bicamada Fonte Marzzoco e Torres 2015 p 100 52 Estrutura e Funçõesdas Organelas Celularesda Célula Eucarionte Fosfatidilglicerol grupocabeça é o glicerol Fosfatidilinositol grupocabeça inosi tol pode ser classificado como glicolipí deo por conter um resíduo de açúcar Fosfatidilcolina grupocabeça colina Fosfatidilserina grupocabeça serina Fosfatidiletanolamina grupocabeça etanolamina Esfingolipídeos apresenta a molécula de esfingosina em sua estrutura A esfingo mielina é um esfingolipídio que contém como grupocabeça a molécula de colina Esteróides são lipídios que não apresen tam ácidos graxos O principal lipídio es teroides nas células animais é o colesterol e em algumas dessas membranas pode re presentar mais de 50 das moléculas de lipídios Esse lipídeo é de grande impor tância pois faz parte de uma série de vias metabólicas incluindo a síntese de hormô nios esteroides estrogênio testosterona e cortisol da vitamina D e dos sais biliares secretados pelo fígado Cada membrana celular possui uma composição de lipídios característica que afetam as proprieda des físicas e biológicas de cada uma Proteínas Presentes na Membrana Apesar de a estrutura básica da membrana plas mática ser fornecida pela bicamada de lipídios as proteínas de membrana desempenham a maioria das funções específicas São as proteínas portanto que dão a cada tipo de membrana na célula as propriedades funcionais características Entre as funções exercidas por essas biomoléculas estão o transporte de substâncias atividade enzimática recepção de sinais e ancoragem As proteínas presentes nas membranas celu lares são classificadas de acordo com a interação que fazem com a bicamada lipídica sendo elas Proteínas periféricas estão associadas com a superfície da membrana por meio de ligações não covalentes A fraca asso ciação dessas proteínas com a membrana permite que elas sejam facilmente solubi lizadas com o uso de solventes alcalinos A ligação das proteínas periféricas com a membrana ocorre por meio de interação eletrostática e por pontes de hidrogênio com os domínios hidrofílicos citosóli co e externo de proteínas integrais com os gruposcabeça polares de lipídios de membrana ou mesmo com outras pro teínas periféricas Proteínas integrais encontramse mer gulhadas na bicamada lipídica represen tadas pelo número 4 na imagem Entre tanto a maioria das proteínas integrais de membrana se estendem de um lado a ou tro na bicamada lipídica e são designadas por proteínas transmembranas Tais pro teínas por conter domínios citosólico e extracelular podem desempenhar papéis em ambos lados da membrana Exemplos de proteínas com este tipo de atividade são as carreadoras os canais iônicos e os receptores 53 UNIDADE 2 Figura 3 Esquema mostrando as diversas interações de proteínas com a bicamada de lipídios para a formação das membranas celulares Fonte Alberts et al 2011 p 373 Açúcares de membrana A membrana plasmática de células eucariotas con tém carboidratos que estão ligados covalentemente aos componentes lipídicos formando os glicoli pídeos e protéicos formando as glicoproteínas e proteoglicanas Dependendo da espécie e do tipo celular o conteúdo de carboidratos da membrana plasmática varia entre 2 a 10 de seu peso Na membrana plasmática as porções glicídicas estão situadas na face externa da bicamada en quanto que nas membranas celulares das organe las os açúcares estão voltados para o lado oposto Os domínios citosólicos e exoplásmicos das proteínas transmembranas apresentam em sua maioria aminoácidos hidrofílicos por estarem em contato com as soluções aquosas do meio intra e extracelular O domínio interno em contato com as cadeias hidrocarbonadas dos lipídios apresenta uma maior quantidade de aminoácidos hidrofóbicos Podem ser classificadas como proteína de passagem única por possuir somente uma alfa hélice atravessando a membrana ou como passagem múltiplas ou multipasso por atravessarem várias vezes a bicamada do citosol Nas células animais os carboidratos ocupam um espaço considerável da superfície da membrana com cerca de 10 a 20 nm Essa camada glicídica é conhecida como glicocalix e apresenta funções de reconhecimento e adesão celular A porção glicídica da maioria das glicoproteí nas e glicolipídeos são oligossacarídeos que pos suem tipicamente menos de 15 monossacarídeos por cadeia A Figura 4 representa a organização estrutural das membranas celulares Esse modelo é denominado de mosaico fluído 54 Estrutura e Funçõesdas Organelas Celularesda Célula Eucarionte Glicolípidio Glicoproteína Colesterol Oligossacarídio Domínios polares Domínio apolar Proteína integral Proteína periférica Proteína periférica Proteína periférica ligada covalentemente a lipídio Unidade de açúcar Camada de carboidratos Bicamada lipídica CITOSOL ESPAÇO EXTRA CELULAR Glicoproteína transmembrana Glicoproteína ligada Proteoglicano transmembrana Glicolipídeo Figura 4 Esquema de mosaico fluído para explicar a estrutura das membranas celulares Fonte Marzzoco e Torres 2015 p 103 Figura 5 Esquema da organização estrutural das membranas celulares com evidência no glicocálix Fonte Alberts et al 2011 p 381 55 UNIDADE 2 Ao estudarmos a composição química e organiza ção estrutural das membranas celulares entende mos que essas membranas formam películas que separam compartimentos No entanto está claro que as membranas não podem isolar os ambientes que revestem pois o metabolismo celular depende de intercâmbio constante de moléculas entre os diversos compartimentos Você já deve ter conhecimento do conceito de que as membranas apresentam permeabilida de seletiva Isso significa que algumas moléculas atravessam a membrana e outras são barradas A seletividade das membranas celulares é um evento promovido pelo processo evolutivo que levou ao desenvolvimento de vários mecanismos de transportes O intercâmbio de moléculas é funda mental para a sobrevivência das células Podemos elencar as funções atribuídas ao diversos meca nismos de transporte por meio das membranas Regulam o volume celular Mantém o pH e a composição iônica intra celular Extraem do ambiente e concentram combus tíveis metabólicos e elementos de construção Eliminam substâncias tóxicas Geram gradientes iônicos Mecanismos de Transporte por meio das Membranas Celulares 56 Estrutura e Funçõesdas Organelas Celularesda Célula Eucarionte Tipos de Transporte De uma maneira geral o trans porte por meio da membrana pode ser classificado como ativo ou passivo Quando uma substância é transportada de um lado a outro da membrana a favor do gradiente de concen tração o transporte não requer gasto de energia e é denomina do de transporte passivo Se a substância é transportada de um lado a outro da membrana contra o gradiente de concen tração o transporte requer gasto de energia e é denominado de transporte ativo Se a substância tem uma carga elétrica seu movimento é influenciado tanto pelo gra diente de concentração como pelo potencial de voltagem da membrana diferença na con centração de íons de cargas opostas em ambos os lados da membrana A combinação des tas duas forças é denominada de gradiente eletroquímico Transporte passivo O transporte de substância a fa vor do gradiente de concentra ção sem gasto de energia pode ser dividido em transporte de água que é denominada de os mose e transporte de solutos que é denominado de difusão NaCl 15 NaCl 09 NaCl 06 NaCl 04 Célula vegetal normal Parede celular Membrana Núcleo Vácuolo Citoplasma Plasmólise Plasmólise mais avançada Desplasmólise BiCamada Lipídica Figura 7 Poros proteicos denominados de aquaporinas que promovem a pas sagem de água por meio das membranas celulares Fonte Alberts et al 2010 p 633 Figura 6 Esquema demonstrando o movimento da água em função das con centrações do meio extracelular Fonte Junqueira et al 2012 p 83 57 UNIDADE 2 Osmose Na osmose a água se move por meio da membrana do meio hi potônico menos concentrado para o meio hipertônico mais concentrado até que os meios se tornem isotônico com a mesma concentração A passagem da água pode ocorrer por meio da bicamada lipídica ou por meio de pro teína canais denominadas de aquaporinas Difusão O transporte passivo de solu tos ocorre do meio hipertônico para o meio hipotônico até que os meios se tornem isotônico Esse mecanismo é chamado de difusão A difusão pode ocorrer pela bicamada lipídica ou por meio de proteínas transportadoras Pou cas moléculas conseguem fluir por meio da bicamada lipídica entre elas estão moléculas hidro fóbicas pequenas como benze no gases como o CO2 N2 e O2 e moléculas pequenas polares e sem carga como etanol ureia e em uma taxa pequena a própria molécula de água a osmose pode ser caracterizada como um pro cesso de difusão Quando uma molécula atravessa a membrana pela bicamada lipídica o pro cesso é denominado de difusão passiva Entretanto a passagem de moléculas maiores polares como a glicose moléculas com cargas como aminoácidos ATP e íons como Na2 Ca2 Mg2 Cl requerem a presença de proteínas transportadoras para atravessar a membrana neste caso o transporte é denominado de difusão facilitada No processo de difusão facilitada as proteínas que realizam a passagem da substância podem ser uma proteína carreadora per meases ou canais Proteínas carreadoras permeases Transporte de moléculas grandes polares eou carregadas Mudança de conformação durante o transporte Taxa de transferência menor que a taxa operada pelas pro teínas canal Proteínas canais Transporte de água e íons Transporte rápido Seletivo Alternância abertofechado gates dependentes de voltagem dependentes do ligante Os mecanismos de transportes ativos levam os meios separados por membranas a assumirem concentrações equilibradas Portanto teremos outros mecanismos envolvidos na manutenção de diferentes concen trações de substâncias nos diferentes meios biológicos Molécula transportada Bicamada liídica Difusão simples Mediado por canal Mediado transportador Difusão facilitada Proteína canal Proteína carreadora Figura 8 Esquema mostrando a difusão simples e facilitada Fonte Alberts et al 2011 p 391 58 Estrutura e Funçõesdas Organelas Celularesda Célula Eucarionte Molécula transportada Bicamada liídica Difusão simples Mediado por canal Mediado transportador Gradiente de concentração TRANSPORTE PASSIVO TRANSPORTE ATIVO Proteína canal Proteína carreadora ENERGIA Transporte ativo Os solutos poderão ser transportados contra o gradiente de concentração ou seja do meio menos concentrado para o mais concentrado envolvendo gasto energético Esse processo é chamado de transporte ativo O mecanismo ocorre somente com solutos e sempre por meio de proteínas carreadoras Essas proteínas são conhecidas como bombas A energia necessária para o transporte pode ser disponibilizado por quebra de molécula de ATP caracterizando o transporte ativo primário Alguns carreadores de membrana realizam o transporte ativo secundário isto é usam gradien tes de íons seguindo seu gradiente eletroquímico para transportar outra substância contra seu gra diente de concentração Esse transporte é também denominado de transporte acoplado Podemos re sumir algumas características do transporte ativo Depende da presença e da atividade de proteínas de membrana São específicos para certas substâncias ou grupos de substâncias O fluxo ocorre contra um gradiente quí mico ou elétrico Requer energia e é sensível a distúrbios metabólicos Figura 9 Esquema comparando o transporte ativo e passivo Fonte Alberts et al 2011 p 390 59 UNIDADE 2 Exemplos HATPASE move H para fora da cé lula Ca2 ATPASE move Ca2 para fora da célula NaK ATPASE move Na para fora e K para dentro da célula simultaneamen te A proteína carreadora é também uma enzima que degrada a molécula de ATP levando 2 K para o meio intracelular e 3Na para o meio extracelular conforme demonstra o esquema a seguir Na Na Na 4 3 5 6 1 2 K K K P P P Fosfato em ligação de alta energia ESPAÇO EXTRACELULAR A BOMBA SE AUTOFOSFORILA ATP ADP A BOMBA É DESFOSFORILADA CITOSOL LIGAÇÃO DE Na À BOMBA A BOMBA RETORNA À COMFORMAÇÃO ORIGINAL EJEÇÃO DE K LIGAÇÃO DE K A FOSFORILAÇÃO DESENCADEIA UMA MUDANÇA CONFORMACIONAL EJEÇÃO DE Na P Figura 10 Esquema ilustrando o mecanismo da bomba NaK ATPASE Fonte Alberts et al 2011 p 395 O Transporte ativo ocorre somente por meio de proteínas carreadoras que combinamse com as moléculas a serem transportadas e alternam sua conformação durante o transporte deixando de ter afinidade pela molécula transportada Esse transporte ocorre em eucariontes por meio de dois princípios básicos Transporte ativo primário a energia é disponibilizada pela quebra de moléculas de ATPs A quebra da molécula de ATP e o transporte são processos realizados pela mesma proteína 60 Estrutura e Funçõesdas Organelas Celularesda Célula Eucarionte Transporte ativo secundário não depen de da quebra de moléculas de ATP o gra diente de concentração mantido por meio do transporte ativo direto de íons serve como fonte de energia que dirige o trans porte ativo indireto de outras substâncias Nesse transporte ativo indireto as moléculas mo vemse associadas ao transporte de um íon que lhe fornece energia por isso esse tipo de trans porte é do tipo transporte acoplado Existem dois mecanismos de transporte ativo secundário Simporte e Antiporte No Simporte as substâncias transportadas em geral açúcares e aminoácidos movemse na mesma direção do íon que está fornecendo energia no transporte tipo antiporte as subs tâncias transportadas em geral íons movemse em direção contrária ao íon que está fornecen do energia Vários metabólitos e íons movemse por meio da membrana por transporte ativo indireto e em eucariontes praticamente todas as substâncias orgânicas transportadas dentro das células são movidas por transporte ativo secundário ME YER 2019 online2 Figura 11 Esquema ilustrando os diferentes tipos de transportes ativos Fonte Alberts et al 2011 p 398 Molécula transportada Ion cotransportado Ion cotransportado UNIPORTE SIMPORTE ANTIPORTE TRANSPORTE ACOPLADO Bicamada Lipídica 61 UNIDADE 2 Sistema de Endomembranas Neste tópico abordaremos um conjunto de organelas que nas células eucariontes apresentamse em ínti ma associação morfológica eou funcional e são cha mados de sistema de endomembranas Esse sistema atua no processamento de macromoléculas ou como podemos dizer na secreção e digestão intracelular O processo de evolução celular originou mem branas internas que levaram ao processo de com partimentalização do citoplasma celular originando a célula eucarionte Dentre os compartimentos o sistema de endomembranas é o mais volumoso Esses sistemas são formados por várias organelas Alguns compartimentos apresentam comunicação direta em outros a comunicação ocorre por meio de vesí culas transportadoras Essas vesículas brotam de um compartimento doador e se fundem com membrana de outro compartimento compartimento receptor envolvendo então processo de perda e ganho de membranas entre os compartimentos JUNQUEI RA et al 2012 O sistema de endomembranas é formado pelas seguintes organelas a Retículo endoplasmático que compreende duas porções liso e rugoso que apresentam suas membranas em continuidade com o envelope nuclear b Complexo de Golgi c Endossomos d Lisossomos 62 Estrutura e Funçõesdas Organelas Celularesda Célula Eucarionte Retículo Endoplasmático O Retículo Endoplasmático RE é uma rede de túbulos e cisternas que se estendem frequente mente da membrana nuclear por todo o citoplas ma A quantidade e a localização específica do RE variam de acordo com o tipo e o metabolismo celular Nos hepatócitos por exemplo o RE é bas tante desenvolvido e se encontra disperso pelo ci toplasma Em células secretoras polarizadas como as células acinares pancreáticas o RE fica restrito preferencialmente na porção basal do citoplasma O RE é subdividido em dois tipos ou domínios distintos que desempenham funções diferencia das o RE rugoso RER que se apresenta com ri bossomos aderidos na superfície citosólica de suas membranas e apresenta estas membranas achata das e o RE liso REL que não possui ribossomos associados tendo suas membranas tubulares O RER está primariamente relacionado com as funções de produção e processamento de pro teínas enquanto o REL está envolvido na síntese e modificação de lipídios no metabolismo de com postos lipossolúveis drogas podendo desempe nhar funções específicas como o armazenamento de Ca nas células musculares Ambos tipos de RE são contínuos e podem se interconverter conforme o estado fisiológico da célula por exemplo na presença de fenobarbital um anestésico que pode se acumular e se tornar potencialmente tóxico para a célula área do RER dos hepatócitos são substituídas por REL para realizar a detoxificação Conforme já mencionado o RE é o início da via biossintética secretora da célula A síntese de proteínas e lipídios no RE representa portanto um ponto de ramificação para a distribuição dessas moléculas no interior de células eucarióticas En tretanto proteínas destinadas a permanecerem no citosol ou serem incorporadas no núcleo na mi tocôndria nos cloroplastos ou peroxissomos são sintetizadas nos polirribossomos do citoplasma A porção rugosa do retículo endoplasmá tico está envolvida com o processamento de proteínas e a porção lisa do retículo endoplas mático está envolvida com a síntese de lipídios A síntese de macromoléculas será abordada na sequência porém a região lisa do retículo en doplasmático exerce outras funções que serão abordadas agora Detoxificação celular o REL contém en zimas oxidativas que permitem a detoxi ficação celular Algumas drogas tendem a se acumular nas células em níveis tóxicos como inseticidas DTT herbicidas aditi vos da indústria alimentícia e medicamen tos como o analgésico fenobarbital No pro cesso de detoxificação uma série de reações de oxidação envolvendo enzimas da família do citocromo P450 da membrana do REL promovem a solubilização de uma série de drogas as quais podem ser eliminadas do organismo pela urina Essas reações acon tecem principalmente no fígado Figura 12 Equação da ação de detoxificação celular no retículo endoplasmático liso Fonte a autora 63 UNIDADE 2 Reservatório de cálcio a presença de proteínas ligadoras de cálcio na luz do RE transforma essa organela em um reservatório desse íon A liberação controlada do Ca a partir do RE desencadeia respostas celulares específicas como a secreção e a pro liferação celular Nas cé lulas musculares o Ca desencadeia a contração muscular Glicogenólise a de gradação do glicogênio acumulado em grânulos no citoplasma principal mente dos hepatócitos é realizada por regiões do REL pela ação da enzi ma glicose 6 fosfatase Essa enzima presente na membrana do REL é res ponsável portanto em disponibilizar a glicose A síntese de lipídeos também ocorre nas mitocôndrias e pe roxissomos e na realidade es sas organelas dividem a tarefa com o REL Complexo de Golgi O Complexo de Golgi é com posto por uma série de com partimentos achatados ou cis ternas O conjunto de cisternas é chamado de dictiossomo e apresenta a unidade morfológica e funcional do Complexo de Golgi As cisternas estão dispostas de maneira organizada e são dividi das em três regiões cis de conformação convexa recebe vesículas do RE trans de conformação côncava posicionadas em direção ao sítio de secreção e a região medial entre as regiões cis e trans Entre as cisternas há um espaço de 2030 nm preenchidos por uma matriz protéica envolvida na manutenção da organização das cisternas dessa organela O CG funciona como uma fábrica que processa seleciona e transporta substâncias que recebe Dessa for ma as proteínas e lipídeos sintetizados no RE são modificados por meio de reações químicas no CG e então separadas para que sejam encaminhadas para seus destinos finais Figura 13 Imagens de microscopia eletrônica de retículo endoplasmático liso REL e retículo endoplasmático rugoso RER Fonte Junqueira et al 2012 p 207 64 Estrutura e Funçõesdas Organelas Celularesda Célula Eucarionte Figura 14 Esquema mostrando a continuidade entre Retículo endoplasmàtico rugoso e liso Fonte Fresta 2016 online3 Figura 15 Esquema mostrando as cisternas do dictiossomo do Complexo de Golgi Fonte Junqueira et al 2012 p 219 65 UNIDADE 2 Síntese e Secreção de Macromoléculas A síntese e secreção de macromoléculas como pro teínas glicoproteínas e lipídios ocorrem por ação conjunta de retículo endoplasmático liso lipídios e rugoso proteínas e Complexo de Golgi Ape sar de serem duas organelas distintas e formarem compartimentos isolados elas são do ponto de vista funcional extensões uma da outra Síntese de Proteínas Os ribossomos aderidos à membrana do RER es tão ativamente engajados na síntese de proteínas que serão liberadas no lúmen dessa organela ou incorporadas à sua membrana Essas proteínas iniciam sua síntese no citoplasma para posterior mente prenderemse junto aos ribossomos na membrana da organela O direcionamento desse complexo traducional se deve à presença de uma sequência específica denominada de peptídeo sinal que corresponde a um segmento que inclui oito ou mais aminoá cidos hidrofóbicos na extremidade amino termi nal ou seja na extremidade nascente da proteína no ribossomo denominado de peptídeo sinal 66 Estrutura e Funçõesdas Organelas Celularesda Célula Eucarionte Para que o complexo traducional chegue até a membrana do RER no mínimo dois componentes são necessários uma partícula reconhecedora do sinal PRS uma ribonucleoproteína e o receptor da PRS uma proteína transmembrana do RER Toda proteína começa a ser sintetizada por ri bossomos associado ao RNAm que se encontram livres no citoplasma Quando a proteína que está sendo sintetizada possui o peptídeo sinal este é re conhecido pela PRS e ocorre uma parada na síntese proteica até o momento em que a PRS se ligue ao seu receptor na membrana do RER Após essa etapa a PRS é liberada e a síntese proteica recomeça com a cadeia polipeptídica sen do dirigida para o lúmen da organela por meio de um complexo proteico denominado Sec61p que atua como um canal de translocação e que possui sítios de ancoragem para o ribossomo Ainda na face luminal este canal de translocação está asso ciado a uma subunidade enzimática a peptidase sinal que cliva a sequência sinal da cadeia poli peptídica durante sua transferência para O RER Em mamíferos a maioria das proteínas des tinadas ao RE são translocadas ao RE durante a tradução processo cotraducional As proteínas sintetizadas nos ribossomos aderidos ao RER podem ser solúveis e serem encaminhadas para o lúmen da organela ou podem conter segmentos denominados de se quência de parada de transferência que inserem essas proteínas na membrana Proteínas que cruzam a membrana várias vezes multipasso podem estar sendo inseridas como resultado de uma série alternada de sequência de para da de transferência Essas sequências sinalizam o fechamento do canal SEc61p promovendo a transferência lateral da cadeia polipeptídica para a bicamada lipídica Em algumas proteínas o peptídeo sinal não é clivado e serve como uma sequência de parada ALBERTS et al 2011 Figura 16 Esquema mostrando o ancoramento da síntese proteica a membrana do retículo endoplasmático como reconhecimento do peptídeo sinal Fonte Junqueira et al 2012 p 210 67 UNIDADE 2 Enovelamento no RER no lúmen do RER existem proteínas da família chaperonas deno minadas Bip binding proteins que auxiliam o dobramento correto das cadeias polipeptídicas Quando apesar da ação das chaperonas as pro teínas não alcançam sua conformação nativa elas podem ser degradadas por proteases no lúmen do RE ou então enviadas ao citoplasma onde sofrem ubiquitinação um polipeptídeo e são reconhecidas por um complexo proteolítico o proteossoma que as degrada Esse controle de qualidade às vezes pode conduzir a distúrbios por exemplo como o que ocorre na forma mais comum de fibrose cística Essa doença genética é produto de mutações que resulta em uma leve alteração conformacional de uma proteína de membrana transportadora de Cl CFTR Embora essa proteína pudesse fun cionar perfeitamente na membrana ela é retida no RE e então descartada Outra ação que promove o dobramento corre to das proteínas no RER é a formação de pontes dissulfeto ss pela dissulfeto isomerase Proteí nas que contém pontes ss em sua conformação como a insulina têm sua síntese associada ao RE pois o ambiente redutor do citoplasma não favo rece a formação dessas ligações Processamento de proteínas antes que muitas proteínas possam deixar o RER elas devem passar por algumas modificações em sua cadeia polipeptídica Muitas proteínas sofrem glicosilações para se tornarem glico proteínas Esse processo ocorre ainda durante sua translocação ao RER Durante o processo um oligossacarídeo composto de 14 resíduos é transferido de um suporte lipídico o dolicol para resíduos de aminoácidos específicos por ação de uma enzima oligossacaril transferase Modificações desse oligossacarídeo precursor ocorrem ainda no interior do RER e se estendem ao CG e incluem remoção e adição de monossaca rídeos A combinação entre diferentes monômeros e o tipo de ligação estabelecida entre eles pode ge rar uma elevada variabilidade em sua composição e estrutura que fazem dos oligossacarídeos molé culas especialmente capazes de atuar em processos específicos de reconhecimento celular que envolve eventos de adesão e sinalização celular Figura 17 Esquema mostrando a glicosilação inicial no lúmen do retículo endoplasmático Fonte Junqueira et al 2012 p 212 68 Estrutura e Funçõesdas Organelas Celularesda Célula Eucarionte Transporte Vesicular do Retículo Endoplasmático RE para o Complexo de Golgi CG de adicionar oligossacarídeos Oligados em aminoácidos específicos A síntese dos oligossacarídeos Oligados ocorre por adição sequencial de monossacarídeos nas dife rentes cisternas do CG Várias combinações de monossaca rídeos são possíveis gerando uma diversidade de cadeias As enzimas responsáveis pelos diferentes passos da gli cosilação são enzimas de mem brana com o sítio ativo voltado para o lúmen do CG que se en contra em compartimentos es pecíficos desta organela Assim por exemplo na cisterna cis es tão presentes as manosidases enquanto que na cisterna trans encontramse galactosiltrans ferases Ainda no CG a adição de carboidratos à ceramida gera uma variedade de glico lipídios glicoesfingolipídios Os lipídeos e proteínas sintetizados no RE são enviados para o CG via vesículas transportadoras Os lipídeos são transportados como parte da bicamada que forma as membranas das vesículas de transporte ou no lúmen da vesícula associados com proteínas de transporte de lipídios ou lipoproteínas Da mesma maneira as proteínas sintetizadas no RE podem ser transportadas incluídas na bicamada lipídica aquelas que durante a translocação ficam retidas na membrana do RER por seg mentos de parada de transferência ou no lúmen da vesícula quando são proteínas solúveis JUNQUEIRA et al 2012 As cisternas do RE são tipicamente interconectadas facilitando o movimento das moléculas sintetizadas entre as cisternas dessa organela As vesículas que brotam do RE para o CG partem de uma região des provida de ribossomos referida como elementos de transição Experi mentos utilizando marcadores fluorescentes demonstram que durante o percurso essas vesículas se fundem para formar grandes vesículas e túbulos interconectados na região entre o RE e o CG Esses agregados se movem em direção ao CG e então fundemse com cisternas Aspectos funcionais do CG Glicosilações de proteínas e lipídios o CG desempenha papel essencial na síntese de glicoproteínas e glicolipídios já que modifica por uma série de reações químicas as cadeias de carboidratos das proteínas e lipídios provenientes do RE além Síntese de Lipídeos Embora algumas organelas como mitocôndrias e cloroplastos contenham enzimas que participam na biossíntese de lipídeos o REL é o principal sítio de síntese de lipídeos de membranas A síntese de lipídeos no REL ocorre por ação de enzimas presentes na face citosólica da membrana do REL Várias classes de lipídeos são sintetizadas no RE como os glicerofosfolipídeos o colesterol e as cera midas Nas células endócrinas das gônadas e do córtex da adrenal o colesterol é utilizado para a síntese de hormônios esteroides Uma parte das reações envolvidas neste processo ocorre nas mitocôndrias No fígado o REL utiliza o colesterol na formação de ácidos biliares Modificações dos lipídeos os lipídios produzidos no REL podem sofrer processamentos tais como elongação da cadeia de ácidos graxos e a formação de duplas ligações por meio de desidrogenações Essas reações acontecem principalmente no REL de células adiposas e hepáticas 69 UNIDADE 2 Sulfatação de proteínas e lipídios na luz da rede trans do CG domínios extracelulares de proteínas e lipídios destinados à membrana plasmática sofrem sulfatação A adição de sulfato pode ocorrer em cadeias gli cídicas de proteínas e lipídios como também em resíduos de aminoácidos tirosina Dentre as proteínas de secreção sulfatadas estão os proteoglicanos compo nentes da matriz extracelular animal A sulfatação desses pro teoglicanos confere em parte a aquisição de suas cargas negati vas que garantem a capacidade de reter água desempenhando importante papel na fisiologia da matriz extracelular Fosforilação as reações de fosforilações ocorrem nas cis ternas cis do Golgi Um impor tante processo de fosforilação ocorrido no CG relacionase à formação de manose 6P de en zimas lisossomais Na primei ra etapa da reação um fosfato ligado à Nacetilglicosamina é transferido para um resíduo de manose em seguida ocorre a remoção do grupo de Nacetil glicosamina Uma enzima que contém o resíduo manose 6P é reconhecida por receptores es pecíficos e encaminhada para endossomos tardios por meio de vesículas de transporte para formar os lisossomos Síntese de polissacarídeos no CG são sintetizados diferentes tipos de polissacarídeos Nas células animais os glicosaminoglica nos são polissacarídeos lineares componentes da matriz extracelular Nas células vegetais a hemicelulose e as pectinas são polissacarí deos ramificados que compõem a parede celular juntamente com a celulose Entretanto a celulose não é sintetizada no CG como ocorre para a hemicelulose e pectinas A síntese da celulose ocorre na superfície celular por enzimas da membrana plasmática Transporte Vesicular Partindo do CG As substâncias que chegam ao CG a partir do RE são movimentadas entre as cisternas do Golgi por meio de vesículas de transporte tam bém revestidas por proteínas COP Outro tipo de transporte que mo vimenta substâncias por meio do Golgi é o de maturação das cisternas Embora esse mecanismo tenha sido refutado na opinião de alguns pesquisadores evidências recentes indicam que algumas proteínas não são atravessadas pelas cisternas do CG por meio de vesículas Um exemplo é o caso do prócolágeno I PC que forma grande agregados no interior do CG que não saem do interior das cisternas As vesículas que partem da face trans do CG em direção à membra na plasmática podem seguir dois caminhos distintos a via de secreção constitutiva onde as substâncias são secretadas de maneira contínua e não regulada Um exemplo desse tipo de secreção é a da albumina realizada por hepatócitos O segundo caminho é o da via de secreção regulada onde os produtos celulares deixam o CG e permanecem retidos em vesículas de secreção até que um sinal específico estimule sua liberação Como exemplo de secreção regulada está a secreção de hormônios neurotransmissores e enzimas digestivas A secreção regulada representa um importante mecanismo uti lizado pela célula para controlar rapidamente a expressão de várias proteínas o que permite que não somente a célula mas o organismo como um todo se adapte frente a diferentes condições fisiológicas Um exemplo é dado pela secreção de insulina pelas células beta do pâncreas As moléculas de insulina que deixam o CG o fazem na forma inativa próinsulina e são acumuladas em vesículas imatu ras que se tornam maduras após clivagens peptídicas que ocorrem na próinsulina convertendoa em insulina ativa 70 Estrutura e Funçõesdas Organelas Celularesda Célula Eucarionte As vesículas que partem do CG em direção aos lisossomos são revestidas por outro grupo de pro teínas denominadas de clatrina Essas vesículas contêm as enzimas lisossomais que foram produzidas no RE e posteriormente transferidas para o CG Como vimos anteriormente as enzimas lisossomais são sinalizadas pela presença de manose 6P reconhecidas por receptores na rede trans do Golgi e empacotadas em vesículas de transporte Figura 18 Esquema demostrando os destinos de vesículas que saem da face trans do dictiossomo do Complexo de Golgi Fonte Alberts et al 2011 p 519 71 UNIDADE 2 Vias Intracelulares de Degradação Endocitose e Lisossomos Como vimos no tópico anterior a ação conjunta do retículo endoplasmático e Complexo de Golgi será responsável pela via de biossíntese de macro moléculas Algumas dessas macromoléculas serão secretadas outras serão incorporadas à membra na plasmática e s farão parte dos lisossomos Dessa forma vamos associar a ação de lisos somos com a via de entrada de macromoléculas no interior da célula endocitose bem como seu processamento via de digestão intracelular Endocitose e Digestão Intracelular As células eucarióticas estão continuamente cap tando substâncias pelo processo de endocitose O material extracelular é internalizado em vesículas que se formam por um processo de invaginação de uma pequena área da membrana plasmática A vesícula formada no processo passa a ser uma organela da célula e é denominada de endossomo imaturo 72 Estrutura e Funçõesdas Organelas Celularesda Célula Eucarionte Endossomos organelas membranosas que recebem moléculas introduzidas na célula pelo processo de endocitose e pela fusão de vesículas contendo enzimas prélisossomais que partem do CG Possuem pH áci do 6 devido à ação de uma bomba de prótons em sua membrana A partir dos endossomos é que se for mam os lisossomos Existem dois tipos de endocitose Pinocitose entrada de líquidos junto com macromoléculas e os solutos dissolvidos A pinocitose pode ser inespecífica ou regula da Na inespecífica as moléculas em contato com a superfície da membrana plasmática ingressam automaticamente Na pinocitose regulada existem receptores específicos que desencadeiam a formação das vesículas de endocitose Fagocitose ingestão de partículas grandes como microorganismos Ocorre em tipos celulares específicos como os macrófagos e neutrófilos que são células de defesa do nos so organismo Para ser fagocitado a partícula necessita de reco nhecimento por meio de receptores presentes na membrana plasmática A vesícula formada é maior que a formada na pinocitose Destino das Partícula Endocitadas Figura 19 Esquema mostrando endocitose e seus tipos Fonte adaptada de Alburquerque 2013 online4 endocitose ou elementos da própria célula como organelas ou macromoléculas Dessa forma os lisossomos são as organelas responsáveis pela digestão intracelular Lisossomos organelas membranosas com uma variedade de enzimas hidrolíticas capazes de hidrolisar todos os tipos de polímeros biológi cos São originados a partir da fusão de vesículas contendo hidrolases que brotam do CG com os endossomos secundários eou com fagossomos autofagossomos ou heterofagossomos Possui pH 5 digestão intracelular A endocitose fagocitose ou pinocitose levou à formação de endossomos imaturos fagossomos ou pinossomos A ação de bombas de prótons na membrana dessas organelas resulta em uma diminuição do pH no interior do compartimento que conduz à conversão do endossomo imaturo em endossomo tardio pH6 O endossomo tardio por sua vez recebe ve sículas de transporte que partem da rede trans do Golgi contendo enzimas hidrolíticas cerca de 40 tipos transformandose em lisossomos maduros que digerem as moléculas captadas por 73 UNIDADE 2 As enzi mas lisos somais são sintetizadas no RE e direcionadas ao CG Vesículas endo cíticas se fundem aos endos somos para formar os lisossomos Os restos não digeridos nos lisossomos serão excretadas para o meio extracelular O processo é idêntico à fusão das vesículas que contêm material a ser secretado ou seja por exocitose Figura 20 Esquema mostrando a fusão de vesículas de endocitose com lisossomos que farão a digestão Fonte Junqueira et al 2012 p 226 Aspectos Fisiológicos da Ação dos Lisossomos Autofagia Os lisossomos podem digerir elementos organelas ou macromoléculas da própria célula esse proces so é denominado de autofagia e geralmente ocorre para garantir a eliminação de organelas envelhe cidas danificadas ou em quantidades excessivas Nesse processo as organelas a serem eliminadas são envolvidas por membranas oriundas do RE for mando uma vesícula denominada autofagossomo Seguese então a fusão de vesículas prélisos somais formando então um lisossomo ativo na decomposição A autofagia é extremamente im portante nos fenômenos de regressão e involução de tecidos como ocorre durante a embriogênese e a metamorfose por exemplo na eliminação da membrana interdigitais em embriões de mamífe ros e na regressão da cauda do girino Em alguns tipos celulares as enzimas lisossomais são secretadas para realizar a digestão extracelular Um exemplo desse fato são os osteoclastos onde as enzimas são liberadas em um ambiente extracelular delimitado por essas células e a matriz óssea O pH ácido é mantido por proteínas de membrana que bombeiam íons H para o meio extracelular Esse processo é fundamental para a reabsorção óssea Outro exemplo é o acrossomo uma organela relacionada aos lisossomos nos espermatozoides Quando o espermatozoide entra em contato com o ovócito ocorre a liberação das enzimas acrossomais que digerem a camada de material extracelular que envolve o óvulo Isso permite a fusão das mem branas das duas células e a passagem do núcleo do espermatozoide para o citoplasma do óvulo 74 Estrutura e Funçõesdas Organelas Celularesda Célula Eucarionte Nos melanócitos há a presença de lisossomos denominados de mela nossomos Essa organela armazena melanina que é produzida pela conver são da tirosina por ação da enzima tirosinase presente no seu interior Os melanos somas contendo melanina so frem exocitose e os pigmentos no meio extracelular são então captu rados por queratinócitos que promovem a pigmentação normal da pele Em algumas desordens genéticas esse processo de transferência é bloqueado levando a defeitos na exocitose melanossômica deter minando formas de hipopigmentação conhecido como albinismo Como vimos a secreção de enzimas lisossomais em alguns tipos celulares parece contar com mecanismos especializados e regulados de exocitose Ainda em alguns fungos enzimas lisossomais também são secretadas permitindo a digestão extracelular de materiais de interesse nutricional A endocitose mediada por receptores aumenta a eficiência da internalização do ligante Um exemplo é a captação do colesterol Grande parte do colesterol é transportado no sangue na forma de lipo proteína de baixa densidade LDL Quando a célula necessita de colesterol para a síntese de suas membranas ela produz e envia para a membrana plasmática receptores para o LDL que se associam por meio de seu domínio extracelular com as partículas de LDL Após a associação de subunidades de clatrina favorece a formação da vesícula endocítica que se funde com endossomos primários Nos lisossomos os ésteres de colesterol são liberados das partículas LDL e hidrolisados em colesterol livre o qual estará agora disponível para o uso da célula Essa rota é interrompida em indivíduos que possuem mutações no gene que codifica para os receptores de LDL Como consequência o organismo pode acumular altos níveis de colesterol no sangue o que predispõe a esses indivíduos a desenvolver arterosclerose Figura 21 Esquema mostrando a ação dos lisossomos para a endocitose e a autofagia Fonte Alberts et al 2011 p 527 75 UNIDADE 2 Silicose Partículas de sílica inaladas são fagocitadas pe los macrófagos A sílica provoca a ruptura das membranas dos lisossomas e a lise dos ma crógafos Resulta um aumento na síntese de colágeno o que origina uma fibrose que afeta a função respiratória Nesta unidade conhecemos um pouco da estrutu ra de organelas da célula eucarionte Começamos com as membranas celulares e analisamos que sem a membrana plasmática não existem células pois é ela quem delimita o espaço intracelular e pro move o intercâmbio de moléculas responsáveis pelo metabolismo celular Além dessas atividades básicas ela também é responsável por promover o reconhecimento de partículas que promoverão a sinalização do metabolismo e a adesão celular processos fundamentais para os organismos plu ricelulares Contudo não é a única membrana da célula eucarionte pois nela há grande extensão de mem branas internas delimitando organelas Algumas destas formam o sistema de endomembranas Este está envolvido em vias metabólicas que levam à síntese e secreção de macromolécula que saem das células por exocitose O sistema de endomembranas é constituído pelo núcleo retículo endoplasmático Complexo de Golgi vesículas de secreção endossomos e li sossomos que juntos atuam na síntese e secreção de macromoléculas como proteínas e lipídios e promovem a digestão de partículas grandes que entram na célula Além dos mecanismos de transporte para macromoléculas citados no parágrafo acima ao longo do processo evolutivo vários mecanismos foram desenvolvidos para o transporte de molé culas pequenas necessárias para a sobrevivência da célula Alguns desses mecanismos ocorrem a favor do gradiente de concentração e não gastam energia enquanto outros ocorrem contra o gra diente de concentração e gastam energia Esses mecanismos podem promover o transporte por meio de bicamada lipídica ou usando proteínas de membranas que atuam como carreadora ou canais O conhecimento da estrutura das membra nas celulares das organelas presentes na célula eucarionte e dos mecanismos de transportes de substâncias grandes e pequenas contribuirão para nossa compreensão do funcionamento da célula Até a próxima 76 Você pode utilizar seu diário de bordo para a resolução 1 As células realizam transportes de várias substâncias necessárias para sua ativi dade metabólica Algumas moléculas são transportadas com gasto de energia do metabolismo celular enquanto outras são transportadas sem gasto de energia do metabolismo celular sendo estes mecanismos de transportes denominados de transportes ativos e passivos Com relação a esses mecanismos de transpor tes analise as afirmações a seguir I Transportes ativos ocorrem para transportar solutos e solventes contra o gradiente de concentração II Osmose e difusão são mecanismos passivos que transportam respectiva mente água e solutos a favor do gradiente de concentração III Na difusão o soluto é transportado do meio hipertônico para o meio hipo tônico podendo usar a bicamada ou atravessar por proteínas presentes nas membranas IV Nos transportes ativos os solutos atravessam do meio hipotônico para o hipertônico por meio de proteínas carreadoras ou proteína canais V A difusão é o transporte passivo de solutos e a osmose é transporte passivo de água e em ambos as moléculas se movimentam do meio hipertônico em direção ao meio hipotônico Com base nas afirmativas apresentadas assinale a alternativa correta a Apenas I e II estão corretas b Apenas II e III estão corretas c Apenas III e IV estão corretas d Apenas I e V estão corretas e Todas as afirmativas estão corretas 2 Uma célula secretora do pâncreas célula A contém em seu ápice diversos grânu los de secreção repletos de proteínas que atuarão na digestão de alimentos Essas proteínas serão secretadas Outra célula célula B é uma célula muscular estriada esquelética e sintetiza proteínas que atuarão no citoplasma da célula Analise as afirmações a seguir sobre as diferenças de síntese de proteínas na célula A e B 77 I Na célula A e B as proteínas são completamente sintetizadas por ribossomos aderidos ao retículo endoplasmático II Na célula A a síntese de proteínas ocorre com os ribossomos aderidos ao retículo endoplasmático e na célula B com os ribossomos aderidos ao com plexo de golgi III Na célula B a síntese proteica começa com os ribossomos livres e posterior mente a maquinaria síntese proteica é encaminhada à superfície citosólica da membrana do retículo endoplasmático IV Na célula A e B a síntese proteica iniciase no citoplasma Somente na célula A a maquinaria de síntese proteica é encaminhada à membrana do retículo en doplasmático e a síntese da proteína prossegue associada a esta membrana V Proteínas destinadas ao citoplasma celular não têm sua síntese associada ao retículo endoplasmático Exclusivamente proteínas que são destinadas à secreção e que possuem seu processamento associado à membrana do retículo endoplasmático Com base nas afirmativas apresentadas assinale a alternativa correta a Apenas II está correta b Apenas I está correta c Apenas III e IV estão corretas d Apenas IV está correta e Apenas IV e V estão corretas 3 Medindose a concentração dos íons cloro e magnésio no meio intra e extrace lular da célula de uma planta aquática foram observadas as seguintes concen trações Impedido a célula de sintetizar ATP as concentrações desses íons são igualadas nos meios intra e extracelulares Com essas informações podemos concluir que a diferença observada nas concentrações destes íons é mantida por Cloro Magnésio Intracelular Extracelular Intracelular Extracelular 100 20 150 50 a Transporte ativo secundário b Difusão simples c Transporte ativo primário d Difusão facilitada e Osmose 78 4 Em um experimento uma célula vegetal foi submetida a soluções hipertônica procedimento A e hipotônica procedimento B quando comparadas com o citoplasma destas células Analise as afirmativas a seguir I No procedimento A o meio extracelular estava hipotônico em relação ao citoplasma e a água era mantida no citoplasma II No procedimento B o meio extracelular estava hipotônico em relação ao meio intracelular e devido a esta diferença de concentração a água se movimentava para o meio extracelular ocasionando a diminuição do citoplasma celular III No procedimento B o meio intracelular estava hipertônico em relação ao meio extracelular e esta diferença de concentração ocasionou a entrada de água no citoplasma da célula resultando na expansão do citoplasma IV Nos procedimentos A e B existem diferenças de concentrações entre os meios intra e extracelular Essas diferenças ocasionou a movimentação da água por osmose A água sempre atravessa as membranas celulares do meio hipotônico em direção ao meio hipertônico Com base nas afirmativas apresentadas assinale a alternativa correta a Apenas I está correta b Apenas III e IV estão corretas c Apenas III está correta d Apenas II e III estão corretas e Apenas IV está correta 79 5 Todas as membranas biológicas apresentam permeabilidade seletiva e existem vários mecanismos promovendo este transporte Várias moléculas orgânicas e inorgânicas são transportadas contra o gradiente de concentração sendo caracterizadas como transporte ativo Como exemplo podemos citar I O transporte de glicose nas células epiteliais do intestino As moléculas de glicose utilizam a energia da entrada de dois sódios que vão para o citoplas ma das células a favor do gradiente e entram nas células epiteliais contra o gradiente de concentração II Sódio e potássio são transportados simultaneamente contra o gradiente Três sódios são enviados ao meio extracelular e dois potássios são colocados no meio intracelular usando o mesmo elemento transportador e a energia originada da quebra de uma molécula de ATP III O cálcio é transportado contra o gradiente de concentrações por elementos que os transportam sozinho e com quebra de molécula de ATP Com base nas afirmativas apresentadas assinale a alternativa correta a Em I e em III estão ocorrendo o transporte ativo primário b Em I e em II estão ocorrendo o transporte ativo secundário acoplado deno minado de simporte c Em II ocorre transporte ativo primárioacopladoantiporte e em III ocorre trans porte ativo primário uniporte d Em III ocorre transporte ativo secundáriouniporte e em I transporte ativo primárioantiporte e Em I e III estão ocorrendo transporte ativo secundário acopladosimporte 80 Título Biologia Celular e Molecular Autor José Carneiro e Luiz C Junqueira Editora Guanabara Koogan Ano 2012 Sinopse Essa obra oferece aos estudantes de modo claro e didático uma condensação dos conhecimentos mais recentes sobre a estrutura microscópica molecular e as funções das células Nessa edição foi introduzido um capítulo sobre a célula cancerosa Houve uma reformulação total dos capítulos sobre o núcleo da célula e as organelas envolvidas na síntese de macromoléculas bem como sobre o ciclo celular e meiose e célula vegetal Foram introduzidos 50 desenhos novos em cores O glossário foi ampliado Destinado a estudantes de medicina e das áreas biomédica e biológica Comentário o livro Biologia Celular e Molecular complementa o conteúdo abordado nesta unidade e permite que você expanda seus conhecimentos e se aprimore ainda mais no assunto LIVRO 81 ALBERTS B BRAY D HOPKIN K JOHNSON A LEWIS J RAFF M ROBERTS K WALTER P Fun damentos da biologia celular Porto Alegre Artmed 2011 ALBERTS B LEWIS J RAFF M ROBERTS K WALTER P VANZ A L de S JOHNSON A Biologia molecular da célula 5 ed Porto Alegre Artmed 2010 JUNQUEIRA L C U CARNEIRO J JORDÃO B Q ANDRADE C G T J YAN C Y I Biologia celular e molecular Rio de Janeiro Guanabara Koogan 2012 MARZZOCO A TORRES B B Bioquímica básica São Paulo Guanabara Koogan 2015 REFERÊNCIAS ONLINE 1 Em httpmiprimerblogdeceneimablogspotcombr201606biologiaelestudiodelavidalahtml Acesso em 8 jul 2019 2 Em httpsptscribdcomdoc24050377INTRODUCAOAOESTUDODACELULA Acesso em 8 jul 2019 3 Em httpsdescomplicacombrblogbiologiaresumocitoplasmaorganelas Acesso em 8 jul 2019 4 Em httpwwwestudopraticocombrendocitoseeexocitosebiologia Acesso em 8 jul 2019 82 1 B 2 D 3 C 4 B 5 C Diário de Bordo Diário de Bordo PLANO DE ESTUDOS OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM Descrever a estrutura do núcleo interfásico Compreender o mecanismo de divisão celular mitótica Compreender o mecanismo de divisão celular meiótica Reconhecer os elementos que formam o citoesqueleto Identificar o papel do citoesqueleto para o metabolismo celular Reconhecer a organização dos elementos do citoesque leto na célula muscular estriada esquelética Núcleo Interfásico Ciclo Celular Interfase e Divisão Celular Mitótica Citoesqueleto Célula Estriada Esquelética Contração Muscular Divisão Celular Meiose Dra Marcia Cristina de Souza Lara Kamei Movimento e Proliferação Celular Núcleo Interfásico Caroa alunoa nesta unidade veremos uma das propriedades das células responsáveis pela manu tenção da vida a capacidade de uma célula origi nar células descendentes Esses mecanismos são conhecidos como divisão celular e existem dois mitose e meiose atendendo propósitos diferentes A divisão mitótica origina células idênticas gene ticamente e com o mesmo número cromossômico sendo responsável pelo crescimento renovação e regeneração dos tecidos em nosso organismo Esse processo é cíclico e inclui períodos em que a célula não está em divisão chamado de interfase e a divisão celular mitótica conhecido como ciclo celular A meiose é uma categoria específica de divi são celular que origina células haploides e com combinações genéticas distintas daquelas que lhes deram origem Esses tipos de divisão celular na espécie humana ocorre apenas para formação de gametas células que serão usadas na reprodução Ainda nesta unidade estudaremos as estru turas responsáveis pela manutenção da forma e movimentos celulares entre eles os movimentos responsáveis pela mecânica da divisão celular e também pela contração das células musculares chamado de citoesqueleto 87 UNIDADE 3 Este compreende um con junto de filamentos proteicos que formam uma trama dis tribuída por todo o citoplasma de células eucariontes Os ele mentos que formam o citoes queleto são microtúbulos fila mentos de actina e filamentos intermediários Ao abordarmos o citoesqueleto daremos um enfoque à organização desses elementos nas células muscu lares estriadas esqueléticas cuja formação origina o sarcômero estrutura responsável pela con tração dessas células Começaremos nossa uni dade conhecendo a estrutura da organela que armazena as informações genéticas conti das no DNA o Núcleo Esse núcleo sofre variações morfo lógicas quando a célula realiza a divisão mitótica ou meiótica e quando a célula não está em processo de divisão dizemos que o núcleo é interfásico Células surgem de outras células vivas pelo processo de divisão celular O crescimento de um organismo se dá por su cessivas divisões mitóticas as sim uma única célula o zigoto ovócito fecundado origina uma pessoa adulta com seus 10 trilhões de células A divisão mitótica é responsável não só pelo crescimento do indivíduo mas também pela reprodução assexuada reposição celular e reparo de tecidos danificados ou injuriados Uma célula se reproduz por meio de uma sequência ordenada de eventos que duplicam seus componentes e depois a dividem em duas Esse ciclo de duplicação e divisão é conhecido como ciclo celular O ciclo celular eucariótico é tradicionalmente dividido em duas fases sequenciais a interfase e a fase M de mitose A interfase é subdividida em G¹ S e G² a fase M compreende cinco estágios prófase metáfase anáfase telófase e citocinese No final do ciclo celular as duas células originadas apresentarão o mesmo número de cromossomos e a mesma quantidade de DNA da célula parental Entretanto para que o número de células nos tecidos do corpo al cance um valor exato ou para que a formação de novos indivíduos que surgem por reprodução assexuada não exceda no ambiente existe um sistema de controle do ciclo celular O centro desse sistema é uma série coordenada de sinais bio químicos que controlam os principais eventos do ciclo incluindo a replicação de DNA e a segregação do cromossomo replicado Quando o sistema apresenta um mau funcionamento as divisões celulares excessivas podem por exemplo resultar em câncer Para compreender a mecânica do processo de divisão celular e seu mecanismo de controle é interessante primeiramente conhecer a estrutura do núcleo celular Figura 1 Esquema demonstrando o ciclo celular Fonte Junqueira et al 2012 p 177 88 Movimento eProliferação Celular Estrutura do Núcleo Interfásico O núcleo interfásico encontrase no intervalo de tempo que separa duas divisões sucessivas de uma célula Durante esta fase de interfase temse uma alta atividade biossintética onde a célula produz RNAs proteínas e outras mo léculas envolvidas na manutenção dos proces sos celulares Durante esse período se a célula receber um estímulo para se dividir o DNA será duplicado A análise da ultraestrutura de um núcleo em interfase revela que esta organela é constituída por uma dupla membrana a qual externamen te é contínua com o retículo endoplasmático rugoso e internamente encontrase sustentada por uma malha proteica de filamentos inter mediários lâmina nuclear que confere resis tência mecânica à membrana nuclear que por sua vez é interrompida por poros revestidos que estabelecem comunicações do citoplasma com o interior do núcleo Os poros estão associados com um complexo proteico que promovem o transporte nuclear Geralmente os íons e as moléculas pequenas são transferidos de modo passivo pelo complexo do poro No entanto o transporte de moléculas grandes como polipeptídeos RNAs e ribonu cleoproteínas envolve um gasto energético e re quer a presença de sinais de localização nuclear NLS ou de exportação nuclear NES Esses sinais incluem sequências de aminoá cidos para polipeptídeos onde nucleotídeos para o RNA que são reconhecidos por pro teínas que atuam como receptores de transpor te movimentando macromoléculas por meio do poro nuclear Nessa família as importinas movimentam macromoléculas do citoplasma para o núcleo e as exportinas movimentam macromoléculas em sentido oposto Figura 3 Esquema da estrutura dos poros nucleares Fonte Junqueira et al 2012 p 149 Figura 2 Estrutura do núcleo interfásico Fonte Junqueira et al 2012 p 145 Figura 4 Poros nucleares imagem de microscopia eletrônica Fonte Histologia virtual 2009 online1 89 UNIDADE 3 No interior do núcleo interfásico o material genético está organi zado na forma de cromatina que corresponde a uma associação organizada do DNA com pro teínas histonas H2A H2B H3 H4 e H1 e não histonas inclui pro teínas estruturais enzimáticas e reguladoras que se associam ao DNA Entretanto a organização da cromatina é dinâmica pois se altera de acordo com a fase do ciclo celular e com seu grau de atividade gênica No interior do núcleo em interfase há uma região com grande concentração de subu nidades ribossomais ao redor de um trecho de DNA com intensa síntese de ácido ribo nucleico ribossômico RNAr Essa região é definida como nucléolo e representa o local de transcrição e processamen to do RNAr e da maturação organização e transporte das partículas préribossomais O número e o tamanho de nu cléolos dependem de seu esta do funcional podendo variar entre as espécies e também em uma mesma espécie entre células do mesmo indivíduo Adicionalmente modificações em número e na forma dos nucléolos são observadas em células tumorais Figura 5 Esquema dos níveis de compactação da molécula de DNA durante o ciclo celular Fonte Junqueira et al 2012 p 163 90 Movimento eProliferação Celular Todas essas estruturas que compõem o núcleo interfásico são ciclos celular dependentes ou seja elas se alteram durante a divisão de uma célula Dessa forma a cromatina tornase progressivamente mais con densada o envoltório nuclear o nucléolo e os corpos nuclea res desaparecem no início da mitose e se reestruturam no final da fase M Figura 6 Organização de um nucleossomo Fonte Junqueira et al 2012 p 154 Figura 7 Organização do DNA em cromatina Fonte Junqueira et al 2012 p 155 91 UNIDADE 3 O ciclo de divisão celular consiste basicamente em quatro eventos coordenados crescimento celular duplicação do DNA distribuição dos cromosso mos duplicados e divisão citoplasmática Em uma típica célula humana proliferando em cultura o ciclo de divisão celular tem duração aproximada de 24 horas Entretanto a duração do ciclo celular varia con sideravelmente em diferentes tipos celulares Célu las embrionárias iniciais por exemplo dividemse a cada 30 minutos pois nesses ciclos o crescimento celular que estende o tempo de divisão de uma célula não acontece A maioria das células tem alguma possibilidade de se dividir porém certos tipos celulares raramen te se dividem enquanto outras células apresentam uma baixa taxa de proliferação celular e só se divi dem ocasionalmente Essas células permanecem em um estágio inativo denominado Go no qual perma necem metabolicamente ativas mas só proliferam quando recebem sinais extracelulares apropriados As células altamente diferenciadas como as he mácias células musculares e nervosas abandonam o ciclo celular e não proliferam mais permanecen do permanentemente no estágio Go Essas células no entanto podem ser repostas por célulastronco Ciclo Celular Interfase e Divisão Celular Mitótica 92 Movimento eProliferação Celular que estão presentes nos respectivos tecidos e que são capazes de se multiplicar diferenciandose na queles tipos celulares A mitose exerce papel primordial em proces sos fundamentais para a manutenção da vida Um deles é a constante produção das hemácias origi nadas a partir de células precursoras indiferen ciadas existentes na medula óssea Essas células são fundamentais para a manutenção dos níveis de oxigenação tecidual e transporte do gás carbô nico resultante do metabolismo e têm vida rela tivamente curta em torno de 120 dias devido principalmente à ausência de núcleo e organelas característica exclusiva dos mamíferos As divisões mitóticas têm um papel fundamen tal e também asseguram a homeostase do organis mo na reposição das células da camada epidérmica da pele que garante impermeabilidade e conse quente proteção contra os agentes nocivos do meio externo Devido à constante descamação da pele células da camada mais interna estrato basal estão continuamente se dividindo para garantir a reno vação da epiderme Estimase que em média a cada 25 dias a epi derme humana se renove por completo O mesmo mecanismo opera para a renovação das células epi teliais do trato gastrointestinal no qual o constante trânsito de substâncias acaba por destruir porções do tecido que precisam ser repostas Dessa forma a mitose é responsável por garantir a manutenção de uma ampla gama de atividades orgânicas básicas promovendo uma condição homeostática para o organismo Intérfase A fase M do ciclo celular é a mais dramática e os vários estágios que a compõem podem ser distin guidos ao nível do microscópio óptico Entretanto quando a célula se encontra em interfase os es tágios G1 S e G2 só podem ser identificados por critérios bioquímicos como autoradiografia Os principais eventos que ocorrem nos estágios do ciclo celular serão abordados a seguir Fase G1 uma célula em G1 que em algum momento recebe um estímulo para se dividir terá um aumento súbito em sua atividade biossintética Assim durante esta fase ocorre a síntese de todos os componentes necessários aos eventos da divisão celular ocorrendo intensa transcrição e tradução multiplicação de organelas e aumento da mem brana plasmática A fase G1 geralmente é a mais longa do ciclo celular Em uma célula com ciclo de duração de 24 horas a fase G1 levaria 11 horas para ser completada Fase S a fase S tem duração aproximada de 8 horas e é caracterizada pela duplicação do DNA Esse evento requer a participação de diversas en zimas DNApol DNA primase DNA ligase DNA helicase proteínas SSB topoisomerases entre ou tras e ocorre de forma semiconservativa onde cada cadeia de DNA usada como molde permanece uni da com a nova cadeia recémsintetizada Paralelamente à duplicação mecanismos de reparo do DNA evitam que alterações no material genético sejam repassadas para as novas cadeias de DNA O resultado final é que na fase G2 a célula conterá o dobro de moléculas de DNA comparada a fase G1 Na fase S já se observa os centríolos du plicados fazendo parte de seus próprios centrosso mos que são responsáveis pela formação das fibras do fuso e desempenham uma função importante durante a mitose Uma vez que contribuem para a organização dos cromossomos na metáfase e sua segregação na anáfase e para determinação do pla no de clivagem da célula Fase G2 nessa fase terminada a síntese de DNA reinicia a produção de RNA formando mais proteí nas com um novo período de crescimento celular Entre as proteínas sintetizadas estão aquelas que serão úteis para a célula prosseguir no ciclo celular 93 UNIDADE 3 Outro fato importante na fase G2 são os me canismos de checagem que verifica por exemplo se todo DNA duplicou corretamente e se houve aumento adequado do volume celular No período G2 também ocorre a maturação dos centrossomos pelo recrutamento de proteínas adicionadas da matriz pericentriolar principalmente as ytubuli nas essenciais para a nucleação dos microtúbulos A fase G2 tem duração de 4 horas Figura 8 Esquema da duplicação semiconservativa do DNA Fonte Junqueira et al 2012 p 182 Divisão Celular Mitose A divisão mitótica é um evento programado e ocorre dentro do ciclo celular Os eventos que ocorrem durante esse processo são sequenciais contínuos e foram didaticamente divididos em fa ses denominadas prófase prómetáfase metáfase anáfase telófase e citocinese A fase M é a mais curta do ciclo celular e tem duração de 1 hora Prófase A prófase se caracteriza pelo início da condensa ção da cromatina Isso se deve em grande parte à atuação de um complexo proteico denominado con densina Cada um dos filamentos está constituído por duas cromátides ditas irmãs cada uma com seu próprio centrômero e telômero Os complexos multiproteicos denominados coesina garantem a coesão entre as cromátidesirmãs até o fim da me táfase Ainda na prófase ocorre gradativamente o desaparecimento do nucléolo cujos componentes em parte se dispersam pelo citoplasma na forma de corpúsculos de ribonucleoproteínas e em parte per manecem associados à periferia dos cromossomos Os dois centrossomos cada um com seu par de centríolos começam a se mover para polos opostos da célula e entre eles podese observar a formação de fibras microtúbulos polares A dissociação das proteínas lâminas A e B acarreta a desmontagem do envoltório nuclear durante a prófase No início da prófase os microtúbulos tornamse mais dinâmicos Ela avança e no final é chamada de prómetáfase Na prómetáfase a cromatina encontrase mais condensada mostrando filamentos mais grossos e mais curtos e o nucléolo não é mais visualizado O envoltório nuclear e as organelas membranosas como Complexo de Golgi e retículo endoplas mático fragmentamse em pequenas vesículas 94 Movimento eProliferação Celular As vesículas do envoltório nuclear contêm as lâminas B que permanecem associadas à sua membrana in terna enquanto as lâminas A ficam livres no citosol Os centrossomos continuam migrando para os polos Figura 9 Esquema da prófase e prometáfase Fonte Junqueira et al 2012 p 187 opostos Formase o cinetócoro estrutura proteica ligada à região do centrômero de cada cromáti deirmã na qual os microtúbulos do fuso denominados cinetocóri cos se associam e exercem tensão sobre essas cromátides Ainda na prómetáfase na maioria dos organismos por ação de uma enzima denomina da separase ocorre a remoção das coesinas presentes entre os braços das cromátidesirmãs mas não das coesinas da região centro mérica Já nos fungos as coesinas permanecem associadas ao longo de todo o comprimento do cro mossomo até o final da metáfase Metáfase A metáfase é a fase em que a cromatina atinge o máximo de condensação A ação dos micro túbulos sobre os cromossomos colocam estes a assumir uma posição de equilíbrio em um plano na região equatorial da célula entre os dois polos Três tipos de fibras são observados a partir desta fase as cinetocóri cas que se ligam aos cinetócoros estrutura proteica que se asso cia na região centromérica dos cromossomos as astrais que se estendem em direção à periferia celular e as polares que se sobre põem na placa equatorial Figura 10 Esquema da metáfase Fonte Junqueira et al 2012 p 187 95 UNIDADE 3 Anáfase A anáfase é marcada pela separação das cromáti desirmãs que se movem para os polos Para dar início a esse processo uma enzima conhecida como separase inicia a proteólise do complexo da coesina na região do centrômero O movimento das cromátidesirmãs cada uma agora denominada cromossomofilho para polos opostos é resultante da combinação de dois processos denominados anáfase A e B que estão relacionados com a mecânica do fuso mitótico Para que ocorra a movimentação cromossômica correta durante a divisão celular é necessário que haja uma ligação física entre os microtúbulos do fuso e os cromossomos por meio do cinetocoro Dessa forma mutações que interferem nesta asso ciação podem promover alterações cromossômicas numéricas A Síndrome de Down por mosaicismo representa uma alteração genética que causa uma não disjunção do cromossomo 21 na anáfase durante as primeiras divisões do embrião Muitos tipos de câncer também apresentam cromossomos extras devido a uma segregação anormal dos cromossomos Telófase A telófase se caracteriza pela reestruturação do envoltório nuclear a partir da reassociação dos com ponentes dispersos pelo citosol na prómetáfase As vesículas das membranas do envoltório nuclear se fundem em torno dos cromossomos e ao mesmo tempo a lâmina nuclear se reorganiza os complexos de poros se inserem nas membranas fazendo com que ao final da telófase o envoltório nuclear esteja totalmente reconstituído Os cromossomos irão se descompactar gradativamente até o final desta fase assumindo o estado mais distendido da cromatina e característico da interfase e o nucléolo é reconstituído Os microtú bulos cinetocóricos já são ausentes e os polares permanecem apenas na região equatorial na qual se dará a citocinese As organelas membranosas são reconstituídas e distribuídas aleatoriamente entre as suas célulasfilhas Figura 11 Esquema da anáfase Fonte Junqueira et al 2012 p 187 96 Movimento eProliferação Celular Citocinese A citocinese é a divisão citoplasmática da célula em duas Em células de animais e de fungos ela é marcada na anáfase por um anel contrátil de actina e miosina II associado à membrana plasmática na região equatorial Embora o mecanismo da citocinese não esteja esclarecido acreditase que o des lizamento dos filamentos de actina por ação da miosina puxa o córtex e a membrana plasmática em direção ao centro da célula promovendo uma constrição dessa região e dividindo a célula em duas no final da telófase O plano de divisão da célula é determinado pelo fuso residual de microtúbulos polares e ocorre sempre perpendicular a esse fuso Por outro lado o posicionamento do fuso mitótico se deve em grande parte aos microtúbulos astrais e a centralização dos microtúbulos astrais no fuso mitótico direciona uma divisão simétrica nas células Em alguns tecidos animais a divisão nuclear pode ocorrer sem que haja citocinese o que origina células multinucleadas como pode ser encontrado em alguns hepatócitos Figura 12 Esquema da telófase e citocinese Fonte Junqueira et al 2012 p 192 97 UNIDADE 3 Divisão Celular Meiose A meiose é um tipo especial de divisão celular que produz exclusivamente células haploides n O processo meiótico envolve duas divisões nucleares e citoplasmáticas sucessivas meiose I e meiose II não havendo síntese de DNA entre estes dois estágios Portanto uma célula 2n replica seu DNA na interfase e após as duas divisões dá origem a quatro células n ou seja quatro novas células haploides n contendo um único conjunto de cromossomos Adicionalmente a meiose gera grande va riabilidade genética devido a dois importantes fenômenos a permuta crossingover e a segre gação independente dos cromossomos na meiose I fazendo com que cada célula haploide produ zida seja geneticamente diferente das demais e da célula parental original Assim por meio da meiose um novo conjunto de genes é criado em cada indivíduo gerando enorme diversidade Embora em grande parte dos organismos a meiose ocorre única e exclusivamente para a for mação de gametas em vários outros ela não está associada à gametogênese 98 Movimento eProliferação Celular Na espécie humana a meiose ocorre em es truturas reprodutivas especializadas as gônadas Nesses órgãos as células diploides da linhagem germinativa dividemse e se diferenciam forman do espermatozoides e óvulos que são haploides A Mecânica da Divisão Meiótica A meiose é um processo contínuo dividido em uma série de etapas apenas com propósito didá tico prófase I leptóteno zigóteno paquíteno di plóteno e diacinese metáfase I anáfase I telófase I prófase II metáfase II anáfase II e telófase II Antes de entrar em meiose as células diploides destinadas a este tipo de divisão celular encon tramse em interfase a qual é semelhante daquela que antecede a mitose Quando uma célula germi nativa durante a fase G1 recebe um estímulo para entrar em meiose ela responde por meio de sua atividade biossintética produzindo as moléculas necessárias para prosseguir na divisão Dessa forma fatores essenciais para a duplica ção do DNA irão operar durante a fase S Geral mente essa fase é mais longa quando comparada a uma interfase que prepara a célula a entrar em mitose Na fase G2 atividades específicas de con trole determinam a entrada da célula na meiose Fases da Meiose Assim como a mitose a meiose também é para fins didático dividida em fases Alguns eventos são semelhantes aos que ocorrem na mitose A meiose está dividida em meiose I e meiose II Meiose I A primeira divisão da meiose será um processo reducional pois nessa divisão ocorrerá a separa ção dos cromossomos homólogos e as duas células formadas serão haploide O eventos serão orga nizados em fases prófase I metáfase I anáfase I telófase I e citocinese I Prófase I Alguns eventos da prófase I são semelhantes aos da prófase da mitose porém ocorrem processos exclusivos que serão os responsáveis por promo verem a variabilidade genética A prófase I é sub dividida em subfases que serão descritas a seguir Leptóteno filamento fino apesar de marcar o início do processo de conden sação cromossômica a fase de leptóteno apresenta os cromossomos como filamen tos muito longos e finos Os filamentos cromossômicos apresentam nessa fase regiões mais condensadas que coram mais fortemente que o restante do cromossomo denominadas de cromômeros O nucléolo se faz presente Zigóteno filamento emparelhado nessa fase os cromossomos homólogos alinhamse longitudinalmente e se tor nam associados sinapse Embora o pa reamento físico dos cromossomos começa a ser visto nessa fase novos estudos têm demonstrado que regiões corresponden tes do DNA entre os homólogos já estão em contato durante o leptóteno Adicio nalmente análises de células de leveduras próximas a entrar em prófase meiótica 99 UNIDADE 3 demonstraram que cada par de homólo gos compartilham territórios específicos sugerindo que eles já se encontram em um processo de pareamento Sob Microscopia Eletrônica ME a si napse cromossômica é acompanhada pela formação de uma estrutura proteica entre os homólogos denominada Complexo Sinaptonêmico CS O CS é visto como uma estrutura trilaminar formada de 2 ele mentos laterais associados com a croma tina e um elemento central conectado aos elementos laterais por muitos filamentos transversais Paquíteno filamento grosso essa fase inicia logo após o término do processo de sinapse ter sido completado Os cromosso mos tornamse mais condensados e os ho mólogos mantêmse unidos pelo CS Sob ME são observados ao longo do elemento central vários corpos elétrondensos de nominados nódulos de recombinação os quais estão associados com os eventos de crossing over ou seja o processo de troca de partes cromossômicas entre cromáti des homólogas que consiste de quebra em pontos específicos das duplas cadeias de DNA de duas cromátides homólogas por ação de uma endonuclease meiótica e reunião fusão cruzada entre estas duas cromátides Embora evidências demonstrem que o CS esteja relacionado com o pareamento e a permuta essa conclusão não pode ser generalizada pois estudos em leveduras têm evidenciado que a recombinação pode ter início antes do CS ter sido formado no qual as quebras na dupla fita do DNA ocorrem ainda durante o leptóteno Adicionalmente mutantes de leveduras in capazes de formar um CS podem ainda desenvolver eventos de CO Assim o CS nesses organismos funcionam primaria mente como um esqueleto de sustentação que permite a interação entre as cromá tides para completar as atividades de re combinação Diplóteno filamento duplo carac terizase pelo desaparecimento comple xo sinaptonêmico e da atração sináptica entre os homólogos iniciandose a sepa ração deles Essa separação entre os ho mólogos que formavam o bivalente não é total pois em alguns locais duas das quatro cromátides permanecem unidas formando um X Essa configuração re cebe o nome de quiasma e é a evidência citológica de que ocorreu a permuta O quiasma amarra os cromossomos homó logos juntos em um bivalente e garantem a orientação dos homólogos na prome táfase e a segregação regular na anáfase I Diacinese movimento ao redor ca racterizase por marcante acentuação do processo de condensação cromossômica e pelo prosseguimento da terminalização dos quiasmas No final dessa fase desapa rece o nucléolo rompese o envelope nu clear o fuso meiótico se organiza e as fibras se ligam aos cinetócoros dos cromossomos homólogos iniciando a movimentação dos bivalentes para a placa metafásica 100 Movimento eProliferação Celular Figura 13 Resumo dos eventos que ocorrem na prófase I da divisão meiótica Fonte Junqueira et al 2012 p 197 101 UNIDADE 3 Metáfase I Durante a meiose os cromossomos homólogos atingem seu grau má ximo de condensação A ação dos microtúbulos associado à presença de proteínas motoras cinesinas e dineínas sobre os cromossomos colocam estes a assumir uma posição de equilíbrio em um plano na região equatorial da célula entre os dois polos Três tipos de fibras são observados a partir dessa fase as cinetocóricas que se ligam aos cinetócoros estrutura proteica que se associa na região centromérica dos cromossomos as astrais que se estendem em direção à periferia celular e as polares que se sobrepõem na placa equatorial Em muitas espécies os quiasmas podem permanecer visíveis nesta fase Anáfase I Durante a anáfase ocorre a separação dos cromos somos homólogos que se movem para os polos O movimento dos cromossomos homólogos para polos opostos é resultante da combinação da ação das pro teínas motoras com o encurtamento dos microtúbu los devido à despolimerização das tubulinas Além da importância dos quiasmas para uma segregação correta dos cromossomos uma proteína denomina da coesina também contribui neste processo As coesinas são degradadas por uma enzima denominada separase entretanto por ação de um complexo proteico presente na região do centrô mero as coesinas são protegidas da ação da sepa rase e se mantêm na região do centrômero per mitindo que os homólogos e não as cromátides separemse na anáfase I Figura 14 Esquema mostrando o alinhamento dos homólogos na região equatorial da célula Fonte adaptada de Blog Bio DNA 2015 online2 Figura 15 Esquema demonstrando a anáfase I Fonte adaptada de Blog Bio DNA 2015 online2 102 Movimento eProliferação Celular Telófase I Essa fase se caracteriza pela che gada dos cromossomos aos polos da célula A descondensação cro mossômica ocorre dependendo da espécie em graus variados Também dependente da espécie a citocinese pode ou não ocorrer dicotiledôneas geralmente ocor re no final da meiose e o envelo pe nuclear pode ou não ser refeito Nessa fase o número de cromos somos em cada polo celular está reduzido à metade e portanto apresenta um conjunto cromos sômico n mas cada cromos somo ainda está constituído por duas cromátides irmãs ou seja o conteúdo de DNA está duplicado 2C As cromátides permanecem unidas por ação de proteínas de nominadas coesinas presentes na região do centrômero Citocinese I Terminada a organização dos núcleos ocorre a citosinese que é a separação do citoplasma Figura 16 Resumos dos eventos da meiose I Fonte InfoEscola 2019 online3 103 UNIDADE 3 Intercinese Em alguns organismos entre a Meiose I e a Meiose II ocorre uma fase em que os cromosso mos descondensam totalmen te alongamse e se tornam di fusos Tomam uma aparência semelhante à interfase mas diferentemente dessa fase na intercinese não ocorre fase S ou seja não ocorre duplicação cromossômica Em outros or ganismos esse período entre a primeira e a segunda divisão meiótica é suprimido e os dois núcleos na telófase I passam diretamente para a prófase II da segunda divisão meióti ca Em animais células nesse estágio são referidas como espermatócitos ou ovócitos secundários como veremos posteriormente Meiose II Após a primeira divisão deno minada de meiose I as novas células formadas que são ha ploide executarão outra divisão denominada de meiose II As sim como a meiose I e a mitose esta também é dividida em fase que didaticamente facilitam a compreensão Prófase II É uma fase curta sem as complicações da Prófase I Os cromossomos ainda duplicados em cromátidesirmãs mas em número reduzido pela metade começam a condensar novamente e no final dessa fase inicia a organização de dois novos fusos Se o envoltório nuclear foi formado na telófase I ele é desorganizado novamente A prófase II é uma fase que semelhante à intercinese pode ser suprimida em alguns organismos e a célula passa diretamente de Telófase I para Metáfase II Metáfase II É semelhante à metáfase mitótica com a diferença de que o número de cromossomos é a metade do número somático As fibras do fuso ligadas aos cinetocoros centroméricos dispõem os cromossomos na placa equatorial Nos ovócitos de vertebrados esta fase é inter rompida até o momento da fertilização Um aspecto da meiose que é crucial para o sucesso da divisão é a coordenação da coesão e de sua perda entre as cromátidesir mãs Como já mencionado as cromátides irmãs dos cromossomos permanecem unidas por um complexo com a coesina Essa coesão deve ser mantida nas regiões centromérica e pericentromérica até a transição metáfase II anáfase II Anáfase II Semelhante à anáfase mitótica ocorre o processo de separação das cromátidesirmãs Estas agora cromossomos filhos iniciam a migração para os polos puxadas pelas fibras do fuso Telófase II Nessa fase os cromossomos são envolvidos pelo envoltório nuclear descondensamse e ocorre a citocinese formando quatro células haploides com conteúdo 1C de DNA nuclear Essas quatro células filhas podem ficar juntas tétrades dos vegetais superiores ou se paradas espermátides de mamíferos 104 Movimento eProliferação Celular Importância Genética da Meiose A segregação dos cromossomos homólogos na anáfase I acontece ao acaso isto é os cromossomos maternos e paternos de cada par se gregamse de forma independente para cada polo Um exemplo de segregação é que um organismo poderá produzir quatro tipos dife Figura 17 Esquema resumindo os eventos da meiose II Fonte InfoEscola 2019 online3 rentes de gametas portanto o número de combinações pos síveis pode ser expresso por 2n no qual n é o número de pares de cromossomos da es pécie Para a espécie humana por exemplo que possuem 23 pares de cromossomos a possibilidade é de mais de 8 milhões de tipos de gameta diferentes Além disso como vimos na prófase I ocorre a recombinação gênica entre as cromátides homólogas na maioria das células gerando gametas geneticamente dife rentes entre si e em relação as células parentais Esses dois fenômenos com binados segregação ao acaso e crossingover geram novas combinações de genes e o consequente aumento na va riabilidade genética traz mui tas vantagens ao organismo de reprodução sexuada uma vez que aumentam suas chan ces de adaptação às mudanças ambientais Outra importância da meiose é que ela gera células haploides logo a união dessas células como ocorre entre os gametas restabelece o número cromossômico da espécie 105 UNIDADE 3 somo 21 a mais trissomia ou seja três cópias desse cromosso mo em vez de duas Esses indiví duos em geral apresentam retar do mental aparência fenotípica característica problemas cardía cos suscetibilidade aumentada a doenças infecciosas risco maior de desenvolver leucemia e início precoce de Alzheimer A trissomia do cromossomo 21 geralmente resulta de não disjunção na anáfase I como já verificado por análises genéti cas mapeamento genético do cromossomo 21 que demons tram uma diminuição acentuada desses cromossomos maternos terem realizado recombinação genética Na maioria das vezes 94 dos casos o cromosso mos extra vem da mãe O risco de gerar filhos com síndrome de Down aumenta gradualmente com a idade das mulheres Acreditase que a chance de não disjunção aumente com a idade materna porque as células que formam os óvulos humanos começam a meiose ainda na vida intrauterina e param na prófase I diplóteno antes do nascimen to podendo permanecer nessa fase muito tempo de 12 a 50 anos Assim os ovócitos que são fertilizados em uma mulher em período reprodutivo tardio per manecem parados em prófase I por décadas apresentando chan ces maiores de acumulares efeitos genéticos como as mutações A B A A B A B A B A b a B a b A b a B a b B a b a a b b Consequência da não Disjunção dos Cromossomos na Anáfase Ocasionalmente no processo de meiose pode ocorrer uma falha na separação dos cromossomos homólogos na anáfase I ou das cro mátidesirmã na anáfase II Esse fenômeno é conhecido como não disjunção Quando isso acontece uma das células fica com um cro mossomo a menos enquanto a outra célula fica com um a mais Por exemplo na espécie humana um gameta ficaria com 22 cromossomos e outro com 24 Se na fecundação um desses gametas se fundir com um gameta normal 23 cromossomos poderá originar um zigoto que terá 45 ou 47 cromossomos que na maioria das vezes é inviável e não se desenvolve Os que sobrevivem em geral apresentam problemas físicos eou mentais Um dos exemplos mais comuns de não disjunção na espécie huma na é a síndrome de Down em que o indivíduo apresenta um cromos Figura 18 Esquema da meiose explicando o crossingover Fonte adaptada de Só Biologia 2019 online4 106 Movimento eProliferação Celular Figura 19 Esquema da não disjunção cromossômica Fonte Tanya Biologia 2012 online5 A legislação brasileira que rege o sistema de educação busca a inclusão de todos os estudantes independentemente de sín dromes e deficiências Contudo ainda existem escolas que aten dem exclusivamente alunos com limitações físicascognitivas A Síndrome de Down foi descrita pelo médico inglês John Langdon Down em 1866 Em 1959 descobriuse que a causa da síndrome era genética É um distúrbio genético que ocorre ao acaso durante a divisão celular do embrião Esse distúrbio ocorre em média em 1 a cada 800 nascimentos e tem maiores chances de ocorrer em mães que engravidam quando mais velhas É uma síndrome que atinge todas as etnias Para saber mais sobre o assunto acesse httpbrasilescolauolcombrdoencassindromededownhtm Fonte Santos 2019 online6 107 UNIDADE 3 O termo citoesqueleto designa um conjunto de fibras proteicas que se estendem no citoplasma das células eucarióticas Em sintonia essas fibras pro teicas são responsáveis pela forma e integridade es trutural das células e por uma ampla variedade de processos dinâmicos como modificações na for ma da célula transporte de organelas e motilidade de estruturas celulares por exemplo cílios flagelos e os cromossomos durante a divisão celular Analisando as funções desempenhadas pelo citoesqueleto poderíamos projetar a visão que dele depende o próprio sustento da vida nas es pécies sexuadas o encontro do espermatozoide com o ovócito depende de movimentos flagelares gerados por proteínas do citoesqueleto Sem o ci toesqueleto não escaparíamos das infecções com batidas pelos macrófagos por meio do processo da fagocitose Também seria impossível bombear o sangue em nosso corpo sem a atividade contrátil das células musculares cardíacas O citoesqueleto é representado por três tipos de filamentos principais os microtúbulos os fila mentos de actina e os filamentos intermediários que embora sejam comuns à maioria das células eucarióticas podem variar na quantidade e dis tribuição conforme o tipo celular Citoesqueleto 108 Movimento eProliferação Celular Nas células vivas todos os três tipos de filamentos do citoes queleto sofrem remodelação pela associação e dissociação de suas subunidades Isso ocorre facilmente pois as su bunidades que formam estes polímeros são mantidas por ligações químicas fracas o que significa que sua associação e dissociação podem ocorrer rapidamente sem a necessi dade de quebras de ligações covalentes Entretanto a re gulação do comportamento dinâmico dos filamentos do citoesqueleto gera uma varie dade enorme de estruturas como cílios e flagelos a partir dos microtúbulos microvilo sidades a partir dos filamentos de actina e a trama de fila mentos intermediários abaixo da membrana nuclear interna lâmina nuclear A Figura 21 mostra a distribuição dos três filamentos do citoesquele to nas células epiteliais que revestem o intestino Os filamentos de actina sustentam as microvilosidades e se concentram preferencialmente no córtex celular Os microtúbulos se irradiam por todo citoplasma a partir de uma região denominada centrossomo localizada próximo ao núcleo Os filamentos intermediários de queratina se estendem pelo citoplasma de uma junção célulacélula a outra e os filamentos intermediários de laminina sustentam a membrana nuclear interna Por questões didáticas os três principais componentes do ci toesqueleto serão abordados em tópicos separadamente onde serão considerados os princípios básicos subjacentes aos seus aspectos es truturais e a importância de associações com proteínas acessórias no desempenho das funções específicas de cada um Figura 20 Imagem de uma célula evidenciando o citoesqueleto Fonte Cunha 2013 online7 Figura 21 Esquema demonstrando a distribuição dos elementos do citoesqueleto e a estruturas dos filamentos Fonte Alberts et al 2010 p 970 109 UNIDADE 3 Microtúbulos Os microtúbulos são estruturas cilíndricas ocas com 24 nm nanôme tro de diâmetro que se estendem pelo citoplasma das células Como os filamentos de actina os microtúbulos apresentam comportamento dinâmico polimerizandose e se despolimerizando continuamente Os microtúbulos são formados por uma proteína globular denomi nada tubulina a qual é um dímero com duas cadeias polipeptídicas α e β tubulinas Cada um dos monômeros α e β possui um sítio de ligação para o GTP O GTP que se liga à subunidade α que é parte integrante do monômero e nunca será hidrolisado Contrariamente o GTP ligado à subunidade β pode ser intercambiável para GDP A hidrólise do GTP tem um papel importante na dinâmica do microtúbulo Os dímeros de tubulinas se polimerizam em uma mesma orienta ção conferindo dessa forma polaridades distintas ao microtúbulos A α tubulina está orientada para a extremidade enquanto que a β tubulina está voltada para a extremidade Isto é importante pois permite que o transporte de diferentes estruturas ao longo dos microtúbulos possa ser direcionado Figura 22 Esquema da estrutura de microtúbulos Fonte Junqueira et al 2012 p 121 As proteínas motoras que se associam aos microtúbulos usam energia derivada de ciclos repetidos de hidrólise do ATP para se deslocarem ao longo dos filamentos As cinesinas e dineínas são pro teínas que possuem duas ca beças globulares de ligação ao ATP e que interagem com os microtúbulos A cauda se liga estavelmente a algum compo nente celular com auxílio de proteínas de ancoragem como a dinactina Os microtúbulos estão en volvidos principalmente na determinação da forma celu lar na organização do citoplas ma no transporte intracelular de vesículas e organelas em uma variedade de movimen tos celulares e na separação dos cromossomos durante a divisão celular A participação de proteínas acessórias entre tanto é essencial para que os microtúbulos desempenhem suas propriedades funcionais e estruturais Algumas dessas propriedades serão a seguir destacadas em tópicos 110 Movimento eProliferação Celular a Suporte e forma celular Os microtúbulos está veis contribuem para manter a forma da célu la Um exemplo dos mi crotúbulos na manuten ção da forma da célula é obtida nos axônios dos neurônios que contêm microtúbulos orienta dos paralelamente b Motilidade e organi zação intracelular No interior das células moléculas organelas e vesículas membranosas devem ser transporta das de um local a outro Nas células nervosas por exemplo proteínas que são sintetizadas no corpo celular devem ser transportados ao longo do axônio até a região terminal Nos axônios os microtúbulos estão orientados com suas ex tremidades voltados para o corpo celular e as extremidades para a porção final do neurônio Assim organelas como mito côndrias vesículas sinápticas e grânulos de secreção podem ser transportadas do corpo celular para os terminais axônicos por meio da cinesina que se move em direção à extremidade enquanto que o fluxo do termi nal axônico para o corpo celular ocorre pela ação de outra proteína motora a dineína que se move em direção à extremidade Dessa forma fragmentos de membrana e outras moléculas que serão degradadas nos lisossomos chegam ao corpo celular c Formação da fibra do fuso Quando uma célula recebe um estímulo para se dividir toda a rede de microtúbulos é desmontada e as tubulinas são reutili zadas para formar as fibras do fuso responsáveis pela separa ção de cromossomos homólogos meiose eou de cromátides irmãs meiose e mitose As fibras do fuso iniciam sua mon tagem a partir do centrossomo duplicado durante a interfase Figura 23 Esquema mostrando a participação dos microtúbulos na divisão celular Fonte Junqueira et al 2012 p 187 d Estruturação de cílios e flagelos Cílios e flagelos são projeções da membrana plasmática contendo no seu interior um feixe de microtúbulos axo nema arranjados em um padrão característico 92 com um par central de microtúbulos simples rodeado com 9 duplas periféricas fusionadas contendo um microtúbulos completo e outro parcial Esse conjunto de microtúbulos se conecta entre si por proteínas MAPs como a nexina Os cílios e flagelos são responsáveis pelo movimento de uma variedade de células eucarióticas como os espermatozoides e vários protozoários de vida livre como o paramécio um protozoário ciliado Nas células fixas os cílios têm a função de movimentar fluidos sobre a superfície celular Os cílios e flagelos diferem na quantidade e no comprimento Os cílios são mais curtos e numerosos enquanto o flagelo é longo e em pequeno número podendo ser único 111 UNIDADE 3 Filamentos de Actina Os filamentos de actina com diâmetro de 89 nm são formados pela polimerização de uma proteína globular denominada actina A maioria dos orga nismos vertebrados possui isoformas de actina designadas como actinas α β e γ que apresentam variações quanto a sua ocorrência e localização Por exemplo a αactina é expressa apenas em cé lulas musculares ao passo que a β e γ actinas são encontradas em praticamente todas as células não musculares É interessante notar que in vitro as isoformas de actina se polimerizam mas in vivo as células impedem a polimerização das isoformas e as concentram em diferentes localizações Em sua forma monomérica as actinas são designadas de actina G de globular e quando polimerizadas são designadas de actina F de fila mentar A subunidade de actina é uma cadeia po lipeptídica globular simples com um sítio de liga ção para o nucleotídeo trifosfatado de adenosina ATP Os monômeros de actina são assimétricos e se associam de maneira regular orientandose sempre no mesmo sentido garantindo assim a polaridade do filamento A fenda de ligação de ATP no monômero de actina fica voltada para a extremidade designada extremidade menos e a extremidade oposta como extremidade mais A composição do filamento de actina consiste de dois protofilamentos paralelos enrolados um so bre o outro em uma hélice dextrógira orientados em uma mesma direção As funções celulares dependentes dos filamentos de actina são inúmeras e muito diversificadas a se guir serão considerados alguns exemplos relevantes I Forma e alterações na forma celular os filamentos de actina são particularmente abundantes junto à membrana plasmática onde formam uma rede responsável pelo suporte mecânico que determina a forma da célula Nas microvilosidades feixes de filamentos de actina estão interligados pelas proteínas ligadoras vilina e fimbri na Braços laterais formados de miosina I e calmodulina conectam filamentos de actina periféricos com a membrana plas mática Todas as extremidades estão na parte superior do microvilo inseridas em uma substância amorfa II Formação do anel contrátil na fase fi nal da divisão celular de células animais ocorre a formação de um anel contráctil composto de filamentos de actina e mio sina II logo a seguir da membrana plas mática que se contrai progressivamente e separa a célula em duas Acreditase que esse processo seja modulado pelo Ca que indiretamente causa a fosforilação da miosina por ativação de uma quina se A miosina fosforilada interage com os filamentos de actina e os movimenta em direções opostas causando um encurta mento e consequente contração do anel Figura 24 Esquema demonstrando a participação dos fi lamentos de actina durante a citocinese Fonte Chapter 2019 online8 III Contração muscular o citoplasma das fi bras musculares é constituído por miofibri las que são feixes cilíndricos nos quais os filamentos de actina e miosina estão dispos tos em uma série de unidades contráteis que se repetem denominadas de sarcômeros 112 Movimento eProliferação Celular Filamentos Intermediários Mais de 50 tipos de proteínas formam os filamen tos intermediários Todas elas têm um segmento central em α hélice e porções globulares amino e carboxiterminais Essas proteínas se associam para lelamente formando dímeros posteriormente estes se associam em tetrâmeros com uma orientação antiparalela Os arranjos de ordem superior levam à formação de filamentos com 10 nm de espessura Ao contrário do que acontece nos microtúbulos e microfilamentos os filamentos intermediários não apresentam polaridade das extremidades As proteínas que constituem os filamentos in termediários podem ser classificadas de acordo com suas características moleculares em diferen tes classes I Queratinas ácidas básicas e neutras em células epiteliais II Vimentina e proteínas relacionadas vimentina nas células mesenquimais des mina nas células musculares e periferina nos neurônios III Proteínas ácidicas fibrilares glial células da glia IV Neurofilamentos neurônios V Lâminas A B e C núcleo de células animais e vegetais Proteínas acessórias também se conectam com os filamentos intermediários modulando suas pro priedades A filagrina por exemplo conecta feixes de queratina nas células epidérmicas A plectina é uma proteína de integração que conecta feixes de vimentina e os interliga a microtúbulos a feixes de filamentos de actina a filamentos da proteína mo tora miosina II e ainda à membrana plasmática A função dos FI é primariamente mecânica a qual é atribuída a duas propriedades principais a alta resistência e a relativa estabilidade dos filamentos A contribuição dos filamentos intermediários na for mação de estruturas resistentes é nítida nos anexos epidérmicos como cabelos unhas chifres e cascos que são basicamente compostos de queratinas Os filamentos intermediários capacitam as células a su portar o estresse mecânico por isso estão presente em grande quantidade em células suscetíveis a esse fator como nas células epiteliais musculares e ao longo dos axônios dos neurônios Nas células epiteliais os filamentos de queratinas se estendem de um lado a outro da célula e estão firmemente ancorados à membrana plasmática por meio de proteínas acessórias como as plaquinas em duas áreas especializadas os desmossomos e os Figura 25 Esquema demonstrando a participação dos filamentos de actina na constituição da célula muscular estriado esquelética Fonte Junqueira et al 2012 p 129 113 UNIDADE 3 hemidesmossomos que são regiões de contato célulacélula e célula substrato respectivamente Essa trama de filamentos que indiretamente se interconecta por toda extensão da camada epitelial possui alta resistência à tração e distribui tensão quando a pele é esticada A importância dessa fun ção é ilustrada pela doença genética chamada epidermólise bolhosa simples na qual mutações nos genes da queratina interferem na formação desses filamentos na epiderme Como resultado a pele se torna vulnerável a pequenos traumas mecânicos que rompem as células e leva à formação de bolhas Embora os filamentos intermediários apresentem uma estabili dade maior quando comparado aos demais componentes do citoes queleto eles são amplamente rearranjados durante a divisão celular Essas alterações são marcantes para as lâminas que compõem a lâmina nuclear Em particular a ruptura da membrana nuclear no início da divisão da célula depende da desmontagem dos filamentos de lâmina que formam uma malha que sustenta a membrana À semelhança do que ocorre com os demais componentes do citoesqueleto as proteínas acessórias auxiliam no papel estrutural e funcional dos filamentos intermediários A plectina é uma proteína que interconecta os filamentos intermediários uns aos outros e à membrana a microtúbulos e a filamentos de actina Mutações na plectina levam a uma forma rara de distrofia muscular Figura 26 Classificação dos filamentos intermediários Fonte Alberts et al 2011 p 575 114 Movimento eProliferação Celular Célula Estriada Esquelética Contração Muscular Na célula muscular estriada esquelética existe um arranjo específico dos filamentos de actina associadas a demais proteínas principalmente a miosina Esses filamentos formam estruturas lineares que preenchem o citoplasma da célula muscular e que são denominadas genericamente de miofibrilas Estas formam estruturas repetiti vas chamadas de sarcômero Cada sarcômero é delimitado pelas linhas Z as quais são constituídas por proteínas acessórias cap Z e α actinina e consiste no sítio de anco ragem das extremidades dos filamentos de actina e outras proteínas titina e nebulina que contribuem na estruturação e estabilidade do sarcômero O sarcômero é o espaço delimitado por duas linhas Z e são formados por filamentos ancorados a estas linhas Estes são chamados de filamentos finos e filamentos grossos Os filamentos finos são formados por filamentos de actina associados a proteínas reguladoras troponina e tropomiosi na e estão ancorados na linha Z pela proteína αactinina 115 UNIDADE 3 A tropomiosina é uma proteína filamentosa que se estende nos sulcos do filamento de actina A troponina é uma proteína glo bular formada por três subuni dade C T e I A subunidade C da troponina tem forte afini dade ao cálcio as subunidades T e I associamse ao filamento de actina em regiões específicas do filamento de actina No fila mento fino ainda há a nebulina que regula o número de monô meros de actina no filamento A tropomodulina capeia a ex tremidade dos filamentos de actina para impedir a despoli merização desses filamentos Intercalando os filamentos finos estão os filamentos gros sos que são feixes de filamen tos de miosina A molécula de miosina presente no sarcômero é a miosina II que contém uma porção globular cadeia pe sada cabeça e uma porção linear cadeia leve bastão Na porção globular estão os sítios de ligação para actina e uma região que se liga ao ATP e degrada esta molécula O filamento grosso é formado por um arranjo formando um bastão linear bipolar com cabeças expostas na periferia do bastão apenas nas extremidades sendo a região central lisa Os filamentos de miosina se prendem a linha Z por meio de uma proteína chamada de titina Esta mantém o filamento de miosina alinhado no centro do sarcômero e também impede que o sarcômero se colapse durante o estiramento do mús culo Na região central do sarcômero proteínas ancoram filamentos de miosina II adjacentes entre si linha M Figura 27 Organização dos filamentos do citoesqueleto na célula muscular estriadas esquelética Fonte Junqueira et al 2012 p 130 Figura 28 Organização dos filamentos finos que formam as miofibrilas da célula muscular estriada esquelética Fonte Junqueira et al 2012 p 130 116 Movimento eProliferação Celular O arranjo dos filamentos finos e grossos ancorados na linha Z para a formação do sarcômeros fará com que exista regiões onde há sobreposição apenas de filamentos finos e outras regiões com sobreposição de filamentos finos e grossos As regiões próximas as linhas Z apresentam apenas sobreposição de fila mentos finos e se apresenta mais clara quando ana lisada em microscopia sendo chamadas de banda I O centro do sarcômero apresenta sobreposição alternados filamentos finos e grossos apresentan dose mais escuras quando analisadas em micros copia e são chamadas de banda A Como os fila mentos finos não chegam ao centro do sarcômero o centro da banda A tem uma região denominada de banda H Cada sarcômero é formado por duas semibandas I uma banda A e uma banda H A alternância dessas faixas transversais claras e escuras é a responsável pelas denominação de músculo estriado Essa organização também está presente na musculatura do coração mas por ter uma regulação nervosa distinta este foi chamado de músculo estriado cardíaco A base da contração muscular se dá pela inte ração das cabeças da miosina com os filamentos de actina Ciclos de retração e relaxamento das cabeças associados à hidrólise do ATP e sua re posição permite o deslizamento dos filamentos de actina sobre os filamentos de miosina Esse processo é iniciado quando o músculo re cebe um sinal de um neurônio motor que gera um potencial de ação na célula muscular promovendo a liberação do Ca do retículo sarcoplasmático para o citosol A ligação do Ca à troponina C promove uma alteração na sua conformação que consequentemente altera a posição da tropomio sina liberando nos filamentos de actina os sítios de ligação para a miosina Após essa etapa as cabeças das miosinas se ligam aos filamentos de actina A hidrólise do ATP promove uma alteração na conformação da miosina deslocando sua cabeça em direção à extremidade dos filamentos de actina a uma distância de 5 nm A seguir a cabeça da miosina se liga a esta nova posição no filamento de actina em um novo ângulo Na sequência ocorre liberação do Pi fortale cendo a ligação miosinaactina Após um mo vimento de potência é desencadeado e a miosi na retorna à sua posição original configuração rigor gerando o deslizamento dos filamentos de actina Durante o movimento de potencial o ADP é liberado deixando a miosina pronta para um novo ciclo Figura 29 Esquema mostrando a organização dos filamentos para a formação do sarcômero Fonte Alberts et al 2010 p 1028 Figura 30 Imagem de microscopia da célula muscular estriada esquelética Fonte Infopédia 2019 online9 117 UNIDADE 3 Durante uma contração rápida cada cabeça de miosina alterna seu ciclo 5X por segundo O encurtamento sincronizado de milhares de sarcô meros em cada miofibrila dá à musculatura es quelética capacidade de contração suficiente para diversas atividades como andar nadar correr etc O relaxamento muscular ocorre quando o nível do Ca diminui e desta forma bloqueando o sítio de ligação para a miosina sobre os filamentos de actina Assim a célula muscular estriada esquelética promoverá a contração produzindo os movimen tos necessários a nossa fisiologia Figura 31 Esquema mostrando o sarcômero relaxado e contraído Fonte EHVetUnicentro 2012 online10 Ao encerrarmos esta unidade temos um conhe cimento mais integrado sobre a célula procarion te pois já desvendamos em outras unidades a estrutura dessa célula e agora conhecemos os mecanismos de armazenamento da informação genética no núcleo interfásico e seus mecanismos de transmissão para células descendentes bem como os elementos responsáveis pela forma e plasticidade da célula o citoesqueleto A célula como unidade viva tem que se re produzir e a divisão celular é o recurso que pro move a propagação da vida pois uma célula dará origem a outras células e esses eventos somente serão possíveis com a participação dos elementos do citoesqueleto quer seja para a separação do DNA cromátidesirmãs ou para a separação do citoplasma citocinese 118 Movimento eProliferação Celular A divisão celular no organismo pluricelular tem vários objetivos e está dividida em dois tipos mi tose e meiose A mitose se responsabiliza pela formação do organismo seu crescimento sua renovação e regeneração Sem essa divisão várias atividades fisiológicas ficariam comprometidas por exemplo a formação constante de células sanguíneas Por sua vez a meiose é responsável na espécie humana pela formação de gametas promovendo a possibilidade de reprodução sexuada A meiose reduz o número cromossômico de diploide para haploide e promove variabilidade genética por meio da recombinação genética promovida no crossingover O citoesqueleto não só participa desses processos de divisões celulares mas também exerce vários outros papéis como a manutenção da forma adesão celular movimentos de organelas citoplasmáticas deslocamento celular e a própria contração das células musculares A contração muscular da célula muscular estriada esquelética é responsável por todos os movimentos do organismo humano e conhecer a estrutura morfológica e funcional dessa célula será fundamental para integrar os conceitos sobre os gastos energéticos do organismo humano 119 Você pode utilizar seu diário de bordo para a resolução 1 Células surgem de outras células vivas pelo processo de divisão celular O cres cimento de um organismo se dá por sucessivas divisões mitóticas assim uma única célula o zigoto ovócito fecundado origina uma pessoa adulta com seus 10 trilhões de células A divisão mitótica é responsável não só pelo crescimento do indivíduo mas também pela reprodução assexuada reposição celular e reparo de tecidos danificados ou injuriados Uma célula se reproduz por meio de uma sequência ordenada de eventos que duplicam seus componentes e depois a dividem em duas Esse ciclo de duplicação e divisão é conhecido como ciclo celu lar O sucesso da divisão de uma célula requer um controle temporal e espacial dos eventos que ocorrem durante o ciclo celular Analise as afirmações a seguir I A prófase é a primeira fase da divisão celular e nela ocorre a duplicação do par de centríolos e da molécula de DNA II Durante a metáfase da mitose as fibras do fuso alinham os cromossomos no centro da célula posicionando cada cromátideirmã para um dos polos celulares III Considerando a anáfase da mitose as fibras do fuso encurtarão em direção aos polos separando as cromátidesirmãs IV A telófase reorganiza os núcleos fazendo com que o material genético volte ao estado de cromatina V A divisão mitótica origina células com o mesmo número cromossômicos e geneticamente diferentes Com base nas afirmativas apresentadas assinale a alternativa correta a Apenas II está correta b Apenas I e V estão corretas c Apenas III está correta d Apenas II III e IV estão corretas e Apenas IV está correta 120 2 O tecido muscular estriado esquelético é especializado em contração Suas cé lulas são alongadas multinucleadas e preenchidas por filamentos proteicos que se organizam em sarcômero Sobre o sarcômero analise as afirmativas a seguir I No sarcômero das células musculares estriadas esquelética a linha Z é for mada por elementos dos filamentos intermediários do citoesqueleto e tem função de ancorar exclusivamente os filamentos de actina II No sarcômero a proteína titina tem função de ancorar os filamentos finos na linha Z III Para que a contração ocorra é fundamental a presença da Ca2 Esse íon fica armazenado na porção lisa do retículo endoplasmático liso que recebe o nome de retículo sarcoplasmático IV As miofibrilas que formam o sarcômero das células musculares estriadas esqueléticas são actina e miosina que formam respectivamente o filamento grosso e o filamento fino do sarcômero V As bandas claras e escuras do sarcômero são denominadas respectivamente banda I e banda A Com base nas afirmativas apresentadas assinale a alternativa correta a Apenas a afirmativa I está correta b Apenas a afirmativa IV está incorreta c Apenas as afirmativas I e II estão incorretas d Apenas as afirmativas I II e III estão corretas e Apenas as afirmativas III e V estão corretas 3 Considerando a divisão celular meiótica que na espécie humana tem função de formar células reprodutivas chamadas de gametas Analise as afirmativas sobre esta modalidade de divisão celular I Durante a divisão meiótica são formadas quatro células com apenas um lote de cromossomos haploides e com combinações genéticas idênticas em cada uma delas II A anáfase I da meiose I é considerada reducional pois nessa fase as cromá tidesirmão de cada cromossomo são separadas III É durante a profáse I que ocorre a formação de cromossomos híbridos por meio do crossingover IV A meiose I é um processo reducional pois na anáfase I os cromossomos homólogos são separados para polos opostos da mesma célula V O crossingover é uma evento de recombinação genética e ocorre durante as prófases I e II 121 Com base nas afirmativas apresentadas assinale a alternativa correta a Apenas III está correta b Apenas III e IV estão corretas c Apenas I e III estão correta d Apenas II e III estão corretas e Apenas IV está correta 4 As células eucariontes apresentam um conjunto de proteínas que formam uma rede denominada de citoesqueleto Sobre essa estrutura da célula procarionte analise as afirmativas I O citoesqueleto é constituído exclusivamente por filamentos de actina e filamentos intermediários II Os filamentos intermediários são responsáveis pela organização de cílios e flagelos III Os elementos do citoesqueleto são constituídos por filamentos de actina filamentos intermediário e microtúbulos Esses elementos atuam exclusiva mente na manutenção da forma da célula IV Microtúbulos são elementos do citoesqueleto que entre outras funções são responsáveis pela organização das fibras que promovem a movimentação dos cromossomos durante a divisão celular e pela organização de cílios e flagelos V Filamentos de actina são elementos do citoesqueleto que entre outras fun ções são responsáveis pela contração de célula muscular estriada esquelética e pela sustentação das microvilosidades Com base nas afirmativas apresentadas assinale a alternativa correta a Apenas I e V estão corretas b Apenas III está correta c Apenas IV e V estão corretas d Apenas I e III estão corretas e Apenas II e III estão corretas 122 5 A capacidade de crescer e se reproduzir são atributos fundamentais de todas as células No caso de células eucariontes o processo de gênese de novas células obedece a um padrão cíclico que começa com o crescimento celular e termina com a separação de seu núcleo e citoplasma originando duas novas células Es ses eventos coordenados são denominados de ciclo celular Este ciclo apresenta dois momentos distintos a interfase e divisão celular mitótica Com relação a esse ciclo celular analise as assertivas a seguir I A intérfase é o período em que a célula não está em divisão celular e portanto estará havendo durante toda a duração da intérfase a duplicação do DNA II Durante a intérfase o DNA estará organizado na forma de cromossomos para garantir a divisão desse material genético III A intérfase está dividida em períodos G1 S e G2 e somente haverá a duplicação do DNA durante o período S IV Durante a intérfase o DNA estará na forma de cromatina que permitirá que eventos como a duplicação e a transcrição possa ocorrer V No período G2 da intérfase ocorre a condensação da cromatina formando cromossomos Com base nas afirmativas apresentadas assinale a alternativa correta a Apenas III e IV estão corretas b Apenas I e II estão corretas c Apenas III e IV estão corretas d Apenas IV e V estão corretas e Apenas II e III estão corretas 123 Colegas Ano 2013 Sinopse Colegas é uma divertida comédia que trata de forma poética coisas simples da vida por meio dos olhos de três personagens com síndrome de Down Eles são apaixonados por cinema e trabalham na videoteca do instituto onde vivem Um dia inspirados pelo fi lme Thelma Louise resolvem fugir no KarmannGhia do jardineiro em busca de três sonhos Stalone quer ver o mar Aninha quer casar e Márcio precisa voar Em uma viagem do interior de São Paulo rumo à Buenos Aires eles se envolvem em inúmeras aventuras como se tudo não passasse de uma eterna brincadeira de cinema FILME 124 ALBERTS B BRAY D HOPKIN K JOHNSON A LEWIS J RAFF M ROBERTS K WALTER P Fun damentos da biologia celular Porto Alegre Artmed 2011 ALBERTS B LEWIS J RAFF M ROBERTS K WALTER P VANZ A L de S JOHNSON A Biologia molecular da célula Porto Alegre Artmed 2010 JUNQUEIRA L C U CARNEIRO J JORDÃO B Q ANDRADE C G T J YAN C Y I Biologia celular e molecular Rio de Janeiro Guanabara Koogan 2012 REFERÊNCIAS ONLINE 1 Em httpsvirtualhistologywordpresscom20090928125 Acesso em 9 jul 2019 2 Em httpsblogbiodnablogspotcombr201503divisaocelularhtml Acesso em 9 jul 2019 3 Em httpwwwinfoescolacomcitologiameiose Acesso em 9 jul 2019 4 Em httpswwwsobiologiacombrconteudosCitologia2nucleo14php Acesso em 16 jul 2019 5 Em httptanyabiologiablogspotcombr201209divisaocelularmeiosehtml Acesso em 9 jul 2019 6 Em httpbrasilescolauolcombrdoencassindromededownhtm Acesso em 9 jul 2019 7 Em httpwwwteliganet201306ocitoesqueletohtml Acesso em 9 jul 2019 8 Em httpccscueducnG2STemplateViewaspxcourseType1courseId17topMenuId113306 menuType1actionviewtypenamelinkpageID113784 Acesso em 9 jul 2019 9 Em httpswwwinfopediapttecidomuscular Acesso em 9 jul 2019 10 Em httpehvetunicentroblogspotcombr201205tecidosmuscularesostecidoshtml Acesso em 9 jul 2019 125 1 D 2 E 3 B 4 C 5 A Diário de Bordo 128 Diário de Bordo 126 Diário de Bordo 127 PLANO DE ESTUDOS OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM Reconhecer a estrutura morfológica e funcional das mi tocôndrias Identificar a molécula de adenosina trifosfato como ele mento de armazenamento de energia para atividade me tabólica das células Diferenciar cada uma das etapas do processo de glicólise Diferenciar a via anaeróbica e aeróbica de degradação piruvato relacionar as condições fisiológicas para que cada via ocorra e identificar os tipos celulares que realiza cada uma das vias Identificar cada uma das etapas de formação de acetil CoA Descrever cada uma das etapas do ciclo do ácido cítrico Relacionar a cadeia transportadora de elétrons e a fosfo rilação oxidativa como consumo de oxigênio Introdução ao Metabolismo Energético Estrutura das Mitocôndrias Metabolismo Energético Drª Márcia Cristina de Souza Lara Kamei Disponibilização de Energia para a Célula Degradação de Carboidratos Introdução ao Metabolismo Energético Olá alunoa Nesta unidade estudaremos os mecanismos de transferência de energia entre os sistemas biológicos Todos sabemos que a ener gia é necessária para nos manter vivos e ativos realizando nossas funções fisiológicas incluindo a síntese de massa corporal que provém dos ali mentos que ingerimos Bioquimicamente os alimentos que ingeri mos são denominados de proteínas carboidra tos e lipídios Cada tipo de composto orgânico tem um valor energético inserido e entre eles os mais energéticos são as gorduras porém os mais utilizados para disponibilizar energia são os carboidratos Já as proteínas podem ser usadas para obtenção de energia para as células porém sua função estrutural é mais usada Os carboidratos são os elementos energéticos mais utilizados pelos seres vivos Preferencial mente todas as células desde bactérias até cé lulas humanas trabalham com glicose que é o monossacarídeo mais abundante do planeta Em nosso organismo existem algumas células que só trabalham com glicose como células nervosas por exemplo 131 UNIDADE 4 Por ser a glicose o elemento central na disponibilização de energia para as células do nosso organismo iniciaremos este tema demonstran do as vias de degradação da glicose e o cálculo energético desse evento A molécula de glicose pode ser degradada por duas vias metabólicas aeróbica e anaeróbica A via anaeróbica é uma atividade metabólica mais primitiva e corresponde a uma degradação incompleta da mo lécula e apenas 20 da energia contida nela é transferida para o ATP adenosina trifosfato Esse processo não depende da presença de oxigênio e é realizado no citoplasmas de células procariontes e algumas células eucariontes além de incluir algumas células do organismo humano A via aeróbica é mais complexa e realizada apenas por células eucariontes no interior de organelas chamadas de mitocôndrias e apenas na presença obrigatória do oxigênio esta via disponibiliza muito mais ATP que a via anaeróbica Iniciaremos nossa unidade dando uma visão geral das vias me tabólicas que disponibilizam energia para a manutenção das ati vidades celulares As células necessitam de um constante suprimento de energia para gerar e preservar a ordem biológica que as mantêm vivas A energia química utilizada pelas células provém da degradação de compostos orgânicos Nos organismos heterótrofos esses compostos são obtidos por meio da alimentação enquanto que os organismos autótrofos os produzem Dessa forma esses organismos se interrelacionam por meio do metabolismo Os seres autotróficos possuem um sistema enzimático chamado de clorofila Nas células eucariontes a clorofila está localizada em uma organela que é a cloroplastos Essas células utilizam a energia lumi nosa e transferem para ligações químicas que produzem compostos orgânicos O processo que envolve as reações químicas de síntese de compostos orgânicos a partir de compostos inorgânicos com a energia luminosa é denominado de fotossíntese A reação pode ser resumida na seguinte equação Como a energia foi transferi da para as ligações químicas essas moléculas orgânicas possuem energia armazenada e ao sofrerem quebra a ener gia será liberada No ambiente celular a energia liberada da quebra dos compostos or gânicos é transferida para a molécula de ATP O proces so que envolve as reações de degradação dos compostos orgânicos que geram uma forma de energia utilizável na forma de ATP pelas cé lulas eucariontes é denomi nado de respiração celular e inclui a participação de uma organela citoplasmática as mitocôndrias e da presença do oxigênio O ATP é um nucleotídeo da adenosina que tem como função o armazenamento temporário da energia retira da da quebra dos compostos orgânicos A energia da molé cula da ATP está armazenada nas ligações dos grupamentos fosfatos e nas células existe uma dinâmica entre a síntese e a degradação do ATP NEL SON et al 2013 Figura 1 Relação entre a fotossíntese e a respiração celular Fonte Santos 2012 online1 C6H12O6 6O2 6H2O 6CO2 6CO2 12H2O C6H12O6 6O2 6H2O LUZ 132 Disponibilização de Energia para a Célula Degradação deCarboidratos A fotossíntese está relacionada à respiração e de maneira geral há um balanço entre esses dois proces sos na biosfera Tanto a fotossíntese quanto a respiração geram energia química utilizável ATP cuja síntese é mediada por um gradiente de hidrogênio transmembrana A respiração aeróbica envolve a oxidação de moléculas orgânicas em CO2 com redução do O2 em H2O associada à produção de ATP C6H12O6 O2 6CO2 6H2O energia Oxigênio proveniente da respiração pulmonar Água que poderá ser utilizada no metabolismo celular Gás carbônico que deverá ser eliminado na expiração Será armazenada na forma de ATP Glicose proveniente da digestão CARBOIDRATOS LIPÍDIOS PROTEÍNAS ATP H2O O2 ADP Pi CO2 COENZIMAS oxidadas COENZIMAS H e reduzidas H e O P O HO OH OH O P O O O N N N N NH3 O O O P CH2 O Figura 3 Equação geral da degradação de compostos orgâ nicos para síntese de ATP Fonte Marzzoco e Torres 2015 p 109 Figura 2 Equação da respiração celular Fonte a autora Figura 4 Estrutura bioquímica da molécula da ATP ade nosina trifosfato Fonte Junqueira et al 2012 p 69 ADP Pi ATP OXIDAÇÃO DE NUTRIENTES PROCESSOS QUE REQUEREM ENERGIA Figura 5 Esquema mostrando a dinâmica entre a síntese e a degradação de ATP Fonte Marzzoco e Torres 2015 p 110 133 UNIDADE 4 O2 CO2 H2O Glicose Mitocôndria Cloroplasto Calor Calor Calor ATP Fotossíntese Respiração celular A ingestão elevada de carboidratos leva ao aumento da glicemia e esse aumento da glicose circulante no sangue está diretamente relacionada a várias doença metabólicas incluindo o diabetes tipo II e obesidade Esta que em outras gerações era um distúrbio que afetava os adultos já está presente nas crianças desta geração Podemos concordar com hábitos que estimulam consumo de refeições ricas em carboidratos como as oferecidas por redes de fast food associando seu consumo a brin des que são oferecido junto com estas refeições Não podemos esquecer que esses brindes são desejados pelas crianças pois são ícones da indústria de entretenimento Figura 6 Relação entre a atividade metabólica da fotossíntese e a respiração celular Fonte Cientic 2019 online2 Estrutura das Mitocôndrias As mitocôndrias exibem formas alongadas porém formas esféricas também são observadas O tama nho das mitocôndrias podem variar entre 02 a 10 µm de diâmetro e de 2 a 8 µm de comprimento A quantidade de mitocôndrias também varia para células de diferentes origens estando diretamente relacionada à demanda energética da célula A dis tribuição delas no interior da maioria das células ocorre acidentalmente mas há casos em que se concentram em regiões que a demanda energética é maior JUNQUEIRA et al 2012 Em células musculares por exemplo as mito côndrias estão associadas aos filamentos contrá teis que requerem ATP Em espermatozoides elas se localizam na peça intermediária justamente para facilitar o provimento de ATP para movi mentação da cauda Essas organelas membranosas podem ser vi sualizadas sob microscopía óptica com o emprego do corante verde janus uma substância redox que é oxidada para uma forma corada pelo citocro mo C oxidase um dos componentes da cadeia respiratória Contudo detalhes de sua estrutura só são observados com o uso de um microscópio eletrônico 135 UNIDADE 4 Membrana externa Contém enzimas de degradação dos lipídios a ácidos graxos Permeável a moléculas de até 10000 dáltons DNA mitocondrial Uma ou mais cadeias duplas contendo escasso número de genes Espaço intermem branoso Contém várias enzimas Acumula prótons transporta dos da matriz Crista mitocondrial Dobras que aumentam a superfície da membrana interna e a efciência na produção de ATP Ribossomos mitocondriais Contém RNA ribossômico Participam da síntese proteica Matriz mitocondrial Contém enzimas que metabolizam piruvato e ácido graxo produzindo acetilcoenzima A contém enzimas do ciclo do ácido cítrico tRNA mRNA e rRNA Membrana interna Impermeável contém os componentes da cadeia de transporte de elétrons Transporte transmembrana de prótons Corpúsculos elementares Fazem parte da membrana interna e contém complexo proteico com atividades de ATPsintetase Figura 7 Esquema da estrutura de mitocôndrias Fonte Junqueira et al 2012 p 74 As mitocôndrias são organelas com duas membranas uma mem brana externa e outra que se invagina para o interior da mitocôndria formando cristas denominada de membrana interna Elas definem dois compartimentos na mitocôndria o espaço intermembrana localizado entre as duas membranas e a matriz mitocondrial que está circundada pela membrana interna As membranas mitocondriais são estruturalmente e funcional mente distintas Na membrana interna estão presentes enzimas que sintetizam ATP proteínas que promovem o fluxo de elétrons para promovem a síntese de ATP enzimas envolvidas na degradação de composto orgânicos entre muitas outras proteínas 136 Disponibilização de Energia para a Célula Degradação deCarboidratos A membrana externa apresenta uma proteína conhecida como porina que forma canais transmembrânicos muito semelhante a proteínas porinas presente na membrana de bactérias Na matriz mitocondrial podem ser observado os ribossomos ácidos nucleicos e várias enzimas que participam do metabolismo de carboidratos ácidos graxos e de compostos aminados O DNA mitocondrial é uma molécula circular semelhante ao DNA encon trado em bactérias e tem apenas genes que codificam algumas das proteínas mitocondriais sendo que a grande maioria das proteínas mitocondriais são importadas do citoplasma da célula Veremos agora como essa organela pode aproveitar a energia presente em ligações químicas covalentes entre átomos de carbono CC e transformála em energia elétrica para novamente arma zenála em ligações químicas também covalentes como ocorre entre ADP adenosina difosfato e fosfato na formação de moléculas de ATP CARBOIDRATOS PROTEÍNAS LIPÍDIOS GLICOSE Piruvato 3 AMINOÁCIDOS AcetilCoA 2 CoA Citrato 6 Isocitrato 6 CO2 CO2 CO2 CO2 αCetoglutarato 5 Fumarato 4 Malato 4 Oxaloacetato 4 Succinato 4 ÁCIDOS GRAXOS Asp Ala Ile Cys Leu Gly Lys Ser Phe Glu Figura 8 Esquema mostrando a convergência das vias de degradação dos dife rentes compostos orgânicos Fonte Marzzoco e Torres 2015 p 112 137 UNIDADE 4 Metabolismo Energético Glicólise Vamos iniciar pela degradação de moléculas de glicose Como vimos no primeiro módulo desta disciplina os carboidratos apresentam primor dialmente a função energética Esses elementos podem ser classificados como monossacarídeos oligossacarídeos e polissacarídeos Durante o processo digestório a maioria dos carboidratos são degradados e o monossacarídeo resultante é a glicose assim ela é absorvida pelas células epi teliais do intestino e levada para todas as outras células do nosso organismo funcionando como combustível essencial Na célula eucarionte a molécula de glicose será degradada pela via aeróbica um processo que requer a presença do oxigênio e a atividade mitocondrial porém em alguns tipos de células eucariontes a molécula de glicose também pode ser degradada pela via anaeróbica A degradação aeróbica da molécula de glicose ocorre em cinco etapas que são glicólise forma ção de acetil CoA coenzima A ciclo do ácido cítrico cadeia transportadora de elétrons e fosfo rilação oxidativa STRYER et al 2014 138 Disponibilização de Energia para a Célula Degradação deCarboidratos A glicólise é a degradação da molécula de glicose C6H12O6 em duas moléculas de piruvato ou áci do pirúvico molécula com três carbonos Essa é a primeira etapa que ocorre no citoplasma de todos os tipos celulares do processo de oxidação de glicose para obtenção de energia VOET et al 2014 Essa etapa consiste em dez reações quími cas que são divididas em duas fases a preparatória e fase de pagamento Fase Preparatória da Glicólise A fase preparatória da glicólise tem cinco reações a serem consideradas Fosforilação da glicose em glicose 6fos fato é uma molécula da ATP que será con vertida em ADP Essa fosforilação impedirá que a molécula saia da célula uma vez que o transporte de glicose ocorre por difusão facilitada e depende da concentração de glicose nos meios intra e extracelulares Isomerização da glicose 6fosfato em frutose 6fosfato haverá a alteração da molécula de glicose 6fosfato em frutose 6fosfato realizado pela enzima isomerase Nova fosforilação também tendo como doador de fosfato a molécula de ATP que forma uma hexose com dois grupos fosfato frutose 16bisfosfato Glicólise Glicose C6 Coenzimas Coenzimas Coenzimas 2 Piruvato C3 2 Piruvato C3 Descarboxilação do piruvato Ciclo de Krebs 2 C4 2 ADP 2Pi 2 ADP 2Pi 2 ATP 2H2O 2 C6 4 H e 4 H e 2 ATP 2 CO2 4 CO2 2 C2 4 H2O 16 H e Citossol Mitocrôndria Figura 9 Resumo das etapas da degradação aeróbica da molécula de glicose Fonte Mazzoco e Torres 2015 p 116 139 UNIDADE 4 Clivagem da frutose a frutose 16bisfosfato será quebrada resultando em duas moléculas distintas a diidroxiacetona fosfato e gliceraldeído 3fosfato Isomerização de diidroxiacetona fosfato em gliceraldeí do 3fosfato o que resultará em duas moléculas de gliceral deído3fosfato para cada molécula de glicose Concluído essas cinco reações químicas iniciaremos a segunda fase da glicólise chamada de fase de pagamento Ao final da fase preparatória teremos um saldo de 2ATPs Fase de Pagamento da Glicólise A fase de pagamento também consiste em cinco reações quí micas Nessa etapa haverá a produção de moléculas de ATPs e retiradas de hidrogênios da molécula que está sendo de gradada Fosforilação do glice raldeído 3fosfato ha verá uma fosforilação do gliceraldeído 3fosfato a partir de fosfato inor gânico formando duas moléculas de 13bisfos foglicerato Nesse proces so ocorre uma desidro genação um hidrogênio é retirado da molécula em que é catalisada por uma desidrogenase que tem como coenzima a nicotinamida adenina di nucleotídeo NAD que ao receber o hidrogênio é reduzido a NADH H pois dois elétrons e ape nas um próton perma nece na coenzima sendo o outro próton liberado diretamente no meio Deslocamento do gru po fosfato para o ADP isso produz ATP e a mo lécula passa a ser o 3fos fosglicerato Glicose Glicose 6fosfato Frutose 6fosfato Frutose 1 6difosfato Gliceraldeído 3fosfato Dihidroxiacetona fosfato DHAP ATP ADP ATP ADP 1 2 3 4 5 P P P P P P 2 ATPs 2 ADPs Glicose 2 gliceraldeído 3fostato Figura 10 Resumo das reações químicas da fase preparatória da glicólise Fonte Educação Física AEJS 2019 online3 Figura 11 Resumo da fase preparatória da glicólise Fonte a autora 140 Disponibilização de Energia para a Célula Degradação deCarboidratos Isomerização produzindo 2fosfoglice rato a enzima fosfoglicerato mutase trans fere o grupo fosfato do carbono 3 para o carbono 2 formando 2fosfoglicerato Desisdratação do 2fosfoglicerato origi nando fosfoenolpiruvato uma molécula de água H2O é retirada da molécula que é convertida em fosfoenolpiruvato Transformação de fosfoenolpiruvato a piruvato com consequente fosforilação de ADP em ATP haverá a desfosforilação do fosfoenolpiruvato formando piruvato A equação geral da glicólise pode ser resumida no esquema a seguir e evidencia que a oxida ção da glicose a piruvato e a produção de ATP Nucleotídio de nicotinamida ou ribofavina Nucleotídio de adenosina Nicotinamida H O O O O P O P O CH2 O O CH2 C NH2 N H H H O H OH OH H H H O H OH OH Ribose NAD N N NH2 N N Adenina estão diretamente associadas à redução de NAD e NADH Existe uma quantidade de NAD limitada dentro das células e a entrada de glicose do meio extracelular fará com que a quantidade de glicose a ser metabolizada sempre exceda a quantidade de NAD produzindo a necessidade constante de reo xidar o NADH Existem duas vias metabólicas para reoxidar o NADH na presença de oxigênio via aeróbica e na ausência de oxigênio anaeróbica A glicólise é um evento que ocorre no citoplas ma das células Duas moléculas de piruvatos serão produzidas para cada molécula de glicose bem como quatro molécula de ATPs e duas molécula de NADHH dessa forma a glicólise terá um saldo de dois ATPs pois gastaremos dois ATPs na fase preparatória Figura 12 Estrutura bioquímica do NAD nicotinamida ade nina difosfato Fonte Marzzoco e Torres 2015 p 117 Gliceraldeído 3fosfato 1 3difosfoglicerato 3fosfoglicerato 2fosfoglicerato 2 NAD NADH 2 2 H2O 2 6 7 8 9 10 ATP 2 2 ADP ATP 2 2 ADP P P P P P 2 2 ácido pirúvico piruvato 2 P 2 fosfoenolpiruvato P 2 Glicose 2 ATP 2 NAD 2 NADH2 2 ADP 4 ADP 4 ATP 2 Ac pirúvico Figura 14 Resumo da glicólise Fonte a autora Figura 13 Resumo das reações químicas da fase de paga mento da glicólise Fonte Carraro 2019 online4 141 UNIDADE 4 Destino do Piruvato na Via Aeróbica Em condições aeróbicas o primeiro passo para oxidação total do piru vato é a sua conversão a acetil Coenzima A Acetil CoA para tanto o piruvato será transportado do citoplasma para a matriz mitocondrial Na matriz mitocondrial ele sofrerá descarboxilaçâo retirada de CO2 sendo eliminado da via metabólica Ocorrerá também desidrogenação com a passagem dos elétrons e de um próton para o NAD formando NADH H A molécula resultante da desidrogenação e descarboxilação será ligada à molécula de coenzima A CoA formando Acetil Coenzima A Acetil CoA A molécula de acetil CoA produzidas por meio do piruvato duas para cada molécula de glicose serão encaminhadas para o ciclo do ácido cítrico que é o segundo passo da degradação aeróbica Como cada molécula de glicose produz dois piruvatos haverá a formação de duas moléculas de acetil CoA levando a produção de duas moléculas de NADHH O H3C C COO HSCoA NAD O H3C C SCoA NADH CO2 Piruvato Coenzima A AcetilCoA Figura 15 Esquema da transformação do piruvato em Acetil CoA Fonte Marzzoco e Torres 2015 p 123 Ciclo do Ácido Cítrico Ciclo de Krebs Essa via metabólica irá integrar a degradação de todos os compostos orgânicos uma vez que são convertidos a acetil CoA No momento esse acetil CoA derivouse de piruvato na matriz mitocondrial logo o ciclo irá ocorrer na matriz mitocondrial Esse ciclo consiste em oito reações sucessivas com várias des carboxilações e desidrogenações Iniciase com a condensação de acetil CoA com a oxaloacetato presente na matriz mitocondrial formando citrato Assim o citrato será isomerizado condensandoo para o isocitrato O isocitrato será desidrogenado formando αcetoglutarato sen do o hidrogênio usado para reduzir NAD a NADH H Αceto glutarato vai ser descarboxilado e formará o succinilCoA para então o CO2 ser liberado da reação Succinil CoA será convertido a succinato e nessa reação ocor re a adição de um radical fosfato a uma molécula de GDPgua nosina difosfato formando GTPGuanosina trifosfato Em termos bioquímicos o GTP é diferente do ATP pois tratase de um nucleotídeo tri fosfatado de guanosina Con tudo em termos energéticos a ligação do terceiro grupamen to fosfato armazena a mesma energia que a ligação do ter ceiro fosfato do ATP O succinato será desidro genado e dessa vez o aceptor dos dois elétrons e dos prótons será o FAD que será reduzido a FADH2 O fumarato é hidratado e formase o malato Malato é desidrogenado e se forma o oxaloacetado ter minando o ciclo Os elétrons e o próton é usado para reduzir NAD a NADHH Como o oxaloacetato é sempre regenera do ao fim de cada volta o ciclo pode oxidar acetil CoA conti nuamente Podemos definir o ciclo do ácido cítrico como a completa degradação de acetil CoA a CO2 e neste tópico em questão a ace til CoA derivou de glicose Cada molécula de Acetil CoA degradada no ciclo do ácido cítrico irá produzir 3 NA DHH 1FADH2 1GTP Cada molécula de glicose produzirá 2 moléculas de ace til CoA dessa forma para cada molécula de glicose degrada da o ciclo irá produzir 6 NA DHH 2FADH2 2GTPs 142 Disponibilização de Energia para a Célula Degradação deCarboidratos CARBOIDRATOS PROTEÍNAS LIPÍDIOS GLICOSE Piruvato 3 AMINOÁCIDOS AcetilCoA 2 CoA Citrato 6 Isocitrato 6 CO2 CO2 CO2 CO2 αCetoglutarato 5 Fumarato 4 Malato 4 Oxaloacetato 4 Succinato 4 ÁCIDOS GRAXOS Asp Ala Ile Cys Leu Gly Lys Ser Phe Glu O resumo do ciclo do ácido cítrico pode ser analisado na Figura 17 Ao final do ciclo do ácido cítrico podemos fazer um resumo para visualizarmos o saldo dos pro dutos formados Com base no saldo até essa etapa daremos seguimento Tabela 1 Saldo das etapas de degradação aeróbica da molécula de glicose Moléculas formadas Etapas NADHH FADH2 GTPsATPs Glicólise 2 4 2 Formação de acetil CoA 2 Ciclo do ácido cítrico 6 2 2 Total 10 2 6 2 4 Fonte a autora Figura 16 Imagem resumindo a integração da degradação de diferentes moléculas orgânicas e o ciclo do ácido cítrico Fonte Marzzoco e Torres 2015 p 112 143 UNIDADE 4 H3C C O SCoA H2O OXALOACETATO SUCCINATO SUCCINILCoA MALATO FUMARATO CITRATO ISOCITRATO αCETO GLUTARATO HSCoA NADH H NAD COO COO C CH2 O NADH H NAD CoA NAD NADH H FADH2 FAD COO COO CH HO CH2 H2O COO COO CH2 CH2 COO C O CH2 CH2 SCoA COO C O CH2 CH2 COO COO COO COO C CH2 CH2 HO COO COO COO C CH CH2 H HO COO HC COO CH citrato sintase aconitase malato desidro genase fumarase succinato desidrogenase succinatoCoA sintetase αcetoglutarato desidrogenase isocitrato desidrogenase HSCoA NTP NDPPi CO2 CO2 Figura 17 Reações químicas do ciclo do ácido cítrico Fonte Marzzoco e Torres 2015 p 127 144 Disponibilização de Energia para a Célula Degradação deCarboidratos Cadeia Transportadora de Elétrons e Fosforilação Oxidativa e e e C H H H H H H 4H H H I II III IV ESPAÇO INTERMEMBRANAS MATRIZ Q ADP Pi ATP 2 H2O O2 Figura 18 Sequência do transporte de elétrons entre os elementos da cadeia transportadora e as regiões onde há implulso de prótons Fonte Marzzoco e Torres 2015 p 143 As etapas de oxidação de glicose explicadas nos tópicos anterio res levou à formação de uma grande quantidade de NADHH e FADH2 coenzimas em estado reduzidos No entanto a produção de ATPs foi até agora muito baixa como se pode visualizar na tabela já apresentada Essas coenzimas deverão ser oxidadas pois a maior parte da energia retirada da molécula de glicose encontrase armazenada nas coenzimas reduzidas As coenzimas devem ser reoxidadas por duas razões primeiro para liberar a energia e segundo restituir as coenzimas oxidadas para que possam participar da oxidação de outras moléculas de glicose Essas moléculas de glicose continuam entrando na célula em quantidade limitada de NAD e FAD A oxidação das coenzimas reduzidas irá ocorrer na membrana interna da mitocôndria onde estão presentes os complexos enzi máticos responsáveis pelo transporte de elétrons denominados de cadeia transportadora de elétrons A maioria desses componentes agrupase em quatro complexos proteicos que na Figura 18 serão representados como I II III e IV Esses complexos são proteínas transmembranas da membrana interna da mitocôndria que se organizam em ordem crescente de potenciais de redução Temos ainda dois componentes móveis da cadeia transportadora de elétrons que não fazem parte dos complexos a coenzima Q que conecta os complexos I e II ao complexo III e o citocromo c que conecta o complexo III ao complexo IV As coenzimas reduzidas NADHH transferem dois elé trons para o complexo I e estes serão transferidos na seguinte sequência NADHH Complexo I coenzima Q Complexo III citocromo C Comple xo IV Oxigênio átomo As coenzimas reduzidas FADH2 doam seus elétrons pri meiramente para o complexo II e com isso seguem a mesma via FADH2 Complexo II coenzima Q Complexo III citocromo C Complexo IV Oxigênio átomo Esse movimento de elétrons gera uma força eletroquímica e promove o bombeamento de prótons da matriz mitocondrial para o espaço intermembranoso Esse bombeamento de prótons ocorre no complexo I II e IV como vemos na Figura 18 145 UNIDADE 4 A movimentação desses prótons está relacionada a síntese de ATP que utiliza a energia liberada por es sas reações de óxidoredução A teoria mais aceita para explicar o acoplamento do transporte com a síntese de ATP é chamada de teoria quimiosmótica Essa teoria considera que a energia do trans porte de elétrons é utilizada para bombear prótons por meio da membrana interna para o espaço in termembranoso O transporte de H ocorre contra o gradiente Esse sistema contra gera um gradiente de prótons ou seja uma concentração diferente de prótons dentro e fora da matriz mitocondrial A face interna voltada para a matriz da membrana interna fica mais negativa que a face externa que é voltada para o espaço intermembranoso A diferença de carga elétrica gradiente elé trico gera um potencial de membrana de ordem de 01 a 02 Volts A energia conservada nesse gradiente eletroquímico é chamada de força prótonmotriz e é constituída por dois compo nentes o gradiente de pH que é a concentração maior de prótons no espaço intermembranoso e o gradiente elétrico matriz negativa em relação ao espaço intermembranoso O retorno dos prótons ao interior da matriz é um processo espontâneo a favor do gradiente eletroquímico que libera energia capaz de levar a síntese de ATP A membrana interna da mitocôn dria é impermeável a prótons em toda sua exten são exceto em sítios específicos constituídos pelo complexo sintetizador de ATP a ATP sintase Somente haverá a passagem dos prótons por meio destes complexo enzimático e o retorno destes prótons levará à produção do ATP Figura 19 Esquema mostrando a relação do transporte de elétrons com a síntese de ATP Fonte adaptada de Bios Jay Chemist 2013 online5 Para cada NADH que se oxida ou seja para cada par de elétron transportados pelos complexos I III e IV apresentados na imagem da cadeia transportadora até chegar ao oxigênio haverá a síntese de três moléculas de ATPs Já quando o FADH2 é oxidado o complexo I não é usado e o fluxo de prótons será menor produzindo apenas dois ATPs Podemos resumir esta produção de ATPs nas equações a seguir NADHH ½ O2 3 ADP 3 Pi 3 H NAD 3 ATP 4 H2O FADH2 ½ O2 3 ADP 3 Pi 2 H FAD 2 ATP 3 H2O 146 Disponibilização de Energia para a Célula Degradação deCarboidratos A fosforilação oxidativa é a etapa final da degra dação aeróbica da molécula de glicose Essa degra dação tem um saldo energético de 38 moléculas de ATPs Podemos elucidar melhor na tabela a seguir o saldo energético da degradação aeróbica de uma molécula de glicose Tabela 2 Resumo do saldo de ATPs produzidos na degra dação aeróbica da molécula de glicose Moléculas formadas Etapas NADHH FADH2 GTPsATPs Glicólise 2 4 2 Formação de acetil CoA 2 Ciclo do ácido cítrico 6 2 2 Total 10 2 6 2 4 Moléculas de ATPs 30 4 4 Fonte a autora Dessa forma vemos que a degradação aeróbica de uma molécula de glicose levará à produção de 38 moléculas de ATPs Parte da energia liberada pelo fluxo dos prótons não será aproveitada para produção de ATP mas sim para liberar na forma de calor Assim a degradação de compostos orgâ nicos também vão ser responsáveis pelo processo de manutenção da temperatura corporal Existe em mamíferos um tipo diferente de tecido adiposo cujas mitocôndrias não produzem ATP e toda a energia dos compostos orgânicos é liberada na forma de calor que é chamado de tecido adiposo marrom ou pardo Essas mitocôndrias não possuem em sua membrana interna o complexo enzimático ATP sintetase em vez disso os prótons impulsionados pelo transporte de elétrons retornam por uma proteína chamada de termogenina A energia do retorno dos prótons por meio da termogenina é completamente dissipada na forma de calor Na espécie humana esse tecido adiposo se for ma no feto mas não se renova após o nascimento portanto ele só existe por poucos anos após o nascimento não sendo encontrado em adulto Em mamíferos incluindo a espécie humana existe uma proteína diferente localizada na mem brana interna de determinadas mitocôndrias que farão com que toda a energia proveniente do fluxo de prótons seja dissipada na forma de calor sem a for mação de ATP Essa proteína se chama termogenina No entanto o composto orgânico envolvido no processo são as gorduras pois as proteínas são exclusivamente encontradas em mitocôndrias do tecido adiposo marrom A função primordial das mitocôndrias é a degra dação de moléculas orgânica e a síntese de ATPs transferindo a energia dos compostos orgânicos para o ATP Nesse processo parte da energia liberada se dissipa na forma de calor Dessa for ma a degradação de alimentos além de produzir ATP também libera calor 147 UNIDADE 4 Destino do Piruvato na Via Anaeróbica A glicólise anaeróbica é chamada de fermentação Em anaerobio se o próprio piruvato produzido pela glicólise servirá como acep tor dos elétrons do NADH assegurando que ocorra a restituição do NAD para dar continuidade ao processo de degradação de moléculas de glicose Existem tipos diferentes de fermentações que obedecem a um padrão comum que se desenrola em primeira etapa quando a gli cose é transformada em piruvato com produção de NADHH e seguida por uma conversão de NADHH a NAD As diferenças estão na segunda etapa da reação Iremos apresentar a seguir as duas vias mais comuns a fermentação láctica onde o piruvato é convertido a ácido láctico lactato e a fermentação alcoólica onde o piruvato é convertido em álcool etílico etanol Fermentação láctica Nessa modalidade de fermentação o piruvato recebe os elétrons do NADH reduzindose a lactato conforme mostram as imagens a seguir 2 H3C C O COO 2 NADH 2H 2 H3C C OH H COO 2 NADH lactato desidrogenase Lactato Piruvato Figura 20 Esquema da fermentação láctica Fonte Marzzoco e Torres 2015 p 122 Esse processo é utilizado por diversos microorganismos que resultam em produtos fermen tados do leite como iogurtes e queijos Na espécie humana essa via metabólica pode ser realiza da por alguns tipos celulares a exemplo hemáceas e músculo estriado esquelético No caso das células muscula res estriadas esqueléticas quando estão em atividade metabólica in tensa o oxigênio trazido pela cir culação sanguínea tornase insufi ciente para que o ATP necessário a esta atividade seja produzido Como as células musculares estriadas esqueléticas armazenam glicose na forma de glicogênio muscular a glicose está sendo disponibilizada além da glicose trazida pela circulação sendo a insuficiência restrita ao O2 Dessa forma a degradação anaeróbica do piruvato fermentação láctica garantirá a restituição do NAD para dar continuidade à glicólise O ácido lático produzido pe las células musculares estriadas esqueléticas são encaminhadas ao fígado e transformadas nova mente em glicose 148 Disponibilização de Energia para a Célula Degradação deCarboidratos Fermentação alcóolica Em alguns organismos como leveduras e algumas bactérias a regeneração do NAD é feita pela fer mentação alcoólica Nessa via o piruvato é descarboxilado originando o acetaldeído que servirá de aceptor de elétrons do NADH reduzindose a etanol como será mostrado na imagem a seguir Esse processo é usado por exemplo para produção de bebidas alcoólicas fermentadas H3C C O COO H H3C C H NADH H O H3C C OH H NAD H H3C C O H CO2 álcool desidrogenase piruvato descarboxilase TPP Piruvato Acetaldeído Ao encerrarmos esta unidade você caroa alu noa desvendou alguns dos princípios funda mentais do processo de transferência de energia entre os sistemas biológicos que são fundamen tais para a manutenção dos processos metabólicos das células Toda energia que chega no planeta vem do sol e é incorporada nos seres vivos graças ao processo de fotossíntese que converte energia luminosa e calorífera em energia de ligações químicas dos compostos orgânicos proteínas carboidratos e gorduras Quando estes compostos são degradados parte da energia é desviada para a produção de ATP e outra parte se dissipa na forma de calor A glicose é o principal combustível para nossas células sendo fundamental para o metabolismo uma vez que é a única base para células nervosas A glicose pode ser degradada por via aeróbi ca ou anaeróbica sendo que a via anaeróbica na espécie humana é limitada a determinados tipos celulares A degradação aeróbica compreende eta pas como glicólise formação de acetil CoA ciclo do ácido cítrico cadeia transportadora de elétrons e fosforilação oxidativa Dessas etapas apenas a glicólise ocorre no cito plasma e todas as demais envolvem atividade mito condrial A degradação aeróbica de glicose somente ocorrerá na presença obrigatória de oxigênio e leva rá à produção de 38 ATPs por molécula degradada A degradação anaeróbica na espécie humana está limitada à fermentação láctica e apenas alguns tipos celulares podem realizálas por exemplo as células musculares estriadas esqueléticas Essas células apenas usam a via metabólica quando o fornecimento de oxigênio for menor que a neces sidade em produção de ATP Na próxima unidade desvendaremos as vias de degradação das demais moléculas e calcularemos seus rendimentos ener géticos Até a próxima Figura 21 Reações químicas da fermentação alcoólica Fonte Marzzoco e Torres 2015 p122 149 Você pode utilizar seu diário de bordo para a resolução 1 A liberação de energia a partir da quebra de moléculas de glicose compreende basicamente três fases glicólise ciclo de Krebs e cadeia respiratória Sobre esse assunto analise as afirmativas a seguir I Na cadeia respiratória que ocorre nas cristas mitocondriais o NADH e o FADH2 doam seus elétrons que serão transportados até o átomo de oxigênio II A glicólise é um processo metabólico que só ocorre em condições aeróbicas enquanto o ciclo de Krebs ocorre também nos processos anaeróbios III Nas células eucarióticas a glicólise ocorre no citoplasma enquanto o ciclo de Krebs e a cadeia respiratória ocorrem no interior das mitocôndrias IV No ciclo de Krebs uma molécula de glicose é quebrada em duas moléculas de ácido pirúvico V A utilização de O2 se dá no citoplasma durante a glicólise Com base nas afirmativas apresentadas assinale a alternativa correta a Apenas III está correta b Apenas I e III estão corretas c Apenas II e IV estão corretas d Apenas II e III estão corretas e Apenas III e V estão corretas 2 Após disputar a prova olímpica que lhe rendeu medalha de ouro nas olimpía das Rio2016 Usain Bolt se submeteu a um exame bioquímico para verificar a dosagem de ácido lático em sua corrente sanguínea Foi verificado que após o exercício a quantidade de ácido lático estava alta em sua corrente sanguínea isso é devido aoa a Excesso de oxigênio no sangue causado pelo aumento da frequência cardíaca b Excesso de gás carbônico no sangue causado pela dificuldade de sua eliminação pela respiração c Aumento de temperatura corporal causado pelo esforço físico muscular d Fermentação nos músculos causado pelo aumento da demanda de energia duran te a corrida e insuficiência no fornecimento de oxigênio pelo sistema respiratório e Diminuição da temperatura interna pela perda de calor durante o esforço realizado 150 3 A mitocôndria é considerada como o centro de produção energética da célu la em que ocorrem as principais etapas de degradação dos alimentos para a produção de energia Assinale a alternativa que contém uma etapa que NÃO ocorre na mitocôndria a Descarboxilação oxidativa b Ciclo de Krebs c Glicólise d Fosforilação oxidativa 4 A glicose é a principal fonte de energia utilizada pelas células O caminho realiza do pela glicose desde a sua entrada nas células até a produção de ATP envolve uma série de reações químicas que geram diferentes intermediários e produtos Considere a seguinte rota metabólica ADP ATP III Cadeia respiratória Crista NADH2 H2 H2 O2 CO2 H2O P Matriz Glicose Ácido pirúvico Acetil CoA I II Hialoplasma Etapas de degradação da molécula de glicose Fonte Djalmasantos 2019 online6 Os números I II e III podem representar respectivamente os processos a Glicólise Ciclo de Krebs e Fosforilação Oxidativa b Glicogênese Ciclo de Calvin e Fotofosforilação c Glicólise Ciclo de Pentoses e Ciclo de Krebs d Ciclo de Krebs glicólise e Fosforilação Oxidativa e Ciclo de Krebs Fotofosforilação e glicólise 151 5 A glicólise é uma das etapas da respiração celular processo responsável pela produção do ATP necessário para o organismo A respeito da glicólise analise as afirmativas I A glicólise engloba cerca de dez reações químicas diferentes sendo dividida em fase preparatória e fase de pagamento A fase preparatória ocorre no citoplasma e a de pagamento ocorre na matriz mitocondrial II Na glicólise ocorre a quebra da glicose em duas moléculas de ácido pirúvico III Todas as etapas da glicólise ocorrem na matriz mitocondrial IV O saldo positivo de ATP no final da glicólise é de duas moléculas V A glicólise é uma etapa anaeróbia Com base nas afirmativas apresentadas assinale a alternativa correta a Apenas I e II estão corretas b Apenas I e III estão corretas c Apenas III e IV estão corretas d Apenas III e V estão corretas e Apenas II IV e V estão corretas 152 Lehninger Princípios de Bioquímica Autor David L Nelson e Michael M Cox Editora Artmed Ano 2003 Sinopse este livro é um livro didático que apresenta os conteúdos básicos de Bioquímica Iniciase apresentando a estrutura básica das biomoléculas e insere um conteúdo amplo sobre metabolismo celular de todas as biomoléculas LIVRO 153 JUNQUEIRA L C U CARNEIRO J JORDÃO B Q ANDRADE C G T J YAN C Y I Biologia celular e molecular Rio de Janeiro Guanabara Koogan 2012 MARZZOCO A TORRES B B Bioquímica básica São Paulo Guanabara Koogan 2015 NELSON D L COX M M VEIGA A B G da CONSIGLIO A R LEHNINGER A L DALMAZ C Leh ninger princípios de bioquímica Porto Alegre Artmed 2013 STRYER L TYMOCZKO J L BERG J M Bioquímica Rio de Janeiro Guanabara Koogan 2014 VOET D VOET J G PRATT C W FETT NETO A G Fundamentos de bioquímica Porto Alegre Artmed 2014 REFERÊNCIAS ONLINE 1 Em httpsdjalmasantoswordpresscom20121107testesdebioenergetica Acesso em 9 jul 2019 2 Em httpwwwcienticcomportalindexphpoptioncomcontentviewarticleid224obtencaode Acesso em 9 jul 2019 3 Em httpeducacaofisicaaejswixsitecomaejsfisiologia Acesso em 9 jul 2019 4 Em httpwwwebahcombrcontentABAAAe3r4AKbioquimica Acesso em 9 jul 2019 5 Em httpsbiosjaychemistwordpresscom20130414etc Acesso em 9 jul 2019 6 Em httpsdjalmasantosfileswordpresscom2011025ajpg Acesso em 20 dez 2016 154 1 B 2 D 3 C 4 A 5 E Diário de Bordo 155 Diário de Bordo 156 PLANO DE ESTUDOS OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM Descrever o processo degradação de triacilgliceróis Relatar o processo de degradação de proteínas Detalhar a via de degradação dos grupo amino Compreender o papel do glicogênio e suas vias síntese e degradação do glicogênio Compreender a importância da gliconeogênese para a fisiologia do organismo Degradação de Triacilgliceróis Degradação de Proteínas Gliconeogênese Metabolismo do Glicogênio DraMarcia Cristina de Souza Lara Kamei Transformação e Armazenamento de Energia Degradação de Lipídios e Proteínas Degradação de Triacilgliceróis Caroa alunoa neste módulo daremos con tinuidade ao estudo das vias de degradação de biomoléculas para obtenção de energia para as células Iniciamos no módulo anterior os con ceitos de fornecimento de energia para as células com a degradação de carboidratos por serem os elemento energéticos primordiais No entanto outras moléculas orgânicas são usadas para o for necimento de energia Neste módulo abordaremos as vias de degra dação de outros compostos orgânicos calculare mos os rendimentos energéticos e discutiremos a relação custobenefício metabólico para que o organismo utilize estes outros combustíveis como fonte de energia Para esta abordagem começaremos pelas vias de degradação dos ácidos graxos derivados de trigli cerídeos cuja degradação rende um número muito maior de ATPs que a degradação de glicose Contu do o processo de mobilização dos triglicerídeos não facilita a utilização destas moléculas e além disso não são todas as células que apresentam a maqui naria enzimática para clivar os triglicerídeos 159 UNIDADE 5 Diante do exposto sobram os aminoácidos derivados da degradação de proteínas para se rem usados quando o organismo é submetido a situações de privação de carboidratos sendo a principal fonte desses aminoácidos proteínas que formam o tecido muscular Em situações de escassez de carboidratos em nosso organismo os aminoácidos além de serem usados para fins energéticos ainda serão mobiliza dos para uma via de produção de glicose para manter a atividade de células nervosa que não conseguem sobreviver sem glicose chamada de gliconeogênese Dentro desses conteúdos perceberemos que as células apresentam alguns recursos metabólicos para manter constante o fornecimento de molé culas que serão usadas para fins energético e que sem esses recursos as células não sobreviveriam A mobilização dos depósitos de triacilgliceróis das células adiposas iniciase por ação da enzima lipase Essa enzima tem sua ativação controlada por hormônios e é chamada de lipase hormôniosen sível Outras lipases dão prosseguimento ao pro cesso que irá clivar a molécula liberando glicerol e ácidos graxos MARZZOCO TORRES 2012 H2C 3H2O HC H2C O O O C O O C C R R R Triacilglicerol Glicerol lipases Ácidos graxos O O O H2C HC H2C OH OH 3R 3H C OH Figura 1 Esquema da degradação de triglicerídeos para o fornecimento de ácidos graxos Fonte Marzzoco e Torres 2015 p 190 O glicerol e os ácidos graxos produzidos na reação ilustrada anteriormente serão degradados por vias metabólicas distintas que serão abordadas a seguir Degradação do Glicerol O destino do glicerol é ser convertido em glicerol 3fosfato que será convertido em Diidroxiace tona fosfato Como observado na equação este processo irá gastar uma molécula de ATP e irá transferir hi drogênios para NAD resultando na formação de NADHH rende 3 ATPs na cadeia transporta dora de elétrons A molécula de Diidroxiacetona fosfato seguirá a via de degradação como descrito para a degradação de glicose H2C OH HC OH H2C OH Glicerol glicerol quinase ATP ADP H H2C OH HC OH H2C OH P Glicerol 3fosfato glicerol 3fosfato desidrogenase NAD NADH H H2C OH C O H2C O Diidroxiacetona fosfato P Figura 2 Esquema mostrando a degradação do glicerol Fonte Marzzoco e Torres 2015 p 191 160 Transformação eArmazenamento deEnergia Degradaçãode Lipídios e Proteínas Gliceraldeído 3fosfato Gliceraldeído3fosfato desidrogenase GAPDH 1 3bisfosfoglicerato 1 3BPG Fosfoglicerato cinase PGK 3fosfoglicerato Fosfoglicerato mutase Enolase 2fosfoglicerato Fosfoenolpiruvato PEP Estágio de endimento Piruvato forma enol Piruvato forma ceto Lactato desidrogenase LDH Llactato Piruvato cinase PK O C C CH2 O P H H OH O C C CH2 O P O H OH O C C CH2 O P O H OH P Estágio de rendimento O C C CH3 O O O C C CH2 H2O O P O H O P O C C CH3 O HO H O C C CH2 O OH O C C CH2 O O P ADP ATP ADP ATP Pi NADH NAD NADH NAD Figura 3 Via de degradação do gliceraldeído 3fosfato oriundo da degradação do glicerol Fonte Baynes e Dominiczak 2015 p 146 O piruvato produzido pelas reações mostradas na imagem anterior será convertido em acetil CoA que será encaminhado para o ciclo do ácido cítri co Todos os NADH e FADH2 serão encaminhados para cadeia transportadora de elétrons promoven do a fosforilação oxidativa NELSON et al 2013 A tabela apresentada a seguir nos resume as etapas de degradação do glicerol e o saldo de produção de NADH FADH2 e ATPs Tabela 1 Resumo dos produto produzidos na etapas de degradação do glicerol Etapas NADH FADH2 ATPsGTPs Degradação do glicerol 1 Gasta 1 Degradação de Dihidrox iacetona fosfato 1 2 Formação de acetil CoA 1 Ciclo do ácido cítrico 3 1 1 Total 6 1 3 1 2 Fonte a autora Lembrando que cada NADH levará a produção de três ATPs e cada FADH2 formará dois ATPs 6x21x22 22 ATPs são formados a partir da degradação do glicerol Degradação dos Ácidos Graxos Como vimos cada triglicerídeo que foi degradado liberou três ácidos graxos que seguirá sua própria via de degradação que veremos agora O processo de degradação dos ácidos graxos ocorre em três etapas ativação transporte e betaoxidação Ativação A ativação consiste em converter o ácido graxo em acilCoA Essa etapa ocorre por ação de acil CoA sintetase que está associada na membrana externa da mitocôndria conforme demonstrado na equação a seguir 161 UNIDADE 5 RCH2 CH2COO ATP HSCoA Ácido graxo coenzima A RCH2CH2CSCoA AMP PPi Acil CoA graxo Nesse processo considerase que há um gasto energético de dois ATPs pois é quebrado duas li gações de grupo fosfato Essa reação ocorre quan do o ácido graxo passa pela membrana externa da mitocôndria e acil CoA graxo está no espaço intermembranoso Transporte O Acil coA graxo produzido na ativação será degra dado na matriz mitocondrial porém a membrana interna da mitocôndria é impermeável a acil CoA graxo Portanto a segunda etapa é o mecanismo de transporte de acil CoA para a matriz mitocondrial Para que isso ocorra Acil CoA será ligada à molécula de carnitina que estão disponíveis no espaço intermembranoso da mitocôndria A rea ção é catalisada pela enzima carnitinaaciltrans ferase que existe em duas isoformas I e II A sequência de eventos é a seguinte Na face externa de membrana interna a carnitinaaciltransferase I transfere o grupo acila da Acil CoA para a carnitina formando acilcarnitina A acilcarnitina resultante é transpor tada por uma proteína transmembrana específica Na face interna da membrana interna a aciltransferase II doa o grupo acila de acil carnitina para uma coenzima A presente na matriz mitocondrial formando uma nova acilCoA e liberando a carnitina Carnitina retorna para o espaço inter membranoso por meio da mesma proteína transportadora R C O SCoA HO CH CH2 CH2 NCH33 COO O CH CH2 CH2 NCH33 COO H SCoA R C O Carnitina Acilcarnitina a b R C O SCoA 1 H Carnitina Carnitina Carnitina Carnitina SCoA H SCoA R C O SCoA R C O R C O 3 ESPAÇO INTERMEMBRANAS MATRIZ 4 2 Figura 4 Demonstração do mecanismo de transporte de Acil coA do espaço intermembranoso para a matriz mitocondrial Fonte Marzzoco e Torres 2015 p 192 162 Transformação eArmazenamento deEnergia Degradaçãode Lipídios e Proteínas βoxidação Ciclo de Lynen Na matriz mitocondrial a acilCoA será oxida da por uma via chamada de βoxidação porque promove a oxidação do carbono β do ácido gra xo Essa via também é conhecida como ciclo de Lynen e consiste em uma série cíclica de quatro reações ao final das quais a acilCoA fica com dois carbonos a menos liberando uma molécula de acetil CoA FADH2 e NADH Para ácidos graxos com número pares de car bono estas reações cíclicas serão realizadas até SCoA CH2 C O CH2 β α R CH2 R H SCoA SCoA C C O C H H R SCoA CH2 C O C β βCetoacilCoA βhidroxiacilCoA desidrogenase Trans2enoilCoA LHidroxiacilCoA NAD H2O enoilCoA hidratase O α R SCoA CH3 C O SCoA C O AcilCoA com n carbonos acilCoA desidrogenase AcetilCoA tiolase FAD FADH2 AcilCoA com n2 carbonos SCoA CH2 C O C OH H R NADH H que fiquem uma acilCoA com quatro carbono e dessa última sequência já serão formadas duas moléculas de acetil CoA Em cada sequência dois carbonos são reti rados dependendo do número de carbonos que o ácido graxo possuir serão formados números específicos de acetilCoA NADH e FADH2 Para ácidos graxos pares o número de acetil CoA for mados será a metade do número de carbonos e um a menos de NADH e FADH2 Figura 5 Esquema da βoxidação dos ácidos graxos ciclo de Lynne Fonte Marzzoco e Torres 2015 p 193 163 UNIDADE 5 Todas as moléculas de acetil CoA formadas serão encaminhadas para serem degradadas no ciclo do ácido cítrico e as moléculas de NADH e FADH2 as produzidas na βoxidação e no ciclo do ácido cítrico serão processadas na cadeia transportadora de elétrons Como exemplo usaremos a descrição da degradação de uma molécula de 16 átomos de carbono AcilCoA 16C AcilCoA 14C AcilCoA 12C AcilCoA 10C NADH FADH2 e Acetil CoA NADH FADH2 e Acetil CoA NADH FADH2 e Acetil CoA AcilCoA 8C AcilCoA 6C AcilCoA 4C 2acetilCoA NADH FADH2 e Acetil CoA NADH FADH2 e Acetil CoA NADH FADH2 e Acetil CoA NADH FADH2 Como visualizado no esquema descrito ante riormente essa degradação teve o seguinte saldo 8 acetil CoA 7 NADH 7 FADH2 Considerando que as moléculas de acetilCoA se rão oxidadas no ciclo do ácido cítrico e que cada mo lécula de acetil CoA irá produzir 3 NADH 1FADH2 e um GTP então o saldo do ciclo do ácido cítrico será 3x8 24 NADH 1x8 8 FADH2 8x1 8 GTPs Somando todos os NADH 31 e FADH2 15 temos que lembrar que cada NADH equivale a 3 moléculas da ATP 31x393 ATPs e cada FADH2 equivale a 2 ATPs 15x230 ATPs e somar os 8 GTPs que energeticamente equivale a 8 ATPS Não podemos nos esquecer de subtrair os 2 ATPs que foram gastos na ativação No final de todo o processo teremos 93308 2 1312 129 ATPs que serão originados na degradação de um ácido graxo com 16 carbonos Os ácidos graxos com números ímpares de car bono terão sua via de degradação diferente apesar de representarem uma minoria dos carboidratos dis poníveis na dieta O processo de degradação começa semelhante aos ácidos graxos pares porém apresen ta diferenças na última volta do ciclo de βoxidação A última volta do ciclo da βoxidação se ini cia quando o acilCoA apresentar cinco carbonos e nessa etapa será produzida uma acetil CoA e uma molécula de propionil CoA com os três carbonos que sobraram em vez de duas molé culas de acetil CoA Essa molécula de Propionil CoA será convertida a succinil CoA com gasto de uma molécula de ATP H C C CH3 C SCoA O H CH3 C SCoA O H CO2 COO C CH3 C SCoA O H COO C CH2 C SCoA O H H H2O ATP ADP Pi PropionilCoA LMetilmalonilCoA SuccinilCoA DMetilmalonilCoA PropionilCoA carboxilase Biotina MetilmalonilCoA mutase B12 MetilmalonilCoA racemase Figura 6 Resumo da βoxidação de um Acil coA graxo com 16 carbonos Fonte a autora Figura 7 Transformação de propionil coA em succinil coA Fonte Marzzoco e Torres 2015 p 195 164 Transformação eArmazenamento deEnergia Degradaçãode Lipídios e Proteínas O Succinil CoA na reação mostrada anteriormente seguirá a via de degradação no ciclo do ácido cítrico produzindo 1NADH 1FADH2 1GTP conforme demonstra a imagem a seguir H2O H2O HSCoA COO COO C CH2 O CH2 COO COO C CH2 COO HO CH2 COO COO C CH COO H HO CH COO CH2 COO HO CH COO HC COO CH2 COO CH2 COO CH2 COO CH2 C O COO CH2 COO CH2 C O SCoA malato desidrogenase fumarase succinato desidrogenase succinilCoA sintetase citrato sintase aconitase isocitrato desidrogenase αcetoglutarato desidrogenase NAD NAD CoA NADH H NADH H FADH2 FAD HSCoA NDP Pi NTP NADH H NAD CO2 H3C C O SCoA CO2 CITRATO ISOCITRATO OXALOACETATO MALATO FUMARATO SUCCINATO SUCCINILCoA αCETO GLUTARATO Figura 8 Ciclo do ácido cítrico mostrando a entrada de succinil CoA seta Fonte Marzzoco e Torres 2015 p 127 A síntese de ácidos graxos ocorre no citossol para onde deve ser transportado o acetilCoA forma do na mitocôndria a partir de piruvato como a membrana interna da mitocôndria é impermeável a acetilCoA os seus carbonos são transportados na forma de citrato Nessa condição o citrato não poderá ser oxidado pelo ciclo de Krebs pois a isocitrato desidrogenase vai estar inibida portanto será transportado para o citossol onde é clivado em oxaloacetato e acetilCoA Para saber mais sobre o assunto acesse httpbioquimicadanutricaoblogspotcombr201107 lipogenesesintesedeacidosgraxoshtml Fonte Reis 2011 online1 165 UNIDADE 5 Degradação de Proteínas As proteínas apesar de terem fundamentalmente função estrutural também podem ser degrada das para fins energéticos Devemos considerar também que como qualquer outro elemento orgânico as proteínas não são permanentes as sim podese dizer que elas estão em constante processo de síntese e degradação Estimase que em um adulto saudável com uma dieta adequada ocorra uma renovação de aproxi madamente 400 g de proteínas por dia O conjunto de aminoácidos originados das proteínas que estão sendo degradadas não é igual àquele necessário a compor as proteínas que estão sendo sintetizadas Cadeia carbônica Grupo amino Uréia Compostos nitrogenados nãoproteicos AMINOÁCIDOS Proteínas da dieta Proteínas endógenas Figura 9 Esquema ilustrando a degradação de proteínas endógenas e fornecidas na alimentação fornecendo ami noácidos para serem degradados Fonte Marzzoco e Torres 2015 p 214 166 Transformação eArmazenamento deEnergia Degradaçãode Lipídios e Proteínas Quanto aos aminoácidos exce dentes eles não podem ser ar mazenados no organismo desse modo serão oxidados e o nitro gênio excretado Degradação de Aminoácidos Os aminoácidos não serão de gradados por uma única via pois possuem cadeias laterais com estruturas variadas Há en tretanto um padrão seguido na oxidação de todos eles Vamos relembrar a estrutura química de um aminoácido que foi abor dada no módulo I observando a figura a seguir H2N COOH C H R Figura 10 Fórmula geral de um aminoácido Fonte a autora Remoção do grupo amina Inicialmente há remoção do grupo amino e a seguir a oxida ção da cadeia carbônica em ele mentos comuns à degradação de carboidratos e lipídios O gru pamento amino nos mamíferos será convertido em ureia pelo fígado e excretado pelos rins Os grupos amino da maioria dos aminoácidos é retirado por uma reação comum que consiste na transferência deste grupo para o αceto glutarato formando glutamato assim a cadeia carbônica do aminoáci do é convertida em αcetoácido correspondente STRYER et al 2014 Aminoácido αcetoglutarato αcetoácido glutamato Figura 11 Esquema mostrando a remoção do grupo amina para a degradação de aminoácidos Fonte Marzzoco e Torres 2015 p 215 Aminoácido αCetoácido Piridoxalfosfato Piridoxaminafosfato Glutamato αCetoglutarato NH3 R C H COO O R C COO NH3 CH2 C H COO OOC CH2 O CH2 C COO OOC CH2 NH3 C H CH2 HO H3C N H O P O CH2 HO H3C N H CH2 O P O glutamato é um reservatório temporário de grupo amino pro veniente de muitos aminoácidos que encaminha este grupamento para as vias que podem excretálos Destino do grupamento amino O glutamato formado poderá seguir dois caminhos que são desa minação eou transaminação conforme demonstra a Figura 12 Na transaminação o grupamento amino é transferido para oxaloacetato formando aspartato e αcetoglutarato Dessa forma o aspartato é o segundo depositário do grupo amino sendo retirado dos diversos aminoácidos que estão sendo degradados conforme demonstra a Figura 13 167 UNIDADE 5 Já na desaminação o glutamato libera o seu grupo amino na forma de amônia NH3 que em pH fisiológico se converte em íon amônio NH4 Essa reação utiliza NAD ou NADP como coenzima A enzima que processa a desaminação é específica para glutamato portanto para disponibilizar o grupo amino de todos os outros aminoácidos é necessário que ele esteja no glutamato Dessa forma no processo de degradação dos aminoácidos depois que o grupamento amino é trans ferido para αcetoglutarato pode ocorrer desaminação ou transaminação Tanto o aspartato como o íon amônio são precursores de ureia que será excretada pelos rins αCetoácido αCetoglutarato Aminoácido αCetoglutarato Oxaloacetato Glutamato Aspartato NH4 T T GD NAD P H2O NADPH H Figura 12 Esquema mostrando as duas vias possíveis desa minação e transaminação para a degradação do grupo amino Fonte Marzzoco e Torres 2015 p 217 Aspartatoaminotransferase Oxalacetato Aspartato Glutamato αCetoglutarato COO COO COO CH2 CH2 COO H3N CH NADP H2O CH2 CH2 Glutamato αCetoglutarato C O NADPH H NH4 Figura 13 Esquema da via de transaminação do glutamato Fonte Sande 2009 online2 Figura 14 Esquema da via de desaminação do glutamato Fonte Marzzoco e Torres 2015 p 216 168 Transformação eArmazenamento deEnergia Degradaçãode Lipídios e Proteínas Eliminação do grupamento amino O grupamento amino retirados dos aminoácidos será eliminado do organismo e para isto deverá ser transformado em ureia A ureia será sinteti zada no fígado a partir de NH4 aspartato e CO2 Os dois átomos de nitrogênio são proveniente de NH4 e aspartato enquanto o átomo de carbono provém de CO2 Após a formação no fígado a ureia é encaminhada aos rins para ser excretada A síntese de ureia iniciase na matriz mito condrial com a formação de carmaboilfosfato a partir de bicarbonato e amônio consumindo duas moléculas de ATPs As reações que seguem são chamadas de ciclo da ureia e ocorrem parcial mente na matriz mitocondrial e citossol O carmaboilfosfato ainda na matriz mito condrial condensase com a ornitina originan do citrulina que é transportada para o citossol No citossol a citrulina reage com o aspartato formando argininosuccinato e nessa reação uma molécula de ATP é hidrolisada a AMP o que equivale ao gasto de duas moléculas de ATPs Argininosuccinato se decompõe em ar ginina e fumarato A arginina é hidrolisada produzindo ureia e regenerando a ornitina O fumarato é degrada do no ciclo do ácido cítrico Essa degradação de fumarato leva à produção de uma molécula de NADH que vai ser encaminhada à cadeia trans portadora de elétrons e fosforilação oxidativa Essa cadeia de fosforilação oxidativa produz três ATPs que diminuem o gasto energético da produção de ureia este gasto é de quatro ATPs 2 ATP H2N C O CARBAMOILFOSFATO MITOCÔNDRIA ORNITINA ORNITINA CITRULINA CITRULINA ASPARTATO ARGININOSSUCCINATO FUMARATO ARGININA URÉIA O P NH4 HCO3 ATP AMP PPi 2 ADP Pi 2H 1 2 5 4 3 Pi NH3 HC NH3 CH23 COO HN HC NH3 CH23 COO C O NH3 H2O N H HN C CH2 CH23 COO H COO HC NH3 COO C NH2 HC CH COO COO C NH2 NH2 HN CH23 HC NH3 COO NH2 H2N C O H3N C CH3 COO H COO Figura 15 Esquema do ciclo da ureia Fonte Marzzoco e Torres 2015 p 218 169 UNIDADE 5 Aminoácidos Glutamato Aspartato Fumarato Malato Oxaloacetato NADH 3 ATP NH4 HCO3 CICLO DA URÉIA 4 ATP 3 2 1 Figura 16 Esquema da integração do ciclo da ureia com o ciclo do ácido cítrico krebs Fonte Marzzoco e Torres 2015 p 219 Destino dos αcetoácidos cadeia carbônica O αcetoácido formado sempre será intermediário da via de de gradação de glicose eou da degradação de ácidos graxos ou seja piruvato acetil CoA ou intermediários do ciclo do ácido cítrico oxaloacetato αcetoglutarato succinil CoA e fumarato Assim o rendimento em números de ATPs que cada aminoácido irá formar dependerá de qual precursor seu esqueleto carbônico é convertido O destino final dos αcetoácidos dependerá do estado fisiológico do organismo podendo seguir a via de degradação fornecendo energia serem transformados em glicose para manutenção da glicemia no processo de gliconeogênese que veremos a seguir ou convertidos a triacilglicerídeos que serão armazenados no tecido adiposo Os aminoácidos cujo αcetoácidos produzem piruvato ou inter mediários do ciclo do ácido cítrico são chamados de glicogênicos pois são precursores de glicose Já os aminoácidos cujo os αcetoá cidos são convertidos em acetil CoA e acetoacetil CoA podem ser convertidos em ácidos graxos e corpos cetônicos sendo chamados de aminoácidos cetogênicos Existe aminoácido que parte de suas cadeias carbônica que são glicogênica e parte cetogênicas sendo então denominados de aminoácidos glicocetogênicos 170 Transformação eArmazenamento deEnergia Degradaçãode Lipídios e Proteínas 1 Piruvato 2 Oxaloacetato 3 Fumarato 4 SuccinilCoA 5 αCetoglutarato 6 AcetilCoA Piruvato AcetilCoA Oxaloacetato Fumarato SuccinilCoA αCetoglutarato 1 Ala Cys Gly Ser Thr Trp 2 Asn Asp 5 Arg His Gin Glu Pro 4 Ile Met Thr Val 6 Ile Leu Lys Phe Thr Trp Tyr 3 Asp Phe Tyr 1 Piruvato 2 Oxaloacetato 3 Fumarato 4 SuccinilCoA 5 αCetoglutarato 6 AcetilCoA Piruvato AcetilCoA Oxaloacetato Fumarato SuccinilCoA αCetoglutarato 1 Ala Cys Gly Ser Thr Trp 2 Asn Asp 5 Arg His Gin Glu Pro 4 Ile Met Thr Val 6 Ile Leu Lys Phe Thr Trp Tyr 3 Asp Phe Tyr Como as possibilidades de degradação são distintas para cada aminoácido levando a uma quanti dade variável de moléculas de ATPs não calcularemos o número de ATPs formados por degradação dos αcetoácidos dos aminoácidos Figura 17 Esquema mostrando os destinos dos esqueletos carbônicos αcetoácidos para degradação Fonte Marzzoco e Torres 2015 p 221 As proteínas são elementos estruturais que formam hormônio enzimas anticorpos e sua degradação para fins energético não é uma atividade metabólica desejável 171 UNIDADE 5 Metabolismo do Glicogênio Já abordamos na Unidade 1 a estrutura molecu lar e funcional do glicogênio e sabemos que ele é um polímero de glicose que servirá como reserva desta molécula durante os períodos de jejum Em mamíferos e consequentemente na es pécie humana teremos armazenamento de gli cogênio no fígado e no músculo esquelético que correspondem em média a 100 g no fígado e 300 g no músculo estriado esquelético Esse glicogênio é sintetizado quando a oferta de glicose na corrente sanguínea é alta o que ocorre normalmente após uma refeição A degradação desses dois tipos de glicogênio atenderá necessida des diferentes O glicogênio hepático irá fornecer glicose para manter a glicemia durante os períodos entre as refeições e em principal no jejum noturno Degradação do Glicogênio O glicogênio muscular será degradado para prover energia para a própria célula muscular É impor tante durante a contração intensa quando o gasto energético ultrapassa o fornecimento de oxigênio sendo a glicose liberada pela quebra do glicogênio degradada anaerobicamente produzindo lactato 172 Transformação eArmazenamento deEnergia Degradaçãode Lipídios e Proteínas A degradação do glicogênio que se chama glicogenólise consiste na remoção sucessiva de resíduos de glicose a partir das extremidades não redutoras por ação do glicogênio fosforilase e libera um resíduo de glicose na forma de glicose 1fosfato Esta retirada do glicogênio é convertida em glicose 6fosfato pela enzima fosfoglicomuta se Glicose 6fosfato é encaminhada para a via de degradação glicólise estudada no Unidade 4 No fígado a glicose6fosfato é desfosfori lada pela enzima glicose 6fosfatase liberando glicose Como já estudado na Unidade 2 glicose poderá sair da célula uma vez que o transporte de glicose ocorre por gradiente de concentração Dessa forma o glicogênio hepático libera glicose na corrente sanguínea sendo responsável pela manutenção da glicemia O tecido muscular estriado esquelético é des provido de glicose 6fosfatase isso significa que ele não transforma a glicose 6fosfatase em gli cose Glicose 6fosfatase não é transportada por meio da membrana plasmática Dessa forma o glicogênio muscular não será usado para manter a glicemia Síntese do Glicogênio A síntese do glicogênio denominada de glico gênese consiste na repetida adição de unidades de glicose às extremidades não redutoras de um fragmento de glicogênio já existente Para ser in corporada deve estar na forma ativada e ligada a um nucleotídeo de uracila formando a uridina difosfato de glicose UDPG SÍNTESE Glicose Glicogênio n1 resíduos de glicose n resíduos de glicose PPi UTP UDPGlicose Glicose 1fosfato Glicose 6fosfato glicogênio sintase glicose 1fosfato uridil transferase Glicogênio ADP ATP glicoquinase fosfoglicomutase UDP DEGRADAÇÃO Glicose Glicogênio n resíduos de glicose n resíduos de glicose Pi Glicose 1fosfato Glicose 6fosfato glicogênio fosforilase Glicogênio H2O Pi glicose 6fosfatase fosfoglicomutase Figura 18 Esquema mostrando a degradação do glicogênio para liberação de glicose Fonte Marzzoco e Torres 2015 p 164 Figura 19 Esquema da síntese de glicogênio Fonte Marzzoco e Torres 2015 p 164 173 UNIDADE 5 No organismo humano a maioria das células é capaz de suprir sua necessidade energética degra dando os diferentes compostos orgânicos glicose ácidos graxos e aminoácidos Entretanto alguns tipos celulares utilizam exclusivamente glicose como fonte de energia células nervosas hemácias retina Dessa forma o fornecimento de glicose para esses tecidos devem se manter constante O cérebro por exemplo gasta diariamente 120 g de glicose Aprendemos no tópico de metabolismo de gli cogênio que existem mecanismos para armazena mento de glicose que manterá a glicemia durante os períodos afastados das refeiçõesglicogênio hepá tico Esse mecanismo é fundamental para manter constante o fornecimento de glicose para os tecidos Contudo é preciso lembrar que a reserva hepáti ca é limitada e consegue manter o fornecimento de glicose por no máximo oito horas de jejum Após esse período uma outra via chamada gliconeogê nese é acionada Essa via indica síntese de glicose nova ou seja a partir de elementos que não sejam carboidratos A gliconeogênese não é de forma alguma uma via autotrófica em que há síntese de compostos or gânicos a partir de elementos inorgânicos A glicose será sintetizada a partir de compostos que não são carboidratos mas são elementos orgânicos Gliconeogênese 174 Transformação eArmazenamento deEnergia Degradaçãode Lipídios e Proteínas Os precursores de glicose na gliconeogênese são aminoácidos lactato e glicerol A Via de glico neogênese ocorre no fígado e nos rins sendo uma via fundamental para manter o metabolismo dos tecidos dependentes de glicose durante o jejum fisiológico por exemplo durante o sono VOET et al 2014 Os aminoácidos são os pre cursores principais da gliconeo gênese uma vez que as proteínas estão em constante processo de degradação e sempre haverá ami noácidos disponíveis Entretanto temos que lembrar que apenas os aminoácidos glicogênicos podem ser convertidos em glicose Vimos que os diferentes tipos de aminoácidos são transforma dos em alanina em sua via de de gradação Para esses aminoácidos entrarem na via de gliconeogêne se a alanina será convertida em piruvato e seguirá a via oposta a glicólise necessitando de duas moléculas de piruvato para pro duzir uma molécula de glicose O lactato se origina nos teci dos musculares estriados esquelé ticos quando degradam a glicose anaerobicamente portanto terá uma contribuição significativa para a gliconeogênese em si tuações de contração muscular intensa O lactato também será convertido em piruvato e a via será a mesma Serão necessários também dois lactatos para pro duzir uma molécula de glicose O glicerol deriva da degradação de triglicerídeos e tem uma participação pequena na via de gliconeogênese sendo usado somente em períodos prolongados de jejum O glicerol será convertido a glicerol 3fosfato e na sequência será convertido a dihidroxiacetona que seguirá a via oposta da glicólise Serão necessários também duas moléculas de glicerol para produzir uma molécula de glicose Podemos perceber na Figura 20 que a síntese de glicose a partir de lactato e alanina aminoácidos irá gastar seis moléculas de ATPs 2 piruvatos 6 ATPs 6 H2O 2 NADH glicose 6 ADPs 6 Pi 2NAD 2 H 2 Lactatos 6 ATPs 6 H2O glicose 6 ADPs 6 Pi 4 H Figura 20 Via de gliconeogênese mostrando os precursores Fonte Marzzoco e Torres 2015 p 172 Alanina Glicerol Glicose Lactato Piruvato Oxaloacetato Fosfoenolpiruvato 2Fosfoglicerato 3Fosfoglicerato 1 3Bisfosfoglicerato Glicerol 3fosfato Frutose 1 6bisfosfato Frutose 6fosfato Glicose 6fosfato Frutose 1 6bisfosfatase Glicose 6fosfatase Gliceraldeído 3fosfato Diidroxiacetona fosfato H2O Glicerol quinase Glicerol 3fosfato Desidrogenase Pi H2O Pi ATP GTP ATP ATP 175 UNIDADE 5 Enquanto a síntese de glicose a partir do glice rol gasta apenas duas moléculas de ATPs Chegamos ao final da unidade e também da disciplina compreendemos as vias de degradação de vários compostos orgânicos para disponibiliza ção de energia para as células Essas degradações têm sua importância metabólica centrada em dois aspectos fisiológicos economizar glicose para o tecido nervoso e fornecer precursores para a sín tese de glicose Analisando as vias de degradação de dife rentes moléculas orgânicas percebemos que estas vias apresentam reações distintas até que seus compostos sejam convertidos a Aceti CoA A partir desse ponto as vias metabólicas de degradação de compostos se tornam únicas evidenciando a grande simplicidade biológica dos seres vivos Vimos que a glicose tem um papel fundamen tal no metabolismo energético de todas as células de nosso organismo e que células como as nervo sas por exemplo degradam apenas moléculas de glicose para fornecimento de energia Dessa forma o fornecimento de glicose para os tecidos nervosos deve ser constante e para isto te mos dois recursos metabólicos a regulação da sín tese e degradação de glicogênio e a gliconeogênese O glicogênio é produzido pelas células hepá ticas e musculares estriadas esquelética quando há um fornecimento satisfatório de glicose para o organismo Essa molécula se constitui em uma reserva de glicose para nosso organismo Entre tanto apenas o glicogênio hepático é capaz de disponibilizar glicose na corrente sanguínea Sendo o glicogênio capaz de manter o forneci mento de glicose por apenas algumas horas tere mos a capacidade metabólica de produzir glicose a partir de outro compostos orgânicos e esta via se chama gliconeogênese e é a responsável por man ter o fornecimento de glicose quando há um jejum prolongado Ao encerrar esta disciplina adquiri mos conhecimentos básico para entender o siste ma que vamos trabalhar o organismo humano Esperamos que todos os conteúdos aborda dos neste livro possam contribuir na construção de um sólido conhecimento Abraços e sucesso 176 Você pode utilizar seu diário de bordo para a resolução 1 Qual o rendimento energético derivado da oxidação do ácido graxopalmitil CoA que tem 16 átomos de carbono e nenhuma insaturação a 8 FADH2 8 NADH 7 acetil CoA num total de 129 ATPs b 7 FADH2 8 NADH 8 acetil CoA num total de 106 ATPs c 7 FADH2 7 NADH 8 acetil CoA num total de 126 ATPs d 7 FADH2 7 NADH 7 acetil CoA num total de 109 ATPs e 7 FADH2 7 NADH 8 acetil CoA num total de 119 ATPs 2 O ciclo da ureia transforma o grupo amino retirado dos aminoácidos e trans forma em ureia Para tanto há um gasto energético Existe uma compensação para esse gasto energético que está relacionado com o Ciclo de ácido cítrico Quais das seguintes afirmações é pertinente às interações entre estes dois ciclos metabólicos a O oxaloacetato é convertido a aspartato b O aspartato se combina à citrulina para produzir argininosuccinato no citossol c O arginiosuccinato é clivado a fumarato e arginina d O fumarato é um intermediário do Ciclo do ácido cítrico e Todas as alternativas estão corretas 3 As reações do ciclo da ureia ocorrem em dois compartimentos celulares distintos Que intermediários do ciclo da ureia precisam ser transportados por meio da membrana mitocondrial interna a Argininosuccinato b Citrulina c Ornitina d Ureia e Aspartato 177 4 Com relação à síntese e degradação de glicogênio observe os itens a seguir I O Glicogênio é armazenado somente nas células hepáticas II O glicogênio é armazenado no fígado e no tecido muscular estriado esqueléti co porém somente o glicogênio muscular é responsável por manter a glicemia III O fornecedor de glicose para formação do glicogênio é glicose 1fosfato IV O glicogênio hepático é o único responsável por manter a glicemia V A célula muscular estriada esquelética não converte a glicose 6fosfato em glicose portanto a glicose não sairá da célula sendo então usado somente pela própria célula estriada esquelética Com base nas afirmativas apresentadas assinale a alternativa correta a Apenas a I está correta b Apenas as III e IV estão corretas c Apenas a II está correta d Apenas as III IV e V estão corretas e Apenas a IV está correta 178 5 Considerando o metabolismo da espécie humana temos como via importante a gliconeogênese que é responsável entre outras vias por manter a glicemia nos períodos de jejum Observe as afirmativas sobre a via de gliconeogênese I É a síntese de glicose a partir de precursores não glicídicos A gliconeogênese fornece uma porção substancial da glicose produzida em seres humanos em jejum mesmo algumas horas após a alimentação Ocorre no fígado e em menor grau no córtex renal II Os precursores não glicídicos que podem ser convertidos em glicose são lactato resultante de degradação anaeróbica de glicose alanina resultante dos grupos amino quando da degradação de aminoácidos e glicerol resul tante da degradação de triglicerídeos III A gliconeogênese é uma via metabólica que não demanda gasto energético IV A gliconeogênese a partir de lactato glicerol e alanina gastam duas moléculas de ATPs V O lactato é o principal precursor da gliconeogênese pois o músculo estriado esquelético produz lactato continuamente Com base nas afirmativas apresentadas assinale a alternativa correta a Apenas I e II estão corretas b Apenas IV e V estão corretas c Apenas III está correta d Apenas IV está correta e Apenas III e IV estão corretas 179 Regulação do metabolismo de glicose e ácido graxo no músculo esquelético durante exercício físico O ciclo glicoseácido graxo explica a preferência do tecido muscular pelos ácidos graxos durante atividade moderada de longa duração Em contraste durante o exercício de alta intensidade há aumento na disponibilidade e na taxa de oxi dação de glicose A produção de Espécies Reativas de Oxigênio EROs durante a atividade muscular sugere que o balanço redox intracelular é importante na regulação do metabolismo de lipídioscarboidratos Para acessar use seu leitor de QR Code WEB 180 BAYNES J W DOMINICZAK M H Bioquímica Médica Rio de Janeiro Elsevier 2015 MARZZOCO A TORRES B B Bioquímica básica 4 ed São Paulo Guanabara Koogan 2015 NELSON D L COX M M VEIGA A B G da CONSIGLIO A R LEHNINGER A L DALMAZ C Leh ninger princípios de bioquímica Porto Alegre Artmed 2013 STRYER L TYMOCZKO J L BERG J M Bioquímica Rio de Janeiro Guanabara Koogan 2014 VOET D VOET J G PRATT C W FETT NETO A G Fundamentos de bioquímica Porto Alegre Artmed 2014 REFERÊNCIAS ONLINE 1 Em httpbioquimicadanutricaoblogspotcombr201107lipogenesesintesedeacidosgraxoshtml Acesso em 10 jul 2019 2 Em httpokulilonguisablogspotcombr200908metabolismogeraldosaminoacidos1html Acesso em 10 jul 2019 181 1 C 2 D 3 B 4 D 5 A Diário de Bordo 182 Diário de Bordo 183 184 Transformação eArmazenamento deEnergia Degradaçãode Lipídios e Proteínas CONCLUSÃO Chegamos ao final da nossa disciplina tendo uma visão geral da estrutura e das atividades metabólicas de nossas células que é a unidade morfológica e funcional dos seres vivos Verificamos que em termos de constituição bio química existe uma grande simplicidade nos seres vivos Somos formados de moléculas orgânicas e inorgânicas Nossas moléculas orgânicas são classi ficadas de acordo com sua constituição em proteínas carboidratos lipídios ácidos nucleicos e vitaminas Nossas células seguem um padrão básico de estrutura e são chamadas de células eucariontes Esse tipo celular está presente em todos os seres vivos excetos em bactérias que são formadas por células procariontes Células eu cariontes apresentam organelas compartimentalizadas sendo cada uma res ponsável por algumas atividades metabólicas As células do nosso organismo são heterotróficas ou seja obtêm sua ener gia degradando os compostos orgânicos que armazenam energia em suas li gações químicas Para tanto estas moléculas serão degradadas a CO2 e H2O e a energia será liberada e transferida para a molécula de ATP Adenosina trifosfato Cada composto orgânico possue uma via de degradação específica que o transformará em acetil CoA Depois que a molécula é convertida em acetil CoA a via será a mesma para todos os compostos Essa via é o ciclo do ácido cítrico a cadeia transportadora de elétrons e a fosforilação oxidativa Como a glicose tem um papel central na obtenção de energia para nosso organismo temos no metabolismo alguns recursos para disponibilizar glico se como o armazenamento de glicogênio e a gliconeogênese que foram abor dados ao longos das unidades deste livro Como podemos perceber com a exposição dos conteúdos abordados nes ta disciplina a célula é um magnífico sistema de manutenção da vida Espera mos que estes conhecimentos tenham auxiliado nos seus estudos Sucesso