SUMÁRIO

Microscpopia ______________________________________________________________02

Técnicas histológicas ________________________________________________________05

Técnicas citoquímicas ou histoquímicas _________________________________________09

Estrutura, função e evolução das células _________________________________________10

Constituição celular _________________________________________________________11

Citoesqueleto ______________________________________________________________19

Membranas celulares ________________________________________________________26

Ciclo celular ______________________________________________________________35

Organelas Citoplasmáticas E Síntese De Macromoléculas___________________________43

INTRODUÇÃO À CITOLOGIA.

A citologia é o ramo da biologia que estuda as células em seus aspectos morfológicos, bioquímico e funcional.

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A célula, unidade básica morfofisiológica de todo ser vivo, com exceção dos vírus, tem seu histórico acompanhado pelo progresso e evolução dos equipamentos de microscopia. A célula será estudada como uma estrutura que nasce, cresce, respira, elimina resíduo, fabrica substâncias e responde a estímulos, além de desempenhar outras atividades para a garantia da vida. As células, geralmente são estruturas de dimensões muito reduzidas e por isto a citologia surgiu e desenvolveu-se a partir da invenção de aparelhos especiais que possibilitam a observação destas unidades, vivas ou mortas. Esses aparelhos são os microscópios e é por isto que as células e seus componentes têm dimensões microscopias. Paralelamente foram criados padrões de medida para descrição destas estruturas. A unidade de medida utilizada na microscopia óptica é o micrômetro (µm) e na microscopia eletrônica é o nanômetro (nm). O micrômetro é a milésima parte do milímetro e o nanômetro é a milésima parte do micrometro. 1 µm = 0,001 mm 1 nm = 0,001 µm

MICROSCOPIA Já na antiguidade havia tentativas de reforçar a visão com auxílio de dispositivos óticos. Nas escavações de Nínive, foram encontrados pedaços de vidro usados como lentes. Aristóteles refere-se claramente a uma lente, e Seneca descreveu o uso de globos de vidro para aumentar imagens. A partir do século XIV as lentes começaram a serem usadas para corrigir defeitos de visão e como dispositivos de aumento. Os cem anos entre 1650 e 1750 podem ser considerados como época do desenvolvimento mecânico do microscópio. Em 1665 surgiu o célebre microscópio de Hooke. Este é talvez o protótipo do microscópio moderno, não só pela sua construção, mas por sua íntima ligação com a Micrografia, sem dúvida a mais famosa publicação de microscopia de sua época. Robert Hooke pela primeira vez viu, nomeou, descreveu e representou o contorno das células. Coube a Abbe a contestação de que "aumentos cada vez maiores só dependeriam da perfeição de fabricação de lentes". Seus estudos mostraram que havia uma limitação básica para a resolução de um sistema ótico, relacionada ao diâmetro da lente e ao comprimento de onda da luz. Os trabalhos de Abbe resultaram na concepção das lentes apocromáticas em 1887. Estas lentes oferecem padrões de qualidade até então inexistentes, principalmente depois que Abbe, seguindo a sugestão de J.W.Stephenson, projetou a primeira lente de grande aumento, a lente de imersão a óleo ou homogênea. Aumento e resolução em microscopia

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Aumento e resolução são freqüentemente usados no estudo biológico de células. Como vimos, a eficiência de um microscópio não depende apenas de sua capacidade de ampliação mas também de seu poder de resolução. Aumento é a ampliação de uma imagem. Para que a imagem, ao sofrer aumento, não seja distorcida o microscópio deverá conter lentes com poder de aumento e com poder de resolução. Resolução é a capacidade de um aparelho fornecer maior riqueza de detalhes. O que determina a riqueza de detalhes da imagem fornecida por um sistema óptico é seu limite de resolução e não seu poder de aumentar de tamanho os objetos. Os aumentos de resolução são obtidos pelo comprimento de onda do feixe luminoso usado pelo microscópio. Quanto menor o comprimento de onda dos feixes luminosos usados por um microscópio maior o aumento de resolução deste aparelho. As lentes oculares oferecem apenas aumento enquanto as objetivas oferecem aumento e resolução. de resolução são obtidos pelo baixo comprimento de onda O Poder de resolução é a capacidade de separar detalhes da imagem de um sistema óptico. É a sua capacidade de captar a menor distância entre duas partículas ou duas linhas permitindo que elas sejam vistas como dois objetos separados. O poder de resolução máximo também chamado de limite de resolução do microscópio óptico (MO) é de aproximadamente 0,2 µm e do microscópio eletrônico é de 0,1nm.

MICROSCÓPIO DE LUZ (ML) OU ÓPTICO (MO)

Microscópios de luz ou ópticos foram os primeiros a serem desenvolvidos, e ainda são comumente usados. A unidade de medida do microscópio óptico é o micrômetro (µm). A melhor resolução de microscópios de luz (ML) é 0.2 µm. A ampliação em ML está geralmente limitada pelas propriedades das lentes do microscópio e pelas propriedades físicas das fontes luminosas. Em microscopia óptica as ampliações máximas em uso biológico estão entre 1000X e 1600X.

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Componentes básicos: Lentes objetivas: (pequena, média, grande e de imersão); lentes oculares: são as lentes em que olhamos; lente condensadora: responsável pelo direcionamento dos feixes de luz; Mesa ou platina: local onde se coloca a lâmina; macrométrico: sobe e desce a platina. Responsável pelo ajuste grosseiro do foco; Micrométrico: responsável pelo ajuste refinado do foco; Charriot: controle de movimento da platina. É responsável pela locomoção da lâmina para frente, para traz e para esquerda e direita.

MICROSCÓPIO ELETRÔNICO (ME)

É um equipamento muito maior e com maior poder de aumento e resolução se comparado com o MO. Este equipamento usa feixe de elétrons como fonte de iluminação para produzir suas imagens, em vez de usar a luz. Um feixe de alta energia de elétrons (entre cinco mil e um bilhão de elétrons-volt) é enfocado por lentes eletromagnéticas (em vez de lentes de vidro como nos MO). Esse equipamento Permite a observação apenas de células fixadas e secas, pois, os elétrons matam as células ao passarem por elas. As estruturas observadas aparecem de acordo com a sua densidade, mais claras ou mais escuras, sendo assim, quanto mais densas aos elétrons (elétron-densas) mais escuras elas aparecem. Existem basicamente dois tipos de microscópios eletrônicos: Microscópio eletrônico de transmissão (MET) É um tipo de microscópio eletrônico no qual os elétrons atravessam o espécime e oferecem imagens detalhadas, não tridimensionais, de estruturas como a membrana plasmática e de estruturas de organelas no interior das células. Como estes aumentos de resolução são obtidos pelo baixo comprimento de onda do feixe de elétrons, os aumentos de resolução atingem um limite teórico de 0.1 nm no microscópio de transmissão de elétrons (MET). As ampliações alcançadas pelo MET podem alcançar até 400.000X dependendo da natureza da amostra e da condição do equipamento. Microscópio eletrônico de transmissão (MET)

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Fig. 1.8 Fotografia do microscópio eletrônico de transmissão 906E. (Cortesia de Carl Zeiss.) Microscópio eletrônico de varredora (MEV)

É um tipo de microscópio eletrônico que usa um método diferente de captura de elétrons e exibe imagens em monitores de vídeo de alta resolução. Diferentemente do que ocorre no MET, no MEV os elétrons não atravessam o espécime oferecendo imagem tridimensional da superfície das estruturas celulares. A resolução e ampliação do MEV são menores que as do MET embora ainda sejam de magnitude superior ao ML.

TÉCNICAS HISTOLÓGICAS

São técnicas nas quais estão envolvidos todos os processos utilizados para a confecção de lâminas histológicas. Estes processos incluem deste o preparo de uma simples lâmina a fresco, Sem fixação, para observação imediata até o preparo de uma lâmina permanente cujo material deve ser fixado para observação posterior. Considerando-se que tecidos e órgãos são normalmente espessos demais para permitir a passagem de um feixe de luz, eles devem ser seccionados para se obtenha cortes delgados. No entanto, células vivas, camadas muito delgadas de tecidos ou membranas transparentes de animais vivos, podem ser observadas diretamente sem necessidade de seccioná-las. Na maioria dos casos, porém, tecidos e órgãos devem ser fatiados em cortes histológicos muito delgados, que são colocados em lâminas de vidro para serem examinados ao microscópio. O procedimento inteiro, desde a fixação até a observação de um tecido em um microscópio de luz, pode demorar de 12 h a 2 dias e meio, dependendo do tamanho do tecido, do fixador e do meio de inclusão utilizado.

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FIXAÇÃO A fixação é o tratamento dado às células e tecidos para evitar sua decomposição, e preservar, ao máximo as suas estruturas. Antes de preparar uma lâmina o tecido deve ser fixado para que seja preservada a estrutura e a composição molecular das células e para evitar a sua autodestruição (autólise) pelas enzimas presentes no seu interior ou destruição por bactéria que poderão invadir o tecido. Objetivos de um bom fixador 1- Evitar autólise: evitar a digestão das estruturas da célula por enzimas presentes no interior da própria célula; 2- Proteger contra a ação de microorganismos: para que eles não destruam as estruturas a serem observadas; 3- Endurecer as células: para facilitar o corte posteriormente; 4- Facilitar a coloração: aumentando a afinidade entre as estruturas celulares e os corantes, aumenta-se a eficácia dos corantes. 5- Imobilizar substancias celulares: como carboidratos, lipídios, proteínas etc.: para que essas substâncias não sejam dissolvidas e possam ser observadas. 6- Possuir ação anti-séptica: proteger o pesquisador da contaminação por tecidos infectados. Classificação dos fixadores Físicos: baixas temperaturas, altas temperaturas e dessecação. Químicos: simples – ácido acético, ác. Pícrico, formol, álcool etc. Fixadores mais usados Em M.O. : Bouin, formaldeído 4%, Formol, álcool etc. Em M.E. : Tetróxido de ósmio e glutaraldeído (ácido glutárico).

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COLORAÇÃO Para a observação no microscópio de luz, a maioria dos cortes histológicos deve ser corada. Isto porque os tecidos são geralmente incolores, de modo que observa-los ao microscópio de luz seria muito pouco proveitoso sem a coloração. Os métodos de coloração não só tornam evidentes os vários componentes dos tecidos, como também facilitam a distinção entre eles. Os corantes geralmente comportam – se como ácido ou como base, e por isso, uma estrutura da célula que se cora com corante básico é chamada basófila e a estrutura que se cora com corante ácido é acidófila. Classificação dos corantes quanto ao tecido Coloração vital: tipo de coloração utilizada em animais ainda vivos para estudar o comportamento de algumas células como os macrófagos por exemplo. Não são tóxicos por tanto não envenenam o animal estudado. Coloração post mortem são utilizados em animais mortos e são geralmente tóxicos. Classificação quanto à afinidade Os corantes se comportam como ácidos ou básicos. Os corantes ácidos coram estruturas básicas da célula e corantes básicos coram estruturas ácidas das células. Quando uma estrutura se cora por um corante acido é dita acidófila e a estrutura corada por um corante básico é dita basófila, portanto, a estrutura ácida de uma célula é basófila e a estrutura básica é acidófila. Exemplos de corantes básicos: hematoxilina, azul de toluidina, azul de metileno etc. Exemplos de corantes ácidos: eosina, verde luz, fuccina, etc. Emprego de alguns corantes Os corantes são geralmente usados em pares sendo um ácido e o outro básico. Como nas células algumas estruturas são ácidas e outras básicas os corantes ácidos coram as estruturas básicas e os corantes básicos coram as estruturas acidas das células. Ex: Hematoxilina/Eosina (H/E), Pollak/Eosina etc. •Hematoxilina: é um corante básico de cor arroxeada •Eosina: é um corante ácido de cor rosa avermelhada •Pollak: é um corante básico especifico para corar mitocôndrias •Aoyama: é um corante básico especifico para corar complexo de Golgi. Utiliza a impregnação de sais de prata. •May grunwald/GIEMSA: é a técnica de coloração mais usada para identificação de células sanguíneas. •Feulgen: é uma reação que gera com bonina quando positiva fica incolor quando negativa. É utilizada para corar DNA. •Verde luz ou light green: é um corante ácido muito bom para corar tecido conjuntivo. É também usado como contracorante na reação de Feulgen. •Verhoeff: é um corante especifico para corar fibras elásticas •Tricrômico de Gomori: é formada pela mistura de três corantes, cromótopo 2R, verde luz e hematoxilina •Del Rio Hortega: é uma técnica que utiliza a impregnação de sais de prata, ideal para identificação de fibras reticulares, de complexo de Golgi e alguns tipos celulares do sistema nervoso.

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•Azul de Tripam: é um corante vital ideal para identificação de células fagocitárias •Azul de Toluidina: é um corante básico ideal para a identificação de células de defesa como mastócitos e macrófagos, e também para células sanguíneas. CORTES HISTOLÓGICOS Após ser coletado e fixado o material é incluído em parafina ou metacrilato para em seguida ser fatiado em um aparelho chamado micrótomo. Micrótomo: aparelho que produz cortes finos para a microscopia.

Manivela Suporte do bloco Bloco de parafina Fragmento de tecido Navalha

Fig. 1.1 Micrótomo para cortar tecidos incluídos em parafina ou em resina. Acionando-se a manivela (à direita da figura), o bloco contendo o fragmento de tecido sobe e desce. Após cada volta da manivela, o bloco avança uma distância definida (geralmente 1 a 10 µm) e, ao passar pela navalha, deixa uma fatia do tecido. (Cortesia da Microm.) Tipos de cortes histológicos

⇒Corte em parafina (espessura 5 a 8µm) É uma técnica na qual o tecido é fixado desidratado, incluído em parafina, cortado e por ultimo corado. Esta técnica preserva o tecido e por isso ele pode ser guardado e analisado em qualquer tempo. É através desta técnica que as lâminas do laboratório de citologia foram confeccionadas. ⇒Corte de congelação (5 a 10 µm de espessura) É uma técnica na qual o tecido não é fixado e nem incluído em parafina ou qualquer resina, e sim congelado para em seguida ser cortado. O corte é feito em um micrótomo adequado chamado Criostato. É indicado para exames emergenciais no qual se necessita de uma avaliação histológica rápida. São feitos cortes de 5 a 10 µm de espessura e tudo que estiver presente em tecido vivo permanece representado neste corte.

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Artefatos: são defeitos na lâmina, causados durante a sua confecção, que podem atrapalhar a observação do objeto de estudo. Ex: uma dobra no tecido, um borrão de corante, um fragmento qualquer não desejado que apareça no corte durante sua confecção etc...

TÉCNICAS CITOQUÍMICAS OU HISTOQUÍMICAS

São técnicas utilizadas para a identificação e localização de diversas substâncias que constituem a célula e também que são produzidas por elas. Podem ser aplicadas em nível de microscopia óptica e eletrônica. Na microscopia óptica, o produto da reação citoquímica deve ser corado e, na microscopia eletrônica devem dispersar os elétrons, isso é possuir elétron-densidade. As substâncias identificadas e localizadas por essa técnica são proteínas, carboidratos, lipídios, glicoproteínas e ácidos nucléicos (DNA e RNA). PAS (periodic acid schiff) O PAS é uma técnica citoquímica indicada para identificar glicogênio e glicoproteínas. Para a distinção entre as duas substâncias é necessária a contra prova na qual se usa uma enzima (amilase salivar) que quebra glicogênio e não quebra glicoproteína. A reação PAS-negativo é incolor e significa que no tecido analisado não possui glicogênio e nem glicoproteína. A reação é PAS-positiva quando gera uma cor bonina e isso indica a presença tanto de glicogênio quanto de glicoproteína, necessitando assim da contra prova com amilase salivar. Procedimento para o PAS: Colocar o fragmento de tecido na solução PAS. Se após um determinado tempo o tecido ficar com a cor bonina a reação é positiva. Em seguida retire um novo fragmento do mesmo tecido e coloque amilase salivar sobre ele e deixe um tempo para que ocorra a reação enzimática. Após esse temo coloque novamente o fragmento de tecido que esteve em contado com a amilase salivar na solução PAS. Se der negativo é indicativo de presença de glicogênio, se der positivo (cor bonina) é indicativo de presença de glicoproteína. Histoquímica de polissacarídeos (glicogênio)

1º) PAS → reação positiva 2º) Amilase salivar e depois PAS → reação negativa

Histoquímica de glicoproteínas

1º) PAS → reação positiva 2º) Amilase salivar e depois PAS → reação positiva

Alcian Blue Além do PAS que indica glicogênio e glicoproteínas existem técnicas mais apropriadas que identificam apenas glicoproteínas. O alcian blue é uma técnica citoquímica indicada para identificar apenas glicoproteínas. A reação alcian blue-positiva produz cor azul e indica a presença de diferentes tipos de glicoproteínas de acordo com o Ph da solução preparada. Feulgen: É uma técnica histoquímica para identificação de DNA. O ácido desoxirribonucléico (DNA) é demonstrado citoquimicamente pela reação de Feulgen.

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Histoquímica de RNA O estudo citoquímico do ácido ribonucléico (RNA) é baseado em sua basofilia e nas propriedades da enzima ribonuclease que ataca e quebra o RNA. Nesta técnica são feitas duas lâminas que serão coradas por um corante básico, como azul-de-toluidina e apenas uma delas será colocada em contato com a enzima ribonuclease antes da coloração. Procedimento para citoquímica do RNA: A 1ª lâmina deverá ser colocada, sem a ribonuclease, em contato como corante azul de toluidina (o núcleo cora de azul iniciando a presença de DNA e RNA). A 2ª lâmina é colocada em contato coma enzima ribonuclease, e só depois é corada com azul de toluidina. O RNA será digerido por esta enzima. Ao comparar as duas lâminas ao microscópio, torna-se possível detectar o RNA, pois este só aparecerá corado na lâmina que não foi digerida pela ribonúclease. Na segunda lâmina estará a imagem negativa do RNA indicando assim a sua presença e localização

ESTRUTURA DE VÍRUS CÉLULAS PROCARIÓTICAS E EUCARIÓTICAS

Por não possuírem estrutura e organização míniva de uma célula não são considerados como células. Não possuem organelas e não possuem metabolismo próprio o eu resulta na incapacidade de sintetizar suas macromoléculas e de se multiplicar fora de uma célula viva. Estas deficiências os tornam dependentes das células, fazendo com que os Vírus sejam parasitas intracelulares obrigatórios e específicos. Possuem apenas um ácido nucléico, DNA ou RNA. Os vírus que possuem RNA são chamados de retrovirus, pois, produzem DNA através do RNA, usando a enzima chamada transcriptase reversa. São ultramicroscópicos, ou seja, visíveis apenas ao microscópio eletrônico (M.E.). Os vírus apresentam características intermediárias entre matéria bruta, capacidade de cristalização, e matéria viva, capacidade de reprodução. CÉLULAS PROCARIONTES São as bactérias, seres unicelulares cuja célula é simples e pobre em membranas, pois não possuem carioteca ou membrana nuclear separando o cromossomo do citoplasma e não possuem organelas membranosas como reticulo endoplasmático liso e rugoso, complexo de Golgi, lisossomos mitocôndrias Etc. A única organela que possuem são os ribossomos e estes não são envolvidos por membranas. Não possuem citoesqueleto, mas são sustentadas por uma parede celular rígida de polissacarídeo chamado pepiditoglicano. A parede celular envolve externamente a membrana citoplasmática com a função de sustentar e proteger a bactéria. As bactérias se dividem por um processo simples chamado divisão binária e não se dividem por mitose como as células eucariontes. O DNA bacteriano e o local onde se encontra é chamado de nucleóide. Possuem a forma em geral de bastonete ou esféricas. Ex: Escherichia coli - bactéria de estrutura simples, rápida multiplicação e por isso muito usada para experimentos em laboratório. CÉLULAS EUCARIONTES

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São células maiores, mais complexas e ricas em membranas, pois, possuem membrana nuclear (carioteca) separando os cromossomos do citoplasma, possuem todas as organelas membranosas e não membranosas. Essa diversidade de organelas permite a ocorrência de diversos processos metabólicos no interior das células eucarióticas. Essas características tornam as células eucarióticas altamente eficientes na produção de macromoléculas como lipídios, proteínas carboidratos e ácidos nucléicos (DNA e RNA). São representadas pelas células da maioria dos animais inclusive as dos seres humanos.

CONSTITUIÇÃO CELULAR (bases macromoleculares)

Os seres vivos, como toda matéria, são constituídos de átomos, que formam moléculas de natureza e propriedades amplamente diversificadas. Os átomos se ligam entre si formando as moléculas que se agrupam e formam as células que se organizam e constituem os tecidos. Estes se organizam e formam os órgãos que juntos formam os sistemas e os sistemas formam o organismo. Os principais elementos químicos das células Os elementos químicos são importantes para a formação das moléculas que constituem as células do organismo. Os principais elementos que formam a maioria das moléculas integrantes das células são: carbono (C) nitrogênio (N), hidrogênio(H), oxigênio (O), fósforo (P) e enxofre (S). Além destes outros elementos como cálcio (Ca), potássio (K), sódio (Na), ferro (Fe), iodo (I) e magnésio (Mg) são importantes na constituição e funcionamento das células. As moléculas das células As moléculas ficam sujeitas a um complexo sistema de integração, organizando-se de maneira espetacular na constituição da estrutura de uma célula capaz de crescer, respirar, sintetizar substâncias, reproduzir e manter uma organização própria. Em uma célula há presença de moléculas de baixo peso molecular e moléculas de alto peso molecular. A molécula de alto peso molecular é chamada de macromolécula e sua presença é característica de matéria viva. As macromoléculas são polímeros constituídos por repetições de umidades menores chamadas monômeros. Os polímeros formados por monômeros semelhantes são chamados de homopolímeros e os que são formados por monômeros diferentes são chamados heteropolímeros. O glicogênio é um homopolímero, pois, é formado por apenas moléculas de glicose. As macromoléculas existem nas células com grande diversidade não só quanto ao seu tamanho, mas, principalmente, quanto à variedade de seus monômeros constituintes. As macromoléculas de maior importância são as proteínas, os polissacarídeos, os lipídios e os ácidos nucléicos (DNA e RNA). As Moléculas menores como a água, sais minerais e vitaminas têm relevante papel na constituição e funcionamento das células. As proteínas são polímeros constituídos de diferentes monômeros chamados aminoácidos, enquanto os ácidos nucléicos são polímeros formados por monômeros chamados nucleotídeos. Freqüentemente as macromoléculas se associam para formar complexos ainda maiores como as lipoproteínas, glicoproteínas, proteoglicanas (proteínas conjugadas com polissacarídeos) e nucleoproteínas (ácidos nucléicos associados a proteínas).

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COMPONENTES INORGÂNICOS DA CÉLULA A ÁGUA A água é a molécula mais abundante em todas as células, sem exceção. As moléculas de proteínas, lipídios, e polissacarídeos variam de uma célula para a outra, mas todas as células contêm a mesma molécula de água. Alem de preencher espaços, a água e seus íons influem poderosamente na configuração e propriedades biológicas das macromoléculas. A molécula de água é morfológica e eletricamente assimétrica, onde dois átomos de hidrogênio estão ligados em um átomo de oxigênio (H2O). Essa molécula é relativamente positiva no lado dos dois hidrogênios, e negativa no lado do oxigênio, formando assim um dipolo. Por sua natureza dipolar, a água é um dos melhores solventes conhecidos. Ela dissolve muitos compostos cristalinos e outros compostos iônicos porque sua tendência de se combinar com íons negativos ou positivos é freqüentemente maior que a tendência de íons se combinarem entre si. Por exemplo, os cristais de NaCl dissociam com facilidade em água porque, apesar da atração eletrostática entre o Cl- e o Na+ cada um desses íons é atraído ainda mais fortemente pelo dipolo da água. Assim o cristal se rompe formando os íons hidratados de Cl – e Na +, altamente estáveis. Fatores que influenciam a taxa de água nos organismos: O metabolismo: quanto maior o metabolismo maior é a quantidade de água no organismo, pois, as reações metabólicas ocorrem em meio aquoso. A idade do indivíduo: quanto maior a idade menor é a taxa de água do indivíduo. É por isso que quanto mais velhos mais enrugados nos tornamos. Ex.: o feto possui 94% e o recém nascido possui 69% de água. A espécie: a taxa de água varia de acordo com a espécie animal. Ex: as medusas (água viva) possuem 98% de água e os esporos ou sementes possuem 10 a 20% de água. O grau de afinidade das macromoléculas pela água O grau de afinidade pela água tem relevante papel nas propriedades biológicas das macromoléculas. Os polímeros que constituem as macromoléculas contêm em sua estrutura grupamentos químicos que apresentam afinidade pela água e grupamentos químicos que não apresentam afinidade pela água. Os grupamentos que apresentam afinidade pela água são chamados de grupamentos polares. Os principais grupamentos polares são carboxila, hidroxilas, aldeído, sulfato e fosfato. Moléculas com alto teor de grupamentos polares são bastante solúveis na água e são chamadas de hidrofílicas (hidro = água e filos = amigo). A maioria das proteínas, hidratos de carbono e ácidos nucléicos são hidrofílicos. Os grupamentos que não apresentam afinidade pela água, repelindo-a, são chamados de apolares. As moléculas que possuem predominância de grupamentos apolares não têm afinidade pela água são chamadas de hidrofóbicas (hidro = água e fobia = aversão). Os hidrofóbicos são os lipídios (gorduras, a parafina e os óleos. Essas moléculas são repelidas pela água. Existem também moléculas geralmente alongadas que apresentam uma região hidrofílica e outra hidrofóbica, e por isso são

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chamadas anfipáticas. Essas moléculas associam-se simultaneamente à água e aos compostos hidrofílicos por uma de suas extremidades e aos compostos hidrofóbicos pela outra extremidade. As moléculas anfipáticas exercem importantes funções biológicas, e estão presentes em todas as membranas celulares. Ligações moleculares entre os monômeros de um polímero Estudos demonstraram que existem dois tipos gerais de ligações entre as moléculas: as ligações fortes e as ligações fracas. As ligações moleculares fortes também chamadas covalentes são uniões fortes e estáveis que consomem alta quantidade de energia para sua realização. A quebra desta ligação é realizada em meio ácido forte e em alta temperatura. As ligações moleculares fracas, de natureza variável, são uniões fracas e pouco estáveis que consomem baixa quantidade de energia para a sua realização. Podem ser desfeitas por procedimentos suaves como aquecimento moderado e alteração da concentração iônica do meio. As principais ligações fracas são: pontes de hidrogênio, ligações eletrostáticas e interações hidrofóbicas. -As pontes de hidrogênio São ligações moleculares fracas que ocorrem devido ao uso em comum de um átomo de H por dois radicais diferentes. Nas proteínas estão presentes entre o nitrogênio e a carbonila de ligações peptídicas diferentes. As pontes de hidrogênio são também importantes na ligação entre as duas cadeias do DNA. Ligação essa que ocorre entre duas bases nitrogenadas. -As ligações eletrostáticas são ligações moleculares fracas que se formam quando um grupo ácido se liga a um grupo básico. É através dessas ligações que os corantes se ligam às estruturas celulares durante a coloração das lâminas. -As interações hidrofóbicas na verdade não são ligações moleculares e sim interações que ocorrem entre moléculas apolares que se comprimem umas contra as outras devido à repulsão que sofrem da água que as envolve. O exemplo mais importante desta interação ocorre nas membranas celulares, onde as duas camadas de lipídios associam-se principalmente a esse tipo de interação. A importância biológica das ligações A importância biológica dessas interações hidrofóbicas e das ligações fracas, ambas de baixa energia, reside no fato de que elas permitem à célula alterar, montar e desmontar estruturas supramoleculares como os microtúbulos e microfilamentos, aumentando assim enormemente a sua versatilidade e eficiência funcional, sem grande gasto energético. Se as interações das macromoléculas fossem realizadas apenas com ligações fortes, a estrutura celular seria estável, e as modificações dessa estrutura implicariam um gasto energético tão alto que a atividade celular seria impossível.

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Obs: na natureza, a maioria das moléculas é formada por ligações moleculares fracas. Isso permite um menor consumo de energia durante a síntese ou quebra de moléculas durante o metabolismo celular. SAIS MINERAIS Os sais são compostos formados por elementos químicos tais como o potássio, sódio, ferro, cálcio, iodo etc. Estão presentes nas células onde desempenham várias funções importantes como: Participação na manutenção do PH nos meios intra e extra, celulares. Manutenção da concentração dos meios intra e extra, celulares. Participam da constituição de várias moléculas biológicas essenciais às células. Importância dos sais minerais

ÌONS IMPORTÂNCIA CÁLCIO (Ca ++)

Coagulação sanguínea, contração muscular e ativação enzimática

POTÁSSIO (K +)

Está em maior concentração no meio intracelular (dentro da célula) e participa na condução de impulso nervoso.

SÓDIO (Na +) Está em maior concentração no meio extracelular (fora da célula) e também participa da condução de impulso nervoso.

FERRO (Fé ++)

Participa da molécula de hemoglobina presente nas hemácias.

Iodo (I -)

Participa do metabolismo de glândulas como a tireóide.

FOSFATO (PO 4 --)

Participa da estrutura da molécula de DNA e RNA e da molécula de ATP

MAGNÉSIO (Mg++) Ativação da enzima ATPase Na/K durante a bomba de íons. Participam da molécula de clorofila dos seres autótrofos.

COMPONENTES ORGÂNICOS DA CÉLULA Os componentes orgânicos são compostos que possuem em sua estrutura molecular uma cadeia principal formada por átomos de carbono (C). São representados pelos carboidratos, proteínas, lipídios e ácidos nucléicos PROTEÍNAS As proteínas são macromoléculas orgânicas formadas por um polímero de aminoácidos unidos por ligações peptídicas. As cadeias de aminoácidos chamam-se cadeias polipeptídicas e, ao atingirem certa dimensão, recebem o nome de proteína. Os polipeptídios com peso molecular a partir de 6.000 Daltons são considerados proteínas. Esse peso corresponde aproximadamente a

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um polipeptídio de 70 aminoácidos. Embora, existam mais de 150 aminoácidos só 20 são encontrados nas proteínas. Esses 20 aminoácidos encontrados nas proteínas Possuem, em comum a presença de um grupo amina (NH 2), ligado a um grupo ácido ou carboxila (COOH). Daí o nome aminoácidos. Entre dois aminoácidos há uma ligação chamada ligação peptídica. Os vinte aminoácidos possibilitam a construção de enorme variedade de moléculas protéicas, com funções diversificadas. Classificação das proteínas quanto à composição As proteínas podem ser classificadas em duas categorias conforme a estrutura: as simples e as conjugadas. As proteínas simples possuem na sua estrutura molecular apenas grupo protéico, aminoácidos. As proteínas conjugadas possuem em sua estrutura um grupo protéico formado por aminoácidos e um grupo prostético formados por outras moléculas que não são aminoácidos. Entre as proteínas conjugadas podem ser mencionados os seguintes exemplos: as nucleoproteínas, proteínas conjugadas cujo grupo prostético é constituído por ácido nucléico, as glicoproteínas, proteínas conjugadas cujo grupo prostético é um polissacarídeo. As lipoproteínas, proteínas conjugadas cujo grupo prostético é um lipídio. As fosfoproteínas, proteínas conjugadas cujo grupo prostético contêm fósforo, as flavoproteínas, proteínas conjugadas cujo grupo prostético contem riboflavina, etc. Proteínas diferentes, tendo formas diferentes terão atividades biológicas diferentes. As proteínas se diferem de acordo com o número de aminoácidos, os tipos de aminoácidos presentes em sua cadeia e pela seqüência desses aminoácidos. As derivadas são proteínas originadas de outras através de ação de calor ou de sucos gástricos que hidrolisam proteínas. Ex: as pepsinas derivadas da proteína chamada pepsinogênio e as tripsinas derivadas da proteína chamada tripsinogênio Classificação das proteínas quanto à estrutura O número e a seqüência dos aminoácidos em uma cadeia polipeptídica e as ligações entre as seqüências determinam a estrutura das proteínas. Proteínas primárias: a estrutura é formada por um polímero linear de aminoácidos. Proteínas secundárias: a estrutura é formada por um polímero de aminoácidos enrolados em forma de espiral ou hélice. Essa conformação se deve à formação de pontes de hidrogênio entre aminoácidos de uma mesma cadeia, a qual adquire a forma de saca rolha ou hélice. Proteínas terciárias: recebe essa classificação quando a estrutura secundária dobra-se sobre si mesma, formando estruturas globosas ou alongadas. Proteínas quaternárias: é formada pela ligação entre as estruturas terciárias. Através de organização protéica quaternária, formam-se diversas estruturas como os microtúbulos, microfilamentos, fibrilas de colágeno, capsômeros de vírus e complexos enzimáticos. Classificação quanto à relação comprimento-largura

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Proteínas globulares: uma proteína é globular quando a relação comprimento-largura é menor que 10:1. A grande maioria das proteínas das células é globular. Ex.: hemoglobina, mioglobina, as enzimas e as proteínas de membrana. Proteínas fibrosas: uma proteína é fibrosa quando a relação comprimento-largura é maior que 10:1. Ex.: a queratina e o colágeno. Função das proteínas Função plástica: colágeno, elastina Atividade enzimática: toda enzima é uma proteína, participam das reações metabólicas. Transporte: transporte de oxigênio através da hemoglobina. Defesa: as imunoglobulinas funcionam como anticorpos na defesa do organismo. Equilíbrio osmótico: as albuminas, proteínas do sangue que controlam a taxa de água no sangue. Contração: actina e miosina participam da contração muscular. Movimentos celulares: a actina e miosina e as tubulinas são proteínas do citoesqueleto responsáveis por movimentos de organelas e vesículas de secreção dentro das células e movimentos da própria célula como os de migração. Ação antigênica: as proteínas integrais de membrana das células de individuo diferentes são diferentes. Isso explica a rejeição em transplante entre indivíduos diferentes. Atuam como hormônios: muitos hormônios são de origem protéica como a insulina por exemplo. Coagulação sanguínea: durante a coagulação ocorre na presença de cálcio uma cascata de eventos envolvendo proteínas como tromboplastina, protrombina, trombina, fibrinogênio, fibrina etc. Revestimento e proteção: a queratina é uma proteína que reveste e protege a pele. Sustentação: as fibras colágenas são formadas de protocolágeno e sustentam o tecido conjuntivo. OS CARBOIDRATOS São compostos orgânicos de alto teor energético, que atua como fonte direta e imediata de energia para os seres vivos. São açucares ou glícides e podem ser classificados de acordo com o número de unidades básicas presentes na sua constituição. Os monossacarídeos São açúcares mais simples constituídos por apenas uma unidade estrutural. Não formam polímeros. Ex.: ribose desoxirribose, glicose, frutose e galactose. Os dissacarídeos São açucares resultantes da união entre dois monossacarídeos através de uma ligação glicosídica onde há liberação de água. Os principais dissacarídeos são: a maltose, dissacarídeo formado pela união de duas glicoses. A lactose, dissacarídeo formado pela união uma glicose e uma galactose. A sacarose, dissacarídeo, formado pela união de uma glicose e uma frutose.

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Os polissacarídeos São açucares cuja estrutura é formada por um polímero de monossacarídeos, sendo às vezes moléculas bastante ramificadas. De acordo com sua fonte natural podem ser classificados em de origem animal ou vegetal. De origem animal temos o glicogênio com a função de reserva energética e a quitina como função estrutural para as células animais. O glicogênio é um polímero de glicoses, formado por uma mistura contendo, polímeros lineares e polímeros ramificados. O fígado e o músculo são células com alta síntese de glicogênio. A quitina está presente no exoesqueleto de artrópodes e também na parede celular dos fungos. De origem vegetal temos o amido com a função de reserva energética e a celulose com função estrutural para as células vegetais. O amido é um polímero de glicoses, formado de uma mistura de polímeros lineares e polímeros ramificados. Podem ser encontrados em raízes tuberosas como a mandioca, caules tubérculos como a batatinha e em sementes como arroz e trigo, por exemplo. A celulose é um polissacarídeo encontrado na parede celular das células vegetais. O quadro abaixo mostra onde são encontrados os principais carboidratos

CARBOIDRATOS LOCAIS ENCONTRADOS MONOSSACARIDEOS

Ribose Ácido nucléico (RNA) Desoxirribose Ácido nucléico (DNA) Glicose Mel, uva e plasma sanguíneo Frutose Frutos e vegetais DISSACARÍDEOS

Sacarose Cana-de-açúcar e beterraba Lactose Leite Maltose Não existe na forma natural forma-se por hidrólise do

amido POLISSACARÍDEOS

Amido Raízes tuberosas (mandioca) e caules tubérculos (batatinha) e sementes

Celulose Parede das células vegetais Glicogênio Fígado e músculo Quitina Exoesqueleto de artrópodes e parede celular de

fungos

LIPÍDIOS

Os lipídios são tipos de compostos orgânicos de estrutura altamente diversificada, cuja única característica comum é alta solubilidade em compostos orgânicos e, baixa solubilidade em água. Ou seja, são insolúveis em água e solúveis em compostos orgânicos como o álcool, éter, clorofórmio, xilol etc. A maioria dos lipídios são ésteres de ácidos graxos e álcool.

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Classificação dos lipídios quanto à estrutura Simples: possuem em sua estrutura molecular ácido graxo e álcool. São representados pelos glicérides (óleos e gorduras) e pelos cérides (ceras). Compostos: possuem em sua estrutura molecular alem de ácido graxo e álcool uma estrutura adicional. Ex: fosfolipídios, glicolipídios, sulfolipídios etc. Esteróides ou esteróis Constituem uma classe de lipídios completamente diferente dos demais. São moléculas que tem o colesterol como centro de sua estrutura. Além de serem abundantes nos seres vivos, onde participam da estrutura das membranas celulares, atuam como hormônios regulando o funcionamento do organismo. Os hormônios sexuais como a testosterona, progesterona e estradiol são bons exemplos destes lipídios. Principal papel biológico dos lipídios

CLASSE EXEMPLOS PAPEL BIOLÓGICO Simples

Glicérides: óleos e gorduras

Reserva energética para animais e vegetais. Atuam como isolantes térmicos e protege contra choques.

Cérides: ceras Impermeabilização de superfícies sujeitas à desidratação

Compostos Fosfolipídios Componente estrutural das membranas celulares.

Esteróides

Colesterol Componente estrutural das membranas celulares. São precursores de outros esteróides.

Testosterona Progesterona Estradiol

Hormônios relacionados com atividade sexual e caracteres sexuais secundários e gravidez. Possuem o colesterol em sua estrutura.

ÁCIDOS NUCLÉICOS São macromoléculas constituídas pela polimerização de unidades chamadas, nucleotídeos. Cada nucleotídeo contém uma molécula de ácido fosfórico, uma pentose e uma base nitrogenada que pode ser púrica ou pirimídica. As bases nitrogenadas púricas são: adenina e guanina designadas pelas letras A e G. As bases pirimídicas são: timina, citosina e uracila designadas pelas letras T, C e U respectivamente. Os ácidos nucléicos são moléculas que contêm informações que controlam os processos básicos como metabolismo celular, síntese de macromoléculas, diferenciação celular e transmissão do patrimônio genético de uma célula para as suas descendentes. Os cromossomos humanos consistem de uma dupla hélice de DNA contínua e única; isto é cada cromossomo é uma molécula de DNA de duplo filamento.

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O RNA é responsável pela transferência da informação genética do DNA para as proteínas. Ao contrário do DNA a moléculas de RNA é um filamento único. Algumas exceções existem. Em alguns tipos vírus existem DNA em filamento único, enquanto outros têm RNA em cadeia dupla complementar. Dos pontos de vista funcional e estrutural, distinguem-se três variedades de RNA: RNA mensageiro ou RNAm, RNA transportador ou RNAt e RNA ribossômico ou RNAr. Todos os três ácidos nucléicos (RNAs) são sintetizados no núcleo e se dirigem para o citoplasma através dos poros do envelope nuclear. As proteínas, utilizadas para esta síntese são sintetizadas no citoplasma e se dirigem para o núcleo através dos poros nucleares. Os ribossomos são organelas celulares sintetizadas no nucléolo e se dirigem para o citoplasma onde irão participar da síntese de proteínas. Os polirribossomos são moléculas formadas por vários ribossomos presos a uma fita de RNA cuja função é a síntese de proteínas. Estrutura do DNA

O DNA é uma molécula polimérica composta de três tipos de unidades:Pentose: desoxirribose, Grupo fosfato Bases nitrogenadas: Adenina (A), Citosina (C), Guanina (G) e Timina (T). Fig. 3.10 Desenho esquemático mostrando o grau crescente de complexidade da estrutura do cromossomo. A parte mais alta representa a hélice dupla de DNA, com 2 nm de espessura; em seguida, a associação do DNA com histonas forma nucleossomos em filamentos de 11 nm e de 30 nm. Esses filamentos se condensam em filamentos mais espessos, com cerca de 300 nm e 700 nm. Finalmente, o desenho mais inferior mostra um cromossomo metafásico, onde o DNA exibe sua condensação máxima. A metáfase é a melhor fase para se estudar esta molécula tão complexa que é o cromossomo.

CITOESQUELETO O citoesqueleto é formado por uma rede complexa de microtúbulos (MT), microfilamentos (MF) de actina e de miosina e filamentos intermediários, todos formados por proteínas. Estas proteínas estruturais influem na forma da célula, e junto com as proteínas motoras possibilitam os movimentos de organelas e vesículas citoplasmáticas. É responsável também pela contração celular e pela movimentação da célula inteira como no movimento amebóide. MICROTÚBULOS

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São estruturas tubulares encontradas no citoplasma e nos prolongamentos celulares como cílios e flagelos. São constituídos por polímeros de subunidades de proteínas chamadas tubulinas. Possuem 24 nm de diâmetro e 400 a 500 nm de comprimento. Ao ME se organizam em espiral, e em corte transversal pode-se observar que a parede é constituída por treze subunidades de tubulinas. Os microtúbulos são polarizados possuindo assim uma extremidade mais (+) e outra extremidade menos (-). Na extremidade (+) do microtúbulo ocorre polimerização ou seja entrada de tubulinas, e na extremidade (–) ocorre despolimerização, a saída de tubulinas. O processo de encurtamento e alongamento do microtúbulo é devido à polimerização e despolimerização dos microtúbulos. No citossol contem um pool de dímeros de tubulina que estão disponíveis para polarização e retornam ao citoplasma com a despolarização. Os microtúbulos podem ser encontrados dispersos no citoplasma, participando dos fusos mitóticos e sustentando os cílios em células ciliadas. Os microtúbulos dispersos no citoplasma e do fuso mitótico são pouco estáveis, já os dos cílios são muito estáveis. Centros organizadores de microtúbulos: dirigem a polimerização dos microtúbulos. Observar os microtúbulos (MT) e os microfilamentos (MF) na eletron-micrografia no início da página seguinte.

Fig. 2.31 Elétron-micrografia de fibroblasto. Observar os micro-filamentos (MF) e os microtúbulos (MT). Aumento: 60.000 x. (Cortesia de E. Katchburian.)

Drogas que afetam a estrutura dos microtúbulos A colchicina se liga à tubulina e juntas se incorporam ao microtúbulo impedindo a adição de tubulina na extremidade (+). A colchicina é uma antimitótico, pois interrompe a mitose. Essa droga é muito utilizada para se fazer uma análise cromossômica. O primeiro passo é Preparar um meio de cultura ideal para o desenvolvimento e reprodução de determinadas células. Neste meio as células entram em divisão mitótica e quando chegarem à metáfase aplica-se a colchicina para que a divisão pare nesta fase. A metáfase é a melhor fase para a observação dos cromossomos possam. Nesta fase os cromossomos estão mais dispersos e individualizados, tornando assim mais visíveis. Na presença da colchicina os microtúbulos mitóticos se desmontam porque não entra tubulinas na extremidade (+) e a despolarização continua na extremidade menos (-). O taxol é um antimitótico que acelera a formação de microtúbulos e os estabiliza interrompendo a despolarização. É uma droga usada no tratamento de tumores malignos.

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Obs: A polimerização depende da concentração de íons Cálcio (Ca) no citossol e das proteínas associadas aos microtúbulos. Função dos microtúbulos -Desempenham papel significativo no desenvolvimento e na manutenção da forma da célula. - Participam da formação do citoesqueleto. -São responsáveis pelos movimentos intracelulares de organelas e de vesículas que serão secretadas. As vesículas de secreção são conduzidas pelos microtúbulos até a superfície das células onde são liberadas. Ex: os mediadores químicos sintetizados no corpo do neurônio são conduzidos pelos microtúbulos até a extremidade do axônio onde são liberados na fenda sináptica. -Os microtúbulos representam ainda a base morfológica de organelas citoplasmáticas não membranosas como os centríolos e os corpúsculos basais. Sustentam adaptações de membranas de algumas células como cílios e flagelo. Nas células que não estão em divisão, os centríolos localizam-se próximos ao núcleo e ao Golgi. Cílios: são prolongamentos celular, constituídos por um arranjo de microtúbulos envolvidos pela membrana celular. A sua estrutura apresenta nove pares de microtúbulos periféricos circundando um par central. Nas células ciliadas são numerosos e pequenos medindo cerca de 2 a 10 µm de comprimento. Nos mamíferos, muitas células epiteliais são ciliadas como o epitélio das vias respiratórias e da tuba uterina. Na base de cada cílio e flagelo existe um corpúsculo basal responsável pela sustentação e movimentação dos cílios. Flagelos: são prolongamentos celulares contendo um arranjo de microtúbulos envolvidos pela membrana celular. Os flagelos são estruturas adaptadas para locomoção de algumas células e cada célula flagelada tem apenas um flagelo. Possuem cerca de 100 µm a 200 µm de comprimento e 0,3 µm a 0,5 µm de diâmetro. Nos mamíferos as células flageladas são encontradas apenas nos espermatozóides. Na base de cada flagelo existe um corpúsculo basal. O movimento ondulante propaga-se pelo deslizamento dos microtúbulos do axonema. Os corpúsculos basais: locais onde se inserem os cílios e os flagelos. Possuem a estrutura dos centríolos. Centríolos e corpúsculos basais possuem aspectos funcionais diferentes de um mesmo tipo celular. Estrutura de microtúbulos, centríolos, cílios e flagelos Indicar as estruturas apontadas pelas setas

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Fig. 2.34 Representação esquemática de microtúbulos, cílios e centríolo. A: Microtúbulos vistos no microscópio eletrônico. O corte transversal dos túbulos revela um anel de 13 subunidades, enquanto, em corte longitudinal, os túbulos aparecem compostos de 13 protofilamentos de tubulina. Os microtúbulos podem modificar seu tamanho pela perda ou ganho de unidades de tubulina. B: O corte transversal de um cílio revela uma parte central formada de microtúbulos, o axonema. O axonema consiste em dois microtúbulos centrais circundados por nove duplas de microtúbulos. Nas duplas o microtúbulo A é completo e consiste em 13 subunidades, enquanto o microtúbulo B tem dois ou três protofilamentos comuns com o microtúbulo A. Quando ativados, os braços de dineína ligam-se ao microtúbulo adjacente e promovem o deslizamento dos túbulos, desde que exista ATP para fornecer energia. C: Os centríolos consistem em nove trincas de microtúbulos ligadas umas às outras. Em cada trinca, o microtúbulo A é completo e consiste em 13 subunidades, enquanto os microtúbulos B e C têm subunidades de tubulina em comum.

MICROFILAMENTOS DE ACTINA São filamentos formados pelo polímero de subunidades da proteína actina medindo cerca de 5 a 7 nm de diâmetro. Os filamentos de actina são polarizados possuindo uma extremidade positiva e outra negativa. Esses filamentos recebem as proteínas polarizando-se pela extremidade positiva e perdem actina despolarizando-se pela extremidade negativa. Estes filamentos possuem atividade contrátil e estão presentes no citoplasma de todas as células principalmente das musculares. Os filamentos de actina deslizam sobre o filamento de miosina durante movimentos de contração. Função dos filamentos de actina Na maioria das células os filamentos de actina constituem uma rede no citoplasma formando o esqueleto de sustentação. No citoplasma estão associados a organelas, vesículas e grânulos citoplasmáticos. Os filamentos de actina associados a filamentos de miosina são responsáveis pelos movimentos celulares como locomoção, citocinese na divisão celular etc. Na divisão

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celular os filamentos de actina são responsáveis pela divisão do citoplasma (citocinese) e os microtúbulos pelo movimento dos cromossomos (fibras dos fusos). No músculo estriado associa-se com a proteína miosina. e promovem a contração.No córtex celular participam de diversas atividades como endocitose, exocitose e migração das células. Filamentos de actina interagindo com a miosina, produzem correntes citoplasmáticas que transportam diversas moléculas e estruturas dentro do citoplasma. Nas células musculares os filamentos de actina são estáveis e em outras células os filamentos de actina são instáveis. Em uma célula apenas a metade das moléculas de actina está sob a forma de microfilamentos a outra metade esta disponível no citoplasma

Fig. 2.36 Filamento de actina do citossol. Os dímeros de actina são adicionados na extremidade mais (+) do filamento, enquanto na extremidade menos (-) predomina a remoção dos dímeros. Assim, o filamento pode crescer ou diminuir de tamanho, de acordo com as necessidades da célula. Drogas que afetam a estrutura dos microfilamentos de actinaAs citocalasinas e faloidinas são drogas extraídas de fungos que agem estabilizando estes filamentos. Citocalasinas: agem nos filamentos de actina impedindo a polimerização de moléculas de actina impedindo a entrada de actina na extremidade mais do filamento. Faloidinas: agem nos microfilamentos de actina, impedindo a saída de actina na extremidade menos do filamento.

FILAMENTOS INTERMEDIÁRIOS São filamentos com diâmetro intermediário entre os microfilamentos de actina e os filamentos de miosina. Medem cerca de 8 a 10 nm de diâmetro. São constituídos de proteínas diferentes conforme o tipo celular em que está presente. São mais estáveis do que os microtúbulos e os filamentos de actina. São primordialmente elementos estruturais. Não participam diretamente da contração celular. Não participam diretamente dos movimentos de organelas. São abundantes nas células que sofrem atrito como as epiteliais. Nestas células são abundantes no citoplasma e nos desmossomos, reforçando a união e aderência entre as células. Estes filamentos são freqüentes nos axônios dos neurônios e em todos os tipos de células musculares, onde exercem a função estrutural e de sustentação.

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Proteínas que constituem os filamentos intermediários

Proteínas Localização Proteína dos neurofilamentos

Corpo celular e prolongamentos dos neurônios.

Citoqueratinas Células epiteliais e seus derivados (unhas, pêlos e chifres) Desmina Células musculares lisas, esqueléticas e do miocárdio Lamininas A, B e C Lâmina Nuclear, estrutura que reforça internamente o envoltório

nuclear Vimetinas Células do mesênquima embrionário

Fig. 2.37 Micrografia eletrônica de células epiteliais da pele, mostrando filamentos intermediários de queratina associados à desmossomos. Os filamentos intermediários são específicos para os diversos tecidos e por isso são utilizados para caracterizar as biópsias de tumores e suas metástases e identificar sua origem. Ex: a detecção por imunocitoquímica indica que o tumor é de origem epitelial. Filamentos intermediários podem ligar-se aos microtúbulos, microfilamentos, mitocôndrias, ribossomos, envoltório nuclear e membrana plasmática. Função dos filamentos intermediários Possuem função estrutural, oferecem sustentação e resistência à tração. São formados por diversas proteínas como vimetina, queratina, proteína ácida fibrilar da glia e proteínas dos neurofilamentos conforme o tipo celular.

Os filamentos intermediários estão ausentes: em células com grande capacidade mitótica como nas culturas e nos embriões jovens. e nos oligodendrócitos, células que produzem mielina no sistema nervoso central. MOVIMENTOS CELULARES Os filamentos de actina e miosina, os microtúbulos e as proteínas motoras são responsáveis pela maioria dos movimentos celulares. Os movimentos cromossômicos na mitose são causados pela polarização e despolarização dos microtúbulos. Movimentos que levam a modificação na forma das células Durante a contração os filamentos de actina deslizam sobre os filamentos de miosina fazendo a contração da célula muscular. As células mioepiteliais, células que envolvem as Glândulas, contraem comprimindo as glândulas durante a secreção. As células em divisão modificam sua forma durante a citocinese. Macrófagos e leucócitos alteram sua forma durante o movimento

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amebóide. As células mióides que envolvem a parede dos túbulos seminíferos e as células endoteliais que envolvem a luz de vasos sanguíneos também alteram suas formas durante suas atividades fisiológicas. As Células musculares estriadas apresentam um sistema de organelas altamente diferenciado no sentido de produzir movimento. São especializadas na transformação de energia química em energia mecânica.

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As fibras musculares estriadas esqueléticas são originadas de várias células musculares precursoras que se fundem, formando sincícios multinucleados que se alongam. Cada fibra muscular contém um feixe de delgadas estruturas cilíndricas (miofibrilas). Cada miofibrila apresenta alternadamente faixas claras ou banda I, e faixas escuras ou banda ª As miofibrilas são formadas por unidades que se repetem (sarcômeros). O sarcômero é a unidade funcional das fibras musculares estriadas. Cada sarcômero é limitado por duas estrias finas e elétron-densa (estria Z). O sarcômero se compoõem basicamente de dois tipos de filamentos: filamentos finos de actina e filamentos grossos de miosina. A contração muscular ocorre graças ao deslizamento dos filamentos de actina sobre os de miosina. A membrana da célula muscular ao receber estímulos transmite-o para o REL que libera íons cálcio para dentro da fibra muscular. Movimentos que não levam a modificação na forma das células Incluem todos os processos de transporte de material não acompanhado por deformação celular. Ex: transporte de grânulos e vesículas no citoplasma e extrusão de grânulos e vesículas de secreção de células secretoras, transporte de material ao longo dos prolongamentos das células nervosas, movimento dos cromossomos durante a divisão celular e movimento do citoplasma durante a citocinese. Os microtúbulos e microfilamentos de actina servem de ponto de apoio para a movimentação intracelular de partículas Ex: transporte de melanina nos melanóforos, transportes de vesículas, contendo mediadores químicos, nos prolongamentos dos neurônios. Esses transportes não alteram a forma das células. As bactérias (células procariontes) deslocam-se devido ao movimento de seus flagelos através de substâncias que atraem ou repelem as bactérias. (Quimiotactismo). Estes movimentos não alteram a forma das células. A maioria dos movimentos celulares é devida ao deslizamento de estruturas macromoleculares, uma sobre as outras. O mecanismo mais difundido nas células eucariontes é o deslizamento do filamento de actina sobre o de miosina. O movimento dos cílios e flagelos e o transporte intracelular de partículas citoplasmáticas são devido ao deslizamento de tubulina que compõem os microtúbulos.

MEMBRANAS CELULARES

As células eucariontes são ricas em membranas, pois, possuem membrana plasmática, membrana nuclear e vários compartimentos envolvidos por membranas (as organelas). Esses compartimentos são as organelas membranosas como as mitocôndrias, os retículos endoplasmáticos, liso e rugoso, o aparelho de Golgi etc. Todas as membranas são constituídas de lipídios, proteínas e hidrato de carbono, e a esse padrão de estrutura dar-se o nome unidade de membrana. A membrana plasmática é a membrana externa da célula que envolve todo o conteúdo citoplasma celular. ESTRUTURA DAS MEMBRANAS CELULARES A estrutura da membrana celular consiste em uma camada bimolecular de fosfolipídios com moléculas protéicas nela inseridas. As regiões hidrofóbicas das moléculas lipídicas são alongadas, enquanto suas partes hidrofílicas apresentam-se globosas. Algumas moléculas

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protéicas atravessam completamente a camada lipídica (proteínas transmembrana), mas outras estão embebidas apenas parcialmente. Na superfície externa da membrana existem moléculas de hidratos de carbono ligadas às proteínas e aos lipídios. Na superfície interna da membrana observam-se proteínas citoplasmáticas ligadas às proteínas da membrana. A porção média das moléculas protéicas contém aminoácidos hidrofóbicos que interagem e ligam-se aos lipídios, ancorando as proteínas na membrana. A membrana plasmática tem a espessura de 7,5 a 10 nm e ao microscópio eletrônico aparece como uma estrutura trilaminar, denominada unidade de membrana, assim chamada porque essa estrutura e a mesma em todas as células. As membranas de todas as células apresentam a mesma estrutura básica, mas a proporção em que os constituintes se encontram, varia de acordo com a função de cada célula. Ex: Membranas mielínicas, que compõem a bainha de mielina dos axônios possuem 80% de lipídios, enquanto as membranas mitocondriais 25% da mesma molécula. Modelo mosaico fluído: é o modelo no qual as membranas são constituídas por uma camada bimolecular de fosfolipídios, onde estão inseridas moléculas protéicas associadas às camadas lipídicas. Sugerido pelos pesquisadores Singer e Nicholson. As figuras seguintes representam o modelo esquemático da estrutura molecular das membrana celulares. A membrana é formada por duas fileiras opostas de um tipo de lipídio chamado de fosfolipídio. Cada fosfolipídio está representado por uma bolinha presa a duas estruturas filamentosas. A bolinha representa a região hidrofílica do fosfolipídio e as estruturas filamentosas representam a região hidrofóbica. Na figura A as moléculas encaracoladas que atravessam a membrana são as proteínas transmembrana de passagem única e de múltiplas passagens. O aglomerado de bolinhas que está na superfície externa da membrana representa as proteínas periféricas, mas essas proteínas são mais freqüentes na superfície interna. As moléculas ramificadas representadas por polímeros de moléculas menores de forma hexagonais são polissacarídeos (carboidratos) e cada hexágono representa uma glicose. Observe que na superfície externa da membrana há um polímero de glicoses ligado a um fosfolipídio formando assim um glicolipídio e quando este polímero de glicoses se liga a uma proteína forma-se o uma glicoproteína. O conjunto destes polissacarídeos na superfície externa da membrana forma o glicocálice. Cada bolinha presente na molécula das proteínas representa um aminoácido. A porção média das moléculas protéicas contém aminoácidos hidrofóbicos que interagem e ligam-se aos lipídios, ancorando as proteínas na membrana. Na figura B as moléculas protéicas estão representadas de maneira diferente e podemos observar algumas atravessando completamente a camada lipídica (proteínas transmembrana), e outras embebidas apenas parcialmente. Identificar todos os componentes da membrana celular. A B

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Meio extracelular

Meio extracelular

Lipídios da membrana Os lipídios que também participam da estrutura das membranas são constituídos por uma extremidade polar hidrofílica (tem afinidade pela água) e uma extremidade apolar hidrofóbica (não tem afinidade pela água, mas sim pelos solventes orgânicos. Além dos fosfolipídios que em meio aquoso se organizam em bicamada, sem gasto de energia, as membranas celulares contêm outros lipídios como glicolipídio e colesterol exceto as células vegetais que não possuem colesterol em suas membranas. Os fosfolipídios podem ser: fosfoglicerídeos e esfingolipídios com radical fosfato. Os glicolipídio possuem cadeias de polissacarídeos que projetam para fora, a partir da superfície celular contribuindo para acentuar a assimetria da membrana e formação do glicocálice. As moléculas da camada de lipídios estão organizadas com duas cadeias apolares (hidrofóbicas), voltadas para o interior da membrana e duas cadeias polares (hidrofílicas) uma voltada para o meio extracelular e outra para o citoplasma, que são meios aquosos. Quanto maior a quantidade de esteróis mais fluída será a membrana. Identifique as estruturas apontadas pela seta.

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Fig. 2.1 Desenho mostrando a bicamada lipídica que constitui as membranas celulares (direita). As faixas escuras, à esquerda, representam as duas camadas escuras observadas no microscópio eletrônico, causadas pela deposição de ósmio nas porções hidrofílicas das moléculas dos fosfolipídios.

Proteínas da membrana São proteínas que participam da estrutura das membranas de um modo geral. O microscópio eletrônico confirmou que as moléculas protéicas se inserem parcial ou totalmente na membrana plasmática. Algumas dessas proteínas funcionam como poros na membrana, por onde transitam certas moléculas e íons. Outras proteínas funcionam como receptores de hormônios de moléculas sinalizadoras e de moléculas estruturais de meio extracelular. As proteínas de membrana são sintetizadas no retículo endoplasmático rugoso, completadas no aparelho de Golgi e transportadas para a superfície celular em vesículas. As proteínas Podem ser intrínsecas ou extrínsecas dependendo de sua associação com os lipídios também presentes nas membranas. A integração das proteínas de membrana depende principalmente da interação dos aminoácidos lipofílicos da superfície da proteína com os lipídios da membrana, mas, a posição dessas proteínas geralmente é determinada pela associação com o citoesqueleto. As proteínas de membrana podem ser divididas em duas categorias: as proteínas integrais de membrana e as periféricas. As proteínas integrais de membrana ou intrínsecas: são aquelas que estão diretamente incorporadas na estrutura da membrana, constituem 70% das proteínas de membrana e são firmemente associadas aos lipídios. Ex: a maioria das enzimas da membrana, proteínas transportadoras, receptores para hormônios e drogas etc. Essas proteínas se integram com a região polar (hidrofóbica) e as regiões polares (hidrofílicas) voltadas para o meio extracelular e para o meio intracelular, ou seja, para o citoplasma. A membrana plasmática é constituída por proteínas integrais que não atravessam a membrana por completo e por proteínas integrais que atravessam totalmente a bicamada de lipídios, chamadas de proteínas transmembrana As proteínas integrais de membrana que atravessam a membrana apenas uma vez são chamadas de proteínas transmembrana de passagem única e as que atravessam a membrana várias vezes são chamadas de proteínas transmembrana de passagem múltipla As proteínas periféricas ou extrínsecas: são aquelas que estão apenas fracamente associadas à periferia da membrana. Essas proteínas se integram apenas com a região polar (hidrofílica) da membrana voltada para o interior da célula, ou seja, para o citoplasma.

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Essas proteínas não integram com a região hidrofóbica da bicamada lipídica. Elas ligam-se à membrana por interação com as proteínas integrais ou interagindo com a região polar (hidrofílica) dos lipídios. Carboidratos na membrana A membrana, além da presença de lipídios e proteínas em sua estrutura, apresenta uma camada rica em hidratos de carbonos (carboidratos) que recebe o nome de glicocálice. Ele recobre a sua superfície externa das membranas. O glicocálice é uma região rica em hidrato de carbono (carboidrato), ligados às proteínas e lipídios, presentes na superfície externa da membrana plasmática. Na sua maior parte, é uma extensão da própria membrana e não uma camada separada. Só é visível ao microscópio eletrônico. Funções do glicocálice: - O glicocálice é responsável por um processo chamado de inibição por contato. Este processo é responsável pelo controle da divisão celular, pois faz com que uma célula pare de se dividir no momento adequado. Uma célula cancerosa apresenta problemas no glicocálice e perde o controle continuando a se reproduzir desordenadamente. - O glicocálice também tem a função de unir as células umas às outras e à matriz extracelular. - Na membrana das hemácias o glicocálice funciona como marcadores responsáveis pelos grupos sangüíneos (ABO): diferentes grupos sanguíneos possuem diferentes glicoses nas glicoproteínas de suas hemácias. Dentre as proteínas secretadas e que passam a fazer parte do glicocálice, uma das mais abundantes é a fibronectina. Outras proteínas que fazem parte do glicocálice: vinculina e laminina. A membrana tem diferentes funções Manutenção do meio intra e extracelular: através de poros na membrana mantém a constância do meio intra que é diferente do meio extracelular. Comunicação entre as células: é através da membrana que uma célula reconhece outras células, Receber estímulos: é através da membrana que uma célula recebe estímulos de determinadas substâncias como hormônios, moléculas sinalizadoras e de macromoléculas estruturais do meio extracelular Responder a estímulos: é através da membrana que uma célula responde a estes estímulos. A resposta pode ser uma contração ou movimentação, inibição ou estímulo de secreção, síntese de anticorpos, proliferação mitótica etc. Sinal químico → receptor de membrana → resposta. Reações metabólicas: a membrana possui um sistema enzimático responsável por reações metabólicas. Função imunogênica: as proteínas da membrana são imunogênicas, isto é, promovem uma resposta imunitária quando penetram no organismo estranho.

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Obs: Embora a organização básica das membranas seja a mesma, elas variam na composição química e nas propriedades biológicas de acordo com a função celular. Ex. a membrana (a bainha de mielina) que envolve o axônio do neurônio transmissor de impulso nervoso é mais rica em lipídio dentre todas as membranas de outras células. As células se reconhecem e se comunicam através de sinais químicos e de receptores de membrana. Receptores específicos permitem que as células se reconheçam. A superfície celular é dotada de especificidade permitindo às células se reconhecerem mutuamente e estabelecerem certos tipos de relacionamento. Um processo que mostra o papel biológico da membrana na comunicação entre as células é chamado inibição por contato. As células cancerosas perdem a propriedade de inibição por contato, enfraquecem as suas junções de adesão e se proliferam desordenadamente. O transplante de um tecido de um animal para outro estimula o animal receptor a produzir células e anticorpos que atacam as proteínas de membranas plasmáticas das células transplantadas (estranhas). O que é próprio do organismo é dito (self) e o que é estranho é dito (non-self). TRANSPORTE ATRAVÉS DA MEMBRANA O transporte de uma substância dependerá de sua afinidade pelo lipídio, do tamanho da molécula, e de suas características química. De modo geral, os compostos hidrofóbicos, solúveis nos lipídios, como ácidos graxos, hormônios, esteróides e anestésicos atravessam a membrana facilmente. Já substâncias hidrofílicas insolúveis nos lipídios atravessam a membrana com mais dificuldade. A troca de substâncias entre a célula e o meio onde elas vivem tem lugar através da membrana. Moléculas pequenas e alguns íons, como Na, K e Ca, podem atravessar a membrana plasmática através de canais constituídos pelas proteínas integrais. Quando essa travessia não consome energia, diz-se que se trata de transporte passivo e quando consome energia, chama-se transporte ativo. Transporte passivo Este transporte corre a favor do gradiente de concentração, ou seja, a substância é transportada de um local de alta concentração para um de baixa concentração, portanto sem gasto de energia. Osmose: (permeabilidade à água): é um tipo de transporte passivo no qual ocorre passagem de solvente (água) do meio menos concentrado para um mais concentrado sem gasto de energia. Difusão Passiva: é tipo de transporte passivo no qual ocorre passagem de soluto (íons) de um meio mais concentrado para um meio menos concentrado, portanto sem gasto de energia. Transporte Ativo Todas as células têm a capacidade de transportar certos íons contra a concentração, usando ATP como fonte de energia. A esse processo dar-se o nome de transporte ativo. Ocorre contra o gradiente de concentração, ou seja, a substância é transportada de um local de baixa concentração para um de alta concentração, portanto, com gasto de energia. As células dos mamíferos apresentam alta concentração de sódio (Na) no meio extracelular e baixa concentração deste íon no meio intracelular, e alta concentração de potássio (K) dentro da célula e baixa concentração deste íon no meio extracelular. Em síntese tem mais sódio fora das células e mais potássio dentro.

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Se considerarmos apenas o transporte passivo, sairia potássio (K) e entraria sódio (Na) até que as concentrações intra e extracelulares se tornassem iguais. Difusão Facilitada: Ocorre a favor do gradiente de concentração, ou seja, a substância é transportada de um local de alta concentração para um de baixa concentração, com na difusão passiva, mas com velocidade maior devido à ajuda de proteínas carreadoras. A substância penetrante se combina com a molécula transportadora que é uma proteína integral de membrana e través dela tem o seu transporte acelerado. Alguns livros consideram que a difusão facilitada ocorre sem gasto de energia, mas se observarmos, essa difusão apesar de ocorrer a favor do gradiente de concentração, necessita de proteína integral de membrana para facilitar o transporte. Será que para carrear as substâncias, as proteínas carreadoras não necessitarão de energia? Bomba de Íons: é um tipo de transporte de substâncias através da membrana, impulsionado por gradientes iônicos. Neste processo ocorre transporte de íons contra o gradiente de concentração e isso acontece com gasto energia. As células podem utilizar de gradiente de íons geralmente sódio (Na) e potássio (K) e hidrogênio (H) para transportar moléculas através de membrana. As células usam a energia armazenada no ATP para expulsar (Na) ativamente para fora da célula, onde a concentração deste íon é maior, utilizando uma enzima ATPase Na/K que é ativada por Mg , mantendo assim baixas concentrações intracelulares de sódio. Células transportadoras de íons: células como as dos túbulos contorcidos, dos rins e do epitélio intestinal, são células com grande capacidade de transporte de íons e outras moléculas e, portanto, com grande capacidade de absorção. Essas células geralmente apresentam microvilosidades na superfície apical, invaginações na superfície basal e interdigitações na superfície lateral, entre as células vizinhas. Foi demonstrado que tanto as invaginações quanto as interdigitações laterais apresentam a enzima ATPase Na/K. Entre as invaginações basais existe uma grande quantidade de mitocôndrias que fornece energia (ATP) para o transporte ativo de íons. A ingestão de alimentos leva glicose para a luz do intestino onde são absorvidas pelo epitélio e levadas para a corrente sanguínea. O transporte de glicose através da membrana das células intestinais ocorre contra o gradiente de glicose existente dentro do citoplasma destas células. Exocitose: Transporte em quantidade para fora da célula. Ex. células do pâncreas exócrino, células das glândulas salivares e células caliciformes. Endocitose: Transporte em quantidade para dentro da célula. Podem ser: Fagocitose: é um tipo de endocitose no qual a célula, graças a formações de pseudópodes, engloba em seu citoplasma a partícula sólida. É um processo de captação ativa de macromoléculas sólidas. Ex. macrófagos, neutrófilos. Pinocitose: é um tipo de endocitose no qual a célula capta ativamente macromoléculas em solução. Ocorre uma invaginação em uma área localizada da membrana plasmática, formando pequenas vesículas que são puxadas pelo citoesqueleto e penetram no citoplasma.

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Transporte ativo: Fagocitose e exocitose

Exocitose

Lisossomo

Fagossomo

autofagossomo

Exocitose

digestão

Fagocitose

Membrana do neurônio

• Como toda membrana é lipoprotéica (formada por bicamada de lipídio e proteínas) • Possui canais de sódio e de potássio por onde esses íons são bombeados • Como nas demais membranas o sódio é mais abundante no meio extracelular enquanto o

potássio é mais abundante no meio intracelular.

• Em repouso a membrana é polarizada – Carregada positivamente no M. extracelular – Carregada negativamente no M. extracelular

Membrana em repouso: Proteínas de membrana bombeiam íons sódio (Na+) para fora da célula e potássio (K+) para o interior da célula, tornado a concentração de sódio (Na+) maior no meio extracelular e a de potássio (K+) maior no meio intracelular. A maior concentração de sódio (Na+) tende a positividade do meio externo enquanto que a concentração maior de potássio (K+) tende a negatividade do meio interno. Esta polarização gera uma diferença de potencial nas membranas celulares importante para o funcionamento das células. Essa diferença de concentração de sódio e potássio tenderia ao equilíbrio deixando esses íons em iguais concentrações fora e dentro da célula. Isso não acontece porque o sódio é bombeado de volta para o exterior e o potássio para o interior da célula através do transporte ativo chamado bomba de íons ou bomba de sódio/potássio.

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Membrana em repouso:proteínas de membrana bombeiam íons Na+ para fora e K+ para

dentro mantendo a membrana polarizada

Meio extracelular+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -Meio intracelular

Na> quantidade

Na< quantidade

K> quantidade

K< quantidade

Potencial de membrana

• É a diferença de carga entre os meios intra e extra, celulares causada por diferentes concentrações de Na e K na membrana do neurônio.

• De neurônio do SNC = - 70 mv . De neurônio do SNP = -90 mv Potencial de ação da membrana do neurônio em repouso = -70 mv

• Meio extracelular positivo e meio intracelular negativo Potencial de ação da membrana do neurônio excitado = -59 mv Ocorre devido ao influxo de sódio (Na +) para dentro do neurônio gerando entrada de carga diminuído a negatividade do meio intracelular Potencial de ação da membrana do neurônio inibido = -75 mv

• Ocorre devido ao efluxo de (K) para fora do neurônio, aumentando a negatividade no meio intracelular. Estrutura de um neurônio

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CICLO CELULAR O ciclo celular compreende os processos que ocorrem desde a formação de uma célula até sua própria divisão em duas células filhas. O ciclo celular é dividido em duas etapas básicas: a intérfase e a divisão celular, a mitose. Durante a divisão celular ou mitose, a cromatina e o núcleo passam por alterações morfológicas e funcionais profundas. A mais notável é a transformação da cromatina interfásica, de forma filamentosa, mas com arranjo espacial aparentemente amorfo, nas unidades compactas e individualizadas: os cromossomos metafásicos. A divisão é observável ao MO no processo denominado mitose, durante a qual uma célula se divide em duas com o mesmo número de cromossomos. Este processo consiste, essencialmente, na duplicação dos cromossomos e na sua distribuição para as células filhas. Quando não está em mitose, a célula está em intérfase. O DNA e os centríolos se duplicam na interfase.Tanto a intérfase como a mitose, apresentam-se subdivididas em períodos ou fases. Os períodos da interfase são: G1, S e G2. As Fases da mitose são: prófase, metáfase, anáfase e telófase. A intérfase é sempre a fase mais demorada do que a mitose, correspondendo a 90% a 95% do tempo total gasto por uma célula durante o seu ciclo.O ciclo celular é regulado pela interação de proteínas. Essas proteínas compõem o Sistema de Controle que conduz e coordena o desenvolvimento do ciclo celular. Essas proteínas surgiram a bilhões de anos e tem sido conservadas e transferidas de célula para célula ao longo da evolução O ciclo celular em organismos multicelulares, é controlado por proteínas altamente específicas, denominadas de fatores de crescimento. Os fatores de crescimento regulam a proliferação celular através de uma rede complexa de cascatas bioquímicas que por sua vez regulam a transcrição gênica e a montagem e desmontagem de um sistema de controle. São conhecidas cerca de 50 proteínas que atuam como fatores de crescimento, liberados por vários tipos celulares. Para cada tipo de fator de crescimento, há um receptor específico, os quais algumas células expressam na sua superfície e outras não.

INTÉRFASE É a fase na qual a célula não apresenta mudanças morfológicas, e está compreendida no espaço entre duas divisões celulares sucessivas. Na intérfase o núcleo da célula apresenta: envelope nuclear, nucleoplasma, nucléolo e cromatina, característicos. Nesse período há intensa atividade celular e síntese de RNA. No início da divisão celular podem-se observar alterações no núcleo que vão caracterizar as fases da mitose. É na intérfase que ocorre a duplicação dos cromossomos e dos centríolos antes de iniciar a divisão propriamente dita. Por muito tempo preocupou-se com o período de divisão, e a interfase era considerada como uma fase de repouso. Mais tarde observou-se, no entanto, que a interfase era uma fase de atividade biossintética intensa, durante a qual a célula duplica seu DNA e dobra de tamanho. O estudo do ciclo celular sofreu uma revolução nos últimos anos. No passado o ciclo era monitorado através de M.O e o foco de atenção era a segregação dos cromossomos que é a parte microscopicamente visível. Técnicas especiais de estudo como a radioautografia permitiram demonstrar que a duplicação do DNA ocorre em determinado período da interfase o que permitiu a divisão da interfase em 3 estágios sucessivos, G1, S e G2, o que compreende em geral cerca de 90% do tempo do ciclo celular. Onde G1 compreende o tempo decorrido entre o final da mitose e inicio da síntese. O período S corresponde ao período de duplicação do DNA e o período G2, o período entre o final da síntese e o inicio da mitose.

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Período G1: Este período se caracteriza por uma intensa síntese de RNA e proteínas, ocorrendo um marcante aumento do citoplasma da célula filha recém formada. É nesta fase que se refaz o citoplasma, dividido durante a mitose. No período G1 a cromatina esta esticada e não distinguível como cromossomos individualizados ao MO. Este é o estágio mais variável em termos de tempo que pode durar horas, meses ou anos. Nos tecidos de rápida renovação, cujas células estão constantemente em divisão, o período G1 é curto; E: o epitélio que reveste o intestino delgado se renova a cada 3 dias. Outro tecido, cuja proliferação é intensa, é a medula óssea, onde se formam hemácias e certos glóbulos brancos do sangue. Todos estes tecidos são extremamente sensíveis aos tratamentos que afetam a replicação do DNA (drogas e radiações), razão pela qual são os primeiros a serem lesados nos tratamentos pela quimioterapia do câncer ou na radioterapia em geral. Estes tratamentos afetam o metabolismo de ácidos nucléicos. Outros tecidos não manifestam lesões tão rapidamente por apresentarem proliferação mais lenta, tal como ocorre na epiderme (20 dias) e no testículo (64 dias). Em tecidos cujas células se reproduzem muito raramente, como a fibra muscular, ou que nunca se dividem, como os neurônios do tecido nervoso, o ciclo celular está interrompido em G1 em um ponto específico denominado G 0. Período S: é a fase de síntese durante a qual a célula duplica, de modo semiconservador, o seu conteúdo de DNA. Este é o período de síntese. Inicialmente a célula aumenta a quantidade de DNA polimerase e RNA e duplica seu DNA. As duas cadeias que constituem a dupla hélice separam-se e cada nucleotídeo serve de molde para a síntese de uma nova molécula de DNA devido à polimerização de desoxinucleotídeos sobre o molde da cadeia inicial, graças à atividade da DNA polimerase. Esta duplicação, obedece ao pareamento de bases onde A pareia com T e C com G e como resultado teremos uma molécula filha que é a replica da molécula original. A célula agora possui o dobro de quantidade de DNA. O estudo das alterações provocadas no DNA por radiações ultravioletas e por raios X, demonstrou que nem sempre o efeito dessas radiações era letal. A analise deste fenômeno levou ao conhecimento de vários tipos de mecanismos de reparação do DNA das células. Nas células normais as alterações produzidas por radiações são reparadas antes de terem tempo de se transmitirem às células filhas. Este sistema possui grande importância na seleção evolutiva das espécies, pois tem uma condição essencial para o desenvolvimento de organismos com quantidades cada vez maiores de DNA e com maior número de células. Período G2: é fase da interfase onde ocorrem os preparativos necessários para a próxima mitose, mas nem todos são conhecidos. O período G2 representa um tempo adicional para o crescimento celular, de maneira que a célula possa assegurar uma completa replicação do DNA antes da mitose. Neste período ocorre uma discreta síntese de RNA e proteínas essenciais para o inicio da mitose. É considerado o segundo período de crescimento. Apesar desta divisão nos períodos de crescimento, atualmente sabe-se que ele é um processo continuo, sendo interrompido apenas brevemente no período de mitose. A célula agora esta preparada para a mitose, que é a fase final e microscopicamente visível do ciclo celular. Nesta fase ocorre o reparo dos erros ocorridos na fase de síntese do DNA. DIVISÃO CELULAR

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Existem basicamente dois tipos de divisão celular: a mitose e a meiose. Na mitose, uma célula dividindo-se dá origem a duas novas células com o mesmo número de cromossomos da célula inicial. O estudo clássico da divisão celular estabelece duas fases no ciclo celular:

-Mitose é a fase na qual a célula se divide originando duas células descendentes e que é caracterizada pela divisão do núcleo (cariocinese) e a divisão do citoplasma (citocinese). Nas células animais, a divisão do citoplasma deve-se à contração pela interação de filamentos de actina e miosina. -Intérfase é a fase na qual a célula não apresenta mudanças morfológicas. É a fase compreendida entre duas divisões celulares sucessivas. Quando uma célula não está em divisão ela está em intérfase. A Mitose É o processo de divisão celular no qual uma célula se reproduz gerando duas células filhas com a mesma quantidade de cromossomos. A mitose (do grego: mitos = filamento) é um processo de divisão celular característico de todas as células somáticas vegetais e animais. É um processo continuo que é dividido didaticamente em 4 fases: Prófase, metáfase, anáfase, telófase, nas quais ocorrem grande modificações no núcleo e no citoplasma. O desenvolvimento das sucessivas fases da mitose é dependente dos componentes do aparelho mitótico. Na mitose as células se reproduzem através da duplicação de seus conteúdos e posterior divisão em duas células filhas, este processo é a garantia de uma sucessão contínua de células identicamente dotadas. Em organismos unicelulares, existe uma pressão seletiva para que cada célula cresça e se divida o mais rápido possível, porque a reprodução celular é responsável pelo aumento do número de indivíduos. Nos organismos multicelulares, a produção de novas células através da duplicação permite a divisão do trabalho, no qual grupos de células tornam-se especializados em determinada função. Essa multiplicação celular, porém, tem que ser regulada porque a formação de novas células tem que compensar a perda de células pelos tecidos adultos. Um indivíduo adulto possui 10 x 10 13, todas derivadas de uma única célula, o óvulo fecundado (zigoto). Mesmo em um organismo adulto, a multiplicação celular é um processo contínuo. O homem possui 2,5 x 10 13 eritrócitos, cujo tempo de vida médio e 120 dias. Para manter esses níveis constantes são necessárias 2,5 milhões de novas células, pôr segundo. Apesar de inúmeras variações existentes, os diferentes tipos celulares apresentam um nível de divisão tal que é ótimo para o organismo como um todo, porque o que interessa é a sobrevivência do organismo como um todo e não de uma célula individual. Como resultado as células de um organismo se dividem em níveis diferentes. Algumas células, como os neurônios nunca se dividem. Outras, como as epiteliais, dividem-se rápida e continuamente. Existem células epiteliais do intestino que se dividem a cada 3 dias proporcionando uma ótima capacidade de renovação a este epitélio. O aparelho mitótico é constituído pelos fusos, centríolos, ásteres e cromossomos. O áster é um grupo de microtúbulos irradiados que convergem em direção do centríolo. As fibras do fuso são constituídas por: 1. Microtúbulos polares que se originam nos pólos. 2. Microtúbulos cinetecóricos, que se originam nos cinetecóros. 3. Microtúbulos livres. Obs: a função da mitose é repor as células mortas no organismo, ou possibilitar o aumento do número delas nos processos de crescimento. Por isso a mitose é importante no crescimento dos organismos multicelulares e nos processos de regeneração de tecidos do corpo.

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A mitose é um processo contínuo que é dividido em fases por razões didáticas nas seguintes etapas: prófase, metáfase, anáfase e telófase. Prófase: Fase inicial da mitose, nota-se alterações no núcleo e no citoplasma, os cromossomos já duplicados começam a se condensar, tornando-se visíveis. Enquanto os cromossomos estão se condensando, o nucléolo começa a se tornar menos evidente, desaparecendo ao final da prófase. No citoplasma ocorrem modificações no centro celular e nos microtúbulos do citoesqueleto. No início da prófase, os microtúbulos do citoesqueleto se desorganizam e as moléculas de tubulina que os compõem ficam livres no citossol, que irão compor o fuso mitótico. As fibras do áster dispõem-se radialmente a partir de cada centro celular. Essas fibras mais longas, agora formadas, partem de cada áster em direção à região equatorial da célula e recebe o nome de fibras polares. Ao final da prófase, surgem no centrômero de cada cromossomo duplicado duas estruturas especializadas, denominadas cinetócoros. Obs: a prófase se caracteriza pela condensação da cromatina, que irá constituir os cromossomos mitóticos. O envelope nuclear se fragmenta no final da prófase devido à fosforilação da lâmina nuclear, originando vesícula que permanecem no citoplasma e vão reconstituir o envelope nuclear no final da mitose. Os centrossomos e seus centríolos se duplicam na interfase, separam-se, migrando um par para cada pólo da célula. Começam a aparecer microtúbulos entre cada pólo da célula. Durante a prófase o nucléolo se desintegra. Metáfase: Os cromossomos encontram-se alinhados, em um mesmo plano, na região equatorial da célula denominada placa metafásica ou equatorial. Enquanto os cromossomos permanecem estacionários, verifica-se no citoplasma intensa movimentação de partículas e organelas, que se dirigem eqüitativamente para pólos opostos da célula. Os cromossomos migram graças à participação dos microtúbulos e se dispõem no plano equatorial da célula. Cada cromossomo, cujo DNA já está duplicado, divide-se longitudinalmente em duas cromátides, que se prendem aos microtúbulos do fuso mitótico por meio de uma região especial, o cinetócoro localizado próximo ao centrômero. A melhor fase da divisão celular para se observar os cromossomos é a metáfase, pois neta fase os cromossomos estão mais espesso com o DNA em sua condensação máxima. Anáfase: Inicia-se no momento em que o centrômero de cada cromossomo duplicado divide-se longitudinalmente, separando as cromátides irmãs. Assim que se separam, passam a serem chamados cromossomos filhos e são puxados para os pólos opostos da célula, orientados pela fibra do fuso. Quando os cromossomos filhos atingem os pólos das células, termina a anáfase. Assim, cada pólo recebe o mesmo material cromossômico, uma vez que cada cromossomo-filho possui a mesma informação genética. Telófase: Ocorre praticamente o inverso do que ocorreu na prófase: o envelope nuclear se reorganiza, os cromossomos se descondensam, o cinetócoro e as fibras cinetocóricas desaparecem e o nucléolo se reorganiza. Os dois núcleos filhos adquirem ao final da telófase o mesmo aspecto de um núcleo interfásico. As fibras polares não desaparecem nessa etapa, ficando restritas ao citoplasma. A reconstrução dos envoltórios nucleares das células filhas ocorre, em conseqüência da desfosforilação dos filamentos da lâmina nuclear e da fusão das vesículas originadas do envoltório nuclear no final da prófase. Os cromossomos se tornam gradualmente menos condensados, o que leva ao reaparecimento da cromatina. À medida que o núcleo interfásico se

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refaz, os nucléolos se reconstituem. A divisão do material nuclear é acompanhada pela divisão do citoplasma por um processo denominado citocinese, que inicia na anáfase e termina após a telófase. A citocinese consiste no aparecimento de um anel que contem actina e miosina, abaixo da membrana celular, na zona equatorial da célula. A maioria dos tecidos está em constante renovação celular, por divisão mitótica para substituição das células morrem. Essa renovação é muito variável de um tecido para outro. Todavia, há exceções como o tecido nervoso e o músculo do coração, cujas células perderam a capacidade de realizar mitose. Uma vez destruídos esses tecidos não se regeneram. Etapas da mitose

Identifique as estruturas indicadas pela seta e as seguintes fases da divisão: Interfase (G2), prófametáfase, início da anáfase, anáfase e telófase. Descreva o que ocorre em cada uma das fases.

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Fig. 3.20 Fases do ciclo celular. A duração da fase G1 (pré-síntese) varia muito dependendo de diversos fatores, como a duração do total do ciclo. No tecido ósseo, em formação, a fase G1 dura 25 horas. A fase S (síntese de DNA) dura aproximadamente 8 horas e G2, cerca de 2 a 3 horas (os tempos indicados são cortesia de R.W. Young).

Cromossomos mitóticos Cada cromossomo dos seres eucariontes é constituído por uma única e longa fita de DNA, disposta em dupla hélice e associada a proteínas. Esta cadeia se condensa muito durante a mitose, tornando os cromossomos facilmente visíveis ao MO. A melhor fase da divisão celular para se observar os cromossomos é a metáfase, pois neta fase os cromossomos estão mais espesso com o DNA em sua condensação máxima. A meiose É o processo de divisão celular no qual células diplóides, ou seja, com dois lotes de cromossomos, dão origem a quatro células haplóides, com apenas um lote de cromossomos. Essa forma de divisão possibilita a formação dos gametas (células sexuais). Nas células humanas diplóides existem 46 cromossomos. Através da meiose, elas passam a ter 23 cromossomos. No processo de fecundação humana, ocorre a união de dois gametas dos pais, resultando em um ovo com 46 cromossomos. A meiose é responsável pela diversificação do material genético nas espécies. A reprodução sexuada permite a mistura de genes de dois indivíduos diferentes da mesma espécie para produzir descendentes que diferem entre si e de seus pais em uma série de características. A meiose ocorre em duas etapas que, por sua vez, se subdividem em prófase, pró - metáfase, metáfase, anáfase e telófase. A fase que antecede a meiose é conhecida como interfase, quando os cromossomos da célula se duplicam e se apresentam como filamentos duplos, as cromátides. Dividimos em duas etapas: Meiose I e Meiose II. Esse processo de divisão reduz à metade o número de cromossomo de uma célula diplóide para formar as células germinativas ou gametas haplóides. Estas células apresentam a metade do número de cromossomos que existem nas células que as originam. A meiose consiste em duas divisões sucessivas, mas a duplicação de DNA ocorre apenas uma vez, no período S que precede a primeira divisão. Resumidamente a meiose é um mecanismo destinado à distribuição das unidades hereditárias ou genes, permitindo sua recombinação independente e ao acaso. Com a distribuição aleatória dos homólogos maternos e paternos entre as células filhas na divisão meiótica I, cada gameta recebe uma mistura diferente de cromossomos maternos e paternos. Deste processo, um indivíduo poderia, a princípio, produzir 2n gametas diferentes, onde n é o número de haplóide de

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cromossomos. Em seres humanos, por exemplo, cada indivíduo pode produzir, no mínimo, 223 = 8,4 x 106 gametas geneticamente diferentes. Porém, o número de variantes é muito maior, devido ao crossing-over, fenômeno que ocorre durante a longa prófase da divisão meiótica I. Este processo proporciona uma mistura da constituição genética de cada um dos cromossomos nos gametas. A recombinação genética que decorre do crossing-over pode, eventualmente, traduzir-se numa vantagem evolutiva a uma espécie, ao longo dos anos. A prófase I da meiose I foi dividida em 5 subfases consecutivas: Leptóteno, Zigóteno, Paquíteno, Diplóteno e Diacinese. A meiose dá origem a quatro novas células com a metade do numero de cromossomos da célula inicial. É importante para a variabilidade gênica, sendo um tipo de divisão que ocorre no processo de formação dos gametas nos indivíduos que apresentam reprodução sexual. Fases da meiose: a meiose ocorre nas gônadas dos animais com a finalidade de produzir os gametas. Diferentemente da mitose que tem apenas uma fase, a meiose passa por duas divisões. São elas: Primeira divisão: prófase I, metáfase I, anáfase I e telófase I Segunda divisão: prófase II, metáfase II, anáfase II e telófase II A prófase I É a primeira fase da meiose e é didaticamente dividida em: leptóteno, zigóteno, paquíteno, diplóteno e diacinese. Durante as subfases da prófase os cromossomos tornam mais condensados, se organizam em pares homólogos, se aproximam em alguns pontos onde ocorrem trocas entre os genes. A esse fenômeno natural e aleatório de mutação dar-se o nome de crosing over, ou permutação genética. -Leptóteno: cromossomos estão duplos, muito finos e dispersos. Cada cromossomo é formado por duas cromátides. No leptóteno, os cromossomos duplicados iniciam a sua condensação, podendo-se notar a presença de regiões mais condensadas, chamadas cromômeros. -Zigóteno: A condensação dos cromossomos progride e os homólogos pareiam-se num processo denominado, Sinapse. O início do pareamento ocorre no zigóteno e se completa no paquíteno. Na mitose não há pareamento de homólogos. -Paquíteno: cromossomos estão duplos, mais espessos ainda, homólogos presos pelo complexo sinaptonêmico. Ocorre troca de material genético, chamada de crossing-over. Os cromossomos homólogos já estão perfeitamente emparelhados, sendo possível visualizá-los melhor. Cada par de cromossomos homólogos possui 4 cromátides, constituindo uma tétrade ou bivalente, formada por :

- Cromátides irmãs: Originam-se de um mesmo cromossomo. - Cromátides homólogas: Originam de cromossomos homólogos.

Duas cromátides homólogas podem sofrer uma ruptura na mesma altura e os dois pedaços podem trocar de lugar, realizando assim, uma Permutação ou Crossing-Over. Em virtude do

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crossing-over, ocorre recombinação gênica, processo importante no aumento da variabilidade gênica da espécie. -Diplóteno: caracteriza-se pelo desaparecimento do complexo sinaptonêmico e pela tendência de separação entre os cromossomos homólogos de cada par bivalente, que ficam ligados em certos locais, denominados quiasmas. Cromossomos homólogos começam a se afastar, mas permanecem ligados por regiões onde ocorreu crossing-over. Tais regiões constituem os quiasmas. O número de quiasmas fornece, então, o número de permutações ocorridas. Diacinese: consiste na preparação dos cromossomos para a metáfase I. Ocorre o desaparecimento dos nucléolos ruptura do envelope nuclear e movimento das tétrades para a placa equatorial. Afastamento dos cromossomos e terminação dos quiasmas. Obs: Durante toda a primeira divisão cada cromossomo continua duplo, isto é com duas cromátides. Continua a ocorrer condensação dos cromossomos e a separação dos homólogos. Com isso, os quiasmas vão escorregando para as pontas das cromátides, processo denominado Terminalização dos Quiasmas. Metáfase I: Os cromossomos duplicados e pareados permanecem dispostos no equador da célula. Os cromossomos atingem o máximo de condensação e os quiasmas mantêm os cromossomos homólogos unidos. Anáfase I: Caracteriza-se pelo deslocamento dos cromossomos para os pólos. O par de cromossomos homólogos separa-se, indo um cromossomo duplicado de cada par para um pólo da célula. Não ocorre divisão do centrômero. Essa é uma importante diferença entre a anáfase da mitose e da meiose. Encontram-se 2n cromossomos não duplicados em cada pólo da célula e na meiose I encontram-se n cromossomos duplicados a esses cromossomos duplos da meiose I, isto é, às duas cromátides ligadas pelo centrômero dá-se o nome de Díades. Telófase I: Com a chegada das díades aos pólos, termina a anáfase I e tem início a telófase I. O que ocorre na telófase I da meiose é bastante semelhante ao que acontece na telófase da mitose: os cromossomos desespiralizam-se, o envelope nuclear e o nucléolo reorganizam-se e ocorre a citocinese. As Fases da Meiose II: É extremamente semelhante à mitose. A formação de células haplóides a partir de células haplóides, é possível porque ocorre, durante a meiose II, a separação das cromátides que formam as díades. Cada cromátide de uma díade dirige-se para um pólo diferente e já pode ser chamada de cromossomo-irmão. A célula, após a divisão I, entra em divisão II sem passar novamente pela intérfase e este estágio entre as duas divisões é chamado de intercinese.

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ORGANELAS CITOPLASMÁTICAS E SÍNTESE DE MACROMOLÉCULAS

Região compreendida entre a membrana plasmática (celular) e a membrana nuclear onde se localizam o citoesqueleto, as organelas, e os depósitos ou inclusões de carboidratos, proteínas, lipídios ou pigmentos. funções Desempenham os vários processos que mantém as células ativas e funcionando; Local de onde ocorrem intensas reações metabólicas; Local de síntese de macromoléculas como proteínas, lipídios e carboidratos; Local de produção de energia através da respiração celular que ocorre nas mitocôndrias Componentes do citoplasma O citoplasma é composto pela matriz citoplasmática, organelas membranosas, organelas não membranosas e inclusões citoplasmáticas. Matriz citoplasmática ou citossol é um colóide, sistema de duas fases composto por duas substâncias separáveis de consistência variável, entre o SOL e o GEL que preenche o espaço entre as organelas e os depósitos citoplasmáticos. Contém diversas substâncias, como aminoácidos, proteínas, outras macromoléculas, nutrientes e íons. PH = 7,2

Ectoplasma - GEL Endoplasma - SOL

Tixotropismo é o nome dado ao processo no qual ocorre mudança na matriz citoplasmática do estado Gel para Sol. Ciclose: correntes citoplasmáticas na qual ocorre movimento de organelas. Organelas citoplasmáticas membranosas São as organelas envolvidas por membranas tais como as mitocôndrias, Retículo endoplasmático granular, retículo endoplasmático agranular, Aparelho de Golgi, vesículas de secreção, lisossomos, endossomos e Peroxissomos. Organelas citoplasmáticas não-membranosas São as organelas que não são envolvidas por membrana tais como os ribossomos, Microtúbulos e arranjos microtubulares como os Centríolos, filamentos de actina, filamentos de miosina e filamentos intermediários. Inclusões citoplasmáticas -Alimentos armazenados (glicogênio e gorduras) oriundos da própria célula e de alimentos -Pigmentos exógenos (caroteno e Partículas de carbono): são extraídos dos alimentos e acumulados nas células. -Pigmentos endógenos (hemoglobina, hemossiderina, bilirrubina, melanina e lipofuscina, pigmento lipocrômico)

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Os componentes celulares são constituídos por moléculas complexas, em constante renovação, exceto o DNA, que é relativamente estável. É, pois, importante para a manutenção da estrutura celular a existência de mecanismos de síntese que fornecem continuadamente novas moléculas. Alem dos ácidos nucléicos as principais macromoléculas presentes nas células são as proteínas, os hidratos de carbonos de os lipídios. Nesta parte serão analisadas as principais organelas que participam da síntese de macromoléculas. São eles os componentes: os polirribossomos, os retículos endoplasmáticos (liso e rugoso), o aparelho de Golgi, além de organelas como lisossomos, peroxissomos, centríolos e mitocôndrias. MITOCÔNDRIAS O funcionamento da célula bem como o processo de síntese de macromoléculas exige gasto de energia e a organela responsável pela produção de onde ATP de onde será extraída a energia são as mitocôndrias. Essas organelas são corpúsculos cujas formas variam entre as esféricas e as mais alongadas. As mitocôndrias são organelas envolvidas por duas unidades de membrana. Uma externa e outra interna. Entre as duas membranas existe o espaço intermembranoso.

Fig. 2.12 Representação tridimensional de uma mitocôndria, com suas cristas que penetram no espaço ocupado pela matriz mitocondrial. Notar as duas membranas, que formam a mitocôndria e também delimitam o espaço intermembranoso. A superfície interna da mitocôndria apresenta as partículas elementares, onde ocorrem transformações de energia para formar ATP.

As membranas das mitocôndrias A membrana externa é lisa e muito permeável, devido à presença de poros formados pelas proteínas chamadas porinas. A membrana interna é rica em enzimas que participam de reações facilitando a penetração de certas substâncias e impedindo a penetração de outras. Além das diferenças entre as proteínas das duas membranas, a membrana externa é rica em colesterol, enquanto a membrana interna é pobre neste lipídio. A distribuição molecular das duas membranas está em acordo com a possível origem evolutiva da mitocôndria a partir de bactérias simbiontes, que se instalaram no citoplasma das células. A membrana externa das mitocôndrias se assemelha à membrana das células eucariontes, já a membrana interna é semelhante à membrana das células procariontes (bactérias).

As cristas mitocondriais A membrana interna sofre invaginações que formam as cristas mitocondriais onde ocorre respiração celular e a conseqüente produção de energia. As cristas mitocondriais geralmente apresentam cristas laminares, em forma de prateleiras, mas em alguns protozoários e células que sintetizam esteróides, as cristas assumem a forma de túbulos sendo chamadas de cristas tubulares. Em mitocôndrias em cortes transversais estas cristas tubulares aparecem em forma de pequenos círculos. São exemplos de células produtoras de hormônios sexuais, nos testículos e ovários e as células das glândulas adrenais. De modo geral a quantidade de cristas é proporcional à atividade respiratória célula. Presas às cristas estão a partículas elementares que contêm enzimas com atividade

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de ATP-sintetase sem a qual a membrana não teria a capacidade de acoplar o transporte de elétrons à síntese de ATP. As mitocôndrias são muito eficientes na transformação de energia química contida nos metabólitos citoplasmáticos em energia facilmente utilizável pela célula. Aproximadamente 50% dessa energia é armazenada nas ligações fosfato do ATP ou adenosina trifosfato, e os 50% restantes são dissipados sob a forma de calor, utilizado para manter a temperatura do corpo. A atividade da enzima ATPase, muito comum nas células, libera a energia armazenada nas ligações da molécula de ATP quebrando essas ligações e liberando energia quando a célula necessita da mesma para realizar trabalho.

A matriz mitocondrial No espaço interno da mitocôndria se localiza a matriz mitocondrial, envolvida pela membrana interna banha as cristas mitocondriais. A matriz mitocondrial é um fluido constituído por água, enzimas, lipídios, DNA, RNA, fosfato de cálcio. No interior da matriz encontram-se filamentos de DNA mitocondrial, pequenos ribossomos livres na matriz e presos à membrana das cristas e todos os tipos de RNAs. Existe variação na estrutura mitocondrial, conforme o tipo de célula e seu estado funcional. Estudos demonstraram que a matriz é um complexo concentrado de centenas de enzimas, entre as quais estão, as relacionadas com cálcio do ácido cítrico, com a oxidação de ácidos graxos e com a replicação, transcrição e tradução do DNA mitocondrial. Utilizando oxigênio as mitocôndrias transferem gradualmente a energia dos metabólitos para ATP e também produzem calor. Origem das mitocôndrias Segundo uma teoria existente as mitocôndrias podem ter sua origem nas bactérias simbiontes. Estudos demonstraram que a membrana externa da mitocôndria assemelha-se à membrana das células eucariontes e a membrana interna dessa organela assemelha-se à membrana das células procariontes (bactérias). Portanto a distribuição molecular das duas membranas está em acordo com a possível origem evolutiva da mitocôndria a partir de bactérias simbiontes, que se instalaram no citoplasma das células. Isso explica porque a mitocôndria é a única organela com duas unidades de membrana. Explica também porque a mitocôndrias são semi-autônomas com capacidade de sintetizar parte de suas moléculas necessárias. Apresentam um genoma próprio, possuem DNA, todos os tipos de RNA e ribossomos, igual às células procariontes. Esses componentes permitem às mitocôndrias sintetizarem parte de suas proteínas necessárias. Como as mitocôndrias assim como as bactérias não possuem reticulo endoplasmático rugoso a síntese de proteína é através de polirribossomos. Localização das mitocôndrias Como as mitocôndrias são centro de produção de energia paras as células é comum encontrar concentrações dessas organelas em locais específicos do citoplasma. O Número e a posição delas variam de acordo com o tipo e função celular. Há uma estreita relação entre essas organelas e a necessidades energéticas das células. Células que consomem muita energia, como as musculares e os hepatócitos do fígado, possuem muitas mitocôndrias em seu citoplasma. Já os fibroblastos e os linfócitos possuem poucas mitocôndrias, coincidindo com uma respiração de baixa intensidade. Há também uma relação entre a concentração dessas organelas e o local

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onde existe grande consumo de energia. Nos epitélios ciliares as mitocôndrias se organizam perto dos cílios, nos espermatozóides, ao redor da peça intermediaria do flagelo, onde tem início à movimentação flagelar. Nas células musculares estriadas, elas se dispõem paralelamente entre os feixes de miofibrilas. Nas células que transportam íons se localizam nas pregas basais, como as células dos túbulos contorcidos dos rins e células parietais do estômago. Estão equipadas com proteínas necessárias para: •obtenção de energia a partir de glicose e ácidos graxos (oxidação); •utilizar desta energia para sintetizar ATP (fosforilação oxidativa); ADP + P = ATP → degradação hidrolítica → energia Respiração celular A respiração celular é o processo de transformação de energia química contida nos metabólitos citoplasmáticos em energia facilmente utilizável pela célula. Todo trabalho metabólito celular, exige determinadas quantidades de energia. Vimos que as células possuem uma estrutura complexa e realizam tarefas bem especificas como a síntese e quebra de moléculas grandes, a absorção ou expulsão de substâncias pelas membranas (transportes ativos), os movimentos celulares e todos esses trabalhos celulares consomem energia. Sabemos também que os carboidratos produzidos principalmente pelos seres autótrofos (algas e vegetais) durante a fotossíntese, são a principal fonte de energia para o metabolismo das células. Quando ingerimos o alimento os carboidratos nele contidos são quebrados (digeridos) resultando em moléculas de glicose. Estas glicoses caem na corrente sanguínea e são distribuídas para as células de todo o corpo. Com a ajuda da insulina, hormônio protéico produzido pelo pâncreas, as moléculas de glicose são introduzidas no citoplasma das células onde serão degradadas num processo chamado GLICOLISE. A quebra da glicose resulta em duas moléculas cujo nome é acido pirúvico. Cada molécula de acido pirúvico penetra na matriz mitocondrial e se transforma em acetil-coenzima A e libera CO2 e íons de Hidrogênio (H+). o acetil-coenzima A inicia um ciclo complicado de reações chamado CICLO de KREBS que ocorre também na matriz mitocondrial. Nas cristas mitocondriais ocorre um processo chamado de CADEIA RESPIRATÓRIA no qual o hidrogênio liberado no ciclo de Krebs, combina-se com o oxigênio (O2) proveniente do meio ambiente, formando água e liberando energia na forma de ATP (adenosina trifosfato) que contem três ligações fosfato. Esta molécula é degradada pela enzima ATP-ase que ao quebrar essas ligações libera a energia necessária para o trabalho celular. Utilização da energia pela célula •transporte através da membrana; •síntese de macromoléculas; •contração; •movimentação; •reprodução (multiplicação); RIBOSSOMOS

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Os ribossomos são pequenas partículas elétron-densas compostas basicamente de quatro tipos de RNA ribossomais e quase 80 proteínas. Medem cerca de 20 a 30nm. Há dois tipos de ribossomos: um encontrado em células procariontes (bactérias), mitocôndrias e cloroplastos; o outro encontrado em células eucariontes. Nas células eucariontes a maior parte do RNA das duas subunidades (RNAr) é sintetizada no nucléolo. As proteínas que compõem os ribossomos são sintetizadas no citoplasma, migram para o núcleo através dos poros nucleares e se associam aos RNA ribossômicos. Depois de prontas, as subunidades, menor e maior, separadas, saem do núcleo pelos poros nucleares, passando pelo citoplasma, onde exercerão sua função. Os ribossomos são organelas não membranosas, pois, não são envolvidas por membranas. Medindo. São formados por uma subunidade maior e outra menor e quando vários ribossomos se ligam em uma fita de RNA mensageiro são chamados de polirribossomos ou polissomos. Os polirribossomos, ribossomos associados a RNA mensageiro, são os responsáveis diretos pela síntese de proteínas, tanto nas células procariontes e eucariontes. A unidade menor do ribossomo liga-se ao RNA transportador e esse se liga ao RNA mensageiro durante o processo de síntese de proteínas. Os ribossomos ou polirribossomos podem ser encontrados livres no citoplasma ou presos à membrana do REG. São estruturas ácidas são bem corados por corantes básicos como a hematoxilina. Estruturas coradas por corantes básicos são ditas basófilas. São visíveis apenas ao M.E. Os polirribossomos livres no citossol Sintetizam proteínas citossólicas, nucleoproteínas, proteínas para os peroxissomos e certas proteínas mitocondriais. Os polirribossomos sintetizam proteínas para o citoplasma da própria célula. Um bom exemplo são as hemácias cujos seus polirribossomos livres sintetizam uma proteína chamada globina que participa da molécula de hemoglobina. A hemoglobina é responsável pelo transporte de oxigênio através das hemácias. Os polirribossomos livres quando estão em abundância, gera basofilia citoplasmática difusa. Devido à presença dos numerosos grupamentos fosfato do RNAr, os ribossomos são intensamente basófilos. Por isso, os locais do citoplasma ricos em ribossomos se coram intensamente pelos corantes básicos como hematoxilina, azul-de-metileno, azul-de-toluidina. Etc. Os polirribossomos presos à membrana do REG Sintetizam proteínas de secreção, proteínas (enzimas) para os lisossomos e proteínas integrais de membrana. São abundantes nos citoplasmas das células que sintetizam tais proteínas. A concentração de reticulo endoplasmático contendo polirribossomos (RER) gera basofilia citoplasmática em manchas e indica alta síntese de proteínas. Desenho esquemático de polirribossomos livres e presos à membrana do RER

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RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO GRANULAR (REG) São compartimentos (sáculos) achatados e paralelos intercomunicantes denominados, cisternas, circundadas por uma única unidade de membrana repleta de ribossomos. Estão presentes em todas as células eucariotas. A membrana do REG é contígua com a membrana do reticulo endoplasmático liso (REL) e com a membrana nuclear. Funções do REG É o local exclusivo de síntese de proteínas de secreção, de enzimas lisossômicas e de proteínas integrais de membrana. As proteínas de secreção são abundantes em células secretoras de proteínas. Elas são anticorpos, enzimas, hormônios e complexo de proteínas. O REG é abundante e bem desenvolvido em células que sintetizam tais proteínas como as acinosas pancreáticas, fibroblastos, osteoblastos, plasmócitos (secretam anticorpos humorais). Nesta organela ocorre a síntese, segregação e início da glicosilação das proteínas e que são liberadas em pequenas vesículas para o aparelho de Golgi. As proteínas são secretadas no REG, liberadas em pequenas vesículas de transferências em direção ao Complexo de Golgi. Na microscopia de luz os retículos endoplasmáticos são basófilos. Por isso células com alta síntese de proteínas apresentam basofilia citoplasmática. RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO LISO (REL) São compartimentos tubulares e intercomunicantes envolvidos por uma unidade de membrana. Sua membrana é contínua com a membrana do RER e se dispõe em forma de túbulos anastomosados. Não apresenta ribossomos em sua membrana e por isso não são capazes de sintetizar proteínas. Participa de diversos processos funcionais de acordo com o tipo celular.

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Funções do REL Síntese de fosfolipídios para todas as membranas celulares. Participa de síntese de hormônios a base de esteróides. Estão presentes em células como células das glândulas adrenais e células dos testículos e ovários que sintetizam hormônios sexuais. Os hormônios esteróides são sintetizados graças aos à proximidade e interação do REL com as mitocôndrias. Neutralizar substâncias nocivas e tóxicas por isso são abundantes no fígado. Participam nos processos de metabolização e desintoxicação de várias substâncias. Estudos comprovaram que a ingestão de drogas acentuado aumento do REL das células hepáticas. É também no REL das células do fígado que é solubilizada a bilirrubina, pigmento da bile, devido à ação da enzima glicuroniltransferase, permitindo que a bilirrubina seja secretada pelas células hepáticas sendo eliminada do fígado através da bile. É o principal reservatório de cálcio do citoplasma. São responsáveis pela liberação de cálcio durante a contração muscular.

Fig. 2.16 O retículo endoplasmático é uma rede de canais e sáculos intercomunicantes, constituídos por uma membrana contínua. O endoplasmático liso (REL) (parte anterior do desenho) não apresenta ribossomos, porém o retículo endoplasmático rugoso (RER) ribossomos presos à sua superfície. Além disso, note que as cisternas do retículo endoplasmático rugoso têm a forma de sáculos, enquanto as do retículo endoplasmático liso são tubulares.

APARELHO DE GOLGI É uma organela, composta por um conjunto de bolsas achatadas e empilhadas, envolvidas por uma unidade membrana. Cada bolsa apresenta as suas extremidades achatadas que originam as vesículas de secreção.A localização do aparelho de Golgi é muito variada. Em geral é único, localizado próximo ao núcleo e perto dos centríolos. O tamanho varia de pequeno como no caso de células musculares e, grande como ocorre nas células que secretam glicoproteínas. O Golgi apresenta três faces de nomes cis, medial e trans. A face cis do Golgi recebe as moléculas produzidas no REG e a face trans libera essas moléculas em vesículas de secreção. Não apresentam ribossomos em suas membranas. Estão intimamente relacionados com o REG, REA e membrana nuclear formando o sistema vacuolar citoplasmático (SVC). Obs: São muito desenvolvidos em células com alta síntese de substâncias como as caliciformes e acrossomos dos espermatozóides de mamíferos e células das glândulas adrenais etc. Direção das moléculas: REG→ face cis→ face medial → face trans→ vesículas de secreção.

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Face trans (maturação) Fig. 2.21 Representação em três dimensões de um aparelho de Golgi. Por meio de vesículas transportadoras a face cis do Golgi recebe moléculas produzidas no retículo endoplasmático rugoso. Após processamento no aparelho de Golgi, essas moléculas são liberadas em vesículas na face trans do Golgi, indo constituir vesículas de secreção, lisossomos ou outros componentes do citoplasma. Indique o nome das estruturas do aparelho de Golgi

Face CIS

Funções do Golgi Sua função é receber substâncias oriundas dos retículos endoplasmáticos, armazenar, condensar, secretar e direcionar substâncias em vesículas. São responsáveis pelo acabamento final nas moléculas que nele chega: é nele que ocorre o término da glicosilação, a hidrólise de glicídios, fosforilação e sulfatação e separação das proteínas. È o centro primário de distribuição e reciclagem de proteínas de membranas e de secreção. Participam da síntese de polissacarídeos. Promove a conjugação de moléculas. Ex: glicoproteínas e lipoproteínas. Vesículas ou Grânulos de Secreção São vesículas liberadas pelo aparelho de Golgi, envolvidas por uma unidade de membrana e contêm moléculas secretadas sob uma forma concentrada. São encontradas nas células com a capacidade de armazenar substâncias. Grânulos de zimogênio: são vesículas de secreção que contêm enzimas digestivas. LISOSSOMOS

Vesículas esféricas, pequenas (cerca de 0,5 µm de diâmetro) que contem enzimas hidrolíticas (digestivas) envolvidas por membranas. Os lisossomos são responsáveis pela digestão intracelular de partículas e substâncias no citoplasma das células. São responsáveis pela autólise. Um período após a morte dos animais, inclusive os seres humanos, as células entram em autólise e liberam enzimas hidrolíticas contidas em seus lisossomos, causando a destruição das células. Neste caso isso ocorre para facilitar o processo de decomposição pelas bactérias e fungos decompositores. Os lisossomos são abundantes nas células fagocitárias como macrófagos. Os macrófagos são células de defesa, presentes no tecido conjuntivo, responsáveis pela fagocitose e digestão de partículas estranhas que aparecem no organismo. Isso explica a abundancia de lisossomos no citoplasma dessas cebolas, pois, quanto mais ingestão de partículas mais necessidade de digestão. Digestão intracelular e Enzimas hidrolíticas

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As enzimas como as fosfatases ácidas, desoxirribonucleases, proteases, lípases, sulfatases, hidrolases são ácidas e fazem a digestão intracelular. As enzimas lisossômicas variam de acordo com a célula, porém todas as enzimas têm atividade máxima em PH 5,0. As enzimas são sintetizadas no REG e transferidas p/ o Golgi, onde são modificadas e empacotadas e liberadas em vesículas que recebem o nome de lisossomos primários. As partículas que adentram a célula por fagocitose, pinocitose ou um parasitas como as bactérias, geralmente são digeridos pelos lisossomos. Os lisossomos primários liberam suas enzimas no fagossomo e inicia-se a digestão. Os catabólitos da digestão intralisossomal difundem-se através da membrana do lisossomo e entram no citoplasma e são utilizadas pelo metabolismo celular. Após o final da digestão celular os restos metabólicos não aproveitáveis pela célula são eliminados através de um processo chamado exocitose. Fagossomos: são vesículas que se formam pela fagocitose. No seu interior contém partículas fagocitadas do meio extracelular. Lisossomo 1º: são vesículas liberadas do Golgi que ainda não estão participando da digestão celular. Os lisossomos contêm apenas enzimas no seu interior. Lisossomo 2º: é o resultado da fusão do lisossomo 1º com o fagossomo. Corpo residual: é formado p/ resto do material não digerido pelo lisossomo. Pode ser eliminado pelo citoplasma ou acumulado no mesmo. →lipofuscina: pigmento formado pelo resíduo não digerido, que acumula no citoplasma de algumas células como os neurônios e células musculares cardíacas. Autofagossomo: são lisossomos 2º que englobaram organelas ou parte do citoplasma da própria célula. São abundantes em células em atrofia. Ex: células prostáticas de animais castrados e células glandulares que acumularam excesso de secreção. Heterofagossomo: são lisossomos 2º que englobaram partículas oriundas do meio externo. Identifique as estruturas deste desenho

Fig. 2.27 Funções dos lisossomos. As enzimas para os lisossomos são sintetizadas no retículo endoplasmático rugoso (RER) e empacotadas no aparelho de Golgi. Nos heterofagossomos bactérias fagocitadas estão sendo atacadas e os autofagossomos mostram a digestão de retículo endoplasmático rugoso e mitocôndrias. Autofagossomos e heterofagossomos são lisossomos secundários. As moléculas resultantes da digestão geralmente são excretadas, porém algumas vezes o lisossomo secundário origina corpos residuais, contendo restos de material não digerido. Em algumas células, como os osteoclastos dos ossos, as enzimas dos lisossomos são secretadas para o ambiente extracelular.

Funções dos lisossomos Digestão intracitoplasmática de material incorporado pelas células.

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Participam da autólise ou degeneração post mortem. Renovação das organelas celulares através da digestão intracitoplasmática de organelas defeituosas ou desnecessárias. PEROXISSOMOS São organelas esféricas (vesículas), limitadas por membrana contendo em seu interior enzimas oxidantes. Medem entre 0,5 a 1,2 µm de diâmetro. Como as mitocôndrias os peroxissomos utilizam grande quantidade de oxigênio porém não para sintetizar ATP, mas para oxidar substratos orgânicos, retirando átomo de H e combinando-os com o oxigênio. Essa reação produz o peróxido de hidrogênio (H2 O2.), substância oxidante prejudicial à célula, que é imediatamente eliminada pela enzima catalase presentes nos peroxissomos. A oxidação dos ácidos graxos, moléculas importantes como combustível para as células, é realizada nos peroxissomos e nas mitocôndrias. A oxidação do acido graxo resulta numa molécula chamada Acetil Coenzima A que é exportada dos peroxissomos para o citoplasma celular. Esta molécula é utilizada em varias reações de síntese e podem penetrar nas mitocôndrias e serem utilizadas na síntese de energia durante a respiração celular. As enzimas mais abundantes nos peroxissomos As enzimas do peroxissomo , catalase, urato oxidase e D-aminoácido oxidase, são sintetizadas pelos ribossomos livres no citossol. Além disso, a catalase quebra o peróxido de hidrogênio (H2

O2) em água (H2O) e oxigênio (O2) na seguinte reação: 2 H2 O2 + catalase → 2 H2O + O2

A catalase utiliza oxigênio do peróxido de hidrogênio para oxidar diversos substratos orgânicos Funções dos peroxissomos -Síntese de ácidos biliares e de colesterol, no fígado. -Responsáveis pelo processo de desintoxicação: através da catalase muitas moléculas tóxicas como medicamentos, drogas e álcool são metabolizadas principalmente no fígado e rins. -Oxidação dos ácidos graxos: a oxidação do ácido graxo é realizada nos peroxissomos e também nas mitocôndrias, liberando Acetil-CoA. Este composto utilizado em várias reações de síntese é exportado dos peroxissomos para o citossol e pode penetrar nas mitocôndrias para fornecer ATP. -Os peroxissomos formam o vacúolo digestivo: eliminação de organelas. Aplicação clinica A atividade da catalase é importante do ponto de vista médico, porque muitas moléculas tóxicas, como drogas ilícitas e medicamentosas são oxidadas principalmente nos peroxissomos do fígado e dos rins. Aproximadamente 50% do álcool etílico ingerido é transformado em aldeído acético pelos poroxissomos desses órgãos. Muitos distúrbios são devidos a defeitos nas proteínas dos peroxissomos, pois essa organela participa de diversas vias metabólicas. Um distúrbio mais comum é a adrenoleucodistrofia ligada ao cromossomo X. nesta síndrome existe um defeito na proteína integral de membrana do peroxissomo, que participa do transporte de ácidos graxos para dentro dessa organela, onde sofreriam oxidação. Isso gera um acumulo de acido graxo nos líquidos do organismo que

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acarreta na destruição da bainha de mielina do tecido nervoso, causando sintomas neurológicos graves. A deficiência em enzimas do peroxissomos causa a síndrome de Zellweger, que é fatal, com perturbações musculares graves, lesões no fígado e nos rins alem de desorganização do sistema nervoso central e periférico.

CENTRÍOLOS Os centríolos são organelas não membranosas compostas por microtúbulos cuja estrutura apresenta uma organização composta por nove tríades de microtúbulos unidas formando um tubo. Os centríolos apresentam um total de 27 microtúbulos. Centrossomo é a região próxima ao núcleo e complexo de Golgi onde ficam os centríolos. As células normalmente apresentam um par de centríolos e quando não estão em processo de divisão. Quando não estão em divisão, as células estão em interfase e na subfase S da interfase os cromossomos e os centríolos se duplicam para que a célula possa entrar em divisão. Uma célula na fase S da interfase possui assim, 2 pares de centríolos. Durante a mitose cada par de centríolos se desloca para um pólo da célula e se torna um centro organizador do fuso mitótico.