UNIDADE 2 COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA CÉLULA
9 ÁCIDOS NUCLEICOS
Os ácidos nucleicos são macromoléculas formadas por uma longa cadeia de nucleotídeos e são de grande importância bioló-gica, uma vez que estão relacionados com o controle da ativida-de celular e com o armazenamento das informações genéticas. As duas formas de ácidos nucleicos encontrados nos seres vivos são o DNA (ácido desoxirribonucleico) e o RNA (ácido ribonucleico).
Cada nucleotídeo é formado por um carboidrato (pentose), uma base nitrogenada (purina ou pirimidina) e um grupo fosfato (PO4H3).
Há duas pentoses que podem formar a estrutura dos ácidos nucleicos: a ribose (C5H10O5) no RNA e a desoxirribose (C5H10O4) no DNA.
As bases nitrogenadas possuem uma estrutura em anel, com átomos de nitrogênio ligados, e podem ser classificadas em puri-nas e pirimidipuri-nas. As puripuri-nas são bases maiores, constituídas por dois anéis e conhecidas por adenina (A) e guanina (G). As pirimidi-nas são bases menores, formadas por dois anéis, e são conhecidas como uracila (U), timina (T) e citosina (C). Observe, na Figura 19, os dois tipos de bases nitrogenadas.
Figura 19 Estrutura básica dos nucleotídeos e suas bases nitrogenadas.
Uma das maiores características do código genético é a uni-versalidade, isto é, todos os seres vivos possuem os mesmos nu-cleotídeos em seu DNA, que são traduzidos em proteínas com di-ferentes funções celulares. A descoberta dessa universalidade foi importante para a engenharia genética, permitindo estabelecer as bases para o início do projeto Genoma Humano, que consiste em identificar a localização e a função dos genes da espécie huma-na, obtendo o nosso mapa genético, podendo, assim, intervir em muitas doenças. Além disso, essas descobertas permitiram o de-senvolvimento de técnicas para a produção de clones, dos quais a mais conhecida é a ovelha Dolly.
Há grandes diferenças entre o DNA e o RNA, não só fun-cionais como também estruturais. No RNA, a pentose é a ribose, enquanto, no DNA, é a desoxirribose, que contém um oxigênio a menos que a ribose. As bases purínicas do DNA são a adenina (A) e guanina (G), e as pirimidínicas são a citosina (C) e timina (T). Po-rém, no RNA, embora as purínicas sejam as mesmas do DNA (ade-nina e gua(ade-nina), nas pirimidínicas a timina (T) é substituída pela uracila (U).
Ainda com relação à sua estrutura, o DNA apresenta duas cadeias de ácidos nucleicos, em forma helicoidal, formando,
as-sim, uma dupla hélice, unidas entre si por pontes de hidrogênio entre os pares de bases nitrogenadas, sendo sempre A-T, T-A, C-G e G-C. O DNA encontrado no núcleo celular é o responsável pelo armazenamento e pela transmissão das informações genéticas.
Além disso, apresenta uma importante capacidade de se duplicar, formando cópias idênticas de si mesmo.
A duplicação do DNA é do tipo semiconservativo, isto é, me-tade da molécula-mãe é conservada nas moléculas-filhas. O mo-delo da duplicação semiconservativa foi descrito por Watson e Crick (1953), no qual afirmavam que, durante a duplicação, cada uma das duas cadeias da molécula de DNA serviria como um mol-de para a construção mol-de uma nova camol-deia complementar. Dessa forma, uma molécula de DNA, ao se duplicar, produziria duas mo-léculas-filhas idênticas, de forma que cada uma delas contém uma das cadeias da molécula-mãe original e uma nova cadeia, recém-sintetizada (Figura 20).
Figura 20 Duplicação semiconservativa.
O RNA é geralmente encontrado na forma de fita simples, porém, pode apresentar regiões com bases complementares, liga-das por pontes de hidrogênio, formando pares A-U e C-G. O RNA é encontrado principalmente no citoplasma, e sua função na célula é a síntese de proteína.
Existem três tipos de RNAs: o RNA ribossômico (RNAr), o RNA mensageiro (RNAm) e o RNA (RNAt) transportador, depen-dendo de sua localização, forma e função.
Assim, o RNAm é formado por uma única e longa cadeia de RNA, a partir de um filamento de DNA que lhe serve de molde e que foi formado pelo processo de transcrição.
O RNAt também é formado a partir de um molde de DNA, porém mais curto que o RNAm, constituindo-se de uma única ca-deia dobrada sobre si mesma (semelhante a um “trevo de quatro folhas”), cuja função é transportar os aminoácidos para o citoplas-ma da célula e ligar cada um desses aminoácidos em posição cor-reta sobre a molécula de RNAm, durante a síntese de proteínas.
E, por fim, o RNAr é formado a partir do DNA de regiões es-pecíficas de alguns cromossomos, denominadas regiões organiza-doras do nucléolo, sendo os componentes estruturais dos ribos-somos, cuja função é orientar o RNAm, o RNAt e os aminoácidos durante a síntese de proteínas.
Observe, na Figura 21, a estrutura da molécula de DNA e RNA e analise suas diferenças.
Figura 21 Estrutura molecular do DNA e do RNA.
10. QUESTÕES AUTOAVALIATIVAS
Sugerimos que você procure responder, discutir e comentar as questões a seguir que tratam da temática desenvolvida nesta unidade, ou seja, busque compreender quais são as biomoléculas que compõem quimicamente as células, suas funções biológicas e qual a sua importância para nossa sobrevivência e para as ativida-des físicas.
A autoavaliação pode ser uma ferramenta importante para você testar o seu desempenho. Se você encontrar dificuldades em responder a essas questões, procure retornar os conteúdos estu-dados para sanar as suas dúvidas. Esse é o momento ideal para que você faça uma revisão desta unidade. Lembre-se de que, na Educação a Distância, a construção do conhecimento ocorre de forma cooperativa e colaborativa; compartilhe, portanto, as suas descobertas com os seus colegas.
Confira, a seguir, as questões propostas para verificar o seu desempenho no estudo desta unidade:
1) Quais são as principais biomoléculas que compõem a célula?
2) Qual a importância biológica da água?
3) Qual a função do carboidrato e quais são os três grupos encontrados?
4) Quais as funções dos lipídios? Diferencie as três classes de lipídios presentes nas células.
5) Defina proteína e diferencie proteína simples de proteína conjugada.
6) Diferencie os dois tipos de ácidos nucleicos (DNA e RNA).
11. CONSIDERAÇÕES
Nesta unidade, foi feito um breve estudo sobre as principais biomoléculas que compõem as células, que são: água, carboidra-tos, lipídios, proteínas e ácidos nucleicos. Essas biomoléculas são
constituídas basicamente por átomos de oxigênio, hidrogênio, car-bono e nitrogênio.
A água é o principal constituinte celular, sendo necessária para todos os processos metabólicos. Os carboidratos são os açú-cares abundantes na natureza e podem ser considerados as prin-cipias fontes de energia a curto prazo utilizada pelas células para realização de funções metabólicas básicas. Os lipídios são as gor-duras, insolúveis em água e solúveis em solventes orgânicos, apre-sentando função estrutural, como componentes das membranas celulares e reserva energética. As proteínas são essenciais à vida, sendo necessárias a todas as funções celulares e podem ser es-truturais ou enzimáticas. Por fim, estudamos que a transmissão das informações genéticas e a síntese de proteínas dependem de biomoléculas denominadas DNA e RNA, respectivamente.
O conhecimento dessas biomoléculas é essencial para a compreensão do funcionamento celular e, consequentemente, do organismo humano.
12. E REFERÊNCIAS
Lista de Figuras
Figura 1 – Molécula da água: disponível em:<http://profs.ccems.pt/olgafranco/10ano/
biomoleculas.htm>.Acesso em: 3 ago. 2010.
Figura 2 – Exemplos das estruturas moleculares dos monossacarídeos glicose, frutose e galactose:disponível em:<http://profs.ccems.pt/OlgaFranco/10ano/biomoleculas.htm>.
Acesso em: 3 ago. 2010.
Figura 3 – Exemplos das estruturas moleculares dos monossacarídeos ribose e da desoxirribose:disponível em:<<http://profs.ccems.pt/OlgaFranco/10ano/biomoleculas.
htm>. Acesso em: 3 ago. 2010.
Figura 4 – Exemplo da estrutura molecular da lactose:disponível em:<http://www.
infoescola.com/bioquimica/dissacarideo/>. Acesso em: 3 ago. 2010.
Figura 5 – Exemplo da estrutura molecular do amido:disponível em:<http://www.
geocities.com/CapeCanaveral/Launchpad/9071/amido1_4.gif>. Acesso em: 3 ago.
2010.
Figura 6 – Exemplo da estrutura molecular do glicogênio:disponível em: <http://www.
bioq.unb.br/htm/aulas2D/deg_glicg.htm>. Acesso em: 3 ago. 2010.
Figura 7 – Exemplo da estrutura molecular da celulose: disponível em:<http://www.
geocities.com/CapeCanaveral/Launchpad/9071/Polissac.html>. Acesso em: 3 ago.
2010.
Figura 8 – Exemplos das estruturas moleculares dos ácidos graxos A) saturados e B) insaturados:disponívelem: <http://profs.ccems.pt/OlgaFranco/10ano/biomoleculas.
htm>. Acesso em: 3 ago. 2010.
Figura 9 – Exemplo da formação da estrutura molecular do triglicerídeo, a partir da ligação de três ácidos graxos e glicerol: disponível em:<http://profs.ccems.pt/
OlgaFranco/10ano/biomoleculas.htm>. Acesso em: 3 ago. 2010.
Figura 11 – Exemplo da formação da dupla camada lipídica feita pelos fosfolipídios:disponível em:<http://cadernodeestudo.blogspot.com/2008_05_01_
archive.html>. Acesso em: 3 ago. 2010.
Figura 12 – Exemplo da estrutura molecular do colesterol: disponível em:<http://www.
colegiosaofrancisco.com.br/alfa/lipidios/lipidios-3.php>. Acesso em: 3 ago. 2010.
Figura 13 – Exemplo da estrutura de um aminoácido: disponível em:<http://profs.
ccems.pt/OlgaFranco/10ano/biomoleculas.htm>. Acesso em: 3 ago. 2010.
Figura 14 – Exemplo da estrutura de um aminoácido: disponível em:<http://profs.
ccems.pt/OlgaFranco/10ano/biomoleculas.htm>. Acesso em: 3 ago. 2010.
Figura 15 – Exemplo da estrutura primária da proteína: disponível em:<http://profs.
ccems.pt/OlgaFranco/10ano/biomoleculas.htm>. Acesso em: 3 ago. 2010.
Figura 16 – Exemplo da estrutura secundária da proteína, g-hélice(a) e folha pregueada (b): disponível em:<http://cftc.cii.fc.ul.pt/PRISMA/capitulos/capitulo4/modulo4/
topico1.php>. Acesso em: 3 ago. 2010.
Figura 17 – Exemplo da estrutura terciária da proteína:disponível em:<http://
portalsaofrancisco.com.br/alfa/aminoacido/proteinas5.php>. Acesso em: 3 ago. 2010.
Figura 18 – Exemplo da estrutura quaternária da proteína:disponível em:<http://
portalsaofrancisco.com.br/alfa/aminoacido/proteinas5.php>. Acesso em: 3 ago. 2010.
Figura 19 – Estrutura básica dos nucleotídeos e suas bases nitrogenadas:disponível em:<http://profs.ccems.pt/OlgaFranco/10ano/biomoleculas.htm>. Acesso em: 3 ago.
2010.
Figura 20 – Duplicação semiconservativa: disponível em: <http://profs.ccems.pt/
OlgaFranco/10ano/biomoleculas.htm>. Acesso em 3 ago. 2010.
Figura 21 – Estrutura molecular do DNA e do RNA: disponível em:<http://images1.
clinicaltools.com/images/gene/rna2.jpg>. Acesso em: 3 ago. 2010.
13. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ALBERTS, B. et al.Fundamentos da Biologia Celular. 2. ed. São Paulo: Artmed, 2007.
DE ROBERTIS, E. D. P.; ANDRADE, C. G. T. J. Bases da biologia celular e molecular. 2. ed.
Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 1993.
JUNQUEIRA, L. C.; CARNEIRO, J. Biologia celular e molecular. 8. ed. Rio de Janeiro:
Guanabara, 2005.
EA D
Morfologia Celular
3
1. OBJETIVOS
• Compreender os compartimentos estruturais das células eucarióticas.
• Distinguir a membrana plasmática e o núcleo.
• Identificar as organelas celulares.
• Conhecer as funções e a interligação das organelas celulares.
2. CONTEÚDOS
• Sistemas de membranas citoplasmáticas.
• Tipos de transporte entre a membrana plasmática.
• Mitocôndrio.
• Núcleo.
• Ciclo de divisão celular e meiose.
3. ORIENTAÇÕES PARA O ESTUDO DA UNIDADE
Antes de iniciar o estudo desta unidade, é importante que
1) Durante o estudo desta unidade, conforme for avançan-do nos conhecimentos, tente construir o mapa conceitu-al dos conteúdos apresentados.
2) Procure realizar as reflexões sugeridas durante a unidade.
Faça seu cronograma de estudo e não se apresse em pros-seguir. Afinal, as reflexões são importantes para possibili-tar que você se envolva por inteiro na aprendizagem.
3) Tente descrever as funções de todas as organelas para o funcionamento celular. Pense em como elas trabalham no repouso e durante uma atividade física.
4) Pesquise em livros e na internet a importância das mi-tocôndrias para o metabolismo celular e como elas fun-cionam durante uma atividade física. Estude, também, sobre a membrana plasmática e a importância do trans-porte transmembrana.
5) Complete seu conhecimento utilizando as bibliografias indicadas e artigos da internet. Tenha seu material di-dático sempre à mão, responda às questões avaliativas no final da unidade e não se esqueça de solucionar suas dúvidas com seu tutor.
6) Para a construção do seu conhecimento é necessário que os conceitos apresentados sejam bem compreen-didos e analisados. Portanto, não deixe dúvidas para trás, recorra sempre ao seu tutor. Ele vai orientá-lo so-bre como superar suas dificuldades e, assim, realizar um bom curso a distância.
7) Os eventos da mitose descritos nesta unidade são ape-nas um breve resumo. Contudo, você pode estudar me-lhor essas etapas no livro: DE ROBERTIS, E. D. P. Biologia celular e molecular. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2003, p. 324-337.
4. INTRODUÇÃO À UNIDADE
Nas unidades anteriores, foi possível conhecer os tipos ce-lulares básicos e as principais biomoléculas que constituem as cé-lulas eucarióticas. Todo esse conhecimento será importante para que agora você possa entender o funcionamento da célula.
Nesta unidade, estudaremos a composição dos comparti-mentos celulares das células eucarióticas animais, aos quais cham-amos de organelas celulares, assim como suas principais funções e interdependência.
Esperamos que, ao final deste estudo, você seja capaz de identificar os componentes da célula eucariótica animal com suas respectivas funções e, assim, possa apropriar-se desse conheci-mento para o ensino dos esportes individuais e coletivos sob uma perspectiva voltada para a construção de um repertório de ações esportivas que possibilite aos seus futuros educandos participa-rem das diferentes modalidades esportivas com autonomia e com as competências básicas para esses fins.
Bom estudo!
5. MEMBRANA PLASMÁTICA
Antes de começar nosso estudo, observe atentamente a morfologia da célula eucariótica animal na Figura 1.
Figura 1 Desenho esquemático da célula eucariótica animal.
Vamos iniciar nosso estudo analisando a membrana que en-volve a célula, ou seja, a membrana plasmática.
A membrana plasmática é uma delgada membrana super-ficial que envolve a célula e exerce importantes funções, como:
separar o conteúdo celular do meio extracelular; controlar a pas-sagem de substâncias do meio extracelular para o intracelular e vice-versa (permeabilidade seletiva); regular as interações interce-lulares; responder aos sinais externos; fazer a manutenção da con-stância do meio intracelular e da integridade estrutural da célula e suporte mecânico.
A espessura da membrana plasmática é tão pequena (5 – 10 nanômetros) que é impossível observá-la em microscópio óptico, podendo ser somente observada por microscopia eletrônica. Por-tanto, o que é visualizado pelo microscópio óptico é o limite da célula, e não a membrana plasmática.
Ao ser observada no microscópio eletrônico, a membrana plasmática apresenta uma estrutura constituída por dupla camada de lipídios (fosfolipídios) em posição central, na qual estão fixadas moléculas de proteínas e carboidratos. As proteínas estão inseri-das entre a bicamada lipídica, ao passo que os carboidratos estão voltados apenas para o meio extracelular. Essa organização molec-ular da membrana plasmática é bem dinâmica e foi denominada
"modelo mosaico fluido", sendo o modelo estrutural básico des-sas membranas. Portanto, baseando-se nesse modelo estrutural, podemos dizer que a membrana plasmática é fluida, assimétrica e com permeabilidade seletiva.
A fluidez da membrana plasmática é dada pela dupla camada de lipídios e pelas proteínas. O lipídio constituinte da membrana plasmática é o fosfolipídio. Estudamos na unidade anterior que os fosfolipídios apresentavam uma extremidade com o grupo fosfato (hidrofílico) e a outra extremidade constituída pelos ácidos graxos (hidrofóbicos). Na dupla camada, os grupos fosfatos estão voltados para as superfícies externa e interna da membrana, e as extremi-dades de ácidos graxos dispõem-se em direção interior. Sendo as extremidades dos fosfatos hidrofílicas (ou seja, possuem afinidade com a água) e estando dispostas nas superfícies da membrana, po-dem, desse modo, interagir com o meio aquoso. No entanto, as
ex-tremidades de ácidos graxos são hidrofóbicas (não interagem com a água), formando, assim, uma barreira entre a célula e o meio extracelular. Os fosfolipídios da membrana apresentam movimen-tos laterais, rotacionais e deslocamento da face interna para a face externa da célula ou vice-versa (flip-flop), garantindo a fluidez da membrana plasmática.
A assimetria da membrana deve-se à desigualdade na dis-tribuição de seus componentes moleculares. Essa característica é dada principalmente pelos carboidratos, que só estão presentes na face extracelular da membrana plasmática.
Para melhor compreensão do que foi explicado, observe a estrutura da membrana plasmática na figura a seguir.
Figura 2 Desenho esquemático da estrutura da membrana plasmática.
Composição química da membrana plasmática
A partir de agora, faremos uma explicação rápida das biomoléculas que constituem a membrana plasmática. Nos parágrafos anteriores, falamos que a membrana plasmática é con-stituída de uma dupla camada de lipídios, proteínas e carboidratos presos a esses lipídios. Veremos, a seguir, como são distribuídas essas moléculas.
Lipídios
Os principais componentes lipídicos da membrana plasmáti-ca são os fosfolipídios, os glicolipídios e o colesterol. As funções dos lipídios na membrana plasmática são de compor a sua estru-tura, como já foi explicado, participar do reconhecimento celular e garantir a aderência entre as células na constituição dos tecidos.
Os fosfolipídios formam a dupla camada de lipídios da membrana, garantindo sua estrutura. Os glicolipídios são formados pelos car-boidratos ligados aos lipídios. O colesterol pode ser considerado como o constituinte mais importante da membrana e está inter-calado no interior da bicamada de fosfolipídios. Pode ser consid-erado como uma fortaleza da membrana plasmática, uma vez que diminui a sua permeabilidade. Portanto, quanto maior for a quan-tidade de colesterol, menor será a permeabilidade da membrana plasmática. Observe a disposição dos lipídios na Figura 2.
Proteínas
As proteínas representam o componente funcional mais im-portante das membranas biológicas, sendo imim-portante não só na estrutura da membrana, como também para sua permeabilidade, seja formando canais, seja como transportadora (DE ROBERTIS, 2003). São, também, receptores de sinais e formam as junções ce-lulares para formação dos tecidos. Podemos encontrar na consti-tuição da membrana plasmática dois tipos de proteínas:
• Proteínas integrais, intrínsecas ou transmembrânicas:
são as proteínas que atravessam a bicamada lipídica, projetando-se tanto na superfície externa quanto interna da membrana plasmática. Em alguns casos, elas podem não atravessar totalmente as membranas, porém estabe-lecem fortes ligações com os lipídios. São, em geral, cha-madas de glicoproteínas, pois apresentam carboidratos ligados a elas. Essas proteínas participam do transporte pela membrana constituindo os canais ou transportando moléculas através da membrana.
• Proteínas periféricas ou extrínsecas: são as proteínas lo-calizadas fora da bicamada lipídica e estão ligadas a ela por meio de ligações fracas. Observe, na Figura 2, a dispo-sição das proteínas na membrana.
Carboidratos
Os carboidratos da membrana plasmática contribuem para sua assimetria, pois todos estão voltados para o meio extracelular.
A maior parte desses carboidratos (90%) está ligada a proteínas, formando as glicoproteínas; o restante está ligado aos lipídios, for-mando glicolipídios. Os carboidratos são importantes nos proces-sos de reconhecimento intercelular, através do glicocálice. O glic-ocálice é um complexo formado pelos carboidratos, glicoproteínas e lipoproteínas presentes na superfície celular, cujas funções, além do reconhecimento celular, são de proteção celular, processos en-zimáticos e modificação da concentração das moléculas presentes na superfície celular, impedindo ou facilitando sua entrada na cé-lula. Observe a disposição dos carboidratos na Figura 2.
Permeabilidade da membrana plasmática e tipos de transporte de moléculas através da membrana plasmática
A permeabilidade das membranas determina quais cias deverão entrar ou sair da célula, sendo muitas dessas substân-cias fundamentais para a manutenção dos processos vitais das cé-lulas ou para a síntese de moléculas. Portanto, podemos dizer que a permeabilidade das membranas celulares é fundamental para o funcionamento e a manutenção do metabolismo celular. Se a substância consegue atravessar a bicamada lipídica, dizemos que a membrana é permeável a ela; porém, se não consegue atraves-sar, dizemos que é impermeável e, assim, dependerá de outros mecanismos para entrar na célula.
O transporte de moléculas através da membrana plasmática pode ser dividido em dois tipos principais: o transporte passivo e o transporte ativo.
1) Transporte passivo: é o tipo de transporte em que não há gasto energético. A molécula passa do meio de maior concentração para o de menor concentração, tendo um caráter decrescente e bidirecional. Pode ser subdividido
1) Transporte passivo: é o tipo de transporte em que não há gasto energético. A molécula passa do meio de maior concentração para o de menor concentração, tendo um caráter decrescente e bidirecional. Pode ser subdividido