Biologia Celular
Profa Carla Sobral
Biologia
Ramo das ciências naturais que estuda
os seres vivos.
Biologia é a ciência que estuda a vida
• O estudo da vida vai da escala
microscópica das moléculas e células que
constituem os organismos à escala global
de todos os seres vivos do planeta.
Níveis de Organização dos Seres Vivos
CÉLULA
TECIDO
ÓRGÃO SISTEMA
ORGANISMO POPULAÇÃO COMUNIDADE ECOSSISTEMA
BIOSFERA
Célula
• Considerando-se a hierarquia estrutural da vida, a célula é considerada como o nível organizacional mais baixo que é capaz de executar todas as atividades para a vida.
• A célula é a unidade morfofisiológica dos seres vivos.
• Morfofisiologia – estuda o funcionamento
macro e micro da célula e sua composição.
Os ecossistemas
• A vida não existe em um vácuo. Cada
organismo interage continuamente com o
ambiente, que inclui outros organismos e
fatores abióticos.
As células possuem informação que é herdável
• As células apresentam uma molécula chamada de DNA que é a substância dos genes (unidades da herança que transmitem as informações dos parentais à descendência).
DNA é o material genético dos seres vivos
• A estrutura molecular do DNA é formada por duas longas cadeias antiparalelas chamadas de dupla-hélice. As cadeias são formadas por nucleotídeos.
Existem duas formas principais de células
• Todas as células compartilham certas características. Por exemplo, cada célula é envolta por uma membrana que regula a passagem de materiais entre as células ou suas “vizinhanças”.
• Toda célula usa o DNA como informação genética.
• Duas formas de células podem ser distinguidas: as células procariotas e as células eucariotas.
OBSERVAR
CARACTERISTICAS
Teoria celular
1.Célula é a unidade morfofisiológico do ser vivo.
(Schleinden e Schwann – 1830).
2. Cada animal aparece como uma soma de unidades vitais, cada uma das quais leva em suas características completas da vida.
A principal consequência dessa teoria foi a descoberta de que uma célula se origina de outra preexistente e dá origem a outras,explicando o fenômeno da perpetuação da espécie (Virchow 1858).
A Descoberta da Constituição dos seres Vivos
• Robert Hooke, Cientista Inglês (1635-1703)
• Imagem da cortiça observada ao microscópio.
…Pude aperceber-me, claramente, que esta era toda perfurada e porosa, assemelhando-se a um favo de mel … Esses poros ou células consistiam num grande número de pequenas caixas ….
• Microscópio e o sistema de iluminação aumentava a imagem 270 X
Microscópio óptico de Hooke
Microscópio óptico vulgar
O Microscópio
Instrumento óptico com a capacidade de ampliar a imagem.
• Microscópio óptico (até 2000 vezes);
• Microscópio eletrônico (até 100 milhões de vezes);
Constituição do microscópio óptico
Vírus: seres acelulares
Celulares
• Os seres vivos formados por células podem ser organizados em:
– Unicelulares: Seres vivos formados por uma única célula. Ex: bactérias, algas e protozoários.
Celulares
• Seres multicelulares ou pluricelulares: seres vivos formados por muitas células. Ex: animais e vegetais.
Formas das células
Esféricas
Fusiformes (alongadas) Discóides
Estreladas
• As células adaptam-se a uma função específica Morfologia da Célula
As células nervosas são estreladas, para transmitir mensagens em várias direções.
As células musculares são alongadas para poderem contrair e distender.
Organização das células num ser pluricelular
As células idênticas reúnem-se em tecidos.
Os tecidos agrupam-se e formam os órgãos.
Os órgãos agrupam-se para realizar uma tarefa específica e formam o sistema.
O conjunto de todos os sistemas formam o organismo.
Organização das células
e dos seres vivos
Quanto a organização estrutural:
• Procariotos:
1. Possuem organização simples;
2. O material genético se encontra disperso; no citoplasma;
3. Não possui núcleo definido (nucleóide);
4. Não possui carioteca.
Procariontes
• Procariontes:
- menores (bactérias)
- DNA sem envoltório e sem histonas
- DNA + as histonas (proteínas) formam
nucleossoma. Têm um papel importante na regulação dos genes. São encontradas no núcleo das células eucarióticas.
- organelas sem membranas
Quanto a organização estrutural:
• Eucariotos:
1. Possuem várias organelas citoplasmáticas;
2. Mais complexas;
3. Possuem o núcleo organizado;
4. Possuem carioteca: membrana que delimita
o material genético.
Célula eucariota
• Célula eucariótica Animal
Eucariontes
Eucariontes
• DNA contido em um compartimento separado, o núcleo, delimitado por uma membrana de dupla camada.
• Possui uma variedade de organelas.
Mitocôndrias
Retículo endoplasmático Aparelho de Golgi
Citoesqueleto Outros
Composição celular
Compostos orgânicos Compostos inorgânicos
Carboidratos Lipídios
Proteínas Vitaminas
Ácidos nucléicos (DNA e RNA)
Água – 75 a 85%
Sais minerais – 2 a 3%
Diferenciação celular
• Resulta da expressão diferencial
de genes que ocorre no
desenvolvimento dos seres
multicelulares.
Diferenciação celular
Alterações das propriedades físicas e funcionais da célula à medida que proliferam no embrião para formar as diferentes estruturas corporais.
Diferenciação celular – Tecido epitelial
• O processo de diferenciação ou maturação celular é um estágio de especialização e geralmente atinge um ponto final com função e estruturas estabilizadas.
Desdiferenciação
• A diferenciação retrógrada (desdiferenciação) ocorre quando uma célula segue uma direção oposta da maturação celular normal e retorna à sua forma embrionária.
– Ativação anômala de genes celulares que controlam o crescimento e a mitose (oncogenes).
• Animais transgênicos
• Plantas transgênicas
• Biotecnologia: fusão de células vegetais gerando uma nova planta
• Controle de doenças
Aplicações da Biologia Celular e
Molecular
Pesquisas na área humana
Estruturas das células
• Basicamente uma célula é formada por três partes:
– Membrana: “capa” que envolve a célula;
– Citoplasma: região que fica entre a membrana e o núcleo;
– Núcleo: estrutura que controla as atividades celulares.
Membrana Plasmática
Membrana Citoplasmática- Membrana celular - Plasmalema
O envoltório celular presente em todos os tipos de células é a membrana plasmática.
Envoltórios Celulares - Membrana
Membrana plasmática- encontrada em todas as células. A membrana celular é semelhante em todos os organismo.
Parede Celular- encontrada nas bactérias e cianobactérias, nas células de alguns protistas, nos fungos em os vegetais. Ausente nas células animais.
Célula animal
Membrana celular
A fluidez da bicamada lipídica permite a movimentação das moléculas de lipídios e
proteínas.
Membrana plasmática
• Conceito- é uma película delgada e elástica que envolve todas as células, revestindo-as e separando-as do meio externo, realizando a contenção do citoplasma e controlando o intercâmbio de substâncias entre a célula e o meio extracelular.
Funções
Proteção
Permeabilidade Seletiva
Composição Química
Lipídeos
Proteínas
Propriedades
Elasticidade
Regeneração
MEMBRANA PLASMÁTICA
Proteínas
Lipídeos
O MODELO DA MEMBRANA PLASMÁTICA É DENOMINADO MOSAICO FLUÍDO PORQUE AS MOLÉCULAS DE PROTEÍNAS NÃO ESTÃO FIXAS E SIM MERGU- LHADAS ENTRE AS MOLÉCULAS DE FOSFOLIPIDIOS. ESSE MODELO FOI PROPOSTO POR SINGER E NICHOLSON
MEMBRANA PLASMÁTICA
glicocálix
A MEMBRANA POSSUI UMA PORÇÃO HIDROFÍLICA QUE CORRESPONDE ÀS CAMADAS EXTERNAS DE LIPÍDEOS E UMA PORÇÃO HIDROFÓBICA, CORRESPONDENTE À CAMADA INTERNA DA MEMBRANA.
HIDROFOBIA HIDROFILIA
• Quimicamente essa membrana é lipoprotéica, formada principalmente por fosfolipídios e proteínas, nos animais também o colesterol.
• Funciona como uma barreira seletiva facilitando ou dificultando a entrada de substâncias que interessam à célula.
Hidrofílicas - dissolvem na água Hidrofóbicas - não se dissolvem na
• Modelo de estrutura da membrana plasmática aceito atualmente foi proposto em 1972 por Singer e Nicolson, e denomina-se modelo do mosaico fluido.
• Este modelo propõe que a membrana é composta por três tipos de moléculas: lipídios (fosfolipídios e colesterol), proteínas (globulares) e uma pequena fração de glicídios.
• Nas células animais os glicídios podem estar aderido a proteínas e a lipídios, formando os glicolipídios e as glicoproteínas, que juntas formam o glicocálix, que protege, recepta substâncias e dá certas características à célula.
Hidrofílicas= dissolvem na água
Hidrofóbicas não se dissolvem na água
(Glicocálix)*
Revestimento celular
Bicamada lipídica
*
• Principais tipos de lipídios das membranas celulares são os fosfolipídios, o colesterol e o glicolipídio. Todos esses tipos de lipídios apresentam porções de suas moléculas com afinidade diferencial em relação à água.
• Uma parte da molécula é hidrofílica (“gosta” de água) e outra é hidrofóbica (“não gosta” da água). Devido a essas propriedades, quando essas moléculas estão completamente envoltas por água, dispõem-se naturalmente em duas camadas, de modo a ficarem com a água, e a parte hidrofóbica para dentro.
• Glicocálix (glico=açúcar; calix= envoltório) é um envoltório externo à membrana e ocorre nas células animais e alguns protistas, como as amebas.
• Composto de moléculas de açúcar associadas aos fosfolipídios e ás proteínas dessa membrana.
• Funções: proteção a superfície celular contra lesões mecânicas e químicas; adesão entre as células e ao reconhecimento célula a célula (no caso do espermatozoide e o ovócito).
NÃO GASTA ENERGIA
GRANDES MOLÉCULAS GASTA
ENERGIA
Passivo Ativo Quantidade
TRANSPORTES
MEMBRANA PLASMÁTICA
Transporte através da Membrana
Os processos de troca na célula podem ser agrupados em 3 categorias:
• Processos passivos: ocorrem sem gasto de energia (difusão, osmose e difusão facilitada);
• Processos ativos: ocorrem com gasto de energia (bomba de sódio (Na) e potássio (k));
• Processos mediados por vesículas: ocorrem quando vesículas são
utilizadas para a entrada de partículas ou organismos na célula, ou para a eliminação de substâncias da célula.
Quando ocorre entrada – ENDOCITOSE (fagocitose e pinocitose);
saída - EXOCITOSE ou CLASMOCITOSE
Difusão
• Corresponde ao movimento de partículas do local em que elas estão mais concentradas para onde estão menos concentradas. Através da MP das células, há difusão de pequenas moléculas, como O2 e o CO2.
1. Difusão simples:
• Fluxo espontâneo de partículas, de uma região onde a concentração de uma determinada partícula é maior para outra onde a concentração é menor.
Ex.: entrada de oxigênio em nossas células e a saída de gás carbônico.
DIFUSÃO SIMPLES: OCORRE QUANDO UMA SUBSTÂNCIA PASSA DO MEIO ONDE ELA ESTÁ EM MAIOR CONCENTRAÇÃO PARA UM MEIO ONDE ELA SE
ENCONTRA EM MENOR CONCENTRAÇÃO, PORTANTO A FAVOR DE UM GRADIENTE DE CONCENTRAÇÃO, SEM GASTO DE ENERGIA.
MEMBRANA PLASMÁTICA
ÁGUA SACAROSE
Solução A Solução B
Difusão simples
FONTE: http://www.afh.bio.br/nervoso/nervoso1.asp O2
Co2
+
+
Difusão facilitada
• É a passagem de substâncias de um meio mais concentrado para um meio menos concentrado com o auxílio de um carregador. Ex.: a glicose necessita de insulina para entrar nas células do fígado (hepatócitos).
• Moléculas pequenas entram por difusão simples na célula. A entrada de moléculas um pouco maiores depende de proteínas que se abrem e fecham ou de proteínas com "canais" que facilitam a passagem. Não há gasto de energia, uma vez que as moléculas movem-se sempre de maior para as de menor concentração.
Difusão facilitada
Permease
A molécula do soluto liga-se nos sítios ligantes da permease que se deforma e libera o soluto no outro lado da membrana.
G L I C O S E RECONHECIMENTO
M.P
LIBERAÇÃO
MEMBRANA PLASMÁTICA
CAPTURA
M.P M.P
TRANSLOCAÇÃO Glicose
M.P Permease
DIFUSÃO FACILITADA: É A PASSAGEM DE SUBSTÂNCIAS ATRAVÉS DA MEMBRANA PLASMÁTICA COM A AJUDA DE FACILITADORES, TAMBÉM CHAMADOS DE CARREADORES DE MEMBRANA OU PERMEASES (ENZIMAS)
Difusão Facilitada
Fonte: http://www.universitario.com.br/celo/aulas/Transp_celular/transp_celular.ppt#13
Difusão facilitada
• É um tipo de transporte que obedece às leis da difusão, mas que depende da participação de proteínas especiais da membrana, denominadas permeases. Essas proteínas, que se movimentam em "giros" na estrutura da membrana, recolhem substâncias no meio extracelular, levando-as para o meio intracelular.
• Ex.: transporte de açúcares simples e aminoácidos, como no esquema.
Difusão facilitada - além de ser um transporte a favor do gradiente de concentração, tem o auxílio de proteínas transportadoras ou carregadoras chamadas de permeases. As glicoses são pouco solúveis em lipídeos. Em condições normais, no entanto, atravessam a matriz lipídica com relativa facilidade. Isso se deve à presença de carregadores.
Solução:
• SOLUÇÃO SOLVENTE + SOLUTO.
SOLUÇÃO ( ÁGUA ) + ( Qq SUBSTÂNCIA )
Ex.: NaCl ( sal de cozinha )
Tipos de soluções:
• S. HIPERTÔNICA: A concentração do soluto é maior que a concentração de solvente.
• S. ISOTÔNICA: A concentração do soluto é igual que a concentração de solvente.
• S. HIPOTÔNICA: A concentração do soluto é menor que a concentração de solvente.
Quando duas concentrações têm a mesma concentração = ISOTÔNICAS OU ISOSMÓTICAS.
Quando as concentrações são diferentes, a solução + concentrada é chamada hipertônica ou hiperosmótica, e a – concentrada hipotônica ou hiposmótica.
1L 1G OSE
1L 3G OSE
A B
1L 2G OSE
1L 2G OSE
C D
ISO ISO
HIPO HIPER
Osmose
• É um caso particular de difusão através de membranas, onde há passagem apenas de solvente da solução menos concentrada (maior número de moléculas de água) para a mais concentrada (menor número de moléculas de água).
• Meio hipotônico- soluções menos concentradas que o citoplasma.
• Meio hipertônico- soluções mais concentradas que o citoplasma.
• Meio isotônico- o meio que circunda a célula tem concentração do soluto equivalente a do líquido citoplasmático.
Meio Hipotônico:
Quando uma célula animal, como por exemplo uma hemácia humana, é colocada em uma solução hipotônica em relação ao seu citoplasma (ex: sol.
NaCl 0,1%), ocorre entrada de água na célula com aumento do volume celular, levando ao rompimento da membrana plasmática. Esse fenômeno é denominado plasmoptise.
Obs.: No caso especial da hemácia, a plasmoptise recebe o nome de hemólise.
Meio Hipertônico:
Quando células animais (hemácias, por exemplo) são colocadas em soluções hipertônicas, ocorre perda de água com redução de volume e murchamento celular. Esse fenômeno recebe o nome de plasmólise.
Osmose
A
Solução hipo
B
Solução hiper
Água pura
Exemplos práticos:
• Quando uma célula é mergulhada numa solução hipertônica, perde água.
Esse processo se chama PLASMÓLISE( murcha ).
• Quando a célula é retirada desta solução e colocada numa solução HIPOTÔNICA, num primeiro instante volta a sua condição original, num processo chamado DEPLASMÓLISE.
• A célula então é mantida nesta solução e ganha aumento de volume, num processo chamado TURGÊNCIA (incha ), caso continue nesta solução a membrana plasmática irá se romper por excesso de água, num processo que se chama PLASMOPTISE.
• Células vegetais não sofrem plasmoptise em função da parede celular.
Obs.: A plasmólise de hemácias recebe o nome especial de crenação.
Hiper-perde água Iso- equilíbrio
Hemólise
Cheia de água Plasmólise –perde H2O Desplasmólise
Transporte ativo
• Ocorre contra o gradiente de concentração.
• É feito por proteínas transmembrana chamadas ATPases ou BOMBAS. Quebram ATP e liberam energia.
• Transporta sempre íons e moléculas polares.
• ATPaes são específicas. Ex. Bomba de Na+; bomba de Ca++...
ATP: energia para a célula realizar trabalho
A energia de que a célula dispõe é sintetizada por ela mesma, armazenada na forma de uma molécula chamada andenosina trifostato (ATP). Ela é o resultado de processos bioquímicos em que a célula, utilizando-se de uma fonte, os nutrientes, produz sua própria energia.
Assim, ATP é sinônimo de energia celular. Por isso, podemos dizer que o transporte através da membrana celular ocorre com ou sem gasto de ATP.
Bomba de sódio e potássio = com gasto
de energia.
Numa célula, como por exemplo um neurônio, a concentração de íons Na no meio extracelular é significativamente maior que a concentração desses íons no meio intracelular. Inversamente, a concentração de íons K no meio intracelular é muito maior em relação ao meio extracelular. Assim, existe uma forte tendência de penetração de íons. Na célula e de saída de K para o meio externo por difusão simples, visando equilibrar as concentrações. No entanto, todos os íons Na que entram na célula são "bombeados" para o meio extracelular, da mesma forma que os íons K que saem da célula são
"bombeados" para o meio intracelular. Em ambos os casos, o transporte iônico dá-se contra um gradiente de concentração, resultando em gasto de energia pela célula.
Transporte Ativo
Bomba de Na++ e K+
Exemplo de transporte ativo
BOMBA DE SÓDIO E POTÁSSIO
FONTE: www.octopus.furg.br/ensino/anima/atpase/NaKATPase.html
Transporte em bloco
• Representa o englobamento ou eliminação de macromoléculas ou partículas maiores que não conseguem atravessar a membrana plasmática por nenhum dos mecanismos já estudados. Em função do sentido no qual as partículas são transportadas, temos dois tipos de transporte em bloco: a endocitose e a exocitose.
• Endocitose: É o transporte de partículas ou macromoléculas por englobamento, ou seja, do meio extracelular para o meio intracelular. Existem dois tipos de endocitose:
MEMBRANA PLASMÁTICA
TRASPORTE EM
QUANTIDADE
ENDOCITOSE
EXOCITOSE
FAGOCITOSE
PINOCITOSE
CLASMOCITOSE GRANDES
MOLÉCULAS
ENGLOBAMENTO
ELIMINAÇÃO RESÍDUOS LÍQUIDOS
SÓLIDOS
MEMBRANA PLASMÁTICA
Partícula sólida
FAGOCITOSE: É O ENGLOBAMENTO DE PARTÍCULAS SÓLIDAS PELA CÉLULA
A PARTÍCULA ENGLOBADA SERÁ, POSTERIORMENTE, DIGERIDA PELOS LISOSSOMOS Fagossomo
Lisossomos Pseudópodes
Fagocitose
• Neste processo, a célula engloba partículas sólidas relativamente grandes. A célula, entrando em contanto com a partícula, emite pseudópodes que englobam, formando um vacúolo alimentar (fagossomo).
• A fagocitose é observada principalmente em células isoladas, como amebas e glóbulos brancos. No caso da ameba, trata-se de um processo nutritivo; no caso dos glóbulos brancos, é um prcesso de defesa contra bactérias que invadem o organismo.
Pinocitose
• É um processo mais delicado do que a fagocitose sendo difícil sua observação ao microscópio óptico. Partículas líquidas muito pequenas são capturadas por esse processo.
• A membrana plasmática, na região de contato com a partícula, se invagina, aprofundando-se no interior do citoplasma; forma-se um canal. Por fim, a partícula envolvida por um pedaço de membrana solta-se, formando um vesícula de pinocitose ou pinossomo.
• É provável que a maioria das células seja capaz de realizar a pinocitose; esse processo é então geral, enquanto a fagocitose se restringe apenas a alguns tipos de células.
MEMBRANA PLASMÁTICA
Canal de pinocitose Partícula líquida
pinossomo
PINOCITOSE: É O ENGLOBAMENTO DE PARTÍCULAS LÍQUIDAS PELA CÉLULA
A PARTÍCULA ENGLOBADA SERÁ, POSTERIORMENTE, DIGERIDA PELOS LISOSSOMOS
MEMBRANA PLASMÁTICA
RESÍDUOS Vacúolo resídual
CLASMOCITOSE: É A ELIMINAÇÃO DE RESÍDUOS DA DIGESTÃO CELULAR
EXOCITOSE
RESUMO
DIFUSÃO SIMPLES
MEMBRANA PLASMÁTICA
M.P
S U B S T Â N C I A S
MEIO MEIO
]
[ [ ]
RESUMO
TRANSPORTE ATIVO
MEMBRANA PLASMÁTICA
M.P
S U B S T Â N C I A S
MEIO
] [
MEIO
] [
RESUMO
DIFUSÃO FACILITADA
MEMBRANA PLASMÁTICA
M.P
M O L É C U L A S
PERMEASE
MEIO INTERNO MEIO EXTERNO
SÓLIDOS FAGOCITOSE
LÍQUIDOS PINOCITOSE
RESÍDUOS CLASMOCITOSE TRANSPORTE EM QUANTIDADE
RESUMO
MEMBRANA PLASMÁTICA
Especializações da membrana ou Diferenciações de Membrana
Microvilosidades Plasmodesmos
Desmossomos
Interdigitações
Cílios e flagelos
1-MICROVILOSIDADES
São especializações da membrana em que, em que um pequeno espaço, a superfície é capaz de absorver muito mais substâncias em um tempo menor; ou projeções (evaginações) da membrana, formando um número enorme de finos prolongamentos celulares em forma de dedo de luva. Ex: célula intestinal pode apresentar até 3000 microvilosidades.
AUMENTAM A SUPERFÍCIE DE ABSORÇAO DE ÁGUA NOS TÚBULOS
RENAIS
INVAGINAÇÕES DE BASE
ENCONTRADAS NO EPITÉLIO DE REVESTIMENTO DO INTESTINO ONDE
AUMENTAM A SUPERFÍCIE DE ABSORÇAO DE NUTRIENTES.
MICROVILOSIDADES
ESPECIALIZAÇÕES PARA AUMENTAR A SUPERFÍCIE DE ABSORÇÃO
MEMBRANA PLASMÁTICA
2-DESMOSSOMOS
São pontos de espessamentos nas membranas de células vizinhas. Entre esses espessamentos há uma espécie de cimento, formado de numerosas partículas de glicoproteínas e destinado a firmar a ligação entre as células. A partir dos espessamentos saem as tonofibrilas, que são finos filamentos radiados de natureza protéica. A metade de um desmossomo pertence a uma célula e a outra metade à célula vizinha. Ex: células epiteliais.
Meio extracelular
Desmossomo
Interdigitação
Desmossomo
MEMBRANA PLASMÁTICA
DESMOSSOMOS E INTERDIGITAÇÕES SÃO ENCONTRADOS NO TECIDO EPITELIAL DE
REVESTIMENTO.
ESPECIALIZAÇÕES PARA AUMENTAR A ADERÊNCIA.
3- INTERDIGITAÇÕES
São saliências e reentrâncias da membrana de 2 células vizinha que se encaixam entre si, aumentando a aderência entre elas. Ex: células epiteliais.
4- PLASMODESMOS
São pontes de contato ente células vegetais vizinhas, permitindo a comunicação entre os citoplasmas.
5- CÍLIOS E FLAGELOS
São formações que apresentam na superfície de certas células de invertebrados, de protistas e de organismos superiores, proveniente do alongamento de nove fibrilas ou microtúbulos de centríolo. É comum fazer-se a distinção entre cílios e flagelos pelo número e pela dimensão dos mesmos. Os cílios são curtos e numerosos, enquanto os flagelos são longos e em pequeno número. Ambos tem a participação nos movimentos celulares. Ex: cílios protozoários ciliados (paramecium), flagelos protozoários flagelados, sptz, bactérias, anterezóides...
