Biologia celular

Niveis de organização:
 Procariontes e eucariontes: A principal diferença é
que as células procariontes não possuem
envoltório nuclear.

 Organismos autótrofos e heterótrofos: Os autótrofos utilizam o
processo de fotossíntese para transformar H2O e CO2 em
carboidratos simples. Já os heterótrofos obtém energia dos
carboidratos, gorduras, e das proteínas sintetizadas por
organismos autótrofos.
 A energia contida nessas moléculas é liberada através de
combustão de O2 atmosférico (oxidação) por um processo
denominado respiração aeróbia.
Fótons
Células O2 e glicose
Fotossintetizantes

Células
CO2 e H2O heterótrofas

Organização geral das células procariontes
 Bactérias: A membrana plasmática é circundada por uma
parece celular que serve de proteção mecânica . A membrana
plasmática é uma estrutura lipoproteica que controla a entrada e
saída de elementos, estabelecendo um meio regulado no
protoplasma da bactéria. Nos procariotos os complexos da cadeia
respiratória e os fotossistemas localizam-se na membrana
plasmática.
 No protoplasma encontram-se partículas denominadas
ribossomas compostas de ácido ribonucléico(RNA) e proteínas.
 O protoplasma contém água, íons, outros tipos de RNA,
proteínas estruturais e enzimáticas entre outras estruturas.
 O cromossomo bacteriano é uma molécula de DNA desnudo,
bem pregueado dentro do nucleóide.
 Além do cromossomo algumas bactérias tem o plasmídio(DNA
pequeno e circular) que lhes confere resistência a antibióticos.

 Vírus: Não são considerados células verdadeiras, pois fora da
célula hospedeira os vírus são metabolicamente inertes e até
podem se cristalizar.
 De acordo com o tipo de ácido nucléico que os vírus contém
existem dois tipos de vírus: 1) os que possuem uma molécula de
RNA no cromossomo(ex: vírus da AIDS) 2) os que tem uma
molécula de DNA(ex: bacteriófagos)

Composição Molecular, ultra-estrutural e funcional das
membranas celulares e sua permeabilidade
 Atividades da membrana plasmática:
 Constituem barreiras permeáveis seletivas . Assim impede o
intercâmbio indiscriminado dos componentes.
 Suporte físico para a atividade de enzimas que nela se
encontram. (exemplo: cristas mitocondriais)
 Mediante a formação de vesículas transportadoras tornam
possível o deslocamento de substâncias pelo citoplasma.
 Participa do processo de endocitose e exocitose.
 Possibilita reconhecimento, adesão entre si e com componentes
da matriz extracelular.
 Possui receptores para hormônios, neurotransmissores, fatores
de crescimento, e outros indutores químicos.

 Estrutura das membranas celulares:

 A estrutura básica das membranas corresponde a uma dupla
camada lipídica. Os lipídios fundamentais são fosfolipídios de
tipos distintos e colesterol.
 O fosfolipídio predominante nas membranas celulares é a
fosfatidilcolina. Em seguida nessa ordem estão a
fosfatidiletanolamina, a fosfatidilserina, a esfingomielina, e o
fosfatodilinositol.
 A membrana interna da mitocôndria contém um fosfolipídio
chamado difosfatidilglicerol ou cardiolipina.
 O colesterol é um componente importante nas membranas
celulares porque é anfipático.
 As duas camadas da membrana não são idênticas e por essa
razão são chamadas assimétricas.

 Proteínas da membrana plasmática:
 A seqüência de aminoácidos indica sua função.
 As proteínas são classificadas conforme a sua estrutura:
 Estrutura primária: Linear
 Estrutura secundária: α-hélice β- pregueada
 Estrutura terciária: Globular
 Estrutura quaternária: várias proteínas emaranhadas (exemplo:
hemoglobina)

 As proteínas da membrana são classificadas em periféricas e
integrais.
 As proteínas periféricas encontram-se sobre a face da
membrana, ligadas as cabeças dos fosfolipídios ou a proteínas
integrais por ligações não-covalentes.
 As proteínas integrais encontram-se embutidas na membrana
entre os lipídios da dupla camada.

 Os carboidratos na membrana plasmática se encontram ligados a
lipídios sob forma de glicolipídios ou ligados a proteínas da
membrana sendo chamados de glicoproteínas.
 Os glicolipídios e as glicoproteínas que se localizam na face externa
da membrana plasmática formam uma cobertura chamada
glicocálice. Suas funções são as seguintes:
① Protegem a superfície da célula contra agressões mecânicas e
químicas.
② Presença de ácidos siálicos em muitos oligossacarídeos do
glicocálice torna a carga elétrica na superfície da célula negativa. Isso
atrai cátions do meio extracelular. Essa condição é muito importante
particularmente nas células nervosas e musculares que precisam
incorporar grande quantidade de Na⁺ de fácil disponibilidade
durante a despolarização de suas membranas.
③ São necessários para processos de reconhecimento e adesão celular.

④ Contribuem para o isolamento elétrico do axônio pois a bainha
de mielina possui muitos glicolipídios.
⑤ A especificidade do sistema ABO de grupos sanguíneos é
determinada por certos oligossacarídeos presentes nas
membranas das hemácias.
⑥ Nas células tumorais malignas observa-se alterações em alguns
oligossacarídeos relacionados com recepções de sinais que
controlam as divisões celulares.
⑦ Toxinas produzidas por bactérias e vírus se ligam à superfície da
célula através dos oligossacarídeos.
⑧ Atividade enzimática como por exemplo, as peptidases e
glicosidades (enzimas presentes no glicocálice de células que
revestem o intestino) que servem para degradar proteínas e
carboidratos ingeridos.

Transporte através da membrana
 A passagem de solutos através da membrana pode ser ativa (há
gasto de energia) ou passiva (não há gasto de energia).
 Íons, e moléculas pequenas passam através da membrana
(fenômeno denominado permeabilidade)
 Macromoléculas atravessam a membrana por meio de moléculas
protéicas: translócons, poros, ou vesículas pequenas.
 Gases e moléculas lipossolúveis difundem-se livremente pela
bicamada lipídica.
 Água, uréia e glicerol são moléculas pequenas que também
conseguem passar pela bicamada.
 O transporte passivo dos solutos ocorre por difusão. A difusão é
realizada dos locais de maior concentração de soluto para o local
de menor concentração. Esta diferença é chamada gradiente de
concentração. Se o soluto possui carga elétrica, ainda se move
pelo gradiente de voltagem ou potencial elétrico.
Gradiente de concentração + gradiente de voltagem = gradiente eletroquímico

 Difusão Simples: Ocorre através das duplas camadas
lipídicas. As substâncias que se dissolvem em lipídios atravessam
a zona hidrófoba da membrana com certa facilidade. As
moléculas não polares pequenas (como O₂, CO₂, e N₂)
difundem-se livremente através das duplas camadas lipídicas.
Apesar de serem moléculas polares, o glicerol e a uréia
atravessam facilmente a membrana por serem moléculas
pequenas e não possuem carga elétrica.
 Difusão Facilitada: Ocorre através de canais iônicos ou
permeases. O sentido da difusão é realizado sempre a favor do
gradiente de concentração e voltagem. Os complexos soluto-
canal iônico e soluto-permease mostram características de
especificidade e saturabilidade similares às do complexo enzima-
substrato.

 Canais iônicos: São poros ou túneis hidrófilos que atravessam
membranas, formados por proteínas integrais transmembrana
do tipo passagem múltipla. São altamente seletivos. Os canais
não estão sempre abertos e possuem um dispositivo de abertura e
fechamento: mudança de potencial elétrico da membrana ou
chegada de uma substância indutora. Assim são diferenciados
dois tipos de canais iônicos: ① canais dependentes de voltagem
e ② canais dependentes de ligante.

 Ionóforos: são substâncias que tem a propriedade de se
incorporar as membranas biológicas e aumentar sua
permeabilidade a diversos íons. São conhecidos dois tipos de
ionóforos: os transportadores móveis e os formadores de canais.
Os transportadores móveis aprisionam o íon em um lado da
membrana, englobam-no no interior de suas moléculas, giram
180⁰ e o liberam do outro lado da membrana. Os ionóforos
formadores de canais são ductos hidrófobos que permitem a
passagem de cátions monovalentes (H⁺,Na⁺,K⁺)

 Aquaporinas: São constituídas por quatro proteínas iguais entre si,
cada uma das quais composta por seis hélices α-transmembranas.
São canais específicos que permitem a passagem seletiva de água.

 As permeases são comumente composta por várias proteínas
transmembrana de passagem múltipla. A fixação de soluto produz
uma alteração conformacional na permease, graças a qual é
transferido o material para o outro lado da célula. Existem 3 tipos
de permeases ① As que transferem um único tipo de soluto, essa
forma de transferência chama-se monotransporte (uniport). ② As
que transportam dois tipos de soluto simultaneamente, ambos no
mesmo sentido, esse mecanismo é denominado co-transporte
(symport). ③ As que transferem dois tipos de soluto em sentidos
contrários, processo denominado contratransporte (antiport).

 Transporte Ativo: O transporte do soluto é realizado no
sentido contrário ao gradiente de concentração ou de voltagem,
isto só é possível com gasto de energia. Ocorre por meio das
permeases chamadas bombas e neste caso também existem
formas de monotransporte, cotransporte e contratransporte.
 A bomba de Na⁺ e K⁺ é um sistema de contratransporte e tem
por função expulsar Na⁺ para o espaço extracelular e introduzir
K⁺ no citosol. As subunidades α tem locais específicos para a
fixação do Na⁺ em suas extremidades citosólicas, além de locais
reservados para fixação de K⁺ em suas extremidades externas.
O sistema necessita de energia, que é obtida pela hidrólise de ATP,
para tanto a bomba precisa também de Mg²⁺. Cada ATP que é
hidrolisado possibilita o transporte de três Na⁺ para o espaço
extracelular e dois K⁺ para o citosol.
3Na⁺i + 2K⁺e + ATP 3Na⁺e +2K⁺i + ADP + P
Onde os subescritos i e e indicam respectivamente, intracelular e extracelular

 Como a bomba atua?
① Nas subunidades α existem locais de alta afinidade por três
Na⁺, um ATP e um Mg²⁺. Quando ocorre a hidrólise do ATP é
liberado o ADP e o terceiro fosfato é transferido a um ácido
aspártico de uma das subunidades α, o que propicia a fixação de
três Na⁺ no interior do transportador.
② Logo ocorre uma alteração conformacional na estrutura da
permease. Como resultado os Na⁺ ficam expostos para o lado
externo da célula. Além disso diminui a sua afinidade pelas
subunidades α, motivo pela qual os Na⁺ são liberados.
③ Dois K⁺ do líquido extracelular se unem à permease e se fixam
em seus locais. Esta união provoca a liberação do fosfato ligado
ao transportador.
④ Tal desfosforilação faz com que o transportador recupere sua
configuração original e por isso os K⁺ ficam expostos para o
interior da célula.

Citoesqueleto e os movimentos celulares
 As células eucariontes possuem uma armação protéica
filamentosa espalhada pelo citosol denominada citoesqueleto.
 O citoesqueleto é composto por três tipos de filamentos – os
filamentos intermediários, os microtúbulos, e os filamentos de
actina – e um conjunto de proteínas reguladoras, ligadoras e
motoras.
 As proteínas reguladoras controlam o nascimento, o
alongamento, o encurtamento e o desaparecimento dos
filamentos.
 As proteínas ligadoras conectam os filamentos com outros
componentes celulares.
 As proteínas motoras servem para transladar macromoléculas e
organelas de um ponto a outro. Também fazem com que dois
filamentos paralelos entre si deslizem em sentidos opostos
(exemplo: miofibrilas)

 Filamentos intermediários
 São denominados intermediários porque tem uma espessura
menor que dos microtúbulos e maior que a dos filamentos de
actina.

 São estruturas de polímeros lineares cujos monômeros são
proteínas que apresentam uma estrutura de hélice α fibrosa. Isto
os diferencia dos microtúbulos e filamentos que actina que são
formados por proteínas globulares.

 Os filamentos intermediários contribuem para a manutenção da
forma celular e estabelecem as posições das organelas dentro da
célula. Portanto sua função principal é mecânica, são
encontrados filamentos mais desenvolvidos em células
submetidas a grandes tensões

 Diferentes tipos de filamentos intermediários:

 Laminofilamentos: Existem apoiados sobre a face interna do
envoltório nuclear. É uma malha delgada de filamentos
conhecida como lâmina nuclear. Esta lâmina é responsável pela
forma e resistência do envoltório nuclear.
 Filamentos de queratina: São encontrados em células epiteliais,
particularmente na epiderme e seus derivados (unhas, pêlos
etc..), nas mucosas e glândulas. Flagrina: proteína que une os
filamentos de queratina.
 Filamentos de vimentina: Apresentam aspecto ondulado. São
muito comuns nas células embrionárias e no organismo
desenvolvido localizam-se nas células de origem mesodérmica
como fibroblastos, células do sangue... Plactina é a proteína que
une os filamentos de vimentina.

 Filamentos de desmina: Se encontram nas células musculares
sejam estriadas ou lisas. Nas células estriadas ligam as
miofibrilas, nas cardíacas ligam-se aos desmossomas dos discos
intercalares e nas lisas ligam-se aos filamentos de actina.
Sinamina é a proteína que liga os filamentos de desmina.
 Neurofilamentos: Elementos estruturais dos neurônios. Formam
uma rede tridimensional que converte o citosol do axônio em um
gel resistente e estruturado.
 Filamentos glicais: Encontram-se no citosol dos astrócitos e de
algumas células de Schwann.

 Microtúbulos
 São filamentos do citoesqueleto caracterizados por seu aspecto
tubular e porque são notadamente retilíneos e uniformes.
 De acordo com a sua localização se classificam em: ①
citoplasmáticos (presentes na célula em interfase) ② mitóticos
(correspondentes as fibras do fuso mitótico) ③ ciliares
(localizadas no eixo dos cílios) ④centriolares (pertencentes aos
centríolos)
 Os microtúbulos nascem de uma estrutura denominada
centrossomo. O centrossomo também é chamado de centro
organizador de microtúbulos ou MTOC. É composto por um par
de centríolos e uma substância aparentemente amorfa (matriz
centrossômica).
 Os microtúbulos são polímeros compostos por unidades
protéicas chamadas tubulinas. Existem 6 tipos diferentes de α-
tubulina e 6 tipos de β-tubulina porém sempre uma α se
combina com uma β.

 Apesar de serem distintas, as duas subunidades das tubulinas
são muito afins, o que permite que uma subunidade α possa
combinar não só a outra subunidade β como também (por meio
de uma extremidade livre) pode se combinar a subunidade β de
outra tubulina.
 Estas particularidades levam a formação de uma estrutura
tubular cuja parede parece estar integrada por vários filamentos
que percorrem o eixo longitudinal do microtúbulo e são
conhecidos como protofilamentos.
 Graças a polaridade das tubulinas o microtúbulo fica polarizado.
Os heterodímeros (α e β) podem se polimerizar (fazendo o
microtúbulo se alongar) e podem se despolimerizar (fazendo o
microtúbulo se encurtar). Uma das extremidades do
microtúbulo é chamada de + e a outra de - , essas designações são
devidas ao fato de se alongar pela extremidade + e se encurtar
pela extremidade -.

 A extremidade – dos microtúbulos se localiza no centrossomo.

 O complexo protéico de γ-tubulinas promove o encaixe das 13
primeiras tubulinas da extremidade. Funciona como um molde.

 Inicialmente cada tubulina contém um GDP em sua extremidade
β que não tarda em se intercambiar por um GTP no citosol. Em
seguida as tubulinas que contém GTP são atraídas para a
extremidade + do microtúbulo e se unem a ele. A polimerização
faz com que o GTP das tubulinas se hidrolise em GDP e fosfato.
Portanto a formação dos microtúbulos é um processo que
consome energia.

 Os microtúbulos citoplasmáticos são necessários para o transporte de
organelas e das macromoléculas. Esta função é realizada com
assistência de duas proteínas motoras, a cinesina e a dineína.
 Quando elas estão carregadas com o material que vão transportar a
cinesina desliza para a extremidade + do microtúbulo enquanto a
dineína desliza para a extremidade -.
 Um exemplo de transporte através destas proteínas é observado nos
melanócitos da pele, cujos grânulos de melanina diante de
determinados estímulos, deslizam ao longo dos microtúbulos tanto
centrípeta como centrifugamente.

cinesinas

 Os microtúbulos contribuem para estabelecer a forma celular.
 Nos neurônios os microtúbulos se encontram nos dendritos e
axônios. O crescimento do axônio depende do alongamento dos
microtúbulos.
 No corpo neuronal e no axônio foi identificada uma proteína
MAP reguladora chamada tau (τ) que inibe a despolimerização
das tubulinas nas extremidades dos microtúbulos e também
exerce uma função ligadora pois estabelece pontes entres os
microtúbulos contíguos e lhes confere estabilidade.

 A célula em mitose e meiose conta com dois centrossomos ao
invés de um. Nos microtúbulos mitóticos, a extremidade – não se
acha bloqueada pela matriz centrossômica, de modo que os
microtúbulos podem se polimerizar e despolimerizar também
por essas extremidades.
 Os cílios nascem de um corpúsculo basal ou cinetossoma que
lembra o centríolo estruturalmente. O movimento ciliar é
produzido pelo axonema. Os microtúbulos do axonema mostram
uma configuração especial de nove pares de microtúbulos que
formam um círculo e na parte central dois microtúbulos. Os
microtúbulos de cada par periférico estão unidos entre si porém
um tem 13 protofilamentos e ou outro tem 11 ou 10 filamentos.
Além disso as extremidades – de ambos microtúbulos apontam
para o corpúsculo basal.

 O corpúsculo basal é idêntico ao centríolo. Constituem cilindros
ocos abertos em suas extremidades. A parede do corpúsculo é
formada por 9 unidades microtubulares, cada uma contendo 3
microtúbulos fundidos entre si, chamados de A,B, e C. o
microtúbulo A é completo, pois dispõe de 13 protofilamentos,
mas os microtúbulos B e C são incompletos dispondo de 11
protofilamentos cada. O microtúbulo A se encontra mais
próximo ao centro do centríolo do que o B e o C.
 As nove trincas do corpúsculo basal estão conectadas entre si por
proteínas ligadoras.

 Diferenças entre o corpúsculo basal e o centríolo:
① Os corpúsculos se localizam próximos da superfície celular e os
centríolos próximos ao núcleo.
② Os corpúsculos basais não possuem a matriz centrossômica que
envolve os centríolos.
③ Os corpúsculos basais podem ser formados por apenas uma
unidade, enquanto os centríolos apresentam-se dois a dois,
ambos perpendiculares entre si.

 Filamentos de actina
 São mais flexíveis do que os microtúbulos e podem estar
associados a feixes ou redes.
 Podem ser classificados corticais: quando se localizam abaixo da
membrana plasmática ou transcelulares: quando atravessam o
citoplasma em todas as direções.
 Os filamentos de actina formam o esqueleto das
microvilosidades e participam da armação contrátil das células
musculares.
 Igualmente os microtúbulos, os filamentos possuem uma
extremidade (+) e uma extremidade (-).

 Formação dos filamentos de actina:
 Cada filamento começa a se formar a partir de um núcleo de três
monômeros de actina G (globular) que se combinam entre si em
qualquer ponto do citosol onde seja necessário.
 Para a polarização é necessário que cada actina G contenha um
ATP. Quando ocorre a polimerização este ATP se hidrolisa
formando ADP + P. Já que a manutenção dessa estrutura tem um
grande gasto energético quando o filamento alcança o tamanho
desejado varias proteínas reguladoras se colocam em sua
extremidade para estabilizá-lo.

 Funções dos filamentos:

 Mecânica: Constituição do esqueleto da membrana.
 Deslocamento celular: ameboidismo(pseudópodos), neutrófilos
(defesa), disseminação de células cancerosas.
 Citocinese: Separação das células filhas após a mitose.
 Transporte intracelular: transporte de vesículas (sistema de
endomembranas)
 Morfogênese: formação e manutenção das microvilosidades
 Adesão celular: Participação em estruturas de adesão
 Ciclose: correntes citoplasmáticas
 Contração em células musculares e não musculares.

 Contração muscular
 É devido ao deslizamento de fibrilas de actina sobre fibrilas de
miosina.
 Cada miofibrila apresenta alternadamente faixas claras ou
bandas I, e faixas escuras ou bandas A.
 Existem as linhas Z que são estrias elétron-densas. Essas linhas
delimitam o sarcômero. Um sarcômero é o espaço entre 2 linhas
Z sendo formado por uma banda A e duas bandas I.

 O sarcômero é composto basicamente de dois tipos de
filamentos:
① O primeiro é fino, composto de uma proteína denominada
actina, que se polimerizam e formam uma cadeia dupla hélice. Á
essa cadeia se associam proteínas tropomiosina e troponina.
Cada monômero de actina tem um lócus que reage com a
miosina.
② Os filamentos grossos situados no centro do sarcômero são
constituídos por moléculas fibrilares de miosina. Cada molécula
de miosina é composta de um bastão longo e duas cabeças
globulares em uma extremidade. Essas moléculas se agrupam
formando um feixe do qual as cabeças fazem saliencia. Cada um
desses espessamentos, ou cabeças de miosina, contém uma
região que se combina de maneira reversível com a actina.

 A contração muscular ocorre graças ao deslizamento
dos filamentos de actina sobre os de miosina dentro do
sarcômero, com conseqüente encurtamento da linha Z.

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