Mitose vs. Meiose - Divisão Celular - Prof. Paulo Jubilut

Projeto- Filomena/IFES

O que é Intérfase? - Extensivo Biologia

Divisão celular (introdução)

DIVISÃO CELULAR
Os cromossomos são responsáveis pela transmissão dos caracteres hereditários, ou seja, dos caracteres que são transmitidos de pais para filhos. Os tipos de cromossomos, assim como o número deles, variam de uma espécie para a outra. As células do corpo de um chimpanzé, por exemplo, possuem 48 cromossomos, as do corpo humano, 46 cromossomos, as do cão, 78 cromossomos e as do feijão 22.

Os cromossomos são formados basicamente por dois tipos de substâncias químicas: proteínas e ácidos nucléicos. O ácido nucléico encontrado nos cromossomos é o ácido desoxirribonucléico – o DNA. O DNA é a substância química que forma o gene. Cada gene possui um código específico, uma espécie de “instrução” química que pode controlar determinada característica do indivíduo, como a cor da pele, o tipo de cabelo, a altura, etc.

Cada cromossomo abriga inúmeros genes, dispostos em ordem linear ao longo de filamentos. Atualmente, estima-se que em cada célula humana existam de 20 mil a 25 mil genes. Os cromossomos diferem entre si quanto à forma, ao tamanho e ao número de genes que contêm.

É impossível imaginar a multiplicação de uma fabrica, de modo que todas as filiais fossem extremamente semelhantes a matriz, com cópias fieis de todos os componentes, inclusive dos diretores? Essa, porém, no caso da maioria das células, é um acontecimento rotineiro. A mitose corresponde a criação de uma cópia da fabrica e sua meta é a duplicação de todos os componentes.

A principal atividade da célula, antes de se dividir, refere-se a duplicação de seus arquivos de comando, ou seja, à reprodução de uma cópia fiel dos dirigentes que se encontram no núcleo.

A interfase é o período que precede qualquer divisão celular, sendo de intensa atividade metabólica. Nesse período, há a preparação para a divisão celular, que envolve a duplicação da cromatina, material responsável pelo controle da atividade da célula. Todas as informações existentes ao longo da molécula de DNA são passadas para a cópia, como se correspondessem a uma cópia fotográfica da molécula original. Em pouco tempo, cada célula formada da divisão receberá uma cópia exata de cada cromossomo da célula se dividiu.

As duas cópias de cada cromossomo permanecem juntas por certo tempo, unidas pelo centrômero comum, constituindo duas cromátides de um mesmo cromossomo. Na interfase, os centríolos também se duplicam.

Houve época em que se falava que a interfase era o período de “repouso” da célula. Hoje, sabemos, que na realidade a interfase é um período de intensa atividade metabólica no ciclo celular: é nela que se dá a duplicação do DNA, crescimento e síntese. Costuma-se dividir a interfase em três períodos distintos: G1, S e G2.

O intervalo de tempo em que ocorre a duplicação do DNA foi denominado de S (síntese) e o período que antecede é conhecido como G1 (G1 provém do inglês gap, que significa “intervalo”). O período que sucede o S é conhecido como G2.

A estrutura da célula (núcleo celular II)

TIPOS DE CROMOSSOMOS 
Os cromossomos constituem uma longa sequência de DNA (ácido desoxirribonucleico) contendo diversos genes. Eles são formados por uma fita longa e dupla de DNA, que se trata do material genético, ou seja, ele possui os genes que nos dão as características físicas, cor de olhos, pele e cabelo, por exemplo. Na estrutura dos cromossomos há proteínas chamadas histonas, proteínas estas que se agrupam num número de oito, envolvidas pela molécula do DNA e a estes grupos chamamos de nucleossomos, podendo existir vários numa única molécula de DNA.

• Cromossomo Telocêntrico: O centrômero encontra-se na extremidade do cromossomo, em sua região terminal, fazendo com que se pareça uma espécie de pinça.
• Cromossomo Acrocêntrico: Aqui o centrômero localiza-se próximo a uma das extremidades do cromossomo, mas não totalmente nela. Este efeito faz com que um braço seja bem maior que o outro.
• Cromossomo Submetacêntrico: Neste caso o centrômero está apenas um pouco afastado do meio do cromossomo.
• Cromossomo Metacêntrico: Nos metacêntricos o centrômero está localizado bem no meio do cromossomo, como o próprio nome sugere em sua metade, deixando-o num formato exato de X.

CÉLULAS PROCARIONTES

As células procariontes ou procarióticas, também chamadas de protocélulas, são muito diferentes das eucariontes. A sua principal característica é a ausência de carioteca individualizando o núcleo celular, pela ausência de alguns organelas e pelo pequeno tamanho que se acredita que se deve ao fato de não possuírem compartimentos membranosos originados por evaginação ou invaginação. Também possuem DNA na forma de um anel não-associado a proteínas (como acontece nas células eucarióticas, nas quais o DNA se dispõe em filamentos espiralados e associados à histonas).

Estas células são desprovidas de mitocôndrias, plastídeos, complexo de Golgi, retículo endoplasmático e sobretudo cariomembrana o que faz com que o DNA fique disperso no citoplasma.

A este grupo pertencem seres unicelulares ou coloniais:

• Bactérias
• Cianofitas (algas cianofíceas, algas azuis ou ainda Cyanobacteria)

CÉLULAS EUCARÍONTES

As células eucariontes ou eucarióticas, também chamadas de eucélulas, são mais complexas que as procariontes. Possuem membrana nuclear individualizada e vários tipos de organelas. A maioria dos animais e plantas a que estamos habituados são dotados deste tipo de células.

É altamente provável que estas células tenham surgido por um processo de aperfeiçoamento contínuo das células procariontes.

Não é possível avaliar com precisão quanto tempo a célula "primitiva" levou para sofrer aperfeiçoamentos na sua estrutura até originar o modelo que hoje se repete na imensa maioria das células, mas é provável que tenha demorado muitos milhões de anos. Acredita-se que a célula "primitiva" tivesse sido bem pequena e para que sua fisiologia estivesse melhor adequada à relação tamanho × funcionamento era necessário que crescesse.

Acredita-se que a membrana da célula "primitiva" tenha emitido internamente prolongamentos ou invaginações da sua superfície, os quais se multiplicaram, adquiriram complexidade crescente, conglomeraram-se ao redor do bloco inicial até o ponto de formarem a intrincada malha do retículo endoplasmático. Dali ela teria sofrido outros processos de dobramentos e originou outras estruturas intracelulares como o complexo de Golgi, vacúolos, lisossomos e outras.

A RELAÇÃO ENTRE CROMOSSOMOS E GENES 

Genes e cromossomos são dois termos essenciais para a compreensão da genética. Os genes são porções de DNA, enquanto os cromossomos são moléculas de DNA condensadas.

Ao estudar genética dois termos são essenciais para sua compreensão: genes e cromossomos. A seguir trataremos sobre esses dois temas tão importantes para entendermos os mecanismos da hereditariedade.

→ Genes

Genes são porções de DNA que apresentam as informações necessárias para que ocorra a síntese de uma molécula de RNAmensageiro e consequentemente uma proteína. São eles, portanto, responsáveis por carregar as informações necessárias para que nossas características se expressem. Os genes estão localizados nos cromossomos e ocupam um lugar bem definido nessa estrutura. O lugar que um gene ocupa em um cromossomo é chamado de locus gênico.

Um gene pra uma determinada característica nem sempre apresenta-se igual. As formas alternativas de um determinado gene é chamado de alelo. Assim sendo, um determinado gene pode apresentar diferentes alelos em razão de alguma modificação em um pequeno trecho do DNA que ocorrem devido a mutações. Os alelos determinam a mesma característica, porém de maneiras diferentes.

À constituição genética de um indivíduo, ou seja, ao conjunto de seus genes dá-se o nome de genótipo. O genótipo será responsável, portanto, por determinar as características mensuráveis de um indivíduo (fenótipo).

→ Cromossomos

Os cromossomos podem ser definidos como DNA altamente condensado. Na espécie humana temos 46 cromossomos no núcleo de nossas células. Esses cromossomos estão dispostos em pares, ou seja, temos 23 pares de cromossomos. Os cromossomos de um determinado par são denominados de homólogos.

Dos 23 pares de cromossomos que possuímos, metade foi herdado da mãe e outro herdado do pai. Sendo assim, temos duas versões de cada gene (alelos), os quais estão localizados em cromossomos homólogos. Dos 23 pares de cromossomos, 22 pares são considerados autossômicos e dois cromossomos são sexuais, os quais estão relacionados com a determinação do sexo masculino e feminino. Homens apresentam cromossomos sexuais XY, enquanto a mulher XX.

O cromossomo possui uma região de constrição denominada de centrômero, que acaba dividindo essa estrutura em dois braços. Um cromossomo simples é formado por dois braços e um centrômero, enquanto os duplicados possuem 4 braços e apenas um centrômero. De acordo com a posição do centrômero, podemos classificar os cromossomos em metacêntricos, submetacêntricos, acrocêntricos e telocêntricos.

CÉLULAS HAPLÓIDES E DIPLÓIDES

Para que as células exerçam a sua função no corpo dos animais, elas devem conter todos os cromossomos, isto é dois cromossomos de cada tipo: são as células diplóides. Com exceção das células de reprodução (gametas), todas as demais células do nosso corpo são diplóides. Porém, algumas células possuem em seu núcleo apenas um cromossomo de cada tipo. São as células haplóides. Os gametas humanos – espermatozoides e óvulos – são haplóides. Portanto os gametas são células que não exercem nenhuma função até encontrarem o gameta do outro sexo e completarem a sua carga genética.

Nos seres humanos, tanto o espermatozoide como o óvulo possuem 23 tipos diferentes de cromossomos, isto é, apenas um cromossomo para cada tipo. Diz-se então que nos gametas humanos n= 23 (n é o número de cromossomos diferentes). As demais células humanas possuem dois cromossomos de cada tipo. Essas células possuem 46 cromossomos (23 pares) no núcleo e são representadas por 2n = 46.

Nas células diploides do nosso corpo, os cromossomos podem, então, ser agrupados dois a dois. Os dois cromossomos de cada par são do mesmo tipo, por possuírem a mesma forma, o mesmo tamanho e o mesmo número de genes. Em cada par, um é de origem materna e outro, de origem paterna.

A estrutura da célula (Núcleo celular I )

EXPERIÊNCIA DE BALBIANI
Balbiani provou que o núcleo era o responsável pela coordenação da manutenção da vida celular, comandando sínteses proteicas dentre outras atividades celulares. 

Balbiani segmentou células, deixando uma parte com núcleo e a outra sem o núcleo celular. O resultado desse experimento foi que a parte que não tinha núcleo não se desenvolveu e morre pouco tempo apos; a porção que possuía o núcleo, desenvolveu-se e permaneceu viva. Balbiani concluiu então que a célula depende do núcleo celular para sua sobrevivência. 

ESTRUTURA DO NÚCLEO
   O núcleo é a estrutura subcelular que contém a informação hereditária da célula, o ácido desoxirribonucleico (ou DNA, da sigla em inglês), e que controla a síntese de proteínas, bem como o crescimento e divisão celular. Essa organela esférica, em células animais típicas mede cerca de 10-20 µm de diâmetro e é delimitada por uma membrana dupla chamada envelope nuclear ou carioteca que auxilia a manutenção da forma do núcleo e na regulação do fluxo de moléculas através dos poros nucleares, que permitem a comunicação com o citoplasma da célula. No interior do núcleo, encontra-se o nucléolo, estrutura responsável pela síntese e montagem dos ácidos ribonucleicos (ou RNA, da sigla em inglês) ribossomais. Uma matriz líquida de alta viscosidade, denominada nucleoplasma, é encontrada preenchendo o interior do núcleo e contém, dissolvidas nela, diversas substâncias como nucleotídeos, proteínas e a cromatina, que é a denominação dada ao complexo formado entre proteínas, como histonas, e os cromossomos, longas sequências de DNA bem organizadas, que contêm todas as informações genéticas da célula.

CARIOTECA

A carioteca, ou envelope nuclear, circunda completamente o núcleo, auxiliando à manutenção de sua forma esférica, e atua como um impedimento à livre difusão de substâncias entre o nucleoplasma e o citoplasma, separando do citossol os componentes nucleares, incluindo o material genético, durante a maior parte do ciclo celular. Durante a divisão da célula, cópias equivalentes do material genético contido no núcleo e organizado nos cromossomos devem ser transmitidas para ambas as células filhas. Assim, no início da mitose, durante a prófase, em processo essencial para a divisão dos cromossomos, o envelope nuclear se desintegra. Na telófase, fase final da mitose, porém, a carioteca é reestruturada em torno de cada um dos novos conjuntos de cromossomos.

A carioteca é formada por dupla membrana: duas membranas concêntricas, cada uma formada por uma bicamada lipídica com distintas proteínas, dentre outras classes de moléculas, inseridas nela, à exemplo de outras membranas biológicas. A dupla membrana da carioteca é composta pela membrana nuclear interna e a membrana nuclear externa, separadas por uma região denominada espaço perinuclear, que é contínuo ao lúmen do retículo endoplasmático rugoso.

CROMATINA

Apesar de toda a organização e alto grau de empacotamento do material genético em cromossomos durante a mitose e meiose, nos períodos em que não ocorre divisão celular, quando a célula encontra-se em interfase, o material cromossômico não se vê individualizado; ao contrário, encontra-se amorfo e disperso em algumas regiões do núcleo. A este material cromossômico amorfo, formado por fibras contendo DNA e proteínas, dá-se o nome de cromatina.

Embora não seja a única classe de proteínas associadas ao material genético, uma categoria importante de proteínas que se ligam ao DNA cromossômico é a das histonas, que apresentam massa molecular entre 11 e 21 Da e são muito ricas nos aminoácidos básicos arginina e lisina. O DNA na cromatina está fortemente associado às histonas que auxiliam seu empacotamento em unidades estruturais chamadas nucleossomos.

NUCLÉOLO

O nucléolo é a estrutura mais evidente em uma imagem de microscopia óptica de uma célula eucariótica, por se apresentar como uma densa região escura no interior do núcleo. O nucléolo é uma região presente no núcleo não delimitada por membrana ao contrário das organelas clássicas, que consiste num arranjo denso, um grande agregado de RNAs e proteínas que transcrevem os genes dos RNAs ribossomais. Sua principal função na célula é a síntese, montagem e maturação dos ribossomos. A íntima associação física entre os diversos componentes da maquinaria de processamento dos ribossomos no nucléolo permite que o processo se desenvolva de forma organizada e rápida.

CARIOLINFA

Cariolinfa, nucleoplasma, hialoplasma nuclear ou suco nuclear, é uma massa incolor constituída principalmente de água, proteínas e outras substâncias, o que faz com que o nucleoplasma seja muito parecido com o hialoplasma. Sua função é preencher o núcleo celular que contém os filamentos de cromatina e o nucléolo.

A estrutura da célula (Citoplasma 3)

Vacúolos

Os vacúolos são envolvidos por membrana e preenchidos com fluido diferente do citoplasma.

São muito comuns nas células vegetais, nas quais tem função de reserva de substâncias como a seiva e atuam no mecanismo de pressão osmótica, conhecido como turgor, que regula a entrada de água e a rigidez dos tecidos vegetais tornando a planta ereta, por exemplo.

Em organismos procariotas também há vacúolos com função de armazenamento, ingestão, digestão e eliminação de substâncias.

Centríolos

 Os centríolos são organelas NÃO envolvidas por membrana e que participam do processo de divisão celular. Nas células de fungos complexos, plantas superiores (gimnospermas e angiospermas) e nematoides não existem centríolos. Eles estão presentes na maioria das células de animais, algas e vegetais inferiores como as briófitas (musgos) e pteridófitas (samambaias).

Estruturalmente, são constituídos por um total de nove trios de microtúbulos proteicos, que se organizam em cilindro.

São autoduplicáveis no período que precede a divisão celular, migrando, logo a seguir, para os pólos opostos da célula.

Uma das providências que a fábrica celular precisa tomar é a construção de novas fábricas, isto é, a sua multiplicação. Isso envolve uma elaboração prévia de uma serie de “andaimes” proteicos, o chamado fuso de divisão, formado por inúmeros filamentos de microtúbulos.

Embora esses microtúbulos não sejam originados dos centríolos e sim de uma região da célula conhecido como centrossomo, é comum a participação deles no processo de divisão de uma célula animal. Já em células de vegetais superiores, como não existem centríolos, sua multiplicação se processa sem eles.

Peroxissomos

Peroxissomos são bolsas membranosas que contêm alguns tipos de enzimas digestivas. Sua semelhança com os lisossomos fez com que fossem confundidos com eles até bem pouco tempo. Entretanto, hoje se sabe que os peroxissomos diferem dos lisossomos principalmente quanto ao tipo de enzimas que possuem.

Os peroxissomos, além de conterem enzimas que degradam gorduras e aminoácidos, têm também grandes quantidades da enzima catalase.

 A catalase converte o peróxido de hidrogênio, popularmente conhecido como água oxigenada (H₂O₂), e água e gás oxigênio. A água oxigenada se forma normalmente durante a degradação de gorduras e de aminoácidos, mas, em grande quantidade, pode causar lesões à célula.

2 H2O2 + Enzima Catalase → 2 H2O + O2

Estrutura da célula (Citoplasma 2)

Plastos:

São organelas presentes apenas em células vegetais e de algas. Podem ser de 3 tipos básicos: leucoplastos, cromoplastos e cloroplastos. Todos se originam a partir de pequenas vesículas presentes nas células embrionárias das plantas, os proplastos, que são incolores. Quando maduros adquirem cor de acordo com o tipo de pigmento que contém e são capazes de se autoduplicar, além de terem a capacidade de se transformarem um no outro.

Assim, por exemplo, um cromoplasto pode se tornar um cloroplasto ou um leucoplasto, ou vice-versa. Veja a seguir sobre cada um:

• Os leucoplastos não tem cor, armazenam amido (reserva energética) e estão presentes em alguns tipos de raízes e caules;
• Os cloroplastos possuem cor verde por causa da clorofila e são responsáveis pela fotossíntese. A forma e o tamanho dessas organelas varia conforme o tipo de célula e de organismo em que se encontram. 

Mitocôndrias:

As mitocôndrias são organelas membranosas presentes em diversos tipos celulares e a sua quantidade dentro da célula varia de acordo com o tipo ou função da célula. Elas possuem um genoma próprio, ou seja, o material genético que existe dentro das mitocôndrias é diferente do material genético da célula em si. Por essa razão, acredita-se que a origem das mitocôndrias tenha se dado por meio da endossimbiose.

    A função das mitocôndrias está intimamente ligada com o fornecimento de energia para a célula. Para facilitar a compreensão é possível fazer uma analogia: Ao se pensar nas células como uma indústria, relaciona-se o núcleo com a gerência ou administração, o complexo de Golgi com uma central de processamento, distribuição e armazenamento entre outros exemplos. Nesse sentido, podemos considerar as mitocôndrias como se fossem usinas de energia para a “empresa”.

   Em linhas gerais, a energia utilizada pelas reações que ocorrem na célula é oriunda do ATP (adenosina trifosfato). Muito embora o ATP possa ser formado no citosol de maneira anaeróbica, essa produção é ineficiente. Isso é contornado pela estratégia adotada pelos seres aeróbicos que passaram a gerar seu ATP de uma forma muito mais eficaz, pela fosforilação oxidativa, que é um processo que ocorre nas mitocôndrias.

   Enfim, as mitocôndrias são organelas indispensáveis à vida aeróbica e o seu surgimento se trata de um grande salto evolutivo para a vida como se conhece. Isso porque a grande maior parte da energia utilizada pelas células dos seres aeróbicos é produzida nessa organela, energia essa que é utilizada para todos os processos celulares e sistêmicos do corpo, como por exemplo, para a regulação térmica.

Estrutura da célula (Citoplasma 1)

Hialoplasma

O hialoplasma ou citosol corresponde ao fluido citoplasmático onde estão mergulhadas as orgânulos citoplasmáticos. Ele é constituído por proteínas, sais minerais , açúcares e  íons dissolvidos em água, localizando-se entre a membrana plasmática e o núcleo. 



Organelas celulares:

As organelas celulares são como pequenos órgãos que realizam as atividades celulares essenciais para as células. São estruturas compostas pelas membranas internas, com formas e funções diferentes, sendo as principais: os retículos endoplasmáticos lisos e rugosos, o aparelho de Golgi e as mitocôndrias. Nas células vegetais há também organelas específicas os cloroplastos.

Retículo Endoplasmático:

São organelas cujas membranas se dobram formando sacos achatados. Existem 2 tipos de retículo endoplasmático, o liso e o rugoso, esse último possui grânulos associados à sua membrana, os ribossomos, o que lhe confere aparência rugosa e por isso o nome. Além disso sua membrana é contínua com a membrana externa do núcleo, o facilita a comunicação entre eles. 

O retículo endoplasmático liso (REL) não tem ribossomos associados e por isso tem aparência lisa, é responsável pela produção de lipídios que irão compor as membranas celulares. A função principal do retículo endoplasmático rugoso (RER) é realizar a síntese proteica, além de participar do seu dobramento e transporte até outras partes da célula.

Complexo golgiense:

Também chamado complexo de Golgi ou ainda complexo golgiense, é composto de discos achatados empilhados, formando espécies de bolsas membranosas. Suas funções são modificar, armazenar e exportar proteínas sintetizadas no RER. Algumas dessas proteínas são glicosiladas, ou seja, sofrem reação de adição de um açúcar no RE e no golgi o processo é completado, caso contrário, essas proteínas podem se tornar inativas.

Além disso, o aparelho de Golgi produz vesículas que brotam e se soltam originando os lisossomos primários. No momento em que esses lisossomos primários se fundem aos endossomas formam vacúolos digestórios ou lisossomos secundários.

Lisossomos

Os lisossomos são envolvidos apenas pela bicamada lipídica e no seu interior há enzimas digestivas. Sua função é digerir moléculas orgânicas como lipídios, carboidratos, proteínas e ácidos nucleicos (DNA e RNA).

Como as enzimas hidrolases (peptidases que digerem aminoácidos, nucleases (digerem ácidos nucleicos), lipases (digerem lipídios), entre outras funcionam em ambiente ácido, a digestão ocorre dentro dos lisossomos para não prejudicar a célula. 

As moléculas a serem digeridas são englobadas por endocitose e entram na célula envolvidas em vesículas formadas a partir da membrana chamados endossomas.

Depois fundem-se com os lisossomos primários e são quebradas, originando partes menores, como os ácidos graxos. Essas moléculas pequenas saem do lisossomo e são aproveitadas no citosol da célula.

3º Trimestre

Organelas Citoplasmáticas

A estrutura da célula (envoltórios celulares)

 Todas as células são formadas por uma membrana plasmática e pelo citoplasma. A membrana plasmática é uma estrutura fina que delimita a célula, separando o meio extracelular do meio intracelular, enquanto que o citoplasma é o espaço intracelular, o qual se encontra preenchido por um líquido gelatinoso chamado citosol. Além dessas duas estruturas básicas, as células podem ter diversas outras estruturas na sua constituição, formando dois padrões de células distintas: as células procariontes ou procarióticas, e as células eucariontes ou eucarióticas. As células eucariontes possuem no interior do citoplasma diversas estruturas, como por exemplo, o núcleo celular, mitocôndrias, complexo de Golgi, retículo endoplasmático, ribossomos, lisossomos, etc. Já nas células procariontes, as únicas organelas existentes no seu citoplasma são os ribossomos, além disso, o material genético está disperso no citoplasma, ao contrário da célula eucarionte, onde o material genético encontra-se dentro do núcleo da célula.

Membrana Plasmática:

 A membrana plasmática ou membrana celular ou plasmalema é uma estrutura fina que envolve todas as células vivas, tanto as procarióticas como as eucarióticas. Ela estabelece a fronteira entre o meio intracelular (interior da célula) e o ambiente extracelular (exterior). A membrana celular não é apenas uma barreira, mas também uma “porta” seletiva, permitindo que a célula capture, para seu interior, apenas os elementos do meio exterior que lhe são necessários. Além disso, permite que a célula libere algumas substâncias do seu interior para o exterior, conforme sua necessidade. Essa capacidade da membrana em controlar a entrada e a saída de determinadas substâncias da célula, chama-se permeabilidade seletiva, sendo essa propriedade fundamental para manter intacta a composição química do interior da célula. Outra propriedade da membrana plasmática é permitir que a célula relacione-se com exterior, reconhecendo substâncias químicas do meio externo através da interação destas substâncias com proteínas presentes na membrana celular. Por exemplo, quando a taxa de glicose no sangue está elevada, as moléculas de glicose interagem com proteínas presentes na membrana plasmática das células do pâncreas, desencadeando uma série de reações químicas no interior da dessas células, culminando na produção de insulina. A insulina é liberada do interior da célula para o meio externo através da membrana plasmática. Assim, podemos descrever as principais funções da membrana celular:

• Envolver a célula, separando o meio intracelular do extracelular
• Garantir a manutenção da composição química da célula através da permeabilidade seletiva
• Permitir que a célula relacione-se com o meio externo
• Ao regular sua composição química e separar a célula do meio externo, a membrana celular deu à célula a propriedade da individualidade, ou seja, permitiu reconhecer a célula como um indivíduo, uma unidade capaz de ter seu próprio metabolismo e reproduzir-se. Em última análise, foi a membrana celular que deu a célula o título de menor unidade viva.

Parede Celular:

A parede celular, parede celulósica ou membrana esquelética celulósica, é uma estrutura de celulose resistente e flexível que delimita as organelas celulares numa célula vegetal. Lembre-se que as células vegetais formam os tecidos das plantas. Por sua vez, as células animais não possuem parede celular, cloroplastos e vacúolos.

As substâncias entram e saem da célula de diferentes formas e o transporte por meio da membrana pode ser classificado em dois grupos: passivo e ativo.

• Transporte passivo: é aquele em que não há gasto de energia durante o processo.
• 
  Transporte ativo: é aquele em que há gasto de energia durante o processo.

→ Transporte passivo

Podemos classificar o transporte passivo em três tipos: difusão simples, difusão facilitada e osmose.

• Difusão simples
  Na difusão simples, moléculas e íons são transportados de forma natural do local onde estão em maior concentração para o local onde se apresentam em menor quantidade. Dizemos, nesse caso, que ocorre um movimento de substâncias a favor do gradiente de concentração. O oxigênio e o gás carbônico atravessam a membrana plasmática dessa forma.
• Osmose
  A osmose nada mais é do que um tipo especial de difusão. Nesse tipo de transporte, o soluto não se move, mas, sim, o solvente, que, nesse caso, é a água. Ela ocorre entre dois meios aquosos que são separados por uma membrana semipermeável. A água difunde-se do meio menos concentrado para o mais concentrado até que o equilíbrio seja alcançado. A água também pode atravessar a membrana pela presença de canais denominados de aquaporinas.
  A osmose pode ser observada na região dos pelos radiculares, que apresentam uma maior concentração de solutos que a água do solo. Essa diferença de concentração faz com que a água entre no interior das raízes e seja levada posteriormente para o restante da planta.
• Difusão facilitada
  A difusão facilitada é aquela em que há uma proteína da membrana que atua como um carreador. Esse transporte acontece a favor do gradiente de concentração, mas substâncias impermeáveis estão envolvidas, por isso, a necessidade de ligação a uma proteína carreadora. Essas proteínas apresentam um sítio de ligação para que o soluto possa ser transportado. Após a ligação, elas sofrem uma modificação que faz com que o soluto seja levado de um lado para outro. Vale destacar também que a difusão facilitada pode ocorrer por meio de transportadores inespecíficos.

→ Transporte ativo

O transporte ativo ocorre com gasto de energia e, assim como na difusão facilitada, ocorre com a ajuda de proteínas carreadoras, que são denominadas de bombas. Diferentemente da difusão, no entanto, o transporte ocorre contra o gradiente de concentração. O exemplo mais conhecido de transporte ativo é a bomba de sódio e potássio.

Endocitoses

Endocitose é um processo que ocorre nas células e tem por objetivo trazer para o interior dessa estrutura substâncias por meio da invaginação da membrana plasmática. Essas invaginações nada mais são que dobras na própria membrana para o interior da célula.

Podemos classificar a endocitose em três tipos principais: fagocitose, pinocitose e endocitose mediada por receptor.

• Fagocitose (do grego phageîn, comer): Nesse processo de endocitose, que acontece apenas em células móveis, ocorre a emissão de pseudópodes (prolongamentos do citoplasma), que capturam partículas maiores, como micro-organismos. Na fagocitose, forma-se uma vesícula chamada de fagossomo que possui diâmetro > 250 nm.
• Pinocitose (do grego pínein, beber): a célula apresenta a capacidade de ingerir fluídos e algumas moléculas neles presentes. A pinocitose pode ou não ser seletiva, ou seja, pode capturar fluidos específicos ou capturar qualquer produto do meio exterior. Nesse tipo de endocitose, formam-se vesículas com diâmetro < 150 nm.
• Endocitose mediada por receptor: ocorre a captura de macromoléculas em virtude da presença de receptores nas membranas. Nas membranas existem áreas específicas, denominadas de fossetas cobertas, que possuem receptores. Na região voltada para o citoplasma, há também uma variedade de proteínas, principalmente clatrina. As fossetas formam as chamadas vesículas cobertas, que entram no citoplasma e fundem-se com os endossomos. A clatrina solta-se da vesícula e é reutilizada, assim como os receptores.

Biologia - Citologia - Histórico do Estudo das Células

Ciclos Bioquímicos

O que são ciclos bioquímicos?

Os ciclos biogeoquímicos são processos que ocorrem na natureza para garantir a reciclagem de elementos químicos no meio. São esses ciclos que possibilitam que os elementos interajam com o meio ambiente e com os seres vivos, ou seja, garantem que o elemento flua pela atmosfera, hidrosfera, litosfera e biosfera. Os principais ciclos biogeoquímicos encontrados na natureza são o ciclo da água, do carbono, do oxigênio e do nitrogênio.

Ciclo da água: 

1. O calor irradiado pelo sol aquece a água dos rios, lagos, mares e oceanos ocorrendo o fenômeno da Evaporação. Nesse momento, ocorre a transformação do estado líquido da água para o seu estado gasoso, à medida que se desloca da superfície da Terra para a atmosfera.
2. O vapor da água esfria, se acumula na atmosfera e se condensa na forma de gotículas, que formarão as nuvens ou nevoeiros. Neste momento, ocorre o processo de Condensação, ou seja, a transformação do estado gasoso da água para seu estado líquido, sendo as nuvens, as gotículas de água líquida suspensas no ar.
3. Com muita água condensada na atmosfera, se inicia o processo de Precipitação, onde as gotículas suspensas no ar se tornam pesadas e caem no solo na forma de chuva. Em regiões muito frias a água condensada passa do estado gasoso para o líquido e rapidamente para o estado sólido, formando a neve ou o granizo.
4. Quando o vapor de água condensado cai sobre a superfície terrestre, ocorre aInfiltração de uma parte dessa água que vai alimentar os lençóis subterrâneos.
5. Parte da água que se infiltrou no solo pode ser absorvida pelas plantas que, depois de utilizá-la a devolvem à atmosfera por meio do processo de Transpiração.

A água também pode evaporar ou escoar sobre o solo e abastecer os rios, que deságuam em mares e oceanos, reiniciando todo o processo do ciclo da água.

Ciclo do Oxigênio:
O oxigênio (O2) é o elemento mais abundante no planeta, estando disponível na atmosfera, na água e na crosta terrestre.
As plantas terrestres usam o gás carbônico (CO2) do ar como combustível para a fotossíntese e liberam oxigênio (O2) para a atmosfera. As plantas aquáticas usam carbonatos dissolvidos na água e liberam o oxigênio. Acontece exatamente o oposto com os animais que respiram O2 e liberam CO2.

A produção do ozônio (O3) ocorre por ação da luz solar sobre o oxigênio atmosférico (O2) e também durante a oxidação do monóxido de carbono (CO) e hidrocarbonetos tais como o metano.
Ciclo do Carbono:

O ciclo do carbono se constitui pela absorção do gás carbônico pelos vegetais no processo de fotossíntese. Metade deste carbono absorvido é liberado para a atmosfera e a outra metade o vegetal utiliza para produzir açúcares (glicoses). Ao ingerir as plantas, os animais ingerem juntamente o carbono para seu organismo, sendo liberado através da respiração ou de sua decomposição. Como alguns fungos e bactérias são responsáveis pela decomposição tanto de animais como a de vegetais, eles ingerem parte deste carbono, liberando-o para a atmosfera e para o solo. Além das bactérias, o processo de queimadas também libera o gás carbônico no solo e na atmosfera. Os vegetais, pelo processo de respiração, também absorvem gás carbônico e liberam oxigênio ao contrário dos animais.

O carbono depositado no solo pode sofrer alterações transformando-se em combustíveis fósseis como o petróleo e o gás natural, além de formar diamantes, grafites e minas de carvão, entre outros. O carbono se transforma em diferentes matérias pela pressão, temperatura e outros elementos químicos aplicados em tempos diferentes.

O ciclo do carbono também se estende aos oceanos, onde ocorre a difusão. Quando a temperatura é baixa, o gás carbônico é capturado pelos oceanos, e quando a temperatura é alta, é liberado pelos oceanos para a atmosfera. No mar, o carbono serve de alimento para os fitoplânctons, podendo ser ingerido por peixes através da alimentação, ou indo para o fundo dos oceanos para sofrerem o processo de decomposição.

Ciclo do Nitrogênio:

 O nitrogênio se mostra como um dos elementos de caráter fundamental na composição dos sistemas vivos. Ele está envolvido com a coordenação e controle das atividades metabólicas. Entretanto, apesar de 78% da atmosfera ser constituída de nitrogênio, a grande maioria dos organismos é incapaz de utilizá-Io, pois este se encontra na forma gasosa (N₂) que é muito estável possuindo pouca tendência a reagir com outros elementos. Os consumidores conseguem o nitrogênio de forma direta ou indireta através dos produtores. Eles aproveitam o nitrogênio que se encontra na forma de aminoácidos. Produtores introduzem nitrogênio na cadeia alimentar, através do aproveitamento de formas inorgânicas encontradas no meio, principalmente nitratos (NO₃) e amônia (NH₃⁺). O ciclo do nitrogênio pode ser dividido em algumas etapas: 

  • Fixação: Consiste na transformação do nitrogênio gasoso em substâncias aproveitáveis pelos seres vivos (amônia e nitrato). Os organismos responsáveis pela fixação são bactérias, retiram o nitrogênio do ar fazendo com que este reaja com o hidrogênio para formar amônia. 
• Amonificação: Parte da amônia presente no solo, é originada pelo processo de fixação. A outra é proveniente do processo de decomposição das proteínas e outros resíduos nitrogenados, contidos na matéria orgânica morta e nas excretas. Decomposição ou amonificação é realizada por bactérias e fungos.
• Nitrificação: É o nome dado ao processo de conversão da amônia em nitratos.
• Desnitrificação: As bactérias desnitrificantes (como, por exemplo, a Pseudomonas denitrificans), são capazes de converter os nitratos em nitrogênios molecular, que volta a atmosfera fechando o ciclo. 

Ácidos nucleicos

O que são ácidos nucleicos? 

Ácidos Nucleicos são os constituintes das moléculas de DNA e RNA, que estão presentes nos genes. O nome deve-se a fato de serem ácidos e por terem sido descobertos no núcleo das células.

Estrutura

O DNA é composto pelas seguintes bases:

  Adenina (A) e guanina (G), que são bases púricas.

  Citosina (C) e timina (T), que são bases pirimídicas.   

O RNA é composto pelas seguintes bases:

Adenina (A) e guanina (G), que são bases púricas.

Citosina (C) e uracila (U), que são bases pirimídicas.

Repare que a composição é semelhante a do DNA. A diferença é que no lugar da timina, no RNA tem-se a uracila.

 Há 2 tipos de ácido nucleico: o ácido desoxirribonucleico ou DNA e o ácido ribonucleico ou RNA. Ambos são macromoléculas compostas por cadeias de centenas ou milhares de nucleotídios ligados. Cada nucleotídio é composto de um monossacarídio pentose, de uma base nitrogenada.

ESTRUTURA DE UM NUCLEOTÍDIO:

Ácidos desoxirribonucleico:

O Ácido Desoxirribonucleico (ADN ou DNA) é o material genético de todos os organismos celulares e de grande parte dos vírus. Este material genético transporta a informação necessária para dirigir a síntese de proteínas e sua replicação. 

A síntese de proteínas nada mais é do que  a produção das proteínas as células e os vírus precisam para o metabolismo e desenvolvimento. 

A replicação é o conjunto de reações por meio das quais o DNA faz uma cópia de si mesmo cada vez que uma célula se divide e transmite suas informações às células filhas. Em quase todos os organismos celulares o DNA está organizado na forma de cromossomos, situados no núcleo celular. 

O DNA é o responsável pela transmissão das características genéticas (cor dos olhos, pele, cabelo, fisionomia, etc) entre os seres vivos.

Adesina, Citosina, Guanina e Timina são as quatro bases encontradas na estrutura do DNA. 

A duplicação do DNA:

No processo de duplicação do DNA, as pontes de hidrogênio entre as bases se rompem e as duas cadeias começam a se separar. À medida que as bases vão sendo expostas, nucleotídeos que vagam pelo meio ao redor vão se unindo a elas, sempre respeitando a especificidade de emparelhamento: A com T, T com A, C com G e G com C. Uma vez ordenados sobre a cadeia que está que está servindo de modelo, os nucleotídeos se ligam em seqüência e formam uma cadeia complementar dobre cada uma das cadias da molécula original. Assim, uma molécula de DNA reproduz duas moléculas idênticas a ela.

Ácido ribonucleico (RNA):

O Ácido Ribonucleico é o material genético de alguns tipos de vírus e, nos organismos celulares, a molécula que dirige as fases da síntese de proteínas. Nos vírus ARN, esta molécula comanda dois processos: a síntese de proteínas (produção das proteínas que formam a cápsula do vírus) e replicação (formação de uma cópia de si mesmo). 

Quando estudamos os ácidos nucleicos (RNA e DNA), nós precisamos conhecer os três processos que ocorrem com eles: a transcrição, a replicação (ou duplicação) e a tradução (síntese de proteínas). 

Transcrição: ocorre quando o RNA se origina a partir do DNA.

Replicação: quando a célula se divide para dar origem a outras células, o DNA precisa se duplicar (pois cada célula nova precisa ter DNA). Esse é o processo de replicação (ou duplicação) do DNA. 

Tradução: é o nome do processo de produção de proteínas ("síntese proteica" ou "síntese de proteínas"). 

A replicação (duplicação)

A molécula de DNA passa por um processo de duplicação. Esse processo é semiconservativo,pois a dupla fita de DNA precisa se separar para ser duplicada, mas as novas moléculas criadas conterão uma das fitas do DNA inicial, ou seja: cada DNA criado terá uma fita nova e outra original (do DNA original), sendo, portanto, um processo semiconservativo (o DNA novo conserva uma das duas fitas do DNA original). 

 A replicação do DNA se inicia com a quebra das ligações de hidrogênio que une as bases nitrogenadas do DNA. Nesse momento, outros nucleotídeos aproximam-se de cada fita-molde e inicia o pareamento entre A-T e G-C, resultando em duas novas moléculas de DNA, que são idênticas à molécula inicial. É desse modo que o DNA é duplicado (replicado). 

Há inúmeras enzimas que participam do processo, como a DNA polimerase (que promove a ligação dos nucleotídeos), a topoisomerase (que tem função de quebrar ligações do DNA e também restaurá-las) e aDNA ligase, que liga certos fragmentos de DNA (chamados fragmentos de Okasaki) ao longo da replicação.  

 A Transcrição

A transcrição ocorre quando um RNA se forma a partir do DNA. A enzima responsável pela transcrição se chama RNA Polimerase, que a partir de uma das fitas de DNA consegue elaborar a fita de RNA. Diferentemente do DNA (que é uma estrutura em forma de fita dupla), o RNA tem apenas uma única fita. 

A Tradução (Síntese de Proteínas)

Para entendermos a tradução, nós precisamos saber primeiro quais são os tipos de RNA.

Os Tipos de RNA 

1) RNA de transferência ou tRNA;

2) RNA mensageiro ou mRNA;

3) RNA ribossômico ou rRNA

 O RNA de transferência

É a menor molécula das três e sua função é a de carrear e combinar os aminoácidos que constituirão as novas proteínas. Eles se combinam com os aminoácidos e reconhecem as bases presentes no RNA mensageiro, que deverão ser pareadas com estes. As sequências reconhecidas pelo tRNA são chamadas códons, e são grupos de três bases nitrogenadas. As sequências que pareiam com os códons são chamadas anticódons. Cada trinca ou códon corresponde a um aminoácido, como pode ser visto na figura abaixo.

O RNA mensageiro

Tem a função de transcrever a informação contida em um segmento de DNA. Seu tamanho e peso variam de acordo com o tamanho da molécula proteica final. O mRNA é composto por duas extremidades: a cauda Poli A e a cauda cap. Seu percurso é sair do núcleo já portando as informações necessárias à síntese e dirigir-se ao citoplasma.

O RNA ribossômico

Este tipo corresponde a cerca de 80% dos tipos de RNA e ele se encontra unido a proteínas, formando os ribossomos. Estes últimos, quando ligados ao RNA mensageiro são chamados de polirribossomos, onde ocorrerá a síntese proteica. 

O processo de fabricação de proteínas ("tradução", ou "síntese de proteínas", ou então "síntese proteica") ocorre no citoplasma após a saída do mRNA do núcleo, que se dirige aos rRNAs. Os ribossomos do rRNA terão a função de traduzir em proteínas a mensagem do DNA carreada pelo tRNA e transcrita pelo mRNA inicialmente.  

 

O RNA de transferência

É a menor molécula das três e sua função é a de carrear e combinar os aminoácidos que constituirão as novas proteínas. Eles se combinam com os aminoácidos e reconhecem as bases presentes no RNA mensageiro, que deverão ser pareadas com estes. As sequências reconhecidas pelo tRNA são chamadas códons, e são grupos de três bases nitrogenadas. As sequências que pareiam com os códons são chamadas anticódons. Cada trinca ou códon corresponde a um aminoácido, como pode ser visto na figura abaixo.