AULA 1 - DNA, RNA, DUPLICAÇÃO, TRANSCRIÇÃO E TRADUÇÃO

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UNIVERSIDADE PAULISTA (Unip) Genética Humana / Prof.ª Márcia Cristina Pina BASES MACROMOLECULARES DA CONSTITUIÇÃO CELULAR O organismo vivo é constituído por substâncias divididas em: INORGÂNICAS:  Água  Sais ORGÂNICAS:  Proteínas  Lipídios  Ácidos nucleicos  Vitaminas e outras A IMPORTÂNCIA DA ÁGUA PARA O CORPO HUMANO:  Constituinte do corpo humano;  Solvente universal;  Participa de todas as reações químicas no organismo;  Contribui para a estabilização da temperatura corporal. A água se distribui como: Água intracelular: presente no interior das células; Água extracelular: representa cerca de 20% do peso corpóreo, incluindo água do plasma, linfa, fluido espinal e secreções; Água intercelular: está entre e ao redor das células. Geralmente está na forma de gel. Todas as células metabolicamente ativas de músculos e vísceras possuem maior quantidade de água, enquanto que aquelas calcificadas, menor quantidade; Como % de peso corpóreo, a água varia entre os indivíduos, dependendo da proporção de músculo e tecido adiposo; O total de água corpórea é maior em atletas e diminui significativamente com o avançar da idade devido à diminuição da massa muscular. SAIS MINERAIS:     

Atuam como reguladores do metabolismo celular; São obtidos através da ingestão de água e alimentos; Auxiliam na formação de estruturas de tecidos que formam ossos e dentes; Participam da manutenção do equilíbrio hídrico; Aparecem na composição da célula sob duas formas básicas: imobilizada e dissociada.

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Se apresentam sob a forma imobilizada como componentes de estruturas esqueléticas (cascas de ovos, ossos, etc.). PROTEÍNAS: Compostos orgânicos sintetizadas pelos organismos vivos através da condensação (união) de várias moléculas de aminoácidos chamadas de ligações peptídicas. Aminoácidos – proteínas Essenciais: devem ser ingeridos – o organismo é incapaz de produzir. Ex: Fenilalanina (diminui as dores, auxilia na memória, etc.) Fenilcetonúricos (excesso de fenilalanina causa deficiência mental, convulsões, problemas de pele e cabelo). Não essenciais ou naturais: o organismo é capaz de produzir. Ex: ácido glutâmico (chamado de “alimento cerebral” e auxilia na eliminação da amônia, substância altamente tóxica para as células vivas). Importância das proteínas:    

Na estrutura e funcionamento de todos os organismos vivos; Regula a contração muscular; Auxilia na produção de anticorpos; Auxilia na expansão e contração dos vasos sanguíneos para manter a pressão arterial normal. ENZIMAS: catalisadoras biológicas (auxiliam nas reações ocorrendo maior processamento); Catalisadores são substâncias com a capacidade de acelerar reações químicas, aumentam sua velocidade. Praticamente todas as enzimas são proteínas; GLICÍDIOS OU CARBOIDRATOS: conhecido como açúcares simples, sendo a glicose o mais conhecido; a glicose é utilizada nas reações de oxidação do metabolismo para liberar energia para o trabalho celular. LIPÍDIOS: substâncias orgânicas que compreendem os óleos, gorduras, ceras e hormônios esteroides (sexuais e das suprarrenais); na falta de glicose, a célula oxida liberando energia para a ativação de seus trabalhos. ÁCIDOS NUCLÉICOS: coordenam a síntese de todas as proteínas celulares (RNA – ácido ribonucleico) e transmitem informações genéticas em todos os organismos (DNA – ácido desoxirribonucleico que está no núcleo da célula e compõem os genes.

UNIVERSIDADE PAULISTA (Unip) Genética Humana / Prof.ª Márcia Cristina Pina DNA – programador genético; RNA – executor das programações genéticas. DNA: formado por uma fita dupla ligada por bases nitrogenadas como adenina, timina, guanina e citosina. *duplicação: distribui informações para as características hereditárias; *tradução: o RNA comanda a síntese de proteínas no citoplasma. RNA: formado por uma fita simples, não tem timina e sim uracila e fabrica proteínas. VITAMINAS: responsáveis pelo desencadeamento das atividades enzimáticas sendo importantíssimas para o metabolismo dos seres vivos; a deficiência de certas vitaminas pode causar a hipovitaminose ou doença de carência. São classificadas como: HIDROSSOLÚVEIS: solúveis em água. Vitamina B12 (cobalaminas): encontrada em carnes de fígado e antianêmica; Vitamina P (rutina): encontrada em vegetais folhosos e age fortalecendo os vasos sanguíneos evitando a fragilidade capilar; Vitamina C (ácido ascórbico): encontrada nos frutos cítricos e vegetais (verduras) auxilia na produção de anticorpos é antioxidante e antiescorbútica (lesões da mucosa intestinal, sangramento de gengivas e enfraquecimento de dentes); LIPOSSÓLUVEIS: solúveis em óleos e gorduras. Vitamina A (retinol): encontrada na cenoura, leite, óleos de fígado de bacalhau. Age nos processos de cicatrização e sua ausência pode causar cegueira noturna ou xeroftalmia (ressecamento e ulceração da córnea); Vitamina K (filoquinona): encontrada em vegetais e no alho. Age evitando hemorragias, participando da produção de anticoagulantes. É sintetizada por bactérias presentes na flora intestinal.

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CÉLULAS A célula representa a menor porção de matéria viva. São as unidades estruturais e funcionais dos organismos vivos. A nível estrutural podem ser comparadas aos tijolos de uma casa, a nível funcional podem ser comparadas aos aparelhos e eletrodomésticos que tornam uma casa habitável. Cada tijolo ou aparelho seria como uma célula. Alguns organismos, tais como as bactérias, são unicelulares (consistem em uma única célula). Outros organismos, tais como os seres humanos, são pluricelulares. O corpo humano é constituído por 10 trilhões (10 13) de células mais 90 trilhões de células de microrganismos que vivem em simbiose com o nosso organismo; um tamanho de célula típico é o de 10 µm; uma massa típica da célula é 1 nanograma. Em 1837, antes de a teoria final da célula estar desenvolvida, um cientista checo de nome Jan Evangelista Purkyňe observou "pequenos grãos" ao olhar um tecido vegetal através de um microscópio. A teoria da célula, desenvolvida primeiramente em 1838 por Matthias Jakob Schleiden e por Theodor Schwann, indica que todos os organismos são compostos de uma ou mais células. Todas as células vêm de células preexistentes. As funções vitais de um organismo ocorrem dentro das células, e todas elas contêm informação genética necessária para funções de regulamento da célula, e para transmitir a informação para a geração seguinte de células. A palavra "célula" vem do latim: cellula (quarto pequeno). O nome descrito para a menor estrutura viva foi escolhido por Robert Hooke. Em um livro que publicou em 1665, ele comparou as células da cortiça com os pequenos quartos onde os monges viviam. Para ser considerado um ser vivo, esse tem que apresentar certas características: 

Ser constituído de célula;



Buscar energia para sobreviver;



Responder a estímulos do meio;

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Se reproduzir;



Evoluir.

De acordo com o número de células podem ser divididas em: 

Unicelulares - Bactérias, cianofitas, protozoários, algas unicelulares e leveduras.



Pluricelulares - os demais seres vivos.

De acordo com a organização estrutural, as células são divididas em: 

Células Procariontes



Células Eucariontes As células são envolvidas pela membrana celular e preenchidas com uma

solução aquosa concentrada de substâncias químicas, o citoplasma em que se encontram dispersos organelos (por vezes escrito organelas, organóides, orgânulos ou organitos). As formas mais simples de vida são organismos unicelulares que se propagam por cissiparidade. As células podem também constituir arranjos ordenados, os tecidos. CÉLULAS PROCARIONTES As células procariontes ou procarióticas, também chamadas de protocélulas, são muito diferentes dos eucariontes. A sua principal característica é a ausência de carioteca individualizando o núcleo celular, pela ausência de algumas 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 às histonas). Estas células são desprovidas de mitocôndrias, plastídios, complexo de Golgi, retículo endoplasmático e, sobretudo cariomembrana o que faz com que o DNA fique disperso no citoplasma.

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A este grupo pertencem seres unicelulares ou coloniais: 

Bactérias



Cianofitas (algas cianofíceas, algas azuis ou ainda Cyanobacteria)



PPLO ("pleuro-pneumonia like organisms") ou Micoplasmas CÉLULAS EUCARIONTES 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.

ORGANELAS CELULARES E SUAS FUNÇÕES CENTRÍOLOS Os centríolos são organelas NÃO envolvidas por membrana e que participam do progresso de divisão celular. Nas células de fungos complexos, plantas superiores (gimnospermas e angiospermas) e nematoides não existem centríolos. Eles estão

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presentes na maioria das células de animas, algas e vegetais inferiores como as briófitas (musgos) e pteridófitos (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 polos 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 série 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.

OS CÍLIOS E FLAGELOS São estruturas móveis, encontradas externamente em células de diversos seres vivos. Os cílios são curtos e podem ser relacionados à locomoção e a remoção de impurezas. Nas células que revestem a traqueia humana, por exemplo, os batimentos ciliares empurram impurezas provenientes do ar inspirado, trabalho facilitado pela

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mistura com o muco que, produzido pelas células da traqueia, lubrifica e protege a traqueia. Em alguns protozoários, por exemplo, o paramécio, os cílios são utilizados para a locomoção. Os flagelos são longos e também se relacionam a locomoção de certas células, como a de alguns protozoários (por exemplo, o tripanossomo causador da doença de Chagas) e a do espermatozoide.

Em alguns organismos pluricelulares, por exemplo, nas esponjas, o batimento flagelar cria correntes de água que percorrem canais e cavidades internas, trazendo, por exemplo, partículas de alimento. Estruturalmente, cílios e flagelos são idênticos. Ambos são cilíndricos, exteriores as células e cobertos por membrana plasmática. Internamente, cada cílio ou flagelo é constituído por um conjunto de nove pares de microtúbulos periféricos de tubulina, circundando um par de microtúbulos centrais. É a chamada estrutura 9 + 2.

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Tanto os cílios como flagelos são originados por uma região organizadora no interior da célula, conhecida como corpúsculo basal. Em cada corpúsculo basal há um conjunto de nove trios de microtúbulos (ao invés de duplas, como nos cílios e flagelos), dispostos em círculo. Nesse sentido, a estrutura do corpúsculo basal é semelhante à de um centríolo. MITOCÔNDRIAS As mitocôndrias estão imersas no citosol, entre as diversas bolsas e filamentos que preenchem o citoplasma das células eucariontes. Elas são verdadeiras “casas de força” das células, pois produzem energia para todas as atividades celulares. As mitocôndrias foram descobertas em meados do século XIX, e, durante décadas, sua existência foi questionada por alguns citologistas. Somente em 1890 foi demonstrada, de modo incontestável, a presença de mitocôndrias no citoplasma celular. O termo “mitocôndria” (do grego, mitos, fio, e condros, cartilagem) surgiu em 1898, possivelmente como referência ao aspecto filamentoso e homogêneo (cartilaginoso) dessas organelas em alguns tipos de células, quando observadas ao microscópio óptico. As mitocôndrias, cujo número varia de dezenas até centenas, dependendo do tipo de célula, estão presentes praticamente em todos os seres eucariontes, sejam animais, plantas, algas, fungos ou protozoários.

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Estrutura interna das mitocôndrias As mitocôndrias são delimitadas por duas membranas lipoproteicas semelhantes às demais membranas celulares. Enquanto a membrana externa é lisa, a membrana interna possui inúmeras pregas – as cristas mitocondriais – que se projetam para o interior da organela.

A cavidade interna das mitocôndrias é preenchida por um fluido denominado matriz mitocondrial, onde estão presentes diversas enzimas, além de DNA e RNA e pequenos ribossomos e substâncias necessárias à fabricação de determinadas proteínas. A respiração celular No interior das mitocôndrias ocorre a respiração celular, processo em que moléculas orgânicas de alimento reagem com gás oxigênio (O2), transformando-se em gás carbônico (CO2) e água (H2O) e liberando energia. C6H12O6 + O2 -> 6 CO2 + 6 H2O + energia A energia liberada na respiração celular é armazenada em uma substância chamada ATP (adenosina trifosfato), que se difunde para todas as regiões da célula, fornecendo energia para as mais diversas atividades celulares.

PLASTOS Plastos são orgânulos citoplasmáticos encontrados nas células de plantas e de algas. Sua forma e tamanho variam conforme o tipo de organismo. Em algumas algas,

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cada célula possui um ou poucos plastos, de grande tamanho e formas características. Já em outras algas e nas plantas em geral, os plastos são menores e estão presentes em grande número por célula. Os plastos podem ser separados em duas categorias: 

Cromoplastos (do grego chromos, cor), que apresentam pigmentos em seu interior. O cromoplasto mais frequente nas plantas é o cloroplasto, cujo principal componente é a clorofila, de cor verde. Há também plastos vermelhos, os eritroplastos (do grego eritros, vermelho), que se desenvolvem, por exemplo, em frutos maduros de tomate.



Leucoplastos (do grego leukos, branco), que não contêm pigmentos.

Cloroplastos Os cloroplastos são orgânulos citoplasmáticos discoides que se assemelham a uma lente biconvexa com cerca de 10 micrometros de diâmetro. Eles apresentam duas membranas envolventes e inúmeras membranas internas, que formam pequenas bolsas discoidais e achatadas, os tilacóides (do grego thylakos, bolsa). Os tilacóides se organizam uns sobre os outros, formando estruturas cilíndricas que lembram pilhas de moedas. Cada pilha é um granum, que significa grão, em latim (no plural, grana). O espaço interno do cloroplasto é preenchido por um fluido viscoso denominado estroma, que corresponde à matriz das mitocôndrias, e contém, como estas, DNA, enzimas e ribossomos. As moléculas de clorofila ficam dispostas organizadamente nas membranas dos tilacóides, de modo a captarem a luz solar com a máxima eficiência.

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Funções do cloroplasto Se as mitocôndrias são as centrais energéticas das células, os cloroplastos são as centrais energéticas da própria vida. Eles produzem moléculas orgânicas, principalmente glicose, que servem de combustível para as mitocôndrias de todos os organismos que se alimentam, direta ou indiretamente, das plantas. Os cloroplastos produzem substâncias orgânicas através do processo de fotossíntese. Nesse processo, a energia luminosa é transformada em energia química, que fica armazenada nas moléculas das substâncias orgânicas fabricadas. As matériasprimas empregadas na produção dessas substâncias são, simplesmente, gás carbônico e água. Durante a fotossíntese, os cloroplastos também produzem e liberam gás oxigênio (O2), necessário à respiração tanto de animais quanto de plantas. Os

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cientistas acreditam que praticamente todo o gás oxigênio que existe hoje na atmosfera terrestre tenha se originado através da fotossíntese. RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO O citoplasma das células eucariontes contém inúmeras bolsas e tubos cujas paredes têm uma organização semelhante à da membrana plasmática. Essas estruturas formam uma complexa rede de canais interligados, conhecida pelo nome de retículo endoplasmático, que pode ser de dois tipos: Rugoso (granular) e liso (agranular). O rugosa, ou ergastoplasma é formado por sacos achatados, cujas membranas têm aspecto verrugoso devido à presença de ribossomos aderidos à sua superfície externa. O liso é formado por estruturas membranosas tubulares, sem ribossomos aderidos, portanto de superfície lisa. Os dois tipos estão interligados e a transição entre eles é gradual, observando o retículo endoplasmático, partindo do rugoso em direção ao liso, vemos as bolsas tornarem-se menores e à quantidade de ribossomos aderidos diminui progressivamente, até deixar de existir. O retículo endoplasmático atua como uma rede de distribuição de substâncias no interior da célula. No líquido existente dentro de suas bolsas e tubos, diversos tipos de substâncias se deslocam sem se misturar com o citosol. Outras funções são: o armazenamento de substâncias e o controle da pressão osmótica do hialoplasma. O retículo Endoplasmático liso também é responsável pela produção de lipídios, desintoxicação do organismo (fígado) e ajuda a catalisar as reações químicas na célula, já o rugoso é responsável pela produção de proteínas graças à presença dos ribossomos. As proteínas fabricadas penetram nas bolsas e desloca-se em direção ao aparelho de Golgi, passando pelos estreitos e tortuosos canais do retículo endoplasmático liso. Funções do retículo endoplasmático O retículo endoplasmático, além de conduzir substâncias pelo citoplasma, é o local de produção de várias substâncias importantes. Por exemplo, a síntese de diversos lipídios, como colesterol, fosfolipídios e hormônios esteroides, ocorre no retículo endoplasmático granular. Já o retículo endoplasmático granular, graças aos

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ribossomos, fabrica diversos tipos de proteínas. O retículo endoplasmático agranular também participa dos processos de desintoxicação das células. No retículo agranular das células do fígado, por exemplo, ocorre modificação ou destruição de diversas substâncias tóxicas, entre elas o álcool. RE rugoso: também chamado de ergastoplasma, é formado por bolsas membranosas achatadas, com grânulos – os ribossomos – aderido à superfície externa. Sua principal função, graças aos ribossomos presente, é a síntese de proteínas. RE liso: é formado por tubos membranosos lisos, sem ribossomos aderidos. Suas principais funções são: síntese de diversos lipídios, como o colesterol, hormônios esteroides e fosfolipídios. É no RE liso que também ocorre o processo de desintoxicação das células. COMPLEXO DE GOLGI O aparelho de Golgi está presente em praticamente todas as células eucariontes, consistindo em bolsas membranosas achatadas, empilhadas como pratos, chamadas Dictiossomos. Em células animais os dictiossomos geralmente encontram-se reunidos próximo ao núcleo, já nas células vegetais, geralmente os dictiossomos se encontram espalhados pelo citoplasma. O complexo de Golgi atua como centro de armazenamento, transformação, empacotamento e remessa de substâncias na célula, além de atuar na secreção do ácido pancreátil, na produção de polissacarídeos (muco, glicoproteína-RER), na produção de lipídios, na secreção de enzimas digestivas, formação da lamela média em células vegetais, formação do lisossomo e na formação do cromossomo do espermatozoide. O aparelho de Golgi desempenha papel fundamental na eliminação de substâncias úteis ao organismo, processo denominado secreção celular.

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LISOSSOMOS Os lisossomos (do grego lise, quebra, destruição) são bolsas membranosas que contêm enzimas capazes de digerir diversas substâncias orgânicas. Existem mais de cinquenta tipos de enzimas hidrolíticas (atuam por hidrólise) alojadas no interior das pequenas bolsas lisossômicas. Os lisossomos estão presentes em praticamente todas as células eucariontes, sua origem é o Aparelho de Golgi. O retículo endoplasmático rugoso produz enzimas que migram para os dictiossomos (complexo de Golgi), são identificadas e enviadas para uma região especial do Aparelho de Golgi, onde são empacotadas e liberadas na forma de pequenas bolsas. Funções Uma das funções dos lisossomos é a digestão intracelular. As bolsas formadas na fagocitose ou na pinocitose, que contêm partículas capturadas do meio externo, fundem-se com os lisossomos, originando bolsas maiores, onde a digestão ocorrerá. As bolsas originadas pela fusão de lisossomos com fagossomos ou pinossomos são denominadas vacúolos digestivos; em seu interior as substâncias presentes nos fogossomos ou pinossomos são digeridas pelas enzimas lisossômicas. Com a digestão intracelular as partículas capturadas pelas células são quebradas em pequenas moléculas que atravessam a membrana do vacúolo digestivo, passando pelo citosol. Estas moléculas fornecem energia à célula e serão utilizadas na fabricação de novas substâncias. Os materiais não digeridos no processo digestivo permanecem dentro do vacúolo, que passa a ser chamado vacúolo residual. Muitas células eliminam o conteúdo do vacúolo residual para o meio exterior. Este processo é chamado de clasmocitose ou defecação celular. O vacúolo residual encosta-se à membrana plasmática, fundindo-se nela e lançando seu conteúdo para o meio externo. Outra função do lisossomo é a autofagia (do grego auto, próprio e phagin, comer). Autofagia é uma atividade indispensável à sobrevivência de qualquer célula. Ela é o processo pelo qual as células digerem partes de si mesmas, com o auxílio de seus lisossomos. A autofagia é, em outras situações, uma atividade puramente

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alimentar. Quando um organismo é privado de alimento e as reservas de seu corpo se esgotam, as células passam a digerir partes de si mesmas, como estratégia de sobrevivência. A autofagia permite destruir organelas celulares desgastadas e reaproveitar alguns de seus componentes. Este processo inicia-se com os lisossomos, que se aproximam, cercam e envolvem a estrutura a ser eliminada, que fica contida em uma bolsa repleta de enzimas, denominado vacúolo autofágico. Uma célula do nosso fígado, a cada semana, digere e reconstrói a maioria de seus componentes. Além das funções citadas acima, os lisossomos têm como função a citólise ou autólise, que o processo pelo qual a célula toda é digerida. Isto acontece com a cauda do girino, na sua transformação para a fase adulta. PEROXISSOMOS Peroxissomos são bolsas membranosas que contêm alguns tipos de enzimas digestivas, semelhantes aos lisossomos, como a catalase, que transforma o H 2O2 (água oxigenada, formada na degradação dos aminoácidos e das gorduras) em H 2O (água) e O2 (oxigênio), e outras, em menor quantidade, que degradam gorduras e aminoácidos. Além disso, os peroxissomos também atuam no processo de desintoxicação das células. Pelo qual os peroxissomos absorvem substâncias tóxicas, modificando-as de modo a que não causem danos ao organismo. Os tipos de enzimas presentes nos peroxissomos sugerem que, além da digestão, eles participem da desintoxicação da célula. O peróxido de hidrogênio, que se forma normalmente durante o metabolismo celular, é tóxico e deve ser rapidamente eliminado. RIBOSSOMOS Presentes em todos os seres vivos são grãos formados por ácido ribonucleico (RNA) e proteínas. Nas células eucarióticas, os ribossomos podem aparecer livres no hialoplasma ou associados à membrana do retículo (RE rugoso). É nos ribossomos que ocorre a síntese das proteínas. A síntese é feita através da união entre aminoácidos, sendo o mecanismo controlado pelo RNA. Este é produzido no núcleo da célula, sob o comando do DNA. O RNA, apoiado num grupo de ribossomos chamado polirribossomo

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ou polissoma, comanda a sequência de aminoácidos da proteína. Durante esse trabalho, os ribossomos vão "deslizando" pela molécula de RNA, à medida que a proteína vai sendo fabricada. VACÚOLOS São cavidades do citoplasma visíveis ao microscópio óptico. Além destes, há outros dois tipos de vacúolos, como o vacúolo contrátil e o vacúolo de suco celular. Vacúolo Contráteis: presentes nos protozoários de água doce – encarregam-se de eliminar o excesso de água das células, além de eliminar também, substâncias tóxicas ou em excesso. Vacúolo de Sulco Celular: é característico das células vegetais, que armazena diversas substâncias. A coloração das flores, por exemplo, devem-se às antocianinas, pigmentos que se encontram dissolvidos nesse vacúolo. Vacúolos digestivos Fagossomos e pinossomos, que contém material capturado do meio pela célula, fundem-se com lisossomos, originando bolsas membranosas chamadas vacúolos digestivos. As enzimas lisossômicas digerem as substâncias capturadas, quebrando-as e reduzindo-as a moléculas menores. Estas atravessam a mesma membrana do vacúolo digestivo e saem para o citosol, onde serão utilizadas como matéria-prima ou fonte de energia para os processos celulares. Eventuais restos da digestão, constituídos por material não digerido e enzimas, permanecem dentro do vacúolo, agora denominado vacúolo (ou corpo) residual. Este expulsa o conteúdo da célula por clasmocitose. Vacúolos autofágicos e heterofágicos Partes da célula, como, por exemplo, organelas velhas e desgastadas são constantemente atacadas e digeridas pela atividade lisossômica. Dessa forma, seus componentes moleculares podem ser reaproveitados.

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Os lisossomos fundem-se em torno de uma parte celular a ser digerida, formando uma bolsa membranosa chamada vacúolo autofágico (do grego autos próprio, e phagos, comer). Essa denominação ressalta o fato de o material digerido no vacúolo ser uma parte da própria célula. Quando o material digerido vem de fora da célula, capturado por fagocitose ou pinocitose, fala-se em vacúolo heterofágico (do grego heteros, outro, diferente). CITOPLASMA Os primeiros citologistas acreditavam que o interior da célula viva era preenchido por um fluido homogêneo e viscoso, no qual estava mergulhado o núcleo. Esse fluido recebeu o nome de citoplasma. O maior volume de uma célula eucariótica é representado pela região compreendida entre a membrana plasmática e a membrana nuclear. Nessa região, encontramos uma solução coloidal formada principalmente por água e proteínas. Trata-se do citoplasma ou matriz citoplasmática, onde estão mergulhados uma série de organelas, ribossomos e outras estruturas responsáveis por algumas funções importantes, tais como: digestão, respiração, secreção, síntese de proteínas. As organelas membranosas dividem o citoplasma, mas também forma uma complexa rede de comunicação e transporte denominada sistema vacuolar citoplasmático (SVC), que compreende o envoltório nuclear, o retículo endoplasmático, o complexo de Golgi e os vacúolos. Pode-se encontrar também uma série de microtúbulos (tubulina), além de microfilamentos proteicos (actina e miosina), que contribuem para formar um citoesqueleto, auxiliando na manutenção da forma celular e apoiando o movimento das organelas citoplasmáticas. É principalmente no citoplasma que ocorrem as principais reações necessárias à manutenção da vida. Por ser a célula uma estrutura dinâmica, o seu citoplasma não é estático, pois apresenta alguns movimentos como aquele observado nas amebas para a emissão de pseudópodes.

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NÚCLEO (TEMA DE NOSSA PRÓXIMA AULA) Núcleo, o cérebro da célula. É ele que possui todas as informações genéticas, comanda e gerencia toda a célula. Dentro dele, está localizado um ácido chamado DNA (ácido desoxirribonucleico). Este, formado por uma dupla hélice de nucleotídeos (formado por uma molécula de açúcar ligada a uma molécula de ácido fosfórico e uma base nitrogenada). O DNA é responsável por toda e qualquer característica do ser vivo. É ele que manda fazer as proteínas, determina a forma da célula etc. No homem, o DNA é que diz de que cor serão os olhos, o tamanho dos pés etc. O núcleo é composto por uma carioteca, cromatina e nucléolos. A carioteca é um tipo de membrana plasmática composta por duas membranas lipoproteicas. Essa membrana possui vários poros em sua superfície. Esses são compostos por uma complexa estrutura proteica que funciona como uma válvula que escolhe que substância deve entrar e qual deve sair. A cromatina é um conjunto de fios formados por uma longa molécula de DNA associada a moléculas de histonas chamados de cromossomos. É o local onde parte das informações estão guardadas. Por último, o nucléolo é um corpo redondo e denso, constituído por proteínas, RNA e um pouco de DNA. É dentro dele que se formam os ribossomos, presentes em toda a célula. Uma das principais características da célula eucarionte é a presença de um núcleo de forma variável, porém bem individualizado e separado do restante da célula: Ao microscópio óptico o núcleo tem contorno nítido, sendo o seu interior preenchido por elementos figurados. Dentre os elementos distinguem-se o nucléolo e a cromatina. Quando uma célula se divide, seu material nuclear (cromatina) perde a aparência relativamente homogênea típica das células que não estão em divisão e condensa-se numa série de organelas em forma de bastão, denominadas cromossomos. Nas células somáticas humanas são encontrados 46 cromossomos.

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Há dois tipos de divisão celular: mitose e meiose. A mitose é a divisão habitual das células somáticas, pela qual o corpo cresce, se diferencia e realiza reparos. A divisão mitótica resulta normalmente em duas células-filhas, cada uma com cromossomos e genes idênticos aos da célula-mãe. A meiose ocorre somente nas células da linhagem germinativa e apenas uma vez numa geração. Resulta na formação de células reprodutivas (gametas), cada uma das quais tem apenas 23 cromossomos.

DNA, RNA, DUPLICAÇÃO, TRANSCRIÇÃO E TRADUÇÃO DNA e RNA são

siglas

de substâncias

químicas envolvidas

na

transmissão

de caracteres hereditários e na produção de proteínas compostas, que são o principal constituinte dos seres vivos; são ácidos nucleicos encontrados em todas as células humanas. De acordo com a biologia, o DNA faz o RNA, que faz proteína (embora existam exceções como os retrovírus, por exemplo, o vírus da Aids). A informação contida no DNA está registrada na sequência de suas bases na cadeia, que indica outra sequência, a de aminoácidos substâncias que constituem as proteínas. O DNA não é o fabricante direto dessas proteínas; para isso ele forma um tipo específico de RNA, o RNA mensageiro. O código genético está no DNA, no núcleo

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das células, já as proteínas ficam no citoplasma celular, para onde se dirige o RNA mensageiro. DNA é uma molécula formada por duas cadeias na forma de uma dupla hélice, que são constituídas por um açúcar, um grupo fosfato e uma base nitrogenada. A dupla hélice é um fator essencial na replicação do DNA durante a divisão celular, onde cada hélice serve de molde para outra nova. RNA é a sigla para ácido ribonucleico (RNA), que é uma molécula também formada por um açúcar, um grupo fosfato e uma base nitrogenada. O RNA é o responsável pela síntese de proteínas da célula, são geralmente formados em cadeia simples, que podem, por vezes, ser dobrados. Na célula, o DNA é encontrado no núcleo, e o RNA é produzido no núcleo, mas migra para o citoplasma. No que diz respeito à pentose (o monossacarídeo estrutural que está presente no nucleotídeo), no RNA existe a ribose e no DNA a desoxirribose. Outra diferença entre DNA e RNA se encontra nas suas estruturas. Quanto ao número de fitas, normalmente o RNA apresenta uma hélice simples, enquanto o DNA tem uma dupla-hélice. Relativamente ao pareamento das bases nitrogenadas, tanto no RNA como no DNA a citosina se pareia com guanina. A diferença é que no RNA a adenina se pareia com a uracila e no DNA a adenina se pareia com a timina. O DNA controla toda a atividade celular. Ele possui a “receita” para o funcionamento de uma célula. Toda vez que uma célula se divide, a “receita” deve ser passada para as células-filhas. Todo o “arquivo” contendo as informações sobre o funcionamento celular precisa ser duplicado para que cada célula-filha receba o mesmo tipo de informação que existe na célula-mãe. Para que isso ocorra, é fundamental que o DNA sofra “autoduplicação”.

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A DUPLICAÇÃO DO DNA O modelo estrutural do DNA proposto por Watson e Crick explica a duplicação dos genes: as duas cadeias do DNA se separam e cada uma delas orienta a fabricação de uma metade complementar. O experimento dos pesquisadores Meselson e Stahl confirmou que a duplicação do DNA é semiconservativa, isto é, que metade da molécula original se conserva íntegra em cada uma das duas moléculas-filhas.

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 sequência e formam uma cadeia complementar dobre cada uma das cadeias da molécula original. Assim, uma molécula de DNA reproduz duas moléculas idênticas a ela.

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A ação da enzima DNA polimerase Diversos aspectos da duplicação do DNA já foram desvendados pelos cientistas. Hoje, sabe-se que há diversas enzimas envolvidas nesse processo. Certas enzimas desemparelham as duas cadeias de DNA, abrindo a molécula. Outras desenrolam a hélice dupla, e há, ainda, aquelas que unem os nucleotídeos entre si. A enzima que promove a ligação dos nucleotídeos é conhecida como DNA polimerase, pois sua função é construir um polímero (do grego poli, muitas, e meros, parte) de nucleotídeos.

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DNA polimerase

A mensagem do DNA é passada para o RNA O material genético representado pelo DNA contém uma mensagem em código que precisa ser decifrada e traduzida em proteínas, muitas das quais atuarão nas reações metabólicas da célula. A mensagem contida no DNA deve, inicialmente, ser passada para moléculas de RNA que, por sua vez, orientarão a síntese de proteínas. O controle da atividade celular pelo DNA, portanto, é indireto e ocorre por meio da fabricação de moléculas de RNA, em um processo conhecido como transcrição. RNA: Uma Cadeia (Fita) Simples As moléculas de RNA são constituídas por uma sequência de ribonucleotídeos, formando uma cadeia (fita) simples.

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Existem três tipos básicos de RNA, que diferem um do outro no peso molecular: 

o RNA ribossômico, representado por RNAr (ou rRNA),



o RNA mensageiro, representado por RNAm (ou mRNA)



e o RNA transportador, representado por RNAt (ou tRNA).



O RNA ribossômico é o de maior peso molecular e constituinte majoritário do ribossomo, organoide relacionado à síntese de proteínas na célula.



O RNA mensageiro é o de peso molecular intermediário e atua conjuntamente com os ribossomos na síntese proteica.



O RNA transportador é o mais leve dos três e encarregado de transportar os aminoácidos que serão utilizados na síntese de proteínas.

Transcrição da informação genética A síntese de RNA (mensageiro, por exemplo) se inicia com a separação das duas fitas de DNA. Apenas uma das fitas do DNA serve de molde para a produção da

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molécula de RNAm. A outra fita não é transcrita. Essa é uma das diferenças entre a duplicação do DNA e a produção do RNA.

As outras diferenças são: 

os nucleotídeos utilizados possuem o açúcar ribose no lugar da desoxirribose;



há a participação de nucleotídeos de uracila no lugar de nucleotídeos de timina. Assim, se na fita de DNA que está sendo transcrita aparecer adenina, encaminha-se para ela um nucleotídeo complementar contendo uracila; Imaginando um segmento hipotético de um filamento de DNA com a sequência

de bases: DNA- ATGCCGAAATTTGCG O segmento de RNAm formado na transcrição terá a sequência de bases: RNA- UACGGCUUUAAACGC Em uma célula eucariótica, o RNAm produzido destaca-se de seu molde e, após passar por um processamento, atravessa a carioteca e se dirige para o citoplasma, onde se dará a síntese proteica. Com o fim da transcrição, as duas fitas de DNA se unem novamente, refazendo-se a dupla hélice.

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O código genético A mensagem genética contida no DNA é formada por um alfabeto de quatro letras que correspondem aos quatro nucleotídeos: A, T, C e G. Com essas quatros letras é preciso formar “palavras” que possuem o significado de “aminoácidos”. Cada proteína corresponde a uma “frase” formada pelas “palavras”, que são os aminoácidos. De que maneira apenas quatro letras do alfabeto do DNA poderiam ser combinadas para corresponder a cada uma das vinte “palavras” representadas pelos vinte aminoácidos diferentes que ocorrem nos seres vivos.

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Uma proposta brilhante sugerida por vários pesquisadores, e depois confirmada por métodos experimentais, foi a de que cada três letras (uma trinca de bases) do DNA corresponderia uma “palavra”, isto é, um aminoácido. Nesse caso, haveria 64 combinações possíveis de três letras, o que seria mais do que suficiente para codificar os vinte tipos diferentes de aminoácidos (matematicamente, utilizando o método das combinações seriam, então, 4 letras combinadas 3 a 3, ou seja, 43 = 64 combinações possíveis). O código genético do DNA se expressa por trincas de bases, que foram denominadas códons. Cada códon, formado por três letras, corresponde a um certo aminoácido. A correspondência entre o trio de bases do DNA, o trio de bases do RNA e os aminoácidos por eles especificados constitui uma mensagem em código que passou a ser conhecida como “código genético”. Mas, surge um problema. Como são vinte os diferentes aminoácidos, há mais códons do que tipos de aminoácidos! Deve-se concluir, então, que há aminoácidos que são especificados por mais de um códon, o que foi confirmado.

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Dizemos que o código genético é universal, pois em todos os organismos da Terra atual ele funciona da mesma maneira, quer seja em bactérias, em uma cenoura ou no homem. O códon AUG, que codifica para o aminoácido metionina, também significa início de leitura, ou seja, é um códon que indica aos ribossomos que é por esse trio de bases que deve ser iniciada a leitura do RNAm. Diz-se que o código genético é degenerado porque cada “palavra” (entenda-se aminoácido) pode ser especificada por mais de uma trinca. TRADUÇÃO: SÍNTESE DE PROTEÍNAS Tradução é o nome utilizado para designar o processo de síntese de proteínas. Ocorre no citoplasma com a participação, entre outros, de RNA e de aminoácidos. Quem participa da síntese de proteínas? Cístron (gene) é o segmento de DNA que contém as informações para a síntese de um polipeptídeo ou proteína. O RNA produzido que contém uma sequência de bases nitrogenadas transcrita do DNA é um RNA mensageiro.

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No citoplasma, ele será um dos componentes participantes da síntese de proteínas, juntamente com outros dois tipos de RNA, todos de fita simples e produzidos segundo o mesmo processo descrito para o RNA mensageiro: RNA ribossômico, RNAr. Associando-se a proteínas, as fitas de RNAr formarão os ribossomos, orgânulos responsáveis pela leitura da mensagem contida no RNA mensageiro;

RNAs transportadores, RNAt. Assim chamados porque serão os responsáveis pelo transporte de aminoácidos até o local onde se dará a síntese de proteínas junto aos ribossomos. São moléculas de RNA de fita simples, de pequeno tamanho, contendo, cada uma, cerca de 75 a 85 nucleotídeos. Cada fita de RNAt torce-se sobre si mesma, adquirindo o aspecto visto na figura abaixo. Duas regiões se destacam em cada transportador: uma é o local em que se ligará o aminoácido a ser transportado e a outra corresponde ao trio de bases complementares (chamado anticódon) do RNAt, que se encaixará no códon correspondente do RNAm. Anticódon é o trio de bases do RNAt, complementar do códon do RNAm.

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RNA - Tradução passo a passo A tradução é um processo no qual haverá a leitura da mensagem contida na molécula de RNAm pelos ribosomo, decodificando a linguagem de ácido nucléico para a linguagem de proteína. Cada RNAt em solução liga-se a um determinado aminoácido, formando-se uma molécula chamada aminoacil-RNAt, que conterá, na extremidade correspondente ao anticódon, um trio de códon do RNAm. Para entendermos bem este processo, vamos admitir que ocorra a síntese de um peptídeo contendo apenas sete aminoácidos, o que se dará a partir da leitura de um RNAm contendo sete códons (21 bases hidrogenadas). A leitura (tradução) será efetuada por um ribossomo que se deslocará ao longo do RNAm.

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Esquematicamente na síntese proteica teríamos: 

Um RNAm, processado no núcleo, contendo sete códons (21 bases hidrogenadas) se dirige ao citoplasma.



No citoplasma, um ribossomo se liga ao RNAm na extremidade correspondente ao início da leitura. Dois RNAt, carregando os seus respectivos aminoácidos (metionina e alanina), prendem-se ao ribossomo. Cada RNAt liga-se ao seu trio de bases (anticódon) ao trio de bases correspondentes ao códon do RNAm. Uma ligação peptídica une a metionina à alanina.



O ribossomo se desloca ao longo do RNAm. O RNAt que carregava a metionina se desliga do ribossomo. O quarto RNAt, transportando o aminoácido leucina,

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une o seu anticódon ao códon correspondente do RNAm. Uma ligação peptídica é feita entre a leucina e a alanina. 

O ribossomo novamente se desloca. O RNAt que carregava a alanina se desliga do ribossomo. O quarto RNAt, transportando o aminoácido ácido glutâmico encaixa-se no ribossomo. Ocorre a união do anticódon desse RNAt com o códon correspondente do RNAm. Uma ligação peptídica une o ácido glutâmico à leucina.



Novo deslocamento do ribossomo. O quinto RNAt, carregando a aminoácido glicina, se encaixa no ribossomo. Ocorre a ligação peptídica da glicina com o ácido glutâmico.



Continua o deslocamento do ribossomo ao longo do RNAm. O sexto RNAt, carregando o aminoácido serina, se encaixa no ribossomo. Uma ligação peptídica une a serina à glicina.



Fim do deslocamento do ribossomo. O último transportador, carregando o aminoácido triptofano, encaixa-se no ribossomo. Ocorre a ligação peptídica do triptofano com a serina. O RNAt que carrega o triptofano se separa do ribossomo. O mesmo ocorre com o transportador que portava a serina.



O peptídeo contendo sete aminoácidos fica livre no citoplasma. Claro que outro ribossomo pode se ligar ao RNAm, reiniciando o processo de tradução, que resultará em um novo peptídeo. Perceba, assim, que o RNAm contendo sete códons (21 bases nitrogenadas) conduziu a síntese de um peptídeo formado por sete aminoácidos.

Os polirribossomos Em algumas células, certas proteínas são produzidas em grande quantidade. Por exemplo, a observação de glândulas secretoras de certos hormônios de natureza proteica (que são liberados para o sangue, indo atuar em outros órgãos do mesmo organismo) mostra, em certos locais, uma fileira de ribossomos efetuando a leitura do mesmo RNA mensageiro. Assim, grandes quantidades da mesma proteína são produzidas.

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Ao conjunto de ribossomos, atuando ao longo se um RNAm, dá-se o nome de polirribossomos.

Possíveis destinos das proteínas O RNAm, ao sair do núcleo pode seguir dois destinos: 

Ser traduzido nos ribossomos do retículo endoplasmático rugoso - e esta proteína será exportada para fora da célula passando pelo Golgi e saindo por exocitose em forma de vesículas,

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Ou será traduzido nos ribossomas livres no citoplasma - esta proteína então permanecerá dentro da célula, executando alguma importante função. Ex. Dentro do Golgi, ou livre no citoplasma.