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Biologia Celular, 1º Semestre, 2009/2010

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Células

As células são as unidades estruturais e funcionais de todos os organismos vivosfuncionais de todos os organismos vivos. Os organismos mais pequenos são compostos

por uma única célula (microscópicos)

○ Os organismos unicelulares são muito diversificados e podem ser encontrados em qualquer ambiente

Os organismos de maiores dimensões são Os organismos de maiores dimensões são multicelulares.

○ Contêm muitos tipos de células, que variam em tamanho, forma e função.

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Características estruturais de todas as células

Membrana plasmática: Camada hidrofóbica composta por

lípidos e proteínas que envolve alípidos e proteínas que envolve a célula e que separa o conteúdo celular do meio envolvente.

Citoplasma: Composto pelo citosol (solução

aquosa altamente concentrada) e por uma variedade de partículas insolúveis em suspensão (complexos supramoleculares -organelos)organelos).

Núcleo (células eucarióticas) ou nucleóide (células procarióticas): Local onde o genoma (DNA +

proteínas) é guardado e replicado

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Células eucarióticas vs. células procarióticas

Células eucarióticas (grego eu, “verdadeiro”, karion “núcleo”): o material genético é separado através de uma dupla membrana, o invólucro nuclear núcleoo invólucro nuclear núcleo

Células procarióticas (grego pro, “antes”, karion “núcleo”): omaterial genético não se encontra separado do citoplasma por uma membrana nucleóide

Contrariamente aos organismos procarióticos, os eucariontes apresentam compartimentos envoltos por uma membrana no citoplasma (organelos) : retículo endoplasmático,

complexo de Golgi,

lisossomas e vacúolos (nas plantas),

cloroplastos (em células fotossintéticas),

etc.

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Células eucarióticas vs. Células procarióticas

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Principais características estruturais das células eucarióticas

As células eucarióticas típicas são muito maiores (5 a 100 m) do que as células procarióticas

As células eucarióticas contêm um conjunto básico de organelos envoltos por uma membrana compartimentação intracelular

Separação, regulação e optimização das diversas vias metabólicas e funções celulares

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Em geral cada organelo realiza a mesma função em tipos de células distintas. No entanto, podem variar bastante em abundância.

Cada organelo contém um conjunto característico de enzimas e de outras moléculas especializadas que são transportadas de organelo para organelo através de um complexo sistema de distribuição.

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Célula animal vs. célula vegetal

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Biologia celular

Para compreender a célula eucariótica, é essencial saber:

Como é que a célula desenvolve e mantém os seus compartimentos (organelos);

Qual a função de cada organelo e como é que os diferentes organelos interagem entre si;

Como é que as moléculas se movem entre os organelos.

Visão dinâmica e integrada da célula eucariótica

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Principais compartimentos celulares Núcleo

Sistema de membranas: Membrana plasmática Membrana plasmática

Retículo endoplasmático

Complexo de Golgi

Lisossomas/Vacúolos

Peroxissomas

Mitocôndria

Citoesqueleto

Organelos típicos das células vegetais: Parede celular

Cloroplastos

Vacúolo

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Núcleo O núcleo contêm

o genoma (excluindo o DNA mitocondrial e

O núcleo encontra se separado do citoplasma pelo

mitocondrial e cloroplastidial) e é o principal local de síntese do DNA e RNA.

O núcleo encontra-se separado do citoplasma pelo invólucro nuclear que é composto por duas membranas.

Os conteúdos nucleares comunicam com o citosol através de aberturas no envelope nuclear poros nucleares

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Retículo endoplasmático (RE) Constitui cerca de metade da área de

membranas da célula.

Composto por membranas em forma de folhas achatadas sacos ou tubos quefolhas achatadas, sacos ou tubos que se estendem pelo citoplasma, e que apresentam um espaço intracelular de grandes dimensões.

A membrana do RE encontra-se em continuidade estrutural com a membrana externa do invólucro nuclear.

Divide-se em retículo endoplasmático rugoso (RER) e liso (REL), consoante a presença ou ausência de ribossomas ligados à superfície de contacto com o

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ligados à superfície de contacto com o citosol, respectivamente.

O RE tem como função a síntese e o transporte de lípidos (REL) e de proteínas membranares e solúveis(RER). É igualmente um local de armazenamento de iões Ca2+.

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Complexo de Golgi O complexo de Golgi

consiste num conjunto de compartimentos tipo saco

h t d d i d dachatados, designados de cisternas.

O complexo de Golgirecebe os lípidos e proteínas do RE.

Está envolvido na modificação, seriação e empacotamento destas

Em redor do complexo de Golgi podem ser encontradas i ú í l

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empacotamento destas macromoléculas para a sua secreção ou distribuição para outros organelos.

inúmeras vesículas que transportam as macromoléculas entre o complexo de Golgi e outros compartimentos celulares.

Lisossomas e peroxissomas

Os lisossomas são vesículas envoltas por uma membrana que contêm enzimas digestivas que degradam organelos intracelulares defuntos e macromoléculas transportadas para o interior da células (endocitose).

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p ( )

Os peroxissomas são vesículas envoltas por uma membrana que contêm enzimas envolvidas em várias reacções de oxidação (e.g., destruição do peróxido de hidrogénio)

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Mitocôndrias e cloroplastos

São os organelos envolvidos na obtenção da ATP (por combinação de oxigénio com determinadas moléculas) que as células usam para realizar as reacções que necessitam de energia livre.

Os cloroplastos (plastídios que contêm clorofila) são organelos com d l b t d l t i

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uma dupla membrana encontrados nas plantas superiores.

Apresentam um sistema elaborado de membranas no seu interior.

Os cloroplastos contêm toda a maquinaria necessária para a realização da fotossíntese.

Citoesqueleto O citoesqueleto é composto

por conjuntos de filamentos proteicos que se encontram no citosol e que formam redes complexas.

Estas redes conferem a forma da célula e são a base para os movimentos intracelulares.

Existem três tipos principais de filamentos:

Microtúbulos

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Microtúbulos

Filamentos de actina

Filamentos intermediários

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Organelos típicos das células vegetais Vacúolo

Vesícula (envolta por uma só membrana) de grandes di õ ( té 90%

Parede celular

As células vegetais estão envolvidas por uma parede rígida

dimensões (até 90% do volume celular) envolvida na digestão intracelular.

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p gcomposta por fibrilhas de celulose imersas numa matriz de outros polissacarídeos

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Evolução das células eucarióticas

Para perceber as relações entre os diversos compartimentos celulares, é importante considerar a

sua origemg

As células eucarióticas evoluíram a partir das células procarióticas em diversas etapas: 1º - as células procarióticas obtêm mais DNA, e

adquirem a capacidade de compactá lo com proteínasadquirem a capacidade de compactá-lo com proteínas específicas (cromossomas), de o replicarem (replicação do DNA) e de o dividirem igualmente pelas células filhas (mitose).

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Evolução das células eucarióticas

2º - as células aumentam de tamanho e desenvolve-se um sistema de membranas intracelulares (incluindo o invólucro nuclear) porintracelulares (incluindo o invólucro nuclear) por invaginações da própria membrana plasmática:

○ Nas bactérias como não existem membranas internas a membrana plasmática desempenha todas as funções dependentes das membranas (e.g., síntese de ATP, bomba de iões, secreção proteica)

O aparecimento de membranas internas foi○ O aparecimento de membranas internas foi acompanhado de uma especialização de cada membrana originando os diferentes organelos dos sistemas membranares.

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Evolução das células eucarióticas

3º - as células eucarióticas primordiais, incapazes de realizar fotossíntese ou metabolismo aeróbico englobaram bactériasmetabolismo aeróbico, englobaram bactérias aeróbicas ou fotossintéticas (associação endo-simbiótica).

○ Bactérias aeróbicas mitocôndrias

○ Cianobactérias fotossintéticas cloroplastos

○ As mitocôndrias e os cloroplastos diferem dos poutros organelos por possuírem um genoma próprio e proteínas que se assemelham às encontradas nas bactérias.

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Evolução das células eucarióticas

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Grandes grupos de compartimentos A evolução das células eucarióticas levou ao agrupamento dos

compartimentos intracelulares em 4 grupos distintos: Núcleo e citosol (que comunicam pelos poros nucleares e são contínuos)

Organelos envolvidos nas vias de secreção e endocítica (RE, complexo g ç ( pde Golgi, endossomas, lisossomas) – extensa comunicação entre organelos e com o exterior da célula através de vesículas de transporte

Mitocôndrias

Plastídeos

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Transporte de proteínas A síntese proteica é

realizada no citosol nos ribossomas.

O d ti d l O destino de algumas proteínas depende da sequência de aminoácidos na proteína, que contém sinais de seriação que dirigem a proteína para determinados locais fora do citosol.

Existem três vias pelas Existem três vias pelas quais as proteínas são dirigidas de um compartimento para outro.

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Transporte de proteínas Transporte através dos poros

nucleares – as proteínas movem-se entre o citosol e o núcleo através dos poros nucleares. Estes funcionam como portões selectivos.

Transporte transmembranar – as proteínas atravessam a membrana de um organelo através de translocadores proteicos transmembranares

○ Transporte inicial entre o citosol e o lúmen do RE ou das mitocôndrias

Transporte vesicular – transporte das proteínas em vesículas. Estas podem

i i i l t l b toriginar-se simplesmente pelo brotar da membrana de um compartimento, transportando a proteína no seu interior. A libertação das proteínas ocorre por fusão com o compartimento alvo.

○ Exemplo: Transporte entre o RE e o complexo de Golgi

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Transporte de proteínas Transporte através dos poros

nucleares – as proteínas movem-se entre o citosol e o núcleo através dos poros nucleares. Estes funcionam como portões selectivos.

Transporte transmembranar – as proteínas atravessam a membrana de um organelo através de translocadores proteicos transmembranar.

○ Transporte inicial entre o citosol e o lúmen do RE ou das mitocôndrias

Transporte vesicular – transporte das proteínas em vesículas. Estas podem

i i i l t l b t

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originar-se simplesmente pelo brotar da membrana de um compartimento, transportando a proteína no seu interior. A libertação das proteínas ocorre por fusão com o compartimento alvo.

○ Exemplo: Transporte entre o RE e o complexo de Golgi