Resumo Biologia Celular e Molecular - 2ª Frequência PDF

RESUMO BIOLOGIA CELULAR E MOLECULAR – 2ª FREQUÊNCIA Ácidos nucleicos A informação genética é transmitida unidireccionalmente a partir do DNA para outro DNA (replicação) ou para um RNA (transcrição) e do RNA para a formaçã...

RESUMO BIOLOGIA CELULAR E MOLECULAR – 2ª FREQUÊNCIA Ácidos nucleicos A informação genética é transmitida unidireccionalmente a partir do DNA para outro DNA (replicação) ou para um RNA (transcrição) e do RNA para a formação de proteínas (tradução). A informação passa então, de ácido nucleico para ácido nucleico ou para uma proteína e apenas neste sentido*. DNA ➜ RNA ➜ Proteína Figura 1 – Transcrição e Tradução da informação genética. Figura 2 – Enzima DNA polimerase. Figura 3 – Enzima RNA polimerase. *exceto na atuação da transcriptase reversa  Nucleótidos São as subunidades/ monómeros dos ácidos nucleicos Ácido Base Nucleósido Letra nucleico Adenina Adenosina A DNA, RNA Guanina Guanosina G DNA, RNA Citosina Citadina C DNA, RNA Uracilo Uridina U RNA Timina Timidina T DNA Figura 4 – Nucleótido. Exemplos de nucleótidos: AMP – adenosina monofosfato (1 grupo fosfato); dAMP – desoxiadenosina monofosfato; UDP – uridina difosfato; ATP – adenosina trifosfato (3 grupos fosfato); ADP – (2 grupos fosfatos). Figura 5 – ATP.  Figura 6 – Diferença entre nucleosídeo e nucleótido. - Pentoses As mais conhecidas são a ribose (RNA) e a desoxirribose (DNA). Figura 7 – A desoxirribose tem um H em vez de um OH no 2º carbono da pentose. NOTA – O grupo fosfato dá carga negativa ao nucleótido (carácter ácido). Este grupo está ligado ao 5º carbono da pentose fora deste anel de açúcar. Figura 8 – Carga negativa do fosfato. - Bases azotadas Pirimidinas Purinas Citosina, Timina, Uracilo Adenina, Guanina Quando se estabelecem relações transversais (pontes de hidrogénio) entre cadeias de DNA, por exemplo, é sempre entre uma base pirimídica e uma base púrica. Citosina – Guanina; Timina – Adenina; Uracilo – Adenina Figura 9 – A citosina e a guanina formam 3 pontes de hidrogénio, enquanto a adenina e a timina apenas forma 2. Constituintes do DNA e RNA DNA DNA e RNA RNA Purinas — — Pirimidinas Pentoses — Fosfato — —  - Funções dos nucleótidos 1. Integram os DNA e RNA; 2. Transportam energia nas ligações dos grupos fosfato (ex.: ATP); 3. Formam coenzimas (ex.: coenzima A); 4. Participam no processo de sinalização celular (ex.: AMP cíclico) - Formação de cadeias polinucleotídicas – ácidos nucleicos Figura 10 – Ligação entre cadeias de DNA, uma 5'-3' e outra 3'-5'. Ligação do grupo fosfato de um nucleótido com o carbono 3’ do nucleótido seguinte. DNA Modelo de Watson e Crick: - 2 cadeias polinucleotídicas enroladas em hélice; - Direções opostas (antiparalelas); - Cerca de 10 nucleótidos em cada volta da hélice; - Diâmetro: 2 ƞ𝑚; - Carga negativa devido aos grupos fosfato. Figura 11 – Molécula de DNA. DNA em bactérias e mitocôndrias: - 1 única molécula circular, contém genes essenciais para a sobrevivência da bactéria em condições normais; - Cerca de 1 𝑚𝑚 de comprimento total em bactérias, em mitocôndrias é menor; - Plasmídeos: pequenas cadeias circulares de DNA independentes do cromossoma, transportam genes suplementares que contribuem para a sobrevivência da bactéria em certas situações adversas (p.e. resistência a antibióticos). 1 2 Figura 12 - 1: Cromossoma; 2: Plasmídeos. Empacotamento do DNA: - Comprimento total do DNA: 2 𝑚 Exige compactação, equivalente a enrolar um fio com 40 𝑘𝑚 dentro de - Diâmetro do núcleo: 5 a 10 𝜇𝑚 uma bola de ténis. 1º nível de compactação: nucleossomas (DNA + histonas) Figura 13 – DNA e suas histonas. 1. Nucleossoma e cromatossoma: - Nucleossoma: cadeia de DNA com 146 pares de nucleótidos enrolada (1,65 voltas) em torno de 8 histonas (proteínas): H2A, H2B, H3, H4 (2 de cada uma); - Cromatossoma: a histona H1 interliga os nucleossomas englobando mais 20 pares de nucleótidos (166 pares de nucleótidos); unidade fundamental da cromatina; segmento de DNA enrolado em torno de um núcleo de histonas com maior nº de nucleótidos; Figura 14 – Nucleossoma. - As histonas neutralizam a carga negativa do DNA (grupos fosfato); - Origina-se uma fibra com 11 ƞ𝑚 de diâmetro (o diâmetro do DNA é de 2 ƞ𝑚) nos cromatossomas separados por segmentos de DNA com cerca de 80 bases; - Compactação cerca de 6x; - O conjunto forma uma estrutura em rosário – colar de contas (beads on strings). 2. Fibras de 30 ƞ𝒎: Estruturas complexas formadas pelo empacotamento do ácido desoxirribonucleico. - Enrolamento da fibra de 11 ƞ𝑚; - Aumenta a compactação do DNA para 40x; - Há dúvidas sob a forma como se forma esta estrutura (ambos podem coexistir): - Arranjo em zig-zag; - Hélice solenoide interdigital; - Esta estrutura pode não ter caráter permanente.  Figura 15 – Fibras de 30 ƞ𝑚 do DNA e de 11 ƞ𝑚. Figura 16 – DNA sem histonas. Figura 17 – “Beads on strings”. Heterocromatina: região altamente condensada e inativa do DNA; A eucromatina região menos condensada e ativa do DNA. A heterocromatina encontra-se num estado de maior compactação do que a eucromatina. Figura 18 - Eucromatina e Heterocromatina ao Figura 19 - Eucromatina e Heterocromatina. microscópio.  Figura 20 - Eucromatina e Heterocromatina. Figura 21 - Estruturas do DNA compactado: DNA, nucleossoma, fibra "beads on a string" de 10 ƞ𝑚, a fibra de 30 ƞ𝑚, e cromossoma em metáfase. Processos de empacotamento sucessivos: (NÃO ESTÃO CONHECIDOS TOTALMENTE) Supõe-se que o grau de empacotamento é menor quando está a ocorrer transcrição por forma a facilitar o acesso ao DNA das moléculas necessárias para a polimerização de RNA e a sua própria formação, ex.: puffs e cromossomas plumosos. - Puffs em cromossomas politénicos (cromossomas formados por muitas réplicas de DNA que não se separam; ocorre em insetos): zonas em que está a ocorrer transcrição com Figura 22 - Cromossomas puff. desenrolamento do DNA.  - Cromossomas plumosos (lampbrush): zonas muito ativas nos processos de transcrição de cromossomas gigantes de anfíbios que formam loops estendidos permitindo o acesso ao DNA. Figuras 23 - Cromossomas plumosos. Compactação do DNA em bactérias: - E. coli Figura 24 - Processo da compactação do DNA na E. coli. Replicação do DNA: - Consiste na formação de 2 moléculas a partir de cada uma das existentes; - Antecede a mitose e ocorre por forma a que cada uma das células que se formam tenha consigo o mesmo número de moléculas de DNA;  - Processo bidirecional e simultâneo em várias origens de replicação na mesma molécula; Há em simultâneo muitas replicações (10000 a 100000 replicações/molécula); - Velocidade da replicação é de 100 pares de bases/segundo; - A replicação decorre na fase S (síntese) no período da interfase (I) do ciclo celular. Processo semiconservativo do DNA: Isótopos de N - Início – é formado anteriormente DNA com 15𝑁 (azoto “pesado”) com 8 neutrões e 7 protões (muito raro Figura 25 - Ciclo celular. naturalmente 0,4%); - Depois em meio de cultura vai ocorrer replicação do DNA apenas com 14𝑁 (azoto “leve”) com 7 neutrões e 7 protões (é esta a forma de azoto mais comum 99,6%); - Resultado após 2 replicações: Figura 26 - Quantidade de isótopos após replicação. 100% pesadas 100% médias 50% médias + 50% leves Amplificação: Replicações sucessivas Figura 27 - Replicações do DNA.  Reação em cadeia da polimerase (PCR – Polimerase chain reaction): permite obter em laboratório muitas cópias de uma sequência de DNA através da aplicação sucessiva de processos de separação das duas cadeias e formação de duas moléculas iguais de DNA. Figura 28 - Reação da cadeia polimerase. Moléculas envolvidas na replicação do DNA: 1. Topoisomerases – enzimas que facilitam a abertura da dupla hélice no início do processo de replicação (redução da tensão da torção), estão a montante das helicases e atuam em conjunto; no final do processo de replicação vão contribuir para que se conclua o processo com a torção helicoidal entre as 2 cadeias (original e cópia); 2. Helicases – enzimas responsáveis pelo desenrolamento e abertura da dupla hélice, quebrando as ligações de hidrogénio entre as bases de cada cadeia; Figura 29 - Helicase e sua ação.  3. Proteínas SSP (single strand protein) – proteínas estabilizadoras do DNA em replicação; 4. DNA polimerase – enzimas responsáveis pela catalisação da incorporação de nucleótidos na cadeia de DNA em formação: o Adicionam um nucleósido trifosfato que perde 2 grupos fosfato no processo (passa a nucleótido); o 4 polimerases localizadas no núcleo, 1 na mitocôndria; o Sintetizam o DNA apenas a partir da extremidade 3’ de uma cadeia existente. NOTA – Os nucleósidos trifosfato ligam-se apenas à extremidade 3’ da cadeia pois os grupos fosfato que fornecem energia estão na extremidade 5’ da pentose. Figura 30 - Replicação em diferentes seres. Procariotas e mitocôndrias Eucariotas Forquilha de replicação – estrutura formada a partir do ponto da molécula onde está a ocorrer a replicação. 5. Primases - Complexo enzimático que inicia o processo de replicação sintetizando um fragmento de RNA – fragmento iniciador ou RNA iniciador: o O RNA iniciador liga-se à extremidade 5’ da cadeia de DNA a replicar; o A direção de replicação é oposta em cada cadeia pois as DNA polimerases só adicionam nucleótidos à extremidade 3’.  Figura 31 - Ação de enzimas na replicação. Proteínas SSP 6. Fragmentos de Okazaki – pequenas cadeias de DNA formadas ainda com o RNA iniciador na extremidade 5’; 7. Polimerase – vai remover o RNA iniciador dos fragmentos de Okazaki preparando a ligação destes numa só cadeia; 8. DNA ligase – estabelece a ligação covalente entre os fragmentos de Okazaki formando uma só cadeia, apenas na cadeia atrasada. Forquilha de replicação OU Cadeia avançada (leading strand) Ou lagging strand Figura 32 - As duas cadeias aquando da replicação do DNA. Cadeia avançada – sentido de crescimento 5’ para 3’ - crescimento contínuo. Cadeia atrasada – sentido de crescimento 3’ para 5’ - crescimento descontínua – exige a intervenção de outras enzimas adicionais: o Primases – complexo enzimático que inicia o processo de replicação sintetizando um fragmento de RNA; o Polimerases – adiciona nucleótidos à extremidade 3’ formando fragmentos de Okasaki; o Polimerases – vai remover o RNA iniciador dos fragmentos de Okazaki preparando a ligação destes numa só cadeia o DNA ligases – estabelece a ligação covalente entre os fragmentos de Okazaki formando uma só cadeia; o Exonucleases – enzimas que removem o DNA e nucleótidos de DNA adjacentes. RNA iniciador Figuras 33 - Enzimas utilizadas na cadeia atrasada. Correção de erros: 1. Revisão (proofreading) – DNA polimerase “revê” a sequência recém- replicada, confirmando que o último nucleótido inserido é correto, caso não seja a enzima funciona no sentido inverso (3’ para 5’) funcionando como uma exonuclease (corta a ligação covalente estabelecida), retoma depois o sentido 5´para 3’ polimerizando o nucleótido correto; PROCURA ERROS; Figura 34 - Processo de proofreading. Replicação dos cromossomas circulares: Figura 35 - Replicação dos cromossomas circulares em procariontes e mitocôndrias. Epigenética: Refere-se a modificações da expressão genética (fenótipo) em que não há alteração da sequência de nucleótidos, não é uma mutação, mas sim ativação ou desativação (silenciamento) de genes. Pode ser por diversos mecanismos, entre os quais: o Metilação do DNA: adição de um grupo metil (CH3) ao carbono 5 da citosina; o Modificação das histonas: metilação, fosforilação, acetilação. Figura 36 - Alguns mecanismos. Divisão celular Mitose - Interfase: período em que a célula não está em divisão: o G1 – intervalo de tempo (gap) em que a célula cresce; o S – Replicação / síntese de DNA; o G2 – intervalo de tempo em que a célula se prepara para a mitose. - Mitose: divisão do núcleo (cariocinese) e separação dos cromossomas irmãos; - Citocinese: divisão final da célula.  Figura 37 - Fases da mitose. Figura 38 - Fases da interfase. Cromatídeos: Cadeias de DNA provenientes da sua replicação ligadas no centrómero, através de proteínas (coesinas), na anafase separam-se dando origem a cromossomas. Figura 39 - Classificação dos cromossomas segundo a posição do centrómero.  Figura 40 - Estrutura do cromossoma. Fuso mitótico / Fuso acromático: Constituído por microtúbulos. Figura 41 - Fuso mitótico. Formação do fuso acromático e movimentação dos cromossomas: 1. Proteínas motoras: cinesinas e dineínas; 2. Despolimerização dos microtúbulos junto aos centríolos e polimerização após os cromossomas.  Figuras 42 – Cinesinas e dineínas. Cinetocoro: Estrutura proteica que liga os cromatídeos ao fuso acromático; apresenta diversas proteínas de tipo estrutural (histonas) e motor (dineínas e cinesinas) que vão mover os cromossomas ao longo do fuso acromático. Cinetocoros Cromossomas Figura 43 - Cinetocoro. Microtúbulos Fases da mitose (cariocinese): 1. Profase – fase caracterizada pelo início da compactação da cromatina, associada, no final, à desagregação do invólucro nuclear; 2. Metafase – fase em que decorre a interação dos cromossomas com os microtúbulos do fuso acromático e sua orientação na placa metafásica; 3. Anafase – fase em que se verifica a separação dos Figura 44 - Fases da mitose. cromatídeos-irmãos e sua ascensão para os polos do fuso; 4. Telofase – fase em que se observa a descompactação da cromatina, reorganização do invólucro nuclear e ocorre a citocinese; repete o ciclo. Figuras 45 - Estado dos cromossomas em diferentes fases da mitose.  Meiose Processo de divisão celular com redução para metade do número de cromossomas para permitir na reprodução sexuada se mantenha o número característico da espécie. TEM 2 DIVISÕES CELULARES. - Meiose I: divisão REDUCIONAL (redução do número de cromossomas para metade – separação de homólogos), produz a haploidia; - Meiose II: equivalente à mitose, separa os cromatídeos irmãos. Gametogénese: formação dos gâmetas (células resultantes da meiose com metade do número de cromossomas) – espermatozoide e óvulo (óvulo - após fecundação) (ovócito, oócito). Figura 46 - Fases da meiose. Fases da meiose: Meiose I: 1. Profase I Figura 47 – Fases da Profase 1 “fios “fio fino” emparelhados “fio grosso” “fio duplo” “afastar-se” ” Desagregação do invólucro nuclear, formação do fuso acromático, migração do cromossoma para a placa metafásica. Emparelhamento de cromossomas Continuação da recombinação, homólogos (bivalentes ou tétradas), Recombinação através de transcrição intensa. sinapses, formação do complexo pontos de contacto – sinaptonémico*. quiasmas.  * Figuras 48 - Estrutura dos cromossomas-irmãos e pares homólogos, assim como o complexo sinaptonémico aquando da profase I. Pontos de quiasma – ponto de união entre cromossomas homólogos. Cromossomas- irmãos Figura 49 - Pode ocorrer sinapses na profase I: emparelhamento de 2 cromossomas homólogos que permite a troca de material genético entre os mesmos - CROSSING OVER. Figura 50 - Representação dos genes nos cromossomas. Condensação da cromatina, Alinhamento dos Migração dos crossing over, desagregação cromossomas na placa Cromossomas cromossomas homólogos do invólucro nuclear. metafásica. homólogos nos para polos opostos. polos. Figura 51 - Fases da Meiose I. Figura 52 - Imagens microscópicas das fases da Meiose I. Meiose II: Figura 53 - Fases da Meiose II. Formação de novo Alinhamento na placa Migração dos O invólucro nuclear fuso acromático. metafásica. cromatídeos-irmãos forma-se em torno de para polos opostos. cada conjunto de cromossomas.  Figura 54 - Imagens microscópicas das fases da Meiose II. Resumindo… Figura 55 - Meiose I vs. Meiose II.  As linhas grossas são cromossomas, e as linhas azuis finas são fibras que puxam os cromossomas e empurram as extremidades da célula. Figura 56 - A divisão celular em procariotas (fissão binária) e eucariotas (mitose e meiose). Ciclos de vida - Diplonte: a meiose antecede a formação dos gâmetas e do zigoto; Ex.: Ser humano, animais. No ciclo diplonte, os gâmetas são o único estado haploide. MEIOSE PRÉ-GÂMÉTICA Figura 57 - Ciclo de vida diplonte. - Haplonte: a meiose ocorre logo após a formação do zigoto;  Ex.: Algas (Spirogyra), Fungos, Protozoários. No ciclo haplonte, o organismo maturo é haploide e o zigoto é a única fase diploide. MEIOSE PRÉ- ZIGÓTICA Figura 58 - Ciclo de vida haplonte. - Haplodiplonte: tem alternância de gerações. Ex.: Plantas (briófitas – musgos, ptéridofitos, espermatófitos - gimnospermas e angiospermas). No ciclo haplodiplonte, há alternância de gerações. MEIOSE PRÉ- ESPÓRICA Figura 59 - Ciclo de vida haplodiplonte. Figura 60 - Ciclo de vida de um polipódio. Espermatogénese: Figura 58 - Estrutura dos tubos seminíferos e processo de espermatogénese. Figura 59 - Estrutura de um espermatozoide. Ovogénese: Figura 60 - Fases da ovogénese. DESENVOLVIMENTO FETAL PÓS PUBERDADE Figura 61 - Desenvolvimento dos ovócitos no feto e na puberdade.  Ovogénese Espermatogénese Células estaminais no Não há No testículo adulto Finito (400 a 500 Continuamente Nº de células gâmetas) – o período renovado por estaminais iniciais reprodutor é limitado mitose (menopausa) Inicia-se no feto (suspende-se em profase I) e é retomada ciclicamente após a Contínua apenas na Meiose puberdade até à idade adulta metafase II, só é concluída se houver fecundação Assimétrica (ovócito e 2 ou 3 corpos polares), Simétrica (4 Tipo de divisão fuso acromático num espermatozoides iguais) extremo da célula sem a participação do centríolo Diferenciação do Pré-meiótica Pós-meiótica gâmeta Ausentes, maior compactação dada Histonas no DNA Presentes pelas proteínas protaminas DNA, RNA, DNA e centríolo (vai Componentes que vão mitocôndrias e outros permitir a formação de para o ovo organitos, proteínas e centrossoma) substâncias de reserva Duração da Até várias dezenas de 72 dias gametogénese anos Final da meiose no ovócito e fertilização: Nos mamíferos os espermatozoides entram no ovócito II mas, todos os seus componentes são destruídos exceto o núcleo, o centríolo, as mitocôndrias e algumas proteínas.  Figura 62 - Meiose no óvulo. 1 Figura 63 - Óvulo com pronúcleos*. 1 * Pronúcleos são os núcleos do espermatozoide e do óvulo após a fecundação, antes de se fundirem.  Figuras 64 - União dos cromossomas femininos e masculinos (CARIOGAMIA) - formação do zigoto. Figura 65 - Exemplos destes problemas. NOTA - O nº de cromossomas anormal no zigoto está associado a problemas na meiose durante a ovogénese (aneuploidias – nº de cromossomas diferente).  Figura 66 - Doenças associadas ao DNA mitocondrial (mtDNA). Ácido ribonucleico - Apenas 1 cadeia ao contrário do DNA; - Cadeias de menor dimensão comparativamente ao DNA, mas mais complexo e variável; - Está sempre ligado a proteínas – complexos ribonucleoproteicos (RNP); - Funções: o Responsável pela tradução da informação genética; o Atividade catalítica e enzimática; Figura 67 - Nucleótido de RNA. o Em vírus pode codificar a informação genética. Grupo hidroxilo – confere maior facilidade de estabelecer ligações ao RNA. RNA polimerases – enzimas que produzem o RNA por transcrição a partir do DNA, podem estar no nucléolo ou no nucleoplasma.  Transcrição* Processo em que a informação genética contida no DNA é copiada para uma molécula de RNA. 1. Iniciação – reconhecimento pelo RNA polimerase de uma região específica do DNA – promotor; 2. Elongação – a cadeia de DNA é aberta formando-se uma “bolha” de transcrição com a cadeia de RNA formada emparelhada com o DNA; 3. Terminação – identificação no DNA do ponto onde termina o gene e dissociação do RNA do DNA. Figuras 68 - Etapas da transmissão da informação genética. Tipos de RNA 1. mRNA – RNA mensageiro o Transporta para o citoplasma a informação genética transcrita a partir de DNA;  o Codão – sequência de 3 bases nitrogenadas que ira ser traduzida num aminoácido. 2. tRNA – RNA de transferência o Transforma um aminoácido específico que se encontra ligado covalentemente à sua extremidade 3’ para a cadeia polipeptídica que se forma no ribossoma (tradução); Transporta os aminoácidos para a síntese proteica; o Tem estrutura terciária; o Tem uma forma característica – “trevo”; o Anticodão – sequencia de nucleótidos/bases nitrogenadas em que as suas bases emparelha com as do codão correspondente de mRNA. 3. rRNA – RNA ribossómico o Componente estrutural do ribossoma; o Interatua com o mRNA e o tRNA para criar cadeias polipeptídicas; Ribozimas – RNA com estrutura terciária complexa que permite a catálise da separação de moléculas de RNA. Figura 69 - Processo das ribozimas. 4. Outros tipos de RNA o snRNA – pequenos RNA nucleares (small nuclear): processamento do mRNA; SLICEOSSOMAS;* o snoRNA – pequenos RNA nucleolares: síntese de rRNA; o scRNA – pequenos RNA citoplasmáticos: síntese proteica; o RNA reguladores – regulam a expressão genética. Processamento do pré-mRNA Exão – segmento de DNA codificante de proteínas. Intrão – segmento de DNA não codificante que é transcrito para mRNA mas que é depois eliminado pelo processo designado splicing. CAPPING (rematar) – adição de uma guanosina a extremidade 5: Guanosina - Protege da ação de exonucleases; - Promove o corte do intrão; - Facilita a saída do núcleo pelo poro nuclear; - Auxilia a tradução. Figura 70 - Guanosina ligada ao grupo fosfato no nucleótido de RNA. POLIADENILAÇÃO – adição de uma cauda poli (A) resultante da polimerização de várias adeninas. SPLICING (emendar) – eliminação do pré-mRNA dos intrões e ligação dos exões para formar o mRNA definitivo; OCORRE COM OS SLICEOSSOMAS.* Splicing Poliadenilação Capping Figura 71 - Processo de splicing, capping e poliadenilação.  Figura 72 - Ordem dos processos. Figura 72 - Representação dos spliceossomas - responsável pelo splicing. o Splicing alternativo – diferentes locais de splicing formam distintos mRNA. - O nº de genes é muito inferior ao previsto considerando as proteínas existentes; - A mesma sequência de DNA codifica proteínas diferentes devido ao splicing alternativo.  Figura 73 - Formação de 2 mRNA a partir do pré-mRNA. Nucléolo: - Local de síntese do rRNA; - Constituído por DNA, RNA e proteínas; - Nº / núcleo: 1 a 5, mas podem atingir 200 a 400 (ovócitos de truta) ou até 2.000 (ovócitos de anfíbios); - Localizam-se numa posição central no núcleo; - Podem ter diversas morfologias: compactos, reticulados, vacuolares, anelares. Figura 74 - Nucléolo das células. Tipos de nucléolos: Figura 75 - Tipos de nucléolos. Centro fibrilar – zona onde se localiza o rDNA, que transcreve para ribossomas. Cromossoma nucleolar – cromossoma em ligação com o nucléolo e que tem o rDNA. Figura 76 - NOR - região organizador nucleolar: sequência nucleotídica do rDNA. Ribossomas Figura 77 - Estrutura de um ribossoma. - Ocorrem livres no citoplasma ou aderentes ao RER; - Têm 200 a 250 Å de diâmetro; - Constituídos por ribonucleoproteínas (RNP); - Têm 2 subunidades: pequena (40S) e grande (60S), mas o total quando formado é de 80S*; - São os responsáveis pela síntese das proteínas (tradução) – nas células humanas podem sintetizar-se 20.000 proteínas diferentes; - Ribossomas mitocondriais – similares aos dos procariotas: com subunidades de 30S e 50S, quando formado com 70S; * Para a distinção das subunidades e seus constituintes utiliza-se o parâmetro SVEDBERG (S) – é uma unidade de medida para determinar o coeficiente de sedimentação de uma partícula ou molécula (não pertence ao sistema métrico), não é aditiva (40S + 60S = 80S), depende da massa e forma da partícula. Ribossoma procariótico: Proteínas – azul RNA – castanho e amarelo Local ativo – verde 50S Estrutura dos ribossomas: Figura 78 - Estrutura dos ribossomas. ´ ´ Cadeias de RNA ribossómico: Bactéria (similar ao que poderia ser o LUCA) Levedura Humano Figuras 79 - Cadeias de rRNA em diferentes seres. Síntese de ribossomas: Os ribossomas são formados para produzir as proteínas. 1. Transcrição do rRNA; 2. Processamento do rRNA; 3. Associação de proteínas ribossómicas (assembly); 4. Transporte para o citoplasma; Figura 80 - Síntese dos ribossomas. Figura 81 - Heterogeneidade dos ribossomas.  Figura 82 - Estrutura do tRNA: o aminoácido está ligado à extremidade 3'. Ribossomas livres no citoplasma ou aderentes ao RER: São iguais, a localização destes é ditada pela sequência dos primeiros aminoácidos – se tiver na sequência final um complexo ribonucleico do citoplasma (partícula de reconhecimento do sinal*) encaminha o ribossoma para o RE. Figura 83 - Ribossomas no RE. Polirribossomas: A mesma molécula de mRNA está a ser lida em simultâneo em vários ribossomas produzindo diversas cópias do mesmo polipeptídeo.  Código genético Figura 84 - Tabela de codões. - Degenerado: o mesmo aminoácido é codificado por mais do que 1 tripleto / codão; - O 3º nucleótido pode ser diferente, mas frequentemente codifica o mesmo aminoácido; - É universal para todos os seres vivos (tem exceções). Algumas mutações podem ser: o Doença de Huntington; o Ataxia espinocerebral (SCA); o Atrofia muscular bulboespinhal / doença de Kennedy; o Atrofia dentatorubro-palidoluisiana. Figura 85 - Codões (3 bases) do RNA.  Síntese de aminoacil-tRNA Ligação do aminoácido específico ao tRNA: realizada pela síntese de aminoacil-tRNA. Figura 86 - Processo de ligação do aminoácido. Síntese proteica* 1. Iniciação A) O mRNA é lido a partir da extremidade 5’ pela subunidade menor do ribossoma (40S); B) Codão de iniciação – a tradução é sempre iniciada a partir do codão AUG; C) A montante do codão AUG há uma pequena sequencia (3 a 10 nucleótidos) – Sequência Shine-Dalgarno – que emparelha com uma sequência do rRNA 16S e que permite localizar o codão de iniciação; D) O mRNA é percorrido até que seja encontrado o codão de iniciação; E) A subunidade grande do ribossoma (60S) associa-se à menor formando- se o complexo de 80S; F) O 1º aminoácido a ser inserido é sempre a METIONINA. Figura 87 - Ligação das bases do ribossoma (pequeno) às bases do mRNA. Ação da sequência SD para encontrar o codão de iniciação. Centros de ligação de mRNA e tRNA no ribossoma: Os ribossomas são complexos moleculares de RNA e proteínas que atuam como verdadeiras fábricas de proteínas nas células. Para desempenhar essa função, os ribossomas possuem sítios específicos para a ligação de moléculas de mRNA e tRNA, que são essenciais para o processo de tradução. Figuras 88 - Centros de ligação de mRNA e tRNA no ribossoma. 2. Elongação Formação da cadeia peptídica. A) Aminoacil-tRNA (a.a + tRNA) liga-se no centro A de acordo com o codão; B) Estabelece-se a ligação do aminoácido do aminoacil-tRNA com a cadeia polipeptídica existente no centro P; C) Peptidil-tRNA para o centro P, tRNA passa para o centro E de onde se liberta do mRNA e do ribossoma. Figura 89 - Processo de elongação. 3. Terminação e libertação -Codões de terminação: UAA, UAG, UGA - Fatores de terminação / dissociação RF: reconhecem os codões de terminação e induzem a separação da ligação do polipeptídeo ao ribossoma Figura 90 - Processo de terminação.  Destino dos polipéptidos: citosol / cisterna do retículo endoplasmático rugoso As proteínas que tenham como destino o RE, apresentam na extremidade inicial uma sequência específica de aminoácidos – peptídeo ou sequência sinal- indica que o polipeptídeo deve ser produzido para o interior do RE. Partícula de reconhecimento do sinal* (PRS): complexo ribonucleico do citoplasma que reconhece a sequência sinal (LIGAM-SE) e encaminha os ribossomas para o RE. Aí vai decorrer a síntese da restante parte da proteína e translocação desta para o interior do RER. Peptidase final: Corta a sequência sinal da restante cadeia peptídica em formação, localiza-se no interior da cisterna do RER. Sequência sinal Figuras 91 - Peptidase final e sequência sinal. Partícula de reconhecimento de sinal (PRS) Chaperonas – Proteínas que contribuem para que a proteína adquira a conformação dobrada final, não fazem parte da proteína, libertando-se no final.  Retículo endoplasmático, Complexo de Golgi, Vesículas Retículo endoplasmático - Constituído por cisternas, vesículas e vacúolos; - Estrutura muito dinâmica: elongação, retração, formação e destruição de ramificações ocorrem continuamente; - Está interligado com os microtúbulos do citoesqueleto; - Local de produção de proteínas e lípidos das membranas e das secreções celulares; - Enviam e recebem vesiculas do complexo de Golgi, podem receber vesículas de endocitose com a proteína CLATRINA na face citoplasmática da membrana das vesículas; - Retículo endoplasmático rugoso – com ribossomas, síntese proteica e produção de lípidos; - Retículo endoplasmático liso – produção de lípidos (fosfolípidos e esteroides). - Lípidos membranares: são enviados para as membranas: o Difusão lateral – reticulo endoplasmático; o Formação de vesiculas – complexo de Golgi, lisossoma, membrana plasmática; o Através de proteínas transportadoras – mitocôndria, peroxissoma. Figura 92 - RE. Retículo endoplasmático rugoso: Quando há uma sequência específica de aminoácidos em formação – sequência sinal – que é reconhecida pela partícula de reconhecimento do sinal que encaminha os ribossomas para o RE. Figura 93 - Processo em que os ribossomas vão para o RE. Destinos das proteínas: Interior do RE. Níveis estruturais das proteínas: 1. Primário – sequência dos aminoácidos; 2. Secundária – a sequência de aminoácidos esta ligada por pontes de hidrogénio; 3. Terciária – atrações entre alfa- hélices e folhas-beta; 4. Quaternária – mais do que uma cadeia de aminoácidos. Figura 94 - Estrutura das proteínas. Alterações das cadeias polipeptídicas até à formação da proteína definitiva: - Adição de outras moléculas – hidratos de carbono (GLICOSILAÇÃO DE PROTEINAS), lípidos, grupos fosfato; - Remoção de aminoácidos (ex.: a metionina inicia) ou partes da cadeia peptídica; - Polimerização (junção) de outras cadeias polipeptídicas; - Formação da estrutura definitiva. Figura 95 - Glicosilação de proteínas. Retículo endoplasmático liso: Neste ocorre… - Síntese de lípidos membranares; - Deslocação de parte dos lípidos para a face interna da membrana REL. Retículo sarcoplasmático: RE liso especializado, ocorre nos miócitos (células musculares), armazena 𝐶𝑎2 + no seu interior; quando estimulado os iões são libertados provocando a contração dos sarcómeros (filamentos de actina e miosina que deslizam entre eles); os iões 𝐶𝑎2 + são novamente transportados para o interior do RE provocando o relaxamento muscular. Figura 96 - Retículo sarcoplasmático. Complexo de Golgi - Também designado dictiossoma (plantas); - Localização próximo do núcleo; - Conjunto de 5 a 7 cisternas achatadas e justapostas de lúmen estreito no centro e mais largado nas extremidades, vesículas e túbulos que rodeiam as cisternas e se interconectam; Figura 97 - RE. - Cisternas sobrepostas com uma face cis (de entrada ou de formação) e outra trans (de saída ou de maturação); - Funções: o Glicosilação – junção de hidratos de carbono a proteínas e lípidos; o Armazenamento de proteínas para a secreção; o Formação de lipoproteínas; o Biossíntese e reciclagem de membranas; o Formação de lisossomas; o Alteração de moléculas por forma a que estas se tornem funcionais. Figura 98 - RE. Figura 100 - CIsternas. Figura 99 - Interior de célula eucariótica. Cisternas de face cis e trans. Figura 101 - Compartimentos celulares envolvidos na biossíntese de secreções e de transformação de moléculas absorvidas por endocitose. Figura 102 - RE e cisternas. Figura 103 - Processamento de oligossacarídeos de glicoproteínas no RE e CG. Figura 104 - Compartimentação do CG no processamento de oligossacarídeos de glicoproteínas. Figura 105 - Mecanismo de transporte das glicoproteínas e glicolípidos. Figura 106 - Acrossoma - está na cabeça do espermatozoide, recobrindo-o como o capuz.  Vesículas - Transporte celular: endocitose e exocitose; - Endocitose: transporte para o interior das células de substâncias a partir do exterior por formação de vesículas a partir da membrana celular, estas podem dar origem a endossomas; - Exocitose: transporte para o exterior da célula por fusão da vesícula com a membrana celular e libertação para o exterior do seu conteúdo (secreção); Figura 107 - Endocitose. - Armazenamento de substâncias de reserva: ex.: em adipócitos (lípidos) e ovócitos. o Vesículas – têm entre 40 a 80 ƞ𝑚, podem ter a membrana lisa ou revestida; o Grânulos de secreção – maiores do que as vesículas (100 a 60 ƞ𝑚), acumulam-se entre a face trans e a periferia da célula; o Vesículas revestidas: ▪ O revestimento é formado quando as vesículas se destacam; quando estas se fundem com a membrana de destino o revestimento é removido; o Funções do revestimento: ▪ Transporte específico de moléculas associado às proteínas de revestimento; ▪ Dão forma e tamanho específico. o Tipos de revestimento: ▪ Clatrina – originam-se por invaginação de membranas: - Membrana citoplasmática - formação de endossomas pelo processo de endocitose; - Membrana de cisternas da face trans – formação de lisossomas. ▪ COP I (COP: coated protein) – transportam preferencialmente do CG para o RE. ▪ COP II – transportam do RE para o CG. Figura 108 - Vesículas revestidas e destino delas. Figuras 109 - Vesículas revestidas de Clatrina.  Figura 110 - Formação de vesículas por ENDOCITOSE com revestimento de clatrina. Vesículas não revestidas Vesículas revestidas Figura 111 - Tipos de vesículas. Figura 112 - Vesículas revestidas (coated proteins) - COP I e COP II. Figura 113 - Retorno das proteínas COP I ao RE (CP – RE). Figura 114 - Proteínas COP II no RE. Figura 115 - Transporte de vesículas e agregações tubulares do RE (COP II) para o CG com a ajuda dos microtúbulos e proteínas motoras (RE – CG). Proteínas indicadoras do destino das vesículas: Permitem a fusão entre as vesículas de transporte e o compartimento de destino: - v-SNARE: na membrana da vesícula; - t-SNARE: na membrana destino (target). Proteínas Rab – são necessárias para determinar o destino correto; ligam-se a proteínas de “amarração” Figura 116 - Fusão de proteína v-SNARE e membrana de destino. (tethering) da membrana do destino. Vias secretoras: - Não regulada / constitutiva: as macromoléculas saem da célula à medida que são produzidas – colagénio em fibroblastos e proteínas do soro em hapatócitos; - Regulada: macromoléculas específicas são segregadas em resposta a sinais extracelulares.  Figura 117 - Vias secretoras. Lisossomas e Endocitose: Lisossoma: - Membrana com 7 a 10 ƞ𝑚 com pelo menos 120 proteínas específicas; - Tamanho muito variável: os mais pequenos têm 0,2 ƞ𝑚; - Função: digestão intracelular de todo o tipo de macromoléculas provenientes do exterior por endocitose (heterolisossomas) ou da própria célula – organitos ou estruturas que deixam de ser funcionais (autolisossomas); - Apresentam uma elevada concentração de enzimas - pelo menos 50 hidrólases ácidas (pH = 5 criado pelo funcionamento de bombas de protões na membrana); - Forma esférica ou arredondada com interior denso. Figuras 118 – Endocitose de lisossomas.  Sem vesículas revestidas Tipos de Endocitose: Figura 119 - Tipos de endocitose. 1. Fagocitose - Captura de partículas extracelulares com > 0,5 𝜇𝑚; - Fagossomas: vacúolos com a partículas fagocitadas; - Fagolisossomas: fusão dos fagossomas com lisossomas; - Os fagossomas podem fundir-se com endossomas; - Autofagia – digestão de partículas internas da célula; - Fagóforo: estrutura membranar que irá originar o autofagossoma; - Autofagossomas: formação de vesículas de autofagia. Ligação de recetores membranares a Os macrófagos têm recetores especiais que moléculas do organismo vai desencadear a desencadeiam a fagocitose de organismos fagocitose. patogénicos identificados pelo sistema imunitário. Vesículas de endocitose revestidas: - Estão revestidas por clatrina; - Dão origem a endossomas precoces: o pH moderadamente ácido; o Podem libertar vesículas para o CG; Formam vesículas para o seu interior; o Originam os endossomas tardíos com mais do que 9 vesiculas internas; o Estes fundem-se com lisossomas dando origem a ENDOLISOSSOMAS. Figura 120 - Ligação entre vesículas. Endossoma precoce ⭢ Endossoma tardio ⭢ Endolisossoma ⭠ Lisossoma Figura 121 - Sequência da formação dos endolisossomas. Formação de autofagolisossomas: Figura 122 - Junção de lisossoma com autofagossoma.  Figura 123 - Integração de vesículas digestivas de endocitose e de autofagia. Mitocôndria, produção de ATP e peroxissoma Peroxissomas Estão nas células eucarióticas e entram no metabolismo. - Organitos esféricos com diâmetro entre os 0,3 e 1 𝜇𝑚; - Podem formar pequenos retículos peroxissomas (interligação de vesiculas por túbulos); - A membrana apresenta pouca diversidade proteica; - Matriz: interior do peroxissoma; - Por vezes com uma inclusão cristalina – nucleoide – formado pela enzima catálase ou oxidase; Figura 124 - Representação de peroxissoma. - Podem apresentar uma placa marginal – junto à membrana dando ao organito nessa zona um perfil retilíneo; - Podem formar-se por divisão de peroxissomas pré- Figura 125 - existentes; Placa marginal. - Muito abundantes e importantes nas células do fígado e dos rins; - Com 50 enzimas diferentes; - Funções: o Com enzimas oxidativas que produzem peróxido de hidrogénio (𝐻2 𝑂2 ) e catálase de 𝐻2 𝑂2 (tóxico) que o decompõe, forma-se 𝐻2 𝑂 e 𝑂2 ; Figura 126 - Peroxissoma. o Degradação (oxidação) de ácidos gordos; o Catabolismos de purinas: formação de ácido úrico que passa a alantoína (oxidase do ácido úrico); o Metabolismos de aminoácidos; o Síntese de plasmogénios (tipo de fosfolípido das membranas) e ácidos biliares; o Bioluminescência em pirilampos; o Fotorrespiração em plantas; o Etc. Figuras 127 - Formação de peroxissomas. 1. Contacto próximo entre o peroxissoma, o RE e a mitocôndria; 2. Formação de novo peroxissoma a partir das vesiculas do RE e das vesiculas da mitocôndria, assim como das proteínas encaminhadas através de peroxinas (Pex). Transporte de proteínas para o interior: 1. Proteínas a encaminhar o peroxissoma; o PTS (peroxissome targeting signal) – pequena sequência terminal de aminoácidos (3 ou 9) que sinalizam a proteína de transporte para o peroxissoma; o PEX – Peroxina – recetor das proteínas que têm como destino o peroxissoma. 2. Ligação da proteína a encaminhar com a peroxina; 3. Proteína integral da membrana do peroxissoma transporta para o interior a proteína conduzida pela peroxina. Figuras 128 - Transporte de proteínas pelo interior. Figura 129 - Mitocôndria. 1. Mitocôndria - Formada por 2 membranas, a interna pode ter invaginações para a matriz mitocondrial; - Com genoma próprio: molécula circular de mtDNA (2 a 10 cópias / mitocôndria); - Cada célula humana pode ter entre 3000 e 5000; - Origem procariótica (endossimbiose): 1,7 a 2,0 mil milhões de anos; - Dinâmica mitocondrial: fusão, fragmentação, mudança de forma; é um processo frequente; - Função: metabolismo energético (produção de energia – adenina trifosfato), apoptose (morte programada da célula); - Dimensões medias: 1 a 2 𝜇𝑚 de comprimento e 0,5 a 1 𝜇𝑚 de largura (dimensão parecida à E. coli); - Crescem e dividem-se de forma similar a bactérias. Membrana externa: - 50% lípidos, 50% proteínas; - Com canais transmembranares formadas pela proteína PORINA: elevada permeabilidade a moléculas pequenas. Espaço intermembranar: com algumas enzimas (6% do total de proteínas da mitocondrial). Figura 130 - Composição da mitocôndria. Membrana interna: - 76% proteínas (a maior proporção de todas as membranas), 24% lípidos; - Com lípido exclusivo – CARDIOLIPINA – reduz a permeabilidade a protões; Com permeases que permitem a passagem seletiva de moléculas. Cristas: são invaginações da membrana interna que aumentam muito a superfície interior e a produção de ATP. Matriz: contém a maioria das proteínas, nomeadamente as enzimas envolvidas nos processos metabólicos (ciclo de Krebs), mtDNA, mRNA, tRNA, ribossomas. mtDNA: Molécula de DNA da mitocôndria. Figura 131 - mtDNA. Figura 132 - Transmissão hereditária do genoma mitocondrial - linhagem sucessivamente materna. Nos mamíferos, o espermatozoide entra no óvulo, mas, exceto o núcleo e o centríolo, todos os seus componentes são destruídos (incluindo as mitocôndrias). DNA mitocondrial humano: - 16569 pares de bases; - 37 genes: 13 proteínas (sobretudo enzimas), 3 rRNA e 22 tRNA; - Código genético diferente do DNA do núcleo em 4 codões. Figura 133 - Código genético do ser humano.  Apenas 13 proteínas são codificadas pelo mtDNA e sintetizadas na mitocôndria, as restantes são importadas do citoplasma após tradução de genes do DNA nuclear. Cardiolipina – lípido exclusivo da membrana interna de mitocôndrias (até 20% dos lípidos) e bactérias, com papel importante na cadeia respiratória e transporte de protões. 2. Produção de energia - Metabolismo: conjunto de alterações que as substâncias químicas sofrem no interior do organismo. - Anabolismo: reações de formação de moléculas mais complexas a partir de moléculas mais simples, necessitam de energia. - Catabolismo: reações de degradação de moléculas complexas em moléculas mais simples, ocorre libertação de energia, poder ser através da fermentação ou da respiração aeróbica (com a presença de oxigénio). CATABOLISMO ANABOLISMO Figura 134 - Catabolismo vs. Anabolismo. Adenosina trifosfato (ATP) – principal molécula que transfere energia, esta está associada à formação ou à quebra de ligações entre grupos fosfato.  NAD – dinucleótido de nicotinamida e adenina, é um transportador de eletrões, a sua redução ocorre na formação de piruvato (passa a NADH) e é novamente oxidado em NAD+ na consequente redução do piruvato que vai os produtos dos diversos tipos de fermentação. Na respiração aeróbica o NADH é transportado para a membrana interna da mitocôndria contribuindo para a cadeia respiratória. Figura 135 - Oxidação do NADH e redução do NAD+. Figura 136 - Conversão da glucose. Síntese de ATP – produção de energia a partir de glicose: - Glicólise: ANAERÓBIO, ocorre no CITOPLASMA, degrada a glicose em PIRUVATO (ácido pirúvico), produz 2 ATP e 2 NADH; - Ciclo de Krebs / ciclo do ácido pirúvico: mecanismo AERÓBICO que ocorre na MATRIZ; é a OXIDAÇÃO de ACETIL-COA originada partir de PIRUVATO e ácidos gordos; - Formação de NADH e FADH2; - Transporte de eletrões entre complexos enzimáticos da membrana interna: coenzima Q (ubiquonina) e citocromo C (proteína com 𝐹𝑒); - Transporte de protões 𝑯+ : para o ESPAÇO INTERMEMBRANAR; - Fosforilação oxidativa: síntese de ATP por gradiente quimiosmótico (até 32 ATP / molécula de glicose); ocorre na MEMBRANA INTERNA com a atuação da ATP SINTASE: passagem de 3 protões 𝐻 + ; SINTETIZA-SE 1 ATP. Fermentação: Processo ANAERÓBICO de obtenção de energia realizado por bactérias, leveduras e algumas células eucarióticas. Considerando a glicose como base para o processo, a primeira fase é a glicólise (significa rutura da glicose), forma-se ácido pirúvico ou piruvato que é o anião (ião com carga negativa) correspondente. GASTAM-SE 2 ATP para iniciar o processo e OBTÊM-SE 4 ATP (balanço final de 2 ATP). Fermentação alcoólica: PRODUZ ETANOL (álcool etílico): Glicose (𝐶6 𝐻12 𝑂6 ) + 2 ADP + 2 Pi → 2 Etanol (𝐶2 𝐻5 𝑂𝐻) + 2 𝐶𝑂2 + 2 ATP Microrganismo mais importante: a levedura Saccharomyces cerevisiae. - Produção de bebidas alcoólicas: convertem os hidratos de carbono da uva (açucares) ou de cereais (amido) em etanol e dióxido de carbono (este pode originar as bolhas de certas bebidas), a fermentação termina com a morte das leveduras devida ao excesso de concentração de etanol. - Panificação (fermento de padeiro): convertem o amido da farinha em etanol e dióxido de carbono, o etanol evapora devido às altas temperaturas da cozedura, a libertação de dióxido de carbono torna os produtos mais fofos, a fermentação termina com a morte das leveduras devida ao excesso de temperatura. - Ácido acético: uma das formas de o produzir é deixar um produto alcoólico em contacto com o ar em que certas bactérias transformam etanol em ácido acético que num meio aquoso se designa vinagre. Figura 137 - Formação do etanol. Fermentação láctica: PRODUZ ÁCIDO LÁCTICO (lactato). Realizada por fungos e bactérias. Glicose (𝐶6 𝐻12 𝑂6 ) + 2 ADP + 2 Pi → 2 ácido lático (𝐶𝐻3 𝐶𝐻(𝑂𝐻)𝐶𝑂2 ) + 2 ATP O ácido láctico também é produzido nas células musculares quando sujeitas a esforço físico intenso em que a disponibilidade de oxigénio é reduzida, as células são obrigadas a produzi energia por fermentação. - Produção de iogurte: a fermentação do leite é realizada pelas bactérias Streptococcus thermophilus e Lactobacillus bulgaricus. A lactose do leite (dissacarídeo) é convertida em glicose e galactose, é sobre estes monossacarídeos que vai ocorrer a fermentação. - Produção de queijo: há queijos produzidos por fermentação, mas há outros que são através de enzimas adicionadas ao leite.  Figura 138 - Fermentação alcoólica (de baixo). Ciclo de Krebs ou ciclo do ácido cítrico: Acetil-Coenzima A – molécula central para a obtenção de energia na mitocôndria (é introduzida no ciclo de Krebs) e para o anabolismo. É formada a partir de hidratos de carbono e lípidos. Figura 139 - Ciclo de Krebs.  A passagem de eletrões na cadeia de complexos enzimáticos na membrana interna da mitocôndria permite bombear protões 𝐻 + para o espaço intermembranar, a passagem destes para a matriz mitocondrial por gradiente químico permite a formação de ATP pela ATP Sintase. 5 Complexos enzimáticos na membrana interna: - Complexos I a IV – Transporte de protões (bombas de protões) da matriz para o espaço intermembranar através da participação dos transportadores de eletrões NADH (dinucleótido de nicotinamida e adenina) e FADH2 (dinucleótido de flavina e adenina) – cria um gradiente de protões. - Fosforilação oxidativa (formação de ATP) – Complexo V – ATP Sintase – por gradiente quimiosmótico os protões passam do espaço intermembranar para a matriz fosforilando o ADP (similar ao sistema criador de rotação nos flagelos de bactérias). Figura 140 Figura 141 - ATP sintase.  Apoptose 3. Tipo de atividade celular durante o crescimento e o desenvolvimento - Divisão: aumento do nº de células; - Migração: deslocação de células de um ponto de origem para outro local no embrião; - Diferenciação: modificação de células indiferenciadas que se tornam células especializadas; - Apoptose: morte seletiva e ordenada; morte programada da célula com regulação genética (50 a 70 mil milhões células/dia num adulto sendo o nº total de células 4x103 ), a forma como ocorre é comum a todos os animais. o Processo espontâneo e ativo, regulado e seletivo, individual; Figura 142 - Processos mencionados anteriormente. o Alterações internas na célula, mas manutenção da integridade membranar; o Sem resposta inflamatória. - Necrose: morte celular patológica como resposta a fatores externos agressivos. o Processo não espontâneo e passivo, não regulado e não seletivo, afeta várias células ou um tecido em simultâneo; o Perda da integridade membranar com libertação para o exterior do conteúdo do citoplasma e organitos; o Com resposta inflamatória. Funções da apoptose e da necrose: 1. Organogénese – formação de tecidos e órgãos; 2. Eliminação de estruturas durante o desenvolvimento ex.: metamorfose de insetos ou anfíbios, eliminação de células entre os dedos; 3. Regulação do número de células; 4. Renovação das célula; 5. Eliminação de células defeituosas. Figura 143 - Formação dos dedos. Alterações morfológicas da célula: - Diminuição do volume; - Picnose – condensação da cromatina; - Cariorrexis – fragmentação do núcleo; - Formação de estruturas arredondadas e salientes (blebs) que se vão soltar da célula; - Fragmentação da célula em vesículas envolvidas por membrana – corpos apoptóticos; - Fagocitose por macrófagos ou outras células dos corpos apoptóticos. Figura 144  Figura 145 - Formas de destruição do núcleo. Procaspases – percursores inativos de caspases, são ativados por outras caspases. Caspases – enzimas que vão degradar proteínas (são proteases), à medida que se vão formando amplificam o processo por ativação de procaspases – reação em cadeia. Figura 146 Indução da apoptose: Via extrínseca - Recetores de morte celular na membrana; - A apoptose é induzida pela ligação a outra célula aos recetores de morte ou por ligação a estes recetores de moléculas específicas enviadas por outras células. Figura 147 - Recetor de morte celular. Se a célula estiver infetada por um vírus pode-se desencadear a apoptose como forma de eliminar o patogénico – intervenção de linfócitos. Figura 148 Figura 149 Via intrínseca - Libertação de compostos da mitocôndria (citocromo C) que se vão ligar a procaspases e outras moléculas formando apoptossomas; - É desencadeado por um estímulo.  Figura 150 Figura 151 Subunidade Citocromo C O prémio nobel de psicologia e medicina de 2002 foi dado a Sydney Brenner, H. Robert Horvitz e John E. Sulston pelas suas descobertas sobre a regulação genética do desenvolvimento de órgãos e programação da morte celular.  Mobilidade celular 1. Movimentos ameboides; 2. Movimento de células flageladas e ciliadas EM AMBAS HÁ INTERVENIENTES... o Proteínas motoras: dineína, miosina, outras; o Filamentos do citoesqueleto. Movimentos ameboides → EXTENSÕES TEMPORÁRIAS  Movimentos morfogenéticos na organogénese (des. Embrionário);  Movimentos leucocitários – resposta inflamatória, cicatrização – macrófagos, neutrófilos;  Osteoclastos e osteoblastos – processo de renovação óssea;  Fibroblastos – tecidos conjuntivos; Figura 152  Migração descontrolada de células cancerígenas (METASTIZAÇÃO). Figura 153 Tipos de extensões celulares: Figura 154  Filipódios – estruturas unidimensionais (LINEARES) formadas por feixes de microfilamentos paralelos com FIMBRINA a uni-los. Ex.: Fibroblastos.   Lamelipódios – forma de LAMELA, com microfilamentos organizados em rede bidimensional. Ex.: Neurónios. Figura 155  Pseudópodes – estrutura tridimensional. Ex.: Neutrófilos. Figura 156 Ectoplasma e Endoplasma: Ectoplasma – PARTE EXTERNA do citoplasma (substância gelatinosa que cobre interior das células; + VISCOSA; + MICROFILAMENTOS. Endoplasma – PARTE INTERNA do citoplasma; + FLUIDA; tem organelos (mitocôndria, RE, ribossomas, lisossomas). Figura 157  Córtex de actina PROTUSÃO ADESÃO Actina RETRAÇÃO polimerizada (microfilamentos) Figura 158 - Movimentos amebóides. ACTINA G ACTINA F Figura 159   INTEGRINA (proteína transmembranar) – liga o citoesqueleto da célula ao substrato permitindo a tração. Figura 160  Direção do avanço – resposta a estímulos químicos exteriores que vão desencadear a reorganização direcional dos microfilamentos (de actina). Formam-se NOVOS MICROFILAMENTOS associados aos existentes (ou alongamento destes) por junção de unidades de actina G, a membrana avança desta forma: PROTEÍNA CAPPING Cofilina Figura 161   Fibras de stress – microfilamentos unidos TRANSVERSALMENTE por actina α, associados à MIOSINA-II que as contraem provocando o movimento (retração/protusão). Figura 162 Forma e função dos filamentos de actina:  Ramificação – resistência a força de compressão proveniente de uma direção concreta; Figura 163  Filamentos – formam filipódios e permitem a protusão. Figura 164 Figura 163  Filamentos não alinhados – resistência tensão proveniente de diversas direções. Figura 165  Fibras de stress – feixes de actina associados a miosina, gera tensão para permitir a adesão. Figura 166 Figura 167 - Cones de crescimento de axónios (neurónios).  Neutrófilo: Fagocitam microrganismos e corpos estranhos; 55 a 70% dos leucócitos. Figura 168 Movimentos dos neutrófilos em resposta a infeção ou ferida: Fagocitose de bactérias Deslocação até ao local onde estão as bactérias atraídas por proteínas segregadas por estas. Secreção de enzimas (COLEGENASE) para facilitar a passagem entre células e na matriz extracelular (lâmina basal). Saída dos vasos sanguíneos (capilares) por diapedese (capacidade e passar Figura 169 entre células). Monócito: 4 a 8% dos leucócitos.  Macrófagos: (diferenciam-se a partir de monócitos que estão no sangue) – principais células responsáveis pela fagocitose de organismos patogénicos, partículas estranhas e fragmentos celulares (apoptose), deslocam-se entre as células. Movimento de células flageladas e ciliadas  Organismos unicelulares;  Espermatozoides  PARTE PRÁTICA Gametogénese Figura 1 Células somáticas – células que constituem o organismo executando as células da linha germinal. Células germinativas ou germinais – células que dão origem aos gâmetas, são as primeiras células a destacar.se do epiblasto, migrando posteriormente para os órgãos reprodutores, é a linha celular que estabelece a continuidade entre gerações. Células germinativas (células estaminais comprometidas) Figura 5 3. Espermatogénese Produção de espermatozoides a partir de células germinais espermatogénicas (espermatogónios).  Vaso deferente Túbulos seminíferos Epidídimo Figura 6 – Testículo. Figura 7 Figura 8  Os espermatogónios que se dividem permanecem unidos por pontes citoplasmáticas com 1 𝝁𝒎 de diâmetro (citocinese incompleta) – permite a sincronia do grupo por fluxo entre as células de moléculas; esta ligação permanece até à diferenciação de espermatídios em espermatozoides. Corpos residuais – parte do espermatídio que fica após a libertação do espermatozoide Figura 9 (organitos e citoplasma), são fagocitados pelas células de Sertoli. Figura 10 Células de Sertoli – nutrem e protegem os espermatozoides em formação; são também células de suporte; a espermatogénese ocorre nos intervalos entre as células de Sertoli. Junção ocludente entre células de Sertoli – criam a barreira hemato- testicular formando os compartimentos basal e adluminal; impede o acesso do sistema imunitário (macrófagos) aos espermatócitos e espermatídios que poderiam ser Figura 11 identificados como células estranhas e atacados.  Figura 12 - Compartimentos adluminal e basal. Membrana basal do túbulo seminífero Lúmen túbulo seminífero Figura 10 Figura 11 Duração do processo de progressão de espermatogónios até espermatozoides: - Homem: 65 dias - Rato: 35 dias  Célula de Sertoli Espermatídios Espermatócitos unidos por pontes citoplasmáticas Junções ocludentes – barreira hemato-testicular Espermatogónio Núcleo da célula de Sertoli Membrana ou lâmina basal Figura 12 Espermiogénese – diferenciação do espermatozoide a partir do espermatídio com eliminação da maior parte dos organitos. NOTA – O complexo de golgi origina o ACROSSOMA. Centríolos – formam os microtúbulos que constituem o axonema do flagelo. Figura 13 Figura 15 Figura 14  Células de Leydig – produzem a hormona testosterona que estimula a espermatogénese (além de influenciar outros parâmetros do organismo). Estão entre os túbulos seminíferos. Células mioepiteliais – tecido muscular liso. Figura 16 4. Ovogénese / oogénese Formação de ovócitos (oócitos) em mamíferos. - Ovogónias ou oogónias (células estaminais femininas) – dividem-se por mitoses sucessivas no ovário, todas se vão iniciar a meiose antes do nascimento dando origem a ovócitos primários (2 a 7 meses de vida intrauterina no feto fêmeo humano); - O ovário já não contém ovogónias após o nascimento; - Ovócito I – ficam retidos na fase de diplóteno (profase I) da meiose I até à puberdade; Figura 17 - O processo de ovogénese recomeça ciclicamente após a puberdade a cada 29 dias concluindo-se o que resta da meiose I; - O fuso acromático da metafase I não se localiza a meio da célula, mas num extremo formando-se duas células com o mesmo número de cromossomas mas muito desiguais:  o 1º Glóbulo ou corpo polar – quantidade mínima de citoplasma, este pode também dividir-se; o Ovócito II – inicia a meiose II, mas fica em metafase II. - É o ovócito II que pode ser fertilizado por um espermatozoide – a diferenciação do gâmeta é pré-meiótica; - A meiose II é assimétrica e só se conclui se houver entrada do espermatozoide no ovócito II (maioria dos vertebrados e muitos invertebrados) formando-se: 2º Glóbulo polar e Óvulo; - A formação dos glóbulos polares garante que a grande maioria do citoplasma e nutrientes fica nos ovócitos para dar melhores condições ao zigoto para se desenvolver. Figura 18 Desenvolvimento dos folículos Figura 19 Foliculogénese: - Cada ovócito I está rodeado por células somáticas achatadas na matriz do ovário – folículo primordial; - Células da granulosa – formam uma camada epitelial única que rodeia o ovócito I, estabelecem conexões com o ovócito I através de secreções e de junções de hiato e são importantes para a sua maturação, são equivalentes às células de Sertoli; - Células da teca – localizadas na periferia do folículo, papel importante na produção hormonal, são equivalentes às células de Leydig; - Os folículos são mais abundantes na região cortical (superfície) do ovário; - No ovário humano antes do nascimento existem 6 a 7 milhões, no recém- nascido: cerca de 400.000 folículos; - Até à puberdade a grande maioria vai degenerar por apoptose totalizando a produção de 400 a 500 ovócitos II; - Atresia folicular – processo de degeneração dos folículos. Tipos de folículos: o Folículo primário Evolui a partir do folículo primordial com o recomeço da meiose na puberdade; As células de granulosa formam inicialmente uma camada continua em torno do ovócito (célula sexual feminina), mais tarde formam-se várias camadas concêntricas (folículo pré-natal). Figura 20 - Folículo primário. o Folículo antral ou folículo secundário Forma-se a cavidade antral ou antro no interior do folículo onde se acumula Figura 21 - fluido com proteínas e Folículo secundário. hormonas;  Ovócito I A cavidade antral separa as células da Antro granulosa em: - Células da granulosa murais – rodeiam a parede do folículo; - Células do cúmulo (cumulus oophorus) – rodeiam o ovócito, as mais internas mantêm ligações de hiato com o ovócito através de longos prolongamentos – células da corona Figura 22 - Folículo radiata - acompanham o ovócito após a secundário. ovulação; - Zona pelúcida – camada de glicoproteínas que rodeiam a membrana do ovócito (apenas em mamíferos), está em contacto com as células da Células de corona radiata, importante para a fertilização; cúmulo - Membrana vitelina – estrutura análoga da ZP noutros grupos animais que não mamíferos. Células da granulosa murais o Folículo maduro ou de Graaf Apresenta um antro extenso e contínuo; Vários folículos iniciam o processo, mas apenas um – folículo dominante – atinge a maturidade e expele o ovócito II. Figura 23 - Folículo de Graaf.