aula 1 - estrutura e fisiologia celular, clonagem, celulas tronco e transgênicos

BIOLOGIA

Monitor: Joandro Santos

Introdução

Célula: É a unidade básica da vida e do organismo, podendo

ocorrer isoladamente nos, seres unicelulares, ou formar

arranjos ordenados, os tecidos que constituem o corpo dos

seres pluricelulares. Em geral os tecidos apresentam

quantidades variáveis de material extracelular, produzido

pelas células.

A fisiologia celular estuda, basicamente,

o funcionamento das células;

MEMBRANA PLASMÁTICA

CITOPLASMA

PAREDE CELULAR

DNA OU NUCLEÓIDE

FLAGELO

PILI OU FÍMBRIA

RIBOSSOMOS

PROCARIONTES: BACTÉRIAS

Procariontes

• Procariontes (bactérias):

DNA sem envoltório;

sem histonas;

organelas sem membrana.

Eucariontes: Animais

Estrutura celular

• A estrutura de uma célula eucariótica é

composta por :

Membrana

Citoplasma

Núcleo

Membrana celular

Todas as células encontram-se envoltas por uma fina membrana composta

principalmente por fosfolipídios e proteínas conhecida como: membrana

celular ou plasmática

A membrana plasmática tem três funções principais:

Revestimento;

Proteção;

Permeabilidade seletiva, sendo esta última sua função mais comum. Ela

seleciona quais são as substâncias que vão entra e sair da célula.

• Definição: É uma membrana

biológica que separa o lado interno da célula do seu meio circundante

formado pelo fluído extra celular. Estruturalmente a membrana é uma

bicamada de moléculas fosfolipídicas. As duas camadas se arranjam de

forma que os grupos fosfato hidrofílicos fiquem em contato com as

soluções aquosas presentes no lado externo e interno das células, e que

a porção hidrofóbica fique escondida na porção central da membrana. A

membrana contém moléculas de proteínas imersas e sua superfície

contém glicoproteínas e glicolipídios.

• Composição química: lipídios e proteínas (50 %)

A - bicamada lipídica (ou fosfolipídica): fosfolipídios são moléculas

anfipáticas que se dispõem na bicamada com a porção hidrofóbica apolar

dirigida para o centro da membrana, e com a porção hidrofílica polar (cabeça

com terminal fosfato) direcionada para o exterior ou interior da célula

B - Colesterol: reduz ou aumenta a fluidez da membrana de acordo

com a temperatura, funcionando como um "tampão de fluidez".C - Proteína intrínseca (ou transmembrana): são firmemente

aderidas aos lipídios da membrana e formam canais de transporte

de substâncias e, também, são receptores específicos de

hormônios; 70% das proteínas de membrana são desse tipo

D - Proteína extrínseca: ligam-se à membrana por interação com a região polar

dos lipídios ou por interação com as proteínas transmembranas (também

conhecidas como integrais). A espectrina, por exemplo, é a proteína extrínseca

responsável pelo formato bicôncavo dos eritrócitos

E - Glicoproteína: associação entre carboidratos e proteínas de

membrana

F - Glicolipídios: associação entre carboidratos e lipídios. As

glicoproteínas e glicolipídios são marcadores responsáveis pela

determinação dos grupos sanguíneos.

G - Glicocálice (ou Glicocálix): união entre glicoproteínas e

glicolipídios; é através do glicocálix que as células se reconhecem e

se unem umas às outras, para formar os tecidos.

Transporte celularDependendo das propriedades da membrana e das moléculas (ou átomos

ou íons) em presença, o transporte através das membranas classifica-se

em: Transporte passivo;

Transporte ativo

• Transporte passivo: quando não envolve o consumo de energia do sistema,

sendo utilizada apenas a energia cinética das moléculas (Osmose, Difusão e

Difusão facilitada).

Osmose: transporte de solvente, contra o gradiente de concentração, através de

membrana semipermeável e sem gasto de energia.

A água movimenta-se sempre de um meio hipotônico (menos concentrado em

soluto) para um meio hipertônico (mais concentrado em soluto) com o objetivo de

se atingir a mesma concentração em ambos os meios.

1. Difusão simples: sem a necessidade de proteínas de

transporte; ocorre com substâncias lipossolúveis; também

ocorre por meio de proteínas de canais como "aquaporinas";

2. Difusão Facilitada: ocorre com auxílio de proteína

transportadora (permease), que se liga à substância e a

transporta para dentro ou fora da célula – isso ocorre com a

glicose, por exemplo.

•Transporte ativo: É a passagem de uma substância de um

meio menos concentrado para um meio mais concentrado

ocorrendo gasto de energia.

Este transporte ocorre através de proteínas especiais que mudam de

forma para permitir a entrada e a saída das substâncias. Esta mudança

gasta energia, e esta energia é obtida através de moléculas obtidas

pela respiração celular.

Endocitose e exocitose: moléculas orgânicas maiores não

atravessam a membrana elas entram e saem da célula pelos citados

processos acima. O processo de entrada dessas partículas na célula é

chamado de endocitose. O processo de saída dessas partículas

recebe o nome de exocitose (ou clasmotose).

• O citoplasma é composto por uma

substância viscosa (citosol),

formada por água, sais minerais,

açucares e proteínas (20%);

• O citoplasma é o local onde ficam

submersas as maiorias das

organelas.

Citoplasma

Organelas FunçãoParede celular Proteção e suporte.

Núcleo Comanda a estrutura e a atividade das células.

Ribossomos Síntese proteíca.

Cloroplastos Realizam a fotossíntese.

Mitocôndrias Respiração celular.

Retículo Endoplasmático

Síntese de proteínas, lipídios e hidratos de carbono

Complexo de Golgi Secreção de enzimas e outras moléculas.

Vacúolo armazenamento

FILAMENTOS

DE CROMATINA

NUCLEOPLASMA

NUCLÉOLO

INVÓLUCRO

NUCLEAR

O núcleo ocupa 10% do volume celular total. Controla todas as reações

que ocorrem na célula.

Carioteca: membrana dupla e porosa que envolve o Núcleo, permitindo a

comunicação com o Citoplasma.

Função da carioteca da célula:

Apresenta numerosos poros comunicantes com o hialoplasma, por

onde saem e entram substâncias moleculares;

Proteção do material genético;

E barreira física que limita a região reguladora do metabolismo,

através do processo de transcrição.

Nucleoplasma: massa fluída limitada pela Carioteca que ocupa o interior

do núcleo;

Cromatina: material constituído por DNA (material genético).

Responsável pelas CARACTERÍSTICAS HEREDITÁRIAS.

Nucléolo: Armazena a carga genética

Mitose: é um tipo de divisão celular essencial para

continuarmos a nos desenvolver, a crescer e a repor células

perdidas.

Meiose: É um processo de divisão reducional no qual uma

célula diplóide (2n) origina 4 células haplóides (n). Ocorre

com a finalidade específica de produzir células sexuais ou

gametas (espermatozóide e óvulo).

A mitose se inicia com uma célula diplóide (2n), ou

seja, com o número total de cromossomos da espécie

(no caso dos humanos, 46). Em seguida, há um período

de grande atividade metabólica, denominado interfase,

em que ocorre a duplicação do material genético. Só

depois começa a divisão propriamente dita.

1. Prófase

2. Metáfase

3. Anáfase

4. Telófase

No caso dos seres humanos, a meiose garante que, durante a

fecundação, se forme um novo ser com 46 cromossomos, 23

vindos do pai e 23 da mãe.

Ela será dividida em meiose I e meiose II.

Na primeira divisão, ocorrem a prófase I, metáfase I, anáfase I

e telófase I. Na segunda, a prófase II, metáfase II, anáfase II e

telófase II.

Fases da meiose

Meiose I

ou divisão reducional

R!• Prófase I

• Metáfase I

• Anáfase I

• Telófase I

A primeira divisão separa os pares de cromossomos homólogos,

formando duas células haplóides.

Meiose II

ou divisão equacional

E!• Prófase II

• Metáfase II

• Anáfase II

• Telófase II

A segunda divisão separa as cromátides e forma quatro células

haplóides.

Prófase I

Leptóteno: cromossomos aparecem pouco condensados. Cromômeros visíveis.

Leptóteno Zigóteno DiplótenoPaquíteno Diacinese

Zigóteno: Sinapse (pareamento dos cromossomos homólogos).

Paquíteno: Crossing-over (troca de pedaços entre cromátides homólogas).

Diplóteno: Quiasmas (cromátides homólogas cruzadas). Duplicação cromossômica

é nítida.

Diacinese: Terminalização dos quiasmas. Desaparecimento do nucléolo e desintegra-

ção da carioteca.

Fases da Prófase

Crossing-over ou permutação

Pode ocorrer na prófase I e é um importante fator de variabilidade,

pois gera cromossomos com sequências diferentes da sequência

dos cromossomos originais.

Consiste na troca de pedaços entre cromátides homólogas.

cromossomos homólogos.

A célula está em interfase, antes da

duplicação cromossômica.

Cromátides se separam: há quatro células

haplóides, isto é, que possuem um

cromossomo de cada par.

As células filhas da primeira divisão

recebem, cada uma, um cromossomo de

cada par de homólogos.

Ainda na interfase, cada cromossomo

se duplica, ficando com duas cromátides,

no inicio da meiose

Pareamento dos cromossomos homólogos na placa equatorial da célula.

Migração dos cromossomos homólogos para os pólos da célula.

Descondensação dos cromossomos

Reaparecimento do nucléolo e carioteca

Desaparecimento das fibras do fuso

Importância:

Separação das cromátides irmãs

Dividido em:

Prófase 2Metáfase 2Anáfase 2Telófase 2

Duplicação e migração dos centríolos para os pólos opostos da célula.

Desaparecimento da carioteca e nucléolos

Condensação

dos cromossomos.

Cromossomos localizados na placa equatorial da célula.

Fibras do fuso ligadas aos centrômeros

Separação das cromátides irmãs

Migração das cromátides irmãs para os pólos opostos da célula.

Reaparecimento da carioteca e nucléolo

Descondensação dos cromossomos

Citocinese – divisão citoplasmática

Há mais ou menos quatro bilhões de anos, a superfície de nosso Planeta estaria, em sua

maior parte, coberta por uma enorme massa de água, disposta em imensos “oceanos” e

também “lagoas”. Toda essa massa líquida recebeu o nome de “caldo primordial”, sendo

rica em moléculas inorgânicas e contendo em solução todos os gases presentes na

atmosfera daquela época (Junqueira & Carneiro, 2005).

Neste período o oxigênio ainda não estava presente na atmosfera, que provavelmente

continha amônia, vapor d’água, hidrogênio, metano, gás carbônico e sulfeto de

hidrogênio. O oxigênio em sua forma livre, somente surgiu muito posteriormente,

devido à ação fotossintética de células autotróficas.

Surgimento das células autotróficas, foram ocorrendo também mudanças na

atmosfera, já que o aumento da concentração de oxigênio liberado pela

fotossíntese intensificou-se. As moléculas de oxigênio (O2) acabaram se

difundindo para as partes mais elevadas da atmosfera, onde sob ação da

radiação ultravioleta, romperam-se originando átomos de oxigênio.

O surgimento das células autotróficas, capazes de sintetizar seu próprio

alimento, proporcionou a manutenção da vida na Terra.

O início da fotossíntese e as grandes alterações da atmosfera

contribuíram marcadamente para o processo evolutivo das células e de

todas as formas de vida existentes no Planeta. Somente com o

surgimento da fotossíntese, ocorreu o aparecimento do oxigênio na

atmosfera e dessa forma verificou-se o surgimento de células aeróbias,

ao mesmo passo que se observou o surgimento da camada protetora de

ozônio. As bactérias anaeróbias restringiram-se a nichos especiais,

caracterizados pela ausência de oxigênio.

O próximo passo do processo evolutivo, após o aparecimento das

células procariontes autotróficas, foi o surgimento das células

eucariontes.

Existem fortes indicativos de que as células eucariontes,

caracteristicamente apresentando um elaborado sistema de membranas,

originaram-se a partir de procariontes, por invaginações da membrana

plasmática, provavelmente puxadas por proteínas contráteis existentes

no citoplasma

Sugestivas evidências apontam para o fato de que

organelas responsáveis por processos ligados às

transformações energéticas, como as mitocôndrias e os

cloroplastos, surgiram a partir de bactérias que foram

fagocitadas.

As células tronco, células mães ou células estaminais são células que

possuem a melhor capacidade de se dividir dando origem a células

semelhantes às progenitoras.

São encontradas em células embrionárias e em vários locais do corpo,

como no cordão umbilical, na medula óssea, no sangue, no fígado, na

placenta e no líquido amniótico.

Objetivos

O principal objetivo das pesquisas com células-tronco é usá-las para recuperar

tecidos danificados por doenças e traumas.

Utilizá-las em terapias de combate a doenças cardiovasculares,

neurodegenerativas, diabetes, acidentes cerebrais, doenças hematológicas,

traumas na medula espinhal.

Células-tronco embrionárias (CTE): São encontradas no embrião humano e

são classificadas como totipotentes ou pluripotentes, devido ao seu poder de

diferenciação celular de outros tecidos.

Células-tronco adulta (CTA): São encontradas em diversos tecidos, como

a medula óssea, sangue, fígado, cordão umbilical, placenta, e outros.

Classificação quanto à capacidade Totipotentes

Multipotentes

A clonagem é um processo de reprodução assexuada onde se tem a

produção de indivíduos geneticamente iguais a partir de uma célula-

mãe.

A primeira experiência com clonagem de animais ocorreu no ano de

1996, na Escócia, no Instituto de Embriologia Roslin. O embriologista

responsável foi o doutor Ian Wilmut. Ele conseguiu clonar uma ovelha,

batizada de Dolly. Após esta experiência, vários animais foram

clonados, como por exemplo, bois, cavalos, ratos e porcos.

Resumidamente, os passos individuais no procedimento de

transferência nuclear incluem:

Preparação de um ovócito enucleado (citoplasto).

Isolamento da célula doadora ou do núcleo doador.

Ativação do citoplasto.

Fusão celular para produzir um embrião reconstituído.

Cultura do embrião.

Transferência do embrião para um útero hospedeiro.

A clonagem molecular consiste na difusão de

moléculas de DNA idênticas e baseia-se na propagação

natural de células ou indivíduos geneticamente

idênticos ao inicial.

A clonagem gênica consiste em duas etapas básicas:

a) Na primeira etapa faz-se a ligação entre um fragmento de DNA,

chamado inserto, contendo o gene de interesse com outra molécula de

DNA, o vetor, para formar uma quimera ou molécula de DNA

recombinante (figura 4) (BROWN, 2003)

b) Na segunda etapa, a molécula de DNA recombinante é transportada para

dentro de uma célula hospedeira, em geral uma bactéria, ocorrendo o

processo de transformação. A célula que recebeu o DNA recombinante é

chamada de célula transformada, a qual sofre muitos ciclos de divisão,

produzindo várias cópias do DNA recombinante, como pode ser visto naFigura abaixo.

A técnica de DNA recombinante é um importante

mecanismo de inserção gênica em bactérias, com esse

processo é possível produzir diversas substâncias em

larga escala.

Se formos capazes de inserir um gene humano em uma bactéria, ela

conseguirá produzir proteínas humanas utilizando seus ribossomos e

aminoácidos próprios?

A resposta é SIM! As bactérias só não produzem algumas proteínas

humanas por não terem a "receita", ou seja o gene humano, no seu genoma

natural.

As bactérias já possuem normalmente a capacidade de inserir um

fragmento de DNA do meio ambiente no seu próprio genoma,

elas também conseguem cortar alguns fragmentos de DNA que

possam ser inseridos dentro dela, por exemplo quando um vírus

introduz seu DNA viral na bactéria hospedeira. Essas enzimas

são chamadas de enzimas de restrição, conhecidas também como

endonucleases, pois quebram por meio de hidrólises esses

materiais genéticos que ela incorpora ou são introduzidos nela

por meio de um vetor.

As enzimas de restrição irão clivar (cortar) tanto do

plasmídio quanto o gene de interesse.

Posteriormente eles irão se ligar em algumas

sequências complementares, gerando um novo

plasmídio

transgênico, contento o gene de interesse inserido no

genoma original.

Qual será o resultado desses 3 itens juntos?

Enzimas de restrição + gene de interesse isolado + Plasmídio bacteriano:

A biotecnologia tem como principais técnicas:

cultura de tecidos vegetais, clonagem,

transgênicos, terapia gênica.

Biotecnologia é o conjunto de conhecimentos

que permite a utilização de agentes biológicos

(organismos, células, organelas, moléculas)

para obter bens ou assegurar serviços.

Cultura de tecido vegetal

Transgênicos

Baseia-se na capacidade que

a planta tem de dar origem a

uma nova planta, a partir de

qualquer parte dela, por

meio da ativação e da

repressão de genes. Isto

chama-se totipotência

celular.

A cultura de tecidos vegetais tem como principais

utilidades:

obter plantas livres de doenças;

multiplicar rapidamente um grande número de plantas;

obter híbridos que não podem ser obtidos pela

polinização natural;

fundir células de origens diferentes;

Utilidades

Transgênicos: Umas das áreas da biotecnologia é a

produção de alimentos transgênicos. Esse processo é

realizado pela engenharia genética.

Os alimentos transgênicos apresentam seus pontos

negativos e positivos. Ambientalistas apontam que os

alimentos transgênicos podem causar impactos

irreversíveis ao meio ambiente.

Os organismos geneticamente

modificados (OGMs), ou

transgênicos, são aqueles que

tiveram genes estranhos, de

qualquer outro ser vivo,

inseridos em seu código

genético. O processo consiste

na transferência de um ou mais

genes responsáveis por

determinada característica num

organismo para outro

organismo ao qual se pretende

incorporar esta característica

Pontos positivos

Aumento da produção

Maior resistência à pragas (vírus, fungos, bactérias e insetos)

Resistência aos agrotóxicos

Aumento do conteúdo nutricional

Maior durabilidade e tempo de estocagem

Pontos negativos

A seleção natural tende a ser maior nas plantas que não são transgênicas.

Eliminação de populações naturais de insetos, animais e outras espécies de plantas.

Aumento de reações alérgicas em determinadas pessoas

Exemplo de planta transgênica

Luciferina

FIM!!

OBRIGADO!!