Parâmetros importantes na microscopia são a magnificação, que é a proporção entre o tamanho da imagem do objeto e o seu tamanho real, a resolução, que é a nitidez da imagem, e o contraste, que é a diferença de brilho entre as áreas claras e escuras de uma imagem. É possível aumentar o contraste através da coloração do espécime.
Microscópios são ferramentas importantes na citologia, o estudo da célula. O entendimento da função de cada estrutura celular exige a integração da citologia com a bioquímica, o estudo dos processos químicos das células, ou seja, o metabolismo.
A célula é a coleção mais simples de matéria capaz de viver. Todas as células são delimitadas por uma barreira denominada membrana plasmática, que separa a célula viva do ambiente circundante e controla o tráfego de substâncias entre o interior e o exterior da célula.
A célula é a coleção mais simples de matéria capaz de viver. Todas as células são delimitadas por uma barreira denominada membrana plasmática, que separa a célula viva do ambiente circundante e controla o tráfego de substâncias entre o interior e o exterior da célula.
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| A membrana plasmática é formada por uma bicamada de fosfolipídeos, que são moléculas anfipáticas, ou seja, possuem uma região hidrofílica e outra região hidrofóbica, o que permite que eles componham uma membrana (as caudas hidrofóbicas ficam protegidas da água ao mesmo tempo em que as cabeças hidrofílicas são expostas às soluções aquosas dos meios intracelular e extracelular). |
O modelo atualmente aceito da organização das moléculas na membrana plasmática é o modelo do mosaico fluido. De acordo com ele, a membrana plasmática é formada por uma bicamada fosfolipídica na qual estão incrustadas várias proteínas, sobretudo as anfipáticas. As moléculas que compõem a membrana não estão presas em um determinado local. Enquanto os fosfolipídeos se movem rapidamente no plano da membrana, as proteínas são maiores e se movimentam mais lentamente, inclusive para locais em que suas funções são necessárias.
A diminuição da temperatura causa a compactação dos fosfolipídeos e, portanto, a diminuição da fluidez da membrana. A membrana permanecerá fluida a baixas temperaturas se for rica em fosfolipídeos cujos ácidos graxos são insaturados, pois suas caudas torcidas impedirão sua compactação ou se houver o esteroide colesterol entre os fosfolipídeos, como ocorre em células animais, pois ele impede sua agregação. Variações na composição da membrana plasmática são adaptações evolutivas a fim de adequar sua fluidez às condições ambientais de seres vivos específicos.
Diferentes tipos de célula têm diferentes tipos de proteínas de membrana. Proteínas integrais são aquelas que penetram na porção hidrofóbica da bicamada fosfolipídica. Algumas proteínas integrais atravessam a membrana, sendo chamadas de proteínas transmembrana. Proteínas periféricas não estão embebidas na bicamada fosfolipídica. Elas são apêndices frouxamente ligados à superfície da membrana ou às porções expostas de proteínas integrais.
Na porção intracelular da membrana plasmática, algumas proteínas estão presas por ligações ao citoesqueleto da célula, que reforça seu formato. Na porção extracelular, algumas proteínas de membrana se ligam a proteínas de membrana de outras células a fim de mantê-las unidas. Em células animais, algumas proteínas estão ligadas às fibras da matriz extracelular, contribuindo para essa ancoragem.
Certas proteínas de membrana estão covalentemente ligadas a carboidratos, formando glicoproteínas, que atuam como marcas de identificação, pois cada célula tem glicoproteínas específicas. A existência de quatro grupos sanguíneos humanos reflete a variedade de carboidratos presentes nas glicoproteínas das hemácias. Uma célula pode se ligar a outra a fim de reconhecê-la através de suas glicoproteínas, o que é fundamental para o funcionamento do organismo, como na rejeição de células estranhas pelo sistema imune dos animais vertebrados.
Proteínas de membrana podem realizar atividades enzimáticas, desde que os sítios ativos estejam expostos ao meio intracelular ou extracelular. Muitas proteínas enzimáticas estão organizadas como um grupo que desempenha funções sequenciais em uma rota metabólica.
As proteínas presentes na membrana plasmática podem realizar a transdução de sinais, ou seja, a passagem de uma mensagem para dentro da célula. O sítio de ligação, que está no meio extracelular, tem uma forma específica que se encaixa com a forma de moléculas sinalizadoras, como hormônios.
O tamanho microscópico das células e as formas estreitas e alongadas de outras, como as células nervosas, torna a área superficial grande em relação ao volume da célula, promovendo a troca de materiais entre a célula e o meio circundante e facilitando a locomoção de substâncias dentro da célula.
A membrana plasmática possui permeabilidade seletiva, ou seja, permite que algumas substâncias a atravessem mais facilmente que outras. Moléculas apolares (hidrofóbicas), como o gás oxigênio e o dióxido de carbono, e moléculas polares (hidrofílicas) muito pequenas e sem carga podem facilmente cruzar a bicamada fosfolipídica da membrana plasmática, processo que é denominado difusão simples. Esse movimento ocorre do lado em que o soluto (substância dissolvida) está mais concentrado para o lado em que ele está menos concentrado, ou seja, a favor do gradiente de concentração. Quando as concentrações intracelular e extracelular se igualam, o equilíbrio dinâmico é atingido, ou seja, as moléculas continuam a cruzar a membrana, mas em taxas iguais em ambas as direções. Cada substância difunde em direção ao seu próprio gradiente de concentração, sem ser afetada pelas diferenças de concentração de outras substâncias. Se a membrana for impermeável ao soluto, mas permeável ao solvente (substância na qual o soluto está dissolvido), ocorre um processo denominado osmose: o solvente difunde do lado em que o soluto está menos concentrado para o lado em que ele está mais concentrado, a fim de igualar as concentrações intracelular e extracelular.
Tonicidade é a capacidade de uma solução em fazer uma célula ganhar ou perder água por osmose. Ela depende da concentração de soluto que não pode cruzar a membrana com relação à concentração desse soluto no interior das células, pois, se houver alta concentração de soluto não penetrante na solução extracelular, a água tenderá a sair da célula e vice-versa. Se a célula for imersa em um ambiente isotônico para ela, a água fluirá através da membrana na mesma proporção em ambas as direções. Se a célula for transferida para uma solução hipertônica para ela, a célula perderá água, murchará e morrerá, sendo essa uma maneira pela qual o aumento da salinidade de um lago pode matar os animais que ali vivem.
Se a célula for imersa em uma solução hipotônica para ela, a célula ganhará água, inchará e explodirá. Se essa célula for uma célula vegetal, a parede celular exercerá uma pressão contrária na célula que interromperá a absorção de água. Nesse ponto, a célula estará túrgida, que é o estado saudável para a maioria das células vegetais.
O interior hidrofóbico da membrana impede a passagem direta de íons e moléculas polares (hidrofílicas), que podem ser transportados por proteínas transmembrana em um processo denominado difusão facilitada. Proteínas de transporte que têm um canal hidrofílico em seu centro são chamadas de proteínas canais, enquanto aquelas que mudam a forma do soluto à medida que o transportam são chamadas de proteínas carreadoras. Algumas proteínas canais que transportam íons atuam como canais com portões, abrindo ou fechando em resposta a um estímulo elétrico, por exemplo. Existe uma proteína de transporte específica para cada substância. Moléculas de água, por exemplo, atravessam a membrana através de uma proteína denominada aquaporina.
A difusão simples, a osmose e a difusão facilitada são exemplos de transporte passivo, pois não envolvem gasto de energia - as substâncias se movimentam espontaneamente, devido à ação de forças físicas. A velocidade do transporte depende da diferença entre as concentrações de soluto nos meios intracelular e extracelular.
Uma proteína carreadora pode acoplar a difusão facilitada de uma substância ao transporte de outra substância contra seu gradiente de concentração, constituindo um cotransporte. Prótons previamente transportados para fora da célula por uma bomba de prótons movida a ATP, por exemplo, podem transportar a sacarose contra o gradiente de concentração dela à medida que difundem para dentro da célula.
Partículas grandes geralmente atravessam a membrana através do empacotamento em vesículas, que são esferas formadas por bicamadas fosfolipídicas. Esse processo requer energia.
Para absorver uma partícula, ocorre um processo denominado endocitose: uma pequena área da membrana plasmática invagina-se formando uma vesícula que contém o material que estava no meio extracelular. A fagocitose é um tipo de endocitose no qual a célula engloba uma partícula alimentar, formando uma bolsa denominada vacúolo alimentar. Na pinocitose, a célula engloba gotículas do líquido extracelular. Esse processo é um transporte inespecífico, pois todos e quaisquer solutos presentes no líquido extracelular são absorvidos. Na endocitose mediada por receptor, sítios receptores de proteínas transmembrana se ligam a solutos específicos, originando uma vesícula. Esse processo permite a aquisição de grandes quantidades de substâncias específicas. A fim de absorver colesterol para uso na síntese de membranas e de outros esteroides, os receptores de LDL das células humanas se ligam ao LDL, que atua como ligante.
Para secretar uma partícula, ocorre um processo denominado exocitose: a vesícula que contém a partícula se fusiona com a membrana plasmática, o conteúdo da vesícula é expulso para fora e a membrana da vesícula se torna parte da membrana plasmática, compensando a perda de fosfolipídeos causada pela endocitose.
Todas as células têm cromossomos, que carregam os genes na forma de DNA, têm ribossomos, que sintetizam proteínas de acordo com as informações genéticas e contêm citosol, um semifluido que compõe o citoplasma (espaço interno das células).
Existem dois tipos distintos de células: procarióticas e eucarióticas. As células procarióticas constituem organismos dos domínios Bacteria e Archaea. Elas são muito menores que as células eucarióticas, seu DNA está concentrado em uma região não envolta por membrana denominada nucleoide e elas apresentam ribossomos e parede celular. Algumas delas têm flagelos, que auxiliam na locomoção.
Protistas, fungos, animais e plantas são formados por células eucarióticas. Suas organelas são delimitadas por membranas de natureza fosfolipídica, o que permite que processos incompatíveis ocorram simultaneamente dentro de uma única célula.
As células eucarióticas têm um núcleo, dentro do qual está a cromatina, que é formada por cromossomos. O DNA se enrola em proteínas denominadas histonas, formando nucleossomos, que se associam, formando cromossomos. Esse processo permite que uma grande quantidade de material genético seja armazenada em um espaço pequeno. Quando a célula se prepara para a divisão, os cromossomos se enrolam, tornando possível sua distinção no microscópio. Uma célula humana comum tem 46 cromossomos, enquanto as células sexuais dos seres humanos (óvulos e espermatozoides) têm apenas 23. No centro do núcleo está o nucléolo, que produz RNAr (RNA ribossomal) a partir de instruções do DNA. O conteúdo do núcleo é delimitado pelo envelope nuclear (carioteca), que é formado por duas bicamadas fosfolipídicas cobertas de poros. Na face externa do envelope nuclear há ribossomos. O RNAr pode se juntar a proteínas importadas do citoplasma, formando as subunidades ribossomais grande e pequena, que saem do núcleo pelos poros e se unem, formando um ribossomo. Como a maioria das células contém milhares de ribossomos, o RNAr é o tipo de RNA celular mais abundante.
O retículo endoplasmático é uma continuidade do envelope nuclear, sendo, portando, formado por fosfolipídeos. O retículo endoplasmático rugoso é uma região do retículo endoplasmático formada por sacos membranosos denominados cisternas. Em sua face externa, estão encrustados ribossomos. O compartimento interno do RE rugoso é chamado de lúmen do RE (espaço cisternal). O retículo endoplasmático liso não possui ribossomos e é responsável pela síntese de lipídeos, metabolismo de carboidratos e desintoxicação de drogas e venenos.
O complexo de Golgi é um conjunto de sacos membranosos achatados que não estão fisicamente conectados. Ele é responsável pelo armazenamento, modificação e secreção de produtos do RE.
O DNA herdado por um organismo determina a síntese de proteínas, cuja ação cumulativa produz seus traços, ou seja, as proteínas são o vínculo entre genótipo e fenótipo. Archibald Garrod foi o primeiro a sugerir que os genes controlam o fenótipo por meio de enzimas que catalisam reações químicas no interior das células. Uma pessoa com uma doença hereditária apresentaria os sintomas da doença porque herdara a incapacidade de produzir determinada enzima. A hipótese de que os genes controlam a produção de enzimas específicas é chamada de um gene-uma enzima. George Beadle levantou a hipótese de que determinadas mutações afetam a cor dos olhos da mosca-das-frutas, pois impedem a produção de enzimas que catalisam a síntese de pigmentos em uma etapa específica.
O tipo selvagem do bolor do pão (o bolor encontrado na natureza) possui poucas necessidades nutricionais, sendo capaz de produzir todas as moléculas que ele precisa a partir de um meio mínimo (que contém apenas nutrientes básicos) através de suas rotas metabólicas. George Beadle e Edward Tatum atingiram o bolor de pão com raios X a fim de induzir alterações genéticas e identificaram mutantes incapazes de sobreviver no meio mínimo, pois não conseguiam produzir moléculas essenciais a partir de ingredientes mínimos. Ao colocar os mutantes em um meio completo contendo os 20 aminoácidos, eles sobreviveram. Beadle e Tatum coletaram amostras dos mutantes cultivados em meio completo e as distribuíram em diferentes placas de cultura, cada uma contendo o meio mínimo e um tipo de aminoácido. No meio contendo o aminoácido arginina, os mutantes cresceram, indicando que o aminoácido que eles não conseguiam produzir era esse e que, portanto, a rota bioquímica que produz arginina apresentava um defeito. Dois colaboradores de Beadle e Tatum, Adrian Srb e Norman Horowitz, estudaram células hepáticas de mamíferos e previram a rota bioquímica da síntese de arginina, que envolve três enzimas diferentes. Os pesquisadores perceberam que os mutantes podiam ser classificados em três grupos, cada um incapaz de realizar uma etapa na rota de síntese da arginina, pois não possuía a enzima necessária. Como cada grupo apresentava alteração em apenas um gene, eles concluíram que cada gene controla a produção de uma enzima, confirmando a hipótese um gene-uma enzima.
Contudo, nem todas as proteínas são enzimas. Como elas ainda são produtos gênicos, os biólogos passaram a falar em um gene-uma proteína. Porém, muitas proteínas têm estrutura quaternária, ou seja, são formadas por mais de uma cadeia polipeptídica, cada uma especificada por um gene, como é o caso da hemoglobina. Por isso, a hipótese se tornou um gene-um polipeptídeo.
A expressão gênica é o processo pelo qual o DNA coordena a síntese de polipeptídeos. Ela começa com a transcrição, que é a síntese de RNAm (RNA mensageiro) utilizando informações contidas no DNA. A transcrição recebe esse nome, pois a informação contida no DNA é simplesmente copiada para uma molécula de mesma natureza química (ácido nucleico). O RNAm recebe esse nome, pois carrega a mensagem genética do DNA até a maquinaria de síntese proteica da célula. Na transcrição, uma das fitas de DNA serve de molde para a formação de uma sequência complementar de nucleotídeos de RNA, que é produzida na direção antiparalela à fita-molde. A regra de pareamento de bases para a síntese de DNA também guia a transcrição, embora a uracila substitua a timina no RNA.
Sequências específicas de nucleotídeos marcam onde a transcrição de um gene começa e onde termina. A sequência de DNA em que a transcrição inicia é chamada de promotor. Em bactérias, uma enzima denominada RNA polimerase reconhece e se liga ao promotor. Em eucariotos, proteínas denominadas fatores de transcrição promovem a ligação da RNA polimerase ao promotor, que contém uma TATA box, ou seja, uma sequência de adeninas e timinas. A RNA polimerase separa as duas fitas de DNA. Essa enzima pode iniciar uma cadeia desde o princípio. Conforme a RNA polimerase se desloca ao longo do DNA, ela adiciona nucleotídeos à extremidade 3' do RNAm que está sendo sintetizado. O sentido da transcrição é chamado de downstream e o sentido oposto é chamado de upstream. À medida que o RNAm é sintetizado, ele se separa da fita-molde de DNA e a dupla-hélice se forma novamente. Em bactérias, a transcrição segue até encontrar uma sequência denominada terminador, que faz com que a RNA polimerase se dissocie do DNA, liberando o RNAm, que está pronto para ser traduzido em polipeptídeo. Nos eucariotos, quando a RNA polimerase transcreve uma sequência denominada sinal de poliadenilação, proteínas específicas do núcleo se ligam ao RNAm, o clivam e ele se dissocia do DNA. A RNA polimerase continua a transcrever o DNA, produzindo RNA, que é degradado por enzimas, até que essas enzimas alcancem a RNA polimerase e dissociem ela do DNA.
Em eucariotos, o RNAm liberado é chamado de pré-RNAm, pois precisa passar por processamento adicional. Sua extremidade 5' recebe um quepe 5', que é uma forma modificada de uma guanina. Na extremidade 3', uma enzima adiciona várias adeninas, formando uma cauda poli-A. O quepe 5' e a cauda poli-A protegem o RNAm da degradação por enzimas hidrolíticas e promovem a ligação entre o RNAm e o ribossomo quando a molécula está no citoplasma. Geralmente, o pré-RNAm apresenta longas sequências não codificantes (que não serão traduzidas em polipeptídeos), denominadas íntrons, entre sequências codificantes, denominadas éxons. Um conjunto de proteínas e pequenas moléculas de RNA denominado spliceossomo cliva os íntrons e une os éxons adjacentes, formando um RNAm com uma sequência codificante contínua. Em alguns organismos, esse processo pode ocorrer sem o spliceossomo, caso os íntrons atuem como ribozimas (moléculas de RNA que desempenham papel enzimático), catalisando suas próprias clivagens. Dependendo de quais segmentos são considerados íntrons durante o processamento do pré-RNAm, RNAm distintos serão formados, gerando proteínas diferentes, o que é chamado de splicing alternativo. Assim, o número de proteínas geradas por um organismo pode ser muito maior que o seu número de genes. Logo, a descrição um gene-um polipeptídeo não é inteiramente correta, pois um único gene eucariótico pode codificar mais de um polipeptídeo através do splicing alternativo. As proteínas geralmente estão estruturadas em regiões denominadas domínios. Um domínio de uma enzima, por exemplo, pode incluir um sítio ativo, enquanto outro domínio pode ser responsável pela ligação da proteína à membrana plasmática. Em diversos casos, cada éxon codifica um domínio da proteína.
Em uma célula, só são lidos os trechos do DNA que são importantes para produzir as proteínas daquela célula, pois esses trechos, chamados de eucromatina, apresentam baixa compactação, permitindo a ação da RNA polimerase. Trechos irrelevantes para a produção das proteínas daquela célula não são lidos, pois esses trechos, chamados de heterocromatina, apresentam alto grau de compactação, impedindo a ação da RNA polimerase.
No RNAm, existem apenas quatro bases nitrogenadas nos nucleotídeos para especificar os 20 aminoácidos existentes. Se cada base nitrogenada do RNAm fosse traduzida em um aminoácido, apenas quatro aminoácidos poderiam ser especificados. Se a sequência de dois nucleotídeos especificasse um aminoácidos, apenas 16 aminoácidos poderiam ser especificados. Por isso, os nucleotídeos são lidos de três em três, ou seja, em trincas denominadas códons, gerando 64 possibilidades e, portanto, conseguindo especificar todos os aminoácidos. Cada códon especifica um dos 20 aminoácidos a serem incorporados na cadeia polipeptídica. Como cada três nucleotídeos é traduzido em um aminoácido, um RNAm com 300 nucleotídeos especifica um polipeptídeo de 100 aminoácidos. O primeiro códon foi decifrado por Marshall Nirenberg, que sintetizou um RNAm artificial contendo apenas uracila. Ele adicionou aminoácidos e ribossomos e obteve um polipeptídeo contendo apenas fenilalanina. Logo, concluiu-se que o códon UUU especifica o aminoácido fenilalanina. Com o tempo, todos os outros códons foram decifrados. Dos 64 códons, 60 apenas especificam aminoácidos, 3 são códons de término, indicando o final da tradução e o códon AUG, além de ser um códon de início, sinalizando que a tradução do RNAm deve começar nesta posição, codifica o aminoácido metionina. Logo, cadeias polipeptídicas começam com metionina quando são sintetizadas, embora uma enzima possa remover esse aminoácido inicial da cadeia. Há redundância no código genético, ou seja, há diferentes códons que especificam o mesmo aminoácido. Entretanto, não há ambiguidade nele, ou seja, nenhum códon especifica mais de um aminoácido. Diversas formas de vida compartilham um código genético comum por serem descendentes de um ancestral comum. Assim, uma espécie pode ser programada para produzir proteínas características de uma segunda espécie por meio da inserção de genes da segunda espécie na primeira, o que é chamado de transgenia. Bactérias, por exemplo, podem ser programadas para produzirem insulina através da inserção de genes humanos.
Após a transcrição, ocorre a tradução, que é a síntese de um polipeptídeo utilizando a informação contida no RNAm. A tradução recebe esse nome, pois uma molécula de natureza química distinta é produzida (RNAm é um ácido nucleico, enquanto proteína é um polipeptídeo).
O RNAt (RNA transportador) é uma molécula que, por conter nucleotídeos complementares capazes de interagir entre si por meio de ligações de hidrogênio, adquire estrutura tridimensional. O RNAt recebe esse nome, pois transfere aminoácidos do citoplasma para o ribossomo, que os adiciona à cadeia polipeptídica. Ele possui um sítio de ligação para um aminoácido específico em uma de suas extremidades, enquanto a outra extremidade corresponde a uma trinca de nucleotídeos chamada de anticódon. Outro motivo para a descrição um gene-um polipeptídeo não estar correta é que alguns genes codificam moléculas de RNA, como o RNAr e o RNAt, que realizam importantes funções na célula, sem nunca serem traduzidos em polipeptídeos. À medida que o RNAm se desloca através do ribossomo, os códons são traduzidos em aminoácidos quando o anticódon pareia, por meio de ligações de hidrogênio, com o códon complementar no RNAm.
Embora os ribossomos de bactérias e de eucariotos sejam bastante semelhantes em estrutura e função, os ribossomos eucariotos são ligeiramente maiores e um pouco diferentes dos ribossomos bacterianos quanto à composição molecular, fazendo com que alguns antibióticos sejam capazes de inativar apenas os ribossomos bacterianos.
As subunidades ribossomais grande e pequena só se unem quando estão ligadas a uma molécula de RNAm. O ribossomo funcional apresenta o sítio A, que contém o RNAt que transporta o aminoácido a ser adicionado à cadeia polipeptídica, o sítio P, que contém o RNAt ligado ao polipeptídeo em formação e o sítio E, que é por onde o RNAt descarregado deixa o ribossomo.
A subunidade pequena se liga à molécula de RNAm e a um RNAt que carrega o aminoácido metionina. O RNAt forma ligações de hidrogênio com o códon de início AUG e, então, a subunidade grande se liga. Nesse momento, o RNAt ocupa o sítio P do ribossomo. Um RNAt carregado cujo anticódon é complementar ao próximo códon a ser traduzido chega ao sítio A. A metionina é removida do RNAt que está no sítio P e ela forma uma ligação peptídica com o aminoácido do RNAt que está no sítio A. O ribossomo desloca o RNAm e o RNAt agora descarregado, que está no sítio P, vai para o sítio E (por onde é liberado para buscar mais aminoácidos no citoplasma), o RNAt que está no sítio A vai para o sítio P e o próximo códon a ser traduzido é trazido ao sítio A. Assim, os aminoácidos vão sendo adicionados um a um. Quando surge no sítio A, um códon de término, uma proteína denominada fator de liberação entra nesse sítio e quebra a ligação entre o último aminoácido da cadeia polipeptídica e o RNAt que está no sítio P, liberando o polipeptídeo do ribossomo. Os outros componentes do complexo se dissociam. Durante sua síntese, uma cadeia polipeptídica começa a se enrolar espontaneamente como resultado de interações entre seus aminoácidos. As chaperoninas auxiliam no enrolamento correto do polipeptídeo.
A síntese de polipeptídeos sempre começa em um ribossomo livre no citoplasma. O processo continua no citoplasma a menos que o polipeptídeo em formação contenha uma sequência de aminoácidos denominada peptídeo sinal, que é reconhecida pela SRP (partícula de reconhecimento de sinal). Essa partícula leva o ribossomo até a membrana do RE e a síntese do polipeptídeo continua à medida que ele entra no lúmen do RE através de um poro proteico. O peptídeo sinal geralmente é removido por uma enzima. De uma região do RE conhecida como RE de transição, brota uma vesícula de transporte que leva a proteína até a face cis do complexo de Golgi, com a qual se funde. Após ser modificada, a proteína é secretada em uma vesícula que surge na face trans do complexo de Golgi.
Um único gene pode ser lido por várias moléculas de RNA polimerase simultaneamente, o que ajuda a célula a produzir RNAm em grandes quantidades. Além disso, um RNAm pode ser traduzido por vários ribossomos simultaneamente, fazendo com que a célula sintetize diversas cópias de um polipeptídeo rapidamente. A cadeia de ribossomos ligados ao RNAm é chamada de polirribossomo (polissomo). Como as bactérias não têm núcleo, seu DNA não está separado dos ribossomos, fazendo com que a tradução do RNAm comece enquanto a transcrição ainda está em progresso. Nas células eucarióticas, o envelope nuclear segrega a transcrição da tradução.
O RE rugoso sintetiza os fosfolipídeos que o compõem. À medida que os polipeptídeos saem em vesículas de transporte com destino final a membrana plasmática, esses fosfolipídeos são adicionados a ela.
Há ribossomos livres no citoplasma. Embora sejam estruturalmente idênticos aos que estão ligados às faces externas do envelope nuclear e RE rugoso, a maioria das proteínas produzidas por eles funciona no citoplasma.
O lisossomo é um saco membranoso que contém enzimas denominadas lisozimas. Essas enzimas podem hidrolisar macromoléculas e funcionam melhor no meio ácido, que é proporcionado pelo lisossomo. Um vacúolo alimentar originado na fagocitose pode se fundir a um lisossomo, cujas enzimas digerem as partículas de alimento, liberando os produtos da digestão no citoplasma. Macrófagos (tipos de glóbulos brancos do sangue humano) utilizam esse mecanismo a fim de destruir invasores. O lisossomo pode realizar autofagia, ou seja, se fundir a uma organela danificada a fim de degradá-la. Quando a célula se torna defeituosa e desgastada, vários lisossomos se rompem e o escoamento do seu conteúdo destrói a célula, processo chamado de apoptose.
A mitocôndria realiza a respiração aeróbica celular, ou seja, converte gás oxigênio e açúcares em água, dióxido de carbono e ATP. O número de mitocôndrias encontradas em uma célula está correlacionado com o seu nível de atividade metabólica. Essa organela é delimitada por duas bicamadas fosfolipídicas, entre as quais está o estreito espaço intermembrana. Enquanto a membrana externa é lisa, a interna é convoluta, com dobramentos internos chamados cristas, o que amplia a área superficial dessa membrana, aumentando, assim, a produtividade da respiração celular. Dentro da membrana interna está a matriz mitocondrial, onde são produzidas e estão localizadas proteínas que atuam na respiração celular. A matriz mitocondrial também abriga ribossomos e o DNA mitocondrial, que é circular, ou seja, as extremidades da molécula estão unidas. Todos os seres humanos se originam de uma única célula, que é o óvulo materno fecundado pelo espermatozoide paterno. Como a única célula sexual que têm mitocôndrias é o óvulo, todo o DNA mitocondrial de uma pessoa é igual ao de sua mãe.
O peroxissomo é um compartimento envolto por uma membrana simples que contém enzimas que removem os átomos de hidrogênio de vários substratos e os transferem para o gás oxigênio, produzindo peróxido de hidrogênio. No fígado, os peroxissomos desintoxicam-se de álcool através da transferência de hidrogênio dessa substância para o oxigênio. O peroxissomo possui uma enzima que converte o peróxido de hidrogênio, que é tóxico, em água. Ele pode quebrar ácidos em moléculas menores, que são usadas pela mitocôndria como combustível para a respiração celular. Peroxissomos especializados, chamados de glioxissomos, são encontrados nos tecidos de armazenamento lipídico das sementes das plantas. Eles contêm enzimas que ativam a conversão de ácidos graxos em açúcar que as plântulas emergentes utilizam como fonte de energia até serem capazes de produzir seu próprio açúcar por fotossíntese.
Diferentemente das células animais, as células vegetais têm parede celular, que é uma estrutura externa à membrana plasmática e que mantém o formato da célula, cloroplastos, que realizam a fotossíntese, e vacúolo central, que formado pela união de vacúolos menores, sendo o maior compartimento na célula vegetal. O vacúolo central é proeminente em células mais velhas e armazena e hidrolisa macromoléculas.
O cloroplasto realiza a fotossíntese, ou seja, converte água, dióxido de carbono e energia solar em gás oxigênio e açúcares. Essa organela é delimitada por duas bicamadas fosfolipídicas, entre as quais está o estreito espaço intermembrana. Ambas as membranas são lisas. Dentro da membrana interna está a matriz, onde há um líquido denominado estroma. Nesse líquido, estão os tilacoides, sacos achatados interconectados que contêm o pigmento verde clorofila e que se encontram empilhados na forma de granas. A matriz também abriga ribossomos, enzimas e moléculas fotossintéticas e o DNA do cloroplasto, que é circular. O cloroplasto é membro de uma família de organelas de plantas denominada plastídeos. Outros exemplos de plastídeos são o amiloplasto, organela incolor que armazena amido, e o cromoplasto, que têm os pigmentos que dão as cores laranja e amarelo a frutas e flores.
Mitocôndrias e cloroplastos possuem DNA circular semelhante ao DNA bacteriano e ribossomos próprios. Eles se reproduzem por divisão binária, assim como as bactérias. Essas semelhanças sugerem que eles tenham origens evolutivas semelhantes, o que leva à teoria da endossimbiose. De acordo com essa teoria, um ancestral da célula eucariótica endocitou uma célula procariótica que utilizava gás oxigênio e não realizava fotossíntese. A célula hospedeira protegia a célula engolfada, que fornecia ATP. Com o tempo, essas células se fundiram em um único organismo, que é a célula eucariótica com mitocôndria. Alguns desses organismos endocitaram procarióticos fotossintéticos, se tornando células eucarióticas com mitocôndrias e cloroplastos. O fato de as mitocôndrias e cloroplastos terem duas membranas ao seu redor é consistente com a teoria da endossimbiose: uma membrana era a da bactéria, enquanto a outra foi adquirida na endocitose.
Diferentes tipos de célula têm diferentes tipos de proteínas de membrana. Proteínas integrais são aquelas que penetram na porção hidrofóbica da bicamada fosfolipídica. Algumas proteínas integrais atravessam a membrana, sendo chamadas de proteínas transmembrana. Proteínas periféricas não estão embebidas na bicamada fosfolipídica. Elas são apêndices frouxamente ligados à superfície da membrana ou às porções expostas de proteínas integrais.
Na porção intracelular da membrana plasmática, algumas proteínas estão presas por ligações ao citoesqueleto da célula, que reforça seu formato. Na porção extracelular, algumas proteínas de membrana se ligam a proteínas de membrana de outras células a fim de mantê-las unidas. Em células animais, algumas proteínas estão ligadas às fibras da matriz extracelular, contribuindo para essa ancoragem.
Certas proteínas de membrana estão covalentemente ligadas a carboidratos, formando glicoproteínas, que atuam como marcas de identificação, pois cada célula tem glicoproteínas específicas. A existência de quatro grupos sanguíneos humanos reflete a variedade de carboidratos presentes nas glicoproteínas das hemácias. Uma célula pode se ligar a outra a fim de reconhecê-la através de suas glicoproteínas, o que é fundamental para o funcionamento do organismo, como na rejeição de células estranhas pelo sistema imune dos animais vertebrados.
Proteínas de membrana podem realizar atividades enzimáticas, desde que os sítios ativos estejam expostos ao meio intracelular ou extracelular. Muitas proteínas enzimáticas estão organizadas como um grupo que desempenha funções sequenciais em uma rota metabólica.
As proteínas presentes na membrana plasmática podem realizar a transdução de sinais, ou seja, a passagem de uma mensagem para dentro da célula. O sítio de ligação, que está no meio extracelular, tem uma forma específica que se encaixa com a forma de moléculas sinalizadoras, como hormônios.
O tamanho microscópico das células e as formas estreitas e alongadas de outras, como as células nervosas, torna a área superficial grande em relação ao volume da célula, promovendo a troca de materiais entre a célula e o meio circundante e facilitando a locomoção de substâncias dentro da célula.
A membrana plasmática possui permeabilidade seletiva, ou seja, permite que algumas substâncias a atravessem mais facilmente que outras. Moléculas apolares (hidrofóbicas), como o gás oxigênio e o dióxido de carbono, e moléculas polares (hidrofílicas) muito pequenas e sem carga podem facilmente cruzar a bicamada fosfolipídica da membrana plasmática, processo que é denominado difusão simples. Esse movimento ocorre do lado em que o soluto (substância dissolvida) está mais concentrado para o lado em que ele está menos concentrado, ou seja, a favor do gradiente de concentração. Quando as concentrações intracelular e extracelular se igualam, o equilíbrio dinâmico é atingido, ou seja, as moléculas continuam a cruzar a membrana, mas em taxas iguais em ambas as direções. Cada substância difunde em direção ao seu próprio gradiente de concentração, sem ser afetada pelas diferenças de concentração de outras substâncias. Se a membrana for impermeável ao soluto, mas permeável ao solvente (substância na qual o soluto está dissolvido), ocorre um processo denominado osmose: o solvente difunde do lado em que o soluto está menos concentrado para o lado em que ele está mais concentrado, a fim de igualar as concentrações intracelular e extracelular.
Tonicidade é a capacidade de uma solução em fazer uma célula ganhar ou perder água por osmose. Ela depende da concentração de soluto que não pode cruzar a membrana com relação à concentração desse soluto no interior das células, pois, se houver alta concentração de soluto não penetrante na solução extracelular, a água tenderá a sair da célula e vice-versa. Se a célula for imersa em um ambiente isotônico para ela, a água fluirá através da membrana na mesma proporção em ambas as direções. Se a célula for transferida para uma solução hipertônica para ela, a célula perderá água, murchará e morrerá, sendo essa uma maneira pela qual o aumento da salinidade de um lago pode matar os animais que ali vivem.
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| Se essa célula for uma célula vegetal, a membrana plasmática se descolará da parede celular, fenômeno conhecido como plasmólise. |
O interior hidrofóbico da membrana impede a passagem direta de íons e moléculas polares (hidrofílicas), que podem ser transportados por proteínas transmembrana em um processo denominado difusão facilitada. Proteínas de transporte que têm um canal hidrofílico em seu centro são chamadas de proteínas canais, enquanto aquelas que mudam a forma do soluto à medida que o transportam são chamadas de proteínas carreadoras. Algumas proteínas canais que transportam íons atuam como canais com portões, abrindo ou fechando em resposta a um estímulo elétrico, por exemplo. Existe uma proteína de transporte específica para cada substância. Moléculas de água, por exemplo, atravessam a membrana através de uma proteína denominada aquaporina.
A difusão simples, a osmose e a difusão facilitada são exemplos de transporte passivo, pois não envolvem gasto de energia - as substâncias se movimentam espontaneamente, devido à ação de forças físicas. A velocidade do transporte depende da diferença entre as concentrações de soluto nos meios intracelular e extracelular.
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| Algumas proteínas carreadoras hidrolisam ATP como fonte de energia para bombear substâncias contra seus gradientes de concentração, permitindo à célula manter as concentrações internas diferentes das externas. Uma vez que esse transporte utiliza energia, é chamado de transporte ativo. A bomba de sódio e potássio, por exemplo, está presente nas membranas das células animais e move três íons sódio para fora da célula e dois íons potássio para dentro, o que auxilia no funcionamento de células nervosas e musculares e na absorção de nutrientes, além de garantir à célula o potássio, que é usado na síntese de proteínas. |
Partículas grandes geralmente atravessam a membrana através do empacotamento em vesículas, que são esferas formadas por bicamadas fosfolipídicas. Esse processo requer energia.
Para absorver uma partícula, ocorre um processo denominado endocitose: uma pequena área da membrana plasmática invagina-se formando uma vesícula que contém o material que estava no meio extracelular. A fagocitose é um tipo de endocitose no qual a célula engloba uma partícula alimentar, formando uma bolsa denominada vacúolo alimentar. Na pinocitose, a célula engloba gotículas do líquido extracelular. Esse processo é um transporte inespecífico, pois todos e quaisquer solutos presentes no líquido extracelular são absorvidos. Na endocitose mediada por receptor, sítios receptores de proteínas transmembrana se ligam a solutos específicos, originando uma vesícula. Esse processo permite a aquisição de grandes quantidades de substâncias específicas. A fim de absorver colesterol para uso na síntese de membranas e de outros esteroides, os receptores de LDL das células humanas se ligam ao LDL, que atua como ligante.
Para secretar uma partícula, ocorre um processo denominado exocitose: a vesícula que contém a partícula se fusiona com a membrana plasmática, o conteúdo da vesícula é expulso para fora e a membrana da vesícula se torna parte da membrana plasmática, compensando a perda de fosfolipídeos causada pela endocitose.
Todas as células têm cromossomos, que carregam os genes na forma de DNA, têm ribossomos, que sintetizam proteínas de acordo com as informações genéticas e contêm citosol, um semifluido que compõe o citoplasma (espaço interno das células).
Existem dois tipos distintos de células: procarióticas e eucarióticas. As células procarióticas constituem organismos dos domínios Bacteria e Archaea. Elas são muito menores que as células eucarióticas, seu DNA está concentrado em uma região não envolta por membrana denominada nucleoide e elas apresentam ribossomos e parede celular. Algumas delas têm flagelos, que auxiliam na locomoção.
Protistas, fungos, animais e plantas são formados por células eucarióticas. Suas organelas são delimitadas por membranas de natureza fosfolipídica, o que permite que processos incompatíveis ocorram simultaneamente dentro de uma única célula.
As células eucarióticas têm um núcleo, dentro do qual está a cromatina, que é formada por cromossomos. O DNA se enrola em proteínas denominadas histonas, formando nucleossomos, que se associam, formando cromossomos. Esse processo permite que uma grande quantidade de material genético seja armazenada em um espaço pequeno. Quando a célula se prepara para a divisão, os cromossomos se enrolam, tornando possível sua distinção no microscópio. Uma célula humana comum tem 46 cromossomos, enquanto as células sexuais dos seres humanos (óvulos e espermatozoides) têm apenas 23. No centro do núcleo está o nucléolo, que produz RNAr (RNA ribossomal) a partir de instruções do DNA. O conteúdo do núcleo é delimitado pelo envelope nuclear (carioteca), que é formado por duas bicamadas fosfolipídicas cobertas de poros. Na face externa do envelope nuclear há ribossomos. O RNAr pode se juntar a proteínas importadas do citoplasma, formando as subunidades ribossomais grande e pequena, que saem do núcleo pelos poros e se unem, formando um ribossomo. Como a maioria das células contém milhares de ribossomos, o RNAr é o tipo de RNA celular mais abundante.
O retículo endoplasmático é uma continuidade do envelope nuclear, sendo, portando, formado por fosfolipídeos. O retículo endoplasmático rugoso é uma região do retículo endoplasmático formada por sacos membranosos denominados cisternas. Em sua face externa, estão encrustados ribossomos. O compartimento interno do RE rugoso é chamado de lúmen do RE (espaço cisternal). O retículo endoplasmático liso não possui ribossomos e é responsável pela síntese de lipídeos, metabolismo de carboidratos e desintoxicação de drogas e venenos.
O complexo de Golgi é um conjunto de sacos membranosos achatados que não estão fisicamente conectados. Ele é responsável pelo armazenamento, modificação e secreção de produtos do RE.
O DNA herdado por um organismo determina a síntese de proteínas, cuja ação cumulativa produz seus traços, ou seja, as proteínas são o vínculo entre genótipo e fenótipo. Archibald Garrod foi o primeiro a sugerir que os genes controlam o fenótipo por meio de enzimas que catalisam reações químicas no interior das células. Uma pessoa com uma doença hereditária apresentaria os sintomas da doença porque herdara a incapacidade de produzir determinada enzima. A hipótese de que os genes controlam a produção de enzimas específicas é chamada de um gene-uma enzima. George Beadle levantou a hipótese de que determinadas mutações afetam a cor dos olhos da mosca-das-frutas, pois impedem a produção de enzimas que catalisam a síntese de pigmentos em uma etapa específica.
O tipo selvagem do bolor do pão (o bolor encontrado na natureza) possui poucas necessidades nutricionais, sendo capaz de produzir todas as moléculas que ele precisa a partir de um meio mínimo (que contém apenas nutrientes básicos) através de suas rotas metabólicas. George Beadle e Edward Tatum atingiram o bolor de pão com raios X a fim de induzir alterações genéticas e identificaram mutantes incapazes de sobreviver no meio mínimo, pois não conseguiam produzir moléculas essenciais a partir de ingredientes mínimos. Ao colocar os mutantes em um meio completo contendo os 20 aminoácidos, eles sobreviveram. Beadle e Tatum coletaram amostras dos mutantes cultivados em meio completo e as distribuíram em diferentes placas de cultura, cada uma contendo o meio mínimo e um tipo de aminoácido. No meio contendo o aminoácido arginina, os mutantes cresceram, indicando que o aminoácido que eles não conseguiam produzir era esse e que, portanto, a rota bioquímica que produz arginina apresentava um defeito. Dois colaboradores de Beadle e Tatum, Adrian Srb e Norman Horowitz, estudaram células hepáticas de mamíferos e previram a rota bioquímica da síntese de arginina, que envolve três enzimas diferentes. Os pesquisadores perceberam que os mutantes podiam ser classificados em três grupos, cada um incapaz de realizar uma etapa na rota de síntese da arginina, pois não possuía a enzima necessária. Como cada grupo apresentava alteração em apenas um gene, eles concluíram que cada gene controla a produção de uma enzima, confirmando a hipótese um gene-uma enzima.
Contudo, nem todas as proteínas são enzimas. Como elas ainda são produtos gênicos, os biólogos passaram a falar em um gene-uma proteína. Porém, muitas proteínas têm estrutura quaternária, ou seja, são formadas por mais de uma cadeia polipeptídica, cada uma especificada por um gene, como é o caso da hemoglobina. Por isso, a hipótese se tornou um gene-um polipeptídeo.
A expressão gênica é o processo pelo qual o DNA coordena a síntese de polipeptídeos. Ela começa com a transcrição, que é a síntese de RNAm (RNA mensageiro) utilizando informações contidas no DNA. A transcrição recebe esse nome, pois a informação contida no DNA é simplesmente copiada para uma molécula de mesma natureza química (ácido nucleico). O RNAm recebe esse nome, pois carrega a mensagem genética do DNA até a maquinaria de síntese proteica da célula. Na transcrição, uma das fitas de DNA serve de molde para a formação de uma sequência complementar de nucleotídeos de RNA, que é produzida na direção antiparalela à fita-molde. A regra de pareamento de bases para a síntese de DNA também guia a transcrição, embora a uracila substitua a timina no RNA.
Sequências específicas de nucleotídeos marcam onde a transcrição de um gene começa e onde termina. A sequência de DNA em que a transcrição inicia é chamada de promotor. Em bactérias, uma enzima denominada RNA polimerase reconhece e se liga ao promotor. Em eucariotos, proteínas denominadas fatores de transcrição promovem a ligação da RNA polimerase ao promotor, que contém uma TATA box, ou seja, uma sequência de adeninas e timinas. A RNA polimerase separa as duas fitas de DNA. Essa enzima pode iniciar uma cadeia desde o princípio. Conforme a RNA polimerase se desloca ao longo do DNA, ela adiciona nucleotídeos à extremidade 3' do RNAm que está sendo sintetizado. O sentido da transcrição é chamado de downstream e o sentido oposto é chamado de upstream. À medida que o RNAm é sintetizado, ele se separa da fita-molde de DNA e a dupla-hélice se forma novamente. Em bactérias, a transcrição segue até encontrar uma sequência denominada terminador, que faz com que a RNA polimerase se dissocie do DNA, liberando o RNAm, que está pronto para ser traduzido em polipeptídeo. Nos eucariotos, quando a RNA polimerase transcreve uma sequência denominada sinal de poliadenilação, proteínas específicas do núcleo se ligam ao RNAm, o clivam e ele se dissocia do DNA. A RNA polimerase continua a transcrever o DNA, produzindo RNA, que é degradado por enzimas, até que essas enzimas alcancem a RNA polimerase e dissociem ela do DNA.
Em eucariotos, o RNAm liberado é chamado de pré-RNAm, pois precisa passar por processamento adicional. Sua extremidade 5' recebe um quepe 5', que é uma forma modificada de uma guanina. Na extremidade 3', uma enzima adiciona várias adeninas, formando uma cauda poli-A. O quepe 5' e a cauda poli-A protegem o RNAm da degradação por enzimas hidrolíticas e promovem a ligação entre o RNAm e o ribossomo quando a molécula está no citoplasma. Geralmente, o pré-RNAm apresenta longas sequências não codificantes (que não serão traduzidas em polipeptídeos), denominadas íntrons, entre sequências codificantes, denominadas éxons. Um conjunto de proteínas e pequenas moléculas de RNA denominado spliceossomo cliva os íntrons e une os éxons adjacentes, formando um RNAm com uma sequência codificante contínua. Em alguns organismos, esse processo pode ocorrer sem o spliceossomo, caso os íntrons atuem como ribozimas (moléculas de RNA que desempenham papel enzimático), catalisando suas próprias clivagens. Dependendo de quais segmentos são considerados íntrons durante o processamento do pré-RNAm, RNAm distintos serão formados, gerando proteínas diferentes, o que é chamado de splicing alternativo. Assim, o número de proteínas geradas por um organismo pode ser muito maior que o seu número de genes. Logo, a descrição um gene-um polipeptídeo não é inteiramente correta, pois um único gene eucariótico pode codificar mais de um polipeptídeo através do splicing alternativo. As proteínas geralmente estão estruturadas em regiões denominadas domínios. Um domínio de uma enzima, por exemplo, pode incluir um sítio ativo, enquanto outro domínio pode ser responsável pela ligação da proteína à membrana plasmática. Em diversos casos, cada éxon codifica um domínio da proteína.
Em uma célula, só são lidos os trechos do DNA que são importantes para produzir as proteínas daquela célula, pois esses trechos, chamados de eucromatina, apresentam baixa compactação, permitindo a ação da RNA polimerase. Trechos irrelevantes para a produção das proteínas daquela célula não são lidos, pois esses trechos, chamados de heterocromatina, apresentam alto grau de compactação, impedindo a ação da RNA polimerase.
No RNAm, existem apenas quatro bases nitrogenadas nos nucleotídeos para especificar os 20 aminoácidos existentes. Se cada base nitrogenada do RNAm fosse traduzida em um aminoácido, apenas quatro aminoácidos poderiam ser especificados. Se a sequência de dois nucleotídeos especificasse um aminoácidos, apenas 16 aminoácidos poderiam ser especificados. Por isso, os nucleotídeos são lidos de três em três, ou seja, em trincas denominadas códons, gerando 64 possibilidades e, portanto, conseguindo especificar todos os aminoácidos. Cada códon especifica um dos 20 aminoácidos a serem incorporados na cadeia polipeptídica. Como cada três nucleotídeos é traduzido em um aminoácido, um RNAm com 300 nucleotídeos especifica um polipeptídeo de 100 aminoácidos. O primeiro códon foi decifrado por Marshall Nirenberg, que sintetizou um RNAm artificial contendo apenas uracila. Ele adicionou aminoácidos e ribossomos e obteve um polipeptídeo contendo apenas fenilalanina. Logo, concluiu-se que o códon UUU especifica o aminoácido fenilalanina. Com o tempo, todos os outros códons foram decifrados. Dos 64 códons, 60 apenas especificam aminoácidos, 3 são códons de término, indicando o final da tradução e o códon AUG, além de ser um códon de início, sinalizando que a tradução do RNAm deve começar nesta posição, codifica o aminoácido metionina. Logo, cadeias polipeptídicas começam com metionina quando são sintetizadas, embora uma enzima possa remover esse aminoácido inicial da cadeia. Há redundância no código genético, ou seja, há diferentes códons que especificam o mesmo aminoácido. Entretanto, não há ambiguidade nele, ou seja, nenhum códon especifica mais de um aminoácido. Diversas formas de vida compartilham um código genético comum por serem descendentes de um ancestral comum. Assim, uma espécie pode ser programada para produzir proteínas características de uma segunda espécie por meio da inserção de genes da segunda espécie na primeira, o que é chamado de transgenia. Bactérias, por exemplo, podem ser programadas para produzirem insulina através da inserção de genes humanos.
Após a transcrição, ocorre a tradução, que é a síntese de um polipeptídeo utilizando a informação contida no RNAm. A tradução recebe esse nome, pois uma molécula de natureza química distinta é produzida (RNAm é um ácido nucleico, enquanto proteína é um polipeptídeo).
O RNAt (RNA transportador) é uma molécula que, por conter nucleotídeos complementares capazes de interagir entre si por meio de ligações de hidrogênio, adquire estrutura tridimensional. O RNAt recebe esse nome, pois transfere aminoácidos do citoplasma para o ribossomo, que os adiciona à cadeia polipeptídica. Ele possui um sítio de ligação para um aminoácido específico em uma de suas extremidades, enquanto a outra extremidade corresponde a uma trinca de nucleotídeos chamada de anticódon. Outro motivo para a descrição um gene-um polipeptídeo não estar correta é que alguns genes codificam moléculas de RNA, como o RNAr e o RNAt, que realizam importantes funções na célula, sem nunca serem traduzidos em polipeptídeos. À medida que o RNAm se desloca através do ribossomo, os códons são traduzidos em aminoácidos quando o anticódon pareia, por meio de ligações de hidrogênio, com o códon complementar no RNAm.
Embora os ribossomos de bactérias e de eucariotos sejam bastante semelhantes em estrutura e função, os ribossomos eucariotos são ligeiramente maiores e um pouco diferentes dos ribossomos bacterianos quanto à composição molecular, fazendo com que alguns antibióticos sejam capazes de inativar apenas os ribossomos bacterianos.
As subunidades ribossomais grande e pequena só se unem quando estão ligadas a uma molécula de RNAm. O ribossomo funcional apresenta o sítio A, que contém o RNAt que transporta o aminoácido a ser adicionado à cadeia polipeptídica, o sítio P, que contém o RNAt ligado ao polipeptídeo em formação e o sítio E, que é por onde o RNAt descarregado deixa o ribossomo.
A subunidade pequena se liga à molécula de RNAm e a um RNAt que carrega o aminoácido metionina. O RNAt forma ligações de hidrogênio com o códon de início AUG e, então, a subunidade grande se liga. Nesse momento, o RNAt ocupa o sítio P do ribossomo. Um RNAt carregado cujo anticódon é complementar ao próximo códon a ser traduzido chega ao sítio A. A metionina é removida do RNAt que está no sítio P e ela forma uma ligação peptídica com o aminoácido do RNAt que está no sítio A. O ribossomo desloca o RNAm e o RNAt agora descarregado, que está no sítio P, vai para o sítio E (por onde é liberado para buscar mais aminoácidos no citoplasma), o RNAt que está no sítio A vai para o sítio P e o próximo códon a ser traduzido é trazido ao sítio A. Assim, os aminoácidos vão sendo adicionados um a um. Quando surge no sítio A, um códon de término, uma proteína denominada fator de liberação entra nesse sítio e quebra a ligação entre o último aminoácido da cadeia polipeptídica e o RNAt que está no sítio P, liberando o polipeptídeo do ribossomo. Os outros componentes do complexo se dissociam. Durante sua síntese, uma cadeia polipeptídica começa a se enrolar espontaneamente como resultado de interações entre seus aminoácidos. As chaperoninas auxiliam no enrolamento correto do polipeptídeo.
A síntese de polipeptídeos sempre começa em um ribossomo livre no citoplasma. O processo continua no citoplasma a menos que o polipeptídeo em formação contenha uma sequência de aminoácidos denominada peptídeo sinal, que é reconhecida pela SRP (partícula de reconhecimento de sinal). Essa partícula leva o ribossomo até a membrana do RE e a síntese do polipeptídeo continua à medida que ele entra no lúmen do RE através de um poro proteico. O peptídeo sinal geralmente é removido por uma enzima. De uma região do RE conhecida como RE de transição, brota uma vesícula de transporte que leva a proteína até a face cis do complexo de Golgi, com a qual se funde. Após ser modificada, a proteína é secretada em uma vesícula que surge na face trans do complexo de Golgi.
Um único gene pode ser lido por várias moléculas de RNA polimerase simultaneamente, o que ajuda a célula a produzir RNAm em grandes quantidades. Além disso, um RNAm pode ser traduzido por vários ribossomos simultaneamente, fazendo com que a célula sintetize diversas cópias de um polipeptídeo rapidamente. A cadeia de ribossomos ligados ao RNAm é chamada de polirribossomo (polissomo). Como as bactérias não têm núcleo, seu DNA não está separado dos ribossomos, fazendo com que a tradução do RNAm comece enquanto a transcrição ainda está em progresso. Nas células eucarióticas, o envelope nuclear segrega a transcrição da tradução.
O RE rugoso sintetiza os fosfolipídeos que o compõem. À medida que os polipeptídeos saem em vesículas de transporte com destino final a membrana plasmática, esses fosfolipídeos são adicionados a ela.
Há ribossomos livres no citoplasma. Embora sejam estruturalmente idênticos aos que estão ligados às faces externas do envelope nuclear e RE rugoso, a maioria das proteínas produzidas por eles funciona no citoplasma.
O lisossomo é um saco membranoso que contém enzimas denominadas lisozimas. Essas enzimas podem hidrolisar macromoléculas e funcionam melhor no meio ácido, que é proporcionado pelo lisossomo. Um vacúolo alimentar originado na fagocitose pode se fundir a um lisossomo, cujas enzimas digerem as partículas de alimento, liberando os produtos da digestão no citoplasma. Macrófagos (tipos de glóbulos brancos do sangue humano) utilizam esse mecanismo a fim de destruir invasores. O lisossomo pode realizar autofagia, ou seja, se fundir a uma organela danificada a fim de degradá-la. Quando a célula se torna defeituosa e desgastada, vários lisossomos se rompem e o escoamento do seu conteúdo destrói a célula, processo chamado de apoptose.
A mitocôndria realiza a respiração aeróbica celular, ou seja, converte gás oxigênio e açúcares em água, dióxido de carbono e ATP. O número de mitocôndrias encontradas em uma célula está correlacionado com o seu nível de atividade metabólica. Essa organela é delimitada por duas bicamadas fosfolipídicas, entre as quais está o estreito espaço intermembrana. Enquanto a membrana externa é lisa, a interna é convoluta, com dobramentos internos chamados cristas, o que amplia a área superficial dessa membrana, aumentando, assim, a produtividade da respiração celular. Dentro da membrana interna está a matriz mitocondrial, onde são produzidas e estão localizadas proteínas que atuam na respiração celular. A matriz mitocondrial também abriga ribossomos e o DNA mitocondrial, que é circular, ou seja, as extremidades da molécula estão unidas. Todos os seres humanos se originam de uma única célula, que é o óvulo materno fecundado pelo espermatozoide paterno. Como a única célula sexual que têm mitocôndrias é o óvulo, todo o DNA mitocondrial de uma pessoa é igual ao de sua mãe.
O peroxissomo é um compartimento envolto por uma membrana simples que contém enzimas que removem os átomos de hidrogênio de vários substratos e os transferem para o gás oxigênio, produzindo peróxido de hidrogênio. No fígado, os peroxissomos desintoxicam-se de álcool através da transferência de hidrogênio dessa substância para o oxigênio. O peroxissomo possui uma enzima que converte o peróxido de hidrogênio, que é tóxico, em água. Ele pode quebrar ácidos em moléculas menores, que são usadas pela mitocôndria como combustível para a respiração celular. Peroxissomos especializados, chamados de glioxissomos, são encontrados nos tecidos de armazenamento lipídico das sementes das plantas. Eles contêm enzimas que ativam a conversão de ácidos graxos em açúcar que as plântulas emergentes utilizam como fonte de energia até serem capazes de produzir seu próprio açúcar por fotossíntese.
Diferentemente das células animais, as células vegetais têm parede celular, que é uma estrutura externa à membrana plasmática e que mantém o formato da célula, cloroplastos, que realizam a fotossíntese, e vacúolo central, que formado pela união de vacúolos menores, sendo o maior compartimento na célula vegetal. O vacúolo central é proeminente em células mais velhas e armazena e hidrolisa macromoléculas.
O cloroplasto realiza a fotossíntese, ou seja, converte água, dióxido de carbono e energia solar em gás oxigênio e açúcares. Essa organela é delimitada por duas bicamadas fosfolipídicas, entre as quais está o estreito espaço intermembrana. Ambas as membranas são lisas. Dentro da membrana interna está a matriz, onde há um líquido denominado estroma. Nesse líquido, estão os tilacoides, sacos achatados interconectados que contêm o pigmento verde clorofila e que se encontram empilhados na forma de granas. A matriz também abriga ribossomos, enzimas e moléculas fotossintéticas e o DNA do cloroplasto, que é circular. O cloroplasto é membro de uma família de organelas de plantas denominada plastídeos. Outros exemplos de plastídeos são o amiloplasto, organela incolor que armazena amido, e o cromoplasto, que têm os pigmentos que dão as cores laranja e amarelo a frutas e flores.
Mitocôndrias e cloroplastos possuem DNA circular semelhante ao DNA bacteriano e ribossomos próprios. Eles se reproduzem por divisão binária, assim como as bactérias. Essas semelhanças sugerem que eles tenham origens evolutivas semelhantes, o que leva à teoria da endossimbiose. De acordo com essa teoria, um ancestral da célula eucariótica endocitou uma célula procariótica que utilizava gás oxigênio e não realizava fotossíntese. A célula hospedeira protegia a célula engolfada, que fornecia ATP. Com o tempo, essas células se fundiram em um único organismo, que é a célula eucariótica com mitocôndria. Alguns desses organismos endocitaram procarióticos fotossintéticos, se tornando células eucarióticas com mitocôndrias e cloroplastos. O fato de as mitocôndrias e cloroplastos terem duas membranas ao seu redor é consistente com a teoria da endossimbiose: uma membrana era a da bactéria, enquanto a outra foi adquirida na endocitose.
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ResponderExcluirCrepaldi, muito bom. Parabéns!
ResponderExcluirPosso dar uma sugestão?
Que tal você resumir os conteúdos organizados em tópicos, dentro desses resumos?
Coloca um título em destaque.
Por exemplo, destaque qual é a parte do resumo sobre transporte através da membrana e qual é sobre organelas. E quais são as organelas...
Aguardo os outros!
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