Resumo Crescimento e Renovacao Celular

Biologia e Geologia (Ano II)

Resumo da primeira parte da Matéria de Biologia 11º Ano O Essencial sobre o Crescimento e Renovação Celular

Autor: Francisco Cubal

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Objectivo: Conhecer as características estruturais do DNA

Para saber antes de avançar: O DNA é o suporte da informação biológica, onde estão escritas as características de cada organismo. O RNA é uma biomolécula quimicamente próxima do RNA, indispensável ao processamento da informação biológica. O DNA localiza-se no interior do núcleo das células eucarióticas e no nucleóide das células procarióticas. O RNA é constituído por uma cadeia de nucleótidos unidos por ligação covalentes do tipo fosfodiéster, mas em certas ocasiões esta cadeia pode dobrar-se sobre si devido à formação de pontes de hidrogénio entre as bases complementares. As suas bases azotadas são: Adenina, Uracilo, Guanina e Citosina. Quais são as características estruturais da molécula de DNA (Ácido desoxirribonucleico) e RNA (Ácido Ribonucleico) ? O DNA (ácido desoxirribonucleico) e o RNA (ácido ribonucleico) são ambos constituídos por núcleótidos. Um nucleótido é a unidade básica dos ácidos nucleicos. Cada nucleótido é constituído por uma base azotada ( a azul na fig.1) , uma pentose (a verde na fig.1) e um grupo fosfato (a amarelo na fig.1).

Fig.1 – Um nucleótido.

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O DNA O DNA é constituído por duas cadeias polinucleotídicas ligadas através de pontes de hidrogénio entre uma base azotada de um nucleótido de uma cadeia e a base azotada do nucleótido da cadeia oposta (ver figura a seguir). Uma adenina (A) liga-se a uma timina (T) e uma guanina (G) liga-se a uma citosina (C).

Os nucleótidos encontram-se unidos uns aos outros através de ligações entre o radical fosfato de um nucleótido e o carbono 3’ da pentose do nucleótido seguinte. O processo repete-se no sentido 5’>3’ (ver figuras à esquerda). As duas cadeias são anti-paralelas (figura da direita).

As ligações entre os nucleótidos são covalentes, do tipo fosfodiéster. Cada nucleótido é constituído por um grupo fosfato, uma pentose que se chama Desoxirribose, e uma base azotada que pode ser de dois tipos: Base Pirimídica ou Base Púrica. As bases pirimídicas são, no DNA: A timina (T) e a citosina(C). As bases púricas são, no DNA: A guanina (G) e a Adenina (A). O DNA tem a forma de uma espiral em dupla hélice devido às pontes de hidrogénio que se estabelecem entre as bases azotadas de cada cadeia. 3

Crescimento e Renovação Celular www.resumos.tk Francisco Cubal História sobre a resistência e extracção do DNA – O Homem do Gelo

O DNA, com a sua espiral em dupla hélice, está entre as mais elegantes de todas as moléculas biológicas. Mas a dupla hélice não é apenas uma estrutura bonita: ela confere ao DNA uma estabilidade e permanência incríveis, como o ilustrado pela história do Homem do Gelo. Em 19 de Setembro de 1991, turistas alemães, que escalavam os Alpes do Tirol, perto da fronteira entre a Áustria e a Itália, encontraram um cadáver preso no gelo glaciar. Um machado de cobre, um punhal, um arco e um cesto com 14 flechas foram encontrados ao lado do corpo. Não percebendo a sua antiguidade, os residentes locais fizeram tentativas grosseiras e mal sucedidas para libertar o corpo do gelo. Após 4 dias, uma equipa de especialistas forenses chegou para recuperar o corpo e transportá-lo para a Universidade de Innsbruck. Lá o corpo mumificado, conhecido como o Homem do Gelo, foi recongelado e submetido a estudos científicos. A datação com carbono radioactivo indica que o Homem do Gelo tem aproximadamente 5000 anos. As evidências recentes do Museu de Arqueologia do Sul do Tirol levaram à conclusão que o Homem do Gelo foi ferido no peito com uma flecha e morreu logo depois. O corpo tornou-se desidratado com o frio da grande altitude, foi coberto de neve que posteriormente gelou, permaneceu congelado durante 5000 anos. Alguns especialistas discordaram da origem do Homem do Gelo, sugerindo que se tratava de um múmia da América do Sul, que tinha sido estrategicamente colocada no local. Para estabelecer a sua autenticidade e origem étnica, os cientistas removeram oito amostras de músculo, tecido conjuntivo e osso da parte esquerda do corpo. Sob condições estéreis, extraíram o DNA, analisaram-no e determinaram a sua sequencia de bases azotadas, comparando-as com as sequencias de bases azotadas dos humanos actuais. Esta analise revelou que as sequencias de bases de DNA do Homem do Gelo se assemelhavam às dos europeus actuais, que vivem no norte dos Alpes, e são bem diferentes das dos africanos subsarianos, siberianos e nativos americanos. A datação com carbono radioactivo dos utensílios e a analise do DNA indicaram que o Homem do Gelo era um caçador do Neolítico que morreu tentando cruzar os Alpes há 5000 anos. O facto do DNA do Homem do Gelo persistir e conservar fielmente as suas informações genéticas, mesmo após 5000 anos, é testemunha da incrível estabilidade da dupla hélice. Retirado de um PowerPoint de uma Professora de Ensino Secundário de Biologia e Geologia. Não tinha fonte.

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Objectivo: Compreender a importância da replicação do DNA para a manutenção da informação genética.

O DNA tem a necessidade de se auto-reproduzir, fazendo cópias da sua informação genética, de maneira a transmiti-la de geração em geração. Na replicação do DNA ocorre: 1. O desenrolamento do DNA. 2. O rompimento, por acção das enzimas DNA polimerases, das pontes de hidrogénio entre as bases complementares. 3. A incorporação de nucleótidos que se encontravam livres no meio, por complementaridade, com formação de duas novas cadeias.

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Resumo da experiência de Meselson e Stahl em 1958:

Esta experiência comprovou que a replicação de DNA é de natureza semiconservativa. O que quer dizer que a replicação do DNA é semiconservativa?  Quer dizer que cada cópia da molécula de DNA contém uma das cadeias da molécula de DNA original e uma cadeia que se formou de novo segundo a regra da complementaridade de bases. Esta replicação semiconservativa permite explicar a transmissão do programa genético e a relativa estabilidade da composição do DNA no decurso das divisões celulares.

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Objectivos: Reconhecer a síntese proteica como um mecanismo importante para a manutenção da vida e da estrutura celular. Explicar como a expressão da informação genética contida no DNA se relaciona com o processo da síntese proteica. Analisar e interpretar dados de natureza diversa reltivos aos mecanismos de replicação, tradução e transcrição.

Expressão genética – visão geral: Conforme mostra a figura abaixo apresentada, entre o DNA e a proteína recém-formada ocorre transcrição e tradução e existe outra muito importante molécula o mRNA (RNA mensageiro). Nas páginas a seguir será desenvolvido este assunto de maneira mais ou menos aprofundada.

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A célula necessita de proteínas, pois são estas que determinam a forma, estrutura e a própria actividade celular. A função das proteínas depende da sua esrutura, ou seja, é determinada por uma determinada sequência de aminoácidos. Quem contém a informação para especificar a sequência de aminoácidos das proteínas é a sequência de nucleótidos do DNA.

Obviamente que existe um sistema de correspondência entre a “linguagem do DNA” e a “linguagem das proteínas”. Essa linguagem é denominada de código genético. (ver figura à esquerda) Cada aminoácido é codificado por um conjunto de três nucleótidos – chama-se tripleto de nucleótidos ou codão. A síntese das proteínas,ocorre no citoplasma da célula, ao nível dos ribossomas. As características do código genético:  Universalidade: cada codão tem a mesma função em quase todos os seres vivos.  Redundância: vários codões podem codificar o mesmo aminoácido (por exemplo: GUU, GUC, GUA e GUG codificam a valina).  Não ambiguidade - a um codão corresponde apenas um aminoácido, ou seja, não há aminoácidos diferentes codificados pelo mesmo codão.

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 Codão de iniciação: O codão AUG, que codifica o aminoácido metionina, é também o responsável pelo início da tradução, sendo denominado por codão de iniciação.  Codões de finalização: Os codões UAA, UAG e UGA são de finalização (ou stop), pois quando o complexo de tradução alcança estes codões a tradução é interrompida e a proteína formada é libertada. Estes codões não codificam para nenhum aminoácido.  Especificidade dos nucleótidos: O terceiro nucleótido de cada codão é menos específico que os dois primeiros.

Mecanismo da síntese proteica: Existem duas etapas fundamentais:  Transcrição – segmentos de DNA codificam a produção de RNA.  Tradução – o RNA codifica a produção de proteínas. Nota: Alguns livros consideram a Migração como uma outra etapa que ocorre entre as duas supra referidas.

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A síntese proteíca: (Sentido de cima para baixo)

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Como se pode observar na imagem anterior, existem várias estruturas celulares a intervir na sintese proteica: - mRNA é o mensageiro do DNA. Ele forma-se na etapa da transcrição que ocorre de uma maneira muito semelhante à replicação.(Ver pág. 5) Mas com a diferença que a base complementar da adenina do DNA é, no mRNA formado a base azotada Uracilo e a enzima que intervém na transcrição é a RNA polimerase, e só ocorre a transcrição de um segmento do DNA, não ocorrendo a cópia total do DNA. Como na replicação, a transcrição necessita de ATP, para fornecer energia.

Então, na transcrição ocorrem os seguintes processos: 1. Ligação da RNA polimerase a locais específicos do DNA, como é obvio, no núcleo. 2. Rompimento das pontes de hidrogénio e separação das cadeias de DNA. 3. Ligação de nucleótidos livres no meio a uma das cadeias do DNA, que funciona como molde, no sentido 5’ -> 3’, formando-se o mRNA. 4. Libertação do mRNA sintetizado. 5. Restabelecimento das pontes de hidrogénio e da estrutura do DNA.

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A seguir à transcrição ocorre o Processamento do mRNA. Depois da transcrição, o mRNA ainda não se encontra suficientemente “maduro”(pré-mRNA) para seguir para o citoplasma da célula. Então, ainda no núcleo, ocorre o processamento do pré-mRNA para mRNA em que são removidos os intrões e são deixados apenas os exões.

Depois, o mRNA já maduro migra para o citoplasma onde será traduzida.

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Quando o mRNA chega ao núcleo, imediatamente a subunidade menor do ribossoma fixa-se ao mRNA e começa a deslizar sobre ele até encontrar o codão de iniciação AUG.

Como se vê na figura de cima, o tRNA liga-se ao codão de iniciação e transporta o aminoácido correspondente ao codão do mRNA. Mas,o que é um tRNA? O tRNA é o RNA de transferência. Ele transporta o aminoácido correspondente a um determinado codão do mRNA, até ao ribossoma, ligando-se a esse mesmo codão do mRNA. A estrutura de um tRNA:

Local de ligação das enzimas

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O que é um ribossoma? E Qual a sua constituição?

O ribossoma serve de “mesa de montagem” das proteínas. A figura de cima, mostra que um ribossoma é composto por duas subunidades (a subunidade menor e a subunidade menor) e por três regiões: A, P e E. O que acontece em cada uma delas? Na A - onde o anticodão do tRNA se liga ao codão do mRNA, alinhando o aminoácido específico a ser adicionado à cadeia peptídica em crescimento; Na P - permite a adição do aminoácido transportado pelo tRNA à cadeia polipeptídica em crescimento; Na E - local de saída do tRNA após ter ocorrido a transferência do aminoácido que transportava.

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Tabela sobre os intervenientes na síntese proteica e as suas funções:

Intervenientes

Função

mRNA

Informação genética para a síntese de proteínas

Aminoácidos

Moléculas básicas a integrar nas proteínas

tRNA

Transferência de aminoácidos para os ribossomas

Ribossomas

Leitura do mRNA e ligação entre aminoácidos

Enzimas

Catalisadores do processo

ATP

Fornecimento de energia

Nota: Por vezes, na tradução, quando são necessárias várias proteínas do mesmo tipo, em vez de um ribossoma, existem vários ribossomas a trabalharem em simultâneo. As figuras mostram Polirribossomas constituídos pela ligação de vários ribossomas a uma mesma molécula de mRNA. Uma é um esquema/desenho e a outra (a preto e branco) é uma imagem de uma observação ao MOC.

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Etapas da Síntese Proteica:  Iniciação Ligação do mRNA e do tRNA iniciador, que transporta o aminoácido Metionina, à subunidade menor do ribossoma. Junção da subunidade maior ao conjunto.

 Alongamento: -Ligação de um novo tRNA, com outro aminoácido, ao segundo codão do mRNA. -Formação de uma ligação peptídica entre os dois aminoácidos. -Avanço de três bases pelo ribossoma. -Repetição do processo ao longo do mRNA.

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 Finalização -Chegada do ribossoma a um dos codões de finalização. -Libertação da proteína. -Separação do ribossoma nas suas subunidades.

Quais as características da síntese proteica?  Complexidade – intervenção de vários agentes.  Rapidez – proteínas complexas produzidas em apenas alguns minutos.  Amplificação – transcrição repetida da mesma zona de DNA e tradução repetida do mesmo mRNA.

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As alterações do material genético O que são mutações?  São alterações ou modificações súbitas, espontâneas, em genes ou cromossomas, podendo acarretar variação hereditária. As mutações podem ser génicas quando alteram a estrutura do DNA, num determinado gene, ou cromossómicas quando alteram a estrutura ou o número de cromossomas.  As mutações são espontâneas e podem ser silenciosas, ou seja, não alterar a proteína ou sua acção. Podem ainda ser letais, quando provocam a morte, ou ainda acarretar doenças ou anomalias. As mutações também promovem a evolução já que determinam aumento na variabilidade genética. Como é que elas ocorrem?  Por erros na replicação de DNA que antecede uma divisão celular (mitose ou meiose).  Por erros relacionados com a individualização dos cromossomas, por exemplo no crossing-over, na separação de cromossomas ou de cromatídeos, durante uma divisão celular (meiose ou mitose). Onde ocorrem?  Nas células somáticas (durante a mitose) reflectindo-se nas células, desse indivíduo, descendentes da que sofreu a mutação (ex: tumores).  Na formação dos gâmetas (meiose) - células da linhagem germinativa - e serão transmitidas hereditariamente.

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Formações por mutação:

 Doença da Anemia Falciforme. Afecta cerca de 1% dos indivíduos negros da África Central. Provoca deficiências no transporte do Oxigénio (O2).

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 Albinismo Alteração do material genético que conduz à não existência de um pigmento – a melanina – os afectados possuem uma hipopigmentação geral. A cor vermelha nas pupilas deve-se à reflexão da luz sobre os vasos sanguíneos devido à despigmentação da íris e da retina.

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Objectivos: -Compreender a mitose como um processo de divisão celular que assegura a manutenção das características hereditárias. -Interpretar procedimentos laboratoriais e/ou experimentais relacionados com o estudo da síntese proteíca e o ciclo celular. -Conhecer a sequência de acontecimentos que caracterizam o ciclo celular. -Formular e avaliar hipóteses relacionadas com a influência de factores ambientais sobre o ciclo celular. -Compreender que as diferenças estruturais e funcionais que existem entre as células de um indivíduo resultam de processos de diferenciação. -Entender a diferenciação celular como um processo que envolve regulação da transcrição e tradução dos genes. -Perceber a necessidade que uma célula tem em originar outros tipos de células especializadas e que, em geral, esta capacidade é tanto maior quanto menor for a sua diferenciação. -Avaliar o papel da mitose nos processos de crescimento, renovação e reparação de tecidos e órgãos em seres multicelulares. -Explicar que o crescimento de seres multicelulares implica processos de diferenciação celular. -Discutir a possibilidade dos processos de diferneciação celular poderem ser afectados por agentes ambientais (ex.: raios-X, drogas e infecções virais).

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A divisão celular contribui para:

O que é o ciclo celular? O ciclo celular é o conjunto de transformações desde a formação de uma célula até ao momento em que ela própria se divide. A vida de uma célula começa quando ela surge a partir de uma célula-mãe e acaba quando ela própria se divide para originar duas células-filhas. Cada nova vida começa a partir de uma célula -> a célula-ovo.

Da divisão da célula depende a manutenção e continuidade da vida. A este processo está sempre associada a replicação da informação genética.

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Nos organismos unicelulares a divisão celular corresponde à reprodução. A divisão celular consiste em a célula-mãe gerar duas células-filhas geneticamente iguais a ela. Durante a divisão celular, todos os constituintes celulares são distribuídos pelas células-filhas e o DNA é autoduplicado e as cópias também distribuídas. O que é um cromossoma?

Quando o DNA duplica o cromossoma passa a ser constituído por dois cromatídeos unidos pelo centrómero.

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Ciclo Celular

No ciclo celular ocorre a Interfase (Fase S, G1 e G2) (duplicação do DNA) e a Fase Mitótica (o núcleo divide-se (mitose) e depois divide-se o citoplasma (citocinese). A auto-replicação do DNA permite, que, sempre que uma célula se divide, cada célula-filha herde uma cópia do seu material genético, perpetuando as características da espécie. Na divisão celular intervêm os centrossomas (centríolos dispostos perpendicularmente). A interfase é composta por três fases:  Intervalo G1 – biossíntese de RNA e proteínas, formação de organitos, crescimento celular.  Período S – replicação do DNA e síntese das histonas; filamentos de cromatina com estrutura dupla.  Intervalo G2 – biossíntese de RNA e proteínas; crescimento celular.

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A Fase mitótica ocorre depois da Interfase. Nesta fase ocorre a mitose e a citocinese. Nota: Para decorar as fases da mitose podes sempre recorrer a “Próximo da Meta a Ana Telefonou”. Fases da mitose

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Regulação no ciclo celular. Onde ocorre?

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Diferença entre apoptose e necrose:  A apoptose diz respeito à morte celular planeada.  A necrose diz respeito à morte celular acidental, descontrolada.

Gráficos e Imagens muito frequentes em exercícios desta matéria explicados.

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O que são células totipotentes? E pluripotentes? E multipotentes? E Unipotentes?

 Totipotentes, são células que são capazes de se diferenciar em todos os 216 tecidos que formam o corpo humano, incluindo a placenta e anexos embrionários. As células totipotentes são encontradas nos embriões nas primeiras fases de divisão, isto é, quando o embrião tem até 16 - 32 células, que corresponde a 3 ou 4 dias de vida.  Pluripotentes, são células capazes de se diferenciar em quase todos os tecidos humanos, excluindo a placenta e anexos embrionários, ou seja, a partir de 32 - 64 células, aproximadamente a partir do 5º dia de vida, fase considerada de blastocisto.  Multipotentes, são células capazes de se diferenciar em diferentes tipos de células, embora de tecidos muito semelhantes.  Unipotentes, são células que originam células-filhas capazes de se diferenciarem apenas num tipo de células .

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Mas, se todas as células do embrião têm a mesma informação genética, como se pode explicar a diferente morfologia e função das várias células do organismo?

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Regulação da expressividade dos genes: François Jacob e Jacques Monod – 2 investigadores franceses, Prémio Nobel pelos seus trabalhos, tentaram explicar a forma como era regulada a actividade dos genes responsáveis pelo metabolismo da glicose, responsáveis pela produção de 3 enzimas (proteínas) diferentes, necessárias para a utilização da lactose em bactérias Escherichia Coli.

Observando as figuras. Nota: A sequência é da direita para a esquerda.

Conclusões: - Muitos genes destinam-se a regular o funcionamento de outros genes. -Muitas das potencialidades genéticas das células diferenciadas encontram-se inibidas e nunca chegam a expressar-se. - Os genes que estão em actividade numa célula não são os mesmos que estão em actividade noutras células. DIFERENTES CÉLULAS, DIFERENTES FUNÇÕES, DIFERENTES GENES ACTIVOS

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O controlo da expressividade dos genes é sensivel a elementos provenientes do ambiente, que podem activar ou inibir a sua expressividade.  Logo, existe perigo em relação a algumas substâncias químicas (ex.: fumo do cigarro, corantes, poluentes, etc.) que podem representar consequências graves para a saúde. O cancro, por exemplo, resulta de alterações nos mecanismos de controlo celular. As células dividem-se descontroladamente e podem adquirir características de malignicidade, espalhandose pelo corpo (metastização). (ver figura à direita que representa células cancerosas)

Alastra-se a todo o corpo através dos vasos sanguíneos

A massa de células anormais permanece no local onde é formada, não invadindo outras regiões do organismo.

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Clonagem Existem dois tipos de clonagem:  Natural: Ocorre em todos os seres originados a partir de reprodução assexuada, não ocorrendo a participação das células sexuais.

 Induzida artificialmente.

Como se clonou a ovelha Dolly?

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A clonagem nos animais:  É feita através do núcleo da célula.  Quando transplantavam o núcleo de uma célula diferenciada para uma célula totipotente (com núcleo previamente removido) era possível originar um novo organismo.

FIM Bibliografia:

Acedido em Setembro de 2009, Renovação e Crescimento Celular, www.cientic.com RIBEIRO, Elsa, SILVA, João, “et. al”, Desafios – Biologia 11ºAno, Asa Editores II SA.

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