CAPÍTULO 1 CAPÍTULO 1 FUNDAMENTOS DE BIOLOGIA CELULAR E DO DESENVOLVIMENTO Profa.Ivana BM Cruz,...

CAPÍTULO 1CAPÍTULO 1

FUNDAMENTOS DE BIOLOGIA CELULAR E DO DESENVOLVIMENTO

Profa.Ivana BM Cruz, UFSM - 2011

Padrão de Organização dosSeres Vivos

• Auto-criação (autopoiése)

• Reprodução

• Manutenção da constância do ambiente

interno (homeostase) e do reparo

AUTO-CRIAÇÃO

REPRODUÇÃO

HOMEOSTASE

MACRO-MOLÉCULASFUNDAMENTAIS DOS SERES VIVOS

Carboidratos

Glicose

UNIDADE

Alimentos

-Produção de energia: glicose-Armazenamento de energia:

Glicose- SangueGlicogênio – Músculos

Fígado

Fonte carboidratos (glicose):-Dieta-Produzida pelo organismo

MACRO-MOLÉCULASFUNDAMENTAIS DOS SERES VIVOS

LipídiosPrincipais moléculasPrincipais moléculas

Ácidos graxos-Triglicerídeos-Colesterol

Moléculasmais heterogêneas

Participam:Participam: - Membrana Plasmática - A partir do colesterol são sintetizados todos os hormônios esteróides do corpo como o estrogênio, testosterona, vitamina D, etc.

MACRO-MOLÉCULASFUNDAMENTAIS DOS SERES VIVOS

Proteínas

Unidade fudamental:Aminoácidos

Cadeia de aminoácidos

Alimentos

Molécula fundamental na estrutura celular do ser vivo

MACRO-MOLÉCULASFUNDAMENTAIS DOS SERES VIVOS

Proteínas

20 AMINOÁCIDOS20 AMINOÁCIDOS

AMINOÁCIDOS ESSENCIAIS: não sintetizamos arginina, fenilalanina, isoleucina, leucina,

lisina, metionina, serina, treonina, triptofano,histidina e valina

AMINOÁCIDOS NÃO-ESSENCIAIS alanina, asparagina, cisteína, glicina,glutamina, prolina, tirosina, ácido aspártico,ácido glutâmico

MACRO-MOLÉCULASFUNDAMENTAIS DOS SERES VIVOS

Ácidos Nucleícos: DNA & RNAs

ORGANIZAÇÃO DOS SERESVIVOS MULTICELULARES

Átomos

Moléculas

Células

Tecidos

Órgãos

SistemasCorporais

Organismos

Populações

Ecossistemade diferentesEspécies

Biosfera

EC

OL

OG

IA

GE

NÉ

TIC

A

FIS

IOL

OG

IA

HIS

TO

LO

GIA

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AT

OM

IA

BIO

LO

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C

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QU

ÍMIC

A

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Fo

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ão

Átomos

Moléculas

Células

Tecidos

Órgãos

SistemasCorporais

Organismos

Populações

Ecossistemade diferentesEspécies

Biosfera

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NÍVEIS DE ORGNIZAÇÃONÍVEIS DE ORGNIZAÇÃODOS SERES VIVOSDOS SERES VIVOS

CÉLULAS E TECIDOS

Membrana Celular

Membrana Celular: funções

- Delimitação (isolamento físico) da célula em relação ao ambiente que a rodeia;

-Regulação das trocas químicas ou físicas entre o interior da célula e o ambiente externos;

-Comunicação entre as células e o seu meio ambiente;

-Suporte estrutural para que as células formem os tecidos corporais -Delimitação de ambientes específicos intracelulares que possuem funções diferenciadas (organelas).

Membrana Celular

Fonte: Silverthorn, 2002

Membrana Celular

Membrana celular: estrutura

Membrana celular: proteínas

Membrana celular: proteínas

Membrana celular: proteínas

Membrana celular: proteínas

Membrana celular: proteínas

Membrana celular: proteínas

Membrana celular: proteínas

Membrana celular: proteínas

Movimento através da membrana

Membrana: comunicação célula-célula

Fonte: Silverthorn, 2002

-Existem dois tipos de sinais: químicos ou elétricos

-Existem três processos de comunicação:

(1) transferência citoplasmática de sinais químicos/elétricos via junções comunicantesjunções comunicantes

(2) comunicação local de substâncias que (2) comunicação local de substâncias que se difundem através do líquido extracelularse difundem através do líquido extracelular

(3) comunicação a longa distância: hormônios(3) comunicação a longa distância: hormônios

Membrana: comunicação célula-célula

Membrana: comunicação célula-célula

Membrana: comunicação célula-célula

Membrana: comunicação célula-célula

Membrana: comunicação célula-célula

CITOSOL E ORGANELAS

CITOSOL E ORGANELAS

PRINCIPAIS FUNÇÕES DO CITOESQUELETO

Determina a forma das células

Estabiliza a posição das organelas dentro docitoplasma

Auxilia no transporte de moléculas para dentroe para fora da célula

Auxilia na manutenção da célula em um localdo tecido

Permite o movimento de algumas células atravésdo corpo

CITOSOL E ORGANELAS

CITOSOL E ORGANELAS

CITOSOL E ORGANELAS

CITOSOL E ORGANELAS

CITOSOL E ORGANELAS

CITOSOL E ORGANELAS

MATRIZ EXTRACELULAR

Material sintetizado que e secretado pelas células de um tecido

A quantidade de matriz extracelularAs moléculas que compõe a matriz extracelular

Serve como sustentação do tecido eatua na manutenção da homeostase corporal

Altamente variáveis e dependente do tipo de tecido

CICLO CELULAR

SENESCÊNCIA CELULAR1

2

3

nLIMITE DE HAYFLICK

+ 50 DIVISÕES

CICLO CELULAR

MITOSE

G2 G1

S

n=50

ENVELHECIMENTO CELULAR

G2 G1

MITOSE

SModificaçõesEstruturais e

funcionais

n ~ 50

-Cessa a proliferação- Célula cresce

Revisando…

Proteção aos genesque estão nos cromossomos

Telômero possui umasimples molécula de DNA

Resto do cromossomo édupla fita

(TTAGGG)n

Estrutura telomérica

Cromossomo

ENCURTAMENTO TELOMÉRICO

Processos Fundamentais da Diferenciação Celular

• Mitose

Divisão Celular

PrófaseMetáfaseAnáfaseTelófase

Interações Bioquímicas

• Moléculas bioquímicas modulam:

• regulação diferencial dos genes:

Genes funcionam conforme:

- células e estágio do desenvolvimento

Célula

Núcleo

Como ocorre o desenvolvimento corporal e a manutençãoda homeostase se todas as célulascontém o mesmo DNA?

DOGMA GENE-PROTEÍNA/RNA

3’TAAGCAATCTCTGGTAAGCTA5’

5’ATTCGTTAGAGACCATTGGAT3’

Núcleo

5’ATTCGTTAGAGACCATTGGAT3’

DNA

htRNA

5’ATTCGTTACCATTGGAT3’

Proteínas

Célula

Sliplicing

mRNA

ESTRUTURA DO GENE EUCARIÓTICO

RegiãoPromotora

GENE: DNA

EXON EXON EXON

INTRON INTRONAUG UAA

RNAHeterogêneo

Transcrição

SplicingProcessamento

EXON EXON EXON

INTRON INTRONAUG UAA

EXON EXON EXON

INTRON INTRONAUG UAA

3’TAAGCAATCTCTGGTAAGCTA5’

5’ATTCGTTAGAGACCATTGGAT3’

Núcleo

5’ATTCGTTAGAGACCATTGGAT3’

DNA

RNA

5’ATTCGTTAGAGACCATTGGAT3’

Proteínas

Célula

3’TAAGCAATCTCTGGTAAGCTA5’

5’ATTCGTTAGAGACCATTGGAT3’

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5’ATTCGTTAGAGACCATTGGAT3’

Núcleo

5’ATTCGTTAGAGACCATTGGAT3’

DNA

RNA

5’ATTCGTTAGAGACCATTGGAT3’

Proteínas

Célula

Núcleo

Citoplasma

AUG UAAmRNA

Proteína

Tradução

RegiãoPromotora

GENE: DNA

EXON EXON EXON

INTRON INTRONAUG UAA

EXON EXON EXON

INTRON INTRONAUG UAA

RNAHeterogêneo

Transcrição

SplicingProcessamento

EXON EXON EXON

INTRON INTRONAUG UAA

EXON EXON EXON

INTRON INTRONAUG UAA

3’TAAGCAATCTCTGGTAAGCTA5’

5’ATTCGTTAGAGACCATTGGAT3’

Núcleo

5’ATTCGTTAGAGACCATTGGAT3’

DNA

RNA

5’ATTCGTTAGAGACCATTGGAT3’

Proteínas

Célula

3’TAAGCAATCTCTGGTAAGCTA5’

5’ATTCGTTAGAGACCATTGGAT3’

3’TAAGCAATCTCTGGTAAGCTA5’

5’ATTCGTTAGAGACCATTGGAT3’

Núcleo

5’ATTCGTTAGAGACCATTGGAT3’

DNA

RNA

5’ATTCGTTAGAGACCATTGGAT3’

Proteínas

Célula

Núcleo

Citoplasma

AUG UAAAUG UAAmRNA

Proteína

Tradução

ESTRUTURA DO GENE EUCARIÓTICO

RegiãoPromotora

Estradiol

Modulação da Expressão do gene

Testosterona

Inibição/Estimulação

REGULAÇÃO DA EXPRESSÃO GÊNICA

RegiãoPromotora

Modulação da Expressão do gene

Inibição/Estimulação

Resveratrol

DIETA BENEFÍCIO A SAÚDE

Regulação GênicaMuitos processos biológicos ocorrem em todas as células portanto a síntese de muitas proteínasé igual

Algumas PROTEÍNASPROTEÍNAS são abundantes em tiposEspecializados de células apesar dos seusGenes estarem em TODAS AS CÉLULASTODAS AS CÉLULAS

Regulação GênicaEstudos sugerem que uma célula eucarióticaExpressa aproximadamente 10-20 mil genesdos 30 mil genes que possui.

Regulação GênicaA expressão de um gene é CONTROLADA

DNA

Rna heterogêneo

mRNA

Proteína

Modificações pós-síntese

Controle transcricional

Controle splicing(processamento)

Controle traducional

Controle pós-síntese

Regulação GênicaA expressão de um gene é CONTROLADA

DNA

Rna heterogêneo

mRNA

Proteína

Modificações pós-síntese

Controle transcricional

Controle splicing(processamento)

Controle traducional

Controle pós-síntese

Movimento Celular-Para a formação dos tecidos e órgãos-Muitas células precisam se mover dentro do embrião-Este processo denomina-se:

-Movimento Celular ou Migração Celular

-Movimento celular é gerado por elementos

contráteis do citoesqueleto -Principais proteínas associadas ao

movimento celular: integrinas e fibronectinas

Direção da migração

Contato focal

Filopódia

Integrinas

Parece que a migração celular é mediada por proteínas que são agrupadas “Família Abelson de tirosina quinases- Abn Family”.

• Processo pelo qual as células ficam aderidas em um determinado local do corpo.

• Mediado por moléculas conhecidas como:

• CAM= moléculas células-adesivas

• (Cell Adhesive Molecules)

• Ex. Caderinas

Adesão Celular

Adesão Celular

Caderinas conectam uma célula na outraAuxiliando na adesão a matriz extracelular

Morte Celular Programada-Apotose• Suícidio de determinadas linhagens

celulares ao longo da embriogênese,

ou de algumas células ao longo da vida

Morte Celular Programada-Apotose• Exemplo: formação dos dedos

BIOLOGIA CELULAR E O CÂNCER

ESCAPE DA SENESCÊNCIA REPLICATIVA CELULAR: CÂNCER

Causado pelo crescimento descontrolado de células que tambémtêm a capacidade de invadir outros tecidos e formar tumoressecundários (metástases)

O CÂNCER É UMA DOENÇA GENÉTICA CAUSADO POR ACÚMULO DE

MUTAÇÕES

Ocorrem mutações no DNA

Ativam genes que estavam silenciados Proto-oncogenes

Inativam genes que estavam ativos Genes de supressão tumoral

Célula normal

1a Mutação

2a Mutação

3a Mutação

Célula Maligna(Câncer)

PRINCIPAIS ALTERAÇÕES MORFO-FUNCIONAISDA CÉLULA CANCEROSA

(1) DIVISÃO CELULAR Escape da senescência celular

G2 G1

S

NúmeroIndefinido deMitoses

MITOSE

NEOPLASIA

IMORTALIZAÇÃO

PRINCIPAL CAUSA DA IMORTALIZAÇÃO

RE-ATIVAÇÃO DA ENZIMA TELOMERASE

OS TELÔMEROS DA CÉLULA VOLTAMA SER PRODUZIDOS

CÉLULA SE REPLICA INDEFINIDAMENTE

Linhagem celularImortal de

Henrietta Lacks

Mulher jovem com câncer cervical(Adenocarcinoma)

Morreu em 1951

Células continuam a ser produzidase utilizadas por laboratórios nomundo todo

CÉLULAS HeLA

Utilizadas para estudos in vitrosobre o câncer

Imortalização

(2) ALTERAÇÕES NAS INTERAÇÕES BIOQUÍMICAS

Citoesqueleto desorganizado: perda da forma celular original

Menor quantidade de organelas

Menor tamanho celular

Perda da função celular

Núcleo fica proporcionalmente maior em relaçãoa célula

(2) Exemplo: câncer de colo do útero

Útero

Cervix saudável

Cervix comcarcinoma

Esfregaço celular(Exame Papanicolau)

Célula saudável

(3) MOVIMENTO E ADESÃO CELULAR

(3) MOVIMENTO E ADESÃO CELULAR

Consequência principal: METÁSTASES

(3) MOVIMENTO E ADESÃO CELULAR

(4) APOPTOSE

Câncer – resistência a apoptose células não desencadeiam a sua morte

Esta alteração está relacionada:- com o inicio da carcinogênese- com resistência de células cancerosas a

quimioterapia e a radioterapia

Mecanismos de resistência:- inibição de proteínas pró-apoptóticas

Ex. p53- expressão de proteínas pró-oncogênicas Ex. survivinas

CONSIDERAÇÕES FINAIS

O padrão de auto-organização dos seres vivos, em especial dos organismos multicelulares,Envolve padrões cito-morfológicos e fisiológicos Que garantem o seu desenvolvimento, processos de regeneração/cicatrização, controle homeostáticoe reprodução. Para tanto existem 05 processos fundamentais

REFERÊNCIAS – BIBLIOGRÁFICAS E DE FIGURAS JUNQUEIRA LC & CARNEIRO J. Histologia Básica. Guanabara-Koogan, Rio de Janeiro, 2004; 2008KERR JB. Atlas de Histologia Funcional. Artes Médicas, Porto Alegre, 2000.GARTNER Color Atlas Histology. Williams & Wilkins, Baltimore, 1994.KIERSZENBAUM AL. Histologia e biologia celular: uma introdução a patologia. Elsevier, Rio de Janeiro. 2008.COCHARD LR. Atlas de embriologia humana de Netter. Artmed, Porto Alegre, 2001.DOYLE MJ. Embriologia humana, Atheneu, São Paulo, 2005.MOORE K. Embriologia Clínica, Elsevier, Rio de Janeiro, 2008.BREW MCC. Histologia geral para a odontologia, Guanabara-Koogan, Rio de Janeiro, 2003.ATLAS DE HISTOLOGIA – UFRGS - http://www.dominiopublico.gov.br/download/texto/ur000002.pdfATLAS DE HISTOLOGIA – UERJ - http://www.micron.uerj.br/atlas/index.htmlATLAS DE HISTOLOGIA CLARETIANO - http://www2.claretiano.edu.br/da/biologia/atlas_virtual/atlas_histologia.htmATLAS DE HISTOLOGIA UFPEL-http://minerva.ufpel.edu.br/~mgrheing/cd_histologia/index.htmATLAS DE EMBRIOLOGIA HUMANA (Inglês) -http://www.embryo.chronolab.com/fertilization.htmMULTIDIMENSIONAL HUMAN EMBRYO (Inglês) - http://embryo.soad.umich.edu/index.htmlATLAS OF HUMAN BIOLOGY – CRONOLAB (Inglês) -Http://www.embryo.chronolab.com/ fertilization.htmATLAS DE HISTOLOGIA E EMBRIOLOGIA VIRTUAL UFSM. http://w3.ufsm.br/labhisto/atlas.htm