NIVELAMENTO - BIOLOGIA

NIVELAMENTO - BIOLOGIA Profa. Responsável: Dra. Noeli S. M. Silva

E-mail: melo.ns@usp.br

19 de Junho de 2021

Encontro 5 • Recapitulando...

• Mitocôndria;

• Peroxissomos;

• Vacúolos;

• Cloroplastos;

• Citoesqueleto e motilidade celular;

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—Albert Einstein

“Uma pessoa que nunca cometeu

um erro nunca tentou algo novo.”

Recapitulando...

• Retículo endoplasmático liso e rugoso (ribossomo);

• Complexo de Golgi;

• Endossomos;

• Lisossomos.

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Recapitulando...

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Recapitulando...

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Recapitulando...

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Recapitulando...

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Recapitulando...

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Recapitulando...

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Recapitulando...

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Mitocôndria

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Mitocôndria

• Enzimas mitocondriais – Formação de moléculas ATP/

molécula de glicose– energia para as células;

• Respiração celular: oxigênio molecular;

• Oxidação de gorduras, proteínas e açúcar em CO2 e água.

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Acoplamento reacional Mitocôndria

Mitocôndria

• Papel chave nas respostas

celulares a estímulos tóxicos

vindos do ambiente;

• Resposta a drogas – Ajudam no

desencadeamento da apoptose

(morte celular programada);

• Defeitos – Doenças auto imunes,

câncer e algumas doenças

neurodegenerativas.

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Mitocôndria

• Genoma particular;

• Similaridade com algumas

bactérias atuais;

• Origem simbiótica –

Bactérias engolfadas por

células eucarióticas

primitivas;

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Lynn Margulis e a

teoria endossimbiótica

Mitocôndria

Fatores que corroboram a teoria endossimbiótica:

• Possui DNA e RNA próprios, que diferem no genoma nuclear e dos

ácidos nucléicos do citoplasma;

• O DNA é circular;

• Os genes do DNA possuem a mesma estrutura dos genes dos

procariontes;

• Possui ribossomos menores que os citoplasmáticos, semelhantes

aos bacterianos;

• É capaz de sintetizar RNA e proteínas;

• A síntese protéica é sensível ao cloranfenicol, o que também

ocorre com bactérias;

• Possui dupla membrana.

Mitocôndria

• As mitocôndrias e bactérias

são basicamente do mesmo

tamanho;

• A membrana interna das

mitocôndrias não possui

nenhuma semelhança com a

membrana citoplasmática das

células eucarióticas. Em

termos de composição lipídica

as mitocôndrias parecem mais

com as bactérias;

• A divisão mitocondrial parece

com a reprodução bacteriana.

Mitocôndria

• Microscópio óptico: duas membranas na mitocôndria

• 1963: descoberta de DNA dentro da mitocôndria

• O genoma mitocondrial era muito pequeno para codificar um

organismo de vida livre. A perda dessa informação genética foi

compensada pelas funções codificadas pelo núcleo.

• Temperatura de desnaturação do mtDNA é maior (maior

quantidade de G e C).

Mitocôndria

Antigamente havia duas hipóteses para o

surgimento das mitocôndrias. Hoje

apenas a segunda é aceita:

• Hipótese autogênica: surgiram de uma

única célula por um processo de

compartimentalização intracelular e

especialização funcional.

• Hipótese Endossimbiótica: relação

simbiótica entre uma célula

protoeucariótica e um procarioto primitivo

capaz de fazer fosforilação oxidativa

Mitocôndria

• Alta concentração de oxigênio na

atmosfera (maior produção de

energia na Terra);

• Bactérias teriam obtido a

capacidade aeróbia com a cadeia

respiratória: mitocôndrias;

• Tal bactéria foi endocitada por

outra célula. Receberia

nutrientes da célula que a

englobou e ao mesmo tempo

daria energia para esta, num

exemplo de relação simbiótica.

Mitocôndria

• Membrana interna – Membrana plasmática original da bactéria;

• Membrana externa – Lúmen da membrana bacteriana;

• Dupla camada – Formada pela membrana eucariótica para

englobar a mitocôndria;

• Dupla camada – Isola a mitocôndria do tráfego vesicular que

conecta as outras organelas.

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Mitocôndria

• A associação inicial entre as duas células levou a uma

quantidade redundante de informação genética. Essa

redundância pode simplesmente ser perdida, ou transferida para

o núcleo, e apenas uma pequena parcela teve que permanecer na

mitocôndria.

• Nos vertebrados todos os genes de proteínas ribossomais

mitocondriais foram trasnlocados ao núcleo.

Mitocôndria

Fotomicrografia eletrônica de mitocondria utilizando coloração artificial

Mitocôndria

Mutações no mtDNA são diretamente responsáveis por doenças

genéticas em humanos. Mas afetam apenas alguns tecidos,

geralmente os que necessitam de uma atividade mitocondrial

elevada.

• Neuropatia óptica hereditária de Leber: degeneração do nervo óptico,

acompanhada de cegueira progressiva.

• Oftalmoplegia Externa Progressiva Crônica e a Síndrome de Kearns-

Sayre: defeitos nos olhos, batimento cardíaco anormal e degeneração do

sistema nervoso.

• Diabetes mitocondrial: frequentemente associado à mutação

mitocondrial A3243G.

• Surdez, diabete – exemplos de doenças por defeito no genoma

mitocondrial;

Mitocôndria

Origem principalmente materna; as organelas são transferidas ao

zigoto apenas pelo óvulo.

Mitocôndria

Origem principalmente materna; as organelas são transferidas ao

zigoto apenas pelo óvulo.

Mitocôndria

Origem paterna

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Mitocôndria

Plastos/Plastídeos • Orgânulos citoplasmáticos encontrados nas células de plantas e

de algas.

• Delimitados por duas membranas.

• Em seu interior apresentam DNA, enzimas e ribossomos, mas

não há tilacoides nem clorofila.

• Podem ser de 3 tipos:

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• Leucoplastos: não contém pigmentos e estão

presentes em algumas raízes e caules

tuberosos e sua função é armazenar amido.

• Cromoplastos: são responsáveis pelas cores de

alguns frutos, de algumas flores, das folhas

que se tornam amareladas ou avermelhadas

no outono e de algumas raízes, como a

cenoura;

• Cloroplastos: responsáveis por efetivar a

fotossíntese, produzir carboidratos,

apresentam pigmento verde.

Cloroplasto

Cloroplasto Organismos fotossintetizantes:

• Eucariotos: algas e plantas.

• Procariotos: cianobactérias.

• Organela especializada.

• Um tipo de Plastídeo.

• Membrana Interna: delimita o estroma. Contém diversas enzimas, grãos

de amido, ribossomos, DNA e RNA.

• É impermeável à muitas substancias, possui transportadores de

membrana específicos. Controla o fluxo de moléculas orgânicas e

íons;

• Membrana Externa: altamente permeável a metabólitos de baixa massa

molecular.

• Ambas são permeáveis a O2, H2O e CO2 (substrato para a síntese de

carboidratos durante a fotossíntese).

Cloroplasto

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Cloroplasto

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Cloroplasto x Mitocôndria

• Reações luminosas: membranas dos tilacóides;

• Pigmentos fotossintetizantes: clorofila A e B e carotenoides.

• Transferência de energia, Liberação de Calor , Fluorescência

ou transferência de elétron

• Síntese de ATP e fixação de Carbono: estroma.

• Fotossíntese: importância direta para as plantas e indireta

para os animais.

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Cloroplasto x Mitocôndria

Acredita-se que o evento de endocitose dos cloroplastos deve ter

ocorrido mais tardiamente do que o das mitocôndrias e mais de uma

vez, o que explicaria a grande variedade de pigmentos e propriedades

existentes nos diversos cloroplastos de plantas e algas.

Cloroplasto

• Origem a partir das

cianobactérias;

• Simbiose a 1,2 bilhões de anos:

cianobactérias fundiram-se ao

eucarioto, o que originou algas

vermelhas:

• Ordem evolutiva: algas

vermelhas -> algas pardas ->

algas verdes -> vegetais

superiores;

Cloroplasto

• Muitas similaridades na organização do genoma e na expressão de

genes entre cloroplastos e eubactérias dão suporte para a teoria

endossimbiótica;

• Durante o processo evolutivo as bactérias precursoras dos

cloroplastos transferiram parte do seu material genético para o

DNA da célula hospedeira, assim passaram a depender do genoma

da célula hospedeira para a produção de muitas de suas proteínas.

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Cloroplasto

São estruturas saculiformes que apresentam diversas funções e

são encontradas em diferentes tipos de células.

• Armazenamento de substâncias;

• Controle osmótico;

• Manutenção do pH da célula;

• Digestão de componentes celulares;

• Pigmentação de flores e frutos;

• Defesa contra patógenos e herbívoros.

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Vacúolo

• São originados a partir do retículo

endoplasmático e do complexo de

Golgi.

• São estruturas celulares membranosas

e, por isso, típicas de células

eucariontes.

• Apresentam membrana seletiva, como

todas as membranas celulares. Sendo

assim, o conteúdo no interior do vacúolo

é diferente do conteúdo citoplasmático.

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Vacúolo

3 tipos principais:

• Vacúolos alimentares: formam-se após um processo de endocitose. A

célula captura uma partícula (fagossomo ou pinossomo) que se une a

um lisossomo originando o vacúolo digestivo.

• Vacúolos contráteis: bombeiam excesso de água presente no interior

da célula para fora dela. Essa estrutura está presente em eucariontes

unicelulares que vivem em ambientes aquáticos de água doce, como as

amebas.

• Organismos hipertônicos em relação ao meio, a água entra por osmose e o

bombeamento de água garante que o organismo mantenha suas concentrações de íons

e moléculas na quantidade desejada e não se rompa. Além disso, esse vacúolo é

também responsável pela excreção.

• Vacúolos de suco celular: típicos de célula vegetal (até 90% do espaço

intercelular). Apresenta como membrana o tonoplasto que possui

substâncias que formam o suco celular. Apresenta funções

importantes para a planta como: controle osmótico, digestão de

componentes celulares, armazenamento de substâncias e controle do

pH.

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Vacúolo

Peroxissomos

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Peroxissomos • Organelas envoltas por uma única

membrana que possui em seu interior enzimas oxidativas, em torno de 40 tipos; • Removem o átomo de H de substratos

orgânicos específicos (R), em uma reação oxidativa que produz peróxido de hidrogênio (H2O2).

• RH2 + O2 -> R + H2O2

• Enzimas especializadas na degradação do peróxido.

• Degradação de ácidos graxos pelo processo de β-oxidação e sua transformação em subprodutos utilizados pelo organismo.

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Peroxissomos • Estão presentes em todas as

células eucarióticas, não

possuem DNA próprio, nem

ribossomos e suas proteínas

são importadas do citossol.

• Dentre as enzimas mais

encontradas nos peroxissomos

destacam-se:

• Catalase;

• Urato oxidase;

• D-aminoácido oxidase;

• Enzimas responsáveis pela b-

oxidação dos ácidos graxos.

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Peroxissomos e radicais livres • Radicais livres (RL) -> reações metabólicas e exposição a fatores.

• Mitocôndrias, citossol e retículo endoplasmático;

• Peroxissomo degrada RL produzidos.

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Fatores internos:

• Estresse;

• Ansiedade;

• Preocupação;

• Tristeza.

Fatores externos:

• Exposição ao sol;

• Poluição;

• Consumo de álcool;

• Consumo de cigarros;

• Má alimentação – gordura, farinha

branca, açúcar.

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Peroxissomos e radicais livres

Peroxissomos e radicais livres

• Superóxido dismutase (SOD): enzima

que catalisa RL usando cofatores (Cu,

Zn, Mn, Fe, Ni) que se ligam aos seus

centros reativos.

• O peróxido de hidrogênio, produzido

pela SOD, vai para o peroxissomo e lá

será reduzido pela catalase ou outras

enzimas.

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Peroxissomos e radicais livres • Radicais livres (RL) -> reações metabólicas-> falhas -> danos

celulares -> morte celular ou doenças.

• RL são moléculas cujos átomos possuem um número ímpar de

elétrons. Esta molécula incompleta é capaz de capturar elétrons de

proteínas que compõem a célula, para recuperar o número par.

• Reação em cadeia: molécula desfalcada se torna um novo radical e vai em busca

de um elétron da molécula vizinha, e assim por diante.

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Peroxissomos e radicais livres

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Antioxidantes são vitaminas, minerais e outras substâncias químicas que

têm a capacidade de “doar” um de seus elétrons aos radicais livres e ainda

continuarem estáveis -> termina o estresse oxidativo.

Peroxissomos e radicais livres

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Antioxidantes são vitaminas, minerais e outras substâncias químicas que

têm a capacidade de “doar” um de seus elétrons aos radicais livres e ainda

continuarem estáveis -> termina o estresse oxidativo.

• Defeitos genéticos na biogênese de peroxissomos causam diversas formas de retardo mental- doenças.

• Causa principal: não degradação de ácidos graxos, por defeitos nas enzimas responsáveis por tal -> acúmulo.

• Formas mais graves: leucodistrofias, que causam a destruição da massa branca do cérebro (mielina), o que leva a graves danos ao sistema nervoso já que o composto exerce vital importância na transmissão de impulsos nervosos.

• Exemplos: • Doença de Refsum;

• Adrenoleucodistrofia (ALD);

• Síndrome de Zellweger.

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Peroxissomos

Doença de Refsum

• Hereditária autossômica recessiva.

• Acúmulo do ácido fitânico,

ocasionado por defeitos em enzimas

como a fitanoil-CoA hidroxilase, que

agem na sua α-oxidação.

• Cérebro, coração, fígado e

retina.

• Se caracteriza principalmente por

neuropatia sensorial, perda

progressiva dos sentidos e

deformidades esqueléticas.

• Neurodegeneração e distrofia

muscular.

Peroxissomos

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Doença de Refsum

Tratamento:

• Consiste na restrição total de

alimentos que contenham

ácido fitânico, como vegetais

de folhas verdes e carne de

animais que os consomem,

além de algumas espécies de

peixes.

• A não ingestão de tais

alimentos não garante a

estabilização do quadro

clínico.

Peroxissomos

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Adrenoleucodistrofia (ALD)

• Doença hereditária ligada ao

cromossomo X, transmitida pela

mãe e afeta fundamentalmente

pessoas do sexo masculino.

• Gene defeituoso responsável pela

síntese da enzima denominada

ligase acil CoA gordurosa, que tem

como função o transporte de ácidos

graxos de cadeia muito longa, para

o interior da organela ao fim de

serem degradados.

• Acúmulo ocorre no cérebro e no

córtex adrenal -> progressiva

disfunção.

Peroxissomos

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Adrenoleucodistrofia (ALD)

2 tipos - manifestação:

• ALD infantil: forma mais grave,

manifestada entre 4 e 10 anos de

idade.

• Problemas de aprendizado; perda

de memória, audição, fala,

coordenação motora; demência. A

sobrevida é de 10 anos em média.

• ALD adulta: manifesta-se entre 21 e

35 anos, avança mais lentamente se

comparada à infantil.

• Disfunção adrenal, impotência,

incontinência urinaria e

deterioração neurológica.

Peroxissomos

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A doença e principalmente seu tratamento ganharam destaque com o

filme “Óleo de Lorenzo”, baseado em uma história real. Nele, os pais de

um menino (Lorenzo) com ALD , que por falta de uma terapia relevante,

pesquisam por conta própria um tratamento para o filho, descobrindo

um óleo composto de oliva e colza que possui efeito retardatário sobre a

degeneração causada pela doença.

Tratamento

Ainda hoje o

tratamento com este

óleo se mostra o mais

eficaz para ALD.

Peroxissomos

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Síndrome de Zellweger

• Congênita e letal;

• Defeitos na biogênese dos peroxissomos.

PEX 1 – Lócus 7q21-q22*

PEX 2 – Lócus 8q13-21

PEX 3 – Lócus 6q23-q24

PEX 5 – Lócus 12p13.31

PEX 6 – Lócus 6p21.1

PEX 10 – Lócus 1p36.22

PEX 12 – Lócus 17q12

PEX 13 – Lócus 2p15

PEX 14 – Lócus 1p36.2

PEX 16 – Lócus 11p12-p11.2

PEX 19 – Lócus 1q22

PEX 26 – Lócus 22q11-21

Peroxissomos

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Síndrome de Zellweger

• Ausência total ou parcial de enzimas

peroxissomais nas células hepáticas,

renais e cerebrais: tornando impossível

a oxidação dos ácidos graxos e síntese

de alguns compostos, causando danos

extremamente graves-> degeneração da

bainha de mielina.

• Diagnosticada logo no nascimento:

clara manifestação no recém-nascido ->

ausência de tônus muscular,

deformidades faciais (características) e

convulsões.

• Hepatomegalia, altos níveis de ferro no

sangue, glaucoma, retardo mental,

icterícia e sangramento gastrointestinal.

• Não há tratamento: expectativa 6 meses

de vida.

Peroxissomos

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A célula necessita de organização espacial e interação com o

meio ambiente ao seu redor para apresentar suas propriedades:

• Robustez;

• Conformação correta;

• Estruturação interna adequada;

• Modificação de forma;

• Movimentação;

• Reorganização dos componentes celulares internos necessários

em decorrência de crescimento e divisão celular e adequação

ao ambiente;

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Citoesqueleto

Todas essas funções são dependentes de um extraordinário sistema

de filamentos denominado CITOESQUELETO!!!

Algumas funções:

• Separar os cromossomos na mitose;

• Guiar o trânsito intracelular de

organelas;

• Transporte de materiais de uma

região a outra;

• Contração de células musculares;

• Suporte à membrana plasmática,

etc...

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Citoesqueleto

Grande variedade funcional

• Composto por 3 famílias proteicas;

• Três tipos de filamentos principais:

• Microtúbulos;

• Filamentos de actina;

• Filamentos intermediários;

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Citoesqueleto

Microtúbulos

• São longos cilindros ocos

formados pela proteína

tubulina.

• Apresentam uma das

extremidades ligadas ao

centrossomo;

• Determinam a posição das

organelas delimitadas por

membranas e direcionam

o transporte intracelular.

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Citoesqueleto

Filamentos de actina

• São microfilamentos helicoidais de dupla fita de actina;

• Podem estar organizados sob uma ampla variedade de feixes lineares;

• Estão dispersos por toda a célula com maior localização no córtex, logo abaixo da membrana plasmática;

• Determinam a forma da superfície celular e são necessários para a locomoção da célula como um todo.

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Citoesqueleto

Redes de filamentos intercruzados ancorados na membrana

plasmática reforçam a superfície da célula.

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Citoesqueleto

Filamentos intermediários

• São fibras semelhantes a cabos compostos por proteínas de filamento intermediário;

• Um tipo destes filamentos são os responsáveis pela formação da lâmina nuclear enquanto outros se estendem pelo citoplasma conferindo resistência mecânica as células;

• Relacionados à força mecânica e resistência ao stress.

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Citoesqueleto

Funções:

• Movimento e contração muscular;

• Movimentos de cílios e flagelos no fuso mitótico;

• Movimento de organelas (neurônios);

• Movimento relacionados à fagocitose (actina e miosina);

• Entre outros.

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Citoesqueleto e aparato de

motilidade

Citoesqueleto

• Microtúbulos (tubulina).

• Filamentos de actina: actina (miosina).

• Filamentos intermediários: proteínas fibrosas.

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Diferentes subunidades:

• Característica de poder montar-se e desmontar-se novamente muito rapidamente;

• Filamentos intermediários; • Formado por subunidades que são

fibrosas e longas;

• Filamentos de actina e microtúbulos; • Formado por subunidades que são

globulares e compactas.

• Implicação biológica-> aquisição de diferentes formas na célula (em processos de divisão por exemplo).

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Citoesqueleto

• POLIMERIZAÇÃO DOS

FILAMENTOS PODE SER

ALTERADA POR DROGAS;

• Diversas toxinas produzidas

por fungos, plantas, esponjas,

etc...

• Fungo chapéu da morte

(Amanita phalloides)–toxina

(Faloína) aumenta a

polimerização dos filamentos

de actina.

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Citoesqueleto

• POLIMERIZAÇÃO DOS

FILAMENTOS PODE SER

ALTERADA POR DROGAS;

• Colchicina obtida do açafrão

do campo;

• Liga-se à tubulina livre;

• Causa despolarização dos

microtúbulos.

• Anti-inflamatório -> gota.

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Citoesqueleto

• POLIMERIZAÇÃO DOS

FILAMENTOS PODE SER

ALTERADA POR DROGAS;

• Taxol – Extraído de uma

conífera do pacífico;

• Estabiliza os microtúbulos;

• Aumenta a polimerização

• Vem sendo muito utilizada no

tratamento do câncer;

• Provocam a morte de células em

divisão.

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Citoesqueleto

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Citoesqueleto

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Citoesqueleto

Defeito genético em uma proteína de ligação à actina –

Distrofina -> Distrofia Muscular.

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Citoesqueleto

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