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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
Crescimento e Renovação Celular
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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.
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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, espalhando-
se 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.
