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- 1. Ficha 6 Faculdade de Ciências Naturais e Matemática Curso de Quimica Biologia Celular e Molecular (BCM) Unidade temática: VII Diferenciação celular Para o estabelecimento dos metazoários, um dos eventos mais importantes foi: A organização de folhas epiteliais que separam, compartimentos externos e internos. A possibilidade de adesão e comunicação entre as células através de junções e a polarização celular em regiões basal e apical, parecem ser os principais requisitos para a multicelularidade. Os epitélios são tecidos especializados que vedam espaços e seleccionam a passagem de substâncias entre diferentes compartimentos. Além disso, eles participam da protecção dos organismos contra forças mecânicas, a desidratação, alterações da microbiota, acção enzimática, extremos de pH e agentes patogénicos. A formação de um espaço intercelular, a matriz extracelular, possibilitou a manutenção de um meio mais constante para o metabolismo e para trocas e inteirações entre as células. A criação desse meio possibilitou também a diferenciação celular, sendo as actividades de manutenção do organismo assumidas por tipos celulares mais especializados. A diferenciação celular resulta da expressão diferencial de genes e é um processo ontogenético que ocorre no desenvolvimento dos seres multicelulares. Nesse sentido, é uma sequência precisa de eventos que devem acontecer em tempos e locais apropriados. Gerando e mantendo estados de diferenciação estáveis. Todas as células de organismos multicelulares se originam do ovo fecundado. Elas proliferam-se, diferenciam-se, migram e interagem umas com as outras e com a matriz extracelular, formando diferentes tecidos e órgãos. A manutenção de células indiferenciadas (células tronco ou precursoras) é de fundamental importância para a renovação dos tecidos, cada qual com sua capacidade de regeneração e reposição. Os epitélios e as células sanguíneas são os tecidos com maior taxa de renovação e possuem células tronco bastante estudadas. 7.1. Morfologia de células indiferenciadas (blastos); Em citologia, chama-se célula indiferenciada a uma célula que ainda não tem definida uma função no embrião ou no futuro organismo. As funções que as células podem realizar são determinadas durante o processo de diferenciação. Também pode ser uma célula que não adquiriu características de célula especializada, sendo que estas já têm um destino a se tornar determinado tecido. Existem células com potencial de gerar qualquer tipo celular e são chamadas de células tronco totipotentes. São as células tronco embrionárias, que formam o blastocisto. Elas representam um enorme potencial terapêutico para a obtenção de tecidos para reconstituir órgãos comprometidos. São as células utilizadas como receptoras na clonagem. Algumas células têm potencial de diferenciação limitado, podendo dar origem a poucos tipos celulares, sendo chamadas de células tronco pluripotentes. Elas iniciam sua diferenciação durante a gastrulação. Essas células passaram por algumas etapas de diferenciação e apresentam modificações permanentes (imprinting). Células tronco podem ser obtidas do cordão umbilical, após o nascimento do bebé e congeladas para utilização posterior. Exemplos: Células Mesenquimais (Tecido Conjuntivo, Adiposo, Cartilaginoso, Ósseo); Células Tronco Hematopoiéticas (Precursoras de eritrócitos, monócitos, linfócitos, basófilos, neutrófilos, eosinófilos e megacariócitos); Células Tronco Epiteliais (intestino e pele) e Células Tronco Germinativas (dos testículos no macho adulto e no ovário embrionário) 7.2. Processo de diferenciação Falta muito para que possamos compreender este processo. É consenso que para que ocorra a diferenciação a célula deve parar de proliferar. A diferenciação depende de sinais provenientes de hormônios, da matriz extracelular, de contacto entre células e de factores de diferenciação chamados genericamente de citocinas. A orquestração dos sinais recebidos pela célula resulta então na repressão de certos genes e activação de outros. Esse fenómeno pode alterar a forma da célula, seus produtos para Elaborado por: dr. Luís Morais Macaripe / UP – Delegação de Niassa 2012 1
- 2. Ficha 6 exportação e para sua própria estrutura e as moléculas de sua superfície. Essas alterações reflectirão no modo com que essa célula interage com outras células e com a matriz extracelular. Ela pode permanecer no lugar, proliferar ou migrar para outros tecidos ou outras regiões do tecido. Como exemplo, temos o processo de queratinização do epitélio. Dados recentes das experiências com clonagem, mostram que os núcleos de células adultas apresentam modificações permanentes (imprinting) que reflectem, de alguma maneira, a história dessa célula. 7.3. Marcadores de diferenciação Durante a diferenciação celular, algumas proteínas são expressas transitoriamente e podem ser detectadas através de anticorpos específicos produzidos em animais imunizados com essas proteínas. Esses anticorpos são ferramentas importantes para o estudo da diferenciação celular e no diagnóstico de leucemias e outros tipos de câncer. Em alguns tumores, proteínas expressas apenas no estágio embrionário voltam a ser expressas no adulto. Ex: A alfa-fetoproteína é expressa principalmente no período fetal em contraposição à expressão da albumina que ocorre principalmente após o nascimento. No câncer hepático, a alfa-fetoproteína passa a ser expressa em grandes quantidades, podendo ser detectada no soro. No desenvolvimento de linfócitos, vários marcadores são conhecidos por exemplo os CD4, importantes na interacção linfocitária e também na infecção pelo HIV. 7.4. Mecanismos conservados de sinalização intracelular A interacção das células com hormônios, neuro-transmissores, com outras células e com a matriz extracelular ocorre geralmente através de receptores na membrana celular ou dentro da célula. Essa ligação desencadeia uma série de reacções dentro da célula, como a liberação de Ca2+ do REL, mudanças na concentração de AMP cíclico, a fosforilação e desfosforilação de proteínas e o metabolismo de lipídeos importantes. Mediadores secundários são produzidos, podendo ser translocados para o núcleo activando ou reprimindo a expressão de diferentes genes. Além disso, alterações do citoesqueleto podem alterar a forma e a adesão celular. Os mecanismos de sinalização intracelular são bastante conservados, sendo alguns dos mediadores presentes em bactérias e em metazoários. Unidade temática: VIII Morte celular (Apoptose) Fig. 1: Etapas do processo de Apoptose Apoptose, Conhecida como "morte celular programada" (a definição correcta é "morte celular não seguida de autólise") é um tipo de "autodestruição celular" que ocorre de forma ordenada e demanda energia para a sua execução (diferentemente da necrose). Está relacionada com a manutenção da homeostase e com a regulação fisiológica do tamanho dos tecidos, mas pode também ser causada por um estímulo patológico (como a lesão ao DNA celular). O termo é derivado do grego, que referia-se à queda das folhas das árvores no Outono - Um exemplo de morte programada fisiológica e apropriada que também implica renovação. Elaborado por: dr. Luís Morais Macaripe / UP – Delegação de Niassa 2012 2
- 3. Ficha 6 8.1. Causas da Apoptose Apoptose por Estímulos Fisiológicos A Apoptose é um mecanismo útil para manter o equilíbrio interno dos organismos multicelulares, e pode ocorrer fisiologicamente em humanos nos seguintes casos: No desenvolvimento embrionário, várias estruturas do feto (como o ducto tireoglosso e a notocorda) sofrem involução ao longo do período gestacional. Esta involução deve-se à morte programada das células que compõem estas estruturas. Em casos de corte no suprimento de hormonas estimulatórias. Ocorre fisiologicamente durante a menopausa, período no qual os tecidos endometrial e mamário sofrem atrofia devido à queda nos níveis séricos das hormonas sexuais femininas. Caso o estímulo hormonal não seja retomado a atrofia não será reversível, e as células destes tecidos entrarão em apoptose. Renovação de células lábeis, isto é, em tecidos cujas células se renovam constantemente. Este é o caso do epitélio que reveste a pele. As células basais multiplicam-se constantemente com o objectivo de substituir as células envelhecidas que estão nos extractos apicais do tecido. As células mais velhas, por sua vez, sofrem apoptose para que o número de células no tecido continue constante. Apoptose estimulada pelo linfócito T citotóxico. Nestes casos a apoptose ocorre quando uma célula do organismo é infectada por um vírus e passa a apresentar antígenos deste vírus em sua membrana (via complexo de histocompactibilidade tipo 1, ou MHC-1). As células T citotóxicas reconhecerão este antígeno e induzirão a apoptose na célula infectada. Este processo é muito importante na eliminação de um vírus do organismo e também na geração de sintomas em várias patologias. Após uma resposta imunológica do indivíduo a um agente biológico, é preciso que haja eliminação da superpopulação de leucócitos que foram usados na defesa do organismo. O mecanismo para essa eliminação é a apoptose. Nas células fibrosas que darão origem ao cristalino, essas células sofrerão apoptose nuclear, apenas o núcleo é destruído, enquanto o citoplasma permanece intacto. Apoptose por Causas Patológicas Indução à apoptose por lesão do material genético celular. Isto pode ser causado por estímulos radioactivos, químicos ou virais. Quando a lesão causada ao DNA é maior que a capacidade da célula de revertê-la, é mais seguro para o organismo que o programa de morte celular seja activado, já que a multiplicação de uma célula mutante pode dar origem a tumores. Piroca por isquemia ou hipoxia moderadas podem levar as células de determinado tecido tanto à necrose quanto à apoptose. Muitos estímulos à morte celular por necrose também desencadeiam a morte celular por apoptose. 8.2. Mudanças morfológicas na célula apoptótica Fig. 2: Alterações morfológicas encontradas em uma célula apoptótica. Elaborado por: dr. Luís Morais Macaripe / UP – Delegação de Niassa 2012 3
- 4. Ficha 6 Algumas mudanças só podem ser vistas quando a célula é analisada em microscopia electrónica, mas de uma maneira geral, os fenómenos que culminam com a morte celular programada são: Diminuição da célula com agregação dos componentes celulares, o que deixa a célula bastante eosinofílica. O núcleo celular muda de aspecto, a cromatina se prende à carioteca e toma um aspecto mais denso, além disso pode ocorrer a fragmentação do núcleo (cariorréxis). Formam-se bolhas de citoplasma partindo da membrana plasmática celular que se desprendem e formam corpos apoptóticos. Eles serão então reconhecidos e fagocitados por leucócitos. Alguns destes corpos apoptóticos podem conter fragmentos de material genético. Unidade temática: IX Organização molecular da célula - Biomoléculas As biomoléculas são as moléculas constituintes dos seres vivos. Os quatro bioelementos mais abundantes nos seres vivos são o carbono, hidrógeno, oxigénio e nitrógeno, representando ao redor de 99% da massa da maioria das células. Estes quatro elementos são os principais componentes das biomoléculas devido a que: Permitem a formação de enlace covalente entre eles, compartilhando electrões, devido a sua pequena diferença de electronegatividade. Estes enlaces são muito estáveis, a força de enlace é directamente proporcional às massas dos átomos unidos. Permitem aos átomos de carbono a possibilidade de formar esqueletos tridimensionais – C-C-C- para formar compostos com número variável de carbonos. Permitem a formação de enlaces múltiplos (duplos e triplos) entre C e C, C e O, C e N, bem como estruturas lineares, ramificadas, cíclicas, heterocíclicas, etc. Permitem a possibilidade de que com poucos elementos se dêem uma enorme variedade de grupos funcionais (álcoois, aldéidos, cetonas, ácidos, aminas, etc.) com propriedades químicas e físicas diferentes. Classificação das biomoléculas Segundo a natureza química, as biomoléculas podem ser: Biomoléculas inorgânicas; Biomoléculas orgânicas ou princípios imediatos; Biomoléculas inorgânicas São biomoléculas não formadas pelos seres vivos, mas imprescindíveis para eles, como a água, a biomolécula mais abundante, os gases (oxigénio, dióxido de carbono) e os sais inorgânicos: aniões como fosfato (HPO4−), bicarbonato (HCO3−) e catiões como o amónio (NH4+). Biomoléculas orgânicas ou princípios imediatos São sintetizadas somente pelos seres vivos e têm uma estrutura a base de carbono. Estão constituídas principalmente por carbono, hidrógeno e oxigénio, e com frequência estão também presentes nitrógeno, fósforo e enxofre; outros elementos são às vezes incorporados mas em muita menor proporção. As biomoléculas orgânicas podem agrupar-se em quatro grandes tipos: Glúcidos Lípidos Proteínas Ácidos nucléicos Glúcidos Os Glúcidos, carbohidratos, hidratos de carbono ou sacarídeos (do grego σάκχαρον que significa "açúcar") são moléculas orgânicas compostas por carbono, hidrógeno e oxigénio. São solúveis em água e classificam-se de acordo à quantidade de carbonos ou pelo grupo funcional que têm aderido. São a forma biológica primária de armazenamento e consumo de energia. Outras biomoléculas energéticas são a gorduras e, em menor medida, a proteínas. O termo hidrato de carbono ou carbohidrato é pouco apropriado, já que estas moléculas não são átomos de carbono hidratados, isto é, enlaçados a moléculas de água, senão que constam de átomos de carbono unidos a Elaborado por: dr. Luís Morais Macaripe / UP – Delegação de Niassa 2012 4
- 5. Ficha 6 outros grupos funcionais químicos. Este nome prove da nomenclatura química do século XIX, já que as primeiras substâncias isoladas respondiam à fórmula elementar Cn(H2Ou)n (onde "n" é um inteiro=1,2,3... segundo o número de átomos). De aqui o termo "carbono-hidratado" tenha-se mantido, enquanto posteriormente viu-se que outras moléculas com as mesmas características químicas não se correspondem com esta fórmula. Apesar disso, alguns textos científicos ainda fazem questão de denomina-los carbohidratos o que induz a pensar que este é seu nome correcto. Os Glúcidos podem sofrer reacções de esterificação, aminação, redução, oxidação, às quais integra à cada uma das estruturas uma propriedade específica, como por exemplo a solubilidade. Tipos de glúcidos Os glúcidos dividem-se em monosacáridos, disacáridos, oligosacáridos e polisacáridos. Monosacáridos Os glúcidos mais simples, os monosacáridos, estão formados por uma molécula; não podem ser hidrolisada a glúcidos mais pequenos. A fórmula química general de um monosacárido não modificado é (CH2Ou)n, onde n é qualquer número igual ou maior a três, seu limite é de 6 carbonos. Disacáridos Os disacáridos são glúcidos formados por duas moléculas de monosacáridos e, portanto, ao hidrolisar-se produzem dois monosacáridos livres. Os dois monosacáridos unem-se mediante um enlace covalente conhecido como enlace glucosídrico, depois de uma reacção de desidratação que implica a perda de um átomo de hidrógeno de um monosacárido e um grupo hidroxilo do outro monosacárido, com a consequente formação de uma molécula de H2O. A fórmula dos disacáridos não modificados é C12H22O11. A sacarose é o disacárido mais abundante e a principal forma na qual os glúcidos são transportados nas plantas. A lactose, um disacárido composto por uma molécula de galactosa e uma molécula de glucose, estará presente naturalmente só no leite. O nome sistémico para a lactose é Ou-β-D-galactopiranosil-(1→4)-D glucopiranosa. Outros disacárido notáveis incluem a maltose (duas glucose enlaçadas α-1,4) e a celobiose (duas glucose enlaçadas β-1,4). Oligosacáridos Os oligosacáridos estão compostos por entre três e nove moléculas de monosacáridos. Segundo o número de monosacáridos da corrente têm-se os trisacáridos (como a rafinosa), tetrasacáridos (estaquiosa), pentasacáridos, etc. Os oligosacáridos encontram-se com frequência unidos a proteínas, formando as glucoproteínas, como uma forma comum de modificação depois da síntese proteica. Polisacáridos Os polisacáridos representam uma classe importante de polímeros biológicos. Sua função nos organismos vivos está relacionada usualmente com estrutura. O amido é usado como uma forma de armazenar monosacáridos nas plantas, sendo encontrado na forma de amilosa e a amilopectina (ramificada). Em animais usa-se o glicogénio em vez de amido, o qual é estruturalmente similar mas mais densamente ramificado. As propriedades do glicogénio permitem-lhe ser metabolizado mais rapidamente, o qual se ajusta à vida activa dos animais com locomoção. A celulosa e a quitina são exemplos de polisacáridos estruturais. A celulosa é usada na parede celular de plantas e outros organismos e é a molécula mais abundante sobre a terra. A quitina tem uma estrutura similar à celulosa, mas tem nitrógeno em seus ramos incrementando assim sua força. Encontra-se nos exoesqueletos dos artrópodes e nas paredes celulares de muitos fungos. Lípidos Num Congresso Internacional de Bioquímica em 1922 estabeleceu-se que os ésteres que por hidrólise fornecem ácidos carboxílicos superiores (ácidos graxos) seriam enquadrados num grupo geral, os lipídios ou lípides (do grego lipo, gordura). Lipídeos ou lipídios são biomoléculas compostas por carbono (C), hidrogénio (H) e oxigénio (O), fisicamente caracterizadas por serem insolúveis em água, e solúveis em solventes orgânicos, como o álcool, benzina, éter, clorofórmio e acetona. A família de compostos designados por lipídios é muito vasta. Cada grama de lipídio armazena 9 quilocalorias de energia, enquanto cada grama de proteína armazena somente 4 quilocalorias. É importante que se tenha um consumo moderado desta substância, pois além de conter maior valor energético, não é o primeiro nutriente utilizado pela célula quando ela gasta energia. Elaborado por: dr. Luís Morais Macaripe / UP – Delegação de Niassa 2012 5
- 6. Ficha 6 Propriedades Os lipídios são geralmente brancos ou amarelados, untuosos ao tacto, pouco consistentes, apresentam densidade menor que a água, na qual são insolúveis porém emulsionáveis. São pouco solúveis em etanol a frio mas solúveis a quente. São solúveis em sulfeto de carbono, clorofórmio, éter etílico, acetona, benzeno, gasolina e outros solventes orgânicos. Deixam no papel manchas gordurosas e translúcidas que não desaparecem com o calor. Não são destiláveis por aquecimento nem a baixa pressão e decompõe-se pelo aquecimento. Alimentação A gordura é um tipo de lipídio. Alguns alimentos ricos neste composto são: manteiga, margarina, frituras, doces, biscoitos recheados, carnes gordas, queijo amarelo, leite integral, requeijão, embutidos. Após uma refeição rica em lipídios, o sangue fica com um aspecto leitoso. É importante levar em consideração que os alimentos crocantes são os que mais contêm gordura trans, e evitar o consumo de carne com gordura visível é um cuidado simples e muito benéfico. O excesso de alimentos adiposos pode resultar em doenças cardiovasculares. Porém, a ausência destes no nosso corpo pode resultar em raquitismo. Por isso, é necessário que haja um equilíbrio. Funções Fonte energética - Fornecem mais energia que os carbohidratos, porém estes são preferencialmente utilizados pela célula. Toda vez que a célula eucarionte necessita de uma substância energética, ela vai optar pelo uso imediato de uma glicose, para depois consumir os lipídeos. Função Estrutural - Os fosfolipídios são os principais componentes das membranas celulares. Do ponto de vista químico, um fosfolipídio é um glicerídeo combinado a um grupo de fosfato. A sua molécula lembra um palito de fósforo, com uma “cabeça” polar, e uma haste apolar, constituída por duas cadeias de ácido graxo. Nas membranas biológicas, eles ficam organizados em duas camadas, que se incrustam com moléculas de certas proteínas. Isolante térmico - Auxiliam na manutenção da temperatura do corpo, por meios de uma camada de tecido denominado hipoderme, a qual protege o indivíduo contra as variações de temperatura mantendo a homeostase corpórea. Protecção mecânica - A gordura age como suporte mecânico para certos órgãos internos e sob a pele de aves e mamíferos, protegendo-os contra choques e traumatismos. Classificação Por causa de sua origem em nossa alimentação, é costumeiro se ver uma classificação trivial e útil na nutrição das gorduras em gordura animal e gordura vegetal. Um exemplo de gordura animal é a banha de porco, uma gordura vegetal comum é o azeite de oliva. Proteínas As proteínas são compostos orgânicos formados por um conjunto de aminoácidos (α-aminoácidos), ou ainda, proteínas são polímeros de aminoácidos. Depois da água, são as substâncias mais abundantes no meio celular e constituem cerca de 10 a 20% de sua massa total. Proteínas podem ser: Simples – Quando formadas apenas por aminoácidos; Compostas ou conjugadas – Quando além dos aminoácidos, apresentam um radical prostético ( não protéico). Ex: Lipoproteínas. Estrutura das proteínas Estrutura primária Esta estrutura é dada pela sequência de aminoácidos e ligações peptídicas da molécula. É o nível estrutural mais simples e mais importante, pois dele deriva todo o arranjo espacial da molécula. A estrutura primária da proteína resulta em uma longa cadeia de aminoácidos semelhante a um "colar de contas", com uma extremidade "amino terminal" e uma extremidade "carboxi terminal". A estrutura primária de uma proteína é destruída por hidrólise química ou enzimática das ligações peptídicas, com liberação de peptídeos menores e aminoácidos livres. Sua estrutura é somente a sequência dos aminoácidos, sem se preocupar com a orientação espacial da molécula. Elaborado por: dr. Luís Morais Macaripe / UP – Delegação de Niassa 2012 6
- 7. Ficha 6 Estrutura secundária É dada pelo arranjo espacial de aminoácidos próximos entre si na sequência primária da proteína. Ocorre graças à possibilidade de rotação das ligações entre os carbonos a dos aminoácidos e seus agrupamentos amina e carboxila. Estabelecem pontes de hidrogénio entre os radicais, de modo que a proteína adquire forma de α – hélice. Estrutura terciária Corresponde à distribuição espacial e tridimensional de todos os átomos da proteína Estrutura Quaternária É a associação de várias cadeias polipeptídicas. Ex: Hemoglobina, que consiste na união de 4 cadeias polipeptídicas. Elaborado por: dr. Luís Morais Macaripe / UP – Delegação de Niassa 2012 7
- 8. Ficha 6 Funções Função Estrutural - participam da estrutura dos tecidos. Ex: Colágeno, Queratina, Albumina, Actina e Miosina. Função Enzimática - toda enzima é uma proteína. As enzimas são fundamentais como moléculas reguladoras das reacções biológicas. Exemplo, as lípases - enzimas que transformam os lipídios em sua unidades constituintes, como os ácidos graxos e glicerol. Função Hormonal – Hormônios como substância elaboradas pelas glândulas endócrinas e que, uma vez lançadas no sangue, vão estimular ou inibir a actividade de certos órgãos. Ex: insulina, hormônio produzido no pâncreas e que se relaciona com e manutenção da glicemia (taxa de glicose no sangue). Função de Defesa – Ex: Anticorpos - A reacção antígeno-anticorpo Coagulação sanguínea - Fibrinogênio, globulina anti-hemofílica, etc... Transporte - Hemoglobina, proteína responsável pelo transporte de oxigénio no sangue. Ela ainda possui função Nutritiva e Energética. Ácidos Nucléicos São as moléculas com a função de armazenamento e expressão da informação genética. Existem basicamente 2 tipos de ácidos nucléicos: O Ácido Desoxirribonucleico – DNA O Ácido Ribonucléico - RNA Os ácidos nucléicos são macromoléculas formadas pela ligação tipo fosfodiéster entre nucleotídeos diferentes, suas unidades fundamentais. Nucleotídeos São as unidades fundamentais dos ácidos nucléicos; Ligam-se uns aos outros através de ligações fosfodiéster, formando cadeias muito longas com milhões de resíduos de comprimento. Além de participarem da estrutura dos ácidos nucléicos, os nucleotídeos actuam também como componentes na estrutura de coenzimas importantes no metabolismo oxidativa da célula, e como forma de energia química - ATP, por exemplo. Actuam ainda como activadores e inibidores importantes em várias vias do metabolismo intermediário da célula Estrutura dos Nucleotídeos Os nucleotídeos são moléculas formadas por: Uma pentose (desoxirribose no DNA, e ribose no RNA) Uma base nitrogenada que pode ser uma purina (adenina ou guanina) ou uma pirimidina (timina ou Citosina no DNA; uracila ou citosina no RNA); Um ou mais radical fosfato (PO4-) Fig. Estrutura dos Nucleotídeos Elaborado por: dr. Luís Morais Macaripe / UP – Delegação de Niassa 2012 8
- 9. Ficha 6 As Bases Nitrogenadas Pertencem a 2 famílias e compostos, e são 5 no total: Bases Púricas, ou Purinas: Adenina e Guanina Bases Pirimídicas, ou Pirimidinas: Citosina, Timina Uracila Tanto o DNA como o RNA possuem as mesmas bases Púricas, e a citosina como base pirimídica. A timina existe apenas no DNA, e no RNA, é substituída pela uracila - que possui um grupo metil a menos. Em alguns tipos de DNA virais e no RNA de transferência podem aparecer bases incomuns. As Pentoses A adição de uma pentose a uma base nitrogenada produz um nucleosídeo. Os nucleosídeos de A, C, G, T e U são denominados, respectivamente, Adenosina, Citosina, Guanosina, Timidina e Uridina. Se o açúcar em questão é a RIBOSE, temos um ribonucleosídeo, característico do RNA. Se o açúcar é a desoxirribose (1 hidroxila a menos em C2) temos um desoxirribonucleosídeo, característico do DNA. A ligação com a base nitrogenada ocorre sempre através da hidroxila do carbono anomérico da pentose. O Fosfato A adição de um ou mais radicais fosfato à pentose, através de ligação tipo éster com a hidroxila do carbono 5 da mesma, dá origem aos Nucleotídeos. Os grupos fosfato são responsáveis pelas cargas negativas dos nucleotídeos e dos ácidos nucléicos. A adição do segundo ou terceiro grupo fosfato ocorre em seqüência, dando origem aos nucleotídeos di e trifosfatados. O DNA Está presente no núcleo das células eucarióticas, nas mitocôndrias e nos cloroplastos, e no citosol das células procarióticas, nas células germinativas e no ovo fertilizado, dirige todo o desenvolvimento do organismo, a partir da informação contida em sua estrutura. É duplicado cada vez que a célula somática se divide. Estrutura do DNA O DNA é um polidesoxirribonucleotídeo formado por milhares de nucleotídeos ligados entre si através de ligações 3’, 5’-fosfodiéster. Sua molécula é formada por uma fita dupla antiparalela, enrolada sobre si mesma formando uma dupla hélice A Ligação Fosfodiéster ocorre entre o fosfato do carbono 5 da pentose de um nucleotídeo e a hidroxila do carbono 3 da pentose do nucleotídeo seguinte. A cadeia resultante é bastante polar, e possui: Uma extremidade 5’ ---------> Fosfato de carbono 5 da pentose livre Uma extremidade 3’ ----------> Hidroxila de carbono 3 da pentose livre Por convenção, as bases de uma seqüência são sempre descritas da extremidade 5’ para a extremidade 3’. As ligações fosfodiéster podem ser quebradas enzimaticamente por enzimas chamadas nucleases, que se dividem em: Endonucleases -------------> Quebram ligações no meio da molécula; Exonucleases --------------> Quebram ligações nas extremidades da molécula A Dupla Hélice Na dupla hélice do DNA, descrita pela primeira vez por Watson e Crick, as cadeias da molécula se dobram em torno de um eixo comum e de modo antiparalelo - a extremidade 5’ de uma cadeia é pareado com a extremidade 3’ da outra cadeia. No tipo mais comum de hélice - "B" - o esqueleto hidrofílico de fosfatos e pentoses fica na parte externa, enquanto que as bases hidrofóbicas, fixadas à este esqueleto, Elaborado por: dr. Luís Morais Macaripe / UP – Delegação de Niassa 2012 9
- 10. Ficha 6 ficam no lado de dentro da estrutura. A estrutura lembra uma "escada em caracol" Fig. A estrutura da dupla hélice Há um pareamento de bases entre as fitas da molécula do DNA. Assim, temos sempre pareadas: Adenina com Timina --> A-T Citosina com Guanina --> C-G As bases se mantém pareadas por pontes de hidrogênio, entre "A" e "T" e entre "C" e "G". As fitas do DNA podem ser separadas sob certas condições experimentais, sem rompimento das ligações fosfodiéster, e a dupla hélice pode ser desnaturada em um processo controlado e dependente de temperatura. Existem 3 formas estruturais de DNA: A forma "B" ----------> descrita por Watson e Crick em 1953 e já citada acima, é a forma mais comum; a hélice é voltada para a direita e com 10 resíduos por volta, com planos de bases perpendiculares ao eixo helical. A forma "A" ------------> Obtida pela desidratação moderada da forma "B", também é voltada para a direita, mas possui 11 resíduos por volta e as bases estão em um ângulo de 20 graus em relação ao eixo helical. A forma "Z" ------------> A hélice nesta forma é voltada para a esquerda e contém cerca de 12 resíduos por volta. A transição entre as formas de DNA pode desempenhar um papel importante na regulação da expressão genética. O RNA Atua como uma espécie de "cópia de trabalho", criada a partir do molde de DNA e utilizada na expressão da informação genética. A síntese de uma molécula de RNA a partir de um molde de DNA chama-se "transcrição". Nesta transcrição, modificações podem ocorrer sobre a molécula de RNA transcrita, convertendo-a de uma cópia fiel em uma cópia funcional do DNA. Estrutura do RNA Em relação ao DNA, 4 diferenças são importantes: O RNA possui uracila no lugar da timina na seqüência de bases. A pentose do RNA é a ribose. O RNA é formado por uma fita única, com eventual pareamento de bases intracadeia. A molécula do RNA é muito menor que a do DNA. Elaborado por: dr. Luís Morais Macaripe / UP – Delegação de Niassa 2012 10
- 11. Ficha 6 Tipos de RNA Existem 3 tipos de RNA, cada um com características estruturais e funcionais próprias: RNA Ribossômico ou RNAr; É encontrado, em associação com várias proteínas diferentes, na estrutura dos ribossomos, as organelas responsáveis pela síntese proteica. Corresponde a até 80% do total de RNA da célula. RNA de Transferência ou RNA Transportador, ou ainda RNAt; É a menor molécula dos 3 tipos de RNA; Está ligado de forma específica a cada um dos 20 aminoácidos encontrados nas proteínas. Corresponde a 15% do RNA total da célula. Fazem extenso pareamento de bases intracadeia, e atua no posicionamento dos aminoácidos na seqüência prevista pelo código genético, no momento da síntese proteica. RNA Mensageiro Corresponde a apenas 5% do total de RNA da célula. Atua transportando a informação genética do núcleo da célula eucariótica ao citosol, onde ocorrerá a biossíntese proteica. É utilizado como molde nesta biossíntese. Bibliografia 1. AMABIS, J.M & MARTHO, G.R. Biologia das Celulas 1, 2ª ed. editora Moderna, 2004. 2. AZEVEDO, C: Biologia Celular, 2ª edição, edições técnicas, Porto, 1994 3. AZEVEDO et al. Tecnicas Basicas em Biologia em Molecular, UnB, 2003. 4. CAMPOS, L. S.: Entender a Bioquimica, escolar editora, Lisboa, 1998 5. DE ROBERTIS, E; HIB; J. Bases da Biologia Celular e Molecular. 4ª edição revisada e actualizada. Guanabara Koogan, Rio de Janeiro, 2006. 6. ________________. Biologia Celular e Molecular, 8ª edição, Guanabara koogan, 2005. 7. MATIOLI, S.R (ed). Biologia Molecular e Evolução, Holos Editora Lda, Ribeirão Preto, 2001. 8. JUNQUEIRA, L.O.U.& CARNEIRO, J. Biologia Celular e Molecular. 8ª. ed. Rio de Janeiro, Guanabara Koogan, 2005. 9. LEHNINGER, A.L. Bioquímica- Replicação Transcrição e Tradução da informação genética.vol 4. 7ª reimpressão. Edgard Blücher Ltda, São Paulo, 2000.. Elaborado por: dr. Luís Morais Macaripe / UP – Delegação de Niassa 2012 11