Biologia modulo i

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  • 1. 1 Prof.ª EDIVÂNIA LICENCIADA EM BIOLOGIA PÓS GRADUADA-ESPECIALISTA EM CIÊNCIAS DA EDUCAÇÃO
  • 2. 2 Origem da vida: biogênese e abiogênese O homem sempre teve muita curiosidade em conhecer suas origens, sua história. Há muito tempo ele procura uma explicação para a criação do mundo. Antes de Aristóteles (384 – 322 a.C.) as únicas proposições sobre a origem da vida eram baseadas em deuses, mitologias e na criação divina. A partir de então, muitos cientistas passaram a estudar e formular hipóteses. A teoria mais aceita sobre a origem do universo é a do Big Bang. Abiogênese x Biogênese A teoria da abiogênese ou geração espontânea foi a primeira idéia proposta pela origem da vida e teve uma participação muito importante do filósofo grego Aristóteles. Naquela época, como Aristóteles influenciava o pensamento de muitas pessoas, e até de grandes cientistas, essa teoria foi muito aceita. Nessa teoria, os seres vivos podiam brotar a partir da matéria orgânica. Sapos poderiam brotar dos pântanos, vermes brotavam das frutas. Um médico chamado Jan Baptista van Helmont elaborou uma receita de como fabricar ratos por geração espontânea, que consistia em colocar grãos de trigo em camisas sujas e esperar alguns dias. Ele estava tão envolvido com essa idéia que não foi capaz de imaginar que os ratos na verdade eram atraídos pela sujeira, e não brotavam nessa “receita”. Queda da abiogênese Francesco Redi (1626-1697), um médico Italiano, realizou alguns experimentos que comprovaram que a teoria da geração espontânea estava errada. Na teoria, vermes brotavam de cadáveres e alimentos podres. Ele observou que esses vermes não brotavam, mas sim se originavam de ovos que eram depositados pelas moscas. Em seu experimento utilizou frascos, cadáveres de animais e pedaços de carne. Cada frasco continha carne e cadáver. Alguns frascos foram vedados com gaze e outros não. Nos frascos vedados, não houve formação de larvas, mas nos frascos em que o conteúdo ficou exposto, muitas larvas se desenvolveram, pois as moscas entravam e saíam com liberdade. Experimento de Redi A teoria da geração espontânea perdeu credibilidade com o experimento de Redi, mas voltou a ser usada para explicar a origem dos seres microscópicos, descobertos em meados do século XVII pelo holandês Antonie Van Leeuwenhoek (1632-1723). Usando um microscópio de sua própria fabricação, Leeuwenhoek havia observado pela primeira vez os microorganismos, seres pequenos demais para serem vistos a olho nu. Era difícil imaginar que seres tão simples e tão variados, presentes em praticamente em todos os lugares, pudessem surgir por meio da reprodução. Até o século XVIII, a maioria das pessoas
  • 3. 3 achava que os microorganismos surgiam apenas por geração espontânea. Muitos estudiosos, porém, estavam convencidos de que a geração espontânea não ocorria, nem para os seres macroscópicos, nem para seres microscópicos. Mesmo após isso, alguns cientistas insistiam na teoria da abiogênese. John Needan, em 1745 afirmou que os seres vivos surgiam por geração espontânea graças a uma força vital. Ele realizou um experimento onde preparou um caldo nutritivo, colocou em alguns frascos, ferveu por 30 minutos e os vedou com rolha de cortiça. Mesmo assim, depois de alguns dias apareceram alguns microorganismos no caldo. Needan acreditava que a fervura e a vedação da rolha eram suficientes para impedir a entrada de microorganismos. Mais tarde, Lazzaro Spallanzani repetiu os experimentos e concluiu que a vedação utilizada e o tempo de fervura eram insuficientes para matar os microorganismos. Needam se defendeu dizendo que o tempo prolongado de fervura destruía a força vital do caldo nutritivo. O fim da abiogênese Somente por volta de 1860, com os experimentos realizados por Louis Pasteur (1822 – 1895), conseguiu-se comprovar definitivamente que os microorganismos surgem a partir de outros preexistentes. Louis Pasteur, realizou experimento que derrubou de vez a teoria da abiogênese. Realizou experimentos utilizando frascos de vidro que possuíam o gargalho semelhante à pescoços de cisne. Dentro havia um caldo nutritivo. Esses frascos com caldo foram fervidos e deixados em repouso por alguns dias. Não houve formação de microorganismos, pois a água que evaporou do caldo ficou retida nas paredes do gargalo e funcionou como um filtro de ar, e os microorganismos ficavam retidos nele, não entrando em contato com o caldo. Pasteur quebrou os gargalos e deixou o caldo em contato com o ar. Após alguns dias ele observou o desenvolvimento de microorganismos no caldo, que antes estavam no ar. Os experimentos de Pasteur estão descritos e esquematizados na figura abaixo: Experimentos de Pasteur A ausência de microrganismos nos frascos do tipo “pescoço de cisne” mantidos intactos e a presença deles nos frascos cujo “pescoço” havia sido quebrado mostram que o ar contém microorganismos e que estes, ao entrarem em contato com o líquido nutritivo e estéril do balão, desenvolvem-se. No balão intacto, esses microorganismos não conseguem chegar até o líquido nutritivo e estéril, pois ficam retidos no “filtro” formado pelas gotículas de água surgidas no pescoço do balão durante o resfriamento. Já nos frascos em que o pescoço é quebrado, esse
  • 4. 4 “filtro” deixa de existir, e os micróbios presentes no ar podem entrar em contato com o líquido nutritivo, onde encontram condições adequadas para seu desenvolvimento e proliferam. A hipótese da biogênese passou, a partir de então, a ser aceita universalmente pelos cientistas. A origem dos primeiros seres vivos A queda definitiva da hipótese da geração espontânea levantou uma nova questão: se os seres vivos não surgem, em nenhum caso, a partir da matéria inanimada, como teriam surgido na Terra pela primeira vez? Em 1869 o biólogo inglês Thomas Huxley (1825-1895) foi o primeiro a defender a ideia de que os primeiros seres vivos surgiam como resultado de um lento processo de evolução química em nosso planeta. Essa ideia foi retomada e aprofundada na década de 1920, pelo biólogo inglês J.B.S. Haldane (1892-1964) e pelo bioquímico russo A. I. Oparin (1894-1980). Esses cientistas propuseram a hipótese de que a vida teria surgido a partir de moléculas formadas nas condições então reinantes da Terra primitiva. Condições da Terra primitiva O planeta terra, no início de sua existência, ficou envolvido por uma atmosfera formada por gás carbônico, nitrogênio, amônia, hidrogênio, metano e vapor de água. Embora a maioria dos cientistas concordem com a composição da atmosfera primitiva, discordam sobre a origem doa gases. Os mais conservadores acham que a água e os gases atmosféricos tenham sua origem no interior do próprio planeta. Outros sugerem que a Terra primitiva deveria ser muito árida e que a maior parte da água e dos gases foi trazida por cometas e asteróides que se chocavam continuamente com a Terra em formação. Com a contínua perda de calor para o espaço cósmico, a superfície da Terra se resfriou, havendo a formação de uma camada fina de material rochoso (a futura crosta terrestre). Como a superfície ainda era muito quente para a existência de água na forma líquida, esta evaporava, acumulando-se na atmosfera em forma de vapor. Ao atingir as camadas superiores e mais frias da atmosfera, o vapor de água se condensava, produzindo nuvens que se precipitavam em forma de chuva. Devido às altas temperaturas da superfície, a água volta a evaporar. Acredita-se que tempestades ocorreram sem intervalos durante dezenas de milhões de anos. A partir de determinado momento, a superfície da Terra já havia esfriado o suficiente para que a água em forma líquida se acumulasse nas regiões mais baixas da crosta terrestre, formando grandes áreas alagadas, precursoras dos oceanos. Foi em um cenário como esse que devem ter surgido os primeiro seres vivos, dos quais descendem todas as formas de vida passadas e presentes. Algumas pistas sobre o problema Nos últimos 120 anos, várias ideias sobre a origem da Terra, sua idade, as condições primitivas da atmosfera foram surgindo. Em particular, verificou-se que os mesmos elementos que predominam nos organismos vivos (carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio) também existem fora deles; nos organismos vivos estes elementos estão combinados de maneira a formar moléculas
  • 5. 5 complexas, como proteínas, polissacarídeos, lipídios e ácidos nucleicos. A diferença básica, então, entre matéria viva e matéria bruta estaria sobretudo ao nível da organização desses elementos. O químico Wöhler, em 1828, já havia fornecido a seguinte pista: substâncias “orgânicas” ou complexas, como a ureia, podem ser formadas em condições de laboratório a partir de substâncias simples, “inorgânicas”. Se as condições adequadas surgiram da Terra, no passado, então a vida poderia ter aparecido do inorgânico. Uma simples análise das características que os seres vivos exibem hoje mostra, independentemente de sua forma ou tamanho, a presença dos mesmos “tijolos” básicos em todos eles: açúcares simples, os 20 tipos de aminoácidos, os 4 nucleotídeos de DNA e os 4 de RNA, e os lipídios. Ora, depois da pista dada por Wöhler, a que nos referimos, os químicos descobriram que esses compostos podem ser feitos em laboratório, se houver uma fonte de carbono, de nitrogênio, e uma certa quantidade de energia disponível. Assim sendo, se as condições adequadas tivessem estado presentes, no passado da Terra, essas substâncias poderiam ter se formado sem grandes dificuldades. Várias dessas ideias foram organizadas e apresentadas de forma clara e coerente pelo bioquímico russo Aleksandr I. Oparin, em 1936, no seu livro “A origem da vida”. Repare que, na época, ainda não se sabia que os ácidos nucleicos constituem o material genético dos seres vivos. Vamos enumerar os pontos fundamentais das ideias que Oparin apresenta. As ideias de Oparin 1. A idade aproximada da Terra é de 4,5 bilhões de anos, tendo a crosta se solidificado há uns 2,5 bilhões de anos. 2. A composição da atmosfera primitiva foi provavelmente diferente da atual; não havia nela O2 ou N2; existia amônia (NH3), metano (CH4), vapor de água (H2O) e hidrogênio (H2). 3. O vapor de água se condensou à medida que a temperatura da crosta diminuiu. Caíram chuvas sobre as rochas quentes, o que provou nova evaporação, nova condensação e assim por diante. Portanto, um ativo ciclo de chuvas. 4. Radiações ultravioleta e descargas elétricas das tempestades agiram sobre as moléculas da atmosfera primitiva: algumas ligações químicas foram desfeitas, outras surgiram; apareceram assim novos compostos na atmosfera, alguns dos quais orgânicos, como os aminoácidos, por exemplo. 5. Aminoácidos e outros compostos foram arrastados pela água até a crosta ainda quente. Compostos orgânicos combinaram-se entre si, formando moléculas maiores, como os “proteinoides” (ou substâncias similares a proteínas). 6. Quando a temperatura das rochas tornou-se inferior a 100o C, já foi possível a existência de água líquida na superfície do globo: os mares estavam se formando. As moléculas orgânicas foram arrastadas para os mares. Na água, as probabilidades de encontro e choques entre moléculas aumentaram muito; formaram-se agregados moleculares maiores, os coacervados. 7. Os coacervados ainda não são seres vivos; no entanto eles continuam se chocando e reagindo durante um tempo extremamente longo; algum coacervado pôde casualmente atingir a complexidade necessária (lembre-se de que a diferença entre vida e não vida é mera questão de organização). Daí em diante, se tal coacervado teve a propriedade de duplicar-se, pode-se admitir que surgiu a vida, mesmo que sob uma forma extremamente primitiva.
  • 6. 6 A comprovação experimental O bioquímico Miller tentou reproduzir em laboratório algumas das condições previstas por Oparin. Construiu um aparelho, que era um sistema fechado, no qual fez circular durante 7 dias uma mistura de gases: metano, hidrogênio, amônia e vapor de água estavam presentes. Um reservatório de água aquecido à temperatura de ebulição permitia a formação de mais vapor de água, que circulava arrastando os outros gases. A comprovação experimental Num certo lugar do aparelho, a mistura era submetida a descargas elétricas constantes, simulando os “raios” das tempestades que se acredita terem existido na época. Um pouco adiante, a mistura era esfriada e, ocorrendo condensação, tornava-se novamente líquida. Ao fim da semana, a água do reservatório, analisada pelo método da cromatografia, mostrou a presença de muitas moléculas orgânicas, entre as quais alguns aminoácidos. Miller, com esta experiência, não provava que aminoácidos realmente se formaram na atmosfera primitiva; apenas demonstrava que, caso as condições de Oparin tivessem se verificado, a síntese de aminoácidos teria sido perfeitamente possível. Fox, em 1957, realiza a seguinte experiência: aquece uma mistura seca de aminoácidos e verifica que entre muitos deles acontecem ligações peptídicas, formando-se moléculas semelhantes a proteínas (lembre-se de que na ligação peptídica ocorre perda de água ou desidratação). Os resultados de Fox reforçam a seguinte ideia: se, de fato, aminoácidos caíram sobre as rochas quentes, trazidos pela água da chuva, eles poderiam ter sofrido combinações formando moléculas maiores, os proteinoides, que acabariam sendo carregadas aos mares em formação. Percebe-se que Fox tenta testar parte das ideias de Oparin, e seu ponto de partida foi, sem dúvida, a experiência de Miller. A química dos coloides explica e prevê a reunião de grandes moléculas em certas condições, formando os agregados que chamamos coacervados. É evidente, porém, que a última etapa da hipótese de Oparin nunca poderá ser testada em laboratório; em outros termos, para conseguirmos que um entre trilhões de coacervados se transformasse, por acaso, em um ser vivo muito simples, teríamos de dispor de um laboratório
  • 7. 7 tão grande quanto os mares primitivos, que contivesse, portanto, um número infinitamente grande de coacervados; além disso, teríamos de dispor de um tempo infinitamente grande, que possibilitasse inúmeras colisões e reações químicas que foram necessárias para se obter pelo menos um sucesso. Coacervados ou microesferas? Há mais de um modelo, além da ideia de coacervados, para explicar como moléculas grandes, tipo proteinoides, teriam se agregado na água, formando estruturas maiores. O pesquisador Fox, colocando proteinoides em água, obteve a formação de pequeninas esferas. Bilhões de microesferas podem ser obtidas a partir da mistura de um grama de aminoácidos aquecidos, algumas delas formando cadeias, de forma muito semelhante a algumas bactérias atuais. Cada microesfera tem uma camada externa de moléculas de água e proteínas e um meio interno aquoso, que mostra algum movimento, semelhante à ciclose. Essas microesferas podem absorver e concentrar outras moléculas existentes na solução ao seu redor. Podem também se fundir entre si, formando estruturas maiores; em algumas condições, aparecem na superfície “brotos” minúsculos que podem se destacar e crescer. Como apareceu o gene? Uma coisa que é importante entender: na hipótese original de Oparin, não há referência aos ácidos nucleicos; não se sabia na época que eles constituem os genes. Muita gente então acreditava que os genes fossem de natureza proteica; afinal, havia sido demonstrada a enorme importância das proteínas como enzimas, material construtor e anticorpos. Dá para entender, por isso, a ênfase que Oparin dá ao aparecimento da proteína. No entanto a hipótese original foi readaptada quando ficou patente a identidade entre genes e ácidos nucleicos. Acredita-se hoje que a primeira molécula informacional tenha sido o RNA, e não o DNA. Foi feita a interessantíssima descoberta de que certos “pedaços” de RNA têm uma atividade catalítica: eles permitem a produção, a partir de um molde de RNA e de nucleotídeos, de outras fitas de RNA idênticas ao molde! A esses pedaços de RNA com atividade “enzimática”, os biólogos chamam de ribozimas. Isso permite explicar o eventual surgimento e duplicação dos ácidos nucleicos, mesmo na ausência das sofisticadas polimerases que atuam hoje. O DNA deve ter sido um estágio mais avançado na confecção de um material genético estável; evidentemente, os primeiros DNA teriam sido feitos a partir de um molde de RNA original. Isso lembra bastante, você vai concordar, o modo de atuação do retrovírus, como o da AIDS! De qualquer forma, esses “genes nus”, isto é, envolvidos por nada, mas livres na argila ou na água, podem ter num período posterior “fixado residência” numa estrutura maior, como um coacervado ou uma microesfera… Um dos problemas ainda mais perturbadores nessa história toda, relaciona-se ao surgimento do CÓDIGO GENÉTICO. Em outras palavras, o aparecimento de proteínas ou de moléculas de ácidos nucleicos com a capacidade de duplicação, nas condições postuladas, pode ser imaginado sem muita dificuldade, mas permanece extremamente misterioso o método pelo qual as moléculas de ácidos nucleicos teriam tomado conta do controle da produção de proteínas específicas, que tivessem um valor biológico e de sobrevivência. Quem sabe o tempo se encarregará de nos fornecer novas evidências…
  • 8. 8 Os primeiros organismos: autótrofos ou heterótrofos? Para entender claramente esta discussão, é útil recordar as equações de três processos biológicos básicos, fermentação, respiração e fotossíntese, que reproduzimos a seguir. Fermentação (alcoólica): glicose álcool etílico + CO2 + energia Respiração: glicose + oxigênio CO2 + H2O + energia Fotossíntese: CO2 + H2O + luz (Clorofila) glicose e O2 Existem duas hipóteses sobre a origem da vida: a hipótese autotrófica, que propõe que o primeiro ser vivo foi capaz de sintetizar seu próprio alimento orgânico, possivelmente por fotossíntese, e a hipótese heterotrófica, que prevê que os primeiros organismos se nutriam de material orgânico já pronto, que retiravam de seu meio. A maioria dos biólogos atuais acha a hipótese autotrófica pouco aceitável devido a um fato simples: para a realização da fotossíntese, uma célula deve dispor de um equipamento bioquímico mais sofisticado do que o equipamento de um heterótrofo. Como admitir que o primeiro ser vivo, produzido através de reações químicas casuais, já possuísse esse grau de sofisticação? É claro que o primeiro ser vivo poderia ter surgido complexo; porém é muito menos provável que isso tenha acontecido. Por outro lado, se o primeiro organismo era heterótrofo, o que ele comeria? Hoje os heterótrofos dependem, para sua nutrição, direta ou indiretamente, dos autótrofos autossintetizantes. No entanto não se esqueça de que, de acordo com a hipótese de Oparin, o primeiro organismo surgiu num mar repleto de coacervados orgânicos, que não haviam chegado ao nível de complexidade adequada. Esses coacervados representam então uma fonte abundante de alimento para nosso primeiro organismo, que passaria a comer seus “irmãos” menos bem sucedidos… Admitamos um primeiro organismo heterótrofo, para o qual alimento não era problema. Pode-se obter energia do alimento através de dois processos: a respiração que depende de O2 molecular, inexistente na época, e a fermentação, processo mais simples, cuja realização dispensa a presença de oxigênio. Estabeleçamos, a título de hipótese mais provável, que o primeiro organismo deva ter sido um heterótrofo fermentador. A abundância inicial de alimento permite que os primeiros organismos se reproduzam com rapidez; não se esqueça também de que todos os mecanismos da evolução biológica, como a mutação e seleção natural, estão atuando, adaptando os organismos e permitindo o aparecimento de características divergentes. Surge a fotossíntese A velocidade de consumo do alimento, no entanto, cresce continuamente, já que o número de organismos aumenta; a reposição desse alimento orgânico através das reações químicas que descrevemos é obviamente muito mais lenta que o seu consumo. Perceba que, se não surgissem por evolução os autótrofos, a vida poderia ter chegado num beco sem saída por falta de alimento. Em algum momento anterior ao esgotamento total do alimento nos mares, devem ter aparecido os primeiros organismos capazes de realizar fotossíntese; possivelmente usaram como matéria prima o CO2 residual dos processos de fermentação. Sua capacidade de produzir alimento fechava o ciclo produtor/consumidor e permitia o prosseguimento da vida.
  • 9. 9 Surge a respiração Um resíduo do processo fotossintético é o oxigênio molecular; por evolução devem ter surgido mais tarde os organismos capazes de respirar aerobicamente, que utilizaram o O2 acumulado durante milhões de anos pelos primeiros autótrofos. A respiração, não se esqueça, permite extrair do alimento maior quantidade de energia do que a fermentação. Seguramente o modo de vida “respirador” representa, na maioria dos casos, uma grande vantagem sobre o método “fermentador”; não devemos estranhar que a maioria dos organismos atuais respire, apesar de ter conservado a capacidade de fermentar. Lembre-se, ainda, de que a presença de oxigênio molecular na atmosfera acaba permitindo o aparecimento na atmosfera da camada de ozônio, que permite a filtração de grande parte da radiação ultravioleta emitida pelo sol. Essa radiação é fortemente mutagênica; porém os organismos aquáticos estariam parcialmente protegidos, já que a água funciona como um filtro para ela. De qualquer maneira, o aparecimento do ozônio prepara o terreno para uma futura conquista do ambiente seco, caso alguns organismo um dia se aventurem a fazer experiência. Aparece a membrana celular É muito provável que os primeiros organismos tenham sido mais complexos do que os vírus atuais, porém mais simples do que as células mais simples que se conhecem. Um citologista chamado Robertson acredita que, por evolução, os organismos iniciais devam ter “experimentado” vários tipos de membranas. A vantagem de uma membrana envolvente é clara: ela fornece proteção contra choques mecânicos e, portanto, maior estabilidade à estrutura; porém ela representa uma barreira entre o organismo e o alimento a seu redor, o que é uma desvantagem. Assim, a membrana ideal deveria ser resistente, com um certo grau de elasticidade, sem deixar de ser suficientemente permeável. Num certo estágio da evolução dos seres vivos, apareceu a membrana lipoproteica, que reúne todos esses atributos e certamente foi um sucesso total, já que todos os seres vivos atuais de estrutura celular a possuem. Nesse estágio, pode-se falar em organismos procariontes, muito semelhantes às mais simples bactérias atuais. Procariontes originam eucariontes Uma membrana traz, entretanto, alguns problemas adicionais: ela se constitui, de certa forma, num obstáculo para o crescimento da estrutura viva. Vamos explicar: à medida que a célula cresce, seu volume aumenta, assim como a superfície de sua membrana; porém a superfície cresce MENOS proporcionalmente, do que o volume. Desse modo, a célula MAIOR se alimenta PIOR. A única forma de restabelecer a relação favorável entre superfície e volume é a divisão da célula, que, assim, nunca pode passar de um certo tamanho. Portanto o volume dos primeiros organismos é limitado, já que a partir de um certo tamanho tem de acontecer divisão celular. Robertson propõe que, por evolução biológica, alguns organismos devem ter adquirido a capacidade genética de dobrar sua membrana para fora (evaginação). Dessa forma, sem mudanças apreciáveis de volume, aumentaria a superfície em contado como meio. Perceba que na proposta de Robertson fica implícita a ideia de que todos os orgânulos celulares membranosos tiveram a mesma origem; membranas nucleares, do retículo, do Golgi e plasmática nada mais seriam do que dobramentos de uma primitiva membrana. Na célula atual, de fato, verificam-se dois fatos que apoiam fortemente as ideias de Robertson:
  • 10. 10 1. Há comunicação entre todas as membranas celulares, que se apresentam formando um sistema membranoso único. 2. Todas as membranas celulares têm a mesma composição e são lipoproteicas. Assim teriam aparecido, muito provavelmente, as primeiras células eucarióticas, que, em alguns casos, levaram vantagem quando competiam com os procariontes. Apesar disso, os procariontes continuaram existindo: são, como sabemos, as inúmeras espécies de bactérias e as cianofíceas atuais. A origem de algumas organelas celulares Uma teoria muito em voga atualmente a respeito da origem das organelas celulares é a endossimbiose. Trata-se da seguinte ideia: alguns organismos procariontes teriam sido “engolidos” por células maiores de eucariontes, ficando no interior da célula, mas com capacidade de reprodução independente e realizando determinadas funções. Acredita-se que mitocôndrias e cloroplastos possam ter se originado dessa forma. As mitocôndrias podem ter sido um dia BACTÉRIAS independentes; os cloroplastos, talvez CIANOFÍCEAS ou baterias fotossintetizantes. Os argumentos a favor dessa ideia são muito fortes: cloroplastos e mitocôndrias possuem material genético próprio, semelhante ao DNA de bactéria. Esse DNA tem capacidade de duplicação, de transcrição; ribossomos existentes no interior desses orgânulos produzem também proteínas próprias. Por fim, ambos os orgânulos têm a capacidade de se reproduzir no interior da célula “hospedeira”. Uma “troca de favores” poderia ter se estabelecido entre a célula maior e a menor. No caso da mitocôndria, que teria obtido proteção e alimento, sua presença teria permitido que a célula maior aprendesse a RESPIRAR oxigênio, com todas as vantagens inerentes. A simbiose com um procarionte fotossintetizante faria que os eucariontes hospedeiros tivessem síntese de alimento “em domicílio”, obviamente um processo muito vantajoso. autor: Armênio Uzunian, Dan Edésio Pinseta, Sezar Sasson fonte: Biologia; introdução à Biologia pp. 97-105. (Livro 1). São Paulo: Gráfica e Editora Anglo, 1991 Exercícios 1. O que diz em linhas gerais, a hipótese da geração espontânea ou abiogênese? 2. (UEG GO/2009/Julho) Várias teorias ao longo dos anos tentam explicar as possíveis origens para a vida no planeta Terra. Na figura a seguir, está representado um dos experimentos feitos para explicar tal origem. LINHARES, Sérgio; GEWANDSZNAJDER, Fernando. Biologia série Brasil. São Paulo: Ática. 2005. p. 456. (Adaptado).
  • 11. 11 A partir do experimento realizado a que conclusão pode-se chegar sobre a origem da vida? 3. Em que os resultados da experiência de Spallanzani diferiam dos obtidos por Needham? A que Spallanzani atribuiu a diferença? Qual foi a resposta de Needham? 4. Descreva resumidamente as experiências de Pasteur com os frascos com gargalo em forma de pescoço de cisne. 5. Explique resumidamente as possíveis condições climáticas reinantes na Terra primitiva. Testes 1. Sobre as teorias da origem da vida e seus estudiosos, assinale a alternativa CORRETA. a) Segundo a abiogênese, a vida apenas se origina de outro ser vivo preexistente. b) A panspermia explica a origem da vida a partir de substâncias essenciais do centro da terra. c) A primeira teoria criteriosa sobre a origem da vida surgiu na Grécia Antiga, com Aristóteles, que formulou a hipótese de geração espontânea. d) Francesco Redi testou e confirmou, experimentalmente, a hipótese da geração espontânea. e) Louis Pasteur realizou uma série de experiências, demonstrando que existe no ar ou nos alimentos o "princípio ativo" capaz de gerar vida espontaneamente. 2. (PUCMG) Em uma experiência, Francesco Redi colocou em oito frascos de vidro um pedaço de carne. Quatro vidros tiveram sua abertura recoberta por um pedaço de gaze. Após alguns dias, apareceram larvas de moscas nos vidros que não continham a gaze recobrindo a abertura do frasco. Nos frascos protegidos com gaze, elas não apareceram. Essa experiência ilustra o princípio da: a) Teoria Celular. b) biogênese. c) sucessão ecológica. d) origem da célula. e) higiene. 3. (Cftce) É INCORRETO em relação à teoria da biogênese: a) trata-se de uma teoria contrária à da geração espontânea. b) comprovou que os seres vivos se originam de matéria não-viva. c) teve como principal defensor o cientista francês Louis Pasteur. d) baseava-se no fato de que todo ser vivo se origina por reprodução de outro ser vivo da mesma espécie. e) o pesquisador italiano Lazzaro Spallanzani foi um grande aliado desta teoria. 4. (CESGRANRIO-RJ) Uma das hipóteses sobre a origem da vida na Terra presume que a forma mais primitiva de vida se desenvolveu lentamente, a partir de substância inanimada, em um ambiente complexo, originando um ser extremamente simples, incapaz de fabricar seu alimento. Esta hipótese é modernamente conhecida como:
  • 12. 12 a) Geração espontânea b) heterotrófica c) autotrófica d) epigênese e) pangênese 5. (UNIFOR CE/1998/Julho - Conh. Espec.) O experimento realizado por Louis Pasteur, utilizando frascos com pescoço de cisne e caldos nutritivos, derrubou a hipótese: a) autotrófica. b) da biogênese. c) da abiogênese. d) heterotrófica. e) da pré-formação. 6. (Univ. Potiguar RN/1999/Janeiro) A biogênese é uma teoria que: a) admite mutações espontâneas b) admite geração espontânea c) admite que, para o aparecimento de um organismo, deve haver um indivíduo antecessor d) foi concebida por Lamarck 7. (UFAM/2003) ”Os seres vermiformes que surgem na carne em putrefação são larvas, um estágio do ciclo de vida das moscas. As larvas devem surgir de ovos colocados por moscas, e não por geração espontânea a partir da putrefação da carne”. Esta hipótese foi formulada por um médico e biólogo italiano conhecido por: a) Aristóteles século IV a.C. b) Wiliam Havey ( 1578-1657) c) René Descartes ( 1596-1650) d) Isaac Newton (1642-1727) e) Francisco Redi (1626-1697) 8. (UESPI/2009) “Ponha-se uma porção de linho velho num vaso que contenha alguns grãos de trigo ou um pedaço de queijo durante cerca de três semanas, e, ao cabo desse período, os ratos adultos, tanto machos como fêmeas, surgirão no vaso”. Sobre as idéias para explicar a origem da vida, o princípio expresso no trecho destacado ilustra a teoria da: a) Geração Espontânea. b) Clonagem. c) Seleção Natural. d) Biogênese. e) Quimiossíntese. 9. (UFJF) Sobre a origem e a evolução dos primeiros seres vivos é CORRETO afirmar que: a) a atmosfera da Terra primitiva era composta principalmente de metano, oxigênio e vapor d’água. b) os primeiros organismos eram autotróficos.
  • 13. 13 c) os primeiros organismos a conquistar o ambiente terrestre foram os répteis. d) os primeiros invertebrados viviam exclusivamente no mar. 10. (PUCSP) Na figura abaixo, temos representado um aparelho projetado por Stanley Miller, no início da década de 1950. Por esse aparelho circulavam metano, amônia, vapor de água e hidrogênio e, através de energia fornecida por descarga elétrica, produtos de reações químicas como aminoácidos, carboidratos e ácidos graxos eram coletados no alçapão. Através desse experimento, Miller testou a hipótese de que, na atmosfera primitiva pela ação de raios, a) compostos orgânicos puderam se formar a partir de moléculas simples. b) compostos inorgânicos puderam se formar a partir de moléculas orgânicas. c) compostos inorgânicos e orgânicos puderam originar os primeiros seres vivos. d) macromoléculas puderam se formar a partir de moléculas orgânicas simples. e) coacervados puderam se formar a partir de moléculas inorgânicas. Bioquímica celular: Compostos Orgânicos e Inorgânicos Introdução Uma das evidências da evolução biológica e da ancestralidade comum dos seres vivos é que todas as formas de vida possuem composição química semelhante. Na composição química das células dos seres vivos, estudamos dois grandes grupos de substâncias: as substâncias inorgânicas e as substâncias orgânicas. São classificadas como substâncias inorgânicas a água e os sais minerais. São substâncias orgânicas os hidratos de carbono, lipídios, proteínas e ácidos nucléicos. As substâncias orgânicas são formadas por cadeias carbônicas com diferentes funções orgânicas. Dos elementos químicos encontrados na natureza, quatro são encontrados com maior frequência na composição química dos seres vivos. Esses elementos são o carbono (C) o oxigênio (O), o nitrogênio (N) e o hidrogênio (H). Além desses quatro elementos, outros são biologicamente importantes como o sódio (Na), potássio (K), cálcio (Ca), fósforo (P), enxofre (S), entre outros.
  • 14. 14 Elementos químicos biologicamente importantes e sua localização na Tabela Periódica. 2. As Substâncias Inorgânicas 2.1. A Água A vida na Terra começou na água e, ainda hoje, a ela se associa. Só há vida onde há água. As propriedades da água que a tornam fundamental para os seres vivos relacionam-se com sua estrutura molecular que é constituída por dois átomos de hidrogênio ligados a um átomo de oxigênio por ligações covalentes. Embora a molécula como um todo seja eletricamente neutra, a distribuição do par eletrônico em cada ligação covalente é assimétrica, deslocada para perto do átomo de oxigênio. Assim, a molécula tem um lado com predomínio de cargas positivas e outro com predomínio de cargas negativas. Moléculas assim são chamadas polares. Quando os átomos de hidrogênio da molécula de água (com carga positiva) se colocam próximos ao átomo de oxigênio de outra molécula de água (com carga negativa), estabelece-se uma ligação entre eles, denominada ponte de hidrogênio. A estrutura da molécula de água
  • 15. 15 Essa ligação garante a coesão entre as moléculas, o que mantém a água fluida e estável nas condições habituais de temperatura e pressão. Algumas das mais importantes propriedades da água relacionam-se com as ligações de hidrogênio: 1) Tensão superficial: coesão entre as moléculas da superfície, formando uma "rede". Insetos sobre a superfície da água 2) Capilaridade: capacidade de penetrar em espaços reduzidos, o que permite à água percorrer os microporos do solo, tornando-se acessível às raízes das plantas. 3) Calor específico elevado: as moléculas de água podem absorver grande quantidade de calor sem que sua temperatura fique elevada, pois parte desta energia é utilizada no enfraquecimento das ligações de hidrogênio. Isso explica o papel termorregulador da água por meio da transpiração que mantém a temperatura em valores compatíveis com a manutenção da vida das diferentes espécies. 4) Capacidade solvente: a polaridade da molécula de água explica a eficácia em separar partículas entre si, pois o caráter polar da água tende a diminuir as forças de atração dos íons encontrados em sais e em outros compostos iônicos, favorecendo a dissociação dos mesmos. Os dipolos da água envolvem os cátions e ânions (solvatação)impedindo a união entre essas partículas carregadas eletricamente. O fenômeno da solvatação iônica Alguns dos principais papéis da água nos seres vivos são: 1) Solvente da maioria dos solutos, o que permite a ocorrência das reações químicas (é chamada solvente universal). 2) As reações catalisadas por enzimas só ocorrem na água. Em algumas reações, a água participa também como substrato (reações de hidrólise).
  • 16. 16 3) As substâncias distribuem-se pelo interior da célula graças ao fluxo contínuo de água no seu interior (ciclose). 4) Os sistemas de transporte dos animais (sistema circulatório) e dos vegetais (vasos condutores) usam a água como meio de distribuição de substâncias. 5) Devido ao seu elevado calor específico, a abundante presença de água nos seres vivos impede grandes variações de temperatura. 6) Age como lubrificante nas articulações, nos olhos e, misturada aos alimentos, como saliva, facilita a deglutição. A água é a substância mais abundante em todos os seres vivos. No homem, representa cerca de 65% de sua massa. A proporção varia de uma espécie para outra (mais de 95% da massa dos celenterados), de acordo com a idade (diminui com o envelhecimento), com o sexo e de um tecido para outro. No homem, perdas maiores que 15% da massa de água (desidratação) podem ter consequências graves, pela diminuição do volume de líquido circulante. A variação do teor de água em diferentes estruturas no ser humano. 2.2. Os Sais Minerais Como a célula é um meio aquoso, não se encontram sais minerais, mas íons inorgânicos. Alguns deles são encontrados em todos os seres vivos. – Cátions: sódio, potássio, magnésio, cálcio, ferro, manganês, cobalto, cobre, zinco. – Ânions: cloreto, bicarbonato, fosfato, sulfato, nitrato. Algumas ações são exercidas especificamente por alguns íons: • Cálcio: participa da estrutura das membranas, dos cromossomas, do esqueleto dos vertebrados, da contração muscular e da coagulação do sangue. • Ferro: faz parte das moléculas dos citocromos, componentes da respiração celular, e da molécula da hemoglobina, pigmento transportador de O2 do sangue. • Magnésio: encontrado na molécula da clorofila, pigmento fotossintetizante dos vegetais. O zinco, o cobre e o cobalto atuam como co-enzimas em alguns processos. O sódio e o potássio são os principais envolvidos na transmissão do impulso nervoso.
  • 17. 17 • Fosfato: importante componente da estrutura do ATP e dos nucleotídeos do DNA e do RNA. • Iodo: faz parte da estrutura dos hormônios (tiroxinas) segregadas pela tiróide dos vertebrados. De um modo geral, os sais na forma iônica atuam no metabolismo e na forma molecular estão presentes em estruturas esqueléticas como carapaças, conchas, ossos, chifres, cascos, onde são comuns o carbonato de cálcio e o fosfato de cálcio. Estruturas esqueléticas dos seres vivos 3. Hidratos de Carbono ou Glicídicos 3.1. Apresentação Os glicídicos são moléculas orgânicas formadas por átomos de carbono (C), hidrogênio (H) e oxigênio (O). Os glicídicos também podem ser chamados de hidratos de carbono ou açúcares. Nem sempre o açúcar (glicídicos) está relacionado com o paladar doce dos alimentos. Existem açúcares, como o amido da maizena e da farinha de trigo, que não são doces. São doces a glicose do mel e a frutose das frutas. Os glicídicos apresentam muitas funções no metabolismo dos seres vivos; uma das mais importantes é a função energética dessas moléculas relacionadas com o metabolismo energético que envolve o funcionamento dos organelas mitocôndrias e cloroplastos. Os autotróficos são os organismos capazes de produzir açúcares, a partir da utilização de dióxido de carbono (CO2) e água (H2O), utilizando a luz como fonte de energia para o fenômeno da fotossíntese. Equação Geral da Fotossíntese.
  • 18. 18 A glicose produzida na fotossíntese é usadas como fonte de energia no metabolismo celular dos seres vivos. No corpo do vegetal, parte da glicose produzida na fotossíntese fica armazenada na forma de amido nos tubérculos (raízes e caules) e parte fica na forma de celulose na parede celular (membrana celulósica) das células vegetais. 3.2. Classificação Os glicídios são classificados de acordo com o número de moléculas em sua constituição como monossacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos. I. Monossacarídeos Os monossacarídeos são moléculas orgânicas formadas por átomos de carbono (C), hidrogênio (H) e oxigênio (O) na proporção 1: 2: 1, respectivamente, apresentando a fórmula geral (CH2O) n, em que “n” pode variar de 3 a 7. O nome genérico do monossacarídeo está relacionado com o valor de n. n = 3 trioses n = 4 tetroses n = 5 pentoses n = 6 hexoses n = 7 heptoses Os monossacarídeos mais abundantes são as hexoses com fórmula geral (C6H12O6). Nessa classe, se inclui a glicose, o mais importante combustível para a maioria dos seres vivos, componente dos polissacarídeos mais importantes, como o amido e a celulose. Outras hexoses importantes são a frutose e a galactose. Uma outra classe importante dos monossacarídeos são as pentoses com fórmula geral (C5H10O5). As pentoses desoxirribose e ribose são os componentes dos ácidos nucléicos DNA e RNA, respectivamente. As trioses e as heptoses são compostos que participam das reações dos processos metabólicos da respiração e da fotossíntese. Os monossacarídeos são sólidos brancos, cristalinos, solúveis em água, sendo a maioria de sabor doce. Algumas fórmulas estruturais de monossacarídeos:
  • 19. 19 Glicídios do tipo hexoses – glicose e galactose – possuem a função orgânica aldeído (aldose) e a frutose a função orgânica cetona (cetose). Glicídios do tipo pentoses – componentes dos ácidos nucléicos. II. Oligossacarídeos Os oligossacarídeos são moléculas orgânicas formadas pela união de 2 a 10 moléculas de monossacarídeos. Os oligossacarídeos mais importantes biologicamente são os dissacarídeos. Os dissacarídeos, como a sacarose, maltose e lactose são formados pela união de dois monossacarídeos. Reações de Síntese e Hidrólise de um Dissacarídeo Os dissacarídeos presentes nos alimentos não são aproveitados diretamente pelo organismo. Estas moléculas precisam ser digeridas (hidrolisadas) pela ação de enzimas específicas em suas unidades formadoras (monossacarídeos) para serem absorvidas nas micro vilosidades intestinais e aí então chegarem até as células, via corrente sanguínea.
  • 20. 20 1. Reação de síntese 2. Reação de hidrólise (ação enzimática) III. Polissacarídeos São moléculas orgânicas formadas pela união de mais 10 moléculas de monossacarídeos. Os polissacarídeos são abundantes na natureza, podendo ter função biológica de reserva energética, como o amido e o glicogênio ou função estrutural, como a celulose e a quitina. Polissacarídeos de Reserva Energética O amido é o polissacarídeo de reserva energética dos vegetais, sendo armazenado nas células do parênquima amiláceo de caules (batatinha) e raízes (mandioca). O glicogênio é o polissacarídeo de reserva energética animal, sendo armazenado no fígado e músculos. Amido e glicogênio são formados por milhares de moléculas de glicose e para serem aproveitados no metabolismo energético são transformados em moléculas de glicose, de acordo com os esquemas a seguir. Polissacarídeos Estruturais A celulose é o polissacarídeo presente na membrana celulósica das células vegetais (imagine sua abundância na natureza). Está relacionada com a estrutura e forma das células vegetais. O aproveitamento da celulose na forma de moléculas de glicose só é possível na presença da enzima celulase, que é produzida por microrganismos como bactérias e protozoários, que vivem em simbiose no sistema digestivo de organismos como ruminantes, moluscos, etc. No ser humano, a presença de celulose na dieta (alimentação) garante o bom funcionamento do intestino, a retenção de água ao bolo fecal, facilitando sua eliminação. Nos artrópodes, o polissacarídeo quitina é um material impermeabilizante do exoesqueleto, garantindo boa adaptação à vida terrestre. Nos tecidos animais, a compactação entre as células é facilitada pela presença do polissacarídeo ácido hialurônico (cimento intercelular). A heparina também é um importante polissacarídeo que atua na circulação como anticoagulante, principalmente em regiões de grande irrigação como pulmões e fígado. 4. Os lipídios 4.1. Apresentação Os lipídios são moléculas orgânicas formadas pela união de ácidos gordos e um tipo de álcool, que normalmente é o glicerol. Os lipídios apresentam em sua constituição átomos de carbono (C), hidrogênio (H) e oxigênio (O), e diferem dos glicídios por apresentarem menos átomos de oxigênio, podendo ter na sua estrutura, além do ácido gordos e glicerol, átomos de fósforo, colesterol, etc. Os lipídios aparecem com muita frequência na composição química dos seres vivos em diferentes partes do corpo, como no tecido adiposo, nas membranas celulares, na bainha de mielina dos neurônios, como precursores de vitaminas e hormônios, ceras impermeabilizantes nas superfícies
  • 21. 21 de folhas e frutos, etc. De um modo geral, são substâncias pouco solúveis em água e solúveis em compostos orgânicos apolares como éter, benzeno, clorofórmio e álcool. 4.2. O Papel Biológico dos Lipídios Os lipídios desempenham várias funções importantes para os seres vivos, entre elas, a função de reserva energética, realizada pelas gorduras nos animais e pelos óleos nos vegetais. A função estrutural é realizada pela cera nas folhas e nos frutos dos vegetais, assim como os fosfolipídios nas membranas celulares. As abelhas produzem cera utilizada na impermeabilização das células da colméia, para proteger o mel, o pólen e as larvas. Os animais homeotérmicos (aves e mamíferos) dependem das reservas de gordura para a manutenção da temperatura corporal. 4.3. Classificação I. Glicerídeos São lipídios formados por ácidos gordos e glicerol. Os glicerídeos mais comuns nos seres vivos são as gorduras e os óleos, que funcionam como material de reserva energética nos animais e vegetais, respectivamente. Nos animais as gorduras são encontradas no tecido adiposo e nos vegetais, os óleos são encontrados principalmente nas sementes. Formação de um glicerídio a partir de ácidos gordos e glicerol. As gorduras e os óleos podem ser diferenciados pelo aspecto, localização, origem e pelo tipo de ácido gordo que apresentam – saturado nas gorduras e insaturado no óleo. As gorduras são depositadas no tecido adiposo dos animais, funcionando como material de reserva energética. Um tipo de gordura nos animais que é bem conhecido de todos é o toucinho e o bacon (que é o toucinho defumado) do porco, utilizado na alimentação. Os óleos estão depositados mais frequentemente nas sementes dos vegetais, como, por exemplo, no girassol, na soja, no amendoim, no arroz, no milho, etc. A partir dos óleos vegetais são produzidas as gorduras vegetais, conhecidas como margarinas, conseguidas por meio de reações de hidrogenação com aquecimento. Na constituição das margarinas, além do óleo vegetal, estão presentes vitaminas, sais minerais e conservantes. A seguir, esquematizamos a obtenção da margarina por hidrogenação de óleos vegetais insaturados.
  • 22. 22 Os esquemas a seguir mostram exemplos de ácidos gordos saturados e insaturados Ácidos gordos saturados (ligação simples entre carbonos) Ácidos graxos insaturados (duplas ligações entre carbonos) II. Cerídios São lipídios formados pela união de ácido gordo de cadeia longa (de 14 a 36 átomos de carbono) com um álcool de cadeia longa (de 16 a 30 átomos de carbono). As ceras possuem importância biológica no revestimento e proteção de superfícies dos corpos dos seres vivos. As ceras revestem as folhas e frutos dos vegetais, diminuindo a taxa de transpiração, pois funcionam como material impermeabilizante. As secreções oleosas das glândulas sebáceas protegem a superfície corporal dos mamíferos contra a desidratação. A secreção oleosa da glândula uropigiana das aves lubrifica as penas, evitando que as mesmas fiquem encharcadas no ambiente aquático. III. Fosfolipídios
  • 23. 23 São lipídios formados por ácido gordo, glicerol e o grupo fosfato. Os fosfolipídios estão presentes nas estruturas da membrana celular. A estrutura da membrana celular lV. Esteróides São lipídios formados por ácidos gordos e alcoóis de cadeia cíclica como o colesterol. Possuem importância metabólica na formação das hormônios esteróides e componentes da bílis. A bílis é segredada pelo fígado, sendo constituída por sais que promovem a emulsificação das gorduras, facilitando a ação das lipases no intestino. As hormônios esteróides são testosterona, estrógeno e progesterona, relacionados com as características sexuais e a produção de gametas. A testosterona é hormônio masculino produzido nos testículos; o estrógeno e a progesterona são hormônios femininos produzidos no ovário. 5. As proteínas 5.1. Apresentação As proteínas são macromoléculas, isto é, moléculas grandes, constituídas por unidades chamadas aminoácidos. Algumas propriedades importantes dos seres vivos estão associadas a elas: a facilitação para a ocorrência de reações químicas (enzimas), o transporte de oxigênio (hemoglobina), a transmissão de informações (hormônios), a composição estrutural das células (membranas, túbulos, etc.), a defesa orgânica (anticorpos), etc. Classificação das proteínas quanto à função biológica:
  • 24. 24 O que distingue uma proteína da outra é o número de aminoácidos, o tipo de aminoácidos e a sequência na qual eles estão ligados. Todos os aminoácidos possuem um átomo de carbono central, ao qual se ligam um grupo carboxila (COOH), que confere caráter ácido, um grupo amina (NH2), que tem caráter básico, um átomo de hidrogênio e um radical R, variável de um aminoácido para outro. Fórmula geral de um aminoácido O radical R pode ser um átomo de hidrogênio, um grupo ou grupos mais complexos, contendo carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e enxofre. Os aminoácidos podem ser obtidos na dieta ou produzidos, a partir de açúcares. Todavia, as moléculas possuem nitrogênio. O nitrogênio constitui cerca de 80% do ar atmosférico, mas sua assimilação ocorre pela ação de microrganismos capazes de transformá-lo em compostos utilizáveis pelos vegetais (nitritos ou nitratos). Os vegetais empregam esses compostos para produzir aminoácidos, obtidos pelos animais através da alimentação. Os animais podem sintetizar aminoácidos a partir de açúcar, graças à transferência do grupo NH2 das proteínas da dieta. Podem, ainda, transformar alguns aminoácidos em outros. Todavia, existem alguns aminoácidos que não podem ser produzidos pelos animais, e precisam ser conseguidos na alimentação. São os aminoácidos essenciais. Aqueles que podem ser sintetizados nas células animais são chamados aminoácidos naturais. São aminoácidos naturais a alanina, prolina, glicina, serina, tirosina, entre outros. São aminoácidos essenciais a valina, leucina, triptófano, metionina, fenilalanina, entre outros. Os alimentos ricos em proteínas, como o leite, a carne, os ovos, a gelatina, podem ser utilizados como fonte de aminoácidos para o organismo. No leite existe a proteína caseína, que é utilizada pelo organismo como fonte de aminoácidos naturais. 5.2. As Reações de Síntese e Hidrólise das Proteínas As proteínas, ou cadeias polipeptídicas, são formadas pela união entre aminoácidos. As ligações entre os aminoácidos são denominadas ligações peptídicas e ocorrem entre o grupo carboxila de um aminoácido e o grupo amina de outro aminoácido. Para o organismo aproveitar as proteínas como fonte de aminoácidos, deve ocorrer ação enzimática das proteases na digestão das proteínas, que ocorre no estômago e no intestino.
  • 25. 25 Como cada ligação peptídica é formada entre dois aminoácidos, uma proteína com 100 (cem) aminoácidos apresentará 99 ( noventa e nove ) ligações peptídicas. As proteínas diferem entre si pelo número, tipo e sequência dos aminoácidos em suas estruturas. 1) Reação de síntese 2) Reação de hidrólise (digestão) com ação de uma protease 5.3. As Estruturas das Proteínas A sequência linear de aminoácidos de uma proteína define sua estrutura primária. Estrutura primária de um oligopeptidio O número de aminoácidos é muito variável de uma proteína para outra: • Insulina bovina 51 aminoácidos • Hemoglobina humana 574 aminoácidos • Desidrogenase glutâmica 8 300 aminoácidos O filamento de aminoácidos enrola-se ao redor de um eixo, formando uma escada helicoidal chamada alfa-hélice. É uma estrutura estável, cujas voltas são mantidas por pontes de hidrogênio. Tal estrutura helicoidal é a estrutura secundária da proteína.
  • 26. 26 As proteínas estabelecem outros tipos de ligações entre suas partes. Com isto, dobram sobre si mesmas, adquirindo uma configuração espacial tridimensional chamada estrutura terciária. Essa configuração pode ser filamentar como no colágeno, ou globular, como nas enzimas. A estrutura secundária de uma proteína A estrutura terciária de uma proteína Tanto o estabelecimento de pontes de hidrogênio como o de outros tipos de ligações dependem da sequência de aminoácidos que compõem a proteína. Uma alteração na sequência de aminoácidos (estrutura primária) implica em alterações nas estruturas secundária e terciária da proteína. Como a função de uma proteína se relaciona com sua forma espacial, também será alterada. Um exemplo clássico é a anemia falciforme. Nessa doença hereditária, há uma troca na cadeia de aminoácidos da hemoglobina (substituição de um ácido glutâmico por uma valina). Isto acaba por determinar mudanças na hemácia, célula que contém a hemoglobina, que assume o formato de foice quando submetida a baixas concentrações de oxigênio. Muitas proteínas são formadas pela associação de dois ou mais polipeptídios (cadeias de aminoácidos). A maneira como estas cadeias se associam constitui a estrutura quaternária dessas proteínas. A hemoglobina, citada anteriormente, é formada pela união de duas cadeias "alfa" e duas cadeias "beta".
  • 27. 27 A estrutura quaternária da hemoglobina 5.4. Desnaturação das Proteínas Quando as proteínas são submetidas à elevação de temperatura, a variações de pH ou a certos solutos como a uréia, sofrem alterações na sua configuração espacial, e sua atividade biológica é perdida. Este processo se chama desnaturação. Ao romper as ligações originais, a proteína sofre novas dobras ao acaso. Geralmente, as proteínas tornam-se insolúveis quando se desnaturam. É o que ocorre com a albumina da clara do ovo que, ao ser cozida, se torna sólida. Na desnaturação, a sequência de aminoácidos não se altera e nenhuma ligação peptídica é rompida. Isto demonstra que a atividade biológica de uma proteína não depende apenas da sua estrutura primária, embora esta seja o determinante da sua configuração espacial. Algumas proteínas desnaturadas, ao serem devolvidas ao seu meio original, podem recobrar sua configuração espacial natural. Todavia, na maioria dos casos, nos processos de desnaturação por altas temperaturas ou por variações extremas de pH, as modificações são irreversíveis. A clara do ovo solidifica-se, ao ser cozida, mas não se liquefaz quando arrefece. 5.5. As Funções das Proteínas As proteínas desempenham quatro funções importantes para os seres vivos. Entre estas funções podemos citar a função estrutural ou plástica, hormonal, anticorpos (imunização) e enzimática. As proteínas estruturais estão presentes em estruturas esqueléticas, como ossos, tendões e cartilagens, unhas, cascos, etc., além da membrana celular. As proteínas hormonais atuam no metabolismo como mensageiros químicos, como a insulina e o glucagon que controlam a glicemia do sangue e o hormônio de crescimento denominado somatotrofina, segregada pela hipófise. As proteínas de defesa imunológica são as imunoglobulinas (anticorpos). As proteínas de ação enzimática (enzimas) são importantes como catalisadores biológicos favorecendo reações do metabolismo celular, como as proteases, a catalase, a desidrogenases, entre outras 06. Ácidos Nucléicos 6.1. Nucleotídeos Em 1870, Miescher isolou substâncias que tinham caráter ácido e eram formadas por carbono, hidrogênio, oxigênio, azoto e fósforo, no núcleo de células do pus. Tais substâncias foram chamadas de ácidos nucléicos e sabe-se que elas estão relacionadas com o controle da atividade celular e com os mecanismos da hereditariedade. Os ácidos nucléicos são formados pela união de nucleotídeos. Outras macromoléculas orgânicas são constituídas por unidades mais simples: as proteínas, por aminoácidos e os polissacarídeos, por açúcares simples, como a glicose. Cada nucleotídeo tem três subunidades: um grupo fosfato, uma pentose e uma base nitrogenada.
  • 28. 28 O grupo fosfato origina-se do ácido fosfórico (H3PO4). Há duas pentoses que podem participar da estrutura dos nucleotídeos: a ribose (C5H10O5) e a desoxirribose (C5H10O4). As bases azotadas possuem estrutura em anel, com átomos de azoto na molécula. Classificam-se em bases púricas (adenina e guanina) e bases pirimídicas (citosina, timina e uracila). A quebra parcial dos nucleotídeos, com a retirada do grupamento fosfato, resulta em compostos formados por uma pentose e por uma base nitrogenada. São os nucleotídeos. Nos seres vivos, há 2 tipos de ácidos nucléicos: o ácido desoxirribonucleico (DNA ou ADN) e o ácido ribonucléico (RNA ou ARN) com funções distintas. O DNA é encontrado nos cromossomas, dirige a síntese das enzimas e, desta forma, controla as atividades metabólicas da célula. O RNA transfere as informações do DNA para os ribossomos, onde as enzimas e outras proteínas são produzidas. 6.2. O Ácido Desoxirribonucleico (DNA) Para que uma molécula possa agir como portador das informações genéticas, deve satisfazer algumas condições. 1) conter grande quantidade de informações, passando-as de geração a geração. 2) fazer cópias de si mesma, uma vez que as informações são passadas às células-filhas. 3) ter mecanismos para transformar as informações em ação, controlando a atividade celular.
  • 29. 29 4) eventualmente, sofrer pequenos "enganos" e estes devem ser copiados fielmente e passados aos descendentes, o que é a base das mutações e da evolução. O DNA cumpre todas essas exigências. É bastante grande e complexo, podendo conter enorme quantidade de informações. Pode-se auto duplicar, gerando cópias perfeitas de si mesmo. Comandando a síntese das enzimas, controla o metabolismo celular. Sofre, algumas vezes, alterações em sua sequência de nucleotídeos. Aceita-se, hoje, que o DNA é o material genético. Os nucleotídeos de DNA possuem: a) um grupo fosfato; b) uma pentose: a desoxirribose; c) uma base azotada: adenina, guanina, citosina ou timina. Composição de bases do DNA de algumas espécies: Estudos com difração de raio X, nos anos 50, mostravam que a molécula do DNA deveria ter a estrutura de uma grande hélice. James D. Watson e Francis Crick propuseram um modelo para a molécula do DNA, visando a explicar tanto suas características químicas quanto seus papéis biológicos. Segundo o modelo de Watson e Crick, a molécula do DNA tem estrutura de uma dupla hélice, como uma escada retorcida, com dois filamentos de nucleotídeos. O modelo de Watson e Crick para a molécula do DNA
  • 30. 30 Os corrimãos da escada do modelo de Watson e Crick são formados pelas unidades açúcar-fosfato dos nucleotídeos. Cada degrau é constituído por um par de bases azotadas(uma de cada filamento), sempre uma base púrica pareada com uma base pirimídica.. Observe, no esquema anterior (Fig. C), que os dois filamentos complementares "correm" em sentido contrário. A partir das relações descobertas por Chargaff, e estudando os possíveis locais de estabelecimento de pontes de hidrogênio entre duas bases azotadas, Watson e Crick concluíram que as duas cadeias paralelas de nucleotídeos permanecem unidas por pontes de hidrogênio entre as bases, sempre da mesma maneira: adenina com timina e citosina com guanina. Independentemente de qual seja a sequência de bases em um filamento, o outro tem sequência exatamente complementar. Por exemplo, se em um filamento se encontra a sequência: O filamento complementar terá, obrigatoriamente: Os dois filamentos da molécula poderiam ser assim representados: Uma propriedade importante do material genético é conter toda a informação genética. A sequência de bases do DNA é um "alfabeto" com quatro letras (A, T, C e G), nas mais diversas combinações. Um vírus tem filamentos de DNA com 10 000 nucleotídeos, enquanto o DNA presente nos 46 cromossomas humanos possui 10 bilhões deles em um metro e meio de comprimento. Isso equivale a uma biblioteca com cerca de 2 000 livros de 300 páginas cada! Outra propriedade importante da molécula de DNA é a capacidade de se autoduplicar, gerando cópias perfeitas de si mesma. A expressão autoduplicação não é totalmente correta, pois, sem as enzimas e a matéria-prima necessárias ela não ocorre. Durante a duplicação do DNA, os dois filamentos separam-se (por ruptura das pontes de hidrogênio), e a enzima DNA-polimerase utiliza cada filamento como "molde" para a montagem de um filamento novo. Os novos nucleotídeos são unidos entre si, obedecendo à sequência ditada pelo filamento original. Em frente a uma adenina, posiciona-se uma timina (ou vice-versa) e, em frente a uma citosina, coloca-se uma guanina (ou vice-versa). Dessa forma, quando o processo se completa, cada filamento original serviu de molde para a montagem de um filamento novo. Cada nova molécula de DNA tem, portanto, um filamento recém-formado e um filamento remanescente da molécula inicial. A duplicação é semiconservativa.
  • 31. 31 6.3. O Ácido Ribonucléico (RNA) O RNA é encontrado no núcleo das células (livre ou associado ao DNA) e no citoplasma (livre no hialoplasma, associado aos ribossomos ou como constituinte deles). A ação do DNA, como controlador celular, conta com o RNA, molécula capaz de transcrever e de traduzir as informações genéticas, sintetizando, a partir delas, as enzimas que irão catalisar as reações químicas da célula. Os nucleotídeos de RNA possuem: a) Grupo fosfato: PO4 3- b) Pentose: ribose c) Base nitrogenada: adenina, guanina, citosina e uracila. A molécula de RNA é formada por um único filamento, que pode estar dobrado sobre si mesmo. Existem três tipos de RNA. 1) RNA mensageiro (RNAm): é um único e longo filamento de RNA. Forma-se a partir de um filamento de DNA que lhe serve de molde. Sua formação chama-se transcrição, e esse filamento é catalisado pela enzima RNA-polimerase. Por ruptura de pontes de hidrogênio, os filamentos de DNA se separam. Nucleotídeos de RNA emparelham-se aos seus complementares do DNA e unem-se para formar o filamento de RNA. No final do processo, o filamento recém-formado de RNA se desprende e os dois filamentos de DNA voltam a ligar-se. As mensagens no RNAm são transmitidas em sequências de três nucleotídeos, os códons. 2) RNA de transferência ou transportador (RNAt): suas moléculas também são formadas a partir de um molde de DNA, mas com 80 a 100 nucleotídeos apenas. Constitui-se de um único filamento dobrado sobre si mesmo, com aspecto de "folha de trevo".
  • 32. 32 Todas as moléculas de RNAt são semelhantes. Existe pouco mais de vinte tipos de RNAt, um para cada tipo de aminoácido encontrado nas proteínas. A função do RNAt é transportar aminoácidos presentes no citoplasma da célula e fazer a ligação dos aminoácidos com o RNAm na síntese de proteínas. 3) RNA ribossómico (RNAr): forma-se a partir do DNA da região organizadora do nucléolo, presente em alguns cromossomas. Junto com as proteínas, são componentes estruturais dos ribossomos. Embora não totalmente clara, a função do RNAr parece ser orientar o RNAm, os RNAt e os aminoácidos durante o processo de síntese de proteínas. 6.4. O Código Genético O mecanismo de síntese de proteínas é comandado pelas moléculas de DNA. Na verdade, sequências específicas das moléculas de DNA, denominadas genes, é que comandarão a síntese protéica nos seres vivos. Os genes podem ser definidos como uma sequência de tripletos (trincas)de nucleotídeos. Exercícios 1. Quais os principais elementos químicos presentes na matéria viva? Quais são os quatro compostos orgânicos fundamentais encontrados nos seres vivos? ______________________________________________________________________________ 2. Na composição química de uma célula existem componentes orgânicos e inorgânicos. Quais são esses componentes? ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________
  • 33. 33 3. O que significa dizer que as moléculas de água são polares? 4. O que são substâncias hidrofílicas e hidrofóbicas? 5. Explique, em linhas gerais, as funções dos seguintes monossacarídeo: a) amido b) glicogênio c) celulose 6. Qual é a importância dos lipídios na constituição das membranas celulares? 7. O que são aminoácidos essenciais e não- essenciais? 8. Quais são os dois tipos de ácidos nucléicos presentes nas células e como são constituídos? Testes 1. São organismos procariontes: a) vírus e bactérias; b) vírus e cianofíceas; c) bactérias e cianofíceas; d) bactérias e fungos; e) todos os unicelulares. 2. O material genético das células é: a) a glicose b) uma proteína c) o colesterol d) o ácido desoxirribonucléico. e) um aminoácido 3. "A margarina finlandesa que reduz o COLESTEROL chega ao mercado americano ano que vem." (JORNAL DO BRASIL, 23/07/98) "O uso de ALBUMINA está sob suspeita" (O GLOBO, 27/07/98) "LACTOSE não degradada gera dificuldades digestivas" (IMPRENSA BRASILEIRA, agosto/98) As substâncias em destaque nos artigos são, respectivamente, de natureza: a) lipídica, protéica e glicídica. b) lipídica, glicídica e protéica. c) glicídica, orgânica e lipídica. d) glicerídica, inorgânica e protéica. e) glicerídica, protéica e inorgânica. 4. (UFRJ) Recentemente, houve grande interesse por parte dos obesos quanto ao início da comercialização do medicamento Xenical no Brasil. Esse medicamento impede a metabolização de um terço da gordura consumida pela pessoa. Assim, pode-se concluir que o Xenical inibe a ação da enzima: a) maltase. b) protease. c) lipase. d) amilase. e) sacarase.
  • 34. 34 5. (UFMG) Devem constar da dieta humana íons correspondentes aos seguintes elementos químicos, exceto: a) cálcio. b) cloro. c) ferro. d) sódio. e) mercúrio. 6. (FUVEST-SP) Reserva de carboidratos nos músculos ficam na fórmula de: a) glicogênio. b) lactose. c) amido. d) sacarose. e) glicose. 7. (UNIFICADO RJ) “Ceará joga fora opção alimentar” Segundo pesquisas da UFC, a cada ano 800 toneladas de carne de cabeça de lagosta não são aproveitadas sendo lançadas ao mar. “O estudo sobre hidrólise enzimática de desperdício de lagosta”, título do pesquizador Gustavo Vieira, objetiva o uso de material de baixo custo para enriquecer a alimentação de populações carentes. O processo consiste na degradação de moléculas orgânicas complexas em simples por meio de um catalisador e na posterior liofilização. O pó resultante é de alto teor nutritivo, com baixa umidade e resiste, em bom estado de conservação, por longos períodos. (Jornal do Brasil - 27/08/94) Com base nos processos descritos no artigo acima, assinale a opção correta. a) As moléculas orgânicas simples obtidas são glicerídios que são utilizados pelo organismo com função reguladora. b) As moléculas orgânicas complexas empregadas são proteínas que, ao serem digeridas em aminoácidos são utilizadas pelo organismo com a função estrutural. c) O catalisador do processo é uma enzima capaz de degradar proteínas em monossacarídeos essenciais às liberação de energia para as atividades orgânicas. d) A hidrólise enzimática de moléculas orgânicas complexas é realizada por catalisador inorgânico em presença de água. e) O alto teor nutritivo do produto é devido ao fato de as moléculas orgânicas simples obtidas serem sais minerais indispensáveis ao desenvolvimento orgânico. 8. Considere os compostos, apresentados na coluna da superior, e as características, apresentadas na coluna inferior e, após, assinale com V (verdadeiro) ou F (falso) as proposições adiante. (I) água (II) sal mineral (III) monossacarídeo (IV) lipídeo (V) enzima
  • 35. 35 (A) biocatalizador de origem protéica (B) molécula mais abundante na matéria viva (C) composto orgânico (D) composto inorgânico (E) tipo de carboidrato ( ) III - E ( ) II - B ( ) III - C ( ) I - C ( ) IV - C ( ) V – D 9. As proteínas são compostos: a) formados por carboidratos e lipídios unidos por pontes de hidrogênio. b) de tamanho muito pequeno (micromoléculas) e que ocorrem em baixa concentração dentro da célula. c) que não fazem parte da constituição química dos cromossomos. d) formados por aminoácidos unidos por ligações peptídicas. e) responsáveis pela transmissão da informação genética. 10. Numere a 2ª. Coluna de acordo com a 1ª. Coluna 1 1 – DNA 2 – RNA Coluna 2 ( ) Dupla hélice ( ) Ribose ( ) Fita única ou simples ( ) Desoxirribose ( ) Bases nitrogenadas: adenina, guanina, citosina, timina ( ) Bases nitrogenadas: adenina, guanina, citosina, uracila. A seqüência correta é: a) 1 – 2 – 1 – 2 – 2 – 1 b) 2 – 1 – 1 – 2 – 2 – 2 c) 1 – 2 – 2 – 1 – 1 – 2 d) 2 – 1 – 2 – 1 – 1 – 2 e) 1 – 1 – 2 – 2 – 2 – 1 Estrutura Celular Células Observe as imagens abaixo. As fotos mostram algumas características dos seres vivos: a capacidade de se movimentar, de se nutrir, de crescer e se reproduzir. Porém, há uma característica comum a todos os seres vivos que não pode ser vista a olho nu, mas apenas com a ajuda de um aparelho especial, o microscópio: todos os seres vivos são formados por pequenas unidades vivas, as células. E tudo o que os seres vivos são capazes de fazer ocorre graças ao trabalho em equipe realizado pelas células.
  • 36. 36 fig 1.1 filhote de tartaruga (cerca de 6 cm de comprimento). plantinha crescendo (cerca de 4 cm de comprimento). Conhecendo a célula Animais e plantas são seres pluricelulares, quer dizer, são formados por muitas células. Nosso corpo, por exemplo, é formado por um número muito grande de células: cerca de 65 trilhões. Mas existem também seres formados por uma única célula: são os chamados seres unicelulares. Veja a figura 1.2. Esses seres só podem ser vistos com o auxílio do microscópio. Fig.1.2 A maioria das células mede pouco menos que a milésima parte do milímetro. São raras as células maiores que isso. Para medir elementos tão pequenos quanto a célula, os cientistas criaram unidades de medidas menores que o milímetro. Uma das mais usadas é o micrômetro, que corresponde à milésima parte do milímetro. A maioria das células mede de 10 a 100 micrômetros (ou de 0,001 a 0,1 milímetros).ameba (Com cerca de 0,25 mm de diâmetro). Células Procariontes Em alguns organismos mais simples a célula não apresenta um núcleo individualizado, bem visível, em cujo interior se concentra o material genético. Falta-lhe a membrana nuclear, carioteca ou cariomembrana; o conteúdo nuclear se apresenta espalhado por todo o interior celular, dando a impressão de que a célula não possui núcleo. Ela o possui, apenas não está individualizado; encontra-se disperso ou difuso no citoplasma. Esse tipo de célula é chamado de procariota e, os organismos que são formados por células desse tipo são os procariontes. Bactérias e cianófitas (algas cianofíceas) são procariontes e estão agrupadas no reino Monera.
  • 37. 37 Células Eucariontes Estas células possuem um núcleo delimitado por um sistema de membranas (a membrana nuclear ou carioteca), nitidamente separado do citoplasma. Têm um rico sistema de membranas que formam numerosos compartimentos, separando entre si os diversos processos metabólicos que ocorrem na célula. A maioria dos animais e plantas a que estamos habituados são dotados deste tipo de células. Acredita-se que a membrana da célula "primitiva" tenha emitido internamente prolongamentos ou invaginações da sua superfície, os quais se multiplicaram, adquiriram complexidade crescente, conglomeraram-se ao redor do bloco inicial até o ponto de formarem a intrincada malha do retículo endoplasmático. Dali ela teria sofrido outros processos de dobramentos e originou outras estruturas intracelulares como o complexo de Golgi, vacúolos, lisossomos e outras. Quanto aos cloroplastos (e outros plastídeos) e mitocôndrias, atualmente há uma corrente de cientistas que acreditam que a melhor teoria que explica a existência destes orgânulos é a Teoria da Endossimbiose, segundo a qual um ser com uma célula maior possuía dentro de sí uma célula menor mas com melhores características, fornecendo um refúgio à menor e esta a capacidade de fotossintetizar ou de sintetizar proteínas com interesse para a outra. Os níveis de organização das Células Eucariotas Nesse grupo encontram-se:
  • 38. 38 Células Vegetais (com cloroplastos e com parede celular; normalmente, apenas, um grande vacúolo central) Células Animais (sem cloroplastos e sem parede celular; vários pequenos vacúolos) A célula animal Célula animal é uma célula que se pode encontrar nos animais e que se distingue da célula vegetal pela ausência de parede celular e de plastos. Possui flagelo, o que não é comum nas células vegetais. Partes de uma célula animal: Em praticamente todas as células podemos distinguir três partes: a membrana plasmática, o citoplasma e o núcleo. A membrana celular (membrana plasmática ou plasmalema) tem espessura de 7,5 nanômetros, o que a torna visível somente ao microscópio eletrônico, no qual aparece como um sistema de três camadas: duas escuras, eletrodensas, e entre elas uma camada clara. Esta estrutura trilaminar é chamada unidade de membrana. Sua composição química é lipoproteica, sendo 75% de proteínas e 25% de gorduras. A membrana controla a entrada e saída de substâncias da célula, mantendo quase constante a composição do seu meio interno. Possui permeabilidade seletiva, permitindo a livre passagem de algumas substâncias e não de outras. Engloba partículas (endocitose) por fagocitose (partículas grandes) ou por pinocitose (partículas pequenas e gotículas). O citoplasma é constituído por uma substância fundamental amorfa – o hialoplasma ou citosol – que contém água, proteínas, íons, aminoácidos e outras substâncias. A parte proteica pode sofrer modificações reversíveis em sua estrutura, aumentando ou diminuindo sua viscosidade, alternando de gel (mais denso) para sol (mais fluido) ou vice-versa. Mergulhados no hialoplasma estão os organóides e os grânulos de depósito de substâncias diversas, como glicogênio ou gorduras. Os organóides possuem funções específicas, sendo alguns revestidos por membranas e outros, não. O núcleo, controlador da atividade celular, é bem individualizado e delimitado por uma dupla membrana, a carioteca ou membrana nuclear. Seu interior é ocupado pela cariolinfa, na qual está mergulhado o material genético formado por DNA associado a proteínas, a cromatina. Observa-se, ainda, um corpúsculo denso, esférico, chamado nucléolo. Estrutura de uma célula animal Membrana Plasmática Envoltório celular presente em todos os tipos de células. Segundo o modelo do mosaico fluido, a membrana plasmática é formada por duas camadas de fosfolipídios com proteínas mergulhadas. As proteínas servem como portões, controlando a entrada de partículas maiores dentro da célula, como açucares, aminoácidos e proteínas. Então podemos considerar que a membrana plasmática possui permeabilidade seletiva, ou seja, apenas algumas substâncias passam por ela.
  • 39. 39 Envoltórios externos à membrana plasmática Dos envoltórios externos à membrana plasmática temos o glicocálix, a parede celular e as capsulas: Glicocálix: Presentes em células animais e de muitos protistas. É uma camada frouxa de glicídios, associados a lipídios e às proteínas da membrana. Possui várias funções: *Da maior resistência para a membrana plasmática, contra agentes físicos e químicos. *Confere as células a capacidade de se reconhecerem. *Retém nutrientes e enzimas ao redor da célula. Parede celular: Presentes na maioria das bactérias, nas cianobactérias, em alguns protistas, nos fungos e nas plantas. É uma estrutura semi-rígida e não interfere na entrada e saída de nutrientes da célula. A composição da parede celular vária com o grupo a que pertence: *Bactérias e cianobactérias: é formada por uma substância comum dos procariontes, as peptideoglicanas, essa substância é formada por açucares associados a aminoácidos. *Protoctistas: é formada por sílica ou celulose. *Fungos: formada basicamente por quitina ou celulose em alguns grupos. *Plantas: formada por celulose e um pouco de suberina e lignina. Capsula: presente em algumas bactérias, denominadas de capsuladas. Citoplasma Substancia com consistência gelatinosa, formada por 85% de água e proteínas (microfilamentos e microtúbulos). Organelas presentes no citoplasma ou hialoplasma:
  • 40. 40 Complexo de Golgiense- Sistema de bolsas achatadas e empilhadas. Armazenam substâncias produzidas pela célula, como as proteínas. Ribossomos - Tem a função de síntese de proteínas, encontra-se associado ao reticulo endoplasmático ou livre no citoplasma. Mitocôndrias – tem a forma de bastonete. São responsáveis pela respiração celular, produzindo energia para a célula, sob forma de ATP. Lisossomos - São pequenas vesículas que contêm enzimas digestivas. Fazem a digestão intracelular. Centríolos ou Diplossomos- é formado por um conjunto de microtúbulos. Tem a função de orientação do processo de divisão celular. Retículo endoplasmático: conjunto de tubos, canais e sacos membranosos, por dentro dos quais circulam substâncias fabricadas pela célula. Pode ser agranular ou granuloso (com adesão de ribossomos). Cílios e Flagelos - São expansões da superfície da célula; os cílios são curtos e geralmente numerosos; os flagelos são longos e em pequeno número. Tem a função de movimentação da célula ou do meio líquido. Núcleo: é o centro de controle das atividades celulares e onde fica armazenado as característica de uma pessoa (DNA), como cor de olhos e cabelos. Ele é revestido pela carioteca. Peroxíssomos: bolsas membranosas (semelhantes aos lipossomos) que contêm alguns tipos de enzimas digestivas que degradam as gorduras e os aminoácidos. Uma dessas enzimas, a catalase, decompõe a água oxigenada (H2O2), prevenindo lesões oxidativas da célula. No fígado atuam na degradação de substâncias tóxicas (álcool, drogas) A Célula vegetal A organização eucariótica da célula vegetal é muito parecida com a da célula animal, apresentando muitas organelas comuns, como mitocôndrias, retículo endoplasmático, complexo de Golgi, ribossomos, entre outras. A célula vegetal apresenta estruturas típicas, como a membrana celulósica que reveste externamente a célula vegetal, sendo constituída basicamente de celulose. Uma outra estrutura que caracteriza a célula vegetal é o cloroplasto, organela na qual ocorre a fotossíntese. Fig 1.5
  • 41. 41 Na verdade, os cloroplastos são, entre outras, organelas que podem ser classificadas como cromoplastos, pois são organelas que possuem pigmentos (substâncias coloridas) que absorvem energia luminosa para a realização da fotossíntese. Entre os cromoplastos, além do cloroplasto que contém clorofila (pigmento verde), existem os xantoplastos, que contém xantofila (pigmento amarelo), os eritroplastos, que contém a licopeno (pigmento vermelho), e assim por diante. Quando os plastos não possuem pigmentos coloridos, são chamados de leucoplastos, como os amiloplastos que armazenam amido. Observe, no esquema da célula vegetal, que o vacúolo é uma organela com dimensões maiores que na célula animal e ocupa grande parte do hialoplasma da célula. Podemos diferenciar a célula vegetal da célula animal também pela ausência dos centríolos nos vegetais superiores. Fig 1.6 2. Principais diferenças entre célula animal e vegetal Nos tecidos vegetais, as comunicações entre as células são feitas por meio de estruturas denominadas plasmodesmos. Os plasmodesmos permitem trocas de materiais entre células vegetais vizinhas por meio de pontes citoplasmáticas. Exercício
  • 42. 42 1. Qual é a função associada com cada uma das seguintes estruturas celulares? a) membrana plasmática___________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ b) ribossomos_____________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ c) lisossomos______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ d) mitocôndrias____________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 2. No esquema abaixo, as setas 1, 2, 3, 4, 5 e 6 indicam as estruturas de uma célula eucarionte. Escreva o nome delas: 3. Diferencie Pinocitose de fagocitose. 4. Cite as principais diferenças entre: a) Célula procariótica e eucariótica. b) Célula animal e vegetal. Testes 1. (MOJI-SP) A membrana plasmática, apesar de invisível ao microscópio óptico, está presente: a) em todas as células, seja ela procariótica ou eucariótica. b) apenas nas células animais. c) apenas nas células vegetais. d) apenas nas células dos eucariontes. e) apenas nas células dos procariontes.
  • 43. 43 2. (UFF-94) A membrana plasmática é constituída de uma bicamada de fosfolipídeos, onde estão mergulhadas moléculas de proteínas globulares. As proteínas aí encontradas: a) estão dispostas externamente, formando uma capa que delimita o volume celular e mantém a diferença de composição molecular entre os meios intra e extracelular. b) apresentam disposição fixa, o que possibilita sua ação no transporte de íons e moléculas através da membrana. c) têm movimentação livre no plano da membrana, o que permite atuarem como receptores de sinais. d) dispõem-se na região mais interna, sendo responsáveis pela maior permeabilidade da membrana a moléculas hidrofóbicas. e) localizam-se entre as duas camadas de fosfolipídeos, funcionando como um citoesqueleto, que determina a morfologia celular. 3. (VEST-RIO-92) Os seres vivos, exceto os vírus, apresentam estrutura celular. Entretanto, não há nada que corresponda a uma célula típica, pois, tanto os organismos unicelulares como as células dos vários tecidos dos pluricelulares são muito diferentes entre si. Apesar dessa enorme variedade, todas as células vivas apresentam o seguinte componente: a) retículo endoplasmático. b) membrana plasmática. c) aparelho de Golgi. d) mitocôndria. e) cloroplasto. 4. (UGF-93) Na maioria das células vegetais, encontram-se pontes citoplasmáticas que estabelecem continuidade entre células adjacentes. Estas pontes são denominadas: a) microtúbulos. b) polissomos. c) desmossomos. d) microvilosidades. e) plasmodesmos. 5. (UFRJ) O reforço externo da membrana celular nos vegetais é: a) rígido, celulósico e colado à membrana plasmática. b) elástico, celulósico e colado à membrana plasmática. c) rígido, celulósico e capaz de se descolar da membrana plasmática. d) elástico, celulósico e capaz de se destacar da membrana plasmática. e) rígido e de natureza exclusivamente proteica. 6. (PUC-RJ) As células animais diferem das células vegetais porque estas contêm várias estruturas e organelas características. Na lista abaixo, marque a organela ou estrutura comum às células animais e vegetais. a) vacúolo b) parede celular c) cloroplastos d) membrana celular e) centríolo 7. (PUCC) Nas células, a função de secreção está reservada: a) ao aparelho de Golgi b) às mitocôndrias c) ao retículo endoplasmático d) aos ribossomos e) aos lisossomos
  • 44. 44 8. Numa célula especializada na produção de energia espera-se encontrar grande número de: a) cílios b) mitocôndrias c) nucléolos d) ribossomos e) corpos de Golgi 9. (UF-CE) O aspecto comum do Complexo de Golgi, em células animais, deduzindo através de observações ao microscópio eletrônico, é de: a) vesículas formadas por dupla membrana, sendo a interna sem granulações e com dobras voltadas para o interior; b) membranas granulosas delimitando vesículas e sacos achatados, que dispõem paralelamente; c) um complexo de membranas formando tubos anastomosados, com dilatações em forma de disco; d) sacos e vesículas achatadas, formadas por membrana dupla em que a interna, cheia de grânulos, emite para o interior prolongamentos em forma de dobras; e) membranas lisas delimitando vesículas e sacos achatados, que se dispõem paralelamente. 10. (Uel) Observe o esquema a seguir. Ele representa a) uma bactéria. b) um protozoário. c) um fungo. d) uma célula animal. e) uma célula vegetal.