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CAPÍTULO 1 FUNDAMENTOS DE BIOLOGIA CELULAR E DO DESENVOLVIMENTO Profa.Ivana BM Cruz, UFSM - 2011 Padrão de Organização dos Seres Vivos • Auto-criação (autopoiése) • Reprodução • Manutenção da constância do ambiente interno (homeostase) e do reparo AUTO-CRIAÇÃO REPRODUÇÃO HOMEOSTASE MACRO-MOLÉCULAS FUNDAMENTAIS DOS SERES VIVOS Alimentos Carboidratos Glicose -Produção de energia: glicose -Armazenamento de energia: Glicose- Sangue Glicogênio – Músculos Fígado Fonte carboidratos (glicose): -Dieta -Produzida pelo organismo UNIDADE MACRO-MOLÉCULAS FUNDAMENTAIS DOS SERES VIVOS Lipídios Principais moléculas Ácidos graxos -Triglicerídeos -Colesterol Moléculas mais heterogêneas Participam: - Membrana Plasmática - A partir do colesterol são sintetizados todos os hormônios esteróides do corpo como o estrogênio, testosterona, vitamina D, etc. MACRO-MOLÉCULAS FUNDAMENTAIS DOS SERES VIVOS Proteínas Unidade fudamental: Aminoácidos Cadeia de aminoácidos Molécula fundamental na estrutura celular do ser vivo Alimentos MACRO-MOLÉCULAS FUNDAMENTAIS DOS SERES VIVOS 20 AMINOÁCIDOS AMINOÁCIDOS ESSENCIAIS: não sintetizamos arginina, fenilalanina, isoleucina, leucina, lisina, metionina, serina, treonina, triptofano, Proteínas histidina e valina AMINOÁCIDOS NÃO-ESSENCIAIS alanina, asparagina, cisteína, glicina, glutamina, prolina, tirosina, ácido aspártico, ácido glutâmico MACRO-MOLÉCULAS FUNDAMENTAIS DOS SERES VIVOS Ácidos Nucleícos: DNA & RNAs ORGANIZAÇÃO DOS SERES VIVOS MULTICELULARES Moléculas Tecidos Órgãos Sistemas Corporais Organismos ECOLOGIA Populações Ecossistema de diferentes Espécies Biosfera EMBRIOLOGIA Células Formação QUÍMICA BIOLOGIA CELULAR HISTOLOGIA ANATOMIA FISIOLOGIA GENÉTICA NÍVEIS DE ORGNIZAÇÃO DOS SERES VIVOS Átomos CÉLULAS E TECIDOS Membrana Celular Membrana Celular: funções - Delimitação (isolamento físico) da célula em relação ao ambiente que a rodeia; -Regulação das trocas químicas ou físicas entre o interior da célula e o ambiente externos; -Comunicação entre as células e o seu meio ambiente; -Suporte estrutural para que as células formem os tecidos corporais -Delimitação de ambientes específicos intracelulares que possuem funções diferenciadas (organelas). Membrana Celular Fonte: Silverthorn, 2002 Membrana Celular Membrana celular: estrutura Membrana celular: proteínas Membrana celular: proteínas Membrana celular: proteínas Membrana celular: proteínas Membrana celular: proteínas Membrana celular: proteínas Membrana celular: proteínas Membrana celular: proteínas Movimento através da membrana Membrana: comunicação célulacélula -Existem dois tipos de sinais: químicos ou elétricos -Existem três processos de comunicação: (1) transferência citoplasmática de sinais químicos/elétricos via junções comunicantes (2) comunicação local de substâncias que se difundem através do líquido extracelular (3) comunicação a longa distância: hormônios Fonte: Silverthorn, 2002 Membrana: comunicação célulacélula Membrana: comunicação célulacélula Membrana: comunicação célulacélula Membrana: comunicação célulacélula Membrana: comunicação célulacélula CITOSOL E ORGANELAS CITOSOL E ORGANELAS PRINCIPAIS FUNÇÕES DO CITOESQUELETO Determina a forma das células Estabiliza a posição das organelas dentro do citoplasma Auxilia no transporte de moléculas para dentro e para fora da célula Auxilia na manutenção da célula em um local do tecido Permite o movimento de algumas células através do corpo CITOSOL E ORGANELAS CITOSOL E ORGANELAS CITOSOL E ORGANELAS CITOSOL E ORGANELAS CITOSOL E ORGANELAS CITOSOL E ORGANELAS MATRIZ EXTRACELULAR Material sintetizado que e secretado pelas células de um tecido Serve como sustentação do tecido e atua na manutenção da homeostase corporal A quantidade de matriz extracelular As moléculas que compõe a matriz extracelular Altamente variáveis e dependente do tipo de tecido CICLO CELULAR 1 SENESCÊNCIA CELULAR 2 3 n LIMITE DE HAYFLICK + 50 DIVISÕES CICLO CELULAR MITOSE G2 G1 S n=50 ENVELHECIMENTO CELULAR MITOSE G2 G1 n ~ 50 S Modificações Estruturais e funcionais -Cessa a proliferação - Célula cresce Revisando… Proteção aos genes que estão nos cromossomos Estrutura telomérica Telômero possui uma simples molécula de DNA (TTAGGG)n Resto do cromossomo é dupla fita Cromossomo ENCURTAMENTO TELOMÉRICO Processos Fundamentais da Diferenciação Celular Divisão Celular • Mitose Prófase Metáfase Anáfase Telófase Interações Bioquímicas • Moléculas bioquímicas modulam: • regulação diferencial dos genes: Genes funcionam conforme: - células e estágio do desenvolvimento Núcleo Como ocorre o desenvolvimento corporal e a manutenção da homeostase se todas as células contém o mesmo DNA? Célula DOGMA GENE-PROTEÍNA/RNA Célula DNA 5’ATTCGTTAGAGACCATTGGAT3’ 3’TAAGCAATCTCTGGTAAGCTA5’ Núcleo 5’ATTCGTTAGAGACCATTGGAT3’ htRNA Sliplicing 5’ATTCGTTACCATTGGAT3’ mRNA Proteínas ESTRUTURA DO GENE EUCARIÓTICO GENE: DNA Célula DNA 5’ATTCGTTAGAGACCATTGGAT3’ EXON EXON EXON 3’TAAGCAATCTCTGGTAAGCTA5’ Núcleo 5’ATTCGTTAGAGACCATTGGAT3’ RNA AUG INTRON Região Promotora 5’ATTCGTTAGAGACCATTGGAT3’ Proteínas RNA Heterogêneo UAA INTRON Transcrição EXON AUG EXON INTRON Núcleo EXON UAA INTRON Splicing Processamento Citoplasma mRNA AUG Tradução Proteína UAA ESTRUTURA DO GENE EUCARIÓTICO Inibição/ Estimulação Região Promotora Modulação da Expressão do gene Estradiol Testosterona REGULAÇÃO DA EXPRESSÃO GÊNICA Inibição/ Estimulação Região Promotora Modulação da Expressão do gene Resveratrol DIETA BENEFÍCIO A SAÚDE Regulação Gênica Muitos processos biológicos ocorrem em todas as células portanto a síntese de muitas proteínas é igual Algumas PROTEÍNAS são abundantes em tipos Especializados de células apesar dos seus Genes estarem em TODAS AS CÉLULAS Regulação Gênica Estudos sugerem que uma célula eucariótica Expressa aproximadamente 10-20 mil genes dos 30 mil genes que possui. Regulação Gênica A expressão de um gene é CONTROLADA DNA Controle transcricional Rna heterogêneo Controle splicing mRNA (processamento) Controle traducional Proteína Controle pós-síntese Modificações pós-síntese Regulação Gênica A expressão de um gene é CONTROLADA DNA Controle transcricional Rna heterogêneo Controle splicing mRNA (processamento) Controle traducional Proteína Controle pós-síntese Modificações pós-síntese Movimento Celular -Para a formação dos tecidos e órgãos -Muitas células precisam se mover dentro do embrião -Este processo denomina-se: -Movimento Celular ou Migração Celular -Movimento celular é gerado por elementos contráteis do citoesqueleto -Principais proteínas associadas ao movimento celular: integrinas e fibronectinas Integrinas Direção da migração Filopódia Contato focal Parece que a migração celular é mediada por proteínas que são agrupadas “Família Abelson de tirosina quinases- Abn Family”. Adesão Celular • Processo pelo qual as células ficam aderidas em um determinado local do corpo. • Mediado por moléculas conhecidas como: • CAM= moléculas células-adesivas • (Cell Adhesive Molecules) • Ex. Caderinas Adesão Celular Caderinas conectam uma célula na outra Auxiliando na adesão a matriz extracelular Morte Celular ProgramadaApotose • Suícidio de determinadas linhagens celulares ao longo da embriogênese, ou de algumas células ao longo da vida Morte Celular ProgramadaApotose • Exemplo: formação dos dedos BIOLOGIA CELULAR E O CÂNCER ESCAPE DA SENESCÊNCIA REPLICATIVA CELULAR: CÂNCER Causado pelo crescimento descontrolado de células que também têm a capacidade de invadir outros tecidos e formar tumores secundários (metástases) O CÂNCER É UMA DOENÇA GENÉTICA CAUSADO POR ACÚMULO DE MUTAÇÕES Ocorrem mutações no DNA Ativam genes que estavam silenciados Proto-oncogenes Inativam genes que estavam ativos Genes de supressão tumoral Célula normal 1a Mutação 2a Mutação 3a Mutação Célula Maligna (Câncer) PRINCIPAIS ALTERAÇÕES MORFO-FUNCIONAIS DA CÉLULA CANCEROSA (1) DIVISÃO CELULAR NEOPLASIA Escape da senescência celular MITOSE G1 G2 S Número Indefinido de Mitoses IMORTALIZAÇÃO PRINCIPAL CAUSA DA IMORTALIZAÇÃO RE-ATIVAÇÃO DA ENZIMA TELOMERASE OS TELÔMEROS DA CÉLULA VOLTAM A SER PRODUZIDOS CÉLULA SE REPLICA INDEFINIDAMENTE Imortalização Linhagem celular Imortal de Henrietta Lacks Mulher jovem com câncer cervical (Adenocarcinoma) Morreu em 1951 Células continuam a ser produzidas e utilizadas por laboratórios no mundo todo CÉLULAS HeLA Utilizadas para estudos in vitro sobre o câncer (2) ALTERAÇÕES NAS INTERAÇÕES BIOQUÍMICAS Citoesqueleto desorganizado: perda da forma celular original Menor quantidade de organelas Menor tamanho celular Núcleo fica proporcionalmente maior em relação a célula Perda da função celular (2) Exemplo: câncer de colo do útero Útero Cervix saudável Esfregaço celular (Exame Papanicolau) Cervix com carcinoma Célula saudável (3) MOVIMENTO E ADESÃO CELULAR (3) MOVIMENTO E ADESÃO CELULAR Consequência principal: METÁSTASES (3) MOVIMENTO E ADESÃO CELULAR (4) APOPTOSE Câncer – resistência a apoptose células não desencadeiam a sua morte Esta alteração está relacionada: - com o inicio da carcinogênese - com resistência de células cancerosas a quimioterapia e a radioterapia Mecanismos de resistência: - inibição de proteínas pró-apoptóticas Ex. p53 - expressão de proteínas pró-oncogênicas Ex. survivinas CONSIDERAÇÕES FINAIS O padrão de auto-organização dos seres vivos, em especial dos organismos multicelulares, Envolve padrões cito-morfológicos e fisiológicos Que garantem o seu desenvolvimento, processos de regeneração/cicatrização, controle homeostático e reprodução. Para tanto existem 05 processos fundamentais REFERÊNCIAS – BIBLIOGRÁFICAS E DE FIGURAS JUNQUEIRA LC & CARNEIRO J. Histologia Básica. Guanabara-Koogan, Rio de Janeiro, 2004; 2008 KERR JB. Atlas de Histologia Funcional. Artes Médicas, Porto Alegre, 2000. GARTNER Color Atlas Histology. Williams & Wilkins, Baltimore, 1994. KIERSZENBAUM AL. Histologia e biologia celular: uma introdução a patologia. Elsevier, Rio de Janeiro. 2008. COCHARD LR. Atlas de embriologia humana de Netter. Artmed, Porto Alegre, 2001. DOYLE MJ. Embriologia humana, Atheneu, São Paulo, 2005. MOORE K. Embriologia Clínica, Elsevier, Rio de Janeiro, 2008. BREW MCC. Histologia geral para a odontologia, Guanabara-Koogan, Rio de Janeiro, 2003. 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