Resumo BIologia Celular

Resumos:

Parte 1:

1. Célula e genoma:

Os organismos vivos se reproduzem transmitindo a informação genética para sua progênie. A célula individual é a unidade mínima de auto reprodução, é o veículo para a transmissão de informação genética em todas as espécies vivas. Todas as células em nosso planeta estocam suas informações genéticas em uma mesma forma química (na forma de DNA fita dupla). As células replicam sua informação separando as fitas de DNA pareadas e usando cada uma delas como molde para a polimerização de uma fita nova de DNA, com uma sequência de nucleotídeos complementares. A mesma estratégia de padrão de polimerização é usada para transcrever parte das informações do DNA em moléculas de polímeros parecidos, o RNA. Estas, por sua vez, guiam a sínteses de moléculas proteicas por meio da mais complexa maquinaria de tradução, envolvendo uma grande máquina multimolecular, o ribossomo, o qual é composto de RNA e de proteínas. As proteínas são as principais catalisadoras para quase todas as reações químicas na célula, outra função inclui a importação e a exportação seletivas de pequenas moléculas através da membrana plasmática que forma o envoltório celular. A função especifica de cada proteína depende de sua sequência de aminoácidos, que é dependente da sequencia de nucleotídeos do DNA correspondente (o gene que codifica para proteína). Desta forma, o genoma da célula determina sua química, e a química de toda célula viva é fundamentalmente similar, porque isto provavelmente possibilita a síntese do DNA, do RNA e das proteínas. A célula mais simples conhecida tem menos de 500 genes. Os procarióticos (células sem um núcleo distinto) são, bioquimicamente, os organismos mais diversos e incluem espécies que podem obter toda sua energia e seus nutrientes de fontes químicas inorgânicas, tais como misturas reativas de minerais liberados em fendas hidrotermais no fundo do mar ( a dieta que pode ter nutrido a primeira célula viva há 3,5 bilhões de anos). As comparações de sequencias de DNA revelam o relacionamento familiar de organismos vivos e mostram que os procariotos se dividem em dois grupos, que divergiram recentemente no curso da evolução: as bactérias (eubactérias) e as arquebactérias. Junto com os eucariotos (células com um núcleo envolvido por membrana), estes constituem os três primeiros ramos da árvore da vida. Muitas bactérias e arquebactérias são pequenos organismos unicelulares com genomas compactos, compreendendo de 1000 a 4000 genes. Vários genes dentro de um único organismo mostram fortes semelhanças familiares em suas sequencias de DNA, implicando que eles se originaram do mesmo gene ancestral, duplicaram este gene e, posteriormente, divergiram semelhanças familiares (homologias) são também claras quando sequencias gênicas são comparadas entre diferentes espécies, e mais de 200 famílias de genes foram tão bem conservadas, que podem ser identificadas igualmente nos três domínios do mundo vivo. Portanto, dada uma sequencia de DNA de um gene descoberto recentemente, é frequentemente possível deduzir a sua função a partir da função de um gene homólogo num organismo-modelo intensivamente estudado, tal como a bactéria E. Coli. As células eucarióticas, por definição, mantém seu DNA num compartimento separado por uma membrana, o núcleo. Além disto, elas têm citoesqueleto para movimentos, compartimentos intracelulares elaborados para a digestão e a secreção, a capacidade (em muitas espécies) de englobar outras células e um metabolismo que depende da oxidação de moléculas orgânicas pela mitocôndria. Essas propriedades sugerem que os eucariotos se originaram como predadores de outras células. As mitocôndrias ( e em plantas, os cloroplastos) contem seu próprio material genético e, evidentemente, evoluíram de bactérias que forma assimiladas no citoplasma da célula eucariótica e sobreviveram como simbiontes. As células eucarióticas têm tipicamente de 3 a 30vezes mais genes que as células procarióticas e, frequentemente, milhares de vezes mais DNA não-codificante. O DNA não-codificante permite um regulação complexa para a expressão gênica, como necessária para a construção de organismos multicelulares complexos. Muitos eucariotos são, entretanto, unicelulares, entre eles a levedura a qual serve como um organismo-modelo simples para a biologia celular eucariótica, revelando a base molecular de processos fundamentais conservados, tais como o ciclo de divisão celular eucariótica. Um pequeno número de outros organismos foi escolhido como modelo principal de plantas e animais multicelulares, e o sequenciamento de seus genomas inteiros abriu um caminho para análises sistemáticas e abrangentes das funções dos genes, da regulação gênica e da diversidade gênica. Com resultado da duplicação gênica durante a evolução dos vertebrados, os genomas de vertebrados contêm múltiplos homólogos, intimamente relacionados a muitos genes. Essa redundância genética tem permitido a simplificação e a diversificação de genes para novos propósitos, mas também torna as funções gênicas mais difíceis de decifrar. Há menos redundância no nematoide e na mosca, os quais têm, portanto, um papel-chave na revelação dos mecanismos genéticos universais do desenvolvimento animal.

1. Proteínas:

A conformação tridimensional de uma molécula de proteína é determinada pela sua sequencia de aminoácidos. A estrutura enovelada é estabilizada por interações não-covalentes entre diferentes partes da cadeia polipeptídica. Os aminoácidos com cadeias laterais hidrofóbicas tendem a posicionar-se no interior da molécula e as interações locais, ligações de hidrogênio entre ligações peptídicas vizinhas, originam hélices α e folhas β. As regiões globulares, conhecidas como domínios são as unidades modulares, a partir das quais muitas proteínas são formadas por vários domínios ligadas uns aos outros por pequenos segmentos de cadeia polipeptídica. As proteínas evoluíram, os domínios foram modificados e combinados com outros domínios para construir novas proteínas. Os domínios que participam da formação de um grande número de proteínas são conhecidos como módulos proteicos. Até agora, aproximadamente mil diferentes modos de se enovelar um domínio foram observados, em cerca de mais de 10mil estruturas proteicas. As proteínas são unidas em grande estruturas pelas mesmas forças não-covalentes que determinam seu dobramento. As proteínas com sítios de ligação para as suas próprias superfícies podem associar-se em dímeros, em anéis fechados, em cápsulas esféricas ou polímeros helicoidais. Embora misturas de proteínas e de ácidos nucleicos possam espontaneamente associar-se em estruturas complexas no tubo de ensaio, muitos processos biológicos de associação envolvem etapas irreversíveis. Em consequência, nem todas as estruturas na célula são capazes de se reconstruir espontaneamente depois de ter sido dissociada em seus componentes. As proteínas podem formar dispositivos químicos enormemente sofisticados, cujas funções dependem, em grande parte, das propriedades químicas detalhadas de sua superfície. Os sítios de ligação para ligantes são formados nas cavidades da superfície, nas quais estão precisamente posicionadas cadeias laterais de aminoácidos arranjadas a partir do enovelamento da proteína. Da mesma maneira, normalmente as cadeias laterais de aminoácidos não-reativas podem ser ativadas fazendo e desfazendo ligações covalentes. As enzimas são proteínas catalíticas que aceleram grandemente as reações, levando ao estado de transição de alta energia, para uma reação especifica, elas também executam simultaneamente catalise ácida e básica. A velocidade das reações enzimáticas é frequentemente tão alta que só é limitada pela difusão, a velocidade pode ser aumentada se as enzimas que agem sequencialmente em um substrato são reunidas em um único complexo multienzimático, ou se as enzimas e seus substratos são limitados ao mesmo compartimento da célula. As proteínas mudam reversivelmente sua forma, quando ligantes ligam-se à sua superfície. As mudanças alostéricas na conformação da proteína produzida por um ligante afetam a ligação de um segundo ligante, e esse acoplamento entre dois ligantes ao sitio de ligação provê um mecanismo crucial para regular os processos da célula. Por exemplo, as vias metabólicas são controladas pela regulação por retroalimentação: algumas moléculas pequenas inibem, e outras ativam enzimas da via. As enzimas controladas dessa forma geralmente constituem uniões simétricas, permitindo mudanças conformacionais cooperativas para criar uma súbita resposta a mudanças nas concentrações do ligante que as regula. As mudanças na conformação das proteínas podem ser induzidas de maneira unidirecional pela liberação de energia química. Nas mudanças alostéricas acopladas à hidrolise de ATP por exemplo, as proteínas podem permanecer ativas, gerar uma força mecânica ou movimentar-se por longas distancias em uma única direção. As estruturas tridimensionais de proteínas, determinadas por cristalografia de raios X, têm revelado como uma pequena mudança local causada pela hidrolise do nucleotídeo trifosfato é amplificada para criar maiores mudanças em outro local na proteína. Isso significa que essas proteínas podem servir como dispositivos de ativação-desativação que transmitem informação, como fatores de união, como motores ou como bombas ligadas a membranas. Máquinas proteicas altamente eficientes são formadas pela incorporação de muitas moléculas de proteínas diferentes em uniões maiores, nas quais são coordenados os movimentos alostéricos dos componentes individuais. Hoje sabemos que essas máquinas executam muitas das reações mais importantes nas células.

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