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Crescimento e renovação celular Molécula de DNA nos sere vivos: Nos seres procariontes, o material genético, encontra-se desorganizado no citoplasma. Neste seres, existe apenas 1 molécula de DNA (simples) não estando associada a proteínas. Esta molécula constitui o nucleoide. Nas células eucarióticas, o material genético encontra-se essencialmente no núcleo embora possa ser encontrado nas mitocôndrias e cloroplastos. Este encontra-se individualizado do resto da célula sendo revestido por 2 membranas que constituem o invólucro nuclear. A comunicação entre o núcleo e o citoplasma é feita através de poros nucleares que asseguram essa comunicação. Formação e constituição do DNA A molécula de DNA é responsável pelo controlo de toda a atividade celular através da formação de proteínas que intervêm em todas as reações químicas das células. As moléculas de DNA são constituídas por um vasto numero de nucleótidos (monómeros dos ácidos nucleicos). Cada nucleótido de DNA apresenta na sua constituição, um grupo fosfato, uma base azotada e uma pentose. Bases azotadas de anel duplo: G-A - púrica Bases azotadas de anel simples C-T - pirimídica As ligações entre nucleótidos dão-se através de reações de síntese onde há ligação do 3º carbono (3’) do primeiro nucleótido, ao grupo fosfato do nucleótido seguinte. Este processo vai se repetindo até formar uma cadeia polinucleotídica complexa sempre na direção 5’ → 3’. Estas reações de síntese, são possíveis graças á intervenção da enzima DNA polimerase que favorece a ligação entre nucleótidos. Na molécula de DNA, verifica-se que a percentagem de adenina e timina são muito próximas e que o mesmo acontece com a guanina e a citosina. Este facto permite esclarecer que a adenina emparelha sempre com a timina e a citosina com a guanina. Estrutura molécula de DNA Em qualquer ser vivo, a molécula de DNA apresenta sempre a mesma estrutura em hélice da qual fazem parte duas cadeias polinucleotídicas ligas entre si através das bases azotadas. As cadeias desenvolvem-se em sentidos opostos de 5’ para 3’. Assim, á extremidade 3’ livre de uma cadeia corresponde a extremidade 5’ livre da outra cadeia – dizem-se antiparalelas. A ligação entre as duas cadeias é assegurada por pontes de hidrogénio que se estabelecem entre as bases azotadas – sempre uma base de anel simples com uma de anel duplo. Resumindo a molécula de DNA possui 2 cadeias polinucleotídicas antiparalelas constituídas por grupos fosfatos e pentoses (desoxirriboses) e são ligadas entre si pelas bases azotas dos nucleótidos que se ligam através de ponte de hidrogénio.

Genes Um gene corresponde a uma determinada secção de DNA que é responsável por uma determinada característica. O tipo, o numero e a ordem com que os nucleótidos de dispõem condicionam a mensagem/informação genética transportada pelos genes dai a grande variedade de moléculas de DNA. Todas as células do organismo possuem a mesma informação genética. A informação genética, é a capacidade que o DNA tem de controlar a o tipo de proteínas que a célula forma de modo a controlar toda a atividade celular. Esta capacidade é definida pela ordem na qual os nucleótidos se dispõem ao longo da cadeia do DNA. A quantidade de genes que caracterizam uma célula dá o nome de genoma. O ser humano possui 46 moléculas de DNA em cada célula sendo este o cariotipo para a nossa espécie. Replicação do DNA Hipótese semiconservativa O complexo enzimático DNA polimerase, liga-se a uma extremidade da cadeia rompendo as pontes de hidrogénio existentes entre as bases azotadas. De seguida, nucleótidos livres no núcleo, ligam-se por complementaridade ás bases azotadas das duas cadeia começando a formar novas cadeias sempre de 5’ para 3’. No final, são originadas 2 novas moléculas. Cada uma delas tem uma cadeia original e outra nova – as novas moléculas formadas, são iguais á original e iguais entre si o que permite a conservação da informação genética. Resumindo, este processo permite a formação de novas moléculas de DNA com a mesma sequencia de nucleótidos da molécula original e por isso têm a mesma informação genética. Composição e estrutura do RNA RNA Uma cadeia polinucleotídica. A pentose é a ribose. As bases azotadas presentes são A,G,U e C. A razão adenina-uracilo e guanina-citosina varia. A quantidade varia de célula para célula e dentro da mesma célula de acordo com a atividade metabólica. Quimicamente pouco estável. Pode ser temporário, existindo por curtos períodos. Apresenta três formas básicas: mensageiro, transferência, ribossómico. Diferentes tipos de moléculas de RNA  mRNA (RNA mensageiro)

DNA Duas novas polinucleotídicas. A pentose é a desoxirribose. As bases azotadas presentes são A,G, T e C. A razão adenina-timina e guanina-citosina não varia. A quantidade é constante em todas as células da mesma espécie (exceto gâmetas e certos esporos). Quimicamente muito estável. Permanente. Somente uma forma básica.

O RNA mensageiro, é uma cadeia simples de nucleótidos com a função de transportar a informação contida no DNA para o local de síntese proteica (ribossomas).  tRNA (RNA de transferência) Cadeia simples, dobrada em alguns pontos devido a pontes de hidrogénio que se estabeleceram entre as bases com a função de transportar aminoácidos para o local de síntese proteica.  rRNA (RNA ribossómico) Cadeia simples dobrada que faz parte da constituição dos ribossomas. Como é q o DNA controla toda a atividade celular A sequência de nucleótidos de DNA determina a sequencia de aminoácidos das proteínas. Como as proteínas que cada célula tem controlam o metabolismo celular podemos afirmar que é o DNA que controla toda a atividade celular. Porem, para ocorrer a síntese proteica que formara as proteínas que controlam todo o metabolismo celular, a informação contida no DNA tem de ser descodificada para poder ser usada neste processo. Código Genético A informação contida no DNA sob a forma de uma sequencia nucleotídica, é copiada para o RNA mensageiro sendo depois descodificada e traduzida ao nível dos ribossomas numa sequencia de aminoácidos que constituem uma determinada proteína. O código genético, constitui uma correspondência entre os codões do mRNA e a sequência de aminoácidos diferentes das proteínas. Apenas sequências de 3 nucleótidos no mRNA possibilita codificar aminoácidos diferentes. Três nucleótidos consecutivos do DNA são chamados tripleto. Como existem sequências de diferentes tripletos, estas sequencias vão determinar a ordenação/sequencias dos aminoácidos nas proteínas. Cada grupo de 3 nucleótidos no RNA mensageiro constitui um codão.  Universalidade do código genético- desde os organismos mais simples aos mais complexos, há uma linguagem comum a quase todas as células. Mesmo os vírus, entidades acelulares, utilizam este código. Conhecem-se, todavia, algumas exceções a esta universalidade. É o caso de protozoários ciliados (por exemplo, a paramécia), em que os codões UAA e UAG não são, como é usual, codões de finalização e codificam o aminoácido glutamina. A universalidade do código genético constitui um argumento a favor da origem comum dos seres vivos e está na base dos seres vivos e está na base de várias aplicações biotecnológicas.  O código genético é redundante- significa que vários codões são sinónimos, isto é, podem codificar o mesmo aminoácido. Por exemplo, os codões CCU, CCC, CCA e CCG codificam o mesmo aminoácido prolina.  O código genético não é ambíguo- a cada codão corresponde um e um só aminoácido.  O terceiro nucleótido de cada codão não é tão específico como os dois primeirospor exemplo, o aminoácido arginina pode ser codificado pelos codões CGU, CGC, CGA e CGC.  O tripleto AUG tem uma dupla função- este codão codifica o mesmo aminoácido metionina e é o codão de iniciação da síntese de proteínas.  Os tripletos de UAA, UAG e UGA são codões de finalização ou codões “stop”- este codões são a instrução para a terminação da cadeia de síntese e não codificam aminoácidos. Síntese proteica DNA

mRNA

Polipéptido

Transcrição Numa determinada porção do gene, vai se ligar o complexo enzimático RNApolimerase a uma das cadeias fazendo com que as pontes de hidrogénio estabelecidas entre as bases azotadas se rompam. A molécula naquela determinada secção “abre”.

Complementaridade de bases DNA -> RNA A→ U T →A G→C C→G De seguida, nucleótidos de RNA soltos no núcleo ligam-se por complementaridade as bases do DNA iniciando uma nova cadeia. (sempre de 5’ para 3’). Quando 2 nucleótidos de RNA se ligam entre si soltam-se da molécula de DNA. Forma-se assim uma cadeia linear de preRNA mensageiro que contem uma copia da informação genética associada aquele gene. No final , a molécula de DNA reconstitui-se através da ligação entre as bases azotadas (por complementaridade) voltando á sua forma original. Processamento Os genes do DNA, contem sequencias de nucleótidos que não codificam informação (intrões) intercaladas com sequencias de nucleótidos que codificam chamados exões. No processamento, são retirados os intrões ao pre mRNA e dá-se a união dos exões tornando se mRNA funcional. Dizemos que o pre mRNA sofreu uma maturação. O RNA mensageiro, migra agora para o citoplasma fixando-se aos ribossomas. Nota: Cadeia de DNA serve de molde para a síntese de mRNA.

Tradução No núcleo, alem do RNA mensageiro são também formada moléculas de RNA de transferência. Estas moléculas, especificas para cada aminoácido, em forma de cruz possuem uma extremidade onde se liga o aminoácido e outra designada anti codão. Existem vários intervenientes neste processo: Os ribossomas (local onde ocorre a tradução) funcionam como uma “mesa de trabalho” onde ocorrera a síntese proteica. Por se tratar de uma reação de síntese, será necessária energia metabólica e como tal esta presente o ATP. Alem destes, estão envolvidas enzimas catalisadoras das reações, mRNA, tRNA e os aminoácidos. A molécula de mRNA, dispõem se sobre os ribossomas onde “cabem” 2 codões. Este processo tem inicio apenas quando sobre o ribossoma se encontra um codão de iniciação (AUG). Nessa altura, uma molécula de RNA transferência, liga-se ao aminoácido metionina e transporta-o ate aos ribossomas. Aqui dá-se a ligação entre o codão de iniciação e o anti - codão correspondente. De seguida, dá-se a ligação de outro anti codão ao com o codão que se encontra imediatamente a seguir do codão de iniciação por complementaridade. Neste ponto, estabelece-se uma ligação peptídica entre os 2 aminoácidos. A molécula mensageira de RNA, desliza sobre o ribossoma dando lugar a um novo codão estabelecendo-se outra ligação peptídica.

Cada vez que a molécula de mRNA deslisa sobre o ribossoma, aminoácido (da extremidade), desliga-se da molécula de tRNA e da molécula de mRNA. Este processo repete-se inúmeras vezes ate chegar ao ribossoma uma codão de terminação. Nesta fase, o tRNA, transporta um aminoácido que termina a cadeia peptídica. Esta desliga-se das moléculas de tRNA e mRNA que serão recicladas pela célula voltando a atuar na síntese proteica. No final a cadeia peptídica ainda não é funcional apresentando uma estrutura primaria. Agora, será transportada no reticulo endoplasmático onde sufrera maturação evoluindo para estrutuas terciaria ou ate mesmo quaternária tornando-se assim uma proteína funcional. Muitas vezes a mesma mensagem de RNA pode ser descodificada simultaneamente por vários ribossomas. Desta forma embora o mRNA tenha pouca duração, são sintetizadas mais cadeias peptídicas idênticas ou seja a atividade do mRNA e amplificada. Mutações Genicas Mutações genicas, consistem na alteração da ordem dos nucleótidos da molécula de DNA durante o processo de replicação. Estas alterações dão-se graças a agentes mutagénicos de vários tipos:  Físicos → radiações;  Químicos → substancias cancerígenas;  Biológicos → bactérias/vírus. As mutações tornam-se transmissíveis, apenas quando esta ocorrem nos gametas (celulas reprodutoras) Quando a mutação ocorre em celulas somáticas, não é transmissível. Por vezes as mutações não são significativas, são silenciosas. Isto deve-se ao facto que o ultimo nucleótido dos codões não é determinante e o código genético e redundante ou seja vários codões codificam o mesmo aminoácido. Tipos de mutações genéticas (genicas)  Substituição: Quando se altera uma base azotada trocando a por outra na cadeia de DNA. O mRNA não vai ter o mesmo codão o que faz com que seja codificado um aminoácido diferente e consequentemente uma nova proteína;  Inserção: quando se adiciona uma base azotada na cadeia de DNA. Vai alterar toda a sequencia de codões do mRNA apos inserção, alterando os aminoácidos que por sua vez conduzem a formação de uma proteína diferente.  Delegação: quando se apaga uma base azotada na cadeia de DNA. Toda a sequencia de codões do mRNA apos a delegação vai ser alterada, alterando também os aminoácidos codificados e consequentemente a proteína formada. Estas alterações vão levar a que haja alteração ao nível das proteínas produzidas. Quando a função desempenhada pela proteína e fundamental para o organismo a versão mutada pode estar na origem de doenças e outras complicações. A importância das mutações prende-se ao facto de que sem elas a evolução das espécies não era possível. Ciclo celular Cromossomas Os cromossomas durante a vida celular podem apresentarse na forma distendida (cromatina) ou condensados (cromossoma com 2 cromatídios). No cromossoma, o DNA encontra-se ligado a proteínas especificas (histonas) que conferem a forma do cromossoma. Fases do ciclo celular A interfase compreende aos intervalos G1, S e G2 G1 ou fase pós-mitótica. Esta fase, que ocorre após a divisão celular e é caracterizada pela uma intensa atividade biossintética (proteínas, enzimas, RNA), formação de organelos e crescimento celular.

Período S de (replicação de DNA) Durante esta fase há replicação semiconservativa de cada uma das moléculas de DNA. Os cromossomas distendidos, condensam e passam a ser constituídos por 2 cromatídios ligados pelo centrómero. G2 ou fase pré-mitótica Síntese de biomoléculas necessárias á divisão celular com consequente crescimento celular, síntese intensa de proteínas. Nas celulas animais, ocorre duplicação dos centrossomas (duplicação de centríolos). Fase mitótica inclui a mitose e a citocinese. Mitose Prófase Os filamentos de cromatina condensam tornando se cada vez mais grossos e mais curtos. Pode-se observar cromossomas individualizados. Os 2 pares de centríolos começam a afastar-se em sentidos opostos (em direção aos polos da célula) formando entre eles um fuso acromático constituído por microtúbulos. O involucro nuclear desintegra-se. Metáfase Os cromossomas atingem condensação máxima. O fuso acromático completa o seu desenvolvimento. Cada cromossoma liga-se as fibras do tubo acromático através do centrómero. Este processo dispõem todos os cromossomas sobre o mesmo plano que coincide com o plano equatorial da célula. Anáfase Dá-se a clivagem de cada um dos centrómeros o que permite que os microtúbulos retardem “arrastando” consigo os cromatídios (um cromatídio igual em cada polo – ascensão polar). Esta fase termina quando termina a ascensão polar. Neste momento, cada polo possui a mesmo conjunto de cromossomas. Telófase O involucro nuclear reorganiza-se formando 2 núcleos filhos a volta dos cromossomas. O fuso acromático desorganiza-se desaparecendo. O DNA começa a descondensar voltando a forma de cromatina. Os nucleótidos reaparecem. A célula fica assim constituída por dois núcleos. Citocinese- individualização das 2 celulas filhas Só e possível em celulas animais. Caracterizada pelo estrangulamento do citoplasma que pode iniciar-se na anáfase ou telófase. O estrangulamento deve-se a um anel contráctil, que contrai “puxando” assim a membrana ate que as 2 celulas filhas se individualizem. Citocinese nas celulas vegetais A existência de parede celular não permite o estrangulamento. Neste caso, vesiculas do complexo de Golgi alinham- se no plano equatorial e fundemse. Estas vesiculas transportam celulose e outras substâncias, constituintes maioritários das paredes celulares.

A fusão entre as diferentes vesiculas, forma a membrana celular, seguida da deposição de celulose que origina uma nova parede celular, que se forma do centro para a periferia dividindo assim a célula.

Diferenças entre a mitose em celulas animais e vegetais Nas celulas animais a mitose ocorre na maior parte dos tecidos enquanto nas plantas apenas ocorre nos meristemas (caule/raiz). Nas celulas vegetais não existem centríolos, o fuso acromático forma-se a partir de um centro organizador de microtúbulos. Nas celulas vegetais o estrangulamento nao é possível, sendo formada uma nova parede a custa de vesiculas Golgianas. Como é assegurada a estabilidade genética Durante a fase S dá-se a replicação semiconservativa do DNA. Cada cromossoma é constituído por 2 cromatídios geneticamente iguais. Durante a anáfase, os cromatídio migram para os polos da célula e no final da citocinese são originadas 2 celulas filhas com exatamente o mesmo numero e tipo de cromossomas. Formam-se assim 2 celulas filhas geneticamente iguais entre elas e iguais á célula que lhe deu origem. Esta então a partir deste processo, assegurada a estabilidade genética.

Regulação ciclo celular (3 pontos de controlo) No período G1 as células fazem uma avaliação interna. Caso essa avaliação seja negativa, ou seja o DNA apresenta-se danificado e não pode ser reparado a célula entra num estado designado G0 interrompendo o ciclo celular. Permanece neste estado durante um certo intervalo de tempo ou é desencadeada apoptose ou morte celular. Se durante o período S ocorreram anomalias na replicação do DNA, a célula desencadeia a mecanismos que levam á apoptose. Durante a mitose o mesmo acontece no caso de não haver um alinhamento correto dos cromossomas ou no caso de os cromossomas não se distribuírem de igual forma nos polos da célula. Estes mecanismos são de extrema importância uma vez que quando falham ocorrer situações de cancro ou neoplasias. Durante a mitose, podem ocorrer anomalias ao nível do DNA que leva a que as celulas se multipliquem descontroladamente originando um tumor. Quando estas celulas adquirem características malignas, são extremamente perigosas uma vez que invadem os vasos sanguíneos e linfáticos deslocando se a outras partes do corpo.

Crescimento e regeneração de tecidos Renovação celular→ substituição de celulas Ex:. Ferimento Regeneração celular → Ex:. Estrela-do-mar A mitose está incluída em processos como renovação e regeneração celular, crescimento e reprodução assexuada. Diferenciação celular Diferenciação celular→ especialização das celulas numa determinado função As celulas diferenciadas, conservam todo o seu DNA mas apena uma parte se encontra ativa. Dai resultam as diferentes funções que cada célula realiza. As primeiras divisões do ovo originam celulas indiferenciadas pois são muito semelhantes entre si e semelhantes célula original que lhe deu origem. Contudo á medida que os ciclos celulares se repetem, as celulas iniciam um processo de diferenciação ate se tornarem celulas especializadas. Em certas situações celulas diferenciadas podem perder a sua especificação tornando-se celulas indiferenciadas.

Celulas estaminais → Celulas indiferenciadas que se podem especializar em diferentes tipos de tecido.  Totipotentes → Celulas que adquirem capacidade de formar um individua completo.  Pluripotentes →Podem originar todo o tipo de células.  Multipotentes →Especializada num só tipo de tecido Embora todas as celulas possuam a mesma informação genética os genes ativos podem não ser os mesmos. Embora todas as células possuam a mesma informação genética os genes ativos podem não ser os mesmos. Os genes da insulina e da hemoglobina situam-se no mesmo cromossoma. Numa célula só estão ativos genes que conferem funções a essa célula e controlam a atividade de outros genes (genes controladores). Mecanismos de regulação da expressividade de genes O controlo ocorre em diferentes níveis da expressividade do gene (tradução processamento/transcrição). Metaplasias- são mudanças reversíveis num determinado tipo de celulas que são substituídas por célula de outro tipo (esófago-vomito). Reprodução nos seres vivos Reproduções assexuadas – formam-se novos indivíduo...