Biologia Celular: Organelos, Ácidos Nucleicos e Energia

Sistema Endomembranar

O Sistema Endomembranar participa na síntese de vários tipos de macromoléculas. Estruturas como a Clatrina são montadas a partir de subunidades compostas por seis proteínas. Os Coatomeros são formados a partir das proteínas COP (Proteínas Coatoméricas).

Retículo Endoplasmático (RE)

O RE ocupa cerca de 10% do volume celular total. Sua membrana, em comparação com a membrana plasmática (7 nm), é mais fina, composta por 70% de proteína e 30% de lipídios. Possui menos esfingomielina e colesterol, e mais fosfatidilcolina.

Retículo Endoplasmático Rugoso (RER)

• É revestido com ribossomos e é concêntrico ao núcleo.
• Funções: Produção de proteínas, formação de membrana, secreção celular.
• Glicosilação: A maioria das proteínas sintetizadas no RER integra cadeias de carboidratos, geralmente cadeias ramificadas de 12 monossacarídeos.

Retículo Endoplasmático Liso (REL)

• Estrutura de túbulos interligados, semelhante à membrana do RER, mas com mais colesterol e esfingomielina. Não possui ribossomos.
• Funções: Síntese de lipídios, desintoxicação, síntese de proteínas de membrana externa, e regulação do nível de cálcio.

Complexo de Golgi

O Complexo de Golgi possui duas faces:

• Face cis (Formação ou Proximal): Relacionada e em comunicação ou continuidade com o RE.
• Face trans (Maturação ou Distal): Por onde as moléculas transportadas através do Golgi deixam o complexo em direção a diferentes alvos.

Lisossomos

Os lisossomos são vesículas provenientes do Complexo de Golgi. Seus sacos são hidrofílicos e não estão presentes em células vegetais. A membrana lisossomal tem alto teor de colesterol e esfingomielina.

Funções e Tipos:

• Lisossomo Primário: Não participou em nenhum processo de digestão intracelular. Pode esvaziar o conteúdo proveniente de fora da célula (digestão celular).
• Lisossomo Secundário: Onde ocorre a digestão de moléculas. Existem 3 tipos:
  1. Endolisossomo.
  2. Fagolisossomo: Causa digestão intracelular do fagossomo, defendendo a célula contra assaltos patogênicos ou substâncias tóxicas.
  3. Autofagolisossomo: Envolvido na digestão intracelular, recebendo os nutrientes necessários para a vida celular.

Peroxissomos

Os peroxissomos são organelos simples que contêm enzimas. A principal enzima é a Catalase. Em células vegetais, são encontrados os Glioxissomos.

Função: Desintoxicação. Utilizam o $ ext{H}_2 ext{O}_2$ (peróxido de hidrogênio) formado para oxidar substâncias tóxicas. A enzima Catalase decompõe o $ ext{H}_2 ext{O}_2$ em $ ext{H}_2 ext{O}$ e $ ext{O}_2$, que são seguros para a célula.

Vacúolos

Os vacúolos têm origem em pequenas vesículas formadas pelo Complexo de Golgi. São delimitados pelo Tonoplasto. O pH interno (ELPH) está entre 3 e 6.

Tamanho e Função:

• Células Vegetais: Grande tamanho. Funções: Facilita o intercâmbio com o ambiente externo, regula o turgor celular, digestão celular, acúmulo de substâncias (reservas).
• Células Animais: Pequeno tamanho.

Ácidos Nucleicos e Informação Genética

Os Ácidos Nucleicos são moléculas compostas por Carbono (C), Hidrogênio (H), Oxigênio (O), Nitrogênio (N) e Fósforo (P), contendo o material hereditário.

Nucleotídeos

Os nucleotídeos são a união de monômeros. Existem dois tipos: DNA e RNA. Cada um é composto por um açúcar, uma base nitrogenada e um grupo fosfato.

• Nucleosídeo: Açúcar + Base Nitrogenada.
• Nucleotídeo: Nucleosídeo + Fosfato.

Os nucleotídeos são moléculas que acumulam energia (fosfato) nas suas ligações. O AMP cíclico (cAMP) é um mensageiro celular formado por enzimas específicas que desencadeiam diferentes respostas em cada tipo de célula.

DNA (Ácido Desoxirribonucleico)

É a molécula mais importante. Em eucariotos, está no núcleo e em pequenas quantidades nas mitocôndrias e cloroplastos. Em procariontes, pode haver pequenas moléculas adicionais de DNA chamadas Plasmídeos.

• Estrutura: É dextrogiro (o enrolamento da cadeia ocorre para a direita). As cadeias são coaxiais, opostas e unidas através das bases por pontes de hidrogênio.
• Desnaturação: Quando a temperatura aumenta para mais de 90 °C, as cadeias se separam.
• Renaturação: Este processo é reversível; mantendo a 64 °C por várias horas, novas pontes de hidrogênio se formam.

RNA (Ácido Ribonucleico)

O RNA transcreve a mensagem genética encontrada no DNA e realiza sua tradução em proteínas nos ribossomos. O RNA contém Uracila em vez de Timina.

Existem 3 tipos de RNA:

1. RNA Mensageiro (mRNA): Consiste em 300 a 500 ribonucleotídeos (5% do RNA total). Função: Carrega a informação genética codificada do núcleo para os ribossomos.
2. RNA de Transferência (tRNA): 70 a 80 nucleotídeos (15% do RNA total). Função: a) Captura aminoácidos (aa) ativados no citoplasma; b) Transfere-os para os ribossomos durante a síntese; c) Posiciona-os no devido lugar na proteína, de acordo com a informação codificada no mRNA.
3. RNA Ribossômico (rRNA): 3.000 a 5.000 ribonucleotídeos (80% do RNA total). Componente dos ribossomos (que são sempre menores em procariontes do que em eucariontes).

Comparativo DNA vs. RNA

• Pentose: Desoxirribose (DNA), Ribose (RNA).
• Nucleobases: Adenina, Guanina, Citosina, Timina (DNA); Adenina, Guanina, Citosina, Uracila (RNA).
• Número de Polinucleotídeos (Cadeias): 2 (DNA), 1 (RNA).
• Função: Armazena a informação biológica (DNA); Permite a expressão da informação biológica (RNA).
• Localização: Núcleo, Mitocôndrias, Cloroplastos, Cromatina, Cromossomos (DNA); Núcleo, Ribossomos (RNA).
• Estrutura: Dupla hélice (DNA); Globular, Linear, e Trevo (RNA).

Mitocôndrias e Produção de Energia

O processo pelo qual as moléculas de alimento são degradadas para obter energia é chamado Respiração Celular. As mitocôndrias (em eucariotos) e os cloroplastos (em procariotos) sintetizam ATP. Descritas por Altman em 1884, as mitocôndrias produzem 95% do ATP celular. Seu número varia de 1.000 a 300.000 por célula.

Estrutura e Composição Química

São organelos móveis e plásticos, com diâmetro de 0,5 a 1 µm, rodeados por duas membranas:

• Membrana Externa: Contém 60% de proteína e 40% de lipídios. É permeável, contendo canais aquosos de Porinas.
• Membrana Interna: É frequentemente muito dobrada, formando as Cristas Mitocondriais. Delimita a matriz mitocondrial. Tem 80% de proteína e 20% de lipídios. Não contém colesterol, mas contém Cardiolipina, sendo impermeável a íons. Contém três tipos de proteínas:
  1. As que realizam reações de oxidação e redução na cadeia respiratória.
  2. O complexo ATP Sintase.
  3. Proteínas de transporte.
• Matriz Mitocondrial: Contém DNA circular de dupla hélice (esparso), RNA, e algumas proteínas sintetizadas que se integram à membrana interna.

Função e Vias Metabólicas

A principal função é a oxidação respiratória, cujo objetivo é a produção de energia na forma de moléculas de ATP.

Vias Anaeróbias (Fermentação)

Incluem a fermentação alcoólica e a fermentação lática. O objetivo da fermentação é regenerar o $ ext{NAD}^+$ para permitir a continuidade da glicólise e fornecer uma pequena, mas vital, quantidade de ATP ao corpo.

Transportadores de Elétrons

O NADH e o NADPH transportam elétrons de alta energia e átomos de H para participar de reações de óxido-redução. O mais importante é o $ ext{NAD}^+$.

Respiração Aeróbia

Liberação de $ ext{CO}_2$ e $ ext{H}_2 ext{O}$. Ocorre em duas etapas principais:

1. Ciclo de Krebs: Ocorre na matriz mitocondrial. Antes de entrar no ciclo, o ácido pirúvico é oxidado.
2. Cadeia de Transporte de Elétrons e Fosforilação Oxidativa: Envolve transportadores de elétrons denominados Citocromos.