Organização Biológica e Processos Celulares

Organização Biológica

Ser vivo: ser que utiliza energia e matéria do meio, necessárias à sua manutenção e crescimento, reage a alterações do meio, reproduz-se e tem constituição celular. Características que definem um ser vivo: nascem, reproduzem-se, morrem, reagem a estímulos, mantêm o seu meio interno relativamente constante, interagem com o meio e têm constituição celular (podendo ser unicelulares ou multicelulares).

• As relações tróficas estão na base da evolução dos ecossistemas.
• Existe um ciclo constante de matéria entre os componentes bióticos e abióticos dos ecossistemas.
• A energia é transferida segundo um fluxo unidirecional, não voltando a entrar nos componentes bióticos.

Átomo: unidade fundamental de toda a matéria.
Molécula: estrutura de átomos.
Célula: unidade básica da vida.
Tecido: conjunto de células semelhantes, interdependentes, que realizam uma ou mais funções no organismo.
Órgão: conjunto de tecidos que interagem, realizando uma ou mais funções no organismo.
Sistema de órgãos: grupo de órgãos que, em conjunto, realizam determinadas funções no organismo.
Organismo: grupo de vários sistemas de órgãos interdependentes, que funcionam como um todo.
População: grupo de seres vivos da mesma espécie que vivem numa determinada área, num dado período de tempo.
Comunidade: grupo de seres vivos de várias espécies que interagem numa determinada área, num determinado período de tempo.
Ecossistema: conjunto de seres vivos que vivem numa determinada área do meio e das interações recíprocas que entre eles se estabelecem.
Biosfera: subsistema que inclui todas as formas de vida existentes na Terra.

Teoria Celular

• A célula é a unidade básica de estrutura e função de todos os seres vivos.
• Todas as células provêm de outras células.
• A célula é a unidade de reprodução, de desenvolvimento e de hereditariedade de todos os seres vivos.

Organização Celular

Células procarióticas: não apresentam um núcleo individualizado e perfeitamente organizado.

Células eucarióticas: núcleo organizado, individualizado e delimitado pela membrana nuclear.

Células eucarióticas animais vs. vegetais: enquanto as células vegetais possuem parede celular, plastos (cloroplastos, entre outros) e vacúolos que vão aumentando com a idade, as células animais não têm plastos nem parede celular e os seus vacúolos (quando existentes) são pouco desenvolvidos.

Funções dos Organelos

Biomoléculas: As Moléculas da Vida

Funções dos nutrientes:

• Fornecer energia
• Renovar células
• Repor substâncias
• Regulação
• Multiplicação celular

Compostos inorgânicos: água e sais minerais.

Compostos orgânicos: glícidos, lípidos, prótidos e ácidos nucleicos.

Água

• Intervém nas reações químicas, sendo um metabolito essencial.
• Atua como meio de difusão de muitas substâncias.
• Regulador de temperatura.
• Intervém em reações de hidrólise.
• Excelente solvente (“solvente universal”) → principal função.

Glícidos ou Hidratos de Carbono

Unidades estruturais: Monossacarídeos
Constituição: Carbono, oxigénio e hidrogénio

Funções:

• Estrutural
• Função energética

Lípidos

Solubilidade: Solventes orgânicos (éter, clorofórmio e benzeno)

Gorduras
Função: reserva
Constituição: 3 ácidos gordos e 1 glicerol

Fosfolípidos
Função: Estrutural
Constituição: Carbono, oxigénio, hidrogénio, fósforo e azoto
Moléculas: Anfipáticas e polares

Funções Gerais:

• Reserva energética
• Função estrutural (membrana)
• Função protetora
• Função vitamínica e hormonal

Prótidos

Unidade estrutural: Aminoácidos
Constituição: carbono, oxigénio, hidrogénio e azoto

Estrutura das Proteínas

Ácidos Nucleicos

Unidade Estrutural: Nucleótidos
Constituição: Grupo fosfato, Pentoses (Açúcares), Bases azotadas
ADN ou DNA: Ácido Desoxirribonucleico
ARN ou RNA: Ácido Ribonucleico

Diferenças:

Funções:

• O DNA é o suporte universal da informação hereditária (genética), controlando a atividade celular.
• O DNA e o RNA intervêm na síntese de proteínas.

Membrana Celular

As membranas não são estáticas, isto é, não são formadas por conjuntos de moléculas rigidamente colocadas. Admite-se que individualmente as moléculas lipídicas têm mobilidade lateral, dotando a bicamada de grande fluidez e flexibilidade. Mais raramente, também podem existir movimentos de cambalhota de camada para camada (movimentos flip-flop). As proteínas apresentam também mobilidade, podendo, por exemplo, deslocar-se no plano da membrana.

Transporte Celular

Transporte mediado (atuam as permeases - proteínas da membrana)

• Difusão facilitada: (pensa-se que neste processo não há mobilização de energia por parte da célula); as substâncias atravessam a membrana a favor do gradiente de concentração, ou seja, da região de maior concentração de soluto para a região de menor concentração. É mais rápida que a difusão simples.

Constituída por 3 fases:

1. Combinação da molécula ou substância a transportar com a permease, na face externa da membrana;
2. Passagem da molécula através da membrana e separação da permease;
3. Retoma da forma inicial da permease.

• Transporte ativo: transporte de substâncias contra o gradiente de concentração. Há a intervenção de proteínas transportadoras e envolve a transferência de energia pela célula.

Transporte não mediado (sem permeases)

• Difusão simples: As partículas tendem a deslocar-se de zonas onde a sua concentração é maior para zonas onde esta é menor (movimentação a favor do gradiente de concentração), até se atingir uma distribuição uniforme dessas partículas.
• Osmose: relaciona-se com a movimentação da água através de uma membrana semipermeável (permeável ao solvente e impermeável aos solutos), de um meio hipotónico para um meio hipertónico.

Comportamento das células em relação à concentração do meio

Digestão Intracelular

• As células englobam, por endocitose, partículas alimentares constituídas por moléculas complexas que não transpõem a membrana das vesículas endocíticas.
• O conjunto de estruturas que desempenha uma importante função neste tipo de digestão é constituído pelo retículo endoplasmático, o complexo de Golgi e os lisossomas.
• As proteínas enzimáticas formadas no retículo endoplasmático são incorporadas em vesículas, como os lisossomas, que as transportam até ao complexo de Golgi, onde se fundem com vesículas endocíticas, formando um vacúolo digestivo, onde ocorre a digestão.
• Em seres unicelulares, a digestão pode ocorrer através da formação de pseudópodes.

Digestão Extracelular

Pode ser extracorporal (como no caso dos fungos que expelem enzimas que digerem o alimento no exterior do corpo e que depois o absorvem) ou intracorporal.

Vantagens conferidas por um tubo digestivo completo:

• Os alimentos deslocam-se num único sentido, o que permite uma digestão e uma absorção sequenciais ao longo do tubo, havendo um aproveitamento muito mais eficaz.
• A digestão pode ocorrer em vários órgãos, devido à ação de diferentes enzimas e a diferente tratamento mecânico.
• A absorção é mais eficiente, pois prossegue ao longo do tubo.
• Os resíduos não digeridos acumulam-se durante algum tempo, sendo depois expulsos através do ânus.

Digestão Intracelular (Continuação)

• As células englobam, por endocitose, partículas alimentares.
• Intervenção do retículo endoplasmático, complexo de Golgi e lisossomas.
• Formação do vacúolo digestivo.
• Ocorrência de pseudópodes em seres unicelulares.

Digestão Extracelular (Continuação)

Pode ser extracorporal ou intracorporal. Vantagens do tubo digestivo completo: fluxo unidirecional, digestão por etapas, absorção eficiente e expulsão de resíduos pelo ânus.

ATP: Fonte de Energia nas Células

Como a energia luminosa e química não pode ser utilizada diretamente pelas células, parte dessa energia é transferida para um composto, adenosina trifosfato (ATP), que constitui a fonte de energia diretamente utilizável.

Reações Exoenergéticas

Há libertação de energia, fazendo parte do catabolismo celular. A hidrólise do ATP é um exemplo.

Hidrólise do ATP:

Reações Endoenergéticas

Há gasto de energia, fazendo parte do anabolismo celular. A fosforilação do ADP é um exemplo.

Fosforilação do ADP:

O conjunto destas reações forma o Ciclo do ATP.

Fotossíntese

Equação geral da fotossíntese:

Fases da fotossíntese:

• Fase fotoquímica: as reações dependem diretamente da luz.
• Fase química: não depende diretamente da luz.

Fase Fotoquímica

• Fotólise da água: dissociação da água em oxigénio (libertado) e hidrogénio. A água é o dador primário de eletrões. (H₂O → 2 H⁺ + 2e + ½ O₂)
• Oxidação da clorofila a: a clorofila a emite eletrões ao ser excitada pela luz.
• Fluxo de eletrões: ocorre a fotofosforilação do ADP em ATP.
• Redução do NADP+: formação de NADPH a partir de protões e eletrões.

Fase Química (Ciclo de Calvin)

• Combinação do CO₂ com RuDP (ribulose difosfato), originando um composto instável de 6 carbonos.
• Formação de 2 moléculas com 3 carbonos.
• As moléculas são fosforiladas pelo ATP e reduzidas pelo NADPH, formando trioses.
• Parte das trioses regenera a RuDP e a outra parte produz compostos orgânicos como a glicose.

Quimiossíntese

Bactérias nitrificantes e sulfurosas produzem compostos orgânicos usando energia química da oxidação de compostos inorgânicos. A fonte de carbono é o CO₂.

• 1ª Fase: Oxidação de compostos inorgânicos para obter eletrões, protões e ATP.
• 2ª Fase: Formação de compostos orgânicos usando NADPH e ATP.

Transporte nas Plantas

Dois grupos distintos:

• Plantas não vasculares: sem tecidos condutores diferenciados.
• Plantas vasculares: possuem tecidos condutores (Xilema e Floema).

Xilema: Conduz seiva bruta (água e sais minerais). Formado por vasos xilémicos (células mortas com lenhina).
Floema: Conduz seiva elaborada (substâncias orgânicas). Formado por tubos crivosos (células vivas) e células de companhia.

Absorção e Transporte

A absorção ocorre pelos pelos radiculares por osmose (água) e difusão ou transporte ativo (iões).

• Hipótese da Pressão Radicular: A acumulação de iões na raiz força a subida da água (pode causar gutação).
• Hipótese da Tensão-Coesão-Adesão: A transpiração foliar cria uma tensão (pressão negativa) que puxa a coluna de água, mantida unida por forças de coesão e adesão.

Controlo da Transpiração

Realizado pelos estomas. Quando as células-guarda estão túrgidas, o ostíolo abre; quando perdem água, o ostíolo fecha.

Transporte no Floema

Hipótese do Fluxo de Massa (Münch): O transporte ocorre devido a um gradiente de concentração de sacarose entre a fonte (produção) e o local de consumo ou reserva.

Transporte nos Animais

Funções circulatórias:

• Transporte de nutrientes e oxigénio.
• Remoção de excreções metabólicas.
• Transporte de hormonas.
• Defesa do organismo.
• Distribuição de calor.

Sistemas de transporte: Abertos e Fechados.