AA1.1 - Lista de Exercícios No. 1

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BACHARELADO DE ENGENHARIA AMBIENTAL – EaD UAB/UFSCar

Bioquímica AplicadaSala 2 – Iguaba Grande

AA1 - Questionário

Henrique Apolinário Rody

331830

Niterói-RJ 11 de outubro de 2011



BACHARELADO DE ENGENHARIA AMBIENTAL – EaD UAB/UFSCarBioquímica Aplicada – Sala 2 2

1. ESTRUTURA E FUNÇÃO DE COMPONENTES CELULARES

Procura uma figura na internet de uma célula que mostre de forma esquemática e bem claraos seguintes componentes celulares:

a) CitosolO citosol é o líquido que preenche o citoplasma, espaço entre a membrana plasmática e onúcleo das células vivas, que suporta bolsas, canais e organelas citoplasmáticas. É constituído por água, proteínas, sais minerais, íons diversos, aminoácidos livres eaçúcares (Wikipédia, 2010).

Figura 1 Citosol (http://www.ufmt.br/bionet/dicas/01.10.04/citosol.htm)

b) Citoplasma

O citoplasma é o espaço intra-celular entre a membrana plasmática e o envoltório nuclear em seres eucariontes, enquanto nos procariotos corresponde a totalidade da área intra-celular (Wikipédia, 2010).

Figura 2 Citoplasma num microscópio eletrônico (http://www2.uah.es/biologia_celular/LaCelula/Cel3CitoP.html)




c) Mitocôndria

A mitocôndria é um dos organelos celulares mais importantes, sendo extremamenterelevante para respiração celular. É abastecida pela célula que a hospeda por substânciasorgânicas como oxigênio e glicose, as quais processa e converte em energia sob a forma de

ATP, que devolve para a célula hospedeira (Wikipédia, 2010).

Figura 3 Mitocôndria observada pelo Microscópio eletrônico (http://www.brasilescola.com/biologia/nivel-celula.htm)

Figura 4 Detalhes da Mitocôndria (http://blog.ccbi.com.pt/blog/bigbang.php?blogid=40&archive=2009-02)

d) Núcleo

O núcleo celular é uma estrutura presente nas células eucariontes, que contém o ADN (ou DNA) da célula (Wikipédia, 2010).




Figura 5 Núcleo Celular observado em um Microscópio Eletrônico (http://personales.alumno.upv.es/~ juaotor/content/biologia/Princip/Nucleo1.htm)

Figura 6 Organização da célula (http://blog.ccbi.com.pt/blog/bigbang.php?blogid=40&archive=2009-02)

e) Cloroplastos

Cloroplasto é uma organela presente nas células das plantas e outros organismos

fotossintetizadores, como as algas e alguns protistas. Esta organela que realiza a fotosíntese (Wikipedia, 2010).




Figura 7 Representação gráfica do cloroplasto e imagem de Microscópio eletrônico (http://blog.ccbi.com.pt /blog/bigbang.php?blogid=40&archive=2009-02)

f) Lisossomos

Os Lisossomos têm como função a degradação de partículas advindas do meio extra-celular, assim como a reciclagem de outras organelas e componentes celularesenvelhecidos (Wikipédia, 2010).

Figura 8 Representação gráfica do lisossomo e imagem de Microscópio eletrônico (http://blog.ccbi.com.pt /blog/bigbang.php?blogid=40&archive=2009-02)




g) Cromossomos

O cromossomo é uma longa sequência de DNA, que contém vários genes, e outrassequências de nucleótidos (nucleotídeos) com funções específicas nas células dos seresvivos (Wikipédia, 2010).

Figura 9 Representação gráfica de um cromossomo (http://ffsvirus.vilabol.uol.com.br/BIOLOGIA/nucleo.html)

h) Aparelho de Golgi

O Aparelho de Golgi é uma organela encontrada em quase todas as células eucarióticas, formada por sacos achatados e vesículas, cuja função primordial é o processamento de

proteínas ribossomaticas e a sua distribuição por entre essas vesículas (adaptadoWikipedia, 2010).

Figura 10 Representação gráfica do aparelho de Golgi e imagem de Microscópio eletrônico (http://blog.ccbi.com.pt/blog/bigbang.php?blogid=40&archive=2009-02)




i) Peroxissomos

Peroxissoma é uma organela envolvida por uma membrana vesicular, presente nocitoplasma, sobretudo em células animais. São responsáveis pelo armazenamento dasenzimas diretamente relacionadas com o metabolismo do peróxido de hidrogênio,

substância altamente tóxica para a célula (Wikipédia, 2010)

Figura 11 Peroxissomos (mascados com P) vistos por Microscópio Eletrônico (http://www.brasilescola.com /biologia/peroxissomos.htm)

j) Membrana plasmática

A membrana celular é a estrutura que delimita todas as células vivas, tanto as procarióticas como as eucarióticas. Ela estabelece a fronteira entre o meio intra-celular, ocitoplasma, e o meio extracelular, que pode ser a matriz dos diversos tecidos (Wikipédia,2010).

Figura 12 Representação gráfica da membrana plasmática e imagem de Microscópio eletrônico(http://blog.ccbi.com.pt /blog/bigbang.php?blogid=40&archive=2009-02)




k) Retículo endoplasmático

O retículo endoplasmático tem a função de transporte servindo como canal decomunicação entre o núcleo celular e o citoplasma. Esta estrutura celular é formada por canais delimitados por membranas que comunicam-se com o envoltório nuclear

(carioteca) (adaptado Wikipedia, 2010).

Figura 13 Representação gráfica do retículo endoplasmático e imagem de Microscópio eletrônico(http://blog.ccbi.com.pt /blog/bigbang.php?blogid=40&archive=2009-02)

l) Citoesqueleto

O citoesqueleto é formado por proteínas filamentosas ou tubulares que são os filamentosintermediários, filamentos de actina e os microtubulos e pelas proteínas motoras: dineína,miosina e cinesina. É composto por proteínas bastante estáveis que são responsáveis por manter a forma da célula e as junções celulares,e auxiliam nos movimentos celulares(Wikipédia, 2010).

Figura 14 Representação gráfica do citoesqueleto (http://www.infoescola.com/citologia/citoesqueleto/)




2. FUNÇÃO DE ESTRUTURAS CELULARES

Leia a seguinte lista de sentenças e classifique-as como corretas ou incorretas. Explique deforma clara sua resposta.

a) A informação hereditária de uma célula é passada para a nova geração através desuas proteínas. FALSO

A informação hereditária de uma geração para outra é passada pelo DNA (Ácido Desoxirribonucléico) ou RNA (Ácido Ribonucléico).

b) O DNA bacterianos é encontrado no citosol. VERDADEIRO

As bactérias não apresentam núcleo.

c) Os vegetais são compostos de células procarióticas. FALSO

A célula vegetal são eucarióticas, tendo como organela diferencial os cloroplastos. Acredita-se que os cloroplastos tenham surgidos de células procarióticas.

d) Todas as células de um mesmo organismo têm o mesmo número de cromossomos.VERDADEIRO

O número de cromossomos varia nos organismos, mas é constante em todas as células deum mesmo organismo.

e) O citosol contém organelas envolvidas por membranas, como os lisossomos.

FALSO

O citosol é o citoplasma sem as organelas.

f) O núcleo e as mitocôndrias estão envolvidos por uma dupla membrana.VERDADEIRO

O núcleo é composto por uma membrana dupla e as mitocôndrias estão envoltas por umadupla membrana, comumente chamada de membrana interna e externa.

g) Os lisossomos e os peroxisossomos são locais de degradação de materiaisindesejados da célula. VERDADEIRO

Ambos contêm enzimas que catalisam a quebra de substâncias produzidas no citosol ou desubstâncias capturadas pela célula. Porém, em alguns casos essas substâncias sãodegradadas para gerar moléculas que servem de alimento, sendo portanto desejáveis paraa célula.




3. PROLIFERAÇÃO BACTERIANA (PROCARIÓTICA)

A seleção natural é uma força tão poderosa na evolução que as células com até mesmo umapequena vantagem no crescimento rapidamente superam as suas competidoras. Parailustrar esse processo, considere uma cultura de células que contém 1 milhão de células

bacterianas que se duplicam a cada 20 minutos. Num dado momento uma única célulanessa cultura adquire uma mutação que a permite se dividir mais rapidamente, com umtempo de geração de apenas 15 minutos.

a) Antes de fazer qualquer cálculo, explique de forma clara qual é a forma típica demultiplicação celular encontrada nas bactérias.

As bactérias tipicamente se reproduzem por cissiparidade (também chamada de divisãosimples ou bipartição), onde a bactéria se divide em duas novas bactérias idênticas. Este

processo de multiplicação propicia a estes indivíduos relação exponencial de crescimento

seguindo a seguinte fórmula:

Onde é o número de células depois de um tempo de reprodução, é o número inicialde células e é o tempo de geração da célula.

b)Assumindo que existe um suprimento ilimitado de nutrientes e nenhuma mortecelular, quanto tempo levaria antes que a progênie da célula mutada se tornassepredominante na cultura?

Para a célula selvagem a equação exponencial é dada por:

Para a célula mutante:

Para determinar o tempo necessário para que as quantidade de bactérias se igualem bastaresolver a equação abaixo

onde é a fração de tempo de reprodução da bactéria original. Assim, aplicandologaritmo na base 10 na equação:

(

) (

)




Resolvendo a equação teremos:

logo seriam necessários aproximadamente1200 minutos para a população da bactéria

mutada superar a população da bactéria original.

c) Quantas células de cada tipo estariam presentes na cultura nesse momento?




4. PROLIFERAÇÃO DE CÉLULA EUCARIÓTICA

De forma semelhante ao exercício anterior, imagine agora o caso de um organismomulticelular como o seu. No organismo humano existem cerca de 1013 células. Assumaque uma célula adquira uma mutação que faz com que ela se divida de maneira

descontrolada (isto é, ela se torna uma célula cancerosa). Algumas células cancerosaspodem crescer com um tempo de geração de cerca de 24 horas.

a) Antes de fazer qualquer cálculo, explique de forma clara qual é a forma típica demultiplicação celular encontrada nas células somáticas de um ser humano.

As células se reproduzem através da duplicação de seus conteúdos (ou seja, todas oscomponentes celulares) e posterior divisão em duas células filhas, este processo, chamadode mitose, é a garantia de uma sucessão contínua de células identicamente dotadas.

Como a mitose envolve a geração de uma biomassa igual à da célula progenitora o processo de multiplicação pode ser representado por uma progressão do tipo:

b) Se nenhuma das células cancerosas morreu, quanto tempo levaria antes que as1013 células no seu corpo fossem células cancerosas?

Partindo de uma célula ( ) multiplicando-se com um tempo de geração de 24 horas

para atingir uma população final de essa relação fica assim:

Que na sua forma logarítmica pode ser representada da seguinte forma:

( )

Que nos permite fazer o cálculo do tempo necessário para atingir células, ficandoassim:




5. O PROBLEMA DO TAMANHO MÁXIMO DE UMA CÉLULA

Todos os organismos precisam trocar substâncias (alimentos, resíduos, gases e calor) como meio ambiente que os rodeia. Para tal a área da superfície em contato com o ambiente émuito importante. Só que o volume do organismo também tem que ser levado em

consideração. Um organismo com um volume muito grande vai precisar trocar com oambiente mais substâncias que um organismo com volume pequeno. Assim, pode-seperceber que a relação superfície/volume é o fator global a considerar para um organismopoder interagir adequadamente com o ambiente. Para visualizar melhor isso faça osseguintes cálculos:

Faça uma estimativa da superfície específica (área superficial/volume) dos seguintesorganismos:

a) Uma célula de bactéria em forma de “coco” com 1 µm de diâmetro.

b) Uma célula de levedura com 3µm e 10 µm de diâmetro menor e maior,respectivamente.

Uma célula de levedura tem uma geometria elíptica ou ovóide. Ou seja, teria um diâmetromaior e um menor para se utilizar a fórmula de uma elipse no cálculo da superfície e dovolume. Para simplificar utilizar-se-á um diâmetro médio para fazer o cálculo da área

específica de uma esfera:

c) Um homem comum de aproximadamente 70 kg de peso

Hipóteses simplificadoras:

1. organismo está composto das seguintes partes: de cabeça, tronco e extremidades;2. cada uma dessas partes tem geometria cilíndrica com diâmetro médio e

comprimento médio característico de cada parte;3. outras partes do corpo do homem tem contribuição desprezível de área específica.

Assim, podemos calcular da seguinte forma:

L D

L D

L D

L D D

Volume

erficial Area Ae

2)2(sup2

2

Onde D e L são o diâmetro do cilindro que representa o membro e o comprimento dessecilindro, respectivamente.:




Utilizando a fórmula para a cabeça com D=17 cm e L=25 cm:

114,0

2517

25172

cm AeCabeça

Para o tronco com D=30 cm e L= 64 cm os cálculos ficam assim:

1065,06430

64302

cm AeTronco

Para os dois braços com D=8,6 cm e L=68 cm os cálculos ficam assim:

129,0

686,8

686,822

cm AeBraços

Finalmente, para as duas pernas com D=11,2 cm L=80 cm os cálculos são:

123,0

802,11

802,1122

cm AePernas

A área específica total resultante é então:

d) Do que foi discutido neste exercício, que conclusão geral você pode tirar comrelação ao tamanho de um organismo?

Um homem com 1,80 m de altura e peso 80 kg, apresenta a densidade média de 100kgf/m³, logo, o volume ocupado por este corpo é 0,8 m³.

Dividindo este volume pela altura deste homem teremos a área da circunferência média

Considerando este homem como uma grande salsicha teríamos a área de sua superfíciedada por:

√

E portanto:

Outro fato interessante: como a área específica da bactéria é 6,5 vezes maior que a dalevedura e 42 vezes maior do que a do homem podemos confirmar que a medida queaumenta o tamanho do organismo diminui sua área especifica e, portanto, diminui suaatividade metabólica ou aumenta seu tempo de geração.




e) Usando este raciocínio os cientistas chegaram à conclusão de que não pode existircélula maior que 100 mm. Que pode acontecer se a célula for maior que 100 mm?

Se a célula for maior que 100 mm deverá ser um organismo extremamente lento em termosde atividade biológica (ou metabólica) ou simplesmente não poderá existir porque os

alimentos ou nutrientes provenientes do ambiente não poderão chegar até suas estruturasmais internas.

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