1. Artigos de cincia elementar Artigos de diferentes reas cientficas Como obter Recursos Educativos Torne as suas aulas ainda mais interativas Como aceder ao Banco de Imagens Fotos e ilustraes nas suas apresentaes REVISTA DE CINCIA ELEMENTAR Volume 1 | Ano 2013 Nmero 1 | Outubro a Dezembro Casa das Cincias casadasciencias.org

2. REVISTA DE CINCIA ELEMENTAR Volume 1 | Ano 2013 Corpo editorial Nmero 1 | Outubro a Dezembro Esta revista uma produo Editor-chefe Jos Alberto Nunes Ferreira Gomes (Dep. Qumica e Bioqumica - FCUP) Coordenao Editorial Maria Joo Ribeiro Nunes Ramos (Dep. Qumica e Bioqumica - FCUP) Casa das Cincias Pedro Manuel A. Alexandrino Fernandes (Dep. Qumica e Bioqumica - FCUP) Alexandre Lopes de Magalhes (Dep. Qumica e Bioqumica - FCUP) Comisso Editorial Jos Francisco da Silva Costa Rodrigues (Dep. Matemtica - FCUL) Joo Manuel Borregana Lopes dos Santos (Dep. Fsica e Astronoma - FCUP) Jorge Manuel Pataca Leal Canhoto (Dep. Botnica - FCTUC) Lus Vitor da Fonseca Pinto Duarte (Dep. Cincias da Terra - FCTUC) Paulo Emanuel Talhadas Ferreira da Fonseca (Dep. Geologia - FCUL) Paulo Jorge Almeida Ribeiro-Claro (Dep. Qumica - UA) Produo Diretor de Produo Manuel Luis da Silva Pinto Conceo e Design Nuno Miguel da Silva Moura Machado Suporte Informtico Guilherme de Pinho N. Rietsch Monteiro Recursos Educativos Digitais Secretariado Alexandra Maria Silvestre Coelho de professores para professores. Apoio Tcnico Diana Raquel de Carvalho e Barbosa ISSN 2183-1270 Foto de capa Infrutescncia de composta Rubim Silva

3. ndice Notcias As notcias mais importantes do mundo das cincias Agenda Exposies, palestras e formao. Conhea as opes disponveis! Editorial Cincia Elementar - Professor Jos Ferreira Gomes Opinio do trimestre Prmio Nobel da Qumica 2013 - Professor Pedro Alexandrino Fernandes Artigos de cincia elementar Atualize e consolide o seu saber em Cincia Biologia 4 4 5 6 9 Agricultura biolgica DNA Fotossntese Imunidade Microscpio tico Neurnio Respirao Sistemas de transporte nos animais 10 12 15 19 22 24 26 31 Centro de massa Foras conservativas e energia potencial Lei da gravitao universal Leis da dinmica de Newton Momento de uma fora Movimento retilneo uniforme Potncia eltrica e efeito de Joule 38 40 40 41 43 45 47 Estrutura interna da Terra Paleomagnetismo Sismologia 48 48 49 Circunferncia Desvio padro amostral Sondagem Tabela de frequncias Tetraedro Tringulo 52 53 55 56 58 59 Carbocaties Mistura pH Processo de Haber-Bosch Processos fsicos de separao Raio atmico 62 66 67 68 70 71 Fsica Geologia Matemtica Qumica Sugestes de recursos educativos Torne as suas aulas ainda mais interativas Banco de imagens Fotos e ilustraes nas suas apresentaes Biologia Geologia Astronomia, Fsica e Qumica Correio do leitor Partilhe connosco as suas impresses a respeito da revista 73 77 78 80 82 83

4. Notcias As notcias mais importantes do mundo das cincias Notcias Agenda Exposies, palestras e formao. Conhea as opes disponveis! | Agenda H vida no parque! - Brifitas (Musgos) Fundao de Serralves 23 a 24 de novembro Percursos pelo jardim de Serralves onde sero explorados os diversos recantos colonizados por brifitas. Nobel da Fsica para o boso de Higgs O Prmio Nobel da Fsica ser este ano entregue a dois cientistas, Franois Englert e Peter Higgs, que h cerca de 50 anos previram a existncia de uma partcula subatmica conhecida como o boso de Higgs, e cuja existncia foi recentemente provada pela equipa do CERN. Para saber mais sobre esta partcula aceda ao vdeo do portal da Casa das Cincias, com o nome Partculas fundamentais: o boso de Higgs. Histrias da Terra e da vida: do Bing Bang ao Homem Reitoria da Universidade do Porto 23 de novembro s 15h00 Um olhar sobre a Terra por Frederico Sodr Borges Evoluo da vida: dos estromatlitos s trilobites por Helena Couto 30 de novembro s 15h00 Evoluo das plantas ao longo da histria da Terra por Joo Pais Evoluo dos dinossauros e outros vertebrados por Octvio Mateus 12 de dezembro s 21h30 A origem das espcies por Antnio Amorim A origem do Homem do ponto de vista da Arqueologia por Joo Pedro Ribeiro Era uma vez... Cincia para quem gosta de histrias Pavilho do Conhecimento - Lisboa at agosto de 2014 Projeto Sun4All convida participao de professores e alunos O projeto Sun4All, da Universidade de Coimbra, procura envolver as escolas e a comunidade em geral na catalogao do esplio de mais de 30.000 imagens do Sol, obtidas ao longo de mais de 80 anos de observaes. disposio de professores e alunos encontra-se um conjunto de atividades que permitem o estudo da coleo de imagens do Sol e a introduo ao mtodo cientfico e investigao. Um novo olhar sobre nanotubos de carbono Investigadores do Departamento de Energia dos Estados Unidos da Amrica e da Universidade da Califrnia desenvolveram uma tcnica capaz de identificar a estrutura individual de um nanotubo de carbono e de caraterizar as suas propriedades ticas e eletrnicas. Pela primeira vez possvel obter imagens do espetro individual de nanotubos de carbono, permitindo grandes avanos no seu estudo. 4| Exposio interativa de cincia e tecnologia que explora fenmenos e conceitos das cincias naturais, como a Fsica, a Qumica, a Matemtica, a Geologia e a Biologia, mas tambm das cincias sociais e de outras reas do saber. Visitas galeria de Zoologia Museu da Cincia - Universidade de Coimbra aos sbados, at 28 de dezembro Exposio com milhares de animais sua espera. Aves e borboletas com cores deslumbrantes e esqueletos de diferentes animais que certamente desconhece. Prmio Casa das Cincias 2014 31 de dezembro Data final de submisso de materiais, fotografias, desenhos ou ilustraes para candidatura ao Prmio Casa das Cincias 2014. Clique sobre cada um dos eventos para mais informaes.

5. Editorial Cincia Elementar - Professor Jos Ferreira Gomes Editorial Cincia Elementar Jos Ferreira Gomes A Revista de Cincia Elementar um instrumento de partilha entre a comunidade de falantes de portugus do conhecimento rigoroso da cincia elementar que se espera poder ser dominada por todos os cidados. Cincia Elementar significa a apresentao de conceitos e de conhecimentos cientficos bem estabilizados numa linguagem acessvel generalidade das pessoas. A Cincia busca a compreenso do mundo e esta compreenso partilhada usando a linguagem comum. Esta linguagem vai sendo enriquecida ao longo da histria dos grupos humanos medida que as necessidades o exigem. Muito naturalmente, a comunidade cientfica desenvolveu uma linguagem prpria medida que sentiu a necessidade de trabalhar com conceitos novos e de precisar bem o significado e o alcance de termos comuns. Esta revista sistematiza o conhecimento cientfico para benefcio do no iniciado. Introduzir os termos usados e revelar o conhecimento acumulado pela experincia das geraes passadas. Uma comunidade de pescadores cria a sua linguagem para designar os seus instrumentos e processos e qualquer elemento externo precisa de uma introduo e esses termos especficos. A simples traduo no possvel porque um no iniciado nas artes da pesca nunca precisou de usar os termos e s se pode iniciar no seu uso medida que aprende e pratica as artes da pesca. Este processo normal em qualquer comunidade, pode ser levado a um ponto em que a linguagem se torna totalmente hermtica. Isto pode ocorrer pela necessidade mas tambm pelo prazer e para a afirmao de independncia do grupo social. Um no iniciado no pode participar na vida social daquele grupo e, mais importante, no pode ir pesca no grupo sem que seja aceite para uma aprendizagem prvia. Pode ser naturalmente capaz de compreender todos os instrumentos e processos que veja os pescadores usar mas incapaz de participar por falta da linguagem de interao. Algumas vezes, ter dificuldade em compreender plenamente o funcionamento e o alcance dos instrumentos e bem sabemos que ter extrema dificuldade em ir pesca sozinho sem beneficiar da longa experincia do grupo. No diferente na cincia. Esta revista sistematiza o conhecimento cientfico para benefcio do no iniciado. Introduzir os termos usados e revelar o conhecimento acumulado pela experincia das geraes passadas. Reconhecido o domnio do ingls como lngua franca da comunicao cientfica, faz-se o esforo simultneo de introduzir os conceitos e de fixar os termos em portugus. um esforo enciclopdico que s a participao de toda a comunidade permitir levar por diante. Fica aberto participao de todos. Tambm crtica e melhoria. Jos Ferreira Gomes Editor-chefe |5

6. Opinio do trimestre Prmio Nobel da Qumica 2013 - Professor Pedro Alexandrino Fernandes Opinio do trimestre Prmio Nobel da Qumica 2013 Pedro Alexandrino Fernandes O prmio Nobel da Qumica de 2013 foi atribudo a trs cientistas, Martin Karplus, Arieh Warshel e Micheal Levitt, a desenvolver investigao essencialmente (mas no exclusivamente) nos Estados Unidos. Os trs cientistas realizaram a sua investigao na rea da qumica terica e computacional, com nfase na simulao computacional de protenas e enzimas. De acordo com a Academia Sueca, o fundamento do prmio foi The development of multiscale models for complex chemical systems. O que que esta frase quer dizer exatamente? O que so os modelos multiescala? O que so sistemas qumicos complexos? O problema fundamental que se deparava a estes cientistas era a simulao de reaes qumicas catalisadas por enzimas. As enzimas so os sistemas qumicos complexos. Mas o que tm de complexo as enzimas, do ponto de vista de simulao computacional? A dificuldade em simular a catlise enzimtica reside no facto de as enzimas serem molculas de muito grande dimenso (geralmente com dezenas de milhares de tomos), possuindo um pequeno local (denominado o centro ativo) onde se do reaes qumicas, sendo l o substrato (o reagente) convertido no produto. O centro ativo e o substrato so compostos por umas meras dezenas/centenas de tomos, sendo que a restante parte da enzima (milhares/dezenas de milhar de tomos) serve para criar interaes eletrostticas que catalisam a reao qumica no centro ativo. O problema fundamental que se deparava a estes cientistas era a simulao de reaes qumicas catalisadas por enzimas. Esta situao altamente complexa do ponto de vista computacional, porque para simular reaes qumicas precisamos obrigatoriamente de descrever o sistema escala do eletro, atravs da mecnica quntica (gerando clculos extremamente complexos), mas para descrever as interaes eletrostticas do remanescente da enzima no podemos recorrer mesma mecnica quntica, uma vez que a sua vasta dimenso gera clculos quase irresolveis. A soluo encontrada para tratar o remanescente da enzima foi regredir a uma descrio mais simples, escala do tomo, usando mecnica clssica, para esta vasta regio. Felizmente a mecnica clssica consegue prever com sucesso essas mesmas interaes eletrostticas. 6|

7. Prmio Nobel da Qumica 2013 Em resumo: i) Precisamos da mecnica quntica para descrever qualquer fenmeno que implique rearranjos electrnicos significativos (tais como as reaes qumicas, que envolvem redistribuio dos eletres de valncia), mas a mecnica quntica gera clculos to complexos que nem o mais potente computador existente consegue resolver com exatido para sistemas com mais do que umas centenas de tomos. ii) Precisamos da mecnica clssica para descrever sistemas de grande dimenso, que podem conter at ao milho de tomos. A mecnica clssica descreve-os corretamente desde que no tenham lugar rearranjos electrnicos significativos. De facto, na mecnica clssica os electres e os ncleos no so individualizados, so tratados em conjunto num tomo indivisvel. As interaes entre tomos distantes de uma mesma molcula, ou entre molculas vizinhas, so bem descritos pela mecnica clssica. Ficamos assim com um sistema multiescala, um sistema com duas escalas neste caso. O centro ativo e substrato, pequenos, so descritos por mecnica quntica e o remanescente da enzima descrito por mecnica clssica. A figura 1 ilustra esta situao. Regio retirada Interface fixa Mecnica clssica Mecnica quntica Figura 1 - A figura mostra a modelao multiescala da enzima beta-galactosidase, que converte a lactose em glucose e galactose. A enzima to grande (com muitas dezenas de milhares de tomos) que apenas um corte esfrico simulado. A regio a azul foi retirada da simulao. A maior parte da enzima simulada representada por mecnica clssica (a verde) e consiste em cerca de trs mil tomos. A regio a rosa consiste no substrato e no centro ativo, num total de cerca de 50 tomos, e simulada atravs de mecnica quntica. A regio de interface consiste num conjunto de resduos cujas posies no espao foram fixadas para evitar a desnaturao da enzima por consequncia de deleo da regio a azul. |7

8. Opinio do trimestre Quando se tem um sistema multiescala, o maior Ficamos assim com um sistema problema a ligao entre as duas escalas. como multiescala, um sistema com duas fazer a regio descrita por mecnica quntica sentir e interatuar com a regio descrita por mecnica clsescalas neste caso. O centro ativo e sica, e vice versa. Esse trabalho teve incio no final dos substrato, pequenos, so descritos por anos 70, levado a cabo pelos laureados, e ainda uma mecnica quntica e o remanescente rea de intensa investigao, com vrios mtodos disponveis para o mesmo fim, cada um com as suas da enzima descrito por mecnica vantagens e desvantagens. Os mtodos desenvolvidos clssica. pelos laureados foram os primeiros, os pioneiros, que mostraram que era possvel fragmentar uma grande molcula entre duas descries fsicas, clssica e quntica, e faz-las interatuar de forma exata, que reproduz com preciso a realidade. Por isso lhes foi atribudo o prmio Nobel. Em Portugal existem diversos grupos de investigao a trabalhar nesta rea (...) O seu trabalho tem aplicao em muitos mais sistemas qumicos, para alm das enzimas, para os quais foi desenvolvido. De facto aplica-se a qualquer sistema qumico que contenha uma molcula de grande dimenso, impossvel de simular por mecnica quntica em toda a sua extenso, mas cujo fenmeno em estudo esteja essencialmente restrito a uma subregio pequena da mesma molcula. Em Portugal existem diversos grupos de investigao a trabalhar nesta rea, dos quais o grupo de investigao do autor deste artigo apenas um exemplo. Pedro Alexandrino Fernandes Departamento de Qumica e Bioqumica Faculdade de Cincias da Universidade do Porto 8|

9. Artigos de cincia elementar Atualize e consolide o seu saber em Cincia Artigos de cincia elementar Atualize e consolide o seu saber em Cincia A Revista de Cincia Elementar, publica periodicamente um conjunto de artigos cientficos que se enquadram na lgica da Casa das Cincias Portal Gulbenkian para Professores. Dirigida em primeira instncia a alunos e professores do ensino bsico e secundrio, existe a preocupao, a exemplo dos outros componentes do portal, de coligir os termos que fazem parte do glossrio bsico dos programas das reas cientficas. um acervo que, numa primeira fase dever em termos acumulados responder necessidade da clarificao de conceitos dos docentes, sendo esse o objetivo inicial que nos propomos para os primeiros nmeros. A Revista de Cincia Elementar tem acesso livre e todos os artigos publicados so sujeitos a uma avaliao prvia por pares sob a responsabilidade de um editor setorial. A Revista de Cincia Elementar pretende servir todos os interessados em cincia que usem a lngua portuguesa e conta com a colaborao de investigadores, professores e estudantes das nossas Escolas e Universidades para crescer, alargando o seu mbito a temas mais avanados, sendo desejvel que possa abarcar, a prazo, o essencial da cincia elementar que possa servir os estudantes dos primeiros anos do ensino superior. Convidam-se todos os especialistas numa das reas cientficas a registarem-se como colaboradores da Casa e a produzirem os seus artigos. Todos os artigos alguma vez publicados na Revista de Cincia Elementar ficaro permanentemente disponveis atravs da referncia completa que identifica cada um, com base no respetivo ISSN e ficam acumulados na base de dados on-line da Revista, sendo passiveis de vrias metodologias de pesquisa em rce.casadasciencias.org . |9

10. Biologia Artigos de cincia elementar Horta em Moimenta da Beira, com cenouras acabadas de arrancar em primeiro plano. (Fotografia de Alexandra Nobre) Agricultura biolgica Segundo a Organizao dos Alimentos e Agricultura das Naes Unidas (FAO/WHO, 1999) A Agricultura Biolgica um sistema de produo holstico, que promove e melhora a sade do ecossistema agrcola, ao fomentar a biodiversidade, os ciclos biolgicos e a atividade biolgica do solo. Privilegia o uso de boas prticas de gesto da explorao agrcola, em lugar do recurso a fatores de produo externos, tendo em conta que os sistemas de produo devem ser adaptados s condies regionais. Isto conseguido, sempre que possvel, atravs do uso de mtodos culturais, biolgicos e mecnicos em detrimento da utilizao de materiais sintticos. Agricultura Biolgica um modo de produo agrcola, sem recurso a produtos qumicos sintticos (tais como fertilizantes e pesticidas) nem a organismos geneticamente modificados (OGM), respeitando o meio ambiente e a biodiversidade. A sua prtica tem por base uma srie de regras e obriga a que as exploraes agrcolas que pretendam produzir produtos biolgicos tenham que passar, em mdia, por um perodo de converso de 2 anos antes da sementeira das culturas anuais ou de 3 anos antes da colheita de frutas e de outras culturas perenes. Em vez do recurso aos produtos qumicos sintticos para melhoramento e manuteno do solo, devero ser utilizadas tcnicas de: 10 | culturas apropriadas e de sistemas de rotao adequados; incorporao, nos solos, de matrias orgnicas adequadas, nomeadamente produtos resultantes da compostagem de produtos orgnicos locais. Em alternativa aos pesticidas e aos parasitas, o controlo de doenas e das infestantes dever ser atravs da: escolha de espcies e variedades adequadas; programas de rotao de culturas; processos mecnicos de cultura; proteo dos inimigos naturais dos parasitas das plantas; combate s infestantes por meio do fogo; incorporao, nos solos, de matrias orgnicas adequadas. Nas exploraes dedicadas criao de animais, deve ser dada preferncia a raas autctones ou a raas particularmente bem adaptadas s condies locais. Os animais no nascidos nas exploraes que praticam o modo de produo biolgico, devem ser sujeitos a perodos de converso especficos para cada raa. Os animais devem ser mantidos em liberdade e em condies adequadas, sendo proibido conservar os animais amarrados. O nmero de indivduos por su-

11. Biologia perfcie deve ser limitado garantindo uma gesto integrada da produo animal e vegetal na unidade de produo, minimizando-se as formas de poluio, do solo, das guas superficiais e dos lenis freticos, entre outras. Tambm deve ser poltica das exploraes evitar problemas de eroso e o desgaste excessivo da vegetao e permitir o espalhamento do estrume animal, a fim de evitar prejuzos ambientais. A Agricultura Biolgica conhecida tambm por agricultura orgnica (no Brasil e em pases de lngua inglesa), agricultura ecolgica (em Espanha e na Dinamarca) ou agricultura natural (no Japo). A Agricultura Biolgica assenta em trs pilares fundamentais: Ecolgica Respeitando o mais possvel o funcionamento do ecossistema agrrio Recorrendo a prticas como rotaes culturais, adubos verdes, consociaes Luta biolgica contra pragas e doenas que fomentem o seu equilbrio e biodiversidade Interao dinmica entre o solo, as plantas, os animais e os humanos, considerados como uma cadeia indissocivel, em que cada elo afeta os restantes. Sustentvel Manter e melhorar a fertilidade do solo a longo prazo, preservando os recursos naturais do solo, gua e ar e minimizar todas as formas de poluio que possam resultar de prticas agrcolas; Reciclar restos de origem vegetal ou animal de forma a devolver nutrientes terra, reduzindo o recurso a materiais no-renovveis; Utilizar recursos renovveis em sistemas agrco- las organizados a nvel local, excluindo a quase totalidade dos produtos qumicos de sntese como adubos, pesticidas, reguladores de crescimento e aditivos alimentares para animais. Socialmente responsvel Une os agricultores e os consumidores na responsabilidade de: Produzir alimentos e fibras de forma ambiental, social e economicamente s e sustentvel; Preservar a biodiversidade e os ecossistemas naturais; Permitir aos agricultores uma melhor valorizao das suas produes e uma dignificao da sua profisso, bem como a possibilidade de permanecerem nas suas comunidades; Garantir aos consumidores a possibilidade de escolherem consumir alimentos de produo biolgica, sem resduos de pesticidas de sntese e, consequentemente, melhores para a sade humana e para o ambiente. Sem prejuzo do valor destes pilares, a agricultura biolgica implica, contudo, uma menor produtividade por unidade de rea, levando a custos de produo e preos ao consumidor mais elevados. Alguns dos seus critrios de pureza biolgica so tambm questionveis em termos da sua razoabilidade cientfica. Igualmente, a produo destes alimentos, por vezes, bastante longe (milhares de quilmetros) do local de consumo, sendo o seu transporte de longa distncia um contra-senso para o lado ecolgico a que se prope. Em muitos sistemas ensaiam-se agora movimentos de abertura que possam criar zonas de fuso entre prticas biolgicas e de agricultura convencional/industrial, e que possam trazer a fuso de benefcios das prticas individuais. Referncias 1. Bioqual, IDRHa Instituto de Desenvolvimento Rural e Hidrulica e AGROBIO. 2. http://cjigraciosa.no.sapo.pt/ 3. http://ec.europa.eu/agriculture/organic/organic-farming/what-organic_pt 4. http://www.agrobio.pt/ 5. http://pt.wikipedia.org/wiki/Agricultura_org%C3%A2nica Autor Catarina Moreira Doutoramento em Biologia pela Faculdade de Cincias da Universidade de Lisboa Editor Jos Feij Departamento de Biologia Vegetal da Faculdade de Cincias da Universidade de Lisboa Referncia: Moreira, C. (2013), Revista de Cincia Elementar, 1(01):0001 | 11

12. Artigos de cincia elementar DNA DNA, cido desoxirribonucleico (do ingls DeoxyriboNucleic Acid), a molcula onde reside toda a informao gentica, sob a forma de um cdigo sequencial de quatro bases azotadas (A,T,C,G). Um pouco de histria Em 1868 o bioqumico suo Friedrich Miescher (1844-1895) descobriu compostos desconhecidos ricos em fsforo, carbono, hidrognio, azoto e oxignio, em ncleos isolados de clulas de pus, que designou por nuclena. Em 1928, o mdico ingls Frederick Griffith deparou-se com alguns resultados interessantes quando estudava uma bactria patognica, os pneumococos, Steptococcus pneumoniae. Esta bactria causadora de pneumonia nos humanos geralmente letal nos ratinhos. Algumas estirpes de S. pneumoniae produzem uma Estirpe R (no virulenta) Ratinho vive Estirpe S (virulenta) cpsula de polissacardeos, produzindo colnias com aspeto liso (estirpe S, a designao S vem do ingls smooth, liso) quando cultivadas em laboratrio em caixas de Petri; enquanto que as outras estirpes que no produzem cpsula formam colnias com aspeto rugoso (estirpe R, a designao R vem do ingls rough, rugoso). Griffith verificou que as estirpes S eram virulentas, e quando inoculadas em ratinhos provocavam a sua morte, enquanto que as estirpes R no eram patognicas. Numa outra etapa das suas experincias, Griffith sujeitou bactrias de estirpe S ao calor, provocando a sua morte, inoculou-as em ratinhos e verificou que os animais no morriam. Inoculou tambm uma mistura de bactrias estirpe S mortas por ao do calor e bactrias vivas de estirpe R e neste caso os ratinhos contraram pneumonia e morreram (fig.1). Estirpe S morta por ao do calor Ratinho morre Ratinho vive Estirpe R viva e S morta por ao de calor Ratinho morre Figura 1 - Esquema das experincias de Griffith. (Adaptado de Madprime em Wikimedia Commons: Griffith experiment) Ao analisar o sangue dos ratos mortos conseguiu isolar bactrias vivas da estirpe S. Este facto sugeria que as bactrias da estirpe S conseguiam transmitir a sua virulncia s bactrias vivas de estirpe R (no virulentas). Embora no conseguindo explicar este fenmeno, uma hiptese seria que de alguma forma 12 | a estirpe S teria a capacidade de transmitir a informao de virulncia estirpe R. Esta transmisso de informao por uma substncia qumica ficou conhecida como princpio transformante. O princpio transformante foi explicado com base nas experincias de Oswald Avery, Colin MacLeod e

13. Biologia Maclyn McCarthy, em 1944. Avery e os seus colaboradores extraram os vrios compostos qumicos das bactrias de estirpe S mortas pelo calor e testaram a sua capacidade transformante isoladamente em bactrias de estirpe R (fig.2). Estas experincias mostraram que os polissacardeos, os lpidos, o RNA e as protenas isoladamente no transformavam as estirpes R, apenas o DNA tinha essa capacidade. Embora a cpsula de polissacardeos estivesse ligada virulncia das estirpes, era apenas a expresso fenotpica do DNA. O DNA era ento o elemento transformante responsvel pela transmisso da informao gentica. A comunidade cientfica no estava totalmente convencida da relevncia do DNA dado que a estrutura da molcula de DNA com a de protenas era menos complexa comparada com a das protenas. Extrao dos compostos qumicos das bactrias da estirpe S mortas por ao do calor RNA protenas carbohidratos lpidos DNA (esta experincia ficou conhecida no s pelos resultados mas pela utilizao de material caseiro como a batedeira de uso domstico, uma vez que o laboratrio no tinha equipamento mais sofisticado), conseguiram separar as bactrias infetadas que sedimentaram no fundo do recipiente do sobrenadante com os restos virais (cpsulas dos fagos vazias). Quando mediram a radioatividade das duas fraes notaram que o istopo 35S no se encontrava presente nas bactrias ao contrrio do istopo 32P, isto , tinha havido uma passagem do DNA do fago para o interior das clulas agora infetadas. O DNA viral dentro da clula passa a ser replicado juntamente com o DNA da clula de gerao em gerao. Estas experincias demonstram que o DNA o material hereditrio. No incio da dcada de 50 do sculo XX, vrios trabalhos foram produzidos revelando mais informao sobre a composio e estrutura da molcula de DNA. Em 1950 Rosalind Franklin utilizando tcnicas de difrao de raios X, bombardeou amostras purificadas de DNA, o que permitiu concluir que a molcula deveria ter uma estrutura helicoidal (fig.3). teste de transformao de bactrias da estirpe R Estirpe R Estirpe S O DNA tem capacidade de transformao Figura 2 - Esquema elucidativo das experincias de Avery, MacLeod e McCarthy. As experincias de Alfred Hershey e Martha Chase, publicadas em 1952, permitiram esclarecer estas dvidas. Hershey e Chase usaram um vrus que infeta as bactrias (bacterifago) partindo do pressuposto de que a infeo pelo fago envolveria a introduo de informao viral dentro da bactria. A estrutura molecular do vrus relativamente simples, sendo maioritariamente de origem proteica com DNA dentro da cpsula proteica. Investigadores sabiam tambm que as protenas no possuem fsforo (P) na sua constituio mas que este elemento qumico integra a estrutura do DNA, e que o enxofre (S) est presente nas protenas mas no no DNA. Os fagos foram marcados com istopos radioativos 32P e 35S, separadamente e usados para infetar E. coli. Aps centrifugao numa batedeira de cozinha Figura 3 - Imagem de DNA utilizando a tcnica de difrao de raios X (do original de Franklin 1950) Na mesma altura, Erwin Chargaff e os seus colaboradores analisaram amostras de DNA de diferentes organismos, conseguindo isolar e quantificar as bases azotadas dessas amostras. Dessas experincias concluram o que ficou conhecido como as Regras de Chargaff: - o DNA de espcies diferentes apresenta quantidades diferentes de cada uma das quatro bases azotadas; - a quantidade de timina semelhante de adenina e a de guanina semelhante de citosina, sendo que a quantidade de bases pricas (guanina e adenina) semelhante das bases pirimdicas (citosina e timina). A=T e C=G, pelo que: (A+C)/(T+G)=1 Com base nos resultados de Chargaff e Franklin, em 1953, James Watson e Francis Crick, publicaram um | 13

14. Artigos de cincia elementar artigo na Nature, propondo um modelo para a estru- O emparelhamento das bases complementares une tura da molcula de DNA a dupla hlice (ver foto): a adenina com a timina e a guanina com a citosina. As cadeias tm orientao oposta, so antiparale duas cadeias polinucleotdicas enroladas em hlice; las. ao longo de cada cadeia os nucletidos esto ligaH dos por ligaes covalentes, do tipo fosfodister, estabelecidas entre o grupo fosfato de um nucletiO H N N do e a desoxirribose do nucletido seguinte; cada cadeia possui um grupo fosfato livre numa das extremidades, denominada extremidade 5, e N um grupo hidroxilo (OH) livre na outra extremiN H N dade, extremidade 3. A extremidade 5 de uma N N cadeia est emparelhada com a extremidade 3 da outra cadeia, sendo as cadeia antiparalelas; O as duas cadeias esto unidas pelas bases pirimdiAdenina Timina cas e pricas. As cadeias esto unidas atravs de ligaes por pontes de hidrognio entre os pares de H bases azotadas, uma purina com uma pirimidina. A adenina de uma cadeia liga-se timina atravs H N O N de duas pontes de hidrognio e a citosina liga-se guanina da cadeia complementar atravs de trs pontes de hidrognio emparelhamento das bases N H N N complementares; Por este trabalho, os dois investigadores foram galardoados com o Prmio Nobel de Fisiologia e Medicina em 1962. N N N Guanina H H O Citosina Resumo: Materiais relacionados disponveis na Casa das Cincias: O DNA um polmero constitudo por monmeros denominados nucletidos. Os nuclotidos so constitudos por um acar uma pentose ligado a um carbono 5, a um cido fosfrico e pelo carbono 1 a uma base azotada. A pentose do DNA uma desoxirribose (o que justifica o nome atribudo ao cido: cido desoxirribonucleico). As bases azotadas so agrupadas em dois grupos: as bases pricas, de duplo anel, e as bases pirimdicas, de anel simples. As purinas so a citosina e a timina; as pirimidinas so a guanina e a citosina. 1. A Nova Gentica, conhea e compreenda as mais interessantes novidades da gentica 2. ADN, vamos observar o ADN 3. O DNA, Como o nosso DNA? 4. Cromossomas, o que so os cromossomas? 5. Laboratrio Virtual de Biotecnologia, visite este Laboratrio e trabalhe nele ... 6. Extrao do DNA, veja como obter o DNA. Parece simples (!) 7. Cdigo do Corpo, alguns processos relativos ao ADN Autor Catarina Moreira Editor Jos Feij Doutoramento em Biologia pela Faculdade de Cincias da Universidade de Lisboa Departamento de Biologia Vegetal da Faculdade de Cincias da Universidade de Lisboa Referncia: Moreira, C. (2013), Revista de Cincia Elementar, 1(01):0002 14 |

15. Biologia Fotossntese um processo de converso de energia luminosa em energia qumica. Os seres fotoautotrficos utilizam a energia luminosa para produzir compostos orgnicos, como a glicose, usando como fonte de carbono o dixido de carbono e como fonte de eletres/hidrognio a gua. A fotossntese pode ser expressa globalmente pela seguinte equao: 6 CO2 +12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O energia luminosa para produzir ATP, NADPH + H+ e libertar O2 o que foi fundamental para o aparecimento/desenvolvimento de seres aerbios e para a conquista do ambiente terrestre. Durante esta fase ocorrem reaes de oxirreduo: as molculas de gua so oxidadas e os eletres libertados vo repor o dfice de eletres das molculas de clorofila excitadas pela luz. Os eletres libertados pelas clorofilas pela ao da luz so transferidos em reaes em cascata atravs de agentes oxidantes at ao NADP+ que reduzido para NADPH + H+. Estas reaes de oxirreduo espontneas libertam energia exergnicas que utilizada na fosforilao do ADP formando ATP. So necessrios dois tipos de molculas de clorofila distintos associados a dois fotossistemas diferentes, que consistem em agrupamentos de molculas de clorofila e pigmentos acessrios. A produo de oxignio pelos organismos fotossintticos extremamente importante como fonte de oxignio atmosfrico utilizado pela maioria dos organismos incluindo os fotossintticos para completarem as suas cadeias respiratrias e obterem da energia. A fotossntese poder ser compartimentada em duas fases: uma que depende diretamente da luz fase fotoqumica e outra que no depende fase qumi- fotossistema I contm clorofila a P700 (este ca. A primeira produz ATP e um transportador de valor corresponde ao comprimento de onda em + eletres reduzido (NADPH + H ), a segunda usa o nanmetros da luz absorvida pela molcula de ATP, NADPH + H+ e CO2 para produzir acar. clorofila a e responsvel pela reduo do NADPH Na fase fotoqumica, a energia luminosa utilizada + H+. para produzir ATP a partir de ADP + Pi, atravs de um fotossistema II o centro reativo do fotossistema conjunto de reaes mediada por grupos de molcuII contm clorofila a do tipo P680 significando las os fotossistemas num ciclo chamado fotofosque para excitar as suas molculas de clorofila so forilao. Existem dois tipos de fotofosforilao: uma necessrios fotes mais energticos do que para o no cclica que produz NADPH e ATP e uma cclica fotossistema I, e utiliza a luz para oxidar as molcuque produz apenas ATP. las de gua, produzindo eletres, protes (H+) Na fase qumica, que no depende diretamente da luz, e oxignio (O2). Os eletres da gua passam por os produtos da fotofosforilao no cclica NADPH e uma cascata de transportadores redox localizados na membrana dos tilacides do cloroplasto. Parte ATP e o CO2 so usados para produzir glicose, no denominado ciclo de Calvin-Benson. Apesar de se deda energia libertada ao longo desta cascata vai ser nominar tambm fase escura, no totalmente indeaproveitada para a fosforilao de ADP + Pi em pendente da luz, uma vez que para a enzima responsvel ATP. O funcionamento destes dois fotossistemas pela fixao do CO2 , a RuBisCo, requer luz para ser requer um absoro contnua de luz, que excita as molculas da clorofila a que libertam eletres forreduzida e estar no seu estado ativo. Ambas as fases da fotossntese decorrem no cloroplasmando um redutor e um oxidante necessrios para to, mas em locais diferentes deste organelo. que as reaes ocorram. Fase dependente da luz 1. fotofosforilao no-cclica Em termos evolutivos o aparecimento da fotofosforilao no cclica foi extremamente importante, dado que durante o processo os seres fotossintticos usam O fotossistema II (P680) absorve fotes, que excitam as molculas de clorofila libertando eletres para um agente oxidante (feofitina I), e a clorofila P680 fica oxidada (P680+). Os eletres resultantes da oxidao da gua passam para a P680+, reduzindo-a sua for| 15

16. Artigos de cincia elementar ma de P680 novamente e permitindo a continuao da absoro de fotes. Os eletres resultantes da oxidao de P680 so transportados atravs de uma cascata de reaes de oxirreduo que produzem energia que ser utilizada para formar ATP. No fotossistema I (P700) a absoro de fotes causa a libertao de eletres que reduzem a ferredoxina ficando na sua forma oxidada de P700+. A clorofila P700 reduzida pelos eletres libertados nas reaes de oxirreduo do fotossistema II. Os eletres do fotossistema I sero necessrios no final da fotofosforilao no cclica em conjunto com protes para a reduo da molcula de NADP+ a NADPH + H+. 2. Fotofosforilao cclica A fotofosforilao responsvel por apenas formar ATP cclica porque o eletro libertado pela molcula de clorofila fotoexcitada regressar mesma molcula de clorofila no final das reaes. A gua que fornece eletres s clorofilas oxidadas no sistema no cclico, no participa nestas reaes, logo no h produo de oxignio. Antes do incio da fotofosforilao, a clorofila P700, o centro de reao da clorofila do fotossistema I, est no seu estado fundamental (no excitado). Quando absorve um foto e oxida, a sua forma oxidada reage com a ferrodoxina reduzindo-a. Esta reao espontnea e exergnica (liberta energia). A ferredoxina reduzida por sua vez reduz a plastoquinona (molcula pertencente cadeia de oxirreduo que liga o fotossistema I e II), e o eletro libertado passa para o complexo citocrmico e transportado ao longo da cadeia de eletres at se completar o ciclo e regressar clorofila P700 inicial. A energia libertada durante estas reaes ser utilizada na fosforilao do ADP em ATP. Formao de ATP Nos cloroplastos, assim como nas mitocndrias, os eletres so transportados ao longo de cascatas de transportadores atravs de reaes de oxirreduo libertando energia que utilizada no transporte de protes atravs da membrana. No cloroplasto os transportadores de eletres encontram-se na membrana dos tilacides, promovendo o transporte de protes para o interior do tilacide, cujo pH mais cido do que no exterior. A diferena de pH entre o exterior e o lmen do tilacide resultado do gradiente de protes. Os protes presentes no lmen tm trs origens: a fotlise da 16 | gua que ocorre no fotossistema II e liberta oxignio, protes e eletres; protes provenientes da transferncia de eletres do fotossistema II para a plastoquinona na fotofosforilao no cclica consome dois protes do estroma que so depois libertados no lmen quando a plastoquinona oxidada; e por ltimo, a reduo da plastoquinona pela ferredoxina durante a fotofosforilao cclica promove a transferncia de protes do estroma para o lmen. Tambm responsvel pelo gradiente protnico a reduo do NADP+ para NADPH pela NADP reductase. A diferena de pH entre interior e exterior do tilacide promove o transporte passivo por difuso simples dos protes de volta ao exterior do tilacide, atravs de canais de protenas membranares, as sintetases de ATP. Assim, o movimento dos protes atravs das sintetases de ATP permite usar a energia da cadeia transportadora de eletres para formar ATP a partir de ADP + Pi. Fase independente da luz A esta segunda fase da fotossntese corresponde o Ciclo de Calvin-Benson onde ocorre fixao de CO2 com formao de um primeiro composto orgnico com 3 carbonos denominando-se as plantas com este metabolismo plantas C3 e como composto final a glicose. Estas reaes ocorrem no estroma do cloroplasto onde se encontram a maior parte das enzimas. O CO2 captado do meio combina-se com uma pentose, a ribulose difosfato ou RuDP (a RuDP uma molcula orgnica com cinco carbonos - 5C), originando um composto intermdio instvel de seis carbonos, que rapidamente forma duas molculas com trs carbonos cido fosfoglicrico ou PGA (o PGA possui 3 carbono, 3C e 2 fosfato, 2P). Estas reaes de fixao de CO2 so catalisadas pela enzima ribulose difosfato carboxilase-oxidase (RuBisCo). As molculas de PGA so fosforiladas pelo ATP e posteriormente reduzidas pelo NADPH proveniente da fase fotodependente, formando o aldedo fosfoglicrico (PGAL, com 3C e 1P). As reaes seguintes do ciclo tm como objetivo produzir mais RuDP e molculas orgnicas mais complexas, como a glicose. Por cada 12 molculas de PGAL formadas, 10 sero utilizadas para regenerar RuDP e as duas restantes para sintetizar compostos orgnicos mais complexos (glicose e outros glcidos). O PGAL pode tambm ser convertido noutros compostos orgnicos como lpidos (glicerol e cidos gordos) ou prtidos (aminocidos).

17. Biologia Equao global da reao da fase independente da luz: de glicerato pode reentrar no cloroplasto e concluir o ciclo de Calvin-Benson, com a formao de RUDP. A fotorespirao um processo metablico de eleva6CO2 + 12NADPH2 + 18ATP 12NADP + 18ADP + 18P + 6H2O + C6H12O6 do custo energtico (consome 2 ATP e um NADPH) e pouco eficiente quando comparado com a ativiOs produtos resultantes do ciclo de Calvin-Benson dade da RuBisCo carboxilase. Outra desvantagem da so fundamentais para a dinmica da biosfera. Muita fotorespiraco que um dos produtos resultantes a da energia armazenada nos compostos orgnicos pro- amnia, composto txico cuja reciclagem consome duzidos utilizada pelas prprias plantas atravs de grandes quantidades de energia celular. processos metablicos como a gliclise e a respirao celular. E pelos animais e outros consumidores atravs 2. Plantas C4 da ingesto dos organismos fotossintticos. As plantas C4, que vivem em ambientes secos e Como referido anteriormente, embora se denomine quentes, ao contrario das plantas C3 descritas antefase escura fase em que decorre o ciclo de Cal- riormente na fotossntese normal produzem comvin-Benson, a luz crucial uma vez que a principal postos orgnicos com 4 carbonos, em vez de 3, como enzima responsvel pelo processo, a RuBisCo, foto- primeiros produtos da fixao do CO2 durante o ciclo dependente. As suas propriedades so muito semelhan- de Calvin-Benson. As plantas C4 possuem um ciclo tes em todos os organismos fotossintticos, desde as de Calvin-Benson em tudo semelhante ao anteriorbactrias s angiosprmicas (plantas com flor), mas mente descrito para as plantas C3, apenas com uma algumas dessas propriedades so limitativas da sua ativi- reao prvia extra que fixa o CO2 sem perder cardade. Para ultrapassar estas limitaes os organismos bono para a fotorespirao, aumentando a eficincia desenvolveram formas alternativas: a fotorespiraco da fotossntese. onde o substrato da RuBisCo o oxignio e no Sob condies extremas de elevada aridez e altas o dixido de carbono, e mecanismos e anatomias temperaturas, as plantas C4 como o milho e a cana diferentes de compensao. do acar, mantm elevadas taxas de fotossntese e crescimento, mesmo quando os seus estomas tm de 1. Fotorespirao fechar durante o dia para reduzir a perda de gua. A enzima RuBisCo, tal como o prprio nome indica A grande diferena entre as C3 e as C4 que estas ltiribulose difosfato carboxilase-oxidase, tem como substra- mas possuem uma enzima PEP carboxilase (fosfoetos o CO2 e o O2. Durante o ciclo de Calvin-Benson na nolpiruvato carboxilase) que catalisa a reao entre fotossntese a RuBisCo catalisa a reao entre o CO2 e o PEP e o CO2 resultando num primeiro composto o RUDP, enquanto que na fotorespirao o substrato de 4 carbonos, o oxaloacetato. A PEP carboxilase o O2 numa reao que tambm dependente da tem maior afinidade para o CO2 do que a RuBisCo, luz. permitindo uma fixao mais eficiente do CO2 pelas O funcionamento da RuBisCo como oxigenase fa- plantas C4 do que as C3. Como no possuem a funo vorecido a altas temperaturas (em mdia temperaturas de oxigenase, estas plantas no podem efetuar fotoressuperiores a 28 C), quando os nveis de CO2 so baixos pirao. Todo este processo decorre em dois locais ou os nveis de O2 elevados. A primeira reao entre diferentes da planta as plantas em C3 tm apenas a RuDP e O2 resulta em dois compostos: o fosfogli- um tipo de clulas capazes de efetuar fotossntese, as colato e o fosfoglicerato, ambos com 2 carbonos. O clulas dos mesfilo nas clulas do mesfilo e nas cfosfoglicerato reentra no ciclo de Calvin-Benson e lulas da bainha do feixe as plantas em C3 tm apenas convertido em RUDP. O fosfoglicolato segue outro um tipo de clulas capazes de efetuar fotossntese, cpercurso. Primeiro transportado para o exterior lulas do mesfilo. A reao que produz o composto do cloroplasto para os peroxissomas, onde oxidado de 4 carbonos ocorre nas clulas da bainha do feixe, e pelo O2, resultando em glicoxilato que transporta- antes de ser capturado pela RuBisCo para o mesfilo do para as mitocndrias. Nas mitocndrias sofre al- perde um grupo carboxilo. gumas transformaes com libertao de CO2, sendo As clulas da bainha do feixe so caraterizadas por convertido em serina e posteriormente em glicerato terem o grana pouco desenvolvido e serem ricas em j novamente no interior dos peroxissomas. Na forma amido. As clulas do mesfilo transferem CO2 dos es| 17

18. Artigos de cincia elementar paos intercelulares da folha onde a concentrao baixa para as clulas da bainha do feixe, para que a concentrao seja suficientemente alta para manter ativa a fotossntese mesmo em dias quentes e secos em que os estomas fecham e a temperatura favorece a atividade da RuBisCo oxigenase em vez da carboxilase. Porque a fotossntese mais eficiente nas plantas C4, estas so normalmente mais produtivas para a agricultura (por exemplo, o milho). 3. Plantas CAM Algumas plantas esto adaptadas a ambientes ridos, com pouca gua disponvel. Estas plantas utilizam a enzima PEP carboxilase para fixar e acumular o CO2 enquanto evitam a perda de gua durante o dia com elevadas temperaturas e muito baixa humidade relativa do ar. Algumas plantas suculentas da famlia das Crassulceas, alguns catos, e muitas angiosprmicas, utilizam como estratgia o metabolismo cido das Crassulceas CAM. Para evitarem perdas de gua por evaporao mantm os estomas fechados durante o dia. Para realizar a fotossntese estas plantas abrem os estomas noite e armazenam o CO2 capturado. O mecanismo CAM semelhante ao das plantas C4. Contudo o ciclo de Calvin-Benson ocorre separado no espao (nas plantas em C4) ou no tempo (nas plantas CAM). A fixao CO2 ocorre durante a noite nas clulas do mesfilo, quando os estomas esto abertos e h muito pouca perda de gua. Os produtos da fixao do CO2 so acumulados nos vacolos das clulas do mesfilo. Durante o dia os compostos orgnicos de 4 carbonos so transportados para os cloroplastos onde so descarboxilados fornecendo o CO2 necessrio para o ciclo de Calvin-Benson. O ATP e o NADPH + H+ so provenientes das reaes fotoqumicas da fotossntese. Plantas C3 Plantas C4 Fotorespirao Sim Sim, mas mnima Ciclo Calvin-Benson Sim Sim Composto que reage com o CO2 no ciclo de Calvin-Benson RuDP (ribulose difosfato) PEP (fosfoenol piruvato) Enzima fixadora do CO2 RuBisCo (carboxilase e oxigenase) PEP carboxilase Primeiro produto da fixao do CO2 cido fosfoglicrico (composto de 3 carbonos) Oxaloacetato (composto de 4 carbonos) Clulas fotossintticas Clulas do mesfilo Clulas do mesfilo e clulas da bainha do feixe Tabela comparativa da fotossntese em plantas C3 e C4 Em resumo: fixao do CO2 regenerao da ribulose difosfato (RuDP) utilizao da energia qumica do ATP e do poder + + + H2O + 4 H + NADP + ADP + Pi NADPH + H + ATP + O2 + calor redutor do NADPH na produo de compostos orgnicos converso de energia luminosa em energia qumica Materiais relacionados disponveis na Casa das Cincias: oxidao da gua fosforilao de ADP formando-se ATP 1. Catabolismo, quais as fases do catabolismo? reduo de NADP+ a NADPH, por ao do hi- 2. Explorando a fotossntese com discos de folhas drognio libertado durante a fotlise da gua flutuantes, ... experimentando ... a fotossntese 3. Atividades laboratoriais com seres e pigmentos fofase qumica: tossintticos. 4. O Oxignio na Fotossntese, veja, passo a passo, o 6CO2 + 12NADPH2 + 18ATP 12NADP + 18ADP + 18P + 6H2O + C6H12O6 que acontece no tilacoide fase fotoqumica: 18 |

19. Biologia 5. Fotossntese III, simples a Fotossntese (!) 8. Fotossntese-AAlexandre, veja a Fotossntese de 6. Fotossntese - Fotossistema II, veja as reaes que forma animada e simples. se do no Fotossistema II dos cloroplastos 9. Gliclise, como se d a degradao da glicose na 7. Fotossntese - Fase fotoqumica, veja em detalhe clula o que acontece nas reaes de luz da fotossntese Autor Catarina Moreira Doutoramento em Biologia pela Faculdade de Cincias da Universidade de Lisboa Editor Jos Feij Departamento de Biologia Vegetal da Faculdade de Cincias da Universidade de Lisboa Referncia: Moreira, C. (2013), Revista de Cincia Elementar, 1(01):0003 Imunidade Em sentido lato, consiste nos diversos processos fisiolgicos que o organismo tem disponveis para reconhecer corpos estranhos, neutraliz-los e elimin-los. Os sistemas imunitrios desenvolveram dois tipos de mecanismos de defesa: imunidade inata e imunidade adaptativa. imunidade inata (ou no especfica): tem como funo impedir a entrada de agentes patognicos no organismo, no desencadeando respostas personalizadas ao agente patognico. Presente em todos os animais e plantas com flor imunidade adaptativa (ou especfica): carateriza-se por desencadear respostas personalizadas para cada tipo de patgeno e por ter efeito de memoria (aps uma primeira infeo, num segundo ataque pelo patgeno o organismo mais clere na sua resposta). Presente em vertebrados com mandbulas. volverem substncias com extenses da membrana plasmtica e as digerirem j no seu interior. As clulas com capacidade fagocitria (fagcitos) podem ser de trs tipos: eosinfilos: com fraca capacidade fagocitria neutrfilos: so os primeiros a fagocitar macrfagos: so clulas de grandes dimenses que se diferenciam a partir de moncitos. Por regenerarem os seus lisossomas (vesculas cheias de enzimas) tm uma maior longevidade e uma grande capacidade fagocitria. Quando um tecido atingido pelos agentes patognicos, algumas clulas, os mastcitos, bem como alguns basfilos, produzem histamina e outros mediadores qumicos que provocam a dilatao dos vasos sanguneos e aumentam a sua permeabilidade, aumentando o fluxo de sangue no local, o que explica o aparecimento de inchaos (aumento do calibre dos vasos), vermelhido (aumento do nmero de glbulos vermelhos), dor (o aumento do volume pressiona as terminaes nervosas) e calor (aumento da taxa metablica) caratersticos de uma inflamao. A histamina e outras substncias ao entrarem na circulao sangunea vo atrair os fagcitos para o local da inflamao, que conseguem atravessar as paredes dos capilares modificando a sua forma diapedese. Os primeiros a chegar so os neutrfilos seguidos dos macrfagos. imunidade inata (ou no especfica) Consiste num conjunto de processos que confere proteo contra agentes patognicos impedindo a entrada dos agressores ou destruindo-os se j se encontrarem no interior do organismo. Em animais, a entrada de agentes pode ser impedida por barreiras fsicas ou por secrees e enzimas: a pele, as mucosas, os plos das narinas, a flora vegetal interna, o suor, as lgrimas, a saliva, o suco gstrico e o muco vaginal. A segunda defesa d-se caso os agentes patognicos j estejam no interior do organismo. resposta sistmica: quando todo o organismo inPode ser local (fagocitose) ou sistmica (febre, sistema vadido por microrganismos patognicos complemento e interferes): febre: as toxinas produzidas pelos agentes pa fagocitose: capacidade de algumas clulas entognicos e certos compostos pirogenos, citoxi| 19

20. Artigos de cincia elementar nas, produzidos pelos leuccitos, podem fazer aumentar a temperatura do corpo. A subida de temperatura embora perigosa se excessiva, por um lado, inibe o crescimento dos microrganismos e por outro estimula e acelera os mecanismos de defesa. interferes: conjunto de protenas envolvidas em mecanismos de defesa acionado em infees virais. Quando uma clula infetada por um agente viral, normal haver um acrscimo de RNA de cadeia dupla, resultante da replicao do material gentico viral (quer seja DNA ou RNA), que ativa o interfero. Essa ativao estimula a produo de glicoprotenas (interferes) que sero excretadas para a circulao sangunea. Os interferes vo-se ligar a recetores membranares de clulas vizinhas ativando genes codificantes de protenas antivirais, que apenas so ativadas quando a clula infetada. Quando ativadas as protenas antivirais iniciam um processo de destruio do mRNA celular impedindo a sua traduo. A clula infetada acaba por morrer de forma programada apoptose e os vrus ficam sem local para se replicarem, ficando a infeo controlada. O interfero em si no tem uma funo antiviral mas sim de ativar a produo de protenas antivirais. Alguns interferes estimulam os fagcitos a destruir os microrganismos. sistema de complemento: corresponde a um grupo de cerca de 20 protenas produzidas pelo fgado e que circulam na linfa na sua forma inativa. Na presena de alguns agentes patognicos sofrem uma rpida ativao em cascata, isto , a ativao de uma protena estimula a ativao de outra e assim por diante. Uma vez ativadas as protenas desencadeiam uma resposta imunitria no especfica, como por exemplo: * provocam a lise de clulas infeciosas. Algumas protenas do completo fixam-se na membrana das bactrias, criando poros na membrana que levam as bactrias morte. * atraem leuccitos aos locais de infeo quimiotaxia * ligam-se aos agentes patognicos facilitando a atividade dos fagcitos opsonizao. imunidade adaptativa (ou especfica) Os mecanismos de defesa especficos vo sendo mobilizados enquanto os mecanismos no especficos in20 | tervm numa primeira fase da infeo. A imunidade especfica, ao contrrio da no especfica, atua de forma diferente consoante o agente patognico e tem um efeito de memria, ou seja, o organismo memoriza o agente patognico numa primeira infeo e em infees posteriores a resposta imunitria mais rpida e poderosa. Este tipo de imunidade desencadeado sempre que o sistema imunitrio reconhece um antignio qualquer molcula que reage de forma especfica com um anticorpo ou com um recetor de um linfcito T, desencadeando respostas imunitrias especficas. A resposta imunitria especfica est intimamente associada aos linfcitos (tipos B e T) clulas imunocompetentes ou seja, ganham a competncia (nos rgos linfides) para poderem reconhecer determinados eptopos. Para garantir que os seus recetores so funcionais e distinguem e no atacam o prprio organismo, fazem um estgio na medula ssea que s contem clulas do prprio organismo e todos os linfcitos que apresentarem recetores para antignios prprios so eliminados, induzindo-se apoptose (seleo negativa). A atuao dos linfcitos B e T embora interligada bastante diferente: os linfcitos B atuam indiretamente sobre os antignios atravs da produo de anticorpos, enquanto os linfcitos T atuam diretamente os linfcitos B reconhecem antignios livres, enquanto os linfcitos T s reconhecem antignios associados a outras clulas s existe uma categoria de linfcitos B e vrias de linfcitos T Como a imunidade especfica atua sobre o que a imunidade no-especfica no conseguiu isoladamente eliminar, existem dois tipos de imunidade especfica dependendo da localizao da ao: humoral e celular. A imunidade humoral depende do reconhecimento dos antignios, pelos linfcitos B, que circulem no sangue e linfa e que ainda no tenham por isso invadido as clulas. Os linfcitos B so produzidos e amadurecidos na medula ssea adquirindo recetores membranares especficos de determinados eptopos. Depois de sofrerem uma primeira seleo negativa de controlo, os linfcitos

21. Biologia B denominados naive migram para os rgos lin- Os anticorpos so protenas globulares imunoglobufides secundrios. linas (Ig) que se ligam a eptopos especficos. Apesar da forte especificidade das Ig, estas molculas partilQuando um antignio que circule na corrente san- ham algumas caratersticas: gunea ou linftica passa por um dos rgos linfides secundrios, detetado pelo linfcito especfico e so constitudas por quatro cadeias polipetdicas: estabelecida uma ligao que ativa o linfcito seduas longas ou pesadas e duas curtas ou leves leo clonal. Para evitar respostas erradas a antignios estrutura em Y devido s ligaes dissulfito entre no perigosos, o linfcito B ativado sujeito a uma as cadeias longas confirmao de reconhecimento por um linfcito T, possuem um regio constante comum a todos os que se for positiva ordena a multiplicao mittica do anticorpos da mesma classe, que permite serem linfcito B multiplicao clonal. A diferenciao dos identificadas por outros componentes do sistema linfcitos B inicia-se depois da multiplicao transimunitrio formando as clulas originais em plasmcitos e em c- possuem uma regio varivel que lhes confere eslulas B memria. Os plasmcitos so clulas efetoras pecificidade com grande capacidade de sntese proteica, produzin- ligam-se aos antignios em dois locais, os dedo grandes quantidades de protenas anticorpos. As terminantes antignicos, localizados na regio clulas B memria so clulas diferenciadas e autorizavarivel das, mas no efetoras, com uma grande longevidade, que acionam uma resposta imunitria rpida e potente No Homem, e nos vertebrados em geral, conhecem-se numa segunda infeo memria imunitria. cinco classes de imunoglobulinas Classe de Ig Local de ocorrncia Funes Ig A Leite, saliva, lgrimas, secrees respiratrias e gstricas Protege contra agentes patognicos nos locais de entrada do organismo Ig D Linfcitos B Estimula linfcitos B a produzirem outros tipos de anticorpos Ig E Mastcitos presentes nos tecidos Interfere na libertao de substncias alrgicas Ig G Plasma e na linfa intersticial Protege contra bactrias, vrus e toxinas Ig M Plasma Primeiro anticorpo a atuar perante um antignio antignio-anticorpo ativa a primeira protena do Aps as imunoglobulinas se terem ligado ao respetivo antignio forma-se o complexo antignio-anticorpo, sistema complemento dando inicio cadeia de ativaes sucessivas. que desencadeia os processos destrutivos de agentes patognicos, que consoante a classe a que cada anti- A imunidade celular est associada aos linfcitos T, produzidos na medula mas, ao contrrio dos corpo pertence pode variar: B, estes so maturados no timo. A resposta imu neutralizao: o complexo antignio-anticorpo nitria ativada quando uma clula apresentadora impede o antignio de atuar que podem ser macrfagos, linfcitos B ou agentes opsonizao: a formao do complexo antigvirais, apresenta um antignio a um linfcito T. nio-anticorpo que rapidamente identificado e fagocitado por macrfagos Tal como os linfcitos B, os linfcitos T naive ficam imobilizao e preveno de aderncia: a formao armazenados nos rgos linfides secundrios at que do complexo antignio-anticorpo impede o an- uma clula apresentadora lhes apresente um antignio tignio de se mover ou se ligar a hospedeiros e os ative, comeando a produzir protenas capazes de aglutinao ou precipitao: os complexos antig- desencadear respostas variadas nas clulas-alvo. Os nio-anticorpo formam aglomerados de grandes diferentes tipos de linfcitos tm funes diferentes e dimenses que os impede de circular so identificados em laboratrio pela presena de diferentes ativao do sistema complemento: o complexo marcadores. | 21

22. Artigos de cincia elementar linfcitos citotxicos ou citolticos (TC): reconhecem e destroem clulas infetadas e cancerosas. Os linfcitos reconhecem estas clulas por exibirem glicoprotenas anormais superfcie e depois de ativados segregam substncias txicas que destroem as clulas. Os linfcitos no sofrem qualquer alterao permanecendo, se necessrio, ativos. linfcitos auxiliares (TH): reconhecem o MHC de superfcie dos macrfagos e libertam mediadores qumicos (citoquinas) que estimulam linfcitos B, fagcitos e/ou outros linfcitos T. linfcitos T supressores (TS): segregam substncias que reduzem ou suprimem a resposta imunitria quando a infeo j est controlada. De uma maneira geral, quando os linfcitos T reconhecem o antignio especifico, atuam consoante a classe a que pertencem mas comum a todos eles a diferenciao de linfcitos T memria que numa segunda infeo pelo mesmo antignio desencadeiam respostas mais potentes e rpidas. pos especficos (imunidade passiva) ou atravs da administrao de vacinas (imunidade ativa). As vacinas so preparados de agentes patognicos mortos ou alterados, vrus patgenos ou toxinas que neste caso especfico no desencadeiam a doena, mas estimulam respostas imunitrias especificas no organismo. Ao desencadear uma resposta imunitria primria consequentemente desencadeia a formao de clulas-memria que na eventualidade de uma infeo posterior pelo mesmo agente patognico iro produzir uma resposta mais rpida e potente. Algumas vacinas conferem imunidade para toda a vida como a vacina do sarampo e outras tm de ser administradas periodicamente como a anti-tetnica. Materiais relacionados disponveis na Casa das Cincias: 1. Design de Medicamentos, um resumo da cincia da Farmacologia e as suas ltimas novidades; 2. Haptenos - Como funcionam; 3. Infeo por agrobacteriumIII; 4. Alergias. 5. Sistema Imunitrio - Fator estimulador de colnias, Imunizao produo de glbulos brancos devido ao fator esA memria imunitria desenvolve-se durante o timulador de colnias primeiro contato com o antignio, conferindo imuni- 6. Apoptose, a morte celular - Como acontece? dade aos indivduos. A imunidade pode ser natural, 7. Sistema Imunitario - Teoria da seleo clonal, a como se descreveu acima quando o prprio organisseleo clonal como parte do Sistema Imunitrio mo reage contra os agentes patognicos ou pode ser 8. Origem do cancro da mama, como se origina o induzida, atravs da administrao direta de anticorCancro da Mama? Autor Catarina Moreira Doutoramento em Biologia pela Faculdade de Cincias da Universidade de Lisboa Editor Jos Feij Departamento de Biologia Vegetal da Faculdade de Cincias da Universidade de Lisboa Referncia: Moreira, C. (2013), Revista de Cincia Elementar, 1(01):0004 Microscpio tico O microscpio um instrumento utilizado para ampliar e observar estruturas pequenas dificilmente visveis ou invisveis a olho n. O microscpio tico utiliza luz visvel e um sistema de lentes de vidro que ampliam a imagem das amostras. Os primeiros microscpios ticos datam de 1600, mas incerto quem ter sido o autor do primeiro. A sua criao atribuda a vrios inventores: Zacharias 22 | Janssen, Galileo Galilei, entre outros. A popularizao deste instrumento, no entanto, atribuda a Anton van Leeuwenhoek (Fig.1). Os microscpios ticos so constitudos por uma componente mecnica de suporte e de controlo da componente tica que amplia as imagens. Os microscpios atuais que usam luz transmitida partilham os mesmo componentes bsicos (Fig. 2).

23. Biologia Componentes mecnicos p ou base apoio a todos os componentes do microscpio brao fixo base, serve de suporte s lentes e platina platina base de suporte e fixao da preparao, tem uma abertura central (sobre a qual colocada a preparao) que deixa passar a luz. As pinas ajudam fixao da preparao. A platina pode ser deslocada nos microscpios mais modernos, nos antigos tinha que se mover a prpria amostra, segura pelas pinas. revlver suporte das lentes objetivas, permite trocar a lente objetiva rodando sobre um eixo tubo ou canho suporta a ocular na extremidade superior parafuso macromtrico permite movimentos verticais da grande amplitude da platina parafuso micromtrico permite movimentos verticais lentos de pequena amplitude da platina para focagem precisa da imagem Componentes ticos condensador sistema de duas lentes (ou mais) convergentes que orientam e distribuem a luz emitida de forma igual pelo campo de viso do microscpio diafragma regula a quantidade de luz que atinge o campo de viso do microscpio, atravs de uma abertura que abre ou fecha em dimetro (semelhante s mquinas fotogrficas) fonte luminosa atualmente utiliza-se luz artificial emitida por uma lmpada includa no prprio microscpio com um interruptor e algumas vezes com um restato que permite regular a intensidade da luz. Os modelos antigos tinham um espelho de duas faces: a face plana para refletir luz natural e a face cncava para refletir luz artificial. lente ocular cilindro com duas ou mais lentes que permitem ampliar a imagem real fornecida pela objetiva, formando uma imagem virtual mais prxima dos olhos do observador. As oculares podem ser de diferentes ampliaes sendo a mais comum de 10x. A imagem criada pela ocular ampliada, direita e virtual. lente objetiva conjunto de lentes fixas no revolver, que girando permite alterar a objetiva consoante a ampliao necessria. a lente que fica mais prxima do objeto a observar, projetando uma imagem real, ampliada e invertida do mesmo. Figura 1 - Microscpio tico de Anton van Leeuwenhoek Figura 2 - Microscpio tico 1. Lentes oculares 2. Revlver 3. Lentes objetivas 4. Parafuso macromtrico 5. Parafuso micromtrico 6. Platina 7. Foco luminoso (Lmpada ou espelho) 8. Condensador e diafragma 9. Brao As objetivas secas, geralmente com ampliao de 10x, 40x e 50x, so assim designadas porque entre a sua extremidade e a preparao existe somente ar. As objetivas de imerso (ampliao at 100x), pelo contrrio, tm a sua extremidade mergulhada em leo com o intuito de aumentar o poder de resoluo da objetiva: como o ndice de refrao de leo semelhante ao do vidro o feixe de luz no to desviado para fora da objetiva. Como funciona o microscpio tico A intensidade da luz pode ser regulada diretamente atravs do restato que atua na prpria fonte luminosa ou indiretamente atravs do condensador e do diafragma: a intensidade aumenta se se subir o con| 23

24. Artigos de cincia elementar densador e abrir o diafragma e diminui se se descer o condensador e fechar o diafragma. A ampliao nmero de vezes que a imagem aumentada em relao ao objeto real funo conjunta do poder de ampliao da objetiva e ocular utilizadas. A ampliao total o produto da ampliao da objetiva pela ampliao da ocular (exemplo, ampliao da ocular 10x, ampliao da objetiva 20x, ampliao total 10 x 20 = 200x. A imagem observada depende tambm do poder de resoluo, isto , a capacidade que as lentes tm de discriminar objetos muito prximos. O poder de resoluo depende do comprimento de onda da luz utilizada, e o seu valor terico para um microscpio tico de cerca de 0,2 m ou seja, dois objetos tm de estar pelo menos a uma distncia um do outro de 0,2 m para poderem ser discriminados ao microscpio tico. Este valor, contudo, s alcanvel com lentes de elevada qualidade e preo! A preparao colocada na platina e fixa com o auxlio das pinas. Com os parafusos existentes na platina move-se a preparao at esta estar sobre a abertura por onde passa a luz. Olhando atravs da ocular (monocular ou binocular, respetivamente com uma ou duas lentes) e com a objetiva de menor ampliao foca-se a imagem, preferencialmente no centro do campo de viso, utilizando os parafusos macromtrico e micromtrico. Aps esta primeira focagem, podem-se utilizar objetivas de maior poder de ampliao, de forma sequencial repetindo todo o processo j descrito. A imagem final observada ser ampliada, virtual e invertida. Dependendo do microscpio, em alguns casos, a imagem final pode ser direita e no invertida. Por exemplo, se utilizarmos uma preparao da letra F, tal como na figura, as imagens formadas pela objetiva e pela ocular so como descritas (Fig.3). Autor Catarina Moreira Editor Jos Feij Preparao da letra F F F Doutoramento em Biologia pela Faculdade de Cincias da Universidade de Lisboa F Imagem da objetiva: - Ampliada - Virtual - Invertida Imagem da ocular: - Ampliada - Real - Invertida Figura 3 - Imagens obtidas por uma lente objetiva e ocular a partir de uma preparao com a letra F. As posies relativas da letra F so como se observariam ao microscpio. Materiais relacionados disponveis na Casa das Cincias: 1. Os Componentes de um Microscpio, conhea para que servem os principais componentes de um microscpio; 2. Como Fazer uma Preparao, ...... to simples ..... Departamento de Biologia Vegetal da Faculdade de Cincias da Universidade de Lisboa Referncia: Moreira, C. (2013), Revista de Cincia Elementar, 1(01):0005 Neurnio uma clula nervosa, estrutura bsica do sistema nervoso, comum maioria dos vertebrados. Os neurnios so clulas altamente estimulveis, que processam e transmitem informao atravs de sinais eletro-qumicos. Uma das suas caratersticas a ca24 | pacidade das suas membranas plasmticas gerarem impulsos nervosos. A maioria dos neurnios, tipicamente, possui o corpo celular e dois tipos de prolongamentos citoplasmticos, as dendrites e os axnios.

25. Biologia corpo celular: contm o ncleo e a maior parte dos organelos. nesta parte onde ocorre a sntese proteica. dendrites: so prolongamentos finos, geralmente ramificados, que recebem e conduzem os estmulos provenientes de outros neurnios ou de clulas sensoriais. axnio: o prolongamento, geralmente, mais longo que transmite os impulsos nervosos provenientes do corpo celular. O comprimento do axnio varia muito entre os diferentes tipos de neurnios. Nos vertebrados e em alguns invertebrados os axnios so cobertos por uma bainha isolante de mielina, tomando a designao de fibra nervosa. terminaes do axnio: contm sinapses, estruturas especializadas onde so libertadas susbtncias qumicas, neurotransmissores, que estabelecem a comunio com as dendrites ou corpo celular de outros neurnios. a h g b f d c e Figura 1 - Esquema representativo de um neurnio tpico. a. Dendrite b. Soma c. Ncleo d. Axnio e. Bainha de mielina f. Clula de Schwann g. Ndulo de Ranvier h. Axnio terminal Quando a terminao do axnio de um neurnio estabelece ligaes com as dendrites ou corpo celular de um outro neurnio, as membranas modificam-se e formam uma sinapse, que permite que o impulso nervoso seja conduzido de um neurnio para o seguinte. Quando o impulso nervoso chega terminao do axnio que forma uma sinapse libertam-se neurotransmissores a partir da membrana pr-sinptica que atravessam a fenda sinptica e se ligam aos recetores da membrana pos-sinptica do neurnio seguinte. Os neurnios no entanto no so as nicas clulas do sistema nervoso, as clulas de glia funcionam como suporte fsico dos neurnios e auxiliam as ligaes durante o desenvolvimento embrionrio. Existem vrios tipos de clulas de glia: as clulas de Schwann no sistema nervoso perifrico, os oligodendrcitos no sistema nervoso central. Muitas clulas gliais fornecem nutrientes aos neurnios enquanto outras consomem partculas estranhas e resduos celulares. Outra das suas funes a manuteno dos nveis inicos volta dos neurnios. Embora no tenham axnios e no transmitam por isso impulsos nervosos, as clulas gliais comunicam entre si eletricamente atravs das gap junction, que permitem o fluxo inico entre clulas. Como em todas as clulas, o citoplasma do neurnio tem um excesso de carga negativa. A voltagem no interior do neurnio geralmente 60-70 milivolts (mV) mais negativa que o exterior da clula. Esta diferena de carga entre o meio extracelular e o meio intracelular gera uma diferena de potencial eltrico entre as duas faces da membrana potencial de membrana, que quando a clula no est a transmitir impulsos nervosos da ordem dos -70 mV potencial de repouso. O sinal negativo indica como referido anteriormente que o interior da clulas tem maior carga negativa do que o exterior. O neurnio sensvel a qualquer fator qumico ou fsico que provoque uma alterao no potencial de repouso da membrana. A alterao mais extrema que pode ocorrer no potencial de membrana o impulso nervoso (ou potencial de ao), que uma rpida alterao do potencial eltrico, em que por breves instantes (1 ou 2 milisegundos) o interior da clula torna-se mais positivo que o exterior. As membranas plasmticas dos neurnios so constitudas por uma bicamada fosfolipdica impermevel aos ies, como nas outras clulas, mas possuem protenas que funcionam como canais ou bombas inicas. O potencial de repouso deve-se sobretudo diferena de concentrao dos ies sdio Na+ e potssio K+ dentro e fora da clula. Diferena essa que mantida pelo funcionamento dos canais e das bombas de sdio e potssio, que bombeiam sdio para o meio externo e potssio para o meio interno, com consumo de ATP, contrariando a difuso passiva destes ies. A bomba de sdio e potssio transporta 3 Na+ por cada 2 K+ , a quantidade de ies K+ que sai da clula (por transporte passivo) superior quantidade de ies Na+ que entra na clula, criando-se um dfice de cargas positivas na clula relativamente ao exterior. Os canais que existem na membrana celular permitem a passagem de K+ e Na+ de forma passiva. Quando o neurnio est em repouso, os canais esto fechados e | 25

26. Artigos de cincia elementar abrem quando a clula estimulada, permitindo uma rpida entrada de Na+, e uma alterao do potencial de membrana de -70 mV para + 35 mV, chamando-se a esta diferena, potencial de despolarizao. A rpida alterao do potencial eltrico que ocorre durante a despolarizao designa-se por potencial de ao e da ordem dos 105 mV. Quando o potencial de ao atinge o seu mximo durante a despolarizao, aumenta a permeabilidade da membrana ao K+, e a permeabilidade dos canais ao Na+ volta ao normal. D-se uma quebra no potencial de membrana at atingir o seu valor de repouso, chamando-se a esta diferena potencial, repolarizao. A transmisso de um impulso nervoso um exemplo de uma resposta do tipo tudo-ou-nada, isto , o estmulo tem de ter uma determinada intensidade para gerar um potencial de ao. O estmulo mnimo necessrio para desencadear um potencial de ao o estmulo limiar, e uma vez atingido este limiar, o aumento de intensidade no produz um potencial de ao mais forte mas sim um maior nmero de impulsos por segundo. O potencial de ao gerado na membrana estimulada propaga-se rea vizinha, conduzindo sua despolarizao e assim por diante. Estas sucessivas despolarizaes e repolarizaes ao longo da membrana do neurnio constituem o impulso nervoso, cuja propagao se faz num nico sentido, das dendrites para o axnio. A velocidade de transmisso do impulso nervoso varia muito entre neurnios e espcies diferentes. Por exemplo, nas anmonas em geral a velocidade da ordem dos 0.1 m/s, enquanto que nos neurnios motores de alguns mamferos da ordem dos 120m/s. estas diferenas na velocidade de transmisso esto relacionadas com a estrutura do axnio: Autor Catarina Moreira Doutoramento em Biologia pela Faculdade de Cincias da Universidade de Lisboa dimetro: pequenos dimetros apresentam maior resistncia logo o impulso transmitido mais lentamente bainha de mielina: nos vertebrados embora os axnios tenham dimetros inferiores aos dos invertebrados, a elevada velocidade de propragao do impulso garantida pela presena da bainha de mielina, formada por clulas de Schwann que envolvem o axnio. As interrupes entre clulas de Schwann na bainha de mielina, so designadas por ndulos de Ranvier. Em axnios mielinizados, o potencial de ao apenas despolariza a membrana na regio dos ndulos de Ranvier, uma vez que a bainha atua como um isolante impedindo a despolarizao nas restantes zonas. A rpida propagao atingida pois o impulso salta de um ndulo para o outro. A passagem do impulso nervoso de uma clula para a outra faz-se atravs das sinapses. Materiais relacionados disponveis na Casa das Cincias: 1. Potencial de Ao dos Nervos II, faa variar o potencial de ao numa clula nervosa 2. Potencial de Ao dos Nervos I, observe o potencial de ao numa clula nervosa 3. Sinapses. 4. Os Neurnios, como que os neurnios podem levar a comportamentos complexos? 5. Sistema Nervoso (apresentao), fique a conhecer o funcionamento do Sistema Nervoso com esta apresentao! Editor Jos Feij Departamento de Biologia Vegetal da Faculdade de Cincias da Universidade de Lisboa Referncia: Moreira, C. (2013), Revista de Cincia Elementar, 1(01):0006 Respirao Conjunto das vias catablicas, a partir das quais os or- e protes uma molcula inorgnica externa. Na resganismos obtm energia a partir da oxidao de uma pirao a glicose o substrato mais comum. Os ormolcula orgnica sendo o aceitador final de eletres ganismos oxidam a glicose na presena de oxignio de 26 |

27. Biologia acordo com a seguinte reao: C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + energia As vias metablicas associadas respirao ocorrem nas clulas das plantas e dos animais, gerando cerca de 38 molculas de ATP por cada molcula de glicose oxidada. Nem toda a energia produzida aproveitada, apenas cerca de metade conservada sob a forma de energia qumica (ATP) e o resto libertado sobre a forma de calor. Nas clulas eucariotas as necessidades energticas so maiores, e a presena de organelos como as mitocndrias permitem uma oxidao completa do cido pirvico obtido na gliclise, originando compostos mais simples (gua e dixido de carbono) com libertao de energia. Esta via metablica ocorre na presena de oxignio e denomina-se respirao aerbia. O metabolismo aerbico bastante mais eficiente do ponto de vista energtico que o metabolismo anaerbico, partilham as primeiras reaes da gliclise e depois o metabolismo aerbico continua a degradao do cido pirvico atravs do ciclo de Krebs e da fosforilao oxidativa, que decorre nas mitocndrias das clulas eucariotas e no citoplasma das clulas procariotas. A degradao oxidativa completa da glicose pode ser compartimentada em quatro etapas bioqumicas principais: a gliclise, a formao do acetil-CoA, o ciclo de Krebs (ciclo do cido ctrico ou dos cidos tricarboxlicos) e a cadeia transportadora de eletres onde se d a fosforilao oxidativa. Durante a respirao um composto orgnico (geralmente acar) completamente oxidado formando CO2 e H2O. Na respirao aerbia, o oxignio molecular, O2 serve como aceitador final de eletres. Na respirao anaerbia, o aceitador final de eletres pode ser o NO3- (io nitrato), SO42- (io sulfato), CO2 ou fumarato. Se o substrato oxidado durante a respirao for uma protena ento forma-se tambm amnia. As bactrias, ao contrrio das cianobactrias e dos eucariotas, possuem vias metablicas alternativas oxidao da glicose: a via oxidativa da pentose fosfato e a via de Entner-Doudoroff. Aqui apenas iremos reportar a gliclise. AUTOTRFICOS Fotossntese Armazenamento de energia qumica Alimento AUTOTRFICOS e HETEROTRFICOS Via aerbica Gliclise Respirao celular Formao de Acetil-CoA Ciclo de Krebs Via anaerbica Gliclise Restantes reaes da fermentao Cadeia respiratria - Oxidao incompleta - Oxidao completa -Resduos: H2O e CO2 -Resduos: etanol ou cido lctico ou CO2 - Energia: 2 ATP - Energia: 36 ATP Etapas da respirao aerbia: Gliclise Via metablica comum a todos os seres vivos consiste na oxidao incompleta da glicose em piruva- to e ocorre no citosol de eucariotas e procariotas. A gliclise ocorre na presena ou ausncia de oxignio. Consiste em 10 reaes que convertem a molcula de glicose com 6 tomos de carbono (6C) em duas molculas de piruvato com 3C, com produo de | 27

28. Artigos de cincia elementar 2 ATPs e reduo de 2 NAD+ em NADH + H+. A gliclise pode ser divida em dois grupos de reaes: camente ativa e se d incio sua degradao; fase de rendimento, em que a oxidao dos compostos orgnicos permite aproveitar energia liber fase de ativao, em que fornecida energia da hitada para a produo de ATP. drlise do ATP glicose para que se torne quimiAs primeiras 5 reaes so endoenergticas, isto , consomem energia. 1. o ATP transfere um grupo fosfato (P) para a glicose 6C, formando a glicose 6-P 2. a glicose 6-P sofre um rearranjo da molcula, originando o ismero frutose 6-P 3. outro ATP transfere um P para frutose 6-P originando a frutose 1,6-P (ou frutose difosfato) GLICLISE Glicose ATP Glicocinese ADP Glicose-5-P Frutose-6-P ATP 4. a molcula de frutose sofre rearranjo molecular (o anel benzeno abre) e a frutose 1,6-P origina duas molculas diferentes de 3 carbonos fosfato de diidroxiacetona e gliceraldedo 3P (ou cido fosfoglicrico) ADP 5. a fosfato de diidroxiacetona sofre um rearranjo estrutural e forma-se o seu ismero, o cido fosfoglicrico Resultado desta fase: 2 molculas de cido fosfoglicrico, 2 molculas NADH + 2 H+ As seguintes 5 reaes ocorrem em duplicado a partir das 2 molculas de cido fosfoglicrico DHAP 6. o cido fosfoglicrico oxidado, formando o 1,3 bifosfoglicerato (converso de um acar num cido) e um NADH + H+ - nesta reao de fosforilao do substrato com fosfato inorgnico paralelamente com a oxidao e reduo do NAD que resulta um ganho energtico para a clula Frutose-1,6-P NAD+ NADH 1,3-Bifosfoglicerato ADP ATP 3-Fosfoglicerato 2-Fosfoglicerato Fosfoenolpiruvato (PEP) 7. o 1,3 bifosfoglicerato cede o grupo fosfato a 1 ADP, formando ATP e 3 fosfoglicerato 8. o grupo fosfato muda de local ao nvel molecular no 3 fosfoglicerato formando 2 fosfoglicerato 9. o 2 fosfoglicerato perde uma molcula de H2O, formando o fosfoenolpiruvato (PEP) 10. o PEP cede um P ao ADP, formando ATP e piruvato Resultado desta fase: 2 molculas de piruvato, 2 H2O e 4 ATPs Formao do Acetil-coenzima A (AcetilCoA) Na presena de oxignio, o piruvato entra na mitocndria, e oxidado formando um composto de 2 carbonos, o acetato, com libertao de energia e CO2. Durante este processo o acetato liga-se a uma coenzima coenzima A (CoA) formando o acetil-coenzima A. Os 3 passos: 1. piruvato oxidado e forma acetato com libertao 28 | Gliceraldeido-3-P ADP ATP Piruvato-cinese Piruvato NADH NAD+ Lactato Piruvato desidrogenase Acetil CoA Ciclo de Krebs ATP de CO2 2. a energia libertada na oxidao do piruvato armazenada na reao de reduo do NAD+ a NADH + H+ 3. a molcula de acetato combina-se com a coenzima A formando o acetil-coenzima A. Ciclo de Krebs O ciclo de Krebs o conjunto de reaes que conduz

29. Biologia Reaes do Ciclo de Krebs O acetilCoA com dois carbonos no seu grupo acetato reage com o oxaloacetato (cido com 4 carbonos) formando um composto de 6 carbonos, o cido ctrico (citrato). As seguintes reaes catalizadas por vrias enzimas iro continuar a degradao do cido citrco at formao de uma nova molcula de 4 carbonos, o oxaloacetato. Esta nova molcula de oxaloacetato vai reagir com outro acetilCoA e assim sucessivamente. Os reagentes iniciais e os produtos intermdios e finais permitem a manuteno e continuao do ciclo, com reciclagem de compostos que sero teis mais tarde no ciclo. Os compostos intermedirios do ciclo de Krebs podem ser utilizados como percursores em vias biossintticas, por exemplo, o oxaloacetato e o -cetoglutarato iro formar aminocidos, respetivamente o aspartato e o glutamato. oxidao completa da glicose. Ocorre na matriz da mitocndria dos eucariontes e no citoplasma dos procariontes. Os principais reagentes do ciclo de Krebs so o acetato na forma de acetil-CoA, gua e transportadores de eletres. As reaes so catalisadas por enzimas donde se destacam as descarboxilases (catalisadores das descarboxilaes) e as desidrogenases (catalizadores das reaes de oxidao-reduo que conduzem formao de NADH). Cada molcula de glicose conduz formao de duas molculas de piruvato, que originam duas molculas de acteil-CoA, dando inicio a dois ciclos de Krebs. Por cada molcula de glicose degradada, resultam no final do ciclo de Krebs: 6 molculas de NADH 2 molculas de FADH2 2 molculas de ATP 4 molculas de CO2 Gliclise Piruvirato carboxilase Piruviratodesidrogense Oxidao e Biossntese de Aminocidos Oxidao de cidos gordos Biossntese de cidos gordos Gluconeognese Ciclo de Krebs Oxidao de cidos gordos e itrato ase Isoc rogen id Des Valina Isoleucina Metionina Aconitase Iso De citr sid ato ro ge na s e Biossntese de Porfirina se ita on Ac e SuccinatoDesidrogenase Biossntese de colesterol Citr a sinte to tase toase Mala rogen id des cido asprtico Fenilalanina Tirosina a-Ce tog Desid lutarato roge nase C Oxidao e Biossntese de Aminocidos Ciclo de Krebs | 29

30. Artigos de cincia elementar Tabela resumo do ciclo de Krebs (adaptada da wikipedia) Substrato/Coenzima Enzima Tipo de reao Produtos 1 Oxaloacetato + acetilCoA + H2O Citrato sintase condensao cido citrico + CoA-SH 2 cido ctrico Acotinase Desidratao/hidratao 3 Isocitrato + NAD+ Isocitrato desidrogenase Oxidao Oxalosucinato + NADH + H+ Isocitrato desidrogenase Descarboxilao -cetoglutarato + CO2 4 Oxalosucinato + H+ 5 -cetoglutarato + NAD + CoA-SH -cetoglutarato desidrogenase Descarboxilao oxidativa + 6 Succinil-CoA + GDP + Pi Isocitrato + H2O Succinil-CoA + NADH + H+ + CO2 Succinil-CoA sintetase Fosforilao ao nvel do substrato Sucinato + CoA-SH + GTP 7 Sucinato + ubiquinona + FAD Sucinato desidrogenase Oxidao 8 Fumarato + H2O fumarase Hidratao Malato desidrogenase Oxidao 9 L-malato + NAD+ Fumarato + ubiquinol + FADH2 Malato Oxaloacetato + NADH + H+ O oxaloacateto produzido no ciclo de Krebs pode reiniciar um novo ciclo. Cadeia respiratria ou transportadora de eletres e fos- 2. o fluxo de eletres ao longo da cadeia respiratria forilao oxidativa provoca o transporte ativo de protes ao longo da As molculas de NADH e FADH2 resultantes do ciclo cadeia atravs da membrana interna da mitocn+ de Krebs (pela reduo, respetivamente, de NAD e dria. + FAD) transportadoras de eletres e protes (e e H ), 3. os protes regressam matriz mitocondrial por so oxidadas nas reaes finais da respirao celular, difuso quimioosmose e, simultaneamente, o e os eletres e protes so captados pelo oxignio, ADP sofre uma fosforilao oxidativa formando aceitador final. ATP. Esta ltima fase tripartida: A cadeia transportadora de eletres contm 3 grandes complexos proteicos na membrana interna 1. os eletres passam por uma srie de protenas da mitocndria; uma pequena protena o citocrotransportadoras de eletres cadeia respiratria mo c; e um componente no proteico a ubiquino que se encontram na membrana interna da mi- na (Q). tocndria. H+ I H+ Q III Cyt c H+ Membrana externa IV ATP Sintase NADH + ATP ADP + P H+ O2 IV H+ 30 | O2 H2 O NAD + H Matriz i H2 O + Fumarato III II Q H+ Succinato Membrana interna I Espao intermembranar

31. Biologia 1. O NADH + H+ cede eletres ubiquinona (Q) numa reao catalisada pela enzima NADH-Q reductase. 2. a citocromo reductase transfere os eletres da ubiquinona para o citocromo c. 3. do citocromo c os eletres passam para o oxignio numa reao catalisada pela citocromo oxidase. interior da mitocndria, atravs de canais proteicos especficos, as sintetases de ATP, promovendo a fosforilao do ADP em ATP. Materiais relacionados disponveis na Casa das Cincias: 1. Catabolismo, quais as fases do catabolismo? 2. Ciclo de Krebs: Reaes energticas na mosca ts-ts, Por cada par de eletres transportado na cadeia resas reaes energticas na mosca ts-ts em voo e piratria provenientes de NADH + H+ at ao aceitaem repouso dor final, o oxignio, formam-se 3 ATPs. 3. Gliclise, como se d