Biologia Estrutural: Citologia

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1 Centro de Estudos e Ações Solidárias da Maré Curso Pré-Vestibular Disciplina: Biologia Educadora: Amanda Dantas Biologia Estrutural: Citologia Por que estudar células? Assim como os átomos são elementos básicos essenciais para o estudo da química, as células são a base da compreensão dos conceitos da biologia. Com exceção dos vírus, todos os demais seres vivos são fundamentalmente estruturados por células. Dessa forma, podemos ver as células como uma das unidades de estudo da biologia, onde trabalham de forma coordenada para desempenhar diversas funções nos organismos vivos. Por exemplo, o bombeamento de sangue para o corpo é realizado por células musculares cardíacas que se agrupam para formar o coração. A citologia (kytos, célula ; logos, estudo ) consiste no estudo dos vários aspectos da célula. Visto isso, é possível iniciar o estudo com a pergunta: como partimos de átomos se organizam até formar um organismo vivo? Os sistemas biológicos se organizam de forma que a junção de elementos mais simples se organizam formando estruturas mais complexas. No esquema 1- Células Procarióticas Também chamadas procariontes, são organismos constituídos apenas por uma célula, ou seja, unicelulares. As células procarióticas possuem uma estrutura mais simples do que as eucarióticas Sua principal característica é a ausência de carioteca, uma membrana que envolve o material nuclear (genético). Sendo assim, esse material fica mergulhado no citoplasma da célula. Também não possuem organelas membranosas (mitocôndrias, cloroplastos, complexo de golgi, lisossomos, retículo endoplasmático). A membrana dos procariotos é revestida por uma parede celular composta de carboidratos e aminoácidos. Os procariotos incluem bactérias, cianobactérias e arqueobactérias. acima representam um ganho de complexidade. Voltando ao exemplo, um conjunto de células musculares cardíacas formam o tecido muscular cardíaco, que junto com outros tecidos formam o coração, que junto com os vasos sanguíneos forma o sistema cardiovascular. Tipos de células: De acordo com sua estrutura, os tipos celulares conhecidos podem ser dividos em células procarióticas e eucarióticas. 2 Células Eucarióticas São células presentes em organismos uni ou pluricelulares ditos procariontes e fazem parte dos outro quatro reinos de seres vivos: protistas (algas e protozoários), fungos, vegetais e animais. Sua principal característica é a individualização do material genético, que fica envolvido por uma membrana chamada carioteca.

2 Embora existam diferenças entre as células animais e vegetais, pode-se dizer que elas compartilham da mesma arquitetura básica comum às células eucarióticas. As características particulares das células vegetais incluem a presença de cloroplastos capazes de realizar fotossíntese, existência de grandes bolsas contendo líquido denominasas vacúolos, e a presença de uma parede celular composta predominantemente por um polissacarídeo chamado celulose (diferente da parece celular dos procariotos, que é composta de aminoácidos e outros carboidratos). O aumento da complexidade das células eucarióticas levou a uma tendência à compartimentalização (separar em compartimentos ou ambientes separados) das estruturas, o que levou ao surgimento não só da carioteca, mas das organelas revestidas por membrana cada uma com sua função específica. Sendo assim, a compartimentalização celular é o primeiro de divisão do trabalho na natureza! MEMBRANA PLASMÁTICA Os primeiros seres vivos surgiram nos oceanos primitivos através da associação de moléculas orgânicas. Aos poucos, ocorreu a delimitação destes por finos revestimentos que os separavam do meio. Esse revestimento impedia a dispersão das moléculas desses seres vivos no oceano e hoje e evoluiu para o que hoje chamamos de membrana plasmática (MP). Isso permitiu a célula manter a sua composição interna diferente da do ambiente externo, com o qual realiza troca de substâncias. 1 Estrutura da membrana: a MP é constituída principalmente por fosfolipídios e proteínas, ou seja, tem composição lipoproteica. Adicionam-se ainda a sua composição colesterol e glicoproteínas. Os fosfolipídeos se depositam na membrana como um sanduíche, respeitando o seu caráter anfipático (uma extremidade polar e uma apolar). Dessa forma, as cabeças de fosfolipídios cabeça polares/hidrofílicas ficam voltadas para fora, e as caudas apolares/hidrofóbicas voltadas para a face interna do sanduíche. Observação: Hidrofóbico = repele água/compostos polares. Hidrofílico = atrai água/compostos polares. As proteínas encontram-se mergulhadas na bicamada lipídica ocupando parcial ou totalmente a sua espessura. Podem ser integrais (atravessam a membrana) ou periféricas (ocupam apenas uma das faces). Elas exercem diversas funções na MP, sendo as principais: Proteína canal: permitem que moléculas/íons atravessem a membrana como a um túnel. Proteína carreadora: interage com moléculas, transportando-os pela membrana. Proteína receptora: recebem sinais de moléculas, desencadeando respostas celulares. Ex: a ligação da insulina a uma proteína receptora desencadeia o aumento da captação de glicose pelas células. Proteína de reconhecimento: permite que uma célula interaja com outra célula.

3 Os componentes da MP não estão dispostos de forma estástica e sim de forma dinâmica. Os fosfolipídeos deslocam-se continuamente, mas sem perder o contato uns com os outros (como se dançassem trocando de par). As proteínas também se movimentam pela membrana, mudando e trocando de posição o tempo todo, similar a um quebra-cabeça. Essa dinâmica da membrana é chamada modelo do mosaico fluido. Transporte de substâncias através da membrana O transporte de íons e moléculas de pequeno a grande tamanho ocorre diretamente através da bicamada ou com o auxílio de proteínas. As características físicoquímicas das substâncias definem a sua permeabilidade através da membrana e incluem tamanho, carga elétrica, caráter apolar/polar etc. A figura abaixo ilustra a permeabilidade da membrana plasmática à certas moléculas. Gradiente de concentração: 2 Envoltórios e especializações de membrana: Glicocálix: camada de carboidratos associados a proteínas e lipídios (glicoproteínas e glicolipídios) que reveste a face externa da membrana. Atua protegendo a célula de lesões mecânicas e químicas, e também mantém partículas estranhas e outras células distantes. Também participam da adesão (contato) entre células. Ex: o tipo de glicocálix das células determina o tipo sanguíneo. Parede celular: envoltório espesso presente em vegetais, fungos, procariotos e algas do reino protista. Nos vegetais, é formada principalmente por celulose, um polissacarídeo que confere rigidez a essa estrutura e impede o rompimento da célula. 3 Permeabilidade seletiva: O isolamento do meio interno proporcionado pela membrana não pode ser absoluto, pois a MP precisa permitir a passagem de substâncias úteis (água, oxigênio, alimento etc). Como a membrana permite a passagem de certas substâncias mas não de outras a MP é dita semipermeável, propriedade também chamada de permeabilidade seletiva. Refere-se a diferença entre a quantidade de uma substância (massa de soluto) entre duas soluções de mesmo volume. Uma solução de 40g de café por litro de leite é mais concentrada do que uma que contém 10g de café por litro de leite. A tendência natural é que uma substância se movimente do ambiente mais concentrado para o menos concentrado, ou seja, à favor do gradiente de concentração até que se atinja um equilíbrio de concentrações. Em termos relativos, quando uma solução é mais concentrada em relação a uma outra ela é dita hipertônica e a solução menos concentrada é dita hipotônica. Duas soluções de mesma concentração são ditas isotônicas. Logo, em um movimento à favor do gradiente de concentração ocorre passagem de soluto do ambiente hipertônico para o hipotônico. O transporte de íons e moléculas pequenas e médias é classificado em função do gasto ou não de energia em e dois grandes processos: o transporte passivo (sem gasto energético) e o transporte ativo (com gasto energético). 1 Transporte passivo Ocorre sempre à favor do gradiente de concentração e ocorre sem gasto de energia. Difusão simples: refere-se a movimentação espontânea de solutos através da membrana diretamente pela bicamada lipídica. É explicada pela tendência das partículas se espalharem no ambiente, ou seja, se difundirem. Para que a difusão aconteça são necessárias duas

4 condições: que a membrana seja permeável à substância e que haja um gradiente de concentração para essa substância. Difusão facilitada: tipo difusão que ocorre com a ajuda das proteínas, para substâncias que encontram maior dificuldade em atravessar a bicamada, como a glicose e aminoácidos. Assim como a difusão simples, não envolve gasto de energia e ocorre à favor do gradiente de concentração. Existem duas principais classes de proteínas capazes de participar da difusão facilitada: 1. Proteína carreadora (permeases): capturam a substância a ser transportada e facilitam a sua passagem pela membrana da célula. estão mais concentradas, ou seja, contra o gradiente de concentração. Como esse tipo de movimento não é a tendência natural da dinâmica das moléculas, é preciso que exista gasto de energia para que ocorra. Por exemplo, as nossas células precisam manter a sua concentração intracelular de potássio (K + ) 20 a 40 vezes maior do que a extracelular. Pelo contrário, a concentração de sódio (Na + ) precisa estar 8 a 12 vezes maior no exterior da célula. Nesse caso, a tendência natural seria a saída de K + e a entrada de Na + até que fosse atingido o equilíbrio. No entanto, essa diferença na concentração desses íons precisa ser mantida para que os processos celulares ocorram de forma adequada. Para que isso ocorra, esses íons são constantemente transportados contra os seus gradientes de concentração por proteínas que bombeiam sódio para fora da célula e potássio para dentro da célula. Esse processo é feito pela bomba Na + /K + ATPase. Cada vez que a bomba realiza esse transporte, ela utiliza a energia de uma molécula de ATP. Como o ATP é quebrado em ADP e P necesse processo, a bomba é chamada ATPase. 2. Canal iônico: funcionam como um poro (ou túnel) permitindo a passagem de substâncias por dentro do poro formado pela proteína. Ex: transporte de íons. Transporte de Grandes Moléculas e Agregados Moleculares Além do transporte passivo e ativo, grandes moléculas e agregados moleculares entram em saem da célula pela formação de bolsas através de brotamentos na membrana plasmática. A endocitose (endos=dentro; kytos=célula) ocorre quando essas bolsas englobam materiais externos e os transportam para dentro da célula. A exocitose (exos=fora; kytos=célula) ocorre quando células eliminam seu substâncias para o meio externo. 1 Endocitose 2 Transporte ativo Algumas substâncias precisam de um transporte do local onde estão menos concentradas para onde Existem dois tipos de endocitose, a fagocitose e a pinocitose. Fagocitose (phagein, comer; kytos, célula): a membrana emite invaginações chamadas pseudópodos que abraçam a partícula a ser

5 englobada e a envolvem totalmente numa bolsa membranosa. Essa bolsa se desprende da membrana em sua face interna, passando a circular dentro da célula. Ex: células imunes fagocitam bactérias invasoras. Pinocitose (pinein, beber): refere-se ao englobamento de líquidos e pequenas partículas. A membrana aprofunda-se no citoplasma da célula e forma um canal cujas bordas são estranguladas causando o destacamento da bolsa membranosa da membrana, que passa a circular dentro da célula. 2 Exocitose Na exocitose (exos, fora; kytos, célula), substâncias que precisam ser eliminadas da célula ficam temporariamente armazenadas em bolsas membranosas no citoplasma das células. Essas bolsas se movem em direção a membrana e se fundem a ela, eliminando o seu conteúdo no meio extracelular. ORGANELAS INTRACELULARES O citoplasma ou hialoplasma das células é formado por dois elementos: um líquido gelatinoso rico em água, sais minerais, íons, vitaminas, proteínas, glicídios e lipídeos chamado citosol e várias organelas citoplasmáticas. Nas células eucarióticas, o citoplasma é o espaço compreendido entre a membrana plasmática e o envoltório nuclear. As organelas são estruturas que desempenham várias funções celulares. Podemos comparar as organelas aos nossos órgãos, que possuem cada um uma função específica no nosso corpo. 1 Retículo Endoplasmático: o retículo endoplasmático é composto de tubos e bolsas achatadas e interligadas. É dividido em retículo endoplasmático liso ou agranular (REL) e retículo endoplasmático rugoso ou granular (RER). O RER possui esse nome em função da presença de ribossomos aderidos em suas membranas que quando vistas ao microscópio dão esse aspecto granuloso em sua estrutura. As funções do RE são as seguintes: REL: síntese de lipídeos e desintoxicação celular; são muito abundantes nas células do fígado; RER: síntese de proteínas graças a presença de ribossomos. 2 Complexo de Golgi: constituido por bolsas membranosas achatadas chamadas cisternas. Sua função é participar do armazenamento, modificação química e estrutural, empacotamento e secreção de proteínas sintetizadas no RER. É a fábrica da célula! Também participa da formação do acrossomo dos espermatozóides. 3 Lisossomos: (do grego lise, quebra): organela responsável pela digestão intracelular. É uma bolsa membranosa contendo enzimas e um ambiente ácido capazes de realizar a quebra de substâncias. Os lisossomos primários são os que estão em repouso e os lisossomos secundários são o que estão atuando na digestão intracelular. As bolsas membranosas contendo material endocitado se fundem aos lisossomos primários permitindo com que as enzimas presentes nessas organelas atuem sobre o material endocitado. Após a fusão com a vesícula endocítica, o lisossomo passa a ser secundário. A autofagia consiste na digestão de materiais da própria célula, já a heterofagia consiste na digestão de materiais que entraram na célula por endocitose. 3 Peroxissomos: são organelas que possuem enzimas da classe das oxidases, que usam oxigênio para oxidar substâncias tóxicas. No entanto, o produto dessa oxidação é o peróxido de hidrogênio (água oxigenada)

6 H 2 O 2 que também é tóxico. Só que a enzima catalase catalisa a neutralização desse H 2 O 2 de acordo com a reação: 4 Vacúolos de células vegetais: bolsa membranosa contendo solução aquosa que chega a ocupar 80% do volume celular. Atua armazenando nutrientes e substâncias tóxicas que podem ser usados pela planta contra predadores. 5 Citoesqueleto: rede de proteínas que definem a estrutura celular, permitem a adesão com outras células e superfícies e possibilita o deslocamento de substâncias e organelas pelo citoplasma celular. São constituídos de microtúbulos, microfilamentos e filamentos intermediários. A actina, proteína presente nos microfilamentos, é a proteína mais abundante nas células eucarióticas. 6 Ribossomos: são constituídos de duas subunidades (maior e menor), cuja principal função é participar da síntese de proteínas na célula na etapa de tradução. 7 Mitocôndrias e cloroplastos: são organelas que possuem dupla membrana e desempenham papel importante no metabolismo energético. As mitocôndrias estão presentes em células eucarióticas animais e vegetais e participam da respiração celular, já os cloroplastos estão presentes apenas em vegetais e participam da fotossíntese. TEORIA ENDOSSIMBIÓTICA É uma teoria na qual acredita-se que as mitocôndrias e cloroplastos são organelas derivadas da interação entre um organismo procarionte ancestral aeróbio e um um organismo eucarionte unicelular anaeróbico. Essa simbiose se deu a partir do momento que a atmosfera começou a apresentar uma concentração substancial de oxigênio e organismos aeróbios com uma maior produção de energia surgiram na Terra A Teoria endossimbiótica foi popularizada por Lynn Margulis em 1981 em seu livro Symbiosis in Cell Evolution. Vamos listar algumas características que dão suporte para a Teoria Endossimbiótica: 1. As mitocôndrias e bactérias são basicamente do mesmo tamanho. 2. As mitocôndrias possuem dupla membrana, assim como muitas bactérias, e a membrana interna das mitocôndrias não possui nenhuma semelhança com a membrana citoplasmática das células eucarióticas. Em termos de composição lipídica as mitocôndrias parecem mais com as bactérias. 3. As mitocôndrias, além de possuírem seu próprio DNA, o possuem em forma circular assim como as bactérias. 4. A divisão mitocondrial parece com a reprodução bacteriana. As organelas que foram obtidas pela endossimbiose são as mitocôndrias e os cloroplastos!