CITOLOGIA Prof.ª Luciana Resque Modúlo 1 Bases Biológicas e Fundamentação em Saúde 1
TEORIA CELULAR (1838/39) Era da Citologia TODOS OS SERES VIVOS SÃO FORMADOS POR CÉLULAS. As células são, portanto, as unidades morfológicas e funcionais dos seres vivos. Atualmente sabe-se que os vírus são as únicas exceções a essa teoria embora dependam delas para sua reprodução (vírus são acelulares). Estudo da Citologia Roteiro Estudaremos as células a partir de sua superfície, procurando entender as estrutura que as delimitam, protegem e permitem trocas entre o meio intracelular (intra = dentro) e o extracelular (extra = fora). Estudaremos as MEMBRANAS que são envoltórios celulares e os processos de troca entra as células e o meio. Após, passaremos a estudar o CITOPLASMA onde ocorrem importantes processos fisiológicos (Metabolismo). Ao final estudaremos o NÚCLEO responsável pela coordenação da fisiologia celular e pelas divisões celulares. ENVOLTÓRIOS CELULARES As células encontram-se individualizadas (separadas) do meio pelos envoltórios. Estes devem ter características que, se por um lado separam o interior da célula do meio externo por outro devem propiciar trocas de substâncias com o mesmo. Para manter-se viva as células precisam trocar (intercambiar): receber nutrientes (02, glicose...) e eliminar resíduos (CO2, escórias nitrogenadas entre outros). MEMBRANA PLASMÁTICA Envoltório celular presente em TODAS as células: Membrana Plasmática (ou celular ou citoplasmática). Esta membrana é lipoproteica (fosfolipídios + colesterol + proteínas). 2
Em 1972 Modelo Mosaico Fluido (Singer e Nicolson) Segundo este modelo, existem 2 camadas de fosfolipídios que formam um revestimento fluido delimitando a célula. Por ter afinidade diferencial com a água essas 2 camadas formam uma película que isola a célula impedindo a passagem de moléculas grandes ou de moléculas solúveis em água. Se a célula fosse revestida somente por lipídeos ela seria completamente impermeável a moléculas importantes para a sua sobrevivência: glicose, aminoácidos e ácidos graxos que são solúveis em água. Isto não acontece porque as Proteínas Membranosas que ficam imersas na camada fluida de lipídeos (Intrínsecas e Periféricas (Extrínsecas) formam verdadeiras portas de passagem para estas substâncias (características hidrofílicas). Porém por estas portas não passa qualquer substância, há uma seleção formando então uma seletividade Permeabilidade Seletiva do que entra e do que sai da célula. Portanto a membrana Citoplasmática é permeável, mas não a tudo. Envoltórios Externos a Membrana Plasmática: Membrana Plasmática é fluida e delicada. Após evoluções surgiram na superfície das células envoltórios que em geral aumentam a resistência e permeabilidade das células. Glicocálice: Presente em células animais. Parede Celular: Presente na maioria das bactérias, fungos e plantas. (Estudos das bactérias em microbiologia). Glicocálice: (do Grego: Glykys = doce) (do Latim: Calyx = envoltório) Ocorre externamente à Membrana Plasmática da maioria das células animais. É formado por uma camada frouxa de glicídios, associados aos lipídios e proteínas da membrana. Além de proporcionar resistência o glicocálice tem outras funções: Constitui uma barreira contra agentes físicos e químicos do meio externo. Reconhecimento: as células tem diferentes glicocálices formados por glicídios diferentes. Forma uma malha que retém nutrientes e enzimas ao redor das células (formando e tornando um meio externo mais adequado). Processos de troca entre a célula e o meio externo: semipermeabilidade. Este processo pode ser agrupado em 3 categorias: 1. Processos passivos: Sem gasto de energia e com objetivo de igualar a concentração da célula com o meio externo (a favor de um gradiente de concentração). Podem ser: difusão, difusão facilitada e osmose. 2. Processos ativos: Com gasto de energia, mantendo a diferença de concentração entre o meio interno celular e o meio externo (contra o gradiente de concentração) Ex.: Bomba de sódio e potássio. 3. Processos mediados por vesículas. 3
Obs: Concentração de uma solução: Solução: Moléculas (partículas sólidas) dissolvidas em água. Soluto (ex: açúcar, aminoácido, íons)... Solvente (ex: água) Concentração: quantidade de soluto dissolvido em solvente. Quando 2 soluções tem a mesma concentração elas são chamadas de isotônicas ou isosmóticas (iso = igual). Quando a concentração é diferente a mais concentrada é chamada hipertônica ou hiperosmótica (hiper = muito) e a menos concentrada é chamada hipotônica ou hiposmótica (hipo = pouco). Transportes entre Membranas: Transporte (ou Processo) Passivo: Difusão: A difusão corresponde ao movimento de partículas (soluto = moléculas ou íons) do meio mais concentrado (hipertônico) para o de menor concentração (hipotônico) a fim de igualar a concentração. Ex: difusão de gás oxigênio e gás carbônico nos alvéolos pulmonares. Osmose: Processo de difusão (passagem) de moléculas de H2O (solvente). A água difunde-se em maior quantidade da solução hipotônica para hipertônica para diluir. Ex: hemácias no sangue 4
Hemácia normal (meio externo isotônico com o meio interno) Colocando-a em meio externo hipertônico, ela perde água e murcha. Colocando-a em meio externo hipotônico ocorre entrada excessiva de água na hemácia e ela se rompe (lise celular). Difusão facilitada: Também é um processo passivo que ocorre através das membranas lipoproteicas. Neste processo algumas proteínas da membrana facilitam esta passagem. Este transporte é particularmente comum no movimento da glicose, alguns aminoácidos, vitaminas e alguns íons (Cálcio, Cloro). Obs.: Fibrose cística: doença hereditária caracterizada principalmente por abundante secreção nas vias aéreas de muco bloqueando a passagem do ar para os pulmões. Esta doença está relacionada com a ausência de uma proteína normal nas membranas celulares responsável pelo transporte de íons Cloro (Cl - ). Com isso ocorrem alterações na concentração desses íons fora e dentro da célula determinando modificações no metabolismo celular. Transporte (ou Processo) ativo: Bomba de Sódio e Potássio A alta concentração de íons K + na célula é importante pois esses íons são necessários na síntese de proteínas e em algumas etapas da respiração celular. Estas altas concentrações de íons K + dentro da célula, entretanto, podem trazer problemas osmóticos, pois a célula torna-se hipertônica. O bombeamento de Na + para fora da célula compensa a necessidade de alta [ ](concentração) de K + dentro da célula e resolve o problema osmótico. Além disso, a bomba de Na + e K + é importante na produção da diferença de cargas elétricas nas membranas, especialmente nas membranas de células nervosas e nas de células musculares proporcionando a transmissão de impulsos elétricos nessas células. 5
Transporte de Massa: Endocitose e Exocitose Partículas maiores não conseguem atravessar a membrana, mas podem ser incorporadas à célula por endocitose ou ser eliminada por exocitose. Endocitose Fagocitose (fagos = comer; citos = célula. O material ingerido fica no interior de um fagossomo e é degradado para ação de enzimas específicas. Pinocitose (pinos = beber; ato de a célula beber). A pinocitose está relacionada à ingestão de moléculas dissolvidas em H2O como polissacarídeos e proteínas. Exocitose Processo frequente nas células com função secretora como as células do pâncreas que secretam insulina e glucagon. Também por exocitose são eliminados resíduos do material digerido dentro da célula. CITOPLASMA O Citoplasma das células eucarióticas corresponde a toda região situada entre a membrana plasmática e a membrana nuclear (carioteca ou cariomembrana). Ele é constituído por um fluido chamado citosol (ou hialoplasma) composto basicamente por H2O, íons e substâncias necessárias à síntese (produção) de moléculas orgânicas. O citoplasma das células eucarióticas é o local onde estão imersas as seguintes estruturas: 1. Ribossomos (presentes também em células procarióticas) 2. Inclusões citoplasmáticas: estruturas não membranosas temporárias que geralmente representam formas de reserva de substâncias na célula. Exemplos: Glicogênio (reserva de carboidratos) fica no citosol da célula aos quais podem realizar síntese ou degradação de acordo com a necessidade da célula. Gordura (outra forma de estoque na célula): nas células adiposas (gordurosas) a gordura chega a ocupar praticamente todo o citosol. Essas gotas de gordura são reservas de ácidos graxos. 3. Citoesqueleto: responsável pela forma e sustentação da célula. 6
4. Organelas citoplasmáticas: (exclusivo das células eucarióticas): estruturas delimitadas por membranas: Retículo Endoplasmático (RE), Complexo de Golgi, Lisossomos, Peroxissomos e Mitocôndrias. As organelas membranosas representam cerca de 40% do volume celular. Vamos estudar neste momento a fisiologia (função) destas organelas citoplasmáticas: a) SUSTENTAÇÃO e MOVIMENTOS CELULARES: são desempenhados pelo citoesqueleto, centríolos, cílios e flagelos; b) SÍNTESE (produção), ARMAZENAMENTO e TRANSPORTE de macromoléculas: Ribossomos, Retículo Endoplasmático, Complexo de Golgi, Lisossomos, Peroxissomos. c) METABOLISMO ENERGÉTICO DAS CÉLULAS: processo que corresponde à obtenção de energia e liberação da mesma. Estão neste processo o Citosol e as Mitocôndrias. CITOESQUELETO EUCARIÓTICO: A forma e a sustentação da célula eucariótica são dadas pelo citoesqueleto. E este é composto principalmente por 3 tipos de filamentos de proteína: 1. Microtúbulos: suporte estrutural da célula, formação da divisão celular; 2. Microfilamentos: formado por actina e miosina: movimentação da células. Formam os principais componentes de contração de células musculares; 3. Filamentos Intermediários: conferem resistência às células (ex.: queratina cabelos e unhas). 7
RIBOSSOMOS São estruturas encontradas tanto em células eucarióticas quanto em procarióticas e participam do processo de síntese (produção) de proteínas. São formados por 2 partes arredondadas que são constituídas por proteínas e por um tipo de ácido ribonucleico (RNAr = RNA Ribossômico). RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO Sistema de canais e canalículos delimitados por membranas. Esses canais comunicam-se com a membrana nuclear trazendo informações da mesma. Portanto, o RE pode ser considerado uma rede de distribuição levando o material de que a célula necessita de um ponto a outro da célula (Função de transporte e comunicação) e também um local de alta produção de substâncias. Existem 2 tipos: Retículo Endoplasmático Liso - REL (ou agranular): não tem ribossomos acoplados à sua membrana. Retículo Endoplasmático Rugoso - RER (ou granular): com ribossomos acoplados à membrana o que lhe confere aspecto granular, rugoso. Isto faz com que exerçam diferentes funções na célula: O REL participa principalmente da síntese de esteróides, fosfolipídios e outros lipídios como o colesterol. Atua também na degradação (metabolização) do álcool (etanol) ingerido em bebidas alcoólicas. O REL é abundante em células do fígado (hepatócitos) e nas gônadas (glândulas sexuais: testículos e ovários). Já o RER (granular), ou seja, com ribossomos acoplados, a sua principal função é a síntese (produção) de proteínas que poderão ou não ser enviadas para o exterior das células. Este retículo também pode ser chamado de ergatoplasma. Este retículo é muito desenvolvido em células secretoras como as do pâncreas e as células caliciformes da parede intestinal que secretam muco (mucopolissacarídeo). 8
COMPLEXO DE GOLGI Conjunto de bolsas e sacúolos interligados denominados dictiossomos. Localizado geralmente próximo ao núcleo e ao RER. As proteínas sintetizadas (produzidas) no RER chegam ao complexo de Golgi por meio de vesículas transportadoras e são modificadas. Após, vesículas contendo estas partículas são liberadas do Complexo de Golgi como grânulos de secreção que lançam seu conteúdo para o exterior da célula pelo processo de EXOCITOSE. A função desta organela não é produzir substâncias mas sim modificá-las, armazenálas (empacotar) e eliminá-las (enviar) = Correio do corpo celular. LISOSSOMOS São pequenas vesículas membranosas arredondadas que contém grande quantidade de enzimas líticas (de quebra) responsáveis pela digestão intracelular. Com origem no Complexo de Golgi os lisossomos são cheios de enzimas líticas (digestivas) e, estas enzimas são produzidas, então, pelo RER (enzimas são proteínas) e migram para os dictiossomos sendo identificadas e enviadas para uma região especial do Complexo de Golgi onde são empacotadas e liberadas na forma de pequenas bolsas (vesículas) formando os lisossomos. 9
PEROXISSOMOS Principal função desta organela é a oxidação de certas moléculas orgânicas, em especial os ácidos graxos. Apesar de ser um processo benéfico há a formação de um subproduto tóxico: a água oxigenada (H2O2). Esta é, então, logo degradada dentro do próprio peroxissomos pela enzima catalase, formando-se água (H2O) e gás oxigênio (O2). Os peroxissomos são também importantes na desintoxicação do etanol. Cerca de 25% do etanol ingerido é degradado pelos peroxissomos das células do fígado. O restante é degradado no REL. MITOCÔNDRIAS As mitocôndrias são organelas responsáveis pela respiração celular aeróbia. O conjunto de mitocôndrias de uma célula recebe o nome de condrioma. O número de mitocôndrias é bastante variável de uma célula para outra sendo maior nas células que têm maior atividade metabólica. Em geral, as mitocôndrias apresentam forma de bastonete e são formadas por 2 membranas lipoprotéicas: 1 externa lisa e outra interna que apresenta invaginações (dobras internas) formando as cristas mitocondriais que contém em seu interior a matriz mitocondrial que é rica em enzimas que participam da respiração celular. Ela possui além disso: ribossomos, íons Ca + e Mg +, DNA e RNA próprios. 10