Profa. Maria Elisa Carneiro CITOLOGIA Características Gerais dos Seres Vivos Para ser considerado um ser vivo, esse tem que apresentar certas características: Ser constituído de célula; buscar energia para sobreviver; responder a estímulos do meio; se reproduzir; evoluir. De acordo com o número de células podem ser divididas em: Unicelulares - Bactérias, cianofíceas e protozoários. Pluricelulares - os demais seres vivos. De acordo com a organização estrutural, as células são divididas em: Células Procariontes As células procariontes são assim designadas em razão da carência de membrana nuclear. Ao contrário das eucarióticas, as procarióticas não possuem organelas membranosas (retículo endoplasmático liso e rugoso, complexo de golgi, mitocôndrias, plastos, lisossomos e vacúolos) e muito menos um núcleo delimitado pela cariomembrana (carioteca) envolvendo os cromossomos. Acredita-se que essas células, com estrutura e funcionamento bem simplificado, tenham sido os primeiros organismos do mundo vivo, chamadas de protobactérias ou protocélulas. Essas células apresentam uma parede esquelética (parede celular) externamente à membrana plasmática, com função de proteção e controle das trocas de substâncias com o meio ambiente. Dispersos no citoplasma ficam os ribossomos, auxiliando a síntese proteica, através da decodificação do comando enviado pelo material genético.
O material genético desses organismos, geralmente se constitui de um único filamento emaranhado de DNA circular (ácido desoxirribonucleico) e este encontra-se mergulhado no hialoplasma da célula. Atualmente as células procarióticas, grupo de seres unicelulares ou coloniais, são representadas pelas bactérias e cianobactérias (algas azuis ou cianofíceas). Células Eucariontes As células eucariontes, também denominadas células eucarióticas, são consideradas células verdadeiras, mais complexas em relação às procarióticas por possuírem um desenvolvido sistema de membranas. Esse tipo celular, típico da constituição estrutural dos fungos, protozoários, animais e plantas, apresenta interior celular bem compartimentado, ou seja, uma divisão de funções metabólicas entre as organelas citoplasmáticas: retículo endoplasmático liso e rugoso (RER), mitocôndrias, organoplastos, lisossomos, peroxissomo e complexo de golgi. Diferenças Básicas entre Células Procarióticas e Eucarióticas: EUCARIÓTICAS PROCARIÓTICAS Envoltório nuclear SIM NÃO Possuem 2 partes distintas (citoplasma e núcleo) SIM NÃO O cromossomo fica espalhado no citoplasma NÃO SIM Membranas RICAS POBRES Divisão por mitose SIM NÃO Citoesqueleto POSSUEM NÃO POSSUEM Forma celular mantida pela parede celular SIM * VIRUS não é Eucariótico e também não é Procariótico. A célula é a unidade fundamental do ser vivo. No corpo humano, por exemplo, há diferentes tipos de células, e cada tipo, desempenha uma função específica visando a manutenção da vida no organismo. Curiosidade: Aproximadamente 75 trilhões de células formam um ser humano adulto. Qual é o exemplo que temos de célula macroscópica?
CLASSIFICAÇÃO DOS SERES VIVOS E CÉLULAS
Os vírus não possuem classificação definida pois passam a realizar funções vitais somente após invadir a estrutura celular de outras células, seqüestrando os componentes que necessita para formar novos vírus. Organização celular em procariontes e eucariontes *S corresponde a unidades Sverdberg de sedimentação, que depende do tamanho molecular.
Microscopia óptica Microscopia de contraste de fase
Microscopia de luz polarizada. Um fragmento de mesentério de rato foi corado com o método de picro-sirius, que cora fibras de colágeno.
Membrana celular (ou membrana plasmática ou membrana citoplasmática ou plasmalema) Toda a célula, seja procarionte ou eucarionte, apresenta uma membrana que a isola do meio exterior: a membrana plasmática. A membrana plasmática é tão fina (entre 6 a 9 nm) que não é visível em microscópio óptico. Foi somente após o desenvolvimento da microscopia eletrônica que a membrana plasmática pode ser observada. Nas grandes ampliações obtidas pelo microscópio eletrônico, cortes transversais da membrana aparecem como uma linha mais clara entre duas mais escuras, delimitando o contorno de cada célula. Constituição química da membrana plasmática componentes mais abundantes: fosfolipídios, colesterol e proteínas. Constituição lipoprotéica. Uma vez identificados os fosfolipídios e as proteínas como os principais componentes moleculares da membrana, começou-se a investigar como estas substâncias estavam organizadas. Organização molecular da membrana plasmática O modelo do mosaico fluído Os lipídios formam uma camada dupla e contínua, no meio da qual se encaixam moléculas de proteína. A dupla camada de fosfolipídios é fluida, de consistência oleosa, e as proteínas mudam de posição continuamente, como se fossem peças de um mosaico. Os fosfolipídios têm a função de manter a estrutura da membrana e as proteínas têm diversas funções. As membranas plasmáticas de células. eucarióticas contêm grande quantidades de colesterol. As moléculas de colesterol aumentam as propriedades da barreira da bicamada lipídica.
Funções das proteínas na membrana plasmática Atuam preferencialmente nos mecanismos de transporte, organizando túneis que permitem a passagem de substâncias para dentro e para fora da célula; Funcionam como receptores de membrana, encarregadas de receber sinais de substâncias que levam alguma mensagem para a célula; Favorecem a adesão de células adjacentes em um tecido; Servem como ponto de ancoragem para o citoesqueleto. Tipos de Proteínas Proteínas de adesão - adesão de uma célula às outras. Proteínas de transporte: desempenham papel na difusão facilitada, formando um canal por onde passam algumas substâncias, ou no transporte ativo, em que há gasto de energia fornecida pela substância ATP. Proteínas de ação enzimática metabolismo. Proteínas com função de ancoragem - para o citoesqueleto. Devido à fragilidade da membrana plasmática, a maioria das células apresenta algum tipo de envoltório que dá proteção e suporte físico à membrana. Entre esses envoltórios destacam-se: Glicocálix, presente na maioria das células animais; Parede celulósica, presente em células de plantas e de algumas algas. É uma malha feita de moléculas de glicídios (carboidratos) frouxamente entrelaçadas. Transporte pela Membrana Plasmática
A capacidade de uma membrana de ser atravessada por algumas substâncias e não por outras define sua permeabilidade. Em uma solução, encontram-se o solvente (meio líquido dispersante) e o soluto (partícula dissolvida). A membrana plasmática é, então: Seletivamente permeável: permite a passagem do solvente e de alguns tipos de soluto. A passagem aleatória de partículas sempre ocorre de um local de maior concentração para outro de concentração menor (a favor do gradiente de concentração). Isso se dá até que a distribuição das partículas seja uniforme. A partir do momento em que o equilíbrio for atingido, as trocas de substâncias entre dois meios tornam-se proporcionais. A passagem de substâncias através das membranas celulares envolve vários mecanismos, entre os quais podemos citar: Transporte passivo Osmose Difusão simples Difusão facilitada Transporte ativo Bomba de sódio e potássio Endocitose e exocitose Fagocitose Pinocitose Transporte Passivo Ocorre sempre a favor do gradiente, no sentido de igualar as concentrações nas duas faces da membrana. Não envolve gasto de energia. Osmose A água se movimenta livremente através da membrana, sempre do local de menor concentração de soluto para o de maior concentração. A pressão com a qual a água é forçada a atravessar a membrana é conhecida por pressão osmótica. A osmose não é influenciada pela natureza do soluto, mas pelo número de partículas. Quando duas soluções contêm a mesma quantidade de partículas por unidade de volume, mesmo que não sejam do mesmo tipo, exercem a mesma pressão osmótica e são chamadas de isotônicas. Caso sejam separadas por uma membrana, haverá fluxo de água nos dois sentidos de modo proporcional. Quando se comparam soluções de concentrações diferentes, a que possui mais soluto e, portanto, maior pressão osmótica é chamada hipertônica; E a de menor concentração de soluto e menor pressão osmótica é hipotônica. Separadas por uma membrana, há maior fluxo de água da solução hipotônica para a hipertônica, até que as duas soluções se tornem isotônicas.
A osmose pode provocar alterações de volume celular: Uma hemácia humana é isotônica em relação a uma solução de cloreto de sódio a 0,9% ( solução fisiológica ). Caso seja colocada em um meio com maior concentração, perde água e murcha. Se estiver em um meio mais diluído (hipotônico), absorve água por osmose e aumenta de volume, podendo romper (hemólise). Difusão Consiste na passagem das moléculas do soluto, do local de maior para o local de menor concentração, até estabelecer um equilíbrio. A passagem de substâncias, através da membrana, se dá em resposta ao gradiente de concentração. Difusão Facilitada Certas substâncias entram na célula com uma velocidade maior do que a permitida pela difusão simples. Isto ocorre, por exemplo, com a glicose, com alguns aminoácidos e certas vitaminas. A velocidade da difusão facilitada não é proporcional à concentração da substância É realizada por meio de uma molécula transportadora chamada permease.
Transporte Ativo Neste processo, as substâncias são transportadas com gasto de energia, ocorrerrendo do local de menor para o de maior concentração (contra o gradiente de concentração). Esse gradiente pode ser químico ou elétrico, como no transporte de íons. A molécula a ser transportada liga-se à molécula transportadora (proteína da membrana) como uma enzima se liga ao substrato. A molécula transportadora gira e libera a molécula carregada no outro lado da membrana. Gira, novamente, voltando à posição inicial. A bomba de sódio e potássio liga-se em um íon Na + na face interna da membrana e o libera na face externa. Ali, se liga a um íon K + e o libera na face interna. A energia para o transporte ativo vem da hidrólise do ATP. Endocitose e exocitose As grandes moléculas ou até partículas constituídas por agregados moleculares são transportadas através de outros processos. Endocitose Este processo permite o transporte de substâncias do meio extra- para o intracelular, através de vesículas limitadas por membranas, a que se dá o nome de vesículas de endocitose ou endocíticas. Estas são formadas por invaginação da membrana plasmática, seguida de fusão e separação de um segmento da mesma. Há dois tipos de endocitose: pinocitose e fagocitose. Pinocitose Neste caso, as vesículas são de pequenas dimensões e a célula ingere moléculas solúveis. Este mecanismo envolve gasto de energia e é muito seletivo para certas substâncias, como os sais, aminoácidos e certas proteínas, todas elas solúveis em água. Fagocitose Semelhante à pinocitose Diferencia-se pelo fato de o material envolvido pela membrana ser sólido e pela emissão de pseudópodes. Nos protistas a fagocitose é freqüentemente uma das formas de ingestão de alimentos. Nos animais, somente as células sanguíneas fazem fagocitose (defesa)
Exocitose Saída de substâncias intercelulares pela membrana celular. Citossol, Citoplasma ou hialoplasma O fluido citoplasmático é constituído principalmente por água, proteínas, sais minerais e açucares. No citossol ocorre a maioria das reações químicas vitais, entre elas a fabricação das moléculas que irão constituir as estruturas celulares. É também no citossol que muitas substâncias de reserva das células animais, como as gorduras e o glicogênio, ficam armazenadas. Ciclose O citosol encontra-se em contínuo movimento, impulsionado pela contração rítmica de certos fios de proteínas presentes no citoplasma, em um processo semelhante ao que faz nossos músculos se movimentarem. Os fluxos do citosol são denominados ciclose. Em algumas células, a ciclose é tão intensa que há verdadeiras correntes circulatórias internas. Sua velocidade aumenta com elevação da temperatura e diminui em temperaturas baixas, assim como na falta de oxigênio. Movimento amebóide Alguns tipos de células têm a capacidade de alterar rapidamente a consistência de seu citosol, gerando fluxos internos que permitem à célula mudar de forma e se movimentar. Esse tipo de movimento celular, presente em muitos protozoários, é chamado movimento amebóide. Obs erv açã o N o citoplasma de células eucarióticas se encontram as organelas, a maioria delas são revestidas por uma membrana lipoprotéica semelhante a da membrana plasmática. São elas: retículo endoplasmático, mitocôndrias, sistema golgiense (ou complexo de Golgi), lisossomos, peroxissomos, glioxissomos, cloroplastos e vacúolos. As organelas não membranosas são os ribossomos e os centríolos.
NÚCLEO, NUCLÉOLO, RIBOSSOMOS AÇÃO GÊNICA NÚCLEO O núcleo é o centro de controle das atividades celulares; é o arquivo das informações hereditárias, que a célula transmite às células filhas ao se multiplicar. É o responsável pela síntese e armazenamento de todos os tipos de RNA (RNAr, RNAt, RNAm) que são exportados para o citoplasma. Não sintetiza proteínas depende das proteínas sintetizadas no citoplasma e transferidas para o núcleo Forma e tamanho variáveis geralmente arredondado e dependente do metabolismo celular respectivamente Geralmente único, mas há células multinucleadas (Ex.: células musculares) PRINCIPAIS COMPONENTES DO NÚCLEO Envoltório nuclear ou carioteca Cromatina Nucléolo Nucleoplasma Carioteca (do grego karyon, núcleo e theke, invólucro) É um envoltório formado por duas membranas lipoprotéicas cuja organização molecular é semelhante as demais membranas celulares. Entre essas duas membranas existe um estreito espaço, chamado cavidade perinuclear A face externa da carioteca, em algumas partes, se comunica com o retículo endoplasmático e, muitas vezes, apresenta ribossomos aderidos à sua superfície. A carioteca é perfurada por milhares de poros, através das quais determinadas substâncias entram e saem do núcleo. Os poros nucleares são mais do que simples aberturas: Em cada poro existe uma complexa estrutura protéica que funciona como uma válvula, abrindo-se para dar passagem a determinadas moléculas e fechando-se em seguida. Dessa forma, a carioteca controla a entrada e a saída de substâncias
Cromatina (do grego chromatos, cor) É um conjunto de fios, cada um deles formado por uma longa molécula de DNA associada a moléculas de histonas (um tipo especial de proteína). Esses fios são os cromossomos. Dois tipos de cromatina: Heterocromatina = grânulos grosseiros = cromatina inativa Eucromatina = cromatina ativa (aparece mais clara) Obs.: Cromatina sexual observada no núcleo das células de mamíferos fêmeas. NUCLÉOLO Responsável pela produção de ribossomos Constituído principalmente por RNAr e proteínas Células secretoras de proteínas e células em divisão nucléolo grande (= atividade mitótica) NUCLEOPLASMA Soluto com muita água, íons, aa, metabólitos e enzimas para síntese de DNA e RNA. Preenche os espaços entre os elementos do núcleo (ex.: cromatina e nucléolo)
ESTRUTURA DE UM CROMOSSOMO CLASSIFICAÇÃO DOS CROMOSSOMOS Cromossomos e genes O que são genes? As moléculas de DNA dos cromossomos contêm receitas para a fabricação de todas as proteínas da célula. Cada receita é um gene. Portanto, o gene é uma seqüência de nucleotídeos do DNA que pode ser transcrita em uma versão de RNA e conseqüentemente traduzida em uma proteína. Conceito de genoma CONJUNTO DE INFORMAÇÃO GENÉTICA CODIFICADA NO DNA Como são os organóides? Alguns dos organóides (também chamados de orgânulos ou organelas) do citoplasma são membranosos, isto é, são revestidos por uma membrana lipoprotéica semelhante a membrana plasmática: Retículo endoplasmático, mitocôndrias, sistema golgiense (ou complexo de Golgi), lisossomos, peroxissomos, glioxissomos, cloroplastos e vacúolos. Os organóides não membranosos são os ribossomos e os centríolos.
RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO Tipos de retículo O citoplasma das células eucariontes contém inúmeras bolsas e tubos cujas paredes têm uma organização semelhante à da membrana plasmática. Essas estruturas membranosas formam uma complexa rede de canais interligados, conhecida pelo nome de retículo endoplasmático. Pode-se distinguir dois tipos de retículo: rugoso (ou granular) e liso (ou agranular). Retículo endoplasmático rugoso (RER) e liso (REL) O retículo endoplasmático rugoso (RER) é formado por sacos achatados, cujas membranas têm aspecto verrugoso devido à presença de grânulos os ribossomos (POLIRRIBOSSOMOS) aderidos à sua superfície externa (voltada para o citossol). O retículo endoplasmático liso (REL) é formado por estruturas membranosas tubulares, sem ribossomos aderidos, e, portanto, de superfície lisa. Funções do retículo endoplasmático Liso Produção de lipídios A lecitina e o colesterol, por exemplo, os principais componentes lipídicos de todas as membranas celulares são produzidos no REL. Outros tipos de lipídios produzidos no retículo liso são os hormônios esteróides, entre os quais estão a testosterona e os estrógeno, hormônios sexuais produzidos nas células das gônadas de animais vertebrados. Desintoxicação Células do fígado - absorve substâncias tóxicas, modificando-as ou destruindo-as, de modo a não causarem danos ao organismo. É a atuação do REL das células hepáticas que permite eliminar parte do álcool, medicamentos e outras substâncias potencialmente nocivas que ingerimos. Funções do retículo endoplasmático rugoso Produção de proteínas Devido à presença dos ribossomos, é responsável por boa parte da produção de proteínas da célula. As proteínas fabricadas nos ribossomos do RER penetram nas bolsas e se deslocam em direção ao aparelho de Golgi.
Aparelho de Golgi A denominação aparelho ou complexo de Golgi é uma homenagem ao citologista italiano Camilo Golgi, que, em 1898, descobriu essa estrutura citoplasmática. O aparelho de Golgi está presente em todas as células eucariontes, e consiste de bolsas membranosas achatadas, empilhadas como pratos. Cada uma dessas pilhas recebe o nome de dictiossomo. Nas células animais, os dictiossomos geralmente se encontram reunidos em um único local, próximo ao núcleo. Nas células vegetais, geralmente há vários dictiossomos espalhados pelo citoplasma. Funções do aparelho de Golgi O aparelho de Golgi atua como centro de armazenamento, transformação, empacotamento e remessa de substâncias na célula. Muitas das substâncias que passam pelo aparelho de Golgi serão eliminadas da célula, indo atuar em diferentes partes do organismo. É o que ocorre, por exemplo, com as enzimas digestivas produzidas e eliminadas pelas células de diversos órgãos (estômago, intestino, pâncreas etc.). Outras substâncias, tais como o muco que lubrifica as superfícies internas do nosso corpo, também são processadas e eliminadas pelo aparelho de Golgi.