parte i: embriologia - bionline-ufsm

Universidade Federal de Santa Maria-Centro de Ciências da Saúde
Departamento de Morfologia
Profa.Dra. Ivana Beatrice Mânica da Cruz
CAPÍTULO 1
FUNDAMENTOS DE BIOLOGIA CELULAR E DO
DESENVOLVIMENTO
1 O Padrão de Organização dos Seres Vivos
O conceito de vida traz em si a idéia de auto-organização. Por quê? Porque se pensarmos em
qualquer ser vivo, incluindo o ser humano, conseguimos distinguir uma forma física e as funções
exercidas por essa forma física, a qual geralmente está subdivida em partes que se integram em um
todo. Assim, da bactéria ao homem, existe um “corpo” que funciona com o objetivo de sobreviver e de se
reproduzir. É claro que no caso das bactérias a reprodução deste corpo consistirá na partição da mesma
em duas bactérias irmãs, enquanto que no homem ocorrerá a geração de um novo organismo a partir de
células especiais (gametas) que contêm informações genéticas provenientes de um homem e de uma
mulher.
O padrão de organização dos seres vivos é conhecido desde o início do século XX como um
padrão de organização em rede. Isso porque, a origem e o desenvolvimento de um dado organismo
acontecem através de interações complexas, diretas e indiretas entre uma grande quantidade de
elementos.
Entretanto, se pegarmos um objeto não vivo, esse muitas vezes também apresenta níveis de
complexidade bastante grandes. Então, o que difere o padrão de organização de um ser vivo do padrão
de um ser não vivo?
Tomemos uma mesa por exemplo. A mesa possui uma forma (quatro pés de apoio e uma
prancha de madeira) e desempenha uma função: a mesa servirá para comer, para estudar, para colocar
outros objetos de apoio. Os constituintes desta mesa também são elementos químicos tanto quanto o dos
seres vivos. Então, o que separa os seres vivos da mesa que possui forma e função? A auto-organização
dos seres vivos!
A auto-organização presente em todos os seres vivos pode ser caracterizada a partir dos
seguintes critérios básicos:
1º) a capacidade da auto-criação : Um ser vivo consegue a partir de uma única célula sobreviver, como
é o caso dos organismos unicelulares, ou mesmo se desenvolver em um ser multicelular com mais de 75
trilhões de células, como é o caso de um ser humano adulto. Caso haja uma lesão no corpo, o ser vivo
possui mecanismos para se “auto-consertar”, através de processos que envolvem a cicatrização e/ou até
mesmo a regeneração, como acontece em alguns tecidos ou mesmo em órgãos de algumas espécies. A
mesa não consegue “se criar”, portanto, alguém precisa “fazê-la”, e caso aconteça alguma injúria a ela, a
mesa ou outro ser não vivo qualquer, não conseguirá jamais se “auto-consertar”. A auto-criação também
denominada “autopoiése”.
2º) a capacidade de reprodução: Ao contrário de qualquer ser vivo que consegue produzir uma
progênie (se reproduzir), um ser não vivo como a mesa não consegue “fazer outras mesinhas, que
1
Universidade Federal de Santa Maria-Centro de Ciências da Saúde
Departamento de Morfologia
Profa.Dra. Ivana Beatrice Mânica da Cruz
crescerão e gerarão mais mesas”. Portanto, a auto-organização inclui a capacidade de reprodução dos
seres vivos.
3º) a capacidade de manutenção da constância do meio corporal (homeostase): Se colocarmos
uma mesa no sol e na chuva, em condições de variação de frio, calor e umidade, a mesa não terá a
capacidade de ajustar a sua estrutura interna às mudanças ambientais e, portanto, não terá capacidade
de amenizar o impacto do meio externo sob a sua estrutura. Assim, o ambiente agirá de modo direto
sobre a mesa, muitas vezes causando danos irreparáveis. Já o ser vivo desenvolveu estratégias
biológicas que permitem amenizar o impacto ambiental sob o seu corpo e que garantem a ele a
manutenção da constância da água e de outros elementos químicos do seu meio interno. Essa
constância é bem estudada na fisiologia e genericamente denominada “homeostase”.
Em síntese, o ser vivo tem a capacidade de “ser”, através do seu desenvolvimento corporal,
de “se fazer”, através da reprodução que dá origem a organismos similares a ele, e de “interagir com o
meio ambiente ao mesmo tempo em que mantém um estado constante”, conhecido como
homeostase corporal. Para que estas funções sejam possíveis estruturalmente todos os seres vivos são
formados por quatro tipos de macromoléculas que irão ter um papel importante na sua organização.
2 As quatro macromoléculas principais da estrutura dos seres vivos
Se observarmos qualquer tipo de ser vivo e analisarmos sua composição estarão presentes quatro
tipos de macromoléculas: proteínas, carboidratos, gorduras (lipídios) e ácidos nucleicos (que formam o
material genético, ácido desoxirribonucléico – DNA, e outros ácidos nucléicos funcionalmente importantes
(ácidos ribonucléicos, RNAs). Estas macromoléculas são sintetizadas a partir de compostos ou
substâncias menores ou unidades químicas.
2.1 Proteínas e Aminoácidos
As proteínas são formadas por 100 ou mais moléculas de aminoácidos. No caso do ser humano,
20% do seu peso corporal é composto por proteínas que são responsáveis pela formação de estruturas
celulares e teciduais importantes, além de produzirem moléculas que agem diretamente no metabolismo
corporal (enzimas). Quimicamente um aminoácido é considerado uma molécula orgânica composta por
átomos de carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio. Existem 20 tipos de aminoácidos presentes na
formação dos seres vivos. Esses aminoácidos são obtidos via alimentação (dieta) ou através da síntese
pelo organismo. Ou seja, quando comemos um bife, por exemplo, o nosso sistema digestório degrada a
proteína deste bife em unidades menores (aminoácidos) que são absorvidas pelas nossas células
intestinais e distribuídas para as células do corpo via sistema circulatório (sangue). A partir destes
aminoácidos provenientes da dieta ou mesmo sintetizados pelas células é que o nosso organismo produz
suas proteínas específicas. Os aminoácidos que não podem ser produzidos pelo corpo humano e
precisam ser ingeridos via dieta são denominados AMINOÁCIDOS ESSENCIAIS: arginina,
fenilalanina, isoleucina, leucina, lisina, metionina, serina, treonina, triptofano, histidina e valina. Os
AMINOÁCIDOS NÃO ESSENCIAIS são aqueles que o organismo consegue sintetizar: alanina,
asparagina, cisteína, glicina, glutamina, prolina, tirosina, ácido aspártico, ácido glutâmico. O estudo
aprofundado sobre a síntese e degradação de proteínas é feito, especialmente, na disciplina de
bioquímica.
2
Universidade Federal de Santa Maria-Centro de Ciências da Saúde
Departamento de Morfologia
Profa.Dra. Ivana Beatrice Mânica da Cruz
Em 1806, foi descoberto na França o primeiro aminoácido, extraído
dos talos de aspargos, e foi chamado de “asparagina”. Depois disso, a
cisteína, glicina e leucina foram encontradas no cálculo urinário,
gelatina e músculos, respectivamente. Todos os aminoácidos
constituintes das proteínas corporais foram descobertos até 1935.
2.2 Carboidratos e glicose
Os carboidratos são moléculas formadas por cadeias de uma unidade química fundamental: a
glicose. São moléculas de fundamental importância para os seres vivos, uma vez que eles possuem
funções estruturais (por exemplo, na formação da membrana das células), fornecem e armazenam
energia para a manutenção da vida. Além disto, muitos tipos de carboidratos possuem funções
específicas importantes como veremos ao longo da nossa disciplina. Genericamente os carboidratos são
conhecidos como “açucares”. Os carboidratos são quimicamente moléculas orgânicas também
denominadas de “hidratos de carbono”. Sua fórmula empírica é (CH2O)n. Os carboidratos são a maior
reserva de energia do reino vegetal, já que são produzidos via fotossíntese. Nos animais, os carboidratos
relacionados com a produção de energia são encontrados em pequenas quantidades no sangue (sob a
forma de glicose), no fígado e no músculo como glicogênio. É importante comentar que os carboidratos
são o único tipo de molécula que produz energia no sistema nervoso e, portanto, é crucial para a nossa
vida. A estrutura, os tipos de carboidratos, a síntese, o armazenamento e a produção de energia são
temas estudados na disciplina de bioquímica. Para a saúde humana, o entendimento da bioquímica dos
carboidratos é de fundamental importância, uma vez que está diretamente relacionada com diversas
doenças prevalentes na população, como é o caso do diabetes ou mesmo da obesidade e da
desnutrição.
Os carboidratos são conhecidos como açucares ou sacarídeos, nome
derivado do grego sakcharon que significa açúcar. Porém, é
importante comentar que nem todos os carboidratos possuem sabor
adocicado.
2.3 Lipídios (gorduras)
Dentro das quatro macromoléculas que compõem os seres vivos, os lipídios são aquelas que
apresentam maior variação na sua estrutura molecular. São substâncias cuja característica principal é a
insolubilidade em solventes polares e a solubilidade em solventes orgânicos (apolares), apresentando
natureza hidrofóbica, ou seja, aversão à molécula de água. Os seres vivos são capazes de sintetizar
lipídios, no entanto algumas classes só podem ser sintetizadas por vegetais, como é o caso das
vitaminas lipossolúveis e dos ácidos graxos essenciais. Portanto, muitos lipídios importantes para a vida
humana são, necessariamente, obtidos através da dieta. A estrutura molecular mais comum dos lipídeos
é formada por uma molécula de glicerol (álcool) ligada a três moléculas de ácidos graxos.
Os lipídios são fundamentais para a vida, já que apresentam diversas funções, como por exemplo:
reserva energética (sua estrutura pode ser degradada em moléculas de glicose utilizadas para gerar
energia para o corpo), isolamento térmico (a gordura corporal evita que haja grande perda ou mesmo
3
Universidade Federal de Santa Maria-Centro de Ciências da Saúde
Departamento de Morfologia
Profa.Dra. Ivana Beatrice Mânica da Cruz
ingresso de calor para o interior do corpo), elemento fundamental da composição das membranas
celulares e como moléculas que dão origem a compostos que regulam a diferenciação de células e
tecidos bem como sua função. Esse é o caso dos hormônios esteróides que são produzidos a partir do
colesterol (que é um lipídio).
2.4 Ácidos nucleicos e nucleotídeos
A quarta categoria de macromoléculas é conhecida genericamente como “ácidos nucleicos”.
Especialmente o ácido desoxirribonucleico (ADN, em português: ácido desoxirribonucleico; ou DNA, em
inglês: desoxyribonucleic acid), é um composto orgânico cujas moléculas contêm informações sobre os
tipos de proteínas que serão produzidas pelo corpo que estão relacionadas com o desenvolvimento e
funcionamento corporal, diferenciação das células e tecidos, regulação do metabolismo corporal, etc. Ou
seja, o DNA é uma molécula reguladora da formação e manutenção do corpo humano auxiliada por
outras moléculas de ácidos nucleicas conhecidas como RNAs (do Inglês ribonucleic acids, ácidos
ribonucléicos).
Do ponto de vista químico, o DNA é formado pelo entrelaçamento de dois longos polímeros de
unidades simples (monômeros) de nucleotídeos. Cada nucleotídeo é formado por um açúcar com cinco
aneis de carbono (Desoxirribose) ligados entre si por ligações fosfodiéster. Cada um desses polímeros é
conhecido como hélice. Portanto, dizemos que o DNA é formado por uma dupla hélice. As hélices se
unem pela ligação de duas moléculas que estão presentes em cada uma dessas estruturas. Essas
moléculas são conhecidas como bases nitrogenadas. Portanto, ligada à molécula de
desoxirribonucleotídeo (no primeiro carbono) está uma molécula conhecida como base nitrogenada.
Existem quatro tipos de bases nitrogenadas no organismo: duas púricas (adenina e guanina) e duas
pirimídicas (citosina e timina). Sempre uma guanina liga-se a uma citosina ou vice-versa e sempre uma
adenina liga-se a uma timina ou vice-versa. A diversidade na sequência das bases nitrogenadas
presentes em um segmento de DNA é que determina o tipo de proteína que será produzida pelo
organismo. Acredita-se que a vida se originou nos oceanos há 4 bilhões de anos. Há 3,5 bilhões de anos,
a altamente elaborada molécula DNA surgiu. O DNA é a base de toda a vida na Terra.
O dogma central da biologia, baseado na supremacia do DNA, define o fluxo de informações nos
organismos vivos. No caso, esse fluxo segue em uma única direção, do DNA para o RNA e depois para a
proteína. Ou seja, DNA representa a memória de longo prazo da célula, que carrega informações que são
passadas entre as gerações. Parte destas informações irá orientar a síntese das proteínas corporais.
Para tanto, moléculas temporárias e mais instáveis (RNA) são produzidas a fim de direcionar a síntese
das proteínas.
Nos seres humanos, o DNA fica no interior do núcleo. Para o desencadeamento da síntese de
proteínas são produzidas a partir dessa molécula, moléculas de RNAs que migram para o citoplasma,
especificamente para o reticulo endoplasmático rugoso onde ocorre a síntese proteica propriamente dita.
A produção de RNA é conhecida genericamente como transcrição e a produção de proteínas como
tradução. Quando uma célula se prepara para se dividir ela duplica o seu material genético (DNA)
através de um processo conhecido como replicação. O estudo da estrutura do DNA, suas funções,
diversidade e problemas genéticos associados à saúde humana são estudados na disciplina de Genética.
Na nossa disciplina serão abordadas duas questões centrais: como nos desenvolvemos a partir de
uma única célula (embriogênese)? E quais são os principais tipos de tecidos (estrutura e função) que o
4
Universidade Federal de Santa Maria-Centro de Ciências da Saúde
Departamento de Morfologia
Profa.Dra. Ivana Beatrice Mânica da Cruz
Átomos
Moléculas
Tecidos
Órgãos
Sistemas
Corporais
EMBRIOLOGIA
Células
Formação
BIOLOGIA
CELULAR
HISTOLOGIA
ANATOMIA
FISIOLOGIA
GENÉTICA
QUÍMICA
nosso corpo possui (histologia)? A Figura 1 apresenta de modo esquemático os principais níveis de
organização dos seres vivos e as disciplinas relacionadas ao estudo dos mesmos destacando a
embriologia e histologia.
Organismos
ECOLOGIA
Populações
Ecossistema
de diferentes
Espécies
Biosfera
Figura 1 Níveis de organização dos seres vivos e as disciplinas de conhecimento biológico a eles
relacionadas destacando-se a histologia e a embriologia que são os dois principais focos aqui
estudados.
3 Compartimentos corporais
Um organismo multicelular, como é o caso do ser humano, apresenta o corpo dividido em dois
grandes compartimentos: o compartimento intracelular e o compartimento extracelular. Isso ocorre
5
Universidade Federal de Santa Maria-Centro de Ciências da Saúde
Departamento de Morfologia
Profa.Dra. Ivana Beatrice Mânica da Cruz
porque a evolução dos organismos multicelulares foi possível a partir da evolução de um ambiente que
permitisse que células trabalhassem de modo cooperativo e harmônico para formar um corpo composto
por tecidos, órgãos e sistemas. Assim, basicamente as células em todos os tecidos corporais estão
imersas em uma matriz extracelular (ou líquido extracelular) que mimetiza as condições iniciais do
mundo aquático quando só existiam organismos unicelulares. Já o conteúdo que existe dentro das
células é denominado meio intracelular.
O líquido extracelular que envolve as células informa sobre as condições ambientais em que o
corpo se encontra. Assim, quando o ambiente externo muda, ocorrem também mudanças no líquido
extracelular que permitem que as células se ajustem as mesmas. Porém, nossas células não são muito
tolerantes a mudanças bruscas e, por esse motivo, existe uma série de mecanismos voltados para a
manutenção da constância do meio extracelular. A capacidade do corpo em manter o líquido extracelular
relativamente constante é conhecida como homeostase. Atenção: homeostase não significa equilíbrio
entre o líquido extracelular e intracelular, que são diferentes em composição; homeostase significa que
tais diferenças tendem a se manter constantes por mecanismos ativos. O estudo da homeostase
corporal e patologias associadas a alterações que ocorram é tema da fisiologia. Na histologia
estudaremos os principais tecidos corporais e observaremos que, conforme a sua estrutura e função, o
meio extracelular varia em quantidade e também em composição, o que torna relevante o estudo da
estrutura dos tecidos para entendermos as funções orgânicas e doenças associadas.
4 Células e Tecidos
Muito cedo nos nossos estudos de ciências biológicas, aprendemos que a unidade da vida é a
célula. A célula é a unidade fundamental do ser vivo (tanto unicelular quanto multicelular). Em
organismos multicelulares, como é o caso do ser humano, a célula precisou desenvolver uma série de
estruturas especializadas que permitem que ela se comunique com as células vizinhas ou mesmo com
outras células que estão espacialmente distantes. Entender que estruturas são essas e seu papel na
função do organismo é fundamental para identificarmos estados de saúde e doença.
Em geral, podemos dizer que a célula dos eucariotos possui uma estrutura básica composta de
uma membrana celular que a delimita, um citoplasma que contém estruturas também envoltas por
membranas com funções específicas (organelas) e um núcleo também delimitado por membrana que
contém as informações que irão determinar os aspectos físicos e funcionais daquele ser vivo (material
genético, ácido desoxirribonucléico, DNA). Uma vez que somos organismos multicelulares, isso significa
dizer que existem mais de 200 tipos de células que compõem o nosso corpo, as diferenças dessas
células são de fundamental importância para a diferenciação, manutenção do corpo humano, sua
reprodução e desenvolvimento.
A seguir serão comentados os principais aspectos relacionados com a estrutura celular.
6
Universidade Federal de Santa Maria-Centro de Ciências da Saúde
Departamento de Morfologia
Profa.Dra. Ivana Beatrice Mânica da Cruz
4.1 A membrana plasmática celular
A membrana celular delimita o meio interno da célula em relação ao ambiente que a envolve.
Em termos estruturais, a membrana plasmática é composta por uma dupla camada de moléculas lipídicas
(bicamada lipídica) formada por lipídios e moléculas de fosfato (moléculas fosfolipídicas).1 Essa estrutura
é fundamental para a sobrevivência da célula porque a porção das moléculas hidrofóbicas, que
compõem a membrana, fica na porção central da bicamada, enquanto que a porção hidrofílica fica
exposta tanto para o exterior quanto para o interior da célula. Ou seja, a parte dos lipídios que é insolúvel
em água fica voltada para o interior da bicamada lipídica, enquanto que a parte que é solúvel em água
fica na superfície interna e externa da membrana. Dois tipos principais de moléculas lipídicas são
encontrados na formação das membranas celulares: fosfolipídeos e colesterol.
Além da bicamada fosfolipídica, são encontradas nas membranas celulares, moléculas de
proteínas. Existem dois tipos de proteínas de membrana: proteínas periféricas ou extrínsecas e as
proteínas integrais, intrínsecas ou trans-membrana. As proteínas periféricas se ligam fracamente as
proteínas transmembranas e podem ser removidas sem que ocorram problemas na integridade da
membrana. Já as proteínas transmembrana estão fortemente ligadas à bicamada lipídica e muitas delas
atravessam a membrana inteira. Estas proteínas só podem ser separadas da bicamada lipídica se essa
for degradada, ou seja, se a célula for destruída.
Essa estrutura da membrana permite que a mesma desempenhe funções de fundamental
importância para a célula, entre as quais:
- Delimitação (isolamento físico) da célula em relação ao ambiente que a rodeia;
- Regulação das trocas químicas ou físicas entre o interior da célula e o ambiente externo
- Comunicação entre as células e o seu meio ambiente
- Suporte estrutural para que as células formem os tecidos corporais, existindo proteínas
transmembranas que se ligam na parte interna (citoplasma), atravessam a bicamada lipídica e se
ligam a outras proteínas presentes no ambiente extracelular.
- Delimitação de ambientes específicos intracelulares que possuem funções diferenciadas. Esses
“ambientes físicos” delimitados por membranas são genericamente conhecidos como organelas.
Portanto, em termos estruturais a membrana plasmática é composta pela bicamada lipídica e por
glicolipídeos e glicoproteínas que possuem diversas funções (Figura 2). Como podemos observar, as
proteínas da membrana são muito importantes para a estrutura e função celular.
1
Quando os cientistas conseguiram observar as células em microscópio eletrônico Singer e Nicolson (1972)
propuseram este modelo da estrutura da membrana celular conhecido como modelo celular do mosaico fluído.
7
Universidade Federal de Santa Maria-Centro de Ciências da Saúde
Departamento de Morfologia
Profa.Dra. Ivana Beatrice Mânica da Cruz
4.1.1 Principais tipos de proteínas que existem na membrana plasmática
Proteínas transportadoras de moléculas através da membrana
Existem dois tipos de proteínas transportadoras: proteínas carreadoras que se ligam a uma
determinada molécula, mudam a sua conformação estrutural e fazem com que essa molécula seja
transportada para dentro ou para fora da célula, e proteínas de canal que formam passagens estruturais
através da bicamada lipídica. Esses canais podem ser permanentemente abertos ou podem ser
temporariamente abertos e fechados (abrem-se por algum tipo de estimulo químico, mecânico ou
elétrico). Os canais que podem ser abertos e fechados são genericamente denominados de canais
porta. Eles podem ser quimicamente, mecanicamente ou eletricamente fechados. Estes canais são de
vital importância na fisiologia corporal. A seletividade do canal para a passagem de uma dada molécula é
determinada pelo seu diâmetro e pela carga elétrica dos aminoácidos que envolvem o canal. Os
canais abertos são muitas vezes denominados canais de vazamento, ou poros, como é o caso dos
canais proteicos que deixam a água passar entre os compartimentos inter e intracelulares.
Composição química da
membrana celular
Colesterol
Fosfolipídeos
Bicamada
lipídica
Carboidratos
Glicolipídeos
Proteínas
Glicoproteínas
-Estrutura e estabilidade da célula
-Reconhecimento celular
-Resposta imunológica
-Canais, poros, receptores que
permitem o transporte de moléculas
através da membrana
Figura 2 Esquema geral da estrutura das membranas plasmáticas (celulares)
8
Universidade Federal de Santa Maria-Centro de Ciências da Saúde
Departamento de Morfologia
Profa.Dra. Ivana Beatrice Mânica da Cruz
Proteínas estruturais associadas à formação dos tecidos
Também existem dois tipos gerais de proteínas estruturais da membrana: as proteínas do
citoesqueleto e as junções celulares. Enquanto as proteínas do citoesqueleto são responsáveis pela
forma física da célula (veja as diferenças, por exemplo, entre um neurônio e uma célula muscular), as
junções celulares são responsáveis pela fixação das células umas as outras formando os tecidos ou
mesmo determinando o aumento ou diminuição da permeabilidade desse tecido. Portanto, existem
diversos tipos de junções celulares que são importantes de serem conhecidas. A Tabela 1 apresenta os
principais tipos de junções celulares e suas funções.
Enzimas
O organismo possui uma grande quantidade de reações químicas que geralmente são mediadas
por proteínas especiais denominadas enzimas. As enzimas são elementos catalisadores de uma reação
química (aceleram ou diminuem a mesma) ainda que não participem da sua reação propriamente dita.
Dizemos que as enzimas participam do metabolismo corporal e também na transferência de sinais
entre as células do organismo. Geralmente as enzimas atuam dentro dos compartimentos intracelulares.
Receptores proteicos
Os receptores são uma classe de proteínas que têm a propriedade de se ligar a uma molécula
externa a célula ou mesmo no seu interior e desencadear uma resposta específica da célula. Ou seja,
funcionam como “agentes de informação” sobre sinais químicos, físicos ou elétricos recebidos para que a
célula tome determinada atitude. A resposta a hormônios na sua maior parte é mediada pela presença de
receptores hormonais específicos que induzem a célula a uma determinada resposta. Quando não
existem esses receptores na membrana plasmática da célula ou no seu interior, não ocorrerá a resposta.
Por isso, chamamos as células que possuem um determinado receptor para uma determinada moléculasinal (como por exemplo, hormônios) de células-alvo.
Proteínas de Reconhecimento Celular
O organismo precisa reconhecer o que é dele mesmo (próprio) do que não é (microorganismos
ou outros agentes externos ao corpo). Por esse motivo, a membrana plasmática também possui proteínas
que auxiliam esse reconhecimento e que são fundamentais para a proteção do nosso corpo. Isto porque,
as células do nosso sistema imunológico que patrulham o organismo em busca de possíveis invasões
conseguem reconhecer se as células são do organismo ou não. Você vai aprender mais sobre
reconhecimento celular e a relevância na defesa corporal quando estudar imunologia.
9
Universidade Federal de Santa Maria-Centro de Ciências da Saúde
Departamento de Morfologia
Profa.Dra. Ivana Beatrice Mânica da Cruz
Tabela 1 Principais tipos de junções celulares e suas funções biológicas
Junções
Estrutura
Junções de São semelhantes a botões ou a um zíper de
Adesão
uma calça. Formadas por glicoproteínas ligam
uma célula a outra formando o tecido com
resistência a distensões ou torções. Este tipo de
junção inclui os desmossomos, hemidesmossomos. Formada por proteínas
transmembrana como as caderinas que se
ligam internamente a filamentos do citoesqueleto
e a outras proteínas presentes na matriz
extracelular.
Junções de Servem para impedir a passagem de material
oclusão
entre as células que está unindo. Ou seja,
formam uma barreira física que torna aquele
tecido impermeável a passagem de moléculas.
Isto é possível pela presença de proteínas
denominadas ocludinas.
Junções
comunicantes
Este tipo de junção cria pontes citoplasmáticas
que ligam duas células vizinhas permitindo que
sinais (químicos, físicos, elétricos) sejam
transmitidos entre as mesmas. As proteínas que
formam este tipo de junção são as conexinas.
Funções
Criam uma unidade tecidual
resistente. Este tipo de junção é
muito freqüente na maioria dos
tecidos corporais.
Na fisiologia, as junções de oclusão
são importantes porque criam
barreiras, como é o caso da
barreira hematoencefálica que
impede que o sangue e os fluídos
extracelulares presentes no cérebro
entrem diretamente em contato.
Essa estratégia é vital para impedir
que substâncias que podem ser
perigosas ao sistema nervoso
entrem no mesmo. Existem outras
barreiras teciduais como você terá
oportunidade de estudar na
histologia e na fisiologia.
São um importante meio de
comunicação célula-célula. Existem
especialmente
em
células
musculares e nervosas, mas
também nas células hepáticas, do
pâncreas, ovário, etc.
4.1.2 Movimentos através da Membrana Plasmática
A membrana plasmática ao mesmo tempo em que funciona como uma barreira entre o meio intra
e extracelular permite que ocorra fluxo de moléculas para que a célula possa sobreviver. Uma vez que o
movimento de moléculas entre os compartimentos extra e intracelular é feito através da membrana
plasmática, esse pode ocorrer com ou sem gasto de energia. A dinâmica do movimento das moléculas
através das membranas é de especial interesse para a fisiologia. Entretanto, precisamos entender alguns
aspectos cito-histológicos que podem estar relacionados a esses movimentos. A Figura 3 apresenta de
um modo genérico os principais tipos de movimento através da membrana. Vale lembrar que a água
consegue atravessar livremente a membrana celular conforme a concentração maior ou menor do meio
10
Universidade Federal de Santa Maria-Centro de Ciências da Saúde
Departamento de Morfologia
Profa.Dra. Ivana Beatrice Mânica da Cruz
intra e extracelular. Este processo é conhecido como osmose e é ativamente regulado para manter tanto
o volume intracelular quanto o volume extracelular.
Uma propriedade importante da membrana plasmática em relação ao movimento das moléculas
é que ela permite a separação de cargas elétricas. Ou seja, a carga elétrica pode ser diferente dentro
da célula e no seu meio extracelular. Chamamos esta diferença de diferença de potencial da
membrana. O estudo fisiológico do gradiente elétrico entre o líquido extracelular e intracelular é de
grande importância para entendermos como as células do organismo se comunicam entre si.
4.1.3 Membrana plasmática e a comunicação célula-célula
A comunicação entre as células é o que torna possível que o organismo responda de modo
harmônico, cooperativo e ordenado aos diferentes estímulos internos (que o fazem se diferenciar,
amadurecer, reproduzir e até mesmo envelhecer) e externos (representados por variações ambientais de
diversas naturezas como a temperatura, umidade, pressão, etc.). Entretanto, existem somente dois tipos
possíveis de sinais fisiológicos relacionados à comunicação celular: químicos e elétricos.
Existem três processos básicos em que a comunicação célula-célula ocorre: (1) através da
transferência de sinais químicos ou elétricos através das junções comunicantes; (2) comunicação das
células que estão próximas entre si através da difusão de moléculas químicas produzidas por
determinadas células no líquido extracelular. Este tipo de comunicação pode ser de dois tipos: autócrina
e parácrina. Um sinal parácrino ocorre quando uma substância é secretada por células vizinhas, e atua
em células próximas. Um sinal autócrino é quando uma substância secretada pela própria célula atua
sobre ela mesma. Geralmente as substâncias parácrinas e autócrinas chegam até os seus alvos
celulares via difusão. Existem vários tipos de substâncias parácrinas que você vai aprender quando
estudar, principalmente, histologia, embriologia e fisiologia. Entre estas podemos citar: as citoquinas, os
neuromoduladores, os eicosanóides (prostaglandinas, leucotrienos, etc.); (3) comunicação a longa
distância que é feita basicamente por hormônios que são substâncias regulatórias produzidas em
glândulas e que migram para muito longe do seu local de síntese, através da corrente sanguínea.
11
Universidade Federal de Santa Maria-Centro de Ciências da Saúde
Departamento de Morfologia
Profa.Dra. Ivana Beatrice Mânica da Cruz
Movimento de moléculas
Através da membrana celular
Sem gasto
de energia
Com gasto
de energia
Difusão:
- simples
- facilitada
-Transporte Ativo
-Endocitose
-Exocitose
-Fagocitose
Figura 3 Movimento de moléculas através da membrana plasmática. Existe um movimento que não
necessita de energia adicional (difusão) que pode ser difusão simples (em que as moléculas lipofílicas, ou
seja, que se dissolvem em lipídios atravessam a membrana) e a difusão facilitada que geralmente ocorre
em moléculas hidrofílicas que não se dissolvem na gordura da bicamada lipídica. A molécula que é
transportada via difusão facilitada atravessa a membrana plasmática com o auxilio de uma proteína
presente na membrana. No transporte ativo, geralmente também existem proteínas de membrana
envolvidas. A endocitose ocorre quando um determinado conteúdo presente no meio extracelular é
inicialmente envolvido por membrana plasmática e esta se funde a membrana celular levando o conteúdo
para o interior do citoplasma. A exocitose é o movimento contrário, em que um determinado conteúdo
celular é envolvido por membrana e expelido para o exterior da célula. A fagocitose é um movimento
celular mais complexo que envolve o engolfamento geralmente de material muito grande, como uma
bactéria, por exemplo, para o interior da célula que, geralmente, degrada tal conteúdo.
4.2 Citosol e organelas citoplasmáticas
O citoplasma celular é basicamente composto por uma parte líquida, o citosol, que é uma
substância semi-gelatinosa que contém diversas moléculas importantes para a sobrevivência da célula,
como nutrientes, íons, partículas insolúveis denominadas inclusão, e outras moléculas funcionais.
Mergulhadas no citosol existem estruturas denominadas organelas citoplasmáticas que podem ou não
serem delimitadas por membrana plasmática. As organelas sem membrana plasmática são: os
ribossomos, que fazem parte da maquinaria da síntese de proteínas, os vaults (organelas recentemente
descobertas com função ainda não bem esclarecida) e o citoesqueleto composto por fibras que é uma
estrutura flexível e modificável.
O citoesqueleto possui cinco importantes funções biológicas: (1) determina a forma celular,
auxilia no suporte de dobramentos na membrana plasmática da célula denominados microvilosidades
que aumentam a área de superfície de contato entre o meio intra e extracelular; (2) estabilização da
posição das organelas, ou seja, ajudam na permanência de uma dada organela em um determinado local
da célula; (3) auxilia no transporte de materiais dentro da célula de um local para o outro, de uma
organela para outra; (4) conectam-se com fibras existentes no meio extracelular ligando uma célula a
12
Universidade Federal de Santa Maria-Centro de Ciências da Saúde
Departamento de Morfologia
Profa.Dra. Ivana Beatrice Mânica da Cruz
outra e também permitindo a transferência de informações entre as células; (5) permite que determinadas
células sejam capazes de se movimentar através do corpo humano tanto quanto este está sendo formado
ao longo da embriogênese quanto quando ele é maduro. Por exemplo, o movimento de células imunes
como os macrófagos que são atraídos por patógenos para engolfá-los e destruí-los é feito através de
movimentos do citoesqueleto.
Os centrossomos são organelas que atuam como centro organizador de microtúbulos das
células, usando moléculas da proteína tubulina. Na maioria das células, os centrossomos possuem dois
centríolos. Cada centríolo é um tubo cilíndrico de 27 microtúbulos arranjados em nove trios. Os cílios e
flagelos, que são estruturas móveis presentes em alguns tipos de células, são formados a partir dos
centrossomos celulares.
Existem organelas envoltas por membrana plasmática com funções específicas. Entre essas,
destacamos as mitocôndrias, que são o local onde ocorre a síntese de moléculas de energia que o
organismo vai precisar para se manter, desenvolver, reproduzir e realizar todas as suas funções. Na
mitocôndria, a partir de reações químicas complexas, a glicose que foi obtida a partir da alimentação ou
mesmo da degradação de macromoléculas corporais dá origem a molécula de adenosina tri-fosfato
(ATP), cuja quebra libera energia necessária para as reações metabólicas corporais. O estudo dos
processos pelo qual o ATP é gerado ou mesmo a glicose é sintetizada a partir de outras macromoléculas
que não os carboidratos é tema da bioquímica.
O retículo endoplasmático (RE) é também uma organela de grande importância biológica para
as células. Estruturalmente o RE é composto por uma rede de tubos membranosos conectados que é a
continuação da membrana externa do núcleo celular. O retículo plasmático que está associado aos
ribossomos é denominado retículo endoplasmático rugoso e está diretamente associado à síntese das
proteínas do corpo. O processo de síntese proteica a partir de informações químicas presentes em
moléculas temporárias de ácidos nucleicos (RNA mensageiro) é tema da disciplina de genética e
biologia molecular. O retículo endoplasmático que não possui ribossomo é denominado de retículo
endoplasmático liso, e é o local da síntese de diversas moléculas lipídicas, entre os quais os ácidos
graxos, hormônios esteróides (como os hormônios sexuais testosterona, estrogênio, progesterona) que
são sintetizados a partir de moléculas de colesterol, e outros tipos diversos de lipídios celulares. Os
retículos endoplasmáticos lisos dos rins e do fígado possuem moléculas que desintoxicam e inativam
drogas químicas e farmacológicas.
O aparelho de Golgi consiste em cinco ou seis sacos ocos e encurvados que se empilham uns
sobre os outros permitindo que proteínas sejam processadas e envolvidas por vesículas de membrana
plasmática. Essas vesículas são de dois tipos: secretoras ou de armazenamento. Os lisossomos são
conhecidos como sistema de digestão celular porque são pequenas vesículas esféricas que armazenam
enzimas atuantes na digestão de elementos celulares. Os lisossomos são produzidos a partir do aparelho
de Golgi. Podem existir lisossomos modificados, conhecidos como peroxissomos, que são vesículas
menores que os lisossomos cuja função parece ser a degradação de cadeias longas de ácidos graxos e
de moléculas estranhas ao corpo que sejam potencialmente tóxicas. Essas organelas receberam este
nome a partir da observação de que a degradação dos ácidos graxos gera peróxido de hidrogênio
(H2O2). Essa molécula é altamente reativa sendo funcionalmente considerada um radical livre. Por esse
motivo, existem enzimas citoplasmáticas como a catalase e a glutationa peroxidase que transformam o
peróxido de hidrogênio em água. Por esse motivo, essas enzimas são denominadas de enzimas
antioxidantes. O estudo dos sistemas antioxidantes endógenos é feito na bioquímica.
13
Universidade Federal de Santa Maria-Centro de Ciências da Saúde
Departamento de Morfologia
Profa.Dra. Ivana Beatrice Mânica da Cruz
Além dessas organelas, existe o núcleo que é considerado o centro de controle celular por
conter moléculas de DNA que formam os cromossomos. No caso do ser humano, existem 46
cromossomos no núcleo porque existem 46 moléculas de DNA que se liga a proteínas estruturais
(histônicas) e não-estruturais (não histônicas). Nas células que estão na interfase, o DNA associado à
proteína apresenta uma forma relaxada conhecida como cromatina. Quando a célula vai se dividir, o
DNA e as proteínas associadas se condensam em uma estrutura compacta conhecida como
cromossomo. Portanto, cromossomo e cromatina são estruturalmente similares contendo o DNA que é o
material genético do organismo. Dentro do núcleo ainda podemos reconhecer uma área altamente
condensada rica em moléculas de RNA denominada nucléolo. O estudo da estrutura cromossômica é
feito na disciplina de genética.
4.3 Matriz extracelular
Os tecidos onde estão as células possuem um material extracelular genericamente denominado
de matriz extracelular. A matriz extracelular possui a função de sustentação do tecido e também auxilia
na manutenção da homeostase corporal. Tanto a quantidade de matriz quanto alguns tipos de moléculas
que a mesma possui variam enormemente de um tipo de tecido para outro. Portanto, as características
da matriz extracelular são bem estudadas na disciplina de histologia.
Nesta primeira parte, nós revisamos alguns conceitos fundamentais associados a biologia celular
que serão utilizados tanto no estudo histológico dos tecidos corporais quanto na embriogênese. Em
síntese, vimos que os seres vivos são auto-organizados e controlam seu próprio crescimento,
amadurecimento e reprodução. Que a unidade fundamental do ser vivo é a célula existindo então dois
compartimentos corporais: o compartimento intracelular e o extracelular. Que a membrana plasmática que
delimita a célula tem diversas funções importantes na biologia corporal e que o citosol e as organelas
dividem funções que garantem a sobrevivência celular e as funções específicas das mesmas. Além disto,
vimos que o material que rodeia a célula forma a matriz extracelular que além de sustentar o tecido é
importante para a sua homeostase.
5 Ciclo celular
A vida de uma célula inclui uma série de eventos seqüenciais que são conhecidos em
geral como ciclo celular. Cinco fases são reconhecidas no ciclo celular: G1, S, G2, M e GO. Cada uma
destas fases tem duração variável segundo o tipo de célula e o momento do desenvolvimento. Entretanto,
os processos que ocorrem em cada etapa são similares para todas as células.
5.1 Fase G1
Esta primeira fase do ciclo celular é caracterizada por grande atividade funcional. Ou seja, ela
executa funções específicas importantes para o organismo. Além disto, a célula se prepara para duplicar
o seu material genético através da captação e produção dos elementos que compõe os ácidos nucleicos,
especialmente o DNA, de aminoácidos e de enzimas. Células da pele e das mucosas, como apresentam
uma divisão celular constante, possuem uma faze G1 muito curta. Vale salientar que o nome G (G1, G2)
vem da palavra inglesa “gap” que quer dizer, nesse caso, “intervalo”.
14
Universidade Federal de Santa Maria-Centro de Ciências da Saúde
Departamento de Morfologia
Profa.Dra. Ivana Beatrice Mânica da Cruz
5.2 Fase S
Esta fase é caracterizada pela duplicação do material genético (das fitas de DNA) para que a
célula possa ser duplicada e forme células-filhas. O nome deste processo também é chamado de
replicação. Uma vez que a duplicação do DNA é semi-conservativa, ou seja, a nova molécula de DNA é
formada com uma fita velha (que serve como molde) e uma nova, a incorporação das bases nitrogenadas
na fita que está se formando é coordenada por enzimas como a DNA polimerase. Por se tratar de uma
reação química, podem ocorrer possíveis erros na incorporação destas bases nitrogenadas. Para evitar
tais erros, o organismo possui um sistema de reparo do DNA que é constituído por enzimas que
conseguem reconhecer se ocorreu um erro na formação da fita de DNA e corrigir tal erro. Caso este erro
seja ignorado a nova fita de DNA vai possuir uma variação na suas bases nitrogenadas que são
chamadas de mutações. As mutações que ocorrem nas células do organismo (somáticas) não são
transmitidas para a prole. Entretanto, se ocorrerem mutações nas células germinativas (gametas) estas
podem ser transmitidas para os filhos (para a próxima geração).
5.3 Fase G2
Esta fase também é conhecida como período pré-mitótico. Nela, a síntese do DNA está
completa e os cromossomos, portanto, tem suas cromátides duplicadas. A célula como um todo se
prepara para a divisão celular.
5.4 Fase M (Mitose)
A fase M é curta e corresponde a divisão celular propriamente dita (mitose). Neste período
ocorrem movimentações cromossômicas e clivagem da célula em duas onde a distribuição dos pares de
cromossomos é equivalente. Em uma célula somática as principais etapas da mitose são: prófase,
metáfase, anáfase e telófase.
5.5 Fase GO
Logo após a divisão celular as novas células formadas apresentam menor atividade metabólica.
Este período é denominado GO. Muitos tipos de célula possuem um período prolongado de repouso no
qual as células não respondem aos estímulos. Na maior parte das células humanas normais o ciclo
celular dura de 24 a 48 horas.
5.6 Senescência celular
No organismo existe um fenômeno chamado de senescência celular que ocorre quando as
células param de se dividir mitoticamente. Para entender esse processo é importante recordar que os
cromossomos possuem uma região na sua extremidade chamada telômero. Essa região é composta por
uma fita simples de DNA que protege os genes dos cromossomos. No caso, o telômero é composto por
milhares de repetições de uma sequência de seis nucleotídeos que é rica em guanina (TTAGGG).
Quando as células se dividem, uma parte do telômero é perdida em um processo conhecido como
encurtamento telomérico. Quando o telômero fica com um tamanho mínimo, muito próximo da região do
DNA que contém genes, a célula para de se dividir para evitar problemas funcionais. Essa senescência
celular ou limite de Hayflick foi descoberto pelo pesquisador Leonard Hayflick, em 1965, quando
observou que células cultivadas se dividiam aproximadamente umas 50 vezes antes de morrer. Na
15
Universidade Federal de Santa Maria-Centro de Ciências da Saúde
Departamento de Morfologia
Profa.Dra. Ivana Beatrice Mânica da Cruz
medida em que as células se aproximavam desse limite, elas apresentavam sinais de velhice, incluindo:
maior tamanho, diminuição na taxa de divisão das organelas (principalmente das mitocôndrias), aumento
no tamanho de algumas organelas (também com destaque ao aumento no tamanho das mitocôndrias).
Hoje, a partir de muitas pesquisas, sabemos que cada tipo de célula possui uma taxa de proliferação.
Ao longo da embriogênese, quando existe necessidade de um grande aumento no número de
células para formar o novo organismo, uma enzima denominada telomerase está funcional. A síntese
dessa enzima pelas células faz com que a parte dos telômeros que foi perdida durante a divisão celular
seja refeita. Entretanto, após a embriogênese a síntese desta enzima passa a ser permanentemente
inibida, e as células passam, a cada ciclo, a encurtar seus telômeros, ou seja, passam a envelhecer. Por
esse motivo, quando mais velho o indivíduo, menor é a resposta à cicatrização ou à regeneração tecidual.
O encurtamento telomérico também é conhecido, portanto, como um relógio celular que indica o seu
envelhecimento. Apesar da maior parte das células apresentarem o fenômeno de senescência, existem
algumas linhagens celulares que não envelhecem porque possuem a telomerase ativa. Tais linhagens
celulares geralmente são aquelas que repõem constantemente células de alguns tecidos e órgãos, como,
por exemplo, as células do cabelo, da pele, das unhas, do sangue, etc. Para tanto, essas linhagens
celulares (também chamadas de camadas germinativas) se dividem e logo a seguir se diferenciam
produzindo a célula realmente funcional. As linhagens celulares que se mantêm indiferenciadas e em
constante divisão a fim de formar novas células para o corpo são conhecidas como células tronco
adultas.
6. Histologia: conceito
A histologia engloba o estudo da função celular, da estrutura da célula e também dos tecidos que
são formados pelo organismo vivo. Literalmente histologia significa “a ciência que estuda os tecidos
corporais”.
Em termos histológicos, são reconhecidos quatro tecidos básicos, já que os mesmos estão presentes
em todos os órgãos corporais: tecido epitelial, conjuntivo, nervoso e muscular. O agrupamento
tridimensional e diversificado desses tecidos forma os órgãos que, segundo suas características
morfofuncionais fazem parte dos chamados sistemas corporais. Por fim, o conjunto dos vários sistemas
corporais forma o corpo como um todo.
6.1 Bases da diferenciação e da manutenção cito-histológica
Existem cinco processos importantes que ocorrem desde a diferenciação corporal
(embriogênese) e por toda a vida do individuo a fim de manter a diferenciação das suas células e tecidos
e, assim, manter o organismo funcional. Esses processos podem se diferenciar quanto à velocidade,
intensidade e duração, conforme o tipo de órgão ou mesmo o momento do desenvolvimento
ontogenético.
6.1.1
Divisão celular: será necessário que ocorra uma intensa divisão celular (mitose) para que o
organismo tenha “matéria-prima” para desencadear o processo de formação dos tecidos,
órgãos e sistemas corporais.
6.1.2
Interações bioquímicas: a morfogênese é principalmente comandada pela regulação
diferencial dos genes (material genético) que estão presentes em todas as células. Ou
16
Universidade Federal de Santa Maria-Centro de Ciências da Saúde
Departamento de Morfologia
Profa.Dra. Ivana Beatrice Mânica da Cruz
seja, em algumas células, alguns genes irão “funcionar” tendo seus produtos (proteínas)
sintetizados em quantidade razoável ou mesmo em grandes quantidades, e em outras
células, tais genes estarão inativos ou funcionarão muito pouco (produzindo uma quantidade
mais baixa de proteínas). Essa regulação tem a capacidade de originar as diversas formas
celulares e teciduais que existem no nosso corpo, bem como determinar a função destas
células. A regulação genética é fortemente influenciada pela ação de produtos celulares
provenientes de dentro e de fora da própria célula, incluindo compostos como hormônios e
fatores de crescimento. Em muitos animais, como é o caso dos insetos, esses produtos
regulatórios são produzidos pela “mãe”, sob a forma de proteínas, hormônios, ou mesmo
mRNAs, sendo armazenados dentro do óvulo. Quando inicia o desenvolvimento
embrionário, esses produtos orientam a diferenciação celular do organismo em formação. Já
em vertebrados, de um modo geral, as substâncias regulatórias serão produzidas pelo
próprio embrião.
6.1.3
Movimento celular: para a formação dos órgãos e sistemas corporais, as células
diferenciadas terão que se “mover” para se posicionarem no lugar certo dentro do embrião.
Esse processo é obtido porque células embrionárias têm capacidade de se locomoverem
dentro do organismo. A motilidade celular é gerada pelos elementos contráteis do
citoesqueleto. Os microfilamentos têm um papel importante na geração da motilidade. No
caso, feixes de microfilamentos são ligados a regiões denominadas contatos focais que
ancoram os feixes na membrana plasmática. O contato focal facilita a ligação da célula ao
substrato e permite que as células exerçam uma tensão no substrato, que é necessária para
que elas possam “mover-se” sobre ele. As principais moléculas que medeiam a ancoragem
da célula ao substrato são membros da família de proteínas transmembranas denominadas
integrinas. As integrinas atravessam a membrana celular e ancoram os microfilamentos de
actina no lado de dentro. Do lado de fora, as integrinas ligam a fibronectina (outro tipo de
integrina) na matriz extracelular. Os sinais iniciados pelas integrinas parecem influenciar
outras propriedades celulares, como a diferenciação, a proliferação e a expressão de genes.
6.1.4
Adesão celular: como as células têm a capacidade de se moverem no corpo do embrião,
as mesmas também necessitarão “parar” no destino final da sua migração. Caso isso não
acontecesse, ocorreria uma “mistura de células”, impossibilitando a organização do corpo
em tecidos e órgãos específicos. O processo que faz com que as células literalmente
“grudem” no local certo e até mesmo em outros tipos celulares, é denominado de adesão
celular. A propriedade de adesividade das células de um tecido é dependente de moléculas
adesivas que estão sobre ou entre as superfícies das células. Várias moléculas célulaadesivas têm sido identificadas, incluindo as CAMs (Cel Adhesive Molecules) a as
caderinas. Um exemplo é a molécula caderina E, que é uma proteína transmembrana.
Além disto, as caderinas parecem estimular a diferenciação específica de tecidos.
6.1.5
Morte celular programada: o reconhecimento de eventos denominados morte celular
programada (MCP) foi feito há mais de cem anos. Portanto, na literatura biológica existe, há
muito tempo, excelentes descrições deste mecanismo utilizado no desenvolvimento dos
seres vivos e, em especial, dos animais. A MCP é um mecanismo importante tanto para o
desenvolvimento corporal, quanto para a manutenção da homeostasia (equilíbrio) dos
tecidos do indivíduo adulto que, através desse processo, pode eliminar células supérfluas,
17
Universidade Federal de Santa Maria-Centro de Ciências da Saúde
Departamento de Morfologia
Profa.Dra. Ivana Beatrice Mânica da Cruz
infectadas, transformadas (células que estão passando por um processo de transformação
de normais à cancerosas) ou mesmo danificadas. O MCP nada mais é do que a ativação de
um mecanismo interno da célula que a leva ao suicídio. A MCP também é denominada de
apoptose (palavra de origem grega que descreve a queda das folhas e pétalas de um
vegetal, proposto por Kerr, Wyllie e Currie em 1972). O processo da MCP ou apoptose
possui as seguintes características: A) a membrana celular permanece intacta durante todo
o processo de “suicídio”, não liberando o seu conteúdo no meio extracelular, o que poderia
levar a uma reação inflamatória. B) as organelas e o conteúdo interno da célula, incluindo o
próprio DNA, são digeridos por enzimas presentes na própria célula, como às presentes nos
lisossomos. C) esses produtos são fragmentados e engolfados por membranas celulares
formando pequenas vesículas denominadas de corpos apoptóticos. D) estes corpos
apoptóticos são fagocitados por macrófagos, não causando nenhum dano ao tecido ou as
células vizinhas da que morreu. Os sinais que podem desencadear a apoptose incluem:
indução por sinais extracelulares (hormônios, substâncias regulatórias, etc), que é o
mecanismo que desencadeia a MCP na embriogênse, e dano celular devido a algum agente
externo, como a exposição da célula a radiação ionizante e a infecção viral. A MCP ocorre
como estratégia importante no desenvolvimento animal, principalmente na formação de
seus órgãos (remodelamento tecidual). Sem a MCP, provavelmente a forma desses
órgãos, ou mesmo da nossa estrutura corporal, seria “esférica”, visto não existir nenhum
mecanismo que possibilitasse a “modelagem corporal”. O exemplo mais corriqueiro de MCP
na embriogênese é a formação dos dedos das mãos e pés do ser humano. Caso não
houvesse indução de morte celular programada das linhagens celulares que intercalam os
dedos, teríamos uma mão em forma de “pata” ou fusionada.
6.1 Estudo dos tecidos corporais
A maior parte dos tecidos não pode ser analisada ao olho nu ou mesmo in vivo. Por esse motivo, eles
precisam ser manipulados através de processos conhecidos, em geral, como “preparações histológicas” e
são analisadas com o auxilio de um microscópio.
O microscópio é o instrumento básico para o estudo das células e tecidos. A sua invenção é atribuída
a Antoine Leeuwenhoek e Robert Hook no século XVII. Dois séculos depois (XIX), Schleiden e Schwann
desenvolveram a teoria de que todos os seres vivos eram constituídos por células. A partir de então,
métodos e técnicas histológicas começaram a se desenvolver cada vez mais.
A condição principal no estudo cito-histológico é a obtenção de cortes histológicos muito finos que
permitam que a luz passe através deles, permitindo a observação das estruturas. Assim, as unidades de
medida utilizadas em microscopia são: o micrometro (m) para a microscopia ótica, o nanômetro (m)
e o angstrom (Å) para a microscopia eletrônica (Tabela 1).
18
Universidade Federal de Santa Maria-Centro de Ciências da Saúde
Departamento de Morfologia
Profa.Dra. Ivana Beatrice Mânica da Cruz
Tabela 1. Unidades de medidas e seus valores correspondentes em milímetros e metros.
Unidade de Medida
Símbolo
Micrômetro
m
Nanômetro
m
Valor
0,001 mm (milésima parte do milímetro)
0,001m (milésima parte do micrômetro)
10-3 mm
10-6 m
10-6 mm
10-9 m
Microscopia Ótica
O microscópio ótico é o equipamento mais amplamente utilizado em análises cito-histológicas,
tanto para atividades didáticas, quanto para atividades de pesquisa e de diagnóstico clínico. As principais
partes constituintes do microscópio ótico são: (1) sistema ótico: composto por três sistemas de lentes
(ocular, objetivas e condensador) e uma fonte de luz. (2) sistema mecânico: constituído por uma estrutura
que suporta o sistema ótico e o de ajuste do foco (Figura 1).
A finalidade do condensador é a projeção de um cone de luz uniforme sobre o objeto.
Quando a luz penetra no objeto que está sendo visualizado, ele passa também para a objetiva. A objetiva
projeta uma imagem aumentada no plano focal da ocular. Nesse local, a imagem é novamente ampliada.
Assim, o olho humano vê uma imagem virtual, ampliada e invertida do objeto. A ampliação total é dada
pela combinação de lentes do microscópio, que é igual ao produto das ampliações individuais das
objetivas e da ocular. Deste modo, se uma objetiva possui uma ampliação de 100x a ampliação ocular
será de 10x e a ampliação total de 1000x.
Figura 1 Sistemas óticos e mecânicos do microscópio ótico. 2
2
Fonte: http://docentes.esa.ipcb.pt/lab.biologia/disciplinas/biologia/microscopia.pdf
19
Universidade Federal de Santa Maria-Centro de Ciências da Saúde
Departamento de Morfologia
Profa.Dra. Ivana Beatrice Mânica da Cruz
Tipos de Microscópios Óticos
Os microscópios óticos possuem lentes óticas de diversos tipos: (1) microscopia luminosa, (2) de
campo escuro; (3) ultravioleta; (4) fluorescência e (5) de contraste de fase. A Tabela 2 apresenta uma
síntese das características dos principais tipos de microscopia ótica.
Tabela 2 Características gerais dos principais tipos de microscopia ótica com mecanismos diferenciais de
resolução da imagem.
Tipo de Microscópio
Campo Escuro
Contraste de Fase
Fluorescência
Principio
A luz dispersa-se na superfície dos
materiais. A luz dispersada entra na
objetiva e o objeto aparece iluminado
e brilhante sobre um fundo escuro,
utilizando-se um tipo especial de
condensador que ilumina o objeto
obliquamente.
Uso: análise de microorganismos não
corados, suspensos em líquidos e
preparações a fresco.
A maior parte das células vivas não
consegue ser investigada porque são
transparentes e incolores. Esse tipo de
microscópio tem um sistema ótico que
permite
diferir
materiais
com
densidades ligeiramente diferentes.
Microscopia utilizada para analisar
células vivas, por exemplo, na mitose.
Fluorescência é a propriedade que
algumas
substâncias,
quando
excitadas com radiação de baixo
comprimento de onda, têm de emitir
radiação de maior comprimento de
onda. Microscópios baseado em
fluorescência foram desenvolvidos e
permitem o estudo de estruturas
celulares e o seu uso no diagnóstico
de múltiplas patologias humanas.
Exemplo
Células embrionárias do rim humano
Lipídeos nos neurônios do córtex cerebral
6.2 Preparações histológicas
A seguir serão comentados os principais processos envolvidos nas preparações histológicas.
Fixação histológica – uma vez que o tecido ou parte de um tecido seja retirado do corpo, diversos
processos degenerativos tendem a degradá-lo (autólise). O conjunto desses processos é denominado de
degeneração post-mortem. Para evitar esse processo e a ação de bactérias decompositoras, a parte do
tecido (peça histológica) deve ser preservada através da fixação. Para tanto, são utilizados compostos
(fixadores), no qual se destacam o: formol, líquido de Bouim, líquido de Helly, aldeído glutárico e tetróxido
de ósmio.
20
Universidade Federal de Santa Maria-Centro de Ciências da Saúde
Departamento de Morfologia
Profa.Dra. Ivana Beatrice Mânica da Cruz
Impregnação do corte histológico – para que as estruturas do tecido sejam visíveis, a luz deve
conseguir passar por elas. Por esse motivo, os cortes histológicos precisam ter uma espessura muito fina.
Para se obter essa espessura, o tecido precisa de um suporte, que é obtido através da impregnação de
compostos que permitem manter a peça histológica suficientemente rígida, para ser finamente cortada.
Esse processo denomina-se impregnação. Esses compostos incluem: a parafina e as resinas epóxi,
caso o corte seja para microscopia eletrônica. Para que o corra a impregnação, é necessário que se retire
a água e outros compostos presentes na peça histológica, o que é feito através do processo de
desidratação e diafanização (retirada do álcool da peça).
Coloração histoquímica – o uso de compostos corantes permite o reconhecimento de estruturas
específicas no corte histológico. O processo de coloração é denominado, genericamente, de
histoquímica. O princípio básico da histoquímica é o uso de determinados compostos específicos para
determinados tipos de estruturas histo-celulares.
Localização de Proteínas e Carboidratos (Substâncias basófilas e acidófilas) - HE: a principal técnica de
coloração de tecidos para o estudo de Histologia básica é a técnica HE (Hematoxilina-Eosina). Através
dessa técnica, podemos diferenciar porções basófilas e acidófilas do tecido estudado. A hematoxilina é
basófila, ou seja, tem afinidade por substâncias básicas (coloração azul). Sendo assim, ela costuma
corar o núcleo e o Retículo Endoplasmático Rugoso (RER), locais onde há grande quantidade de
proteínas (básicas pelo seu grupamento amina). A eosina é acidófila, tendo afinidade pelo citoplasma,
fibras colágenas e outras substâncias ácidas das células (coloração rosa). Os carboidratos complexos
(polissacarídeos) podem também ser localizados pela técnica de coloração de PAS (Periodic Acid-Schiff).
Localização de lipídios – para que possamos observar compostos lipidicos nas estruturas histo-celulares,
usamos corantes que possuem alto grau de dissolução em gorduras. Os principais exemplos de corantes
específicos para lipídios são o Sudan IV e o Sudan Negro.
Localização de ácidos nucléicos: para essa identificação, usamos o método de Feulgen. Nesse método, o
DNA reage com uma solução de ácido clorídrico, que retira as bases púricas e forma grupamentos
aldeídos na desoxirribose. Então, é adicionado o reativo de Schiff (fucsina básica descorada pelo anidrido
sulfuroso) que se combina aos radicais aldeído para formar um composto insolúvel e vermelho. Quanto
maior a intensidade da coloração maior a quantidade de DNA.
Microscopia Eletrônica
Uma vez que a microscopia ótica não apresenta uma resolução que permite observar a ultraestrutura celular, foi postulado, em 1924, pelo físico francês Louis de Broglie que os elétrons possuem
propriedades ondulatórias que são similares à luz visível, ultravioleta e raios X. No caso, o comprimento
de um elétron depende da sua velocidade e esta da energia de aceleração que lhe é imprimida. Com
base nessas informações, foi possível desenvolver o microscópio eletrônico, que tem um poder de
resolução 500 vezes maior do que o microscópio ótico (0,4 a 0,5 m). O primeiro microscópio eletrônico
foi construído em 1931, na Universidade Técnica de Berlim, por Max Knoll e Ernst Ruska. Existem hoje:
microscópio eletrônico de transmissão, microscópio eletrônico de varredura e de tunelamento.
21
Universidade Federal de Santa Maria-Centro de Ciências da Saúde
Departamento de Morfologia
Profa.Dra. Ivana Beatrice Mânica da Cruz
7 Aspectos Clínicos relacionados à Biologia Celular: Câncer
A grande parte das doenças e patologias está diretamente relacionada com disfunções celulares,
sejam causadas por estados crônicos (doenças não-transmissíveis) sejam por estados infectoparasitários (doenças transmissíveis). Entretanto, entre todas essas doenças, existe um conjunto de
morbidades conhecida como “câncer ou neoplasia’ que envolve alterações importantes no ciclo e na
função celular.
7.1 Câncer: base conceitual
“Câncer é o nome dado a um conjunto de mais de 100 doenças que têm em comum o
crescimento desordenado (maligno) de células que invadem os tecidos e órgãos, podendo
espalhar-se (metástase) para outras regiões do corpo. Dividindo-se rapidamente, essas células
tendem a ser muito agressivas e incontroláveis, determinando a formação de tumores (acúmulo
de células cancerosas) ou neoplasias malignas. Por outro lado, um tumor benigno significa
simplesmente uma massa localizada de células que se multiplicam vagarosamente e se
assemelham ao seu tecido original, raramente constituindo um risco de vida.”3
7.2 Epidemiologia
O câncer é considerado um importante problema de saúde pública em países desenvolvidos e
em desenvolvimento. Na década de 2000, foi responsável por aproximadamente 6 milhões de mortes a
cada ano, o que representa aproximadamente 12% de todas as causas de morte no mundo. Dados do
Ministério da Saúde estimam que os dez tipos de neoplasias mais prevalentes nos homens são as de
próstata, pulmão, estômago, cólon, reto e esôfago. Nas mulheres, a maior prevalência é câncer de
mama, útero, cólon, reto, pulmão e estômago. Uma neoplasia que vem aumentando muito a sua
prevalência nas últimas décadas é o câncer de boca e faringe. Em Porto Alegre, foram observadas
taxas altas de incidência de câncer de boca tanto em homens (8,3 homens atingidos a cada 100 mil
homens) e mulheres (1,4 mulheres atingidas a cada 100 mil mulheres). Essas taxas se encontram entre
as mais elevadas do mundo.4
7.3 Biologia Tumoral
As células neoplásicas possuem uma biologia celular bem diferenciada da célula saudável.
Diferenças estruturais e bioquímicas fazem com que as células cancerosas se dividam de modo
incontrolável, desdiferenciem-se (perdem a identidade celular do tecido que se originaram) e, portanto
não tenham um papel funcional. Como a maior parte das células cancerosas voltam a ativar a enzima
telomerase (elas perdem a capacidade de morrer) e, portanto, tornam-se imortais. As células
cancerosas também têm a capacidade de induzir a formação de novos vasos sangüíneos (angiogênese),
3
4
Instituto Nacional do Câncer (INCA) Acesso: http://www.inca.gov.br/conteudo_view.asp?id=322
Guerra et al. Rev Bras Cancerologia 2005; 51(3): 227-234. Acesso: http://www.inca.gov.br/rbc/n_51/v03/pdf/revisao1.pdf
22
Universidade Federal de Santa Maria-Centro de Ciências da Saúde
Departamento de Morfologia
Profa.Dra. Ivana Beatrice Mânica da Cruz
a fim de obter mais facilmente nutrientes e oxigênio que são essenciais para o seu crescimento e
proliferação.
7.3.1 Principais alterações morfo-funcionais da célula neoplásica
Ocorrem importantes alterações na célula neoplásica que podem ser observadas a partir dos
cinco processos básicos que tornam possível a diferenciação e a manutenção da identidade cito-funcional
e histológica dos tecidos corporais:
Divisão celular: células saudáveis dividem-se conforme estímulos teciduais e hormonais
apresentando um crescimento harmônico. Adicionalmente, após um período, entram em senescência. As
células neoplásicas dividem-se de modo incontrolável, não obedecendo nenhum tipo de limite bioquímico
ou morfológico. Adicionalmente, a maior parte das células tumorais reativa a enzima telomerase e assim
regeneram rapidamente seus telômeros. A conseqüência da volta na expressão da telomerase e da
regeneração telomérica é que as células cancerosas se tornam imortais.
Interações bioquímicas: células e tecidos conseguem se diferenciar e manter sua diferenciação
via regulação diferencial da expressão dos genes. Nas células cancerosas, ocorrem alterações nessas
interações bioquímicas e moleculares, modificando assim sua estrutura e função. As alterações
morfológicas mais importantes em uma célula tumoral envolvem o citoesqueleto. Enquanto uma célula
saudável tem um citoesqueleto organizado a partir de uma rede de microtúbulos, microfilamentos e
filamentos intermediários, na célula cancerosa o citoesqueleto é desorganizado. A célula tumoral
também apresenta uma quantidade menor de organelas. As proteínas presentes na membrana
plasmática também podem sofrer alterações. Essas modificações proteicas na membrana plasmática
muitas vezes são percebidas pelo sistema imunológico do organismo, que identificam uma célula alterada
e a destroem. Porém, quando as ações desses anticorpos se tornam insuficientes, as células cancerosas
crescem em número e se tornam tumorais.
Movimento e adesão celular: mudanças nas proteínas de membrana das células cancerosas
podem alterar a sua adesividade ao tecido de origem. A perda da capacidade de adesão celular pode
levar a um movimento dessas células que migram através do sistema linfático para outras regiões
corporais. Em tecidos que apresentam algum tipo de especificidade, essas células voltam a aderir e
começam a se dividir formando assim um tumor secundário. Este processo é conhecido como
metástase. A disseminação tumoral (metástase) é um processo complexo e que não está totalmente
esclarecido, no qual cinco etapas podem ser observadas: (1) invasão e infiltração de tecidos vizinhos por
células teciduais principalmente para dentro dos vasos linfáticos e sanguíneos; (2) liberação na circulação
de células neoplásicas (isoladas ou em grupos); (3) sobrevivência destas células na circulação; (4)
retenção nos vasos capilares de órgãos distantes; (5) extravasamento seguido de crescimento destas
células dos vasos linfáticos e sanguíneos para o tecido.
Morte celular programada (apoptose): estudos demonstraram que os tumores malignos são
resistentes a apoptose. Essa resistência pode ser causada pelo impedimento da produção de proteínas
que sinalizam que a célula está danificada, como é o caso da proteína p53. Por outro lado, as células
cancerosas podem super-expressar outras proteínas como a survivina. Estudos têm sugerido que essa
proteína está envolvida na resistência das células tumorais a quimioterapia e a radioterapia, e que sua
inibição leva a morte das células cancerosas.
23
Universidade Federal de Santa Maria-Centro de Ciências da Saúde
Departamento de Morfologia
Profa.Dra. Ivana Beatrice Mânica da Cruz
7.4 Causas biomoleculares do câncer
Uma célula normal pode sofrer alterações no DNA dos genes (mutações). As células em que
material genético foi alterado passam a receber instruções erradas para as suas atividades e se tornam
mais instáveis, aumentando a propensão que outras mutações voltem a ocorrer nas próximas divisões
celulares. Na medida em que existe acúmulo de mutações, alterações genéticas podem ocorrer em
genes especiais, denominados proto-oncogenes, que a princípio são inativos em células normais depois
do período embrionário. Esses proto-oncogenes podem ser reativados, e esse é o caso, por exemplo, do
gene da enzima telomerase, ou do gene da proteína survivina. Esses genes alterados passam a ser
chamados de oncogenes. Por outro lado, genes que estavam ativos podem ser inativados, aumentando
assim a chance de ocorrência de malignização. Como tais genes, uma vez que sejam inibidos de se
expressar, podem ser uma das causas do câncer, eles são denominados de genes de supressão
tumoral. Quando ativados erroneamente, os proto-oncogenes transformam-se em oncogenes,
responsáveis pela malignização (cancerização) das células normais. Essas células diferentes são
denominadas cancerosas. Portanto, o câncer é uma doença genética, ainda que não hereditária. O
câncer hereditário (familiar) é responsável somente por cerca de 9% das neoplasias. Na maior parte das
vezes, o câncer é desencadeado por fatores ambientais, com destaque a poluição, tabagismo, exposição
à radiação, sedentarismo, obesidade, etc.5
5
Para informações adicionais consulte acesse: http://www.inca.gov.br/enfermagem/docs/cap2.pdf
24
Universidade Federal de Santa Maria-Centro de Ciências da Saúde
Departamento de Morfologia
Profa.Dra. Ivana Beatrice Mânica da Cruz
ESTUDO DIRIGIDO
(1) Quais são e explique os três critérios básicos do padrão de auto-organização dos seres vivos?
(2) Quais são as quatro macromoléculas que constituem os seres vivos? Quais são as unidades
fundamentais das proteínas, dos carboidratos e dos ácidos nucléicos?
(3) O que são o meio extracelular e o meio intracelular. Explique sua importância para a vida dos
organismos multicelulares incluindo o ser humano?
(4) Caracterize de maneira geral a membrana plasmática?
(5) Quais são as principais funções da membrana plasmática?
(6) Caracterize de modo sintético:
6.1 proteínas transportadoras de moléculas através das membranas
6.2 enzimas
6.3 receptores protéicos
6.4 Junção de adesão
6.5 Junção comunicante
6.6 Junção de oclusão
6.7 Proteínas de reconhecimento celular
(7) Quais são os três processos básicos de comunicação célula a célula. Caracterize-os.
(8) Quais são as principais funções do citoesqueleto?
(9) Faça uma síntese das principais organelas celulares e suas principais funções.
(10) Caracterize a matriz extracelular.
(11) Quais são os cinco processos importantes para a diferenciação celular e manutenção dos
tecidos? Caracterize esses processos.
(12) Comente de modo breve sobre as principais alterações que células neoplásicas possuem em
relação a esses cinco processos.
25
Universidade Federal de Santa Maria-Centro de Ciências da Saúde
Departamento de Morfologia
Profa.Dra. Ivana Beatrice Mânica da Cruz
REFERÊNCIAS – BIBLIOGRÁFICAS E DE FIGURAS
JUNQUEIRA LC & CARNEIRO J. Histologia Básica. Guanabara-Koogan, Rio de Janeiro, 2004; 2008
KERR JB. Atlas de Histologia Funcional. Artes Médicas, Porto Alegre, 2000.
GARTNER Color Atlas Histology. Williams & Wilkins, Baltimore, 1994.
KIERSZENBAUM AL. Histologia e biologia celular: uma introdução a patologia. Elsevier, Rio de Janeiro. 2008.
COCHARD LR. Atlas de embriologia humana de Netter. Artmed, Porto Alegre, 2001.
DOYLE MJ. Embriologia humana, Atheneu, São Paulo, 2005.
MOORE K. Embriologia Clínica, Elsevier, Rio de Janeiro, 2008.
BREW MCC. Histologia geral para a odontologia, Guanabara-Koogan, Rio de Janeiro, 2003.
ATLAS DE HISTOLOGIA – UFRGS - http://www.dominiopublico.gov.br/download/texto/ur000002.pdf
ATLAS DE HISTOLOGIA – UERJ - http://www.micron.uerj.br/atlas/index.html
ATLAS DE HISTOLOGIA CLARETIANO - http://www2.claretiano.edu.br/da/biologia/atlas_virtual/atlas_histologia.htm
ATLAS DE HISTOLOGIA UFPEL-http://minerva.ufpel.edu.br/~mgrheing/cd_histologia/index.htm
ATLAS DE EMBRIOLOGIA HUMANA (Inglês) -http://www.embryo.chronolab.com/fertilization.htm
MULTIDIMENSIONAL HUMAN EMBRYO (Inglês) - http://embryo.soad.umich.edu/index.html
ATLAS OF HUMAN BIOLOGY – CRONOLAB (Inglês) -Http://www.embryo.chronolab.com/ fertilization.htm
ATLAS DE HISTOLOGIA E EMBRIOLOGIA VIRTUAL UFSM. http://w3.ufsm.br/labhisto/atlas.htm
26