A Vida no nível da Célula A Descoberta das Células e os Tipos
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A Vida no nível da Célula A Descoberta das Células e os Tipos Celulares A Biologia Celular (antiga Citologia) é a parte da Biologia que estuda todas as organelas celulares e seus comportamentos. Procura diferenciar as células tanto animais como vegetais, observando também as grandes semelhanças. Histórico Se existe vida, então existe também doença! O conflito saúde x enfermidade sempre existiu, para toda espécie de ser vivo. Na pré história, o homem parecia agir instintivamente, como os animais, no tratamento de suas enfermidades. Assim, é comum achar pinturas rupestres de homens das cavernas lambendo suas feridas, ou bebendo muita água e ficando nas proximidades de fogueiras quando se tinha febre... Com o desenvolvimento da inteligência, alguns começaram a se destacar entre as empiricamente ervas, raízes, tecidos animais, ruídos e mesmo procedimentos "cirúrgicos" existia trepanação craniana, com cicatrização), para "afastar os maus espíritos" das doenças comum de "sacerdotes" ou "feiticeiros"]. A doença era tida então como um reflexo da tribos, utilizando (a 4.000 a.C. já [daí a designação ira dos deuses... Na Índia antiga, por volta de 2.350 a.C. apareceram os "Salihotrias" - precursores dos veterinários. Posteriormente, em 250 a.C. no reinado do imperador Asoka, apareceram os primeiros hospitais veterinários (450 anos antes dos de Roma). Na antiga Babilônia, em 2.200 a.C. foi escrito a primeira regulamentação da prática, remuneração e responsabilidade do veterinário. No chamado "Código de Hamurabi", no artigo 224 se dizia que a cura de um animal enfermo deveria valer 1/6 de siclo de prata como remuneração. Já no artigo 225, se dizia que se o animal tratado viesse a óbito, o responsável deveria indenizar o proprietário com 1/4 do valor do animal. No Egito dos Faraós, a mais de 5.000 anos, desenvolveu-se a técnica de embalsamento, permitindo os primeiros estudos anatômicos das doenças. Assim, em 1900 a.C. no chamado "Papiro de Kahum" já havia referências a` pequenas cirurgias e outras terapêuticas... Na Grécia, entre 460 a 355 a.C. Hipócrates de Cós, considerado ainda hoje como o "Pai da Medicina", criou a célebre "Teoria Humoral da Enfermidade", com base na aparência externa do indivíduo e correlacionando causas e efeitos, ainda que empiricamente. Posteriormente Galeno contribuiu e difundiu tal doutrina, que persistiu até o início do Renascimento. Na Bíblia existem referências interessantes a respeito das doenças na antiga Judéia. Na Roma antiga "veterinarius" = veterinários Com as guerras desenvolvimento ocorreu o batismo da profissão de veterinário, advindo de "veterina" = animal de carga e os encarregados dos veterinas. Além disto apareceram também os primeiros hospitais do ocidente. e a expansão do império romano, os feridos se multiplicavam criando condições para o de terapeuticas. Nessa mesma Roma antiga , entre 42 a.C. e 37 d.C. viveu Cornelius Celsus, que descreveu os 4 sinais cardeais da inflamação ["Signa inflammationis quatror sunt: Rubor et Tumor, cum Calor et Dolor"], redescobertos em 1443 pelo Papa Nicolas V. Na idade média, a Inquisição tratou de atrasar o desenvolvimento científico. Houve total desinteresse na arte, literatura e medicina. Apenas a química evoluiu, com os "alquimistas" procurando a "pedra filosofal". Nessa época era comum ver epilépticos serem "tratados a` porretadas", para espantar os maus espíritos... Poucos conseguiram estudar a vida e sair ilesos dos tribunais da inquisição"... Muitos foram queimados em praça pública, acusados de bruxaria ou de violar a alma de cadáveres... Em Florença na Itália, em 1502, Antonio Benivieni realizou 20 necropsias procurando determinar a "causa mortis" e explicar sintomas. Em Verona, em 1546, o monge e médico Girolamo Fracastorio (1483-1553) descreveu a aftosa bovina e lançou a teoria da contagiosidade (em "De contagione"). Entre 1514 e 1564, Andreas Vesalius revolucionou a anatomia, procurando associar função com estrutura anatômica. Publicou "Tabulae anatomica sex" em 1538 e "De humani corporis fabrica" em 1543. Aos 30 anos foi forçado a abandonar a cátedra de anatomia em Pádua e, mais tarde, foi condenado pela inquisição à uma peregrinação a Jerusalem, morrendo no caminho. O Renascimento marcou a perda das superstições e dos medos! Acabou a Inquisição e fazer necropsia largou de ser violação da alma do cadáver! Com isto a patologia evoluiu bastante. Houve intenso desenvolvimento científico e o aparecimento de inúmeros livros e periódicos... 1590: Invenção do microscópio pelos holandeses Francis e Zacarias Janssen, fabricantes de óculos. Seu microscópio aumentava a imagem de 10 a 30 vezes e foi usado pela primeira vez para observar pulgas e insetos. Robert Hooke, estudando a cebola, criou o microscópio e batizou a unidade fundamental dos tecidos com o nome de "célula" [pequena cela onde ficavam presos estruturas como o núcleo e o citoplasma...]. Em 1628, William Harvey (1578-1657), descrevia o sistema circulatório ("Exercitatio anatomica de motu cordis et sanguinea in animalibus"). 1665: Robert Hooke, em eseu trabalho Microgafia, relatou pequenas cavidades ("cells") em cortes de cortiça, de onde se originou o termo célula. Em torno de 1673, Antony Van Leeuwenhoek (1632-1723) começou a utilizar o microscópio (criado por Hooke e aperfeiçoado por Hans e Zacharias Jansen e Cornelius Drebbec) em medicina (foi o primeiro homem a ver o seu próprio espermatozóide...). No início do século XVIII, Giovanni Baptista Morgagni (1682-1771) começou a correlacionar alterações orgânicas constatadas a` necropsia com sintomas das doenças. Suas anotações lhe valeram a publicação de 2 importantes obras: Adversaria anatomica" e "De sedibus et causis morborum per anatomen indagatis", esta última publicada em 1750, descrevendo, discutindo e comentando cerca de 700 necropsias, além do título de "Pai da Anatomia Patológica". 1674: Leeuwenhoek observou diversas estruturas unicelulares: espermatozóides de peixes, hemácias. Um dos maiores colecionadores de lentes da época, foi o primeiro a observar os micróbios. Em 1776, Edward Jenner verificou que os tiradores de leite em Gloucestershire, na Inglaterra, não adoeciam de varíola depois de terem se infectado com a varíola bovina, mais benigna. Em 1798 criava a primeira "vacina" usando o vírus bovino para imunizar contra a doença humana. Claude Bourgelat (1712-1779) escreveu em 1761 "Elementos de hipiatria", fundou em 1762 a 1a Escola de Veterinária do mundo em Lyon e depois a de Alfort em 1764. John Hunter (1728-1793) introduziu a reprodução experimental das doenças, daí o título de "Pai da Patologia Experimental" [obs.: morreu de sífilis, adquirida segundo consta, em seu laboratório...]. Charles Vial de Saint Bell (1753-1793), graduado em Lyon, depois professor e diretor de Alfort, com a Revolução Francesa fugiu para a Inglaterra, fundando o Veterinary College of London. René Théophille Jyacinthe Laënnec (1781-1826) estudou as alterações proliferativas de diversos órgãos e foi o autor do termo "Cirrose". François Marie Xavier Bichat (1771-1802) estudou a constituição tecidual dos órgãos através de métodos físicoquímicos, concluindo existir cerca de 21 tecidos diferentes no ser humano. É, por isto, considerada o "Pai da Histologia" e também a responsável pela clássica divisão entre patologia geral e patologia especial. Johannes Mueller (1801-1858) foi o ultimo dos grandes filósofos da antigüidade que ainda procuravam abarcar todas as ciências. Utilizou o microscópio em medicina, sendo o preceptor de Schwann, Henle e Virchow. Carl Rokitansky (1804-1878) estabeleceu as bases estruturais das doenças e a técnica de necropsia com estudo sistemático de cada órgão. Foi um excelente patologista descritivo. Em 1866 já tinha feito mais de 30 mil necropsias. Ancião, desesperou-se pela queda de suas teorias (dramáticas e cheias de imaginação) pelo novos conceitos de seus sucessores e ex-pupilos. Aparecimento da chamada "Teoria Celular", com Lamarx (1809), Butrochet (1824), Schleiden (1838), Schwann (1839) e Mirbel (1902). Louis Pasteur (1822-1895), considerado o "Pai da Bacteriologia e da Imunologia", derrubou a teoria da geração espontânea provando que um meio de cultura esterilizado por fervura permanece isento de germes se mantido fechado num frasco. Com isso criou as bases da classificação dos germes das técnicas de esterilização e assepsia. Robert Koch (1834-1910) derrubou a teoria dos Miasmas infectantes, provando a existência de micróbios como causadores de doenças. Em 1847, o obstetra Ignaz Phillipp Semmelweiss (1818-1865) na Hungria, estabeleceu as bases da sanidade hospitalar ("lavar o veneno das mãos antes de tocar nos pacientes"), ainda sem conhecimento de microbiologia. Rudolph Virchow (1821-1902), considerado como o "Pai da Histopatologia", pelo batismo da maioria dos termos ainda hoje utilizados na prática médica. Em 1858 escreveu "Die Cellularpathologie" (Patologia Celular) e criou um periódico [em 1847] - "Arquivos de Virchow", que permanece até hoje como um grande periódico em patologia. Aplicou a teoria celular em patologia, estabelecendo pela 1a vez a seqüência: O russo Elie Metchinikoff, trabalhando no Instituto Pasteur em Paris, descreve e batiza a "Fagocitose", acreditando que a resposta celular é que era protetora contra as infecções. Contra ele um alemão chamado Paul Erlich afirmava que a resposta humoral é que era o fator de proteção. Ambos repartem o Prêmio Nobel em 1908. Julius Conheim (1839-1884) explicou as bases histológicas da inflamação, analisando, sob o ponto de vista microscópico os 4 sinais cardeais de Celsus. Tamanho e formas das células As dimensões das células variam de espécie, contudo a maioria tem tamanho inferior ao do poder de resolução do olho humano. Em geral, as células oscilam entre 0,1 mícron e 1mm. As células podem ser: - Microscópicas: a absoluta maioria. - Macroscópicas: Alga Nitella, fibras de algodão, células de urtiga, fibras de linho. Os exemplos são poucos numerosos. A forma é muito variada. Tipos Celulares - Procariontes As células dos organismos procariontes se caracterizam por não possuírem organelas. Os seres procariontes compreendem as bactérias, que se dividem em arqueobactérias e as eubactérias. As arqueobactérias habitam ambientes de condições extremas como águas muito salinas, águas quentes e ácidas, regiões profundas dos oceanos e pântanos. Há diferenças de estrutura genética e de composição lipídica entre as eubactérias e as arqueobactérias. As eubactérias são as mais estudadas e conhecidas, pois têm grande importância ecológica, industrial e médica. Nas eubactérias incluem-se as cianobactérias (estas últimas também conhecidas pela antiga denominação "algas cianofíceas" ou "algas azuis"). As células procariontes são geralmente bem pequenas, tendo 0,5 a 10 micrômetros de diâmetro. Apresentam, na região conhecida como nucleóide, uma molécula circular de ADN não combinada com proteínas básicas (histonas). Em grande parte das bactérias existem moléculas pequenas de ADN circular, são os plasmídios. Estes são independentes do ADN do nucleóide e conferem resistência a toxinas e antibióticos. Ocorre parede celular, que tem composição química diferente da parede celular das plantas. Nos procariontes, a parede celular contém peptidoglicanos (polímeros de glicídio unidos por ligações cruzadas de aminoácidos. Da sua superfície externa a bactéria pode projetar estruturas curtas, semelhantes a cabelos, denominadas pilos, que servem para a adesão a outras células. A síntese de proteínas tem lugar em pequenos ribossomos livres no hialoplasma. Os procariontes não possuem citoesqueleto, um complexo de proteínas fibrilares que dá forma e movimento nos eucariontes. Algumas bactérias têm flagelos de estrutura simples, de cerca de 20 nanômetros de diâmetro. Os flagelos servem para dar propulsão à célula no seu meio ambiente. A composição destes flagelos é a proteína flagelina, diferentemente dos eucariontes, onde os flagelos são feitos de microtúbulos, estes constituídos da proteína tubulina. Alguns procariontes são autotróficos e podem fixar o nitrogênio atmosférico em aminoácidos usados em síntese de proteínas. As cianobactérias têm um extenso sistema de membranas fotossintéticas mergulhadas em seu citossol, nestas membranas existem pigmentos como a clorofila. Células Eucariontes - As organelas citoplasmáticas A organização interna das células eucariontes é complexa. O citoplasma acha-se dividido em compartimentos, delimitados por membrana, as organelas. Geralmente, os livros-texto de Biologia fornecem esquemas didáticos de células eucariontes. São bons exemplos os esquemas de célula animal e vegetal encontrados em Amabis (1994) págs. 58 e 59. O professor deve sempre ressaltar aos seus alunos que os esquemas didáticos de células procuram representar conjuntamente todas as organelas possíveis de existir em uma célula. Porém, de acordo com sua especialização, uma célula apresentará certas organelas, mas não apresentará outras. Como exemplo, temos que uma célula da raiz não terá cloroplastos, mas uma célula da folha possuirá cloroplastos. No caso dos animais, como exemplo, um hepatócito terá um núcleo muito ativo e não possuirá flagelo; já um espermatozóide usará um flagelo para se locomover e o seu núcleo será muito compactado. Além das organelas dos eucariontes, existem outras estruturas que compõem as células. Topo Membranas Celulares e os Transportes de Substâncias A célula é isolada do meio externo por uma membrana lipoprotéica muito fina, formada por fosfolipídios e proteínas, que se apresentam de forma dinâmica, distribuídos conforme o modelo do mosaico fluido, ou seja, os fosfolipídios se deslocam continuamente sem perder o contato uns com os outros, e as moléculas de proteína "flutuam" nestes lipídeos, podendo se deslocar de um lado para o outro. Ela é também responsável pela seleção das substâncias que devem entrar ou sair da célula, pois a célula viva deve trocar substâncias com o meio. Portanto, se diz que a membrana plasmática possui uma permeabilidade seletiva. A célula apresenta uma composição química diferente do meio externo. Esta diferença se mantém graças a Membrana Celular, também chamada de Membrana Plasmática ou Plasmalema. A capacidade que a célula tem de manter sua composição química diferente da composição do meio externo, selecionando o que vai entrar e o que vai sair, é chamada de Permeabilidade Seletiva. Permeabilidade, porque permite a passagem e Seletiva, porque escolhe as substâncias que entrarão ou sairão. Para que uma substância passe através de uma membrana, é necessário que exista uma via de passagem para essa substância, seja através da bicamada lipídica, seja através de uma proteína. Se existir essa via de passagem, a membrana é permeável àquela dada substância. A substância é dita permeante. Transporte Passivo É um transporte que ocorre sem gasto de energia externa ao sistema e ocorre a favor do gradiente eletroquímico, ou seja, vai do maior gradiente eletroquímico para o menor gradiente eletroquímico, no caso de um soluto carregado ou a favor do gradiente de concentração, do mais concentrado para o menos concentrado, no caso de um soluto não carregado. Pode ocorrer então a entrada de solutos na célula a partir do meio extracelular ou sair solutos da célula indo do meio intracelular para o meio extracelular. O transporte passivo ocorre na tendência de equilibrar as forças sobre o soluto. Se for um soluto carregado, existiram forças química e elétrica sobre ele e o fluxo resultante é diferente de zero até o momento em que essas forças se tenham o mesmo módulo e sentidos contrários no soluto carregado. No caso de um soluto não carregado, existe apenas a força química aplicada sobre o soluto e quando a força deixar de existir, pela igualdade das concentrações, o fluxo resultante do íon será nulo. Moléculas hidrofóbicas, alguns gases como o oxigênio e o nitrogênio, por exemplo, conseguem passar facilmente pela membrana e entrar na célula pela membrana. Pequenas moléculas polares não carregadas, como água, glicerol, conseguem entrar na célula mas tem maior dificuldade. Grandes moléculas polares não carregadas, glicose, sacarose, conseguem entrar, mas muito pouco, pela membrana. Íons, como Na+, K+, não conseguem entrar na célula pela membrana. Vale ressaltar que existem os chamados canais iônicos, que são proteínas transmembranas dispostas de maneira a formar um canal, que permitem a entrada dos íons na célula através da membrana. Tranporte Mediado É um transporte que ocorre pela existência de proteínas carreadoras que executam a passagem do soluto de um lado da membrana para o outro. O transporte mediado pode ser tanto passivo quanto ativo. Quando for passivo não há o gasto de energia externa ao sistema, pois o soluto se desloca a favor do seu gradiente eletroquímico, do maior gradiente eletroquímico para o menor gradiente eletroquímico, no caso de um soluto carregado ou a favor do gradiente de concentração, da maior concentração para a menor concentração, para o caso de um soluto não-carregado. Porém, por algum motivo (tamanho, natureza polar,...), a substância encontra na membrana uma barreira ou obstáculo para sua entrada ou saída da célula. Nesse processo entram em ação proteínas estruturais da membrana que "facilitam" a passagem dessas substâncias através da mesma. O transporte mediado possui características que o definem, sendo estas basicamente três: Especificidade, saturação e competição. A especificidade diz sobre o quanto o transportador é específico para um certo soluto. Ele pode ser bem específico, transportando apenas um soluto, ou menos específico, transportando mais do que um soluto. Saturação ocorre quando os transportadores estão todos sendo utilizados, ou seja, existe um limite de velocidade, uma velocidade máxima para o transporte de soluto, já que eles não podem transportar mais solutos do que a sua capacidade permite. Competição acontece quando dois solutos ou mais solutos que usam o mesmo transportador para se locomoverem pela membrana, gerando uma diminuição da velocidade de transporte dos solutos envolvidos. Transporte Ativo Nesse tipo de transporte há o gasto de energia (na forma de ATP) e ocorre contra um gradiente de concentração, isto é, as substâncias serão deslocadas de onde estão pouco concentradas para onde sua concentração já é alta. O exemplo clássico de transporte ativo é a BOMBA DE SÓDIO E POTÁSSIO. Os íons de Na+ e K+ são importantes para o funcionamento celular e ocorrem em concentrações específicas dentro e fora das células. O íon Na+ se apresenta em maior concentração no meio extracelular, enquanto o íon K+ se encontra mais concentrado no meio intracelular. Logo o movimento natural desses íons é : o íon Na+ entra na célula por difusão facilitada e o K+ sai da célula pelo mesmo processo. Com isso a tendência é haver um equilíbrio entre as concentrações interna e externa desses dois íons (o que não seria bom para o metabolismo celular), logo a célula gasta energia, na forma de ATP, para fazer o transporte oposto desses íons: colocar o Na+ para fora e colocar o K+ para dentro. Há dois tipos de transporte ativo: Transporte ativo primário: O processo de transporte está acoplado à quebra de uma ligação covalente da molécula de ATP, que é o fornece a energia necessária para que o processo ocorra. Transporte ativo secundário: Uma substância é transportada contra seu gradiente de potencial eletroquímico porque o processo está acoplado ao transporte de uma outra substância, por exemplo Na+, que é transportada a favor do seu gradiente de potencial eletroquímico. Topo Citoplasma As organelas citoplasmáticas A organização interna das células eucariontes é complexa. O citoplasma acha-se dividido em compartimentos, delimitados por membrana, as organelas. Geralmente, os livros-texto de Biologia fornecem esquemas didáticos de células eucariontes. São bons exemplos os esquemas de célula animal e vegetal encontrados em Amabis (1994) págs. 58 e 59. O professor deve sempre ressaltar aos seus alunos que os esquemas didáticos de células procuram representar conjuntamente todas as organelas possíveis de existir em uma célula. Porém, de acordo com sua especialização, uma célula apresentará certas organelas, mas não apresentará outras. Como exemplo, temos que uma célula da raiz não terá cloroplastos, mas uma célula da folha possuirá cloroplastos. No caso dos animais, como exemplo, um hepatócito terá um núcleo muito ativo e não possuirá flagelo; já um espermatozóide usará um flagelo para se locomover e o seu núcleo será muito compactado. Além das organelas dos eucariontes, existem outras estruturas que compõem as células: Parede celular É um envoltório rígido que envolve a célula de bactérias, fungos e plantas. Tem a função de proteger a célula de danos mecânicos e também evita que a célula arrebente quando mergulhada em um meio hipotônico. A parede celular é permeável a diversas substâncias; possui constituição química distinta em vegetais, fungos e bactérias. Grãos de armazenamento e gotículas lipídicas As células podem armazenar substâncias de reserva em seu citoplasma. Deste modo, encontramos grãos de amido (em vegetais), glicogênio (em animais e fungos), paramilo (em algas), gotículas de gordura (em muitas células, como as de animais, fungos, etc.). Ribossomos Os ribossomos são o local da síntese protéica nas células. Podem estar livres no hialoplasma ou aderidos à face externa das membranas do retículo endoplasmático. Centríolos Estruturas de forma cilíndrica compostas de microtúbulos protéicos. Os centríolos são ausentes em procariontes e em vegetais superiores. Durante a divisão celular, em seu redor, forma-se o fuso mitótico. A seguir, citamos as organelas e comentamos algumas de suas funções: Retículo endoplasmático Rede de túbulos e cisternas achatadas mergulhados no citoplasma. Dentre suas várias funções ressaltamos o metabolismo de lipídios (incluindo a síntese de esteróides e fosfolipídios) e a síntese de proteínas para exportação. Aparelho de Golgi Esta organela também é denominada complexo de Golgi ou, simplesmente, Golgi. Esta organela foi descoberta pelo citologista italiano Camillo Golgi que viveu no século XIX. Observa-se, no aparelho de Golgi, a síntese de enzimas e a gênese de lisossomas, estas organelas responsáveis pela digestão celular. Lisossomas Estas organelas são vesículas esféricas repletas de enzimas hidrolíticas que atuam em pH ácido. No animais e protistas, os lisossomas digerem partículas alimentares provindas do exterior da célula, mas também podem degradar organelas envelhecidas da própria célula num processo conhecido como autofagia. As plantas não possuem lisossomas e a função semelhante destes é feita pelos vacúolos. Mitocôndrias Têm sua estrutura formada de duas membranas que delimitam uma matriz coloidal onde encontram-se enzimas, íons, dentre outras substâncias. No interior das mitocôndrias ocorre a degradação oxidativa de ácidos graxos e de grupos acetil (provindos da degradação da glicose). Neste processo oxidativo (denominado respiração celular), participam o oxigênio molecular, as enzimas do ciclo de Krebs e a cadeia respiratória, e são sintetizadas 36 moléculas de ATP (trifosfato de adenosina). Cloroplastos Há, nas células vegetais, organelas relacionadas com a síntese de glicídios, os plastos. Os cloroplastos são os plastos mais abundantes nos vegetais. Têm cor verde pois apresentam grande quantidade do pigmento clorofila, responsável pela absorção de luz no processo de fotossíntese. Assim, como as mitocôndrias, os cloroplastos possuem duas membranas concêntricas que delimitam uma região coloidal, o estroma. Mergulhado no estroma, existe um sistema de membranas. Parte da fotossíntese acontece no conjunto de membranas internas e parte se dá no estroma do cloroplasto. Pelo processo de fotossíntese há a síntese de substâncias orgânicas como, por exemplo, a glicose. Vacúolos Os vacúolos são vesículas preenchidas com partículas ou líquidos. São delimitados por uma membrana simples. Nas células animais e em protistas, os vacúolos fundem-se com lisossomos e acontece a digestão do conteúdo do vacúolo. Nas células vegetais geralmente existe um grande vacúolo. O líquido deste vacúolo é chamado seiva vegetal e tem enzimas digestivas que atuam em pH ácido. Peroxissomos Certos processos químicos oxidativos, como a degradação de aminoácidos, produzem peróxido de hidrogênio (H2O2) que pode lesar os componentes celulares. Para proteger a célula há os peroxissomos, organelas que possuem a enzima catalase que catalisa a reação de degradação de moléculas de peróxido de hidrogênio em água e oxigênio molecular. Os peroxissomos estão presentes nas células eucariontes. Núcleo Nos eucariontes, o núcleo abriga o genoma, o conjunto total de genes que é responsável pela codificação das proteínas e enzimas que determinam a constituição e o funcionamento da célula e do organismo. O núcleo é envolvido por uma dupla membrana porosa, a carioteca ou envelope nuclear, que regula a passagem de moléculas entre o interior do núcleo e o citoplasma. Os genes são segmentos de ADN, o ácido desoxirribonucléico, molécula orgânica que armazena em sua estrutura molecular, as informações genéticas. O ADN se combina fortemente a proteínas denominadas histonas, formando um material filamentoso intranuclear , a cromatina. O Citoesqueleto Nas células eucariontes há uma rede tridimensional intracitoplasmática de proteínas fibrilares, o citoesqueleto. Existem três tipos de proteínas filamentosas no citoplasma: os filamentos de actina, os microtúbulos e os filamentos intermediários. Muitos filamentos de actina se ligam a proteínas específicas da membrana plasmática, deste modo conferem forma e rigidez às membrana plasmática e superfície celular. Além de dar forma às células, o citoesqueleto propicia movimento direcionado interno de organelas e possibilita o movimento da célula como um todo (por exemplo, em macrófagos, leucócitos e em protozoários). Nos músculos, a rede de proteínas fibrilares (notadamente as proteínas actina e miosina) causa a contração e a distensão das células musculares. Os microtúbulos formam os cílios e flagelos dos protistas e dos espermatozóides. Durante a divisão celular, os cromossomos são levados às células filhas pelo fuso, um complexo de microtúbulos. Células de Animais As células animais diferem em forma e tamanho conforme o tipo de tecido a que pertencem. As células dos animais não possuem parede celular, cloroplastos e o vacúolo central característicos das células de plantas. A figura 1 (retirada de Dyson, 1979) mostra um pormenor do citoplasma de uma célula animal. De acordo com a sua função, uma célula apresentará organelas mais desenvolvidas do que outras. Assim, células que secretam grande quantidade de enzimas digestivas, como as do pâncreas, têm o aparelho de Golgi bem desenvolvido. Podemos citar outro exemplo de especialização celular, as hemácias, em que todo o citoplasma é tomado pelo pigmento hemoglobina. Por este fato as hemácias não tem núcleo e as outras organelas. Como as hemácias precisam ser carregadas dentro do líquido circulatório, o sangue, elas têm tamanho pequeno e são de forma redonda. Células de Vegetais As células vegetais têm várias formas que dependem de sua função e do tecido a que pertencem. São característicos da célula vegetal a parede celulósica, os plastos, o vacúolo central. Certas células vegetais apresentam glioxissomos, que são peroxissomos que têm as enzimas do ciclo do glioxilato, uma via metabólica que converte lipídios em glicídios quando da germinação das sementes. Alguns vacúolos acumulam grande quantidade de pigmentos arroxeados, as antocianinas. Deste modo certos órgãos da planta podem ter cor avermelhada ou arroxeada, como as uvas e as folhas de trapoeraba. As células vegetais comunicam-se entre si por pontes citoplasmáticas, os plasmodesmos. Células de Protistas Os protistas são as algas unicelulares e os protozoários. A célula de um protista é semelhante às células de animais e plantas, mas há particularidades. Os plastos das algas são diferentes dos das plantas quanto à sua organização interna de membranas fotossintéticas. Ocorrem cílios e flagelos para a locomoção. Alguns protozoários, como certas amebas, têm envoltórios protetores, as tecas. Os radiolários e heliozoários possuem um esqueleto intracelular composto de sílica. Os foraminíferos são dotados de carapaças externas feitas de carbonato de cálcio. As algas diatomáceas possuem carapaças silicosas. Os protistas podem ainda ter adaptações de forma e estrutura de acordo com o seu modo de vida: parasita, ou de vida livre. Células de Fungos As células fúngicas são as hifas. As hifas se apresentam como filamentos curtos ou longos, revestido por uma parede celular fina e tendo no seu interior a membrana plasmática, o citoplasma e as organelas. Afora a ausência total de plastos e grãos de amido (os fungos são heterotróficos), a célula de fungo pouco difere das células animais e vegetais. O polissacarídio de reserva é o glicogênio. A figura 3 (retirada de Silveira, 1981) representa a estrutura das hifas. Na legenda desta figura lê-se "condriocontos" uma denominação desusada para o conjunto de mitocôndrias. Topo Núcleo Celular Uma das principais características da célula eucarionte é a presença de um núcleo de forma variável, porém bem individualizado e separado do restante da célula: Ao microscópio óptico o núcleo tem contorno nítido, sendo o seu interior preenchido por elementos figurados. Dentre os elementos distingem-se o nucléolo e a cromatina. Quando uma célula se divide, seu material nuclear (cromatina) perde a aparência relativamente homogênea típica das células que não estão em divisão e condensa-se numa serie de organelas em forma de bastão, denominadas cromossomos. Nas células somáticas humanas são encontrados 46 cromosssomos. Há dois tipos de divisão celular: mitose e meiose . A mitose é a divisão habitual das células somáticas, pela qual o corpo cresce, se diferencia e realiza reparos. A divisão mitótica resulta normalmente em duas células-filhas, cada uma com cromossomos e genes idênticos aos da célula-mãe. A meiose ocorre somente nas células da linhagem germinativa e apenas uma vez numa geração. Resulta na formação de células reprodutivas (gametas), cada uma das quais tem apenas 23 cromossomos. Os cromossomos Humanos Nas células somáticas humanas são encontrados 23 pares de cromossomos. Destes, 22 pares são semelhantes em ambos os sexos e são denominados autossomos. O par restante compreende os cromossomos sexuais, de morfologia diferente entre si, que recebem o nome de X e Y. No sexo feminino existem dois cromossomos X e no masculino existem um cromossomo X e um Y. Cada espécie possui um conjunto cromossômico típico ( cariótipo ) em termos do número e da morfologia dos cromossomos. O número de cromossomos das diversas espécies biológicas é muito variável. A figura abaixo ilustra o cariótipo feminino humano normal: O estudo morfológico dos cromossomos mostrou que há dois exemplares idênticos de cada em cada célula diplóide. Portanto, nos núcleos existem pares de cromossomos homólogos . Denominamos n o número básico de cromossomos de uma espécie, portanto as células diplóides apresentarão em seu núcleo 2 n cromossomos e as haplóides n cromossomos. Cada cromossomo mitótico apresenta uma região estrangulada denominada centrômeroou constrição primária que é um ponto de referência citológico básico dividindo os cromossomos em dois braços: p (de petti) para o braço curto e q para o longo. Os braços são indicados pelo número do cromossomo seguido de p ou q; por exemplo, 11p é o braço curto do cromossomo 11. Além da constrição primária descrita como centrômero, certos cromossomos apresentam estreitamentos que aparecem sempre no mesmo lugar: São as constrições secundárias. De acordo com a posicão do centrômero, distinguem-se alguns tipos gerais de cromossomos: Metacêntrico: Apresenta um centrômero mais ou menos central e braços de comprimentos aproximadamente iguais. Submetacêntrico: O centrômero é excêntrico e apresenta braços de comprimento nitidamente diferentes. Acrocêntrico: Apresenta centrômero próximo a uma extremidade.Os cromossomos acrocêntricos humanos (13, 14, 15, 21, 22) têm pequenas massas de cromatina conhecidas como satélites fixadas aos seus braços curtos por pedículos estreitos ou constrições secundárias. Topo Divisão Celular Mitose Processo pelo qual as células de animais se dividem, produzindo, cada uma, duas células idênticas à original. A reprodução de células-filhas iguais à original tem como finalidade repor as células mortas no organismo, ou possibilitar o aumento do número delas nos processos de crescimento. Outro processo de divisão celular é a meiose, que produz duas células com metade dos cromossomos da célula-mãe. No período que antecede a mitose, ocorre a duplicação dos cromossomos, numa fase denominada de interfase. Então, os filamentos simples de cromossomos passam a ser duplos, recebendo o nome de cromátides. Nas células humanas, os 23 cromossomos passam a ser 23 pares, unidos por um ponto denominado centrômero. A divisão da célula realiza-se em cinco diferentes fases: prófase, prómetafase, metáfase, anáfase e telófase. Prófase – No núcleo da célula, os cromossomos condensam-se e passam a ser cada vez mais curtos e grossos. No citoplasma, massa fluida dentro da célula na qual o núcleo está mergulhado, os dois centríolos (organóides que se localizam junto ao núcleo e respondem pelo movimento dentro das células) se duplicam e começam a migrar em direções opostas. Prometáfase – A membrana nuclear rompe-se e os cromossomos espalham-se pela célula. Estes irão se prender no conjunto de fibras, cujas extremidades terminam próximas aos centríolos, agora já localizados em pólos opostos na célula. Metáfase – O conjunto de fibras, denominado fuso acromático, forma uma "ponte" entre os dois centríolos, que estão localizados nas extremidades da célula. As cromátides permanecem no meio da célula. Anáfase – Os centrômeros rompem-se, os pares de cromossomos separam-se em lotes idênticos e são puxados para os pólos opostos da célula na direção dos centríolos, indo constituir o núcleo das células-filhas. Telófase – Os cromossomos de cada pólo entrelaçam-se, de modo que não se pode mais distingui-los separadamente, até ficarem invisíveis e serem envolvidos dentro de um novo núcleo. As fibras do fuso desaparecem e a célula começa então a se dividir, dando origem a duas células independentes. Meiose Processo de divisão celular no qual células diplóides, ou seja, com dois lotes de cromossomos, dão origem a quatro células haplóides, com apenas um lote de cromossomos. Essa forma de divisão possibilita a formação dos gametas (células sexuais). Nas células humanas diplóides existem 46 cromossomos. Através da meiose, elas passam a ter 23 cromossomos. No processo de fecundação humana, ocorre a união de dois gametas dos pais, resultando em um ovo com 46 cromossomos. A meiose é responsável pela diversificação do material genético nas espécies. A reprodução sexuada permite a mistura de genes de dois indivíduos diferentes da mesma espécie para produzir descendentes que diferem entre si e de seus pais em uma série de características. A meiose ocorre em duas etapas que, por sua vez, se subdividem em prófase, prómetafase, metáfase, anáfase e telófase. A fase que antecede a meiose é conhecida como interfase, quando os cromossomos da célula se duplicam e se apresentam como filamentos duplos, as cromátides. Prófase 1 – Os cromossomos homólogos, ou seja, que possuem a mesma forma e constituição, se juntam formando pares. Cada par de cromossomos é composto por quatro cromátides, ligadas por dois centrômeros, que são pontos que as unem. Nesse estágio existe uma recombinação do material genético, denominado como permuta ou crossing-over. Prometáfase 1 – As cromátides tomam forma espiral. A membrana do núcleo desaparece, fazendo com que elas se espalhem no meio da célula. Metáfase 1 – As cromátides encontram-se presas por um conjunto de fibras, denominadas fuso acromático. Anáfase 1 – Os grupos de quatro cromátides separam-se em grupos de dois, sendo levados cada um deles aos pólos opostos da célula. Telófase 1 – Os cromossomos condensam-se e os pólos da célula reorganizam-se em dois novos núcleos. Logo depois a célula divide-se em duas, dando fim à primeira fase. A segunda fase da meiose é mais simples. Prófase 2 – Os núcleos das duas células desaparecem e as cromátides espalham-se pelo citoplasma. Metáfase 2 – O fuso acromático ocupa as regiões centrais, mantendo presas as cromátides na região equatorial da célula. Anáfase 2 – O ponto que une os pares de cromátides se parte, dividindo-as. Cada um começa, então, a ser puxado para os pólos opostos. Telófase 2 – Os cromossomos condensam-se, os núcleos reaparecem e o citoplasma, massa fluida dentro da célula na qual o núcleo está mergulhado, se divide dando origem a duas novas células. Topo Referências Bibliográficas em 12/2005 http://www.superzap.com/biblioteca/?cat=biologia&page2=biologia_celular http://www.icb.ufmg.br/pat/historia.htm http://www.biologiaviva.hpg.ig.com.br/citologia.htm http://www.virtual.epm.br/material/tis/curr-bio/trab2004/1ano/membrana/index.html http://www.virtual.epm.br/material/tis/curr-bio/trab2004/1ano/membrana/passivo.htm http://www.virtual.epm.br/material/tis/curr-bio/trab2004/1ano/membrana/transportemediado.htm http://www.virtual.epm.br/material/tis/curr-bio/trab2004/1ano/membrana/ativo.htm http://www.universitario.com.br/celo/topicos/subtopicos/citologia/celula_unidade_vida/celula.html
