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BIOLOGIA

MAURO BITTENCOURT

Citologia é a parte da Biologia que estuda as células e seus componentes, e sua evolução está diretamente ligada ao aperfeiçoamento de equipamentos e técnicas de pesquisa, como microscopia. Os primeiros relatos sobre células é datado de 1665, quando o inglês Robert Hooke, em seu trabalho Micrographia, descreveu suas observações feitas em finos cortes de tecidos vegetais. Mais tarde, em 1838, o botânico Mathias Schleider e o zoólogo Theodor Scheann, se baseando em seus estudos microscópicos, em tecidos de plantas e animais, propuseram a teoria celular, que afirma que “todos os seres vivos são formados por células, que devem ser consideradas como as unidades morfológicas e fisiológicas dos seres vivos”. Esta teoria foi complementada em 1855, quando um médico, chamado Rudolf Virchow, sugeriu que a continuidade dos seres vivos dependia da reprodução das células, criando o aforismo, afirmando que “toda célula provêm de outra célula pré-existente”. COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA CÉLULA Desde o século XVIII, estudiosos como Lavoisier admitiram que o “mundo mineral” era um universo químico simples se comparado com o “mundo dos animais e vegetais”. Sabiam que os vegetais, por exemplo, são formados de carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio. De fato, cerca de 99% da matéria orgânica em geral é formada por carbono, oxigênio, nitrogênio e hidrogênio, tendo os outros 1% formados principalmente por enxofre, potássio e sódio. Estes elementos se associam para formar as sustâncias que participam do metabolismo celular. 1. ÁGUA – è sinônimo de vida. Quando uma célula está desidratada seu metabolismo se reduz, ou pára. Ela representa em média 70% do corpo humano, podendo variar de acordo com a idade. Mais da metade desta água (55%) está dentro das células, e o restante (45%) formam o meio extracelular e o plasma sanguíneo. Outro fator que torna a água uma substância de grande importância é o fato de ela ser o solvente universal, ou seja, pode dissolver quase todas as sustâncias existentes na natureza. 2. SAIS MINERAIS – são classificados em macro-nutrientes e micro-nutrientes. Os macronutrientes representam de 60% a 80% das substâncias inorgânicas encontradas na célula. O que as diferencia em macro ou micro é a quantidade que nós necessitamos, se for maior que 100 mg por dia são considerados macro-nutrientes, se for abaixo disto, será um micro-nutriente. • Macro-nutrientes – são aqueles que necessitamos ingerir mais de 100 mg por dia, como o cálcio, magnésio, potássio, fósforo, cloreto e sódio. O cálcio está presente nos ossos (99%) e em outros processos como a coagulação sanguínea, contração muscular e excitabilidade dos nervos. Elemento Cálcio Fosfato Potássio Sódio Enxofre Magnésio

Funções No Organismo Contração muscular, excitabilidade dos nervos e coagulação do sangue Formação do fosfato de cálcio (esqueleto), dos ácidos nucléicos, ATP, ADP e AMP Atividade dos nervos, músculos e coração, além do equilíbrio osmótico da célula Atividade dos nervos e equilíbrio osmótico das células Participa da formação de aminoácidos importantes (metionina e cisteína) Importante na formação dos ossos (associado ao Ca e P), síntese de proteínas e de clorofila

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Micro-nutrientes – são os minerais que o corpo necessita de uma quantidade inferior a 100 mg por dia, como ferro, flúor iodo e zinco.

Elemento Cobalto Cobre

Funções No Organismo Constituinte da vitamina B12, necessária à síntese das hemácias. Constitui proteínas estruturais e enzimas Síntese da hemoglobina, mioglobina e cromossomos, pigmentos usados na respiração celular e na fase luminosa da fotossíntese. Desenvolvimento e proteção dos dentes e ossos. Síntese de hormônios da tireóide T3 (tri-iodotiranina) e T4 (tiroxina) Participa do metabolismo do sódio e do potássio Formação dos ossos e desenvolvimento da fertilidade Fator necessário as plantas fixadoras de nitrogênio Desenvolvimento do crescimento e da fertilidade Síntese de enzimas para crescimento, reprodução e imunidade

Ferro Flúor Iodo Lítio Manganês Molibdênio Selênio Zinco

3. GLICÍDIOS – essas moléculas estocam energia para uso imediato no metabolismo celular. Além da função energética, alguns glicídios têm função estrutural, como é o caso da celulose (vegetal) e a quitina (insetos). São classificados como monossacarídeos (oses), dissacarídeos e polissacarídeos. • Monossacarídeos – são glicídios simples que possuem apenas uma unidade e obedecem a formula geral Cn(H2O)n, onde o valor de n pode variar de três a sete. Os mais importantes são as pentoses e hexoses.

Ribose Desoxirribose Glicose Frutose Galactose •

Dissacarídeos – são glicídios formados de dois monossacarídeos, como a maltose, sacarose e lactose

Dissacarídeo Sacarose Lactose Maltose •

Pentoses Açúcar que constitui a molécula do RNA e do ATP Açúcar que constitui a molécula de DNA Hexose Glicídio mais importante, pois é usado como combustível pelo metabolismo celular na produção do ATP Açúcar encontrado no suco de furtas e esperma humano Glicídio encontrado na estrutura da lactose, o açúcar do leite.

Características Açúcar comum, obtido da cana-de-açúcar e da beterraba Açúcar encontrado no leite Açúcar encontrado em cereais e sementes em germinação

Hexoses Formadoras Glicose + Frutose Glicose + Galactose Glicose + Glicose

Polissacarídeos – são açúcares complexos formados pela reunião de muitos monossacarídeos, que assumem as formas lineares ou ramificadas, como glicogênio, amido e celulose.

4. LIPÍDIOS – são substâncias insolúveis em água que armazenam energia química para uso posterior. Cada grama de lipídio armazena 9 calorias de energia química, enquanto os glicídios e proteínas tem apenas 4 calorias. São classificados como glicerídeos, cerídeos (ou ceras), carotenóides, fosfolipídios e esteróides.

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Glicerídeos – são as gorduras e óleos. Tem teor energético elevado e são os principais componentes lipídicos da dieta humana. Em animais que vivem em locais de frio extremo, os lipídios formam o chamado “colchão adiposo”, que isola o corpo do animal do frio externo.

Cerídeos – são formados pela união dos ácidos graxos e alcoóis maiores que o glicerol. Possuem valor econômico, mas não tem a mesma importância que as gorduras e óleos para organismos vivos.

Carotenóides – são pigmentos amarelos e vermelhos sintetizados pelas plantas, encontrados em cenoura, jerimum, tomate e mamão. O carotenóide de maior importância biológica é o ß-caroteno ou provitamina A, que origina a vitamina A (retinol) por meio de cisão molecular.

Fosfolipídios – formam a camada dupla da membrana celular. Sua molécula reage, ao mesmo tempo, com a água e com os lipídios. Isso é possível porque possui uma porção hidrófila, o fosfato, e outra hidrófoba constituída pelas cadeias lipídicas.

Esteróides - formam um grande grupo de compostos lipossolúveis. Compreendem diversas substâncias químicas com importante papel na fisiologia humana, como é o caso de alguns hormônios e do colesterol.

5. PROTEÍNAS – são moléculas complexas que resultam da união de vários aminoácidos. Podem atuar na estrutura de tecidos, enzimas, hormônios, mecanismos imunológicos, e transporte de gases no sangue. Podem ser classificadas como proteínas globulosas e fibrosas, e também como simples ou conjugadas. A hemoglobina, por exemplo, é uma proteína globular, formada por vários glóbulos bem enovelados, enquanto o colágeno é fibroso longo e fino. A albumina é um exemplo de proteína simples, formada somente por aminoácidos, e as glicoproteínas são exemplos de proteínas complexas, formadas por aminoácidos e um radical prostético (não-protéico) 6. ENZIMAS – são proteínas com função catalítica. Cada reação química precisa de uma proteína específica para ser realizada, mas para isso, esta enzima tem que entrar em contato com o substrato, acelerando a velocidade da reação, de modo a se obter mais rapidamente o produto daquela reação. Isso ocorre porque as enzimas diminuem a energia de ativação da reação. Estas reações podem ser afetadas por diferentes fatores, como o pH, temperatura e concentração. Se um desses fatores não estiver de acordo com o necessário para aquela enzima, ela poderá ser desnaturada, não atuando na reação. 7. VITAMINAS – são indispensáveis ao metabolismo celular. São compostos orgânicos que funcionam como coenzimas e atuam em pequenas quantidades nas reações celulares. São classificadas pelo grau de solubilidade em água e lipídios. As hidrossolúveis são: B, C e P. As lipossolúveis são: A, D, E e K. As vitaminas lipossolúveis, principalmente A e D são acumuladas no fígado, por isso, se consumidas em excesso, tornam-se tóxicas a este órgão. A necessidade diária de ingestão varia de acordo com a idade e o modo de vida do indivíduo.

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ORGANIZAÇÃO CELULAR Acredita-se que as células mais simples, as procarióticas, surgiram a cerca de 3,5 bilhões de anos, enquanto as eucarióticas, mais complexas e, portanto, mais evoluídas, teriam surgido mais recentemente, a pouco mais de um bilhão de anos. Os procariontes são seres formados por apenas uma única célula, muito simples, sem organelas ou núcleo organizado, mas apresentam muitos ribossomos dispersos no citoplasma, e seu único cromossomo é formado por uma molécula circular de DNA. As células eucarióticas, mais evoluídas, formam tanto seres unicelulares como pluricelulares, já possuem a presença de organelas e núcleo individualizado, limitado pela carioteca (membrana nuclear), onde fica o material genético representado pelos cromossomos.

MEMBRANA CELULAR A membrana celular (membrana plasmática) é universal, ou seja, está presente em todos os tipos de células. Tem a função de limitar e proteger a célula, além de controlar a entrada e saída de substâncias através da permeabilidade seletiva. É composta por 60% de proteína e 40% de lipídios. O atual modelo, o mosaico-fluído, foi proposto pelos biólogos Singer e Nicolson, da universidade da Califórnia e do Instituto Salk, em 1972, e é tido como o que melhor explica o arranjo e a organização da membrana celular. Segundo eles, a membrana é uma estrutura rígida. O mosaico refere-se à diversidade das proteínas que a compões e o fluido ao estado quase líquido dos lipídios ali presentes. Desse modo, a membrana possui: •

Matriz gordurosa fluida, quase líquida, formada por dois folhetos de fosfolipídios;

Proteínas inseridas na matriz de lipídios, de maneira que essas moléculas formam um arranjo em mosaico;

Movimentação permanente no interior dessa matriz fluida.

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Segundo o modelo mosaico-fluido existem dois tipos de proteínas na membrana plasmática: as integrais e as periféricas. As proteínas integrais ou intrínsecas estão inseridas na bicamada fosfolipídica. Existem vários tipos de proteínas na membrana, e algumas delas estão voltadas para o citoplasma e outras para o meio externo. As proteínas transmembranares estão ligadas fortemente à membrana e fazem contato simultâneo com o meio interno e externo, pois participam de processos de comunicação celular, enviando mensagens para o meio intracelular ativando ou desativando alguns mecanismos celulares. Elas participam também do transporte de substâncias entre os meios intracelular e extracelular funcionando como carreadores ou formando os canais da membrana celular. As proteínas periféricas ou extrínsecas não estão inseridas na matriz fosfolipídica, mas localizam-se na periferia da membrana, ligando-se a ela frouxamente, por forças eletrostáticas, podendo ser extraídas com relativa facilidade. O modelo mosaico-fluido admite que as proteínas e lipídios tem movimentos de rotação e translação, podendo moverse livremente pela membrana. GLICOCÁLIX O glicocálix é considerado a cobertura da superfície externa da célula. É formado por glicoproteínas, glicolipídios, proteoglicanos e proteínas. Existe em células animais, nas quais realiza funções de proteção, reconhecimento, adesão celular e inibição por contato. Possui moléculas que têm propriedade de reconhecimento celular. A rejeição de enxertos e transplantes se deve a ação dos glicocálix presente nos linfócitos, que invadem o tecido transplantado e destroem as células estranhas. TRANSPORTE PASSIVO É o transporte de substâncias através da membrana sem o gasto de energia. Este tipo de transporte é feito de acordo com o gradiente de concentração: o transporte de substâncias é feito da região mais concentrada para a menos concentrada. O transporte passivo pode ser classificado em transporte passivo por difusão, osmose, canal iônico e difusão facilitada. 1. Transporte passivo por difusão – também chamado de difusão simples, é a distribuição homogênea de partículas de um soluto e um solvente. É lenta nos líquidos e rápida nos gases. É o processo pelo qual o O2 e o CO2 entram e saem da célula através da diferença de pressão entre os meios intra e extracelular.

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2. Transporte passivo por osmose – osmose é a difusão da água pela membrana celular, que é semipermeável. Ela desloca-se do meio mais diluído (hipotônico) para o menos concentrado (hipertônico), obedecendo as leis físicas da difusão. Este tipo de transporte passivo é importante para manter a concentração da célula equivalente à do ambiente externo. Quando o equilíbrio osmótico é quebrado a célula pode aumentar ou diminuir de tamanho e, em alguns casos, até mesmo estourar. As células vegetais também incham ao absorver água, mas como possuem a parede celular não se rompem devido à grande quantidade de água. Quando perdem água, elas murcham e a membrana se descola da parede celular. Esse fenômeno em células vegetais recebe o nome de plasmólise. Em hemácias células é chamado de crenação, o “inchaço” da célula chama-se turgência, o rompimento de hemólise. 3. Transporte passivo por canal iônico – Os íons de sódio, potássio e cálcio podem atravessar passivamente a membrana plasmática através dos chamados canais iônicos, formados pelas proteínas-canais, que são proteínas integrais que comunicam o meio interno com o meio externo. Estes canais são específicos para cada íon, e possuem elementos de regulação, como portões e fendas que se abrem e se fecham de acordo com estímulos elétricos vindos de dentro da célula. 4. Transporte passivo por difusão facilitada – é a difusão por meio de um carreador, ou seja, o transporte de solutos é feito por permeases ou proteínas carreadoras. Ocorre de maneira simples, com a substância se ligando ao sítio específico da permease, que se altera e abre o canal, na face voltada para o citoplasma, liberando o soluto no interior da célula. Também é chamado de modelo em “pingue-pongue”. Diferente da difusão simples, onde a velocidade do transporte é lenta no início e vai aumentando com o decorrer do tempo, na difusão facilitada ele começa mais rápido, porém, depois de algum tempo, começa a desacelerar, até que se estabiliza. TRANPORTE ATIVO É o transporte de substâncias pela membrana com gasto de energia. O soluto é transportado contra um gradiente de concentração, o que consome moléculas de ATP, razão pela qual este tipo de transporte está normalmente ligado à respiração celular. Um exemplo desse tipo de transporte é a bomba de sódio e potássio, que explica por que, normalmente, a concentração do íon Na+ é de 10 a 20 vezes maior fora da célula que no citoplasma, enquanto a concentração de K+ é de 10 a 20 vezes mais elevada no citoplasma que no líquido extracelular. A bomba de sódio e potássio é a responsável por esta diferença nos gradientes, pois, com o passar do tempo, as concentrações se igualariam. Nesse processo a célula expulsa 3 íons Na+ e capta dois ínos K+ mantendo a diferença entre os meios intra e extracelular. ESPCIALIZAÇÕES DA MEMBRANA As especializações da membrana são áreas especiais que facilitam a execução de determinadas funções, como absorção, adesão e comunicação entre as células epiteliais. Elas são: as microvilosidades, zônulas de oclusão, zônulas de adesão, desmossomos e junções comunicantes. 1. Microvilosidades – são expansões flexíveis da membrana que possuem actina e aumentam a superfície de contato e absorção celular. Cada célula intestinal possui cerca de 3 mil microvilosidades, o que justifica seu alto poder de absorção. 2. Zônulas de oclusão – também chamadas de junções oclusivas, são a união de membranas de células adjacentes. Esta união se dá de forma integral, vedando os

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espaços intercelulares e impedindo que as substâncias captadas voltem ao meio externo. Faz parte do complexo unitivo, junto com as zônulas de adesão e desmossomos. 3. Zônulas de adesão – podem ser chamadas de junção aderente, são zonas em forma de cinturão que aumentam a coesão entre células. São formadas por numerosos filamentos de actina, que circulam a região do citoplasma superior das células epiteliais 4. Desmossomos – são áreas em forma de botões que unem fortemente duas células epiteliais. Cada célula possui uma placa discóide para a qual convergem os filamentos de queratina (tonofilamentos). O espaço entre as células é preenchido por uma proteína adesiva transmenbrana (caderina), que aumenta a coesão celular. 5. Junções comunicantes – são canais protéicos nos quais há trocas de pequenas moléculas (como glicose), ínos e elétrons. As interdigitações são formadas por dobraduras, re-entrâncias e saliências das membranas celulares, que favorecem a aderência entre as células epiteliais, e são comuns na epiderme. ENDOCITOSE E EXOCITOSE A endocitose é um termo geral usado para se referir aos processos de incorporação de partículas sólidas (fagocitose) e líquidas (pinocitose) por meio de invaginações da membrana. Já a exocitose é o processo de eliminação de partículas pela membrana celular. Cientistas tem observado em laboratório que a adição de ATP aumenta a velocidade da endocitose, mas, que ela é bloqueada pela adição de toxinas que inibam a respiração e o metabolismo celular. Tanto a endocitose como a exocitose são processos que consomem energia, e são chamados de transporte em bloco ou transporte em massa. 1. Fagocitose – ocorre quando uma célula, como um leucócito, engloba uma partícula sólida grande, como uma bactéria ou vírus, ou pedaços de células degradadas. Ela envolve duas etapas: inicialmente a partícula se adere a parte externa da membrana, e, em seguida, envolvida por pseudópodes, até que seja formadoo vacúolo, chamado de fagossomo, que é liberado no interior da célula. No cormo humano ocorre em células especializadas como neutrófilos e macrófagos. 2. Pinocitose – é o mecanismo pelo qual a célula absorve pequenas partículas solúveis, como proteínas, polissacarídeos, aminoácidos e outros materiais que, dissolvidos em fluidos, são constantemente incorporados às células. A membrana celular se invagina formando um vacúolo denominado de pinossomo. No corpo humano ocorre em praticamente todas as células. 3. Exocitose – è mo mecanismo pelo qual a célula elimina substâncias. Em algumas situações, a célula pode liberar compostos importantes para o metabolismo (como os hormônios), outras vezes, ocorre a eliminação de substâncias residuais. Quando libera exclusivamente resíduos gerados durante a digestão celular a exocitose é chamada de clasmatose ou clasmocitose.

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CITOPLASMA O citoplasma é uma matriz viscosa localizada entre a membrana celular e a carioteca, Esse material coliodal, na qual ficam dispersas as organelas celulares, é formada por água, proteínas contráteis, enzimas e íons, podendo apresentar-se nos arranjos de citossol (mais aquoso e na porção mais externa da célula) e citogel (mais gelatinoso e mais próximo do núcleo). CITOESQUELETO O citoplasma de uma célula eucariótica é organizado especialmente pelo citoesqueleto, arcabouço de sustentação celular formado por uma complexa rede de proteínas: microtúbulos, microfilamentos e filamentos intermediários. 1. Microtúbulos – são proteínas, longas e rígidas, formadas por proteínas menores chamadas tubulinas. Podem aumentar e diminuir de tamanho de acordo com a associação das tubulinas. Participam da montagem do fuso acromático na divisão celular, dos cílios e flagelos, e auxiliam na mudança de cor dos animais que imitam o ambiente. 2. Microfilamentos – são estruturas protéicas alongadas de actina, organizadas em feixes ou em rede que têm papel importante na sustentação, nos movimentos e na forma celular. 3. Filamentos intermediários – são estruturas que protéicas resistentes que auxiliam na determinação da forma celular. RIBOSSOMO Os ribossomos existem em todas as células. São organelas compactas, elipsóides, construídas por ácido ribonucléico ribossômico (RNAr) e proteínas, que só podem ser visualizadas ao microscópio eletrônico. Podem ser simples ou complexos. Os simples são encontrados em células de bactérias, mitocôndrias e cloroplastos. Os compostos estão nas células eucarióticas. Quando isolados, os ribossomos não sintetizam proteínas. Por isso, associam-se às moléculas de RNA mensageiro (RNAm) par formar o polissomo, elemento ativo da síntese de proteínas. O polissomo pode ligar-se à membrana do retículo endoplasmático granuloso ou permanecer livre no citoplasma ou no interior de mitocôndrias e cloroplastos. RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO Existem dois tipos de retículo endoplasmático: o granuloso e o não granuloso. Ambos transportam substâncias no interior das células, mas há diferenças morfológicas e funcionais entre eles. 1. Retículo endoplasmático granuloso – é constituído por cisternas achatadas e paralelas com ribossomos aderidos à sua face externa. É comum em células especializadas em síntese de proteínas para exportação, como as células pancreáticas, que produzem enzimas e hormônios protéicos. 2. Retículo endoplasmático não granuloso – é formado por um conjunto de túbulos delgados ligados entre si, mas a superfície externa não tem ribossomos. Ele é responsável pela síntese de lipídios, de hormônios esteróides (testosterona,

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progesterona e estrogênio) e pela desintoxicação celular, isto é, atua na degradação de drogas e álcool ingeridos por um animal. COMPLEXO GOLGIENSE Ocorre, principalmente, nas células animais, como as células glandulares, nas quais desempenha atividade secretora. Ao microscópio eletrônico, é constituído pela reunião dos sáculos lameliformes, pilhas de cisternas achatadas com membranas lisas. Normalmente, existem diversas vesículas de secreção conectadas ou livres próximas às cisternas achatadas dos sáculos lameliformes. São funções do complexo golgiense: •

Liberação de vesículas de secreção que se deslocam até a membrana celular e eliminam as substâncias por meio da exocitose;

Síntese de glicídios, glicoproteínas e glicolipídios. As glicoproteínas são importantes na formação do glicocálix presente na superfície das células animais;

Produção dos lisossomos e formação de acrossomo, estrutura do espermatozóide que destrói as proteções do óvulo durante a fecundação.

LISOSSOMOS Origina-se com complexo golgiense e ocorrem em praticamente todas as células eucarióticas, embora sejam mais comuns em células animais. Essas organelas esféricas, envolvidas por membrana única, têm atividade hidrolase ácida que permite a realização da digestão celular, processo em que as macromoléculas podem ser transformadas em pequenas moléculas no interior dos vacúolos digestivos. Os lisossomos acumulam mais de 40 diferentes tipos de hidrolases ácidas, enzimas com elevado poder lítico, que destroem moléculas de proteínas, glicídios, ácidos nucléicos e lipídios. O processo digestivo ocorre quando o lisossomo funde sua membrana com a do vacúolo onde está a substância a ser digerida, liberando as enzimas, para que aconteça o processo de quebra daquela partícula a ser digerida. Esse novo vacúolo é chamado de vacúolo digestivo ou heterofagossomo Este tipo de digestão, de partículas englobadas pela célula recebe o nome de digestão celular por heterofagia. Este tipo de digestão é feito com mais frequência pelos leucócitos, quando englobam bactérias ou vírus nocivos a nossa saúde. Outro processo do qual participam os lisossomos é o da digestão celular por autofagia, quando a célula “digere” uma organela que não tem mais serventia, ou que está muito velha e não funciona corretamente. A autofagia também pode ser utilizada pela célula quando ela é submetida a um período de jejum, para que ela tenha nutrientes necessários à seu metabolismo. Para a autofagia, a célula emite expansões da membrana no retículo endoplasmático, que envolvem a organela a ser destruída, formando o autofagossomo, no qual as enzimas líticas são lançadas para destruír a organela. A morte celular, também chamada de apoptose, é outro dos processos que os lisossomos são responsáveis. Ele acontece quando a célula não é mais necessária ao organismo. Isso desencadeia mecanismos bioquímicos que levam a célula a “cometer suicídio”. Durante o processo, a célula diminui o volume citoplasmático e seu núcleo

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encolhe, condensa e fragmenta-se. Nesse processo os lisossomos se rompem e liberam as enzimas no citoplasma, destruindo praticamente toda a célula. PEROXISSOMOS São organelas que possuem a capacidade de produzir peróxido de hidrogênio (H2O2) utilizando o oxigênio molecular (O2) e compostos orgânicos através de reações oxidativas. No seu interior existem enzimas oxidativas, como a peroxidase e uratoxidase, que removem os íons H+ dos compostos orgânicos. MITOCÔNDRIA Também chamada de “casa de força” da célula. Existem em todas as células aeróbias, e são responsáveis pela respiração celular. A quantidade encontrada nuam célula varia de acordo com a função do tecido. Nas células adiposas e epiteliais, de baixo metabolismo, elas são encontradas em menor número, já nas células de grande atividade, como os hepatócitos, são encontradas em grande quantidade. Sua vida média é de 5 a 10 dias, razão pela qual se reproduzem constantemente, por autoduplicação. É delimitada por uma membrana dupla, uma externa e outra interna. A membrana interna forma as cristas mitocondriais, onde ocorrem as reações da cadeia respiratória. Na face interna desta mesma membrana está a ATP síntase, enzima responsável pela síntese de ATP. Seu interior é preenchido por uma substância chamada de matriz mitocondrial, onde se encontram as enzimas necessárias para a realização do ciclo de Krebs, do metabolismo de aminoácidos, reações de ß-oxidação dos lipídios. Também há ribossomos simples (mitorribossomos) mergulhados nessa mesma matriz, DNA circular duplo, além de moléculas de RNA que orientam a síntese da maioria das enzimas usadas pela mitocôndria. CLOROPLASNTOS São plastos verdes, existentes em plantas e algas, que executam a fotossíntese. Também é revestido por uma membrana dupla, a externa lisa e a interna formando lâminas paralelas, chamadas de lamelas. Seu espaço interno é preenchido por uma substância chamada de estroma, um líquido viscoso que contém enzimas, ribossomos simples e moléculas de DNA e RNA. Dispersos no estroma estão os tilacóides, pequenos discos que armazenam, em suas membranas, moléculas de clorofila. Estes tilacóides se associam em grupos de 50 formando o granum, que por sua vez, se ligam uns aos outros para formar os grana. PAREDE CELULAR É um envoltório externo das células vegetais, mais espesso que a membrana plasmática e relativamente mais rígido. Também é chamado de parede celulósica por ser formado principalmente por celulose. Nas células mais jovens ela se apresenta mais maleável e fina, de modo a permitir o crescimento da célula, sendo chamada de parece primária. Depois que a célula atinge seu tamanho ideal, a parede enrijece e passa a se chamar de parede secundária. Esta parede é constituída por longas e resistentes microfibrilas de celulose, que se mantém unidas por uma matriz de glicoproteínas, hemicelulose e pectina.

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NÚCLEO É considerado o “centro de comando” da célula, pois é ele que comanda as atividades metabólicas e divisão das células eucarióticas. É constituído pelo nucleoplasma, nucléolo, cromatina e sua área é delimitada pela carioteca. 1. Carioteca – é uma membrana dupla, porosa, de estrutura molecular semelhante à da membrana plasmática, que separa o conteúdo do núcleo do citoplasma. Seus poros são circulados pelo ânulo, que é formado por oito pequenos anéis de um material proteico denso. A união do poro e do ânulo constitui o complexo do poro, estrutura responsável pelo intercâmbio entre o núcleo e o citoplasma. 2. Nucleoplasma – é o material líquido que preenche o núcleo celular, e onde está a cromatina e o nucléolo. 3. Nucléolo – é um corpo denso e arredondado, formado por proteínas, grãos de ribonucleoproteínas (RNA associado a proteínas) e um pouco de DNA. É o local onde são sintetizados os ribossomos. Esses ribossomos recém sintetizados permanecem no núcleo até que “amadureçam”, para finalmente ir ao citoplasma e se tornarem ativas na síntese de proteínas. 4. Cromatina – é constituída de uma longa fita dupla de DNA, associada a muitas moléculas de histonas. Quando a célula está em divisão, os filamentos se condensam e formam os cromossomos. É dividida em eucromatina, onde estão os genes ativos, e heterocromatina, onde estão os genes inativos. Durante o período de interfase a eucromatina se encontra pouco condensada, com estrutura mais linear. A MOLÉCULA DE DNA Em 1868, o alemão Friedrich Miescher descobriu o ácido desoxirribonucléico (DNA), molécula que só seria confirmada como substância genética em 1952. Um ano depois, a estrutura foi definida por James D. Watson e Francis H. Crick. Eles sugeriram a estrutura helicoidal, onde a molécula de DNA seria formada por duas cadeias de nucleotídeos em antiparalelo. Com este modelo foi possível explicar as propriedades químicas e físicas do DNA, assim como a capacidade de autoduplicação do material genético. Esta dupla hélice possui fitas em antiparalelo, ou seja, elas estão colocadas em sentido inverso. Um filamento de DNA tem um fosfato 5’ (extermidade 5’)e um OH 3’ (extremidade 3’). Em outras palavras, a extremidade 5’ tem ligada a ela uma extremidade 3’ e não outra 5’. Isso ocorre porque o DNA se mantêm por meio de ligações do tipo fosfodiéster, ou seja, um fostato ligado a um açúcar (desoxirribose), que ocorrem entre o fosfato 5’ e o OH ligado a um carbono do açúcar seguinte. As moléculas de DNA são muito longas, com milhões ou até mesmo bilhões de unidades, chamadas de nucleotídeos, que se unem em sequência. Cada nucleotídeo é formado por uma pentose, um radical fosfato e uma base nitrogenada. Quando ele perde o radical fosfato, passa a se chamar nucleosídeo, que tem apenas a pentose e a base notrigenada. Quatro bases nitrogenadas formam o chamado “alfabeto genético”, e são elas: adenina (A), guanina (G), timina (T) e citosina (C). A adenina e guanina possuem uma estrutura em anel duplo, característica de um composto químico denominado de purina, por isso, são chamadas de bases púricas. A timina e a citosina têm uma estrutura em anel único, típico de um composto químico chamado pirimidina, e por isso, são chamadas de bases pirimídicas. Elas se atraem de modo complementar por pontes de hidrogênio. Esta regra que determina a atração entre as bases é chamade de regra de Chargaff, e recebe o nome do cientista que a descobriu, o austríaco Erwin Chargaff. Ele

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demonstrou que o DNA possui quantidades equivalentes de adenina e timina e quantidades equivalentes de citosina e guanina. Considerando que as bases púricas são complementares as pirimídicas, pode-se afirmar que A + G = T + C. REPLICAÇÃO DO DNA A replicação do DNA é o processo pelo qual uma molécula de DNA gera uma cópia idêntica de si mesma, ou seja, uma replica, onde cada uma das moléculas gerada será composta de um filamento da molécula original e o outro gerado durante a replicação. Por esta razão a replicação do DNA é chamada de semiconservativa. Ela depende da presença de enzimas para ser realizada. Estas enzimas irão realizar diversas funções, desde abrir a molécula de DNA, até diminuir a tensão entre as duas cadeias de modo que elas não se rompam. As enzimas e suas funções são as seguintes: Enzima DNA iniciase DNA helicase DNA polimerase DNA ligase DNA topoisomerase

Função Inicia a síntese do fragmento de RNA iniciador Desenrola a dupla hélice do DNA Adiciona ou remove nucleotídeos durante a síntese Une o nucleotídeo correto à fita em síntese Desfaz as “regiões de superdobramento” da dupla hélice do DNA

O processo se inicia no ponto chamado de origem de replicação, que é o local onde a DNA helicase rompe as pontes de hidrogênio entre as bases e forma a chamada forquilha de replicação. Esta forquilha se mantém aberta pela ação das SSB’s (single-strand binding proeins) ou proteínas de ligação unifilamentar, que se ligam ao filamento simples do DNA, impedindo que ele se uma novamente. Após a abertura da forquilha, a DNA ploimerase pode iniciar seu trabalho. Primeiro, ela se liga a forquilha, e em seguida, reconhece o ponto de inciação, que é a sequência de nucleotídeos que determina o começo do trecho a ser duplicado. Esta enzima só produz DNA em um único sentido, o sentido 5’ → 3’, que significa que a molécula tem que ser lida no sentido inverso, 3’ → 5’. Para um dos filamentos originais, isso não é nenhum problema, pois ele se encontra exatamente neste sentido, o que possibilita a produção contínua do novo filamento. Essa característica faz com que este filamento seja chamado de filamento de replicação contínua, ou, leading. O outro filamento, em sentido inverso, é chamado de filamento de replicação descontínua, ou, lagging, pois não pode ser copiado de forma contínua por se encontrar na direção inversa a que segue a DNA polimerase. Os pedaços curtos de DNA gerados pelo filamento de replicação descontínuo são chamados de fragmentos de Okasaki. Os fragmentos de Okasaki são unidos em um único filamento pela DNA ligase, dando origem ao filamento completo de DNA originário do filamento descontínuo. A DNA topoisomerase, ou DNA girase, age em conjunto com as demais enzimas, em dois locais distintos, um a frente e outro atrás da forquilha de replicação, diminuindo a tensão entre os filamentos da dupla hélice, enquanto a DNA helicase vem abrindo e fechando a forquilha, em ação parecida com a de um zíper. Algumas vezes, a DNA topoisomerase precisa romper as fitas de DNA, e depois reuni-las para que a tensão existente no filamento não faça com que a própria molécula se quebre, e se danifique. ÁCIDO RIBONUCLÉICO O ácido ribonucléico, ou RNA, participa ativamente da síntese de proteínas, funcionando como verdadeiro elo molecular entre o código do DNA e a sequência de aminoácidos nas proteínas.

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As principais diferenças do RNA em relação ao DNA estão no fato de o RNA ser formado por uma fita simples, ter uma ribose como açúcar e uma uracila (U) em lugar da timina. Apresenta três tipos diferentes de moléculas, e, cada um desempenha uma função distinta no funcionamento da célula. Ácido Ribocucléico Ribossômico

Representação RNAr

Mensageiro

RNAm

Transportador

RNAt

Função Montagem e composição dos ribossomos Determinação da sequência dos aminoácidos na proteína Transporte dos aminoácidos aos ribossomos

A síntese de cada uma das moléculas de RNA é feita a partir de um filamento de DNA, e recebe o nome de transcrição. Esse processo depende da participação da RNA polimerase. Essa enzima liga-se à região promotora, uma sequência de nucleotídeos do DNA, abre a dupla hélice e movimenta-se na fita molde no mesmo sentido da DNA polimerase, o sentido 3’ → 5’, adicionando os nucleotídeos até encontrar a região de terminação. Após a transcrição do RNA, em células eucarióticas, ele precisa ser ativado, por meio de um processo chamado de splicing ou processo de emendas. Esse processo ocorre ainda no núcleo, onde o RNA é cortado em vários pontos para remover trechos de filamentos inibidores (introns), processo que é realizado pelas enzimas chamadas de nucleases, restando apenas os filamentos ativos (exons), que são reunidos pelas ligases formando a molécula madura de RNAm, pronta para ser traduzida em proteína. SÍNTESE DE PROTEÍNAS O mecanismo de síntese de proteínas é praticamente o mesmo em todos os seres vivos: o ribossomo orienta o processo, o RNAt conduz o aminoácido até o ribossomo e o RNAm traz a informação necessária para o ordenamento dos aminoácidos que irão formar a proteína. Os ribossomos possuem três regiões que orientam a produção de proteínas. O sítio aminoácil, ou sítio A, recebe o aminoácido a ser incorporado na proteína, o sítio peptidil (sítio P) é o local em que fica a proteína produzida, e o sítio de saída (sítio E) é a região que permite a liberação do RNAt que participou do processo. O ribossomo se desloca no filamento no sentido 5’ → 3’, a medida que os anticódons traduzem os códons, e os aminoácidos vão se inserindo na cadeia proteica. Este processo é dividido em três fases: iniciação, alongamento e terminação. 1. Fase de iniciação – a subunidade menor liga-se ao RNAm pela extremidade na qual está o códon de iniciação (AUG). O RNAt insere a metionina, o aminoácido de inciação, e a subunidade maior acopla-se; 2. Fase de alongamento – etapa de construção da cadeia polipeptídica. Se divide em três subfases: a. Encaixe do próximo aminoácido – supondo-se que o segundo códon do RNAm seja GCC, o ainticódon CGG do RNAt fará a tradução e posicionará o aminoácido alanina no sítio A; b. Formação da ligação peptídica – em seguida, ocorre a formação da ligação do laço peptídico entre os dois primeiros aminoácidos, reação catalisada pela enzima peptidio sintase, um componente da subunidade maior;

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c. Passo ribossômico – após a tradução do códon GCC e a formação do laço peptídico, o ribossomo movimenta-se pela fita de RNAm. Esse movimento é chamado de passo ribossômico, e faz que o sítio P seja ocupado pelo complexo peptidil-RNAt. O sítio A, agora vazio, fica apto a receber o próximo aminiacil-RNAt. O primeiro RNAt, agora sem a metionina, desliga-se do sítio P e transloca-se para o E, do qual será liberado para o citoplasma. 3. Fase de terminação – o final da síntese ocorre quando o ribossomo identifica um dos códons de parada (stop códon), representados por UAA ou UAG ou UGA. Esse códons determinam o fim do processo de síntese protéica, e são considerados “códons sem sentido”, pois não existe nenhum aminoácido correspondente a essas trincas. Para finalizar o processo, uma molécula peptídica, existente no citoplasma, se liga ao sítio A. Essa molécula é chamada de fator de terminação, porque, na prática, funciona como um sinal para o ribossomo que o processo está terminado. Então ocorre a liberação da molécula de RNAt e da proteína recém-sintetizada. No final, o RNAt, o RNAm e as subunidades ribossômicas ficam livres no citoplasma e a maquinaria é desfeita. A tradução dos códons (trechos do RNAm formados por 3 bases) em aminoácidos segue uma regra, onde cada trinca codifica apenas um aminoácido, porém, o mesmo aminoácido pode ser codificado por várias trincas diferentes, a exceção da metionina, sintetizada apenas pela trinca AUG. A codificação segue a tabela abaixo U C A G U Phe Ser Tyr Cys C Phe Ser Tyr Cys U STOP STOP A Leu Ser STOP G Leu Ser Trp U Leu Pro His Arg C Leu Pro His Arg C A Leu Pro Gla Arg G Leu Pro Gla Arg U Ilê Thr Asa Se C Ilê Thr Asa Se A A Ilê Thr Lys Arg G Met Thr Lys Arg U Val Ala Asp Gly C Val Ala Asp Gly G A Val Ala Glu Gly G Val Ala Glu Gly CROMOSSOMOS Os cromossomos são estruturas formadas por moléculas compactadas de DNA, que contém os genes. Eles são formados por uma molécula de DNA associada a proteínas básicas denominadas de histonas. Durante a divisão celular, cada cromossomo apresenta-se de forma dupla, ou seja, com duas fitas denominadas de cromátides, um centrômero, localizado na constrição primária, onde fica um pequeno disco chamado de cinetócoro, que se fixa ao fuso acromático na divisão celular. A posição do centrômero classifica os cromossomos em quatro diferentes grupos: os metacêntricos, com o centrômero localizado mais ao centro do cromossomo, dividindo-o em dois braços quase do mesmo tamanho; submetacêntricos, com o centrômero mais acima do centro, determinando tamanhos diferentes para os dois braços; acrocêntrico, como centrômero mais próximo da extremidade superior, gerando um braço muito curto,

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acima do centrômero, e outro mais longo, abaixo do centrômero; e telocêntrico, quando o centrômero está localizado na extremidade do cromossomo, determinando a existência de apenas um braço. O conjunto de cromossomos de uma espécie é chamado de cariótipo, e na espécie humana é composto de 46 cromossomos, sendo 44 autossomos e 2 heterossomos. Os dois heterossomos são os chamados cromossomos sexuais, enquanto os autossomos determinam as demais características do indivíduo. Vale lembrar que nossos cromossomos se apresentam em pares, numerados do 1 ao 22, e tendo os cromossomos sexuais as denominações de X e Y. Nosso cariótipo também apresenta uma classificação, para que seja facilitado o estudo dos mesmo, seguindo a tebela abaixo: Grupos A B C D E F G

Cromossomos 1, 2 e 3 4e5 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 e X 13, 14 e 15 16, 17 e 18 19 e 20 21, 22 e Y

Cariótipo feminino (46, XX)

Tamanho Grande Grande Médio Médio Pequeno Pequeno Pequeno

Centrômero Metacêntrico Submetacêntrico Submetacêntrico Metacêntrico Submetacêntrico Metacêntrico Telocêntrico

Cariótipo masculino (46, XY)

MITOSE Pouco tempo após a replicação do DNA, as células iniciam a mitose, processo de divisão utilizado por elas durante o desenvolvimento dos organismos. Graças a mitose são possíveis o crescimento somático e a regeneração de tecidos. É uma divisão cíclica, que se inicia por uma célula diplóide (2n, onde “n” é u número de cromossomos haplóide da espécie) e origina duas células-filhas diplóides, idênticas à original. A mitose se divide em 4 fazes: prófase, metáfase, anáfase e telófase. 1. Prófase – é a fase mais longa da mitose. Nela se inicia a condensação da cromatina, para formar os cromossomos. A carioteca se fragmenta e o nucléolo se desintegra gradativamente. Os centríolos, duplicados, são envolvidos pelo áster e formam os centrossomos, que se movem para os pólos da célula e originam o fuso mitótico ou acromático. No seu final, os centrossomos estão nos pólos e os cromossomos totalmente formados; 2. Metáfase – é o ponto máximo de condensação dos cromossomos, e eles estão alinhados no centro do fuso, formando a placa equatorial.

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3. Anáfase – é a etapa na qual a célula dobra o número de cromossomos, ou seja, fica tetraplóide (4n), porque os centrômeros separam-se e cada cromátide (metade do cromossomo) segue para um pólo diferente da célula. Esta separação ocorre devido a tração exercida pelas fribrilas do fuso sobre cada umas das cromátides, puxando-as para os pólos. 4. Telófase – tem início com a chegada das cromátides nos pólos, sendo seguida pela descondensação dos cromossomos, desintegração do fuso acromático e reaparecimento da carioteca e do nucléolo. È nesta fase que a célula literalmente se divide em suas, com uma invaginação da membrana plasmática, orientada pelos microtúbulos e pelo citoesqueleto, formando o chamado anel contrátil, dando início a citocinese ou citodiérese, que é a divisão final do citoplasma. Esta útima etapa é diferente em células animais e vegetais, pois as primeiras, ocorre o estrangulamento da membrana plasmática e depois a fusão da mesma no centro da antiga célula, gerando duas novas células de tamanhos idênticos. Na célula vegetal, devido a presença da parede celular, mais rígida, não é possível realizar o estrangulamento, então, a célula lança mão de outra alternativa, fazendo com que vesículas derivadas do complexo golgiense se alinhem no centro da célula e, posteriormente, se fundam, individualizando as duas células filhas. MEIOSE A meiose é a divisão celular que forma as células sexuais. Nos animais, ocorre nas gônadas e origina quatro diferentes gametas haplóides. Divide-se em duas etapas: a primeira reducional (meiose I) e a segunda equacional (meiose II) Na divisão reducional, a célula diplóide dá origem a duas células filhas haplóides. É nessa fase que ocorre o crossing-over. É subdividida em: prófase I, metáfase I, anáfase I e telófase I, e estas fases ocorrem como na mitose, com a diferença de que não existem cromátides irmãs, ou seja, na anáfase I são separados os cromossomos dos pares, indo um deles para cada pólo, formando as células com a metade do número de cromossomos da célula mãe. Outra diferença entre a mitose e a meiose está na prófase I, subdividida em: leptóteno, zigóteno, paquíteno, diplóteno e diacinese. No leptóteno os cromossomos são caracterizados por serem longos e finos, pois estão iniciando a condensação. No zigóteno, os cromossomos tornam-se curtos e espessos, ficando pareados, ou em sinapse. Durante o pareamento, os cromossomos homólogos podem unir-se ao longo dos seus comprimentos graças ao complexo sinaptonêmico, uma estrutura formada por proteínas. No paquíteno ocorre o crossing-over, que é a troca de segmentos entre as cromátides irmãs, através do contato entre ambas. O diplóteno é a fase onde os cromossomos iniciam o afastamento e os quiasmas (regiões de contato entre os cromossomos) tornam-se visíveis. A diacinese é a fase em que os cromossomos homólogos, ainda parcialmente unidos, desfazem os quiasmas. Após a diacenese, segue-se a metáfase I, anáfase I e prófase I, dando origem às células filhas haplóides. Na meiose II os eventos são muito semelhantes à mitose, pois a célula haplóide ira originar duas células haplóides. É dividida em: prófase II, metáfase II anáfase II e telófase II, e obedece exatamente a mesma ordem da mitose, uma vez que, agora, os cromossomos estão com as cromátides duplicadas, o que permitirá dar origem a duas células filhas com o mesmo numero de cromossomos.

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