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BASES BIOLÓGICAS E NUTRICIONAIS Professora Clara Rodrigues 2 1 CÉLULAS Neste bloco, você vai saber as estruturas, utilidades e evolução das células. Todo esse entendimento servirá de base para a pesquisa dos tecidos. De acordo com Junqueira e Carneiro (2012), a célula é o elemento que constitui os seres vivos, podendo subsistir isoladamente, nos seres unicelulares, ou gerar arranjos ordenados, os tecidos, que compõem o corpo dos seres pluricelulares. 1.1 Características gerais das células procarióticas e eucarióticas Objetivos da aula: • Conhecer a definição de célula; • Conhecer os tipos de células; • Conhecer a definição de células procariontes; • Conhecer a definição de células eucariontes. Definição de célula A célula é um elemento que constitui a vida, apresentando dependência entre a estrutura em conformação com sua atividade. O entendimento da célula como estrutura ágil, fisiologicamente eficiente, organizada e funcional inicia-se com a aprendizagem dos seus constituintes químicos, especialmente aqueles com disposição macromolecular e que exercem papéis essenciais em sua estrutura e desempenho (CARVALHO; RECCO-PIMENTEL, 2013). Relacionando a saúde da pele e a célula, de acordo com Gerson (2011), esta vai depender da membrana celular e da sua eficiência de hidratação. Tipos das células 3 Para efeito de estudo, há somente dois tipos celulares básicos: as células procariontes e as eucariontes. Junqueira e Carneiro (2012) afirmam que nas células procariontes (pro, primeiro, e cario, núcleo), o citoplasma e os cromossomos não são separados pela membrana plasmática, ou seja, todo o conteúdo celular encontra-se no mesmo compartimento. Já nas células eucariontes (eu, verdadeiro, e cario, núcleo), o núcleo apresenta-se bem individualizado e separado pelo envoltório nuclear. Célula procarionte A célula é envolvida por uma parede rígida presa à membrana plasmática (parede celular). No citoplasma das bactérias, por exemplo, há ribossomos relacionados a moléculas de RNA mensageiro (mRNA), constituindo polirribossomos. Encontram-se, em maior parte, dois ou mais cromossomos idênticos, circulares, ocupando regiões denominadas nucleoides e, várias vezes, presos a pontos distintos da membrana plasmática. Cada cromossomo, constituído de ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO, possuem espessura de 2 nm e comprimento de 1,2 mm. As células procariontes não se dividem por mitose, e seus filamentos de ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO não sofrem o processamento de condensação que leva à formação de cromossomos visíveis ao microscópio ótico, ao longo da divisão celular. Sendo assim, na maioria das células procariontes, o citoplasma não apresenta outra membrana além daquela que o separa do meio externo (membrana plasmática). Em alguns casos são capazes de fazer invaginações, na membrana, que penetram no citoplasma, no qual se enrolam. O formato simples das células procariontes, em maior parte circular ou em bastonete, é mantida pela taipa extracelular, sintetizada no citoplasma e agregada à superfície externa da membrana celular. Essa divisão é rígida e representa papel fundamental na proteção das células bacterianas (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012). 4 Fonte: JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012. Figura 1.1: Exemplo de célula procarionte Célula eucarionte As células eucariontes são especializadas, ou seja, compartimentadas. Elas apresentam duas partes morfologicamente bem distintas – o citoplasma e o núcleo –, entre as quais há um afluxo constante de vários corpúsculos, de dentro para fora e vice-versa. O citoplasma, que conta com um sistema de membranas muito desenvolvido, é envolto pela membrana plasmática, e o núcleo, pelo invólucro ou envelope nuclear de dupla membrana com poros. Qualidade fundamental das células eucariontes é sua abundância em membranas que formam compartimentos os quais separam os vários processos metabólicos por causa do direcionamento das moléculas absorvidas ou produzidas nas próprias células. Outra diferença entre os dois tipos de células é a falta de um citoesqueleto nas células procariontes, enquanto nas células eucariontes, o citoesqueleto é responsável por seus movimentos e formato, que, às vezes, é complexo (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012). 5 Fonte: JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012. Figura 1.2: Exemplo de célula eucarionte 1.2 Organização e propriedades da membrana plasmática Objetivos da aula: • Compreender o papel da membrana plasmática; • Conhecer as funções da membrana plasmática; • Conhecer as propriedades da membrana plasmática. O papel da membrana plasmática é separar o meio intracelular do extracelular e controlar a entrada e a saída de substâncias da célula. Como é a parte mais externa do citoplasma, separando a célula do meio extracelular, vai auxiliar na preservação constante do meio intracelular, que é distinto do meio extracelular. Podemos visualizá- la nas eletromicrografias como duas linhas escuras separadas por um fio central e apresenta cerca de 7 a 10 nm de espessura. Chamamos as unidades de membrana de bicamadas lipídicas principalmente constituídas por fosfolipídios que contêm uma 6 porção modificável de moléculas proteicas, mais numerosas nas membranas com maior desempenho funcional (as proteínas são responsáveis pela maior parte das funções da membrana). Os glicolipídios são moléculas encontradas no folículo externo da bicamada lipídica da membrana plasmática com as porções glicídicas se projetando para o exterior da célula. As porções glicídicas dos glicolipídios se juntam a porções glicídicas das proteínas da própria membrana, mais glicoproteínas e proteoglicanas secretadas, que são adsorvidas pela superfície celular para fazer um conjunto conhecido por glicocálice. Dessa maneira, o glicocálice é um relevo da parte mais externa da membrana, permitindo que somente algumas moléculas sejam adsorvidas (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012). Componentes da membrana plasmática • Glicolipídeo – Moléculas de hidratos de carbono associam-se a lipídios, formando glicolipídios que, na membrana plasmática, aparecem na face externa da membrana como componentes do glicocálice; • Glicoproteína – Moléculas de hidratos de carbono associam-se a proteínas da membrana, para formar glicoproteínas, aparecem na face externa da membrana como componentes do glicocálice; • Proteínas integrais – As moléculas das proteínas integrais estão mergulhadas na camada lipídica, com as porções hidrofóbicas no centro e as porções hidrofílicas nas superfícies da membrana. Algumas dessas proteínas atravessam toda a espessura da membrana (proteínas transmembrana); • Porções hidrofóbicas – As moléculas da camada dupla de lipídios estão organizadas com suas cadeias apolares (hidrofóbicas) voltadas para o interior da membrana; • Porções hidrofílicas – enquanto as cabeças polares (hidrofílicas) ficam voltadas para o meio extracelular ou para o citoplasma, que são meios aquosos; • Proteínas periféricas – As proteínas periféricas não estão mergulhadas na membrana; 7 • Filamento de actina e Microtúbulos- A inserção dos microtúbulos e filamentos de actina na membrana também está representada neste desenho. Transportes por meio da membrana plasmática Os compostos hidrofóbicos, solúveis nos lipídios, como os ácidos graxos, hormônios esteroides e anestésicos, atravessam prontamente a membrana. No entanto, dificilmente as substâncias hidrofílicas, insolúveis nos lipídios, penetram nas células, dependendo da dimensão da molécula e suas características químicas (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012). Transporte passivo A distribuição do soluto de muitas moléculas tende a ser constante em todos os pontos do solvente, por isso o soluto entra na célula no instanteem que sua concentração é menor no interior celular que no exterior, e sai da célula no caso inverso. Esse processo é chamado de difusão passiva. Ex.: entrada de O2 (gás oxigênio) e saída de CO2 (gás carbônico) da célula (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012). Transporte ativo No caso do chamado transporte ativo, a energia é fornecida por ATP, sendo as substâncias levadas de um lugar de baixa concentração para outro de alta. Então, o soluto na difusão ativa é conduzido em oposição a um gradiente. Vejamos o exemplo: no momento em que a célula transporta íons sódio (Na+) do citoplasma (no qual sua concentração é baixa) para fora da célula (no qual sua concentração é mais alta), é preciso superar um obstáculo químico, constituído pela concentração excessiva de íons sódio no meio extracelular, e um obstáculo elétrico, equivalente à soma das cargas positivas dos íons sódio, que atrapalha a entrada de novos íons positivos dentro da célula (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012). 8 Difusão facilitada A glicose, alguns aminoácidos e numerosas substâncias, de acordo com Junqueira e Carneiro (2012), penetram nas células por difusão facilitada sem consumo de energia. Nesse caso, a difusão se processa a favor de um gradiente, porém em rapidez maior que na difusão passiva ou transporte passivo. Osmose Pode-se considerar a osmose como um caso peculiar de difusão em que somente o solvente se difunde a partir de uma membrana semipermeável. Para que isso aconteça, é preciso que a membrana esteja entre uma solução hipertônica e outra hipotônica (ALMEIDA; PIRES, 2014). Solução isotônica Junqueira e Carneiro (2012) afirmam que a solução isotônica é definida por não modificar o volume celular. Solução hipotônica É definida como solução que possibilita a entrada de água na célula e, inclusive, a ruptura das membranas das organelas e da membrana plasmática, ocasionando esvaziamento do conteúdo celular (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012). Solução hipertônica É a solução que vai retirar água da célula (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012). 9 Fagocitose A fagocitose é definida, de acordo com Junqueira e Carneiro (2012), como ação pela qual a célula, graças à formação de pseudópodos (prolongamentos) engloba partículas sólidas no seu citoplasma. 1.3 Estrutura e função do núcleo celular e seus componentes Objetivo da aula: • Conhecer a estrutura e função do núcleo celular e seus componentes. Núcleo celular O núcleo celular é considerado a maior organela da célula. É o reservatório da informação gênica e centro de controle do metabolismo celular. Ele é isolado do citoplasma por duas membranas chamadas, em conjunto, envoltório ou envelope nuclear. Esse envelope nuclear, na verdade, é uma cisterna do retículo endoplasmático que delimita um volume fechado, cuja constituição é diferente do citoplasma. Ele também regula a passagem de moléculas entre o núcleo e o citoplasma, mantendo o núcleo como uma câmara bioquimicamente diferente (SIMÕES; SILVA; SILVA, 2013). Componentes do núcleo celular • Lâmina Nuclear – À face nucleoplasmática da membrana interna associa-se uma rede de filamentos que constitui a lâmina nuclear; • Complexo de poro – Em algumas regiões, as duas membranas se fundem, formando os poros, que são preenchidos pelos complexos de poro; • Envoltório nuclear – O envoltório nuclear é constituído por duas membranas, que delimitam o espaço perinuclear; 10 • Ribossomos – O envoltório nuclear tem continuidade com o retículo endoplasmático, e a membrana nuclear externa apresenta ribossomos ligados à sua face citoplasmática; • Cromatina condensada – Grumos de cromatina condensada (Cc) estão associados ao envoltório nuclear; • Cromatina descondensada – Enquanto porções de cromatina descondensada (Cd) estão dispersas no núcleo. Envoltório nuclear Os chamados poros nucleares perfuram o envoltório nuclear e cada um desses poros é constituído por uma complexa estrutura, por isso são conhecidos como complexos do poro nuclear. É responsável pela regulação do transporte de substâncias entre o núcleo e o citoplasma e vice-versa. Os poros nucleares são estruturas dinâmicas que reforçam em quantidade o momento de aumentar as trocas entre o núcleo e o citoplasma (GLEREAN, 2013). Cromatina No interior do núcleo celular, existem áreas eletrodensas, equivalentes à heterocromatina, e áreas eletrotranslucentes equivalentes ao nucleoplasma no qual está a eucromatina. Durante a mitose, a cromatina condensa-se, formando corpos filamentosos bem definidos denominados cromossomos (GLEREAN, 2013). Nucléolo O nucléolo, organela de forma esférica e não envolta por membrana, sintetiza os ácidos ribonucleicos (RNA) dos ribossomos (GLEREAN, 2013). À microscopia eletrônica, pode-se identificar no nucléolo três regiões bem distintas: centro fibrilar, componente fibrilar denso e componente granular. Os genes do rRNA estão localizados no centro fibrilar, e o componente fibrilar denso é o local onde ocorre a transcrição. No componente granular, 11 o rRNA é unido a proteínas ribossômicas para formar subunidades quase completas de ribossomos prontos para serem exportados para o citoplasma (GLEREAN, 2013). Matriz nuclear A matriz nuclear é uma estrutura fibrilar formada por substâncias bioquímicas dos componentes solúveis dos núcleos isolados. Esta estrutura suporta a cromatina interfásica, estabelecendo seu lugar dentro do núcleo celular (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2017). Nucleoplasma O nucleoplasma é um soluto com muita água, íons, aminoácidos, metabólitos e precursores diversos, enzimas para a síntese de RNA e DNA [ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO], receptores para hormônios, moléculas de RNA de vários tipos e outros componentes. Sua caracterização ao microscópio eletrônico é impossível, e o nucleoplasma é definido como o componente granuloso que preenche o espaço entre os elementos morfologicamente bem caracterizados no núcleo, como a cromatina e o nucléolo (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2017). 1.4 Via Biossintética secretora – Retículo Endoplasmático Rugoso, Retículo Endoplasmático Liso e Lisossomos; Exocitose; Endocitose Objetivos da aula: • Conhecer a estrutura das organelas celulares; • Conhecer a função do Retículo Endoplasmático Rugoso; • Conhecer a função do Retículo Endoplasmático Liso; • Conhecer a função do Complexo de Golgi; • Conhecer a função dos Lisossomos; • Descrever a Exocitose; • Descrever a Endocitose. 12 Estrutura das organelas celulares As organelas celulares são estruturas presentes no citoplasma das células eucariontes, com funções específicas no metabolismo celular. A quantidade de organelas varia muito, de acordo com o tipo de célula e a localização da célula no corpo. Durante a evolução das células eucariontes, inúmeras membranas internas compartimentalizaram-se apresentando em cada uma distintas substâncias químicas e atividades específicas. A essas membranas chamamos de organelas que segregam e organizam os processos bioquímicos intracelulares, fornecendo a estrutura para o desenvolvimento e a diferenciação celular. As organelas são constituídas por moléculas complexas que (...) estão em constante renovação. A célula captura nutrientes do meio extracelular, degrada-os e utiliza os produtos da degradação na.síntese das moléculas necessárias às suas atividades. Para a manutenção da estrutura celular, é importante que existam mecanismos de síntese contínua, bem como de degradação das macromoléculas em desuso ou que já cumpriram o seu papel (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012). Retículo Endoplasmático Rugoso Essa organela tem ribossomos aderidos a seu sistema de membranas, sendo assim recebe o nome de retículo endoplasmático granuloso (REG)ou rugoso. O REG sintetiza as proteínas que desempenham funções fora da célula, dentre elas a composição da membrana plasmática, e trabalham como enzimas lisossômicas na digestão intracelular (ALMEIDA; PIRES, 2014). Retículo Endoplasmático Liso No Retículo Endoplasmático Liso (REL) não há ribossomos aglutinados ao sistema de membranas. Mesmo na ausência de ribossomos, há enzimas capazes de inativar substâncias tóxicas ao indivíduo, como a bebida alcoólica (ALMEIDA; PIRES, 2014). 13 Complexo de Golgi A estrutura na célula em forma de bolsas achatadas é o complexo de Golgi que é responsável pela formação dos lisossomos (ALMEIDA; PIRES, 2014). Ela atua como centro de armazenamento, transformação, empacotamento e liberação de substâncias na célula, processo genericamente chamado de secreção celular. Essa organela participa também da secreção de enzimas digestivas pelo pâncreas e da formação do acrossomo do espermatozoide. Lisossomos Os lisossomos se originam das vesículas desprendidas do complexo de Golgi. Quando entram em contato com os fagossomos ou pinossomos, recebem o nome de vacúolo digestório (ALMEIDA; PIRES, 2014). Essas bolsas membranosas contêm uma grande diversidade de enzimas digestivas que podem atuar em diferentes substâncias orgânicas, reduzindo o tamanho destas de forma que possam atravessar a membrana do vacúolo digestório e entrar no citoplasma para que sejam aproveitadas nos processos celulares. O que não é digerido dentro do vacúolo digestório permanece em seu interior até que o vacúolo se funda com a membrana plasmática e elimine esses resíduos. Esse processo é conhecido como clasmocitose (ALMEIDA; PIRES, 2014). Portanto, a função atribuída a essa organela é a de digestão intracelular. Como ocorre a exocitose e a endocitose Segundo Almeida e Pires (2014), exocitose e endocitose são processos celulares de entrada e saída de substâncias na célula. Para compreender melhor, veja alguns exemplos. A fagocitose (...) permite que a célula englobe partículas sólidas presentes no meio extracelular. Esse processo é caracterizado pela emissão de pseudópodos, expansões do citoplasma, e envolve receptores específicos da membrana que interagem com as substâncias que serão fagocitadas. (...) A pinocitose já é um processo mais comum e caracteriza-se pela ingestão de partículas em solução por meio de canais formados em razão do aprofundamento da membrana citoplasmática em determinados pontos da superfície celular (ALMEIDA; PIRES, 2014). 14 Exocitose O fagossomo e pinossomo (bolsas de alimento formadas na fagocitose e pinocitose) se unem aos lisossomos formando o vacúolo digestivo, dando início à quebra do alimento presente dentro do vacúolo. Os produtos da digestão passam pela membrana do vacúolo indo para o citoplasma, onde a célula utilizará esses nutrientes em seu metabolismo. Os restos da digestão permanecem dentro do vacúolo que passa a ser chamado de vacúolo residual. Este encosta na membrana plasmática e libera seu conteúdo para o exterior. Assim é a exocitose. Endocitose Há penetração de moléculas na célula, por meio de modificações da membrana plasmática, visíveis ao microscópio eletrônico. Trata-se de um processo no qual as moléculas penetram em quantidade, envoltas por membrana. Portanto, a transferência de macromoléculas em quantidade para dentro da célula chamamos também de endocitose. 1.5 Mitocôndrias – Estrutura e função no armazenamento de energia Objetivos da aula: • Conhecer a estrutura e definição das mitocôndrias; • Conhecer a estrutura e função no armazenamento de energia. 15 Estrutura e definição das mitocôndrias Figura 1.3: Mitocôndria Componentes da mitocôndria • Membrana externa: contém enzimas de degradação dos lipídios a ácidos graxos; • Matriz mitocondrial: contém enzimas que metabolizam piruvato e ácido graxo produzindo acetilcoenzima A, contém enzimas do ciclo do ácido cítrico, tRNA, mRNA e rRNA; • Ribossomos mitocondriais: contêm RNA ribossômico. Participam da síntese proteica; • DNA mitocondrial: uma ou mais cadeias duplas contendo escasso número de genes; • Crista mitocondrial: dobras que aumentam a superfície da membrana interna e a eficiência na produção de ATP; • Corpúsculos elementares: fazem parte da membrana interna e contêm complexo proteico com atividade de ATP-sintetase. 16 De acordo com Pimentel (2013), em 1840 foram observadas (coradas pelo método de Régaud), em células de rim e fígado, as mitocôndrias. As formas encontradas foram de estruturas alongadas e arredondadas. Então, a origem do nome mitocôndria é a união do termo grego mitos, que quer dizer alongado, e chondrion, que significa pequeno grânulo. Essas organelas apresentam um diâmetro aproximado de 0,5 a 1,0 μm, variando o comprimento desde 0,5 até 10 μm. Estrutura e função no armazenamento de energia Podemos nomear as estruturas das mitocôndrias como ultraestruturas, de acordo com Pimentel (2013), uma vez que Essas organelas são constituídas de duas membranas estrutural e funcionalmente distintas. Elas definem dois compartimentos na mitocôndria: o espaço intermembrana, que separa as membranas interna e externa, e a matriz mitocondrial, que está circundada pela membrana interna (...). Na matriz, podem ser observados ribossomos e alguns glóbulos eletrodensos de fosfato de cálcio. A membrana interna se invagina para o interior da mitocôndria, constituindo as cristas mitocondriais. Segundo Junqueira e Carneiro (2012), as células, para efetuarem suas atividades, usam “a energia contida nas ligações químicas dos nutrientes que, geralmente, é transferida para adenosina-trifosfato (ATP), o principal combustível celular; a enzima ATPase rompe a molécula de ATP, liberando energia e originando adenosina-difosfato (ADP) e fosfato inorgânico (Pi)”. Tal ação é feita no citosol sem participação das mitocôndrias, através da fermentação (anaeróbia). As células utilizam a energia armazenada do ATP para realizar muitas atividades, “como movimentação, secreção e divisão mitótica. As mitocôndrias participam também de outros processos do metabolismo celular (chama- se metabolismo o conjunto de processos químicos de degradação e síntese de moléculas), muito variáveis conforme o tipo de célula” (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012). 17 Conclusão Neste bloco, conhecemos a definição de célula e seus tipos. Entramos em contato com as definições das células procariontes e células eucariontes. Também conhecemos a membrana plasmática e suas propriedades. Você viu que podemos chamá-la de mosaico fluido, pois ela é constituída por uma bicamada de fosfolipídios com proteínas imersas. As proteínas podem atravessar a bicamada fosfolipídica de ponta a ponta ou apenas localizar-se na parte externa ou, ainda, na parte interna da membrana plasmática. Por esse motivo são ditas lipoproteicas. Conhecemos também a estrutura e a função do núcleo celular e seus componentes. Abordamos os aspectos estruturais e funcionais das organelas celulares que participam da síntese, destinação e degradação dessas macromoléculas. Por fim, conhecemos a definição de mitocôndrias e sua função na célula. REFERÊNCIAS ALMEIDA, L. M.; PIRES, C. Biologia celular: estrutura e organização molecular. 1. ed. São Paulo: Érica, 2014. CARVALHO, H.F.; RECCO-PIMENTEL, S.M. A célula. 3. ed. Barueri, SP: Manole, 2013. GERSON, J. Fundamentos de estética 3: ciências da pele. São Paulo: Cengage Learning, 2011. JUNQUEIRA, L.C.; CARNEIRO; J. Biologia celular e molecular. 9. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2012. PIMENTEL, E. R. Mitocôndrias. In: CARVALHO, H.F.; RECCO-PIMENTEL, S.M. A célula. 3. ed. Barueri, SP: Manole, 2013. cap. 22, p. 369-385. SIMÕES, M. de J.;SILVA, A. R. da; SILVA, I. D. C. G. da. Núcleo e ciclo celular. In: GLEREAN, A.; ______. Fundamentos da Histologia para estudantes da área da saúde. São Paulo: Editora Santos, 2013. cap. 2
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