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Citologia, Histologia e Embriologia 1 Citologia, Histologia e Embriologia Tatiana Chrysostomo Santos 1ª E di çã o Citologia, Histologia e Embriologia 2 DIREÇÃO SUPERIOR Chanceler Joaquim de Oliveira Reitora Marlene Salgado de Oliveira Presidente da Mantenedora Wellington Salgado de Oliveira Pró-Reitor de Planejamento e Finanças Wellington Salgado de Oliveira Pró-Reitor de Organização e Desenvolvimento Jefferson Salgado de Oliveira Pró-Reitor Administrativo Wallace Salgado de Oliveira Pró-Reitora Acadêmica Jaina dos Santos Mello Ferreira Pró-Reitor de Extensão Manuel de Souza Esteves DEPARTAMENTO DE ENSINO A DISTÂNCIA Gerência Nacional do Ead Bruno Mello Ferreira Gestor Acadêmico Diogo Pereira da Silva FICHA TÉCNICA Texto: Tatiana Chrysostomo Santos Revisão Ortográfica: Marcus Vinícius da Silva e Rafael Dias de Carvalho Moraes Projeto Gráfico e Editoração:, Eduardo Bordoni, Fabrício Ramos, Antônia Machado e Victor Narciso Supervisão de Materiais Instrucionais: Janaina Gonçalves de Jesus Ilustração: Eduardo Bordoni e Fabrício Ramos Capa: Eduardo Bordoni e Fabrício Ramos COORDENAÇÃO GERAL: Departamento de Ensino a Distância Rua Marechal Deodoro 217, Centro, Niterói, RJ, CEP 24020-420 www.universo.edu.br Ficha catalográfica elaborada pela Biblioteca Universo – Campus Niterói Bibliotecária: Elizabeth Franco Martins CRB 7/4990 Informamos que é de única e exclusiva responsabilidade do autor a originalidade desta obra, não se r esponsabilizando a ASOEC pelo conteúdo do texto formulado. © Departamento de Ensi no a Dist ância - Universidade Salgado de Oliveira Todos os direitos reservados. Nenhuma parte desta publicação pode ser reproduzida, arquivada ou transmitida de nenhuma forma ou por nenhum meio sem permissão expressa e por escrito da Associação Salgado de Oliveira de Educação e Cultura, mantenedora da Univer sidade Salgado de Oliveira (UNIVERSO). Citologia, Histologia e Embriologia 3 Palavra da reitora Acompanhando as necessidades de um mundo cada vez mais complexo, exigente e necessitado de aprendizagem contínua, a Universidade Salgado de Oliveira (UNIVERSO) apresenta a UNIVERSO Virtual, que reúne os diferentes segmentos do ensino a distância na universidade. Nosso programa foi desenvolvido segundo as diretrizes do MEC e baseado em experiências do gênero bem-sucedidas mundialmente. São inúmeras as vantagens de se estudar a distância e somente por meio dessa modalidade de ensino são sanadas as dificuldades de tempo e espaço presentes nos dias de hoje. O aluno tem a possibilidade de administrar seu próprio tempo e gerenciar seu estudo de acordo com sua disponibilidade, tornando-se responsável pela própria aprendizagem. O ensino a distância complementa os estudos presenciais à medida que permite que alunos e professores, fisicamente distanciados, possam estar a todo momento ligados por ferramentas de interação presentes na Internet através de nossa plataforma. Além disso, nosso material didático foi desenvolvido por professores especializados nessa modalidade de ensino, em que a clareza e objetividade são fundamentais para a perfeita compreensão dos conteúdos. A UNIVERSO tem uma história de sucesso no que diz respeito à educação a distância. Nossa experiência nos remete ao final da década de 80, com o bem- sucedido projeto Novo Saber. Hoje, oferece uma estrutura em constante processo de atualização, ampliando as possibilidades de acesso a cursos de atualização, graduação ou pós-graduação. Reafirmando seu compromisso com a excelência no ensino e compartilhando as novas tendências em educação, a UNIVERSO convida seu alunado a conhecer o programa e usufruir das vantagens que o estudar a distância proporciona. Seja bem-vindo à UNIVERSO Virtual! Professora Marlene Salgado de Oliveira Reitora Citologia, Histologia e Embriologia 4 Citologia, Histologia e Embriologia 5 Sumário Apresentação da disciplina ..................................................................................................7 Plano da disciplina .................................................................................................................9 Unidade 1 – Citologia ............................................................................................................13 Unidade 2 – Introdução à Histologia .................................................................................63 Unidade 3 – Tecido Epitelial.................................................................................................79 Unidade 4 – Tecidos Conjuntivos .......................................................................................99 Unidade 5 – Tecidos Musculares.........................................................................................127 Unidade 6 – Tecido Nervoso ................................................................................................141 Unidade 7 – Embriologia ......................................................................................................155 Considerações finais ..............................................................................................................186 Conhecendo a autora ............................................................................................................187 Referências ...............................................................................................................................188 Anexos.......................................................................................................................................191 Citologia, Histologia e Embriologia 6 Citologia, Histologia e Embriologia 7 Apresentação da Disciplina Caro aluno, Seja bem-vindo à disciplina Citologia, Histologia e Embriologia! Antes de iniciarmos nossos estudos é fundamental que você entenda o que vem a ser essa disciplina, que envolve três áreas das Ciências Biológicas, bem como a importância para a sua formação profissional. Na Citologia, ciência destinada ao estudo das células (cito = célula; logia = estudo), os últimos 15 anos foram marcados por novidades tecnológicas espetaculares, que ampliaram os conhecimentos sobre o funcionamento dos genes e como suas atividades são integradas para permitir o funcionamento celular e de um organismo. Graças ao desenvolvimento e à aplicação de novas tecnologias, milhares de organismos, incluindo o homem, tiveram o seu material genético (Genoma) completamente sequenciado e, atualmente, os termos genômica, transcritômica e proteômica, são amplamente adotados do ensino à pesquisa básica ou aplicada em Citologia e/ou Biologia Celular e Molecular. A Histologia é uma importante disciplina da área de Ciências Biológicas e Saúde, destinada ao estudo dos tecidos (histo = tecidos; logia = estudo). Pode ser subdividida em Histologia Animal, com enfoque em animais, Histologia Humana, com enfoque tecidos humanos e Histologia Vegetal, destinada ao estudo de tecidos vegetais. As células de um tecido têm a mesma origem embriológica, são interdependentes e em conjunto podem desempenhar uma função bem definida. A origem embriológica comum às células de um tecido estabelece a inter-relação entre a Citologia, a Histologia e a Embriologia. Enormes avanços nesses importantes ramos científicos ocorridos nas últimas décadas permitiram o surgimento de novas ciências derivadas, tais como bioinformática na análise de genes e genomas, histofisiologia, histoquímica, imunofisiologia e histopatologia. O desenvolvimento dessas novas ciências e novos métodos de análises moleculares e histológicas é utilizado em exames e Citologia, Histologia e Embriologia 8 complementação de exames. A análise de DNA permite não só a solução de casos judiciais, mas vem sendo efetivamente utilizada no estabelecimentode inter- relações entre espécies, reconstituindo a história evolutiva de grupos biológicos. Nas análises histopatológicas a aparência dos tecidos pode ser observada, permitindo a comparação entre tecidos saudáveis e doentes, o que é bastante importante para a eficiência dos diagnósticos clínicos na área de saúde. Os conhecimentos que você irá adquirir em Citologia e em Histologia serão aplicados através de uma visão geral sobre seus principais aspectos, importantes para o aprendizado de outras disciplinas no ramo das ciências biológicas, tais como Embriologia, a qual será apresentada a seguir, Fisiologia Humana, Parasitologia, dentre outras. A Embriologia destina-se ao estudo do desenvolvimento dos organismos desde a fecundação até o período fetal e, muitas vezes, até o nascimento. Nesta disciplina você poderá acompanhar a cada semana, a cada estágio, como os órgãos e os sistemas se desenvolvem, por que e quando as anomalias ocorrem e quais são as funções vitais desempenhadas pelos anexos embrionários no desenvolvimento. Os progressos científicos e os conhecimentos sobre Embriologia permitiram o desenvolvimento de práticas como fertilização in vitro, clonagem e a descoberta de anomalias derivadas de malformações embriológicas, resultantes da utilização de drogas e outros agentes teratogênicos que atuam nos estágios iniciais do desenvolvimento humano. Para sua maior compreensão desta disciplina os conteúdos são acompanhados por imagens e ilustrações extraídos, preferencialmente, de obras reconhecidas nas áreas de Histologia e Embriologia. Este material foi elaborado de forma objetiva, abordando aspectos gerais e enfatizando pontos importantes dessas ciências, a fim de facilitar seu aprendizado, sintetizando conceitos e processos e na tentativa de estimulá-lo a interessar-se por essas áreas tão dinâmicas e fascinantes da Biologia. Moore (1982) cita sabiamente um provérbio chinês: “Um pequeno quadro é equivalente a um milhão de palavras”. Bons Estudos ! Citologia, Histologia e Embriologia 9 Plano da disciplina A Citologia, Histologia e Embriologia estudam a estrutura microscópica e dos tecidos e órgãos que constituem o organismo humano, bem como o sua origem durante o desenvolvimento embrionário. No âmbito da Histologia o aluno deverá ser capaz de identificar, caracterizar, classificar os principais tecidos e órgãos que constituem o organismo humano, bem como conhecer os seus princípios histofisiológicos. No âmbito da Embriologia o aluno deverá ser capaz de identificar as etapas do desenvolvimento embrionário, o destino dos principais tecidos para a organogênese, até o início do desenvolvimento fetal reunindo subsídios, embora gerais, para a compreensão das causas das malformações congênitas. A disciplina foi dividida em Citologia e mais seis unidades de Histologia e Embriologia que estão subdivididas em tópicos, para facilitar a compreensão dos conteúdos. A seguir são apresentados os resumos de cada unidade e seus respectivos objetivos, para que você tenha uma visão geral do que irá estudar. Unidade 1 – Citologia Estudaremos a constituição, a morfologia, o funcionamento e a organização das diferentes células, através do conhecimento da estrutura da membrana e citoplasma, onde cada organela será estudada separadamente. Conheceremos a hipótese que sugere como sugiram células procariontes e eucariontes. Objetivo: caracterizar e diferenciar células eucarióticas e procarióticas, identificar e descrever a função de cada organela celular e explicar a teoria endossimbiótica de origem das células. Unidade 2 - Introdução à Histologia Iniciaremos nossos estudos conhecendo o conceito de Histologia e de que forma, basicamente, os tecidos são preparados para estudo. Nesta etapa inicial poderemos entender de onde são extraídas as imagens dos tecidos, apresentadas no decorrer da disciplina. Objetivo: conceituar Histologia e tecido; compreender a origem dos cortes histológicos e a importância de sua utilização para compreensão da disciplina. Citologia, Histologia e Embriologia 10 Unidade 3 – Tecido Epitelial Nesta unidade, estudaremos as principais características dos diferentes tipos de tecidos epiteliais, suas diferentes funções e tipos, bem como sua localização em nosso organismo. Objetivo: identificar os tipos de tecidos epiteliais, diferenciando-os quanto às camadas, tipos celulares e suas funções de revestimento e secreção. Unidade 4 – Tecidos Conjuntivos Na terceira unidade de nossa disciplina, você irá aprender quais são os tipos de tecidos conjuntivos, a função das principais células de cada modalidade de tecido e entenderá por que são estudados em conjunto. Objetivo: caracterizar e identificar imagens de cortes histológicos dos diferentes tecidos conjuntivos; descrever a função de seus elementos celulares e onde são encontrados no organismo. Unidade 5 – Tecidos Musculares Esta unidade destina-se ao estudo das fibras musculares, as quais constituem os tecidos que propiciam os movimentos de nosso organismo. Você conhecerá os três tipos de tecidos musculares existentes e aprenderá que existem músculos de ação voluntária e involuntária. Objetivos: diferenciar e caracterizar os três tipos de fibras musculares e respectivos tecidos, identificando sua ação e localização no organismo. Unidade 6 – Tecido Nervoso Na quinta unidade você poderá conhecer a estrutura básica do tecido nervoso e aprenderá que além dos neurônios, existem outras células que fazem parte da constituição do tecido nervoso. Objetivos: caracterizar o tecido nervoso, enumerar as regiões e funções dos neurônios e células da glia. Citologia, Histologia e Embriologia 11 Unidade 7 - Embriologia Nesta unidade, destinada exclusivamente à embriologia, você irá conhecer a origem e anatomia dos gametas humanos e as etapas básicas da fecundação, os principais eventos da embriogênese humana e como são, basicamente, formados os órgãos e tecidos a partir dos folhetos embrionários. Além do desenvolvimento embrionário, você aprenderá sobre a importância das membranas fetais e placenta. Objetivos: identificar as etapas básicas da fecundação; caracterizar os principais eventos dos períodos iniciais do desenvolvimento humano e organogênese e descrever a importância dos anexos embrionários. Bons Estudos Citologia, Histologia e Embriologia 12 Citologia, Histologia e Embriologia 13 1 Citologia Citologia, Histologia e Embriologia 14 Bem-vindo à unidade de Citologia, nela estudaremos a diversidade celular; organização da célula procariota e eucariota; evolução celular; aspectos morfológicos e funcionais da célula, de seus revestimentos e de seus compartimentos e componentes subcelulares; a integração morfofuncional dos componentes celulares e os principais métodos de estudo em citologia ou biologia celular. Objetivo da Unidade: Caracterizar e diferenciar células eucarióticas e procarióticas; identificar e descrever a função de cada organela celular e explicar a teoria endossimbiótica de origem das células. Plano da Unidade: Conceito de Citologia Um breve Histórico da Citologia Métodos de Estudo em Citologia A Célula Teoria celular Estrutura das células Procarióticas Estrutura das células Eucarióticas Organelas Celulares ou Citoplasmáticas Teoria Endossimbiótica: de onde vieram as células eucarióticas? Bons Estudos! Citologia, Histologia e Embriologia 15 Citologia A citologia, atualmente mais conhecida como biologia celular, é a ciência que estuda as células e classifica-as em dois grupos distintos: procarióticas e eucarióticas. As células procarióticas são desprovidas de membranas internas, organelas. E o material genético é disperso no citoplasma devido à ausência de membrana nuclear ou carioteca. Essas célulassão típicas de bactérias e estudadas na microbiologia. As células eucarióticas (eu, verdade + karyon, núcleo), vegetais ou animais, por sua vez, possuem um sistema de membranas internas responsável pela compartimentalização do espaço intracelular das organelas distintas, entre as quais podemos citar: o núcleo, a mitocôndria, os peroxissomos, os lisossomos, o retículo endoplasmático, o complexo golgiense ou de Golgi, entre outras. Há cerca de 50 anos o conhecimento acerca das células eucarióticas era limitado a sua morfologia e a Biologia Celular era mais conhecida como Citologia. A partir de meados da década de 1980, com a descoberta de novas tecnologias, a célula passou a ser estudada em nível molecular, bem como se descreveu importantes aspectos de seu funcionamento (fisiologia). É nessa visão contemporânea que estudaremos as células eucarióticas. Um breve histórico da citologia Em 1665, o cientista britânico Robert Hooke publicou o livro intitulado Micrographia, o qual constitui o primeiro científico utilizando a microscopia como ferramenta de estudo para a observação e a descrição de um material biológico. A Micrographia é considerada uma das mais importantes obras científicas de todos os tempos (Gest, 2005, p. 267). O título completo da obra de Hooke é “Micrographia, or some physiological descriptions of minute bodies made by magnifying glasses with observations and inquiries thereupon” – ou seja; “Micrografia, ou algumas descrições fisiológicas de pequenos corpos, feitas com lentes de aumento, com observações e investigações sobre os mesmos”. Deve-se, no entanto, observar que o adjetivo “fisiológico” não tinha o sentido que lhe atribuímos hoje em dia. Hooke o utilizou no sentido etimológico, de “estudo da natureza”. Citologia, Histologia e Embriologia 16 O interesse de Hooke não era especificamente biológico, mas sim microscópico. Ele observou todo tipo de coisas ao microscópio, como fios de seda, areia, a lâmina de uma navalha, vidro, carvão, etc. (WEISS & ZIEGLER, 1928, p. 95). Porém, muitas das 60 observações descritas na Micrographia são de peças biológicas, como a cabeça de uma mosca, uma pulga, uma formiga, o ferrão de uma abelha, os dentes de um caracol, cabelo, superfície de folhas, e uma fina seção de um pedaço de cortiça (GEST, 2005, p. 267) lacunas na cortiça, onde existiram células vegetais. As cavidades receberam o nome de “cells” (celas = pequenas cavidades), que originou o nome das células. Desde então, uma série de conquistas tecnológicas permitiram, aos cientistas, uma maior aproximação do mundo microscópico, revelando, aos poucos, o maravilhoso mundo celular e até mesmo subcelular (molecular). Cortiça observada por Robert Hooke, revelando um tecido vegetal constituído por, cavidades formadas de paredes celulósicas que envolveram células vegetais, quando vivas. Adaptado de imagem disponível em: <https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Robert_Hooke,_Micrographia,_cork._W ellcome_M0010579.jpg>. Acesso em 06/07/2015 às 10h24. Citologia, Histologia e Embriologia 17 Diversos pesquisadores do século XVII contribuíram para os primórdios da Citologia. Alguns merecem destaque, como Antonie van Leeuwenhoek, microscopista holandês, que no ano de 1674, reportou a descoberta de protozoários flagelados. Um ano mais tarde, o pesquisador relata a descoberta dos glóbulos vermelhos sanguíneos em humanos, peixes, anfíbios e suínos. Em 1677, Leeuwenhoek descreveu, pela primeira vez, o espermatozoide em diversas espécies, tais como: peixes, anfíbios, aves, cães e seres humanos. Leeuwenhoek acreditava que os espermatozoides eram parasitas que residiam nos órgãos sexuais masculinos. No ano de 1683, o cientista holandês, observou, pela primeira, uma bactéria ao estudar o tártaro dentário, relatando, em seguida, a presença de bactérias e protozoários nas fezes. Leeuwenhoek contribuiu, ainda, para o aprimoramento da microscopia, desenvolvendo uma série de microscópios e lentes especiais, marcando de vez o seu nome na história da biologia celular e da Microbiologia. Na década de 30, do século XIX, o botânico alemão Matthias Jakob Schleiden e o fisiologista alemão Theodor Schwann propuseram a Teoria Celular, declarando que a célula é a unidade básica estrutural e funcional de todos os seres vivos, e que todas as células se originam de células pré-existentes. Alguns autores consideram este fato como marco formal do nascimento da Citologia. O núcleo foi a primeira organela celular a ser descrita. A descrição do núcleo é atribuída ao botânico escocês Robert Brown, que no ano de 1838, observou a organela ao estudar células de orquídeas. Entretanto, alguns autores ressaltam que estudos realizados por Leeuwenhoek, no século XVII, já reportam a observação de núcleo em hemácias de salmão, que, ao contrário das hemácias de mamíferos, são nucleadas. Posteriormente, outras organelas foram descritas e caracterizadas por outros cientistas e, acredita-se, que ainda há muito que se descobrir nesse fascinante mundo da biologia celular. Métodos de estudo em citologia Vamos conhecer de perto alguns dos principais métodos de estudo da célula. A primeira pergunta que devemos nos fazer é: por que os microscópios são Citologia, Histologia e Embriologia 18 necessários para o estudo das células? Precisamos, então, saber do tamanho médio das células e do limite de resolução do olho humano. A maioria das células mede entre 1 e 100 micrômetros (μM). O limite de resolução do olho humano é de apenas 100 μM, ou seja, é necessária a utilização de um equipamento que permita ampliar as células e as suas estruturas internas para que possamos observá-las e estudá-las. Microscópio ótico comum O microscópio óptico comum utiliza a luz ambiente como fonte luminosa, porém, os mais modernos apresentam uma fonte de luz elétrica acoplada. A invenção do primeiro microscópio composto, no ano de 1590, é creditada aos holandeses Hans e Zacharias Janssen. Nestes 400 anos, o microscópio foi recebendo uma série de aprimoramentos técnicos, tornando-se o braço direito do biólogo. A figura abaixo ilustra um microscópio ótico moderno e seus componentes. Microscópio Óptico Comum e seus principais componentes. (http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b1/Optical_microscope_niko n_alphaphot_%2B.jpg) Citologia, Histologia e Embriologia 19 Os microscópios ópticos atuais conseguem aumentar um objeto em até 1000 vezes o seu tamanho original. Esse aumento depende, basicamente, do conjunto de lentes utilizadas (objetivas e oculares) e que constituem a parte ótica do microscópio. As lentes objetivas são assim denominadas por estarem próxima ao objeto, e a lentes oculares, por estarem próxima aos olhos do observador. Cada lente, tanto a objetiva quanto a ocular, é, na realidade, composta por um conjunto de lentes. Microscópio de Contraste de Fase O microscópio de contraste de fase, ao permitir a visualização de células vivas, abriu novas possibilidades de investigação na área de biologia celular; é bastante semelhante ao microscópio óptico comum, sendo, no entanto, dotado de um sistema óptico particular (um anel de contraste de fase, com lentes coloridas, localizado na objetiva e um anel circular, localizado no condensador) que amplia a diferença de fase dos raios luminosos que atravessam a célula. Essa diferença de fase gerada pelo sistema óptico amplia o contraste entre os componentes intracelulares, permitindo uma melhor visualização do material biológico. Fotomicrografia de contraste de fase de uma célula epitelial da cavidade oral. (http://en.wikipedia.org/wiki/File:Cheek_cell_phase_contrast.jpg.) Citologia, Histologia e Embriologia 20 Microscópio de Fluorescência Na microscopia de fluorescência o material a ser visualizado é corado com corante fluorescente. Existemvários corantes fluorescentes utilizados em biologia celular para a análise de várias estruturas celulares e moleculares. A invenção deste microscópio foi uma grande conquista da biologia celular, ampliando de forma espetacular os estudos nessa área da ciência. A microscopia de fluorescência, assim como as outras microscopias óticas, também utiliza a luz como fonte de radiação, sendo mais comum a utilização de lâmpadas de mercúrio e xenônio. No entanto, ao invés da reflexão, ou absorção da luz, pelo material biológico, a fluorescência é o fenômeno que dá suporte à microscopia que leva o seu nome. A fluorescência é a propriedade que algumas moléculas apresentam em absorver luz em um determinado comprimento de onda e emitir luz em outro comprimento de onda, menor do que o da luz absorvida, portanto, com menor energia. O microscópio de fluorescência utiliza filtros que selecionam o comprimento de onda que irá excitar o corante (filtro de excitação) e o comprimento de onda que será visualizado pelo observador (filtro de barreira). Uma vez que o fundo é escuro, a amostra fluorescente é facilmente visualizada. Células tratadas com corante fluorescente e observadas à microscopia de fluorescência. Imagem disponível em: <https://commons.wikimedia.org/wiki/File:FluorescentCells.jpg>. Acesso em 06/07/2015 às 12h09.Fluorescence2 Citologia, Histologia e Embriologia 21 Microscópio Confocal O microscópio confocal foi um avanço espetacular no campo da microscopia, uma vez que possibilitou uma série de conquistas sobre a microscopia ótica convencional, com destaque para o controle da profundidade de campo, a eliminação, ou redução parcial, das informações que se encontram fora do plano focal, e a coleta de uma série imagens sequenciais de planos seccionais. A partir do processamento destas imagens é possível a construção de uma imagem tridimensional do material a ser observado. Embora seja uma técnica de microscopia ótica, tem contribuído para o entendimento dos processos biológicos em nível celular, uma vez que se baseia no uso de corantes vitais (que não necessitam de fixadores ou agentes permeabilizantes para atravessarem a membrana plasmática). Os corantes vitais não matam as células e, portanto, permitem o estudo de células vivas e observar diversos processos celulares antes pouco compreendidos, como o tráfego intracelular de vesículas. Obtiveram-se grandes avanços nessa microscopia, principalmente, após o desenvolvimento das técnicas baseadas no uso da GFP (do inglês, Green Fluorescent Protein, ou seja, Proteína Verde Fluorescente), isolada de uma espécie de água-viva; esta proteína quando excitada com luz ultravioleta emite uma intensa fluorescência no comprimento de onda verde. Imagens de microscopia confocal, seus cortes óticos montam uma imagem tridimensional em um software. Material observado: embrião de Strongylocentrotus purpuratus (uma espécie de ouriço-do-mar). Adaptado de imagem disponível em: <http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3460732/figure/F4/>. Acesso em 14/07/2015 às 10h17. Citologia, Histologia e Embriologia 22 Microscópio Eletrônico Utiliza o feixe de elétrons como radiação. O filamento de elétrons é bombeado através de uma estrutura cilíndrica até a amostra. A microscopia eletrônica permite visualizar detalhes das estruturas das organelas, do núcleo, dos ribossomos e de diversas outras estruturas celulares. Os vírus também podem ser observados à microscopia eletrônica. As amostras são preparadas com fixadores químicos específicos, a criofixação (fixação pelo frio), o processo de congelamento, a desidratação e a necessidade de cortes ultrafinos, requerem um treinamento técnico acurado. Assim, como na microscopia ótica, o material a ser analisado sob microscopia eletrônica necessita ser impregnado com substâncias que promovam uma diferença de contraste entre as estruturas celulares. As substâncias utilizadas com esta finalidade, na microscopia eletrônica, são sais de metais pesados, cujas características de eletrodensidade permitem a geração do contraste necessário para a individualização das estruturas celulares. Os sais de chumbo, urânio, ouro, tungstênio e, principalmente, o tetróxido de ósmio são os mais comumente utilizados. Existem três tipos de microscopia eletrônica: a microscopia eletrônica de transmissão, a microscopia eletrônica de varredura e a microscopia eletrônica de tunelamento. Citologia, Histologia e Embriologia 23 Microscópio eletrônico de transmissão. Observe o cilindro bombeador de elétrons. Adaptada de imagem disponível em: <https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Transmission_Electron_Microscope_Kemira.jpg>. Acesso em 06/07/2015 às 12h19. A Célula Uma célula é sistema químico que é capaz de manter a sua estrutura e se reproduzir. As células são a unidade fundamental da vida. Todos os organismos são células (unicelulares) ou constituídos por células. O meio interno das células é o citoplasma. O citoplasma é isolado a partir do ambiente circundante através da membrana plasmática. Existem duas estruturas diferentes de células: as células procarióticas e as células eucarióticas. As células procarióticas são relativamente simples, não existe membrana nuclear e muitas organelas, bactérias e seus parentes são todos procariotas. As células eucarióticas são mais complexas, apresentam membrana nuclear e muitas Citologia, Histologia e Embriologia 24 organelas. Todas as células de plantas, de animais, de fungos e de protozoários são eucarióticas. Por que as células são pequenas? Se o tamanho das células aumentar, o volume e a área de superfície também aumentarão e ficará mais difícil para as células obterem nutrientes, receberem informações e livrarem-se de resíduos através de sua membrana plasmática. À medida que o tamanho das células aumenta, a capacidade de troca com o seu meio ambiente torna-se dificultado pela quantidade de área de membrana que está disponível. Teoria celular As células são a unidade fundamental da vida; Todos os organismos são constituídos por células; Todas as células surgem a partir de células pré-existentes. As células contêm as informações necessárias para sua própria reprodução. Não há novas células são originárias espontaneamente na Terra hoje; As células são as unidades funcionais da vida. Todos os processos bioquímicos são realizados por células; Grupos de células podem ser organizados e funcionam como organismos multicelulares; As células de organismos multicelulares podem tornar-se especializadas em forma e função para realizar subprocessos do organismo multicelular. Citologia, Histologia e Embriologia 25 Estrutura das células procarióticas São muito pequenas, com uma membrana plasmática rodeada por uma parede celular rígida. Em muitos procariotos a parede celular é constituída por carboidratos simples interligados a polipeptídeos, cobertos com uma cápsula feita de polissacarídeos, com pouco ou nenhum espaço entre a membrana, envolvendo o citoplasma. Não existe um núcleo verdadeiro, por que não há uma membrana nuclear, o ADN (ácido desoxirribonucleico) ou DNA, material genético da célula é circular e denominado nucleoide. As bactérias têm frequentemente flagelos formados por uma proteína, denominada flagelina, que elas podem usar para realizarem movimentos em espiral (saca-rolhas). O motor rotativo de flagelos procariótico é alimentado por um fluxo de prótons através da membrana celular. Estruturas rotativas são raras na natureza. Procariontes não possuem organelas em seu citoplasma, com exceção de ribossomos. Alguns procariontes são fotossintéticos. A maquinaria bioquímica para capturar a energia da luz está contida dentro da membrana plasmática altamente dobrada. Citologia, Histologia e Embriologia 26Célula bacteriana (procariótica). Note organização simples e a presença da parede celular, nucleoide e flagelo. Observe a ausência de organelas, com exceção da presença de ribossomos. Adaptada de imagem disponível em: < https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Average_prokaryote_cell_pt.svg>. Acesso em 06/07/2015 às 16h04. Estrutura das células Eucarióticas São células maiores que as procarióticas, com uma membrana citoplasmática normal; algumas com uma parede celular. Apresenta muitas organelas celulares e outros espaços interiores delimitados por membranas: núcleo, retículo endoplasmático, aparelho de Golgi, mitocôndrias, cloroplastos, lisossomos, vacúolos e vesículas. O citoplasma é sustentado por um citoesqueleto - túbulos de proteínas e fibras. A parede celular é encontrada em células vegetais (celulose), fungos (quitina), e alguns protozoários. Citologia, Histologia e Embriologia 27 Célula animal (eucariótica). Observe a organização complexa, a presença de organelas envolvidas por membranas e o núcleo envolvido por membrana nuclear (carioteca). Adaptada de imagem disponível em: < https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Animal_cell_structure_en.svg>. Acesso em 06/07/2015 às 17h50. Célula vegetal (eucariótica). Observe a presença da parede celulósica e organelas tipicamente vegetais: cloroplastos e vacúolo de suco celular ou vacúolo central. (http://simbiotica.org/celula.htm) Citologia, Histologia e Embriologia 28 Organelas celulares ou citoplasmáticas Membrana Plasmática ou Biomembrana A membrana plasmática ou biomembrana tem sua estrutura visível apenas através microscopia eletrônica, pois mede, geralmente, entre 7,5 a 10 nanômetros de espessura. É observada ao microscópio eletrônico de transmissão (MET) como uma estrutura trilaminar, formada por duas lâminas densas que delimitam uma lâmina pálida central. Por convenção, faz-se uma correlação desta imagem com o modelo molecular da membrana plasmática, formulado por Singer e Nicholson, em 1970, denominado MOSAICO FLUIDO, e, atualmente, associado a todas as biomembranas Esquema de um fragmento de membrana plasmática ilustrando a presença e posição de seus elementos, compondo um mosaico molecular (adaptado de JUNQUEIRA & CARNEIRO, 2005). Citologia, Histologia e Embriologia 29 Composição da Membrana Segundo SINGER & NICHOLSON “A membrana Plasmática é constituída por um mosaico de moléculas protéicas colocadas numa bicamada fluida de lipídios”; portanto, a membrana é fosfolipoglicoprotéica, ou seja, é constituída por fosfolipídeos, glicídeos e proteínas. Funções da Membrana Plasmática Dar forma à célula; Desempenha importante papel no intercâmbio entre a célula e o meio extracelular; Delimita conteúdo o celular; Através de seus receptores químicos realiza reconhecimento de outras células; Efetua recepção e transmissão de informações. Especializações da Membrana São modificações encontradas na membrana plasmática, que buscam aumentar a eficiência de suas interações com o meio extracelular ou com outras células. As especializações estáveis mais frequentes são os microvilos ou microvilosidades, os estereocílios, os cílios, os flagelos, as invaginações basais (labirinto basal) e as interdigitações (laterais e/ou basais). Outras especializações de superfície celular têm ocorrência mais restrita, como as microcristas (microplicas ou micropregas) e aquelas associadas às funções sensoriais (quinocílios, estereocílios sensoriais), entre outras. Microvilos ou microvilosidades São projeções da membrana plasmática, frequentemente, digitiformes, ou seja, em forma de dedo de luva. São estáveis ou permanentes na superfície das Citologia, Histologia e Embriologia 30 células. Sua ocorrência é predominantemente apical nas células epiteliais e ampliam a superfície da membrana plasmática aumentando sua eficiência para as trocas com a cavidade ou o meio extracelular. Eletromicrografia de uma célula epitelial de um jejuno humano com suas microvilosidades digitiformes apicais (borda estriada). Imagem disponível em: < https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Microvilli.jpg>. Acesso em 10/07/2015 às 12h09. Estereocílios Os estereocílios são microvilosidades especializadas cuja estrutura (citoesqueleto de preenchimento e ancoragem) é idêntica ao de uma microvilosidade comum, no entanto, podem ainda revelar algumas características distintas. Seu comprimento e calibre podem assemelhar-se aos cílios móveis, ou mostrarem ramificações. Por causa das eventuais semelhanças com os cílios, mas sem realizarem os movimentos ritmados destes, foram então denominados “falsos cílios” ou estereocílios, porém apresentam a mesma função das microvilosidades. Estereocílios (entre setas pretas largas) são longos e por vezes se acoplam pelas extremidades das projeções (bem evidenciado na região demarcada pela seta preta seta fina). A densidade do citoplasma apical na base das projeções revela a presença da trama terminal (seta branca). Adaptado de imagem disponível em: <https://wedensbergpeng.files.wordpress.com/2012/04/capture_00001.jpg>. Acesso em 20/07/2015 às 12h40. Citologia, Histologia e Embriologia 31 Cílios Os cílios são especializações celulares, comumente mais longas e de maior calibre que as microvilosidades, com ocorrência entre vertebrados, invertebrados e protozoários. Para os protozoários, o batimento rítmico e contínuo dos cílios de sua superfície celular auxilia na captura do alimento e permite ao indivíduo deslocar-se no meio fluido. Nos vertebrados e invertebrados os cílios surgem como projeções da superfície apical de epitélios com ocorrência em quase todos os sistemas destes organismos. Essas projeções apicais são estáveis, sendo preenchidas e sustentadas por um complexo arranjo de microtúbulos (MT) e várias proteínas associadas, formando o chamado axonema do cílio. Este pode ser descrito pela fórmula [9(2)+2], onde se interpreta que o axonema é composto por nove pares de MT formando um cilindro periférico, aderido à membrana plasmática que reveste o cílio, acrescido de um par de MT no centro deste cilindro. Micrografia do epitélio pseudoestratificado de revestimento interno da traqueia mostrando, no ápice das células altas, a presença de cílios. Adaptado de imagem disponível em: <https://commons.wikimedia.org/wiki/File:2304_Pseudostratified_Epithelium.jpg> Acesso em 10/07/2015 às 16h44. Citologia, Histologia e Embriologia 32 Eletromicrografia de cortes transversais de cílios móveis. Todos os cílios móveis da superfície de um determinado epitélio devem trabalhar coordenadamente para o deslocamento em uma única direção. Observe a estrutura [9(2)+2], onde se há nove duplas de microtúbulos periféricos mais dois centrais. Adaptado de imagem disponível em: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chlamydomonas_TEM_17.jpg Acesso em 10/07/2015 às 12h15. Flagelos Os flagelos têm ocorrência restrita nos vertebrados, sendo uma projeção típica dos gametas masculinos. É, frequentemente, também nominado cauda do espermatozoide. Possui a função básica de movimentação celular, através de ondulações largas, que levam ao deslocamento da célula. Assim como os cílios, é constituído por microtúbulos. Ocorre variação estrutural do axonema nas diferentes espécies e nas suas associações como, por exemplo, microtúbulos adicionais, a ocorrência de amplas expansões da membrana plasmática do cílio formando uma membrana que auxilia no deslocamento do gameta ou de protozoários em meio fluido. Citologia, Histologia e Embriologia 33 Espermatozóides observados à microscopia de fluorescência. A cabeça do espermatozoide é assinalada com CA. O flagelo tem início na porção do colo ou pescoço (C). Na sequência, identifica- se a peça média ou intermediária (PM), espessada, o flagelo queé subdividido em peça principal (PP), seu segmento mais longo e finaliza na peça terminal (PT), com o menor calibre, e de difícil visualização. Adaptado de imagem disponível em: <http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1550242/figure/F1/>. Acesso em 14/07/2015 às 10h54. Interdigitações São especializações de comunicação celular que têm como propósito ampliar a superfície de contato entre as células que as realizam. Podem ser descritas como evaginações e invaginações complementares para o interior do corpo de uma e de outra célula pareada. Seu local de ocorrência predominante é a região lateral das células em proximidade Eletromicrografia de células epiteliais do intestino. Na região lateral de contato entre duas células no campo, observamos a presença de interdigitações laterais (IL) entre suas membranas pareadas. Adaptado de imagem disponível em <http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3138767/figure/pone-0022180-g002/>. Acesso em 14/07/2015 às 11h53. Citologia, Histologia e Embriologia 34 Desmossomo ou Mácula Aderente A junção desmossômica é uma junção ancoradoura que serve para adesão célula- célula, portanto, requer proximidade entre as membranas de duas células vizinhas. Sua forma em mancha justifica sua antiga nomenclatura de mácula ou botão de aderência. Seu número está relacionado ao esforço mecânico a que as células estão sujeitas, sendo mais numerosas no epitélio de revestimento externo do corpo, na epiderme. A região da membrana plasmática que estabelece junção desmossômica tem sua resistência mecânica aumentada com um reforço no lado citoplasmático oferecido pelo citoesqueleto ancorado à sua superfície protoplasmática, servindo, assim, a dois propósitos, como ponto de ancoragem da célula ao meio externo e como ponto de apoio interno para a arquitetura intracelular. Eletromicrografia de células epidermais adjacentes de escamas de Fundulus Heteroclitus. Os desmossomos (circulados) são reconhecidos pela densidade de filamentos intermediários ancorados na superfície das membranas, no local da junção e por seu aspecto em mancha. Adaptado de imagem disponível em: <http://www.cellimagelibrary.org/images/27225>. Acesso em 14/07/2015 às 12h24. Citologia, Histologia e Embriologia 35 Junção Aderente (zônula aderente) Esta especialização da membrana é similar a um desmossomo por sua função de ancoragem entre membranas de células vizinhas e ancoragem do citoesqueleto, no entanto, sua distribuição na membrana difere do mesmo por dispor-se em cinturão ao redor do corpo da célula, fazendo a união desta com várias células vizinhas. Nesta junção o citoesqueleto ancorado é composto de microfilamentos de actina (uma proteína contrátil). Eletromicrografia de zônulas aderentes (indicadas por setas) em cardiomiócitos. Observe que os microfilamentos de actina (MF), que sustentam as projeções apicais, encontram nesta região da membrana plasmática um ponto de ancoragem. Adaptado de imagem disponível em: <http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2868981/figure/fig3/>. Acesso em 14/07/2015 às 16h06. Junção comunicante (GAP) A junção comunicante ou GAP, nos vertebrados, é uma junção com forma e tamanho variados, pois pode ser construída e desfeita pela simples concentração ou dispersão de proteínas Conexinas em qualquer ponto de aproximação entre as membranas de células vizinhas. Nos invertebrados, a junção é formada por proteínas similares, denominadas Inexinas. As junções têm como propósito a sinalização celular por meio de íons ou por meio de pequenos peptídeos sinalizadores que atravessam do citoplasma de uma célula diretamente para o citoplasma da célula vizinha, sem passar pelo meio Citologia, Histologia e Embriologia 36 extracelular. A passagem da molécula ou íon sinalizador se dá pelo interior do poro formado pela união das extremidades de duas conexinas, cada uma na membrana de uma das células em junção. Esse trânsito é muito rápido, fazendo com que essa especialização juncional seja uma das mais eficientes formas de comunicação entre as células animais. A GAP é o tipo de junção mais frequente entre as células. Entre neurônios, é denominada sinapse elétrica. Eletromicrografia da região de união entre um neurônio piramidal (célula nervosa) e uma fibra musgosa hipocampal. As membranas plasmáticas das duas células no campo estão separadas por espaços extracelulares (E) que se reduzem na região da junção comunicante ou junção GAP (G). Adaptado de imagem disponível em: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3837298/figure/F4/ Acesso em 15/07/2015 às 10h26. Disco intercalar O disco intercalar é, na verdade, o local de ocorrência de um complexo de três junções celulares: (1) desmossomos; (2) zônulas de aderência; (3) junções comunicantes (GAP), que se estabelecem entre as fibras cardíacas (células musculares estriadas cardíacas). Citologia, Histologia e Embriologia 37 Fibras cardíacas de indivíduo de 11 anos de idade observados à microscopia de fluorescência. Observe as zonas de união celular entre as fibras cardíacas no campo, local de seus discos intercalares, destacadas com a cor mais clara. Adaptado de imagem disponível em: <http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3986238/figure/pone-0094722-g001/>. Acesso em 15/07/2015 às 11h06. Transporte através da Membrana Plasmática A principal função da membrana plasmática é controlar as trocas de substâncias entre o meio intracelular e o meio extracelular. Por isso, costumamos dizer que a membrana plasmática tem permeabilidade seletiva. As substâncias atravessam a membrana plasmática, entrando e saindo da célula, com ou sem gasto de energia celular ou com o auxílio de proteínas transportadoras (carreadoras). Existem várias formas de transporte ou trânsito através da membrana, que serão apresentadas a seguir. Transporte passivo No transporte passivo as substâncias atravessam a membrana plasmática sem gasto de energia celular. Os principais tipos de transporte passivo serão apresentados: difusão simples, difusão facilitada e osmose. Citologia, Histologia e Embriologia 38 Difusão Simples É o movimento de partículas (soluto) em uma solução, onde as moléculas tendem a se deslocar de uma região de maior concentração para a de menor concentração, até igualarem as concentrações. Em outras palavras, podemos dizer que o soluto passou de um meio hipertônico para um meio hipotônico, até se tornarem isotônicos. Um exemplo desse tipo de transporte é a difusão de gás carbônico e gás oxigênio através da membrana plasmática. A difusão é um tipo de transporte que ocorre geralmente com gases. Em síntese, os gases atravessam a membrana do local em que se encontram em maior quantidade (concentração) para o local em que se apresentam em menor quantidade (concentração) Na difusão simples, as moléculas atravessam a membrana do meio mais concentrado para o meio menos concentrado. Não há gasto de energia. (http://rachacuca.com.br/educacao/biologia/transporte-pelas-membranas/) Citologia, Histologia e Embriologia 39 Difusão Facilitada Na difusão facilitada, ocorre a participação de proteínas específicas de membrana (permeases) que facilitam e aceleram a entrada de solutos (substâncias sólidas) importantes para a célula. Esquema de difusão facilitada. Note a participação da proteína integral (permease) da membrana, atuando como facilitadora do processo, ou seja, a permease associa-se à molécula no meio extracelular e transporta-a para o meio intracelular. (http://www.sobiologia.com.br/conteudos/Citologia/cito9.php) Osmose É um caso especial de difusão. Devemos, neste caso, considerar que as moléculas de soluto não consigam atravessar a membrana. Dizemos que a membrana plasmática é semipermeável. O movimento será apenas das moléculas de água. Dizemos que a osmose é a passagemde solvente (água) de um meio hipotônico (que possui menor concentração de soluto) para um meio hipertônico (que possui maior concentração de soluto). Citologia, Histologia e Embriologia 40 Importante - Uma solução é formada por soluto + solvente (solução = soluto + solvente)! - O soluto é a parte sólida da solução e o solvente é a parte líquida. - Exemplo solução de água com açúcar = água (solvente) + açúcar (soluto). - Solução HIPERTÔNICA (HIPER = MUITO; TÔNICO = SOLUTO), ou seja, uma solução hipertônica apresenta mais soluto do que solvente (soluto > solvente). - Solução HIPOTÔNICA (HIPO = POUCO; TÔNICO = SOLUTO), ou seja, uma solução hipotônica apresenta pouco soluto e muito solvente (soluto < solvente). Esquema representativo de Osmose. Observe que ocorre a passagem de solvente (água) do meio hipotônico ao meio hipertônico. A tendência é que ambos os meios atinjam o equilíbrio, tornando-se isotônicos (com as mesmas concentrações). http://educador.brasilescola.com/estrategias-ensino/osmose.htm Citologia, Histologia e Embriologia 41 Observe agora este esquema, onde a água atravessa a MSP (membrana plasmática semipermeável). A água pura atravessa a MSP para a solução que contém 5% de açúcar e tornando-a mais diluída. Portanto, osmose é a passagem do solvente (água pura) pela membrana semipermeável (MSP). A passagem se dá da solução mais diluída para a mais concentrada. (http://www.brasilescola.com/quimica/osmose.htm) Transporte ativo As substâncias atravessam a membrana plasmática com gasto de energia celular. Essa energia é fornecida pela respiração celular e armazenada em moléculas de ATP (adenosina trifosfato ou trifosfato de adenosina). Neste tipo de transporte, ocorre a movimentação de soluto contra um gradiente de concentração, ou seja, do local em que encontra-se em menor quantidade para o local em que encontra-se em maior quantidade. O melhor exemplo para esse caso é a bomba de sódio (Na+) e potássio (K+). Citologia, Histologia e Embriologia 42 Esquema da Bomba de sódio (Na+) e potássio (K+). Observe a grande quantidade de sódio que a célula mantém no meio extracelular, com gasto de energia do ATP e a grande quantidade de potássio que é mantido no meio intracelular, também com gasto de energia do ATP. O sódio (Na+) é expulso da célula e o potássio (K+); esses íons atravessam a membrana plasmática contra seus gradientes de concentração. (http://lorinhopc.blogspot.com.br/2011/02/neurofisiologia-e-informatica- parte-1-o.html) A célula mantém mais potássio (K+) no meio intracelular e mais sódio (Na+) no meio extracelular. O íon sódio (Na+) tende a entrar na célula por difusão simples; no entanto, a membrana o expulsa continuamente por transporte ativo (com gasto de energia). O íon potássio (K+) tende a sair da célula por difusão Citologia, Histologia e Embriologia 43 simples; no entanto, a membrana o recaptura por transporte ativo (com gasto de energia). Endocitose Partículas maiores que não conseguem atravessar a membrana podem ser englobadas pela célula através de dois processos: fagocitose e pinocitose. Fagocitose A célula realiza o englobamento de partículas grandes e sólidas através da emissão de pseudópodos. Esse processo é realizado, principalmente, por alguns protozoários (amebas) e glóbulos brancos do sangue. No caso das amebas, trata-se de um processo nutritivo. Já nos glóbulos brancos, é um processo de defesa para o nosso organismo. Chamamos de exocitose ou clasmocitose a expulsão de materiais (excretas) para o meio extracelular: corresponde à excreção celular. Esquema representativo de fagocitose. Observe a emissão de pseudópodos. (http://4.bp.blogspot.com/moGBQkW2MWg/TjjQMYY1FaI/AAAAAAAAAIE/PT2Wjg 94Cqg/s1600/fagocitose.jpg). Citologia, Histologia e Embriologia 44 Pinocitose É o processo de englobamento de moléculas dissolvidas em água. Ocorre através da invaginação da membrana plasmática, formando um canal por onde penetram as partículas líquidas. Esquema representativo de pinocitose. Observe a formação de um canal (invaginação) na membrana plasmática. (http://www.infoescola.com/wp- content/uploads/2010/05/pinocitose.jpg) Núcleo É a maior e mais óbvia organela envolvida por uma membrana: a carioteca. Controla atividades celulares, contém o nucléolo, uma região escura onde ARN ou RNA (ácido ribonucleico) ribossômico é sintetizado e contém cromossomos, que consistem de ADN ou DNA (ácido desoxirribonucleico) enrolado em torno de proteínas. A membrana nuclear ou carioteca ou envelope nuclear é dupla e tem poros nucleares que controlam a entrada e saída de substâncias. Os cromossomos, atualmente, também denominados de “corpos coloridos” são compostos de ADN e proteína e observáveis ao microscópio quando estão altamente condensados, em preparação para a divisão celular. Em outras ocasiões Citologia, Histologia e Embriologia 45 o ADN e as proteínas são filiformes e denominados cromatina. As proteínas nucleares mais comuns são as histonas. O DNA é enrolado em torno de histonas em um padrão regular que forma estruturas chamadas nucleossomos. Estrutura do núcleo celular. Observe o envelope nuclear ou membrana nuclear, a cromatina e o nucléolo. A cromatina constitui os cromossomos: nessa imagem não estão visíveis (condensados). Adaptado de imagem disponível em: <https://commons.wikimedia.org/wiki/File:0318_Nucleus.jpg>. Acesso em 16/07/2015 às 11h21. Os cromossomos ou cromossomas (kroma = cor, soma = corpo) são filamentos espiralados de cromatina existentes no núcleo de todas as células e coram intensivamente com o uso de corantes citológicos. Conforme supracitado são formados por ADN ou DNA e proteínas, sendo observáveis à microscopia apenas durante a divisão celular. Frações funcionais ou operantes de DNA no cromossomo constituem os genes. Citologia, Histologia e Embriologia 46 Entenda a estrutura de um cromossomo: o DNA espiralado envolve proteínas (histonas) e forma a cromatina; quando a célula vai se dividir a cromatina se espirala intensamente (se condensa) e forma os cromossomos. Na espécie humana existem 46 cromossomos no núcleo da maioria das células. Adaptado de imagem disponível em: http://www.genome.gov/dmd/img.cfm?node=Photos/Graphics&id=85282 Acesso em 16/07/2015 às 12h57. Citologia, Histologia e Embriologia 47 Retículo endoplasmático (RE) Constituem-se em uma série de canais interconectados dentro do citoplasma sob a forma de folhas planas, sacos, tubos e se espalham por toda a célula - têm conexões com a membrana exterior do núcleo e da membrana plasmática e o espaço interior é denominado cisterna ou lúmen. As funções dos RE são circulação, transporte armazenamento de proteínas e minerais; síntese de lipídeos, carboidratos e proteínas. Apresenta, também, uma grande área de superfície para a ação de enzimas. Existem dois tipos de RE: liso e rugoso. O RE rugoso (RER) é coberto por ribossomos, sendo um local de síntese de muitas proteínas. Todos os ribossomos no RER estão ativamente envolvidos na síntese de proteínas. O RE liso (REL) realiza síntese de esteroides e outros lípidos; em músculos armazena o íon cálcio; é um local para desintoxicação de drogas, toxinas, álcool (especialmente no fígado); tendo superfície altamente ramificada fornece uma grande área para atividades enzimáticas, pois, muitas enzimas são enca ixadas nas suas membranas. Retículos endoplasmáticos liso (REL) e rugoso (RER). Observe que o RER apresenta ribossomos em sua superfície é formado por sacos ou cisternas achatadas. O REL é uma rede de canais tubulares e não apresenta ribossomos em sua superfície. (http://www.sobiologia.com.br/figuras/Citologia/reticulo_endoplasmatico.jpg) Citologia, Histologia e Embriologia 48 RibossomosOs ribossomos são os menores e mais abundantes organelas celulares e constituem uma pequena fábrica de proteínas (sintetizam proteínas). São encontrados livres no citoplasma ou na superfície do RER e estruturados em duas subunidades – maior e menor – cada uma constituída por proteína e ARN ribossômico. A síntese de proteínas ocorre em ribossomos que estão flutuando livremente no citoplasma e em ribossomos ligados ao retículo endoplasmático. Estrutura de um ribossomo: imagem obtida a partir de computação gráfica. As subunidades maior e menor do ribossomo só podem ser observadas à microscopia eletrônica. (http://cbme.usp.br/playercbme/celulasvirtuais/know/ribossomo.gif) Aparelho de Golgi e Lisossomos É um conjunto de membranas associadas com o RE, composto por sacos achatados e empilhados, denominados dictiossomos que empacota e secreta substâncias sintetizadas no retículo endoplasmático. O aparelho ou complexo de Golgi ou complexo golgiense está funcionalmente associado com o retículo endoplasmático. O retículo endoplasmático rugoso pode ser fusionado ao Aparelho de Golgi, no qual despeja seu conteúdo proteico. O Aparelho de Golgi secreta o conteúdo armazenado em vesículas, de modo que elas possam ser eliminadas para o meio extracelular (para fora da célula) ou utilizadas dentro da célula. Citologia, Histologia e Embriologia 49 As vesículas secretoras, que deixam o aparelho de Golgi, fundem-se à membrana plasmática e eliminam seus conteúdos, são muito abundantes em glândulas. O aparelho de Golgi também forma lisossomos. Os lisossomos são vesículas cheias de enzimas digestivas utilizadas para digestão intracelular. As partículas podem ser fagocitadas e fusionadas aos lisossomos, onde ocorrerá a digestão. Relações entre o RE e o aparelho de Golgi: o RE fabrica substâncias que são secretadas em forma de vesículas, as quais se associam ao aparelho de Golgi. O aparelho de Golgi armazena e secreta essas substâncias, também, sob a forma de vesículas. As vesículas do Aparelho de Golgi chegam à membrana plasmática e eliminam seus produtos de secreção. Esse processo é muito comum em células secretoras, como células de glândulas ou produtoras de muco. (http://www.sobiologia.com.br/figuras/Citologia/reticulo_endoplasmatico2.jpg) Citologia, Histologia e Embriologia 50 Microcorpos: Peroxisomos e Glioxissomos Vesículas que se formam através do crescimento e divisão dentro do citoplasma. Os glioxissomos são encontrados em plantas e contêm enzimas que convertem gorduras em carboidratos. Os peroxissomos são usados para remoção de água oxigenada produzida através de reações químicas no citoplasma; eles contêm catalase (uma enzima que degrada a água oxigenada (H2O2) em H2O e oxigênio (O). Micrografia eletrônica apresentando peroxissomos e lisossomos. Essas organelas, na verdade, são vesículas que se formam de acordo com as necessidades fisiológicas da célula. (http://nossomeioporinteiro.wordpress.com/2012/01/01/peroxissomos/) Mitocôndrias As mitocôndrias são locais de produção de energia para as células; elas apresentam membrana dupla, membrana interna dobrada em projeções internas denominadas cristas mitocondriais e dois espaços dentro da mitocôndria: a matriz Citologia, Histologia e Embriologia 51 e o espaço intermembranar. Apresentam ADN próprio e capacidade de autoduplicação. A obtenção de energia se dá, principalmente através da respiração celular aeróbica, ou seja, realizada com presença de oxigênio. Este processo é estudado na disciplina de bioquímica. Aspecto geral da mitocôndria. Observe que a organela apresenta duas membranas (externa e interna). O espaço interno é denominado matriz mitocondrial e aquele entre uma membrana e outra, espaço intermembranar. (http://www.cientic.com/tema_celula_img4.html) Cloroplastos Os cloroplastos, organelas responsáveis pela fotossíntese - em quase todas as plantas e alguns protistas (protozoários), armazena energia luminosa e consegue convertê-la em energia química, através da fabricação de moléculas de glicose, durante o processo. Apresenta membrana dupla e seu espaço interno é denominado estroma. Dentro do estroma existe uma série de sacos achatados empilhados denominados tilacoides. Uma pilha de tilacoides forma um grana. Citologia, Histologia e Embriologia 52 Tem o seu próprio ADN, similar ao ADN procariótico. Podem sintetizar muitas das suas próprias proteínas usando ribossomos, de forma similar aos procariontes. Os cloroplastos podem assumir outras funções, tais como sintetizar e armazenar moléculas de glicose, sob a forma de amido nas raízes e tubérculos e dar cor às folhas e frutos maduros, através de seus diversos pigmentos. Células vegetais ricas em cloroplastos. O pigmento verde encontrado no interior dos cloroplastos é a clorofila e é fundamental para a realização da fotossíntese. Adaptado de imagem disponível em: <https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Plagiomnium_affine_laminazellen.jpeg> Acesso em 17/07/2015 às 12h43. Esquema apresentando a estrutura do cloroplasto. Observe a dupla membrana (externa e interna), as pilhas de tilacoides ricas em clorofila, formando os grana e o espaço interno (estroma). (http://www.prof2000.pt/users/biologia/organelos.htm) Citologia, Histologia e Embriologia 53 Centríolos Fazem parte de uma região especializada da célula denominada centrossoma (centro da célula). São encontrados nos animais e a na maioria dos protistas. Os centríolos estão envolvidos na produção de microtúbulos, os quais têm muitas funções, incluindo o deslocamento dos cromossomos durante a divisão celular. São, também, constituídos por microtúbulos, organizados em nove trios que rodeiam uma cavidade denominada núcleo-centriolar Os microtúbulos são tubos ocos feitos de proteína denominada tubulina; são também encontrados entrelaçados no citoplasma formando o esqueleto celular ou citoesqueleto. O citoesqueleto é responsável pela locomoção celular (movimentos ameboides, de cílios e flagelos), pelos movimentos de organelas celulares no citoplasma e pelo movimento dos cromossomas durante a divisão celular. Normalmente, as células possuem um par de centríolos posicionados lado a lado ou posicionados perpendicularmente. São constituídos por nove microtúbulos triplos ligados entre si, formando um tipo de cilindro. Dois centríolos dispostos perpendicularmente formam um diplossomo. A)Estrutura de um centríolo: nove trios de microtúbulos, ligados entre si, formando um cilindro. (http://www.educadores.diaadia.pr.gov.br/modules/mylinks/viewcat.php?cid=6) B) Fotomicrografia eletrônica revelando, ao centro, um par de centríolos (em corte longitudinal). (http://anatpat.unicamp.br/nptpineocitoma3c.html) Vacúolo Central ou Vacúolo de Suco Celular Citologia, Histologia e Embriologia 54 As células de plantas têm um vacúolo central ou vacúolo de suco celular para armazenamento de substâncias no interior da célula. O vacúolo central, geralmente, armazena água e sais minerais, mas também substâncias de reserva, como o amido e pigmentos acessórios, como carotenoides. Como as células vegetais são fechadas por uma parede celular, a expansão do vacúolo pode exercer pressão sobre a célula sem que ela estoure. Micrografia de célula vegetal revelando o grande vacúolo central ocupando quase todo o citoplasma. (http://www.sobiologia.com.br/conteudos/Morfofisiologia_vegetal/morfovegetal16.php) Citologia, Histologia e Embriologia 55 Teoria Endossimbiótica: de onde vieram as células eucarióticas? As rochas mais antigas, com evidência de células fósseis datam de 3,5 bilhões de anos. As mais antigas, com células grandes e complexas o suficiente para serem eucarióticas, datam de 1,0 bilhão de anos. Há cerca de 2.500 milhões de anos apenas células procariotas existiam na Terra.A melhor hipótese para a origem das células eucarióticas foi proposta por Lynn Margulis, na década de 1970. Esta hipótese é denominada de endossimbiose. As células eucarióticas parecem ser o produto de uma agregação entre diferentes tipos de células procarióticas. Algumas células procariotas tornaram-se a sede para outras células procariotas que passaram a viver dentro delas. Algumas organelas complexas de eucariotas fornecem evidências para esta teoria. As mitocôndrias e cloroplastos parecem ser descendentes diretos de bactérias produtoras de energia (fotossintetizantes). As mitocôndrias são descendentes de bactérias que eram capazes de realizar respiração aeróbica (com consumo de oxigênio). Evidências que dão suporte a essa teoria Mitocôndrias e cloroplastos têm o seu próprio ADN e ribossomas que são semelhantes àqueles encontrados em procariotas. Ambos fabricam muitas de suas próprias proteínas e se multiplicam de forma semelhante às células procarióticas. Ambas são organelas de dupla membrana - a membrana interna (descendente da célula ancestral) e a membrana externa (descendente da membrana do vacúolo que se formou em torno das células hóspedes). Outra organela também pode ser o produto de endossimbiose. Alguns centríolos e corpos basais têm DNA nu, como parte de sua estrutura. Há muitos exemplos modernos de endossimbiose envolvendo organismos que podem viver Citologia, Histologia e Embriologia 56 juntos ou viver de forma independente, como algas zooxantelas que vivem dentro de pólipos de corais. Eletromicrografia de célula vegetal revelando o grande vacúolo central ocupando uma grande porção do citoplasma. Adaptado de imagem disponível em: <http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3268088/figure/F3/>. Acesso em 20/07/2015 às 14h57. Citologia, Histologia e Embriologia 57 Leitura Complementar Aprofunde seus conhecimentos lendo: ALBERTS, B. et al. Fundamentos de biologia celular: Uma introdução à biologia molecular da célula. São Paulo: Artmed. 2004 ALBERTS, B.; BRAY, D.; HOPKIN, K.; JOHNSON, A.; LEWIS, J.; RAFF, M.; ROBERTS, K.; WALTER, P.. Fundamentos da Biologia Celular. 3ª Edição.. São Paulo. Artmed. 2011 ALBERTS, B.; JOHNSON, A.; LEWIS, J.; RAFF, M.; ROBERTS, K.; WALTER, P.. Biologia Molecular da Célula. 5ª Edição. São Paulo. Artmed. 2010 DE ROBERTIS; DE ROBERTIS JR. Bases da biologia celular e molecular. 2 ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan. 1993. JUNQUEIRA, L.C.U.; CARNEIRO, J. Biologia celular e molecular. 6 ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan. 1997. KARP, G.. Cell Biology. 6th Edition. 2010 É hora de se avaliar Não se esqueça de realizar as atividades desta unidade de estudo. Elas irão ajudá-lo a fixar o conteúdo, além de proporcionar sua autonomia no processo de ensino-aprendizagem. Caso prefira, redija as respostas no caderno e depois às envie através do nosso ambiente virtual de aprendizagem (AVA). Interaja conosco! Na unidade seguinte iniciaremos o estudo dos tecidos separadamente, conhecendo primeiramente o tecido epitelial. Citologia, Histologia e Embriologia 58 Exercícios – unidade 1 1) (UFPA) Sobre as funções dos tipos de retículo endoplasmático, pode–se afirmar que: a) o rugoso está relacionado com o processo de síntese de esteroides. b) o liso tem como função a síntese de proteínas. c) o liso é responsável pela formação do acrossomo dos espermatozoides. d) o rugoso está ligado à síntese de proteína. e) o liso é responsável pela síntese de poliolosídios. 2) (UFCE) O aspecto comum do Complexo de Golgi, em células animais, deduzindo através de observações ao microscópio eletrônico, é de: a) vesículas formadas por dupla membrana, sendo a interna sem granulações e com dobras voltadas para o interior. b) membranas granulosas delimitando vesículas e sacos achatados, que dispõem paralelamente. c) um complexo de membranas formando tubos anastomosados, com dilatações em forma de disco. d) sacos e vesículas achatadas, formadas por membrana dupla em que a interna, cheia de grânulos, emite para o interior prolongamentos em forma de dobras. e) membranas lisas delimitando vesículas e sacos achatados, que se dispõem paralelamente. 3) (VUNESP) Numa célula eucariótica, a síntese de proteínas, a síntese de esteroides e a respiração celular estão relacionadas, respectivamente: a) ao Complexo de Golgi, às mitocôndrias, aos ribossomos; Citologia, Histologia e Embriologia 59 b) ao retículo endoplasmático liso, ao retículo endoplasmático granular, ao Complexo de Golgi; c) aos ribossomos, ao retículo endoplasmático liso, às mitocôndrias; d) ao retículo endoplasmático granular, às mitocôndrias, ao Complexo de Golgi; e) ao retículo endoplasmático liso, ao Complexo de Golgi, às mitocôndrias. 4) Associe a segunda coluna de acordo com a primeira e assinale a alternativa que está correta: 1. Lisossomo ( ) Acúmulo e eliminação de secreção 2. Complexo de Golgi ( ) Digestão intracelular 3. Ribossomo ( ) Transporte de materiais dentro da célula 4. Retículo endoplasmático ( ) Síntese de proteínas 5. Mitocôndria ( ) Respiração celular a) 2-1-4-3-5 b) 1-4-3-5-2 c) 4-3-5-2-1 d) 5-2-1-4-3 e) 4-1-2-3-5 5) (UF São Carlos) Todas as alternativas abaixo expressam uma relação correta entre uma estrutura celular e sua função ou origem, exceto: a) Aparelho de Golgi - relacionado com o armazenamento e secreção de substâncias. b) Retículo endoplasmático rugoso - relacionado com a síntese de proteínas das células. c) Peroxissomos - relacionados com os processos de fagocitose e pinocitose, sendo responsáveis pela digestão intracelular. Citologia, Histologia e Embriologia 60 d) Lisossomos – ricos em enzimas digestivas, têm sua origem relacionada com os sacos do aparelho de Golgi. e) Retículo endoplasmático liso - relacionado com a secreção de esteroides e com o processo de desintoxicação celular. 6) (FUND. CARLOS CHAGAS) A cromatina presente no núcleo interfásico aparece durante a divisão celular com uma organização estrutural diferente, transformando-se nos: a) cromômetros. b) cromossomos. c) centrômeros. d) cromocentros. e) cromonemas. 7) Todas as células possuem uma membrana plasmática, ou plasmalema, que separa o conteúdo protoplasmático, ou meio intracelular, do meio ambiente. A existência e a integridade dessa estrutura são importantes, porque a membrana: a) regula as trocas entre a célula e o meio, só permitindo a passagem de moléculas de fora para dentro da célula e impedindo a passagem em sentido inverso; b) possibilita à célula manter a composição intracelular diversa do meio ambiente; c) impede a penetração de substâncias existentes em excesso no meio ambiente; d) torna desnecessário o consumo energético para captação de metabólitos do meio externo; e) impede a saída de água do citoplasma. Citologia, Histologia e Embriologia 61 8) Sobre o mecanismo de transporte ativo, através da membrana celular, são feitas as seguintes afirmações: I - Para que moléculas sejam transportadas a partir de uma solução mais concentrada para uma menos concentrada, através da membrana celular, a célula deve despender energia, e isto é denominado transporte ativo; II - Dentre as diferentes substâncias que são, com frequência, transportadas ativamente através da membrana celular estão: aminoácidos, íons sódio, íons potássio, íons hidrogênio e vários monossacarídeos; III - O mecanismo básico envolvido no transporte ativo depende de transportadores específicos, que reagem de maneira reversível com as substâncias transportadas, sob a ação de enzimas e com consumo de energia. Escreveu-se corretamente em: a) I e II apenas b) I e III apenas c) II e III apenas d) I, II e III e) nenhuma delas 9) (VUNESP) A membrana plasmática que delimita a célula permite apassagem seletiva de substâncias do meio externo para o meio interno da célula e vice-versa. O que se entende por transporte ativo e difusão facilitada? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Citologia, Histologia e Embriologia 62 10) Explique os mecanismos básicos de síntese e secreção de substâncias nas células e quais organelas estão envolvidas nesse processo. ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Citologia, Histologia e Embriologia 63 2Introdução à Histologia Conceito de Histologia Conceito de Tecido Preparação de Tecidos para Estudo Citologia, Histologia e Embriologia 64 Bem-vindo à segunda unidade. Nela estudaremos o conceito de Histologia e tecido e as principais técnicas utilizadas na preparação de lâminas histológicas para estudo. Objetivo da Unidade: Conhecer o conceito Histologia e tecido; Compreender a origem dos cortes histológicos e a importância de sua utilização para compreensão da disciplina. Plano da Unidade: Conceito de Histologia Conceito de Tecido Preparação de Tecidos para Estudo Bons Estudos Citologia, Histologia e Embriologia 65 Conceito de Histologia A histologia é o estudo dos tecidos do organismo, da forma que esses tecidos são organizados para constituir órgãos e como são e quais as funções de suas células. Essa ciência reconhece quatro tecidos fundamentais, que estudaremos mais adiante: Tecido Epitelial Tecido Conjuntivo Tecido Muscular Tecido Nervoso Conceito de Tecido A maioria dos tecidos é constituída por células inseridas em uma matriz extracelular, onde há interação entre os elementos dos tecidos. A matriz extracelular é constituída por vários tipos de moléculas inorgânicas (água e sais minerais) e moléculas orgânicas (proteínas, lipídeos, carboidratos), as quais podem organizar-se formando estruturas complexas como fibras proteicas (colágeno) e uma base para sustentação de células (membrana basal). As células de um tecido não são todas iguais e nem sempre desempenham a mesma função, portanto, tecido é um conjunto de células, inseridas ou não em uma matriz extracelular; as células, em conjunto, desempenharão uma função geral que será atribuída ao tecido. Ao tecido sanguíneo, por exemplo, é atribuída a função de transporte de substâncias no organismo, porém, nem todas as suas células estão envolvidas com esta função, os glóbulos vermelhos transportam gases respiratórios, porém como você já deve saber, os glóbulos brancos e as plaquetas desempenham, respectivamente, a função de defesa e coagulação sanguínea. Os órgãos, na sua maioria, são constituídos por uma combinação de vários tipos de tecidos e, assim, interagindo em conjunto, os tecidos permitem o perfeito funcionamento dos órgãos e, consequentemente, do organismo. Citologia, Histologia e Embriologia 66 Preparação de Tecidos para Estudo Na prática, os tecidos são estudados através da observação microscópica de lâminas preparadas com os chamados cortes histológicos. Os cortes histológicos consistem em órgãos preparados e imersos em um bloco de parafina, cortados em finas fatias obtidas através de um equipamento preciso denominado micrótomo (figura 1). Esses cortes de tecidos são sucessivos, delgados e uniformes, obtidos a partir dos blocos de parafina com as peças incluídas. Este aparelho é formado por uma lâmina (fixa ou descartável) de aço, afiada, e um braço ao qual se prende o bloco e que se desloca verticalmente. As fitas obtidas a partir do micrótomo são delicadamente capturadas e transferidas para um “banho-maria”, com o auxílio de uma pinça, para serem distendidas (figuras 2 e 3). Micrótomo para cortar tecidos inclusos em parafina ou resina. (Junqueira & Carneiro, 2008) Citologia, Histologia e Embriologia 67 Obtenção de cortes sucessivos dos tecidos de órgãos a serem estudados em lâminas histológicas. (http://histologiavet.blogspot.com.br/2007/02/etapas-na-preparao-dos-tecidos-ou-rgos.html) Cortes sobre a água aquecida em "banho-maria". (http://histologiavet.blogspot.com.br/2007/02/etapas-na-preparao-dos-tecidos-ou-rgos.html) Citologia, Histologia e Embriologia 68 Como você pode observar na figura , as fatias dos tecidos cortados apresentam dobras e o “banho-maria” é necessário para que estas sejam retiradas, assim como as bolhas abaixo das fatias. Após a distensão, os cortes são separados individualmente ou em grupos, conforme a conveniência e retira-se os cortes do “banho-maria” utilizando se lâminas de vidro previamente limpas e com suas superfícies revestidas com uma fina camada de albumina para facilitar a adesão da peça . Esse processo é conhecido como “pescagem”, o qual consiste em mergulhar a lâmina na água e coletar o material esticado sobre a mesma. “Pescagem” de corte histológico sobre a água aquecida em "banho-maria". (http://histologiavet.blogspot.com.br/2007/02/etapas-na-preparao-dos-tecidos-ou-rgos.html) Após a “pescagem”, para a visualização das estruturas do tecido é importante que os cortes sejam corados. Normalmente são utilizados corantes hidrossolúveis (solúveis em água), sendo necessária a remoção da parafina da peça que foi preparada nas etapas descritas anteriormente e que permanece na lâmina de vidro. As lâminas são depositadas sobre uma platina aquecedora, o que facilita a remoção da parafina. Na figura 5 você pode observar os cortes distendidos sobre as lâminas de vidro e sem a parafina: agora os tecidos podem ser corados. Citologia, Histologia e Embriologia 69 Cortes histológicos distendidos sobre as lâminas de vidro, após a “pescagem”. (http://histologiavet.blogspot.com.br/2007/02/etapas-na-preparao-dos-tecidos-ou-rgos.html) Embora existam muitos tipos de corantes, de uma forma geral eles podem ser agrupados em três classes distintas (Gartner e Hiatt, 1999): 1. Corantes que diferenciam os componentes ácidos e básicos das células; 2. Corantes especializados que diferenciam os componentes fibrosos da matriz extracelular; 3. Sais metálicos que precipitam nos tecidos. Importante Cortes histológicos = tecidos cortados pelo micrótomo, tratados e corados para observação ao microscópio. Além da microscopia óptica, ainda existe para estudo dos tecidos, a microscopia eletrônica de varredura, de transmissão, luz polarizada e fluorescência. Citologia, Histologia e Embriologia 70 Os corantes mais utilizados nos procedimentos histológicos são a Hematoxilina e a Eosina (HE). De acordo com Gartner e Hiatt, (1999) a Hematoxilina é uma base que cora, preferencialmente, componentes ácidos das células em um tom azulado escuro. Como os componentes ácidos mais abundantes são o DNA e o RNA, tanto o núcleo, quanto certas
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