Livro - Introdução à Biologia Celular e do Desenvolvimento

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INTRODUÇÃO À BIOLOGIA CELULAR E DO
DESENVOLVIMENTO
Unidade 1 - Seção 1
O FENÔMENO DA VIDA. CARACTERÍSTICAS DAS CÉLULAS
PROCARIONTES E EUCARIONTES
CONVITE AO ESTUDO
Você já parou para pensar do que somos formados? É comum dizermos que todos os
seres vivos são compostos por células, sendo esta a unidade fundamental da vida, mas
de onde surgiu este conceito? Será que todas estas células são iguais nos diferentes
tipos de organismos? Como elas estão organizadas e como se comunicam?
A citologia ou biologia celular é a ciência que estuda as estruturas celulares e suas
funções permite a compreensão da fisiologia celular e seus mecanismos de controle
interno e a interação com o meio externo no funcionamento celular, seja ele humano,
animal, vegetal ou mineral. O estudo detalhado desta ciência só foi possível a partir de
1590, quando foi inventado o microscópio que permitiu a visualização da célula.
As células em geral possuem estruturas semelhantes em sua composição, no entanto,
algumas estruturas estão presentes apenas em células específicas. Existem seres vivos
que são compostos por uma única célula e outros como nós, por trilhões de células.
Nesta unidade abordaremos os conteúdos que permitirão a você identificar e distinguir
as células animais das células vegetais, assim como a composição e as funções da
membrana plasmática. Vamos também compreender o complexo processo de
comunicação entre as células, a sinalização celular. Ao final da unidade, você saberá
explicar a teoria celular, identificar e diferenciar as células eucarióticas e
procarióticas, descrever detalhes sobre a membrana plasmática e os tipos de
sinalizações celulares.
Na Seção 1.1, estudaremos a teoria celular, o início da microscopia e o estudo dos
organismos vivos, conhecendo os tipos celulares e as diferenças entre eles. Já na
Seção 1.2, daremos enfoque para a membrana plasmática, suas características,
composição e funções. Por fim, na Seção 1.3, conheceremos as classes de receptores
da membrana plasmática e os tipos de sinalizadores celulares.
Graças a esta ciência é possível compreender mais sobre nossa composição, criarmos
medicamentos mais eficientes e avançarmos nos estudos de tratamentos para inúmeras
doenças.
Bons estudos!
PRATICAR PARA APRENDER
Caro aluno, vamos iniciar a nossa jornada buscando compreender em detalhes as
células, uma vez que elas fazem parte da estrutura dos organismos, e nós as possuímos
em grande quantidade em nosso corpo.
As células, por se tratar de unidades funcionais, têm a responsabilidade de manter o
adequado funcionamento do organismo. Mas será que todas elas são iguais e têm a
mesma função? Veremos que diante da grande diversidade existente dos seres vivos,
as células participam de sua formação de modos distintos, assim como há diferentes
tipos celulares.
Muitas das técnicas altamente sofisticadas utilizadas hoje, encontradas na
biotecnologia e aplicadas à diversas áreas da saúde, envolvem o estudo das células.
Desde as descobertas significativas na cura de doenças, o desenvolvimento de
medicamentos e fármacos, alimentos transgênicos, células-tronco usadas em
diferentes tratamentos, até mesmo no rendimento de atletas as células estão
envolvidas, você sabia? Um dos fatores do rendimento físico está relacionado à
quantidade e funcionalidade dos glóbulos vermelhos presentes no corpo, que são as
células transportadoras de oxigênio para os tecidos do corpo, incluindo os músculos.
Um dos primeiros passos para os futuros profissionais da área da saúde está
relacionado ao conhecimento sobre as células: como diferenciá-las, quais são suas
características fundamentais e como é sua estrutura. Esse é o momento inicial para
compreender o vasto universo dos organismos vivos, por isso da importância deste
estudo.
É importante estar ciente que o estudo das células só foi possível após a criação do
microscópio, instrumento óptico de alto poder de resolução, capaz de ampliar imagens
de objetos muito pequenos. A microscopia foi fundamental também para a formulação
da teoria celular, possibilitando o estudo dos microrganismos, tornando-se um marco
para a ciência. Estudaremos um pouco da história desta invenção para conhecermos a
trajetória e evolução dos microscópios e a relação com o estudo das células e a
consequente origem da citologia.
A indústria farmacêutica é um dos setores que mais vem recebendo destaque por
investir em inovação. A busca constante pelo desenvolvimento e pela produção de
novos medicamentos faz com que ela invista nas atividades de pesquisa e
desenvolvimento (P&D). Assim para contextualizar as temáticas dessa seção junto às
possíveis atividades profissionais, veremos o contexto em que uma multinacional
farmacêutica abriu um processo seletivo de trainee para diversos setores.
Nesta situação-problema, você foi um dos candidatos selecionados para uma das
vagas de trainee. Você irá atuar no setor de produção, na área de pesquisa,
desenvolvimento e testes dos medicamentos. Você irá trabalhar com uma equipe de
farmacêuticos, biólogos, biomédicos, médicos, engenheiros químicos e biotecnólogos.
Para tanto, você precisará se dedicar muito e estar disposto a aprender com esta nova
experiência.
Para auxiliar na contextualização da sua aprendizagem, você foi encaminhado para um
dos laboratórios da empresa, para acompanhar o trabalho de um biólogo experiente e
aprender um pouco do trabalho dele.
O biólogo Jean, para iniciar a condução do seu treinamento, lhe apresentou para a
equipe, fez algumas perguntas para conhecê-lo e passou algumas atividades. Jean
questionou qual o seu entendimento em relação à célula, pois vocês trabalhariam
muito com elas nos próximos dias. O que você poderia responder ao biólogo para
demonstrar o seu conhecimento relacionado às células?
Jean lhe mostrou ainda os diferentes microscópios presentes no laboratório, com os
quais eles trabalham para fazer as análises dos materiais em estudo. Você conhece
diferentes tipos de microscópio e a vantagem de utilizar cada um deles? Sabe a
importância deles na história e evolução da ciência?
Para finalizar, o biólogo lhe entregou três lâminas para você analisar ao microscópio e
caracterizá-las. A partir das imagens das lâminas a seguir, quais são as características
das células observadas por você? Identifique as principais estruturas e tome nota para
posteriormente apresentá-las ao Jean.
Figura 1.1 | Lâmina A
Fonte: Engelkirk; Duben-Engelkirk (2012, p. 59).Figura 1.2 | Lâmina B
Fonte: Junqueira; Carneiro (2013, p. 51).Figura 1.3 | Lâmina C
Fonte: Wikimedia Commons.
A todo instante uma nova descoberta científica se dá! O estudo das células permite
ampliar o potencial de pesquisas relacionadas à saúde, além de trazer mais evolução
para o ramo da ciência e esta é a sua oportunidade de conhecer um pouco mais sobre o
tema.
CONCEITO-CHAVE
A citologia (do grego kytos: célula, e logos: estudo), atualmente designada biologia
celular, é a ciência que estuda a célula (unidade funcional de todo o ser vivo) e seu
comportamento (composição, estruturas e fisiologia). O estudo desta ciência só foi
possível com a invenção dos primeiros equipamentos de visualização microscópica,
permitindo a observação de estruturas não visíveis a olho nu, como células e
microrganismos.
Para auxiliar nosso estudo, faremos um breve histórico com os principais eventos
ocorridos no ramo da biologia celular desde a invenção do microscópio até a
descoberta da célula, e a formulação da teoria celular, uma vez que a história da
biologia celular está diretamente ligada ao desenvolvimento tecnológico que tornou
possível o estudo da célula.
• 1590: Hans Janssen e Zacharias Janssen, os holandeses fabricantes de óculos,
criaram lentes capazes de ampliar imagens, permitindo uma visão de detalhes
impossíveis de serem visualizados a olho nu. Acredita-se terem sido os inventores do
primeiro microscópio.
• 1665: Robert Hook, cientista inglês, inventa o microscópio composto (com lente
ocular e objetiva). A partir de observações realizadas em finos cortes de cortiça
(materialde origem vegetal), descreveu pequenas cavidades preenchidas por ar, no
caso as paredes celulares das células mortas do tecido observado por ele, nomeando-as
“célula” (do latim cella: pequeno compartimento), sendo a descoberta de maior
divulgação do século XVII.
• 1673: Anton Van Leeuwenhock, holandês, construiu o seu próprio microscópio
simples e conseguiu visualizar pela primeira vez células vivas (em material biológico
humano: sangue, fibras musculares, espermatozoides etc.).
• 1831: Robert Brown, botânico escocês, descreveu pela primeira vez o núcleo,
constatando que a maioria das células possuía uma estrutura interna ovoide ou
esférica.
• 1838: Mathias Jakob Schleiden, botânico alemão, defende que as plantas e seus
órgãos eram formados por células e relaciona o núcleo à divisão celular.
• 1839: Theodor Schwann, fisiologista alemão, por meio de estudos com tecidos
animais, descobre a enzima pepsina, o metabolismo celular e a fisiologia de células
musculares e nervosas.
TEORIA CELULAR
Considerado um marco na biologia, a teoria celular foi formulada por meio do estudo
das propriedades das células. Esse conceito surgiu no século XIX, pelo botânico
alemão Mathias Jakob Shleiden e o fisiologista, também alemão, Theodor Schwann,
entre os anos de 1838 e 1839, que formularam a hipótese de que todos os seres vivos
são constituídos por uma ou mais células, e a célula é a unidade estrutural da vida,
sendo esta a base da teoria celular.
Mais tarde, em 1855, o médico polonês Rudolf Virchow propôs a ideia de que todas as
células são provenientes de outra célula pré-existente. Em 1878, Walther Flemming
estudou o processo de divisão celular e a distribuição dos cromossomos no processo
que chamou de mitose, conseguindo comprovar como a multiplicação das células
ocorria.
Os princípios gerais que fundamentam a teoria celular, são:
• Todos os seres vivos são formados por uma ou mais células.
• Toda célula se origina de outra preexistente.
• A célula é a menor unidade estrutural e funcional de todos os seres vivos.
Sabe-se que a atividade de um organismo depende da atividade de suas células, e
todas as reações metabólicas e bioquímicas ocorrem no interior das células. As células
contêm informações genéticas e hereditárias que são passadas para outras células
durante o processo de divisão celular.
Atualmente, afirma-se que as células são formadas por três partes básicas: a
membrana, o citoplasma e o núcleo, e possuem basicamente a mesma constituição
química.
MICROSCOPIA
Como vimos anteriormente, o estudo das células não seria possível sem a descoberta
do microscópio, instrumento essencial para o desenvolvimento da citologia, o qual
revolucionou o conhecimento científico.
O objetivo da microscopia é permitir que possamos distinguir detalhes não
observáveis a olho nu, por meio de imagens ampliadas de um objeto. As células, além
de minúsculas, são também incolores e transparentes, e a descoberta de suas principais
características internas está relacionada com a evolução dos microscópicos, assim
como a derrubada da teoria da geração espontânea e os “seres invisíveis” causadores
de doenças. O microscópio possibilitou a evolução no conhecimento sobre o
funcionamento e tratamento de doenças.
Vamos conhecer um pouco destes instrumentos tão importantes e revolucionários para
a ciência?
Os primeiros microscópios eram muito simples, com apenas uma lente, restringindo
os resultados dos trabalhos realizados. Mais tarde, no final do século XIX, surgiram os
primeiros microscópios binoculares e com um conjunto de lentes objetivas que
permitiram uma visualização melhor. Trata-se dos microscópios ópticos (MO) ou
também conhecidos como microscópios de luz. O feixe luminoso projetado pelo
microscópio, ao atravessar a célula ou material de estudo, penetra na lente objetiva (de
cristal) e refrata a luz, projetando uma imagem aumentada do material de 100 a 1000
vezes.
Em 1933, Ernst Ruska inventou o microscópio eletrônico, um grande avanço na
microscopia que o rendeu um Prêmio Nobel de Física. O microscópio eletrônico
(ME), possui um poder de resolução muito maior e utiliza em sua tecnologia feixes de
elétrons e lentes eletromagnéticas para observar o objeto, com possibilidade de
ampliação em até 300 mil vezes, contribuindo para a detecção de estruturas não
visíveis pelo microscópio óptico.
Figura 1.4 | Poder de resolução
Nota: Os tamanhos das células e de seus componentes estão representados em uma
escala logarítmica, indicando a amplitude de objetos que podem ser prontamente
resolvidos a olho nu e nos microscópios ópticos e eletrônicos.
Fonte: Alberts et al. (2017, p. 531).
É importante sabermos que existem vários tipos de microscópios ópticos (de
fluorescência, de polarização, ultravioleta etc.) e microscópios eletrônicos (de
varredura e de transmissão) e cada um deles é utilizado para uma determinada
finalidade, sendo possível visualizar diferentes níveis de estruturas, dependendo do
tamanho, espessura, origem, dentre outras características (Figura 1.4).
ASSIMILE
No microscópio eletrônico de transmissão (MET), a imagem é formada
simultaneamente à passagem do feixe de elétrons através do material. A
imagem final é visualizada em uma tela fosforescente ou placa
fotográfica, uma vez que os feixes de elétrons são imperceptíveis ao
olho humano. O MET é utilizado no estudo de materiais biológicos,
com alto poder de definição permite estudos de morfologia celular,
organelas e interações entre as células e outros organismos.
O microscópio eletrônico de varredura (MEV) é muito semelhante ao
MET, no entanto, a sua principal característica é que o feixe de elétrons
não atravessa o material, ele varre a superfície da amostra, fornecendo
uma imagem tridimensional. O MEV é geralmente utilizado de forma
complementar ao MET, para estudos de morfologia e taxonomia, e o
seu poder de resolução é menor do que o MET.
Desta forma, verificamos que com o avanço da microscopia foi possível o
aprofundamento no conhecimento das células, tecidos e órgãos, permitindo ampliar e
aplicar pesquisas na área da saúde em geral, mas também em outras áreas de
conhecimento.
REFLITA
Com a invenção do microscópio eletrônico, mais evoluído e potente,
por que os microscópios ópticos não deixaram de ser utilizados? Qual a
vantagem deles em relação ao microscópio eletrônico?
ESTUDO DOS ORGANISMOS VIVOS
A vida está presente por toda parte e fazemos parte de um grupo de seres vivos muito
diversificado. Apesar de sabermos que todo organismo vivo é formado por células e
que as células são a unidade fundamental de todos os seres vivos, podemos dizer que
elas são todas iguais? Todos os organismos vivos possuem as mesmas células e em
quantidade igual?
Realmente a célula faz parte da estrutura de um organismo e nós, por exemplo, as
possuímos em grande quantidade. Nosso corpo é composto por tecidos, órgãos,
músculos, sangue, os quais são, todos, compostos por células.
Quando qualquer célula tem o seu papel prejudicado, seja estrutural ou funcional, o
organismo vivo apresenta alterações que podem inclusive gerar o desenvolvimento de
patologias.
EXEMPLIFICANDO
Vamos pensar no nosso corpo como um grande quebra-cabeça, e cada
uma das peças é uma célula. Todos os seres vivos são formados por
células. Desta forma, quando o quebra-cabeça está montado forma-se
uma imagem, assim como a união de várias células forma um ser vivo.
Quando alguém perde uma peça, o quebra-cabeça fica incompleto e a
imagem não pode ser formada, ou se uma peça se danifica, a imagem
completa não ficará tão nítida. Ocorre o mesmo com o nosso corpo,
quando uma célula morre ou é danificada, dependendo do papel que ela
exerce, pode haver alterações e desenvolvimento de patologias, como
ocorrem com as células cancerígenas por exemplo.
O corpo humano é formado por milhares de células, e cada uma delas tem funções e
formatos distintos, no entanto, elas precisam trabalhar em conjunto para que o nosso
corpo se mantenha estruturado e em ótimo funcionamento. A diferenciação celular é o
processo na qualas células se especializam para desempenhar funções diferentes.
Como exemplo, podemos pensar nas milhares de células que se unem e formam os
tecidos, e estes por sua vez formam os órgãos, que unidos formam os sistemas, que
juntos fazem parte da composição do nosso corpo.
Uma vez que a célula é a unidade de todo ser vivo, existem os seres vivos que são
formados por uma única célula, os unicelulares, como as bactérias, os protozoários e
alguns tipos de fungos e algas, os quais são considerados os seres mais simples. E os
seres vivos formandos por muitas células são chamados de pluricelulares ou
multicelulares, como os animais, as plantas, algumas algas e fungos, todos
caracterizados por possuírem células diferenciadas capazes de formar tecidos. Cada
célula possui todas as estruturas responsáveis pela nutrição, produção energética,
metabolismo e reprodução e, desta forma, cumprem o ciclo vital do ser vivo.
Independentemente do formato da célula, todas são constituídas pela membrana
plasmática, citoplasma e material genético, o qual pode estar disperso no citoplasma
(células procariontes) ou em um núcleo delimitado por uma membrana nuclear, a
carioteca (células eucariontes).
CÉLULAS PROCARIONTES E EUCARIONTES
Há apenas dois tipos básicos de células: as procariontes e as eucariontes.
As células procariontes (pro: primeiro, e cario: núcleo), também chamadas de
procarióticas, são células bem simples, consideradas primitivas, e quando comparadas
a outro tipo de célula, são consideradas bem menores. Estas células são caracterizadas
pela escassez de membranas – em geral, a membrana plasmática é a única membrana
presente nesse tipo de célula. O seu material genético fica disperso no citoplasma,
uma vez que ela não tem núcleo, e o DNA se apresenta na forma de anel e não está
associado a proteínas (histonas). A molécula de DNA se enrola formando um bloco
denso chamado de nucleoide. O citoplasma não é compartimentado, por essas células
não possuírem citoesqueleto, e sua forma é definida por uma parede celular, cobertura
resistente que serve como proteção para a célula (proteção mecânica). Estas células
possuem formas simples e variadas, como esferas, bastonetes ou hélices e, em alguns
casos, podem formar colônias.
Os seres vivos que possuem células procariontes são denominados procariotas: são as
bactérias (Figura 1.5) e cianobactérias (cianofíceas ou algas azuis). A bactéria
Escherichia coli é a célula procariota mais estudada, por sua estrutura simplificada e a
sua rápida multiplicação.
Figura 1.5 | Desenho tridimensional das estruturas de uma bactéria, exemplo de célula
procarionte
Fonte: Junqueira e Carneiro (2012, p. 293).
A E. coli tem a forma de bastão, é separada pelo meio externo por uma membrana
plasmática, por fora desta membrana ainda possui uma parede rígida composta de
proteínas e glicosaminoglicanas, com função protetora. As células procariontes não
possuem organelas, com exceção dos ribossomos, que podem se ligar a moléculas de
RNAm (formando os polirribossomos). Também não se dividem por mitose e meiose,
utilizam um mecanismo bem mais simples, a reprodução assexuada binária ou por
bipartição. Neste processo de reprodução, a bactéria duplica o seu material genético e
se divide em duas, ambas as partes terão a mesma quantidade de DNA. Em alguns
casos, a membrana plasmática sofre invaginações que penetram no citoplasma e se
enrola, originando estrutura chamadas de mesossomos (auxiliam na respiração).
Algumas células procariontes autotróficas (realizam fotossíntese) possuem em seu
citoplasma membranas paralelas entre si, associadas à clorofila ou a outros pigmentos
responsáveis pela captação de energia luminosa. A maioria, no entanto, são células
heterotróficas, que dependem de uma fonte externa de energia, e utilizam mecanismos
de absorção de alimentos por meio da fermentação ou respiração celular. As células
procariontes podem, ainda, possuir flagelos (auxiliam na locomoção) e fímbrias ou
pili (auxiliam na aderência às células hospedeiras).
Já as células eucariontes (eu: verdade, e cario: núcleo), possuem um núcleo bem
individualizado e delimitado pelo envoltório nuclear. Em geral, há um núcleo por
célula, mas algumas células podem ter mais de um núcleo. São células mais
complexas e maiores do que as células procariontes e estão presentes nos
protozoários, fungos, algas, plantas e animais.
As células eucarióticas são caracterizadas pela riqueza de membranas, além da
membrana plasmática e da membrana nuclear, possuem compartimentos internos
menores, denominados organelas citoplasmáticas, responsáveis por processos
metabólicos. O material genético está separado do citoplasma por uma membrana
dupla chamada de carioteca. Nesta célula, os filamentos de DNA se ligam a proteínas
histonas e formam filamentos chamados de cromatina, por sua vez dentro da
cromatina são encontrados os nucléolos. As células eucariontes realizam um processo
de divisão mais complexo, que envolvem os mecanismos de mitose e meiose, que
serão estudados mais adiante. A variabilidade de formas das células eucarióticas é
grande e, geralmente, a sua função específica é que a determina.
Com o sistema de organelas, as células eucariontes aumentaram a sua eficiência,
permitindo atingirem tamanhos maiores sem prejuízo de suas funções.
Agora que já conhecemos as principais diferenças entre as células procariontes e
eucariontes, como podemos diferenciar a célula animal da célula vegetal, sendo que
ambas são células eucariontes? A presença ou a ausência de determinadas organelas
citoplasmáticas é que as diferenciará, vejamos a seguir.
CÉLULA ANIMAL E CÉLULA VEGETAL
Muitos componentes celulares são comuns às células animais e às células vegetais,
mas a distribuição das organelas difere uma célula de outra. O aspecto ou distribuição
das organelas também pode ser diferente, inclusive dentro de uma mesma célula. No
entanto, ao analisarmos os componentes de ambas as células, é possível notarmos
algumas diferenças marcantes. Vamos conhecê-las:
Figura 1.6 | Esquema representativo de uma célula vegetal e um célula animal,
exemplos de células eucariontes
Fonte: adaptado de Shutterstock.
A célula animal (Figura 1.6) é uma célula eucarionte presente nos animais do Reino
Animalia e é caracterizada por não ter parede celular, sendo delimitada pela
membrana plasmática, responsável por delimitar e proteger a célula. A célula animal,
assim como vimos nas bactérias, possui membrana plasmática, citoplasma e
ribossomos. O citoplasma é constituído pelo citosol, composto por água, proteínas,
íons, aminoácidos, enzimas, entre outros. Dispersos no citoplasma, diferentemente das
bactérias, nestas células encontramos as organelas citoplasmáticas. Estas organelas são
estruturas intracelulares com funções bem definidas, responsáveis pelo funcionamento
das células: digestão, respiração, sintetização e transporte de proteínas, dentre outras.
Estudaremos mais adiante cada uma delas: ribossomos, vesículas, retículo
endoplasmático liso e rugoso, aparelho de Golgi, microtúbulos, citoesqueleto,
lisossomos (organela exclusiva das células animais), centríolos, vacúolos,
mitocôndrias e peroxissomos.
LEMBRE-SE
Os lisossomos são organelas citoplasmáticas com a função de degradar
partículas, auxiliando na digestão intracelular de células animais
eucariontes. As células vegetais como são autótrofas, capazes de
produzir o seu próprio alimento, possuem os plastídeos, organela
exclusiva destas células, que auxiliam no processo de fotossíntese,
síntese de aminoácidos e ácidos graxos, além de armazenamento.
A célula vegetal (Figura 1.6) também é uma célula eucarionte e é muito semelhante à
célula animal: tem núcleo, ribossomos, retículo endoplasmático rugoso e liso,
complexo de Golgi, citoesqueleto, mitocôndrias, dente outros. Contudo, por
apresentarem diferenças estruturais e metabólicas, elas possuem alguns componentes
exclusivos. As células vegetais possuem a parede celular, responsável pela proteção
das células e dos vacúolos, uma vez que os vacúolos das célulasvegetais são muito
maiores do que os das células animais e podem ocupar quase todo o volume celular.
Devido a sua capacidade de produzir o próprio alimento, ou seja, por ser autotrófica,
para realizar a fotossíntese as células possuem uma organela específica, os plastos (ou
plastídeos). Os plastos são diferenciados de acordo com a função que exercem e
podem ser classificados como cromoplastos (possuem pigmentos coloridos, como
carotenoides e xantofilas), leucoplastos (ausente de pigmentos, armazenam lipídeos,
amido e proteínas) e cloroplastos (possuem o pigmento da clorofila, responsável pela
absorção da luz e realização da fotossíntese). Outra organela presente somente em
células vegetais é o glioxissomo, semelhante ao peroxissomo, porém especializado, o
qual é importante na germinação de sementes.
Estamos chegando ao fim desta seção, mas não podemos deixar de comentar a
respeito de um grupo biológico extremamente discutido, os vírus. Afinal, eles são
considerados um organismo vivo?
Os vírus são estruturas muito pequenas, visíveis somente com a microscopia
eletrônica. São conhecidos pelas doenças que causam aos seres humanos, animais e
plantas. Uma das principais características destes organismos que os diferencia de
outros seres vivos é não possuírem células, ou seja, são acelulares. Mas nós acabamos
de estudar que todos os seres vivos são formados por células, não é mesmo?
Os vírus são formados por uma molécula de DNA ou RNA (material genético),
envoltos por uma estrutura conhecida por capsídeo, composta por proteínas. Os vírus
precisam de uma célula hospedeira viva para replicar o seu material genético, porque
eles não possuem metabolismo próprio e acabam utilizando todas as organelas e
enzimas de uma célula para se reproduzir, prejudicando, assim, as funcionalidades da
célula.
Estes organismos seriam uma exceção à regra? Há controvérsias em relação à
classificação dos vírus. Segundo as considerações científicas, se analisarmos a
característica dos seres vivos de se reproduzirem, a capacidade de evoluírem em
resposta ao ambiente e apresentarem uma variabilidade, os vírus devem, então, ser
considerados organismos vivos. No entanto, por não possuírem metabolismo próprio,
muitos cientistas acreditam que deveriam ser considerados somente partículas
infecciosas, entidades sem vida, ao invés de seres vivos propriamente ditos.
FOCO NO MERCADO DE TRABALHO: O FENÔMENO DA VIDA.
CARACTERÍSTICAS DAS CÉLULAS PROCARIONTES E
EUCARIONTES
SEM MEDO DE ERRAR
Você como trainee precisa demonstrar os seus conhecimentos a respeito da origem das
células, as suas principais estruturas para conseguir identificá-las e saber as diferenças
dos tipos de microscópios e quando utilizá-los. Agora você já está preparado para
resolver a situação-problema com todo o conhecimento adquirido até o momento.
Vamos lá?
A célula é a unidade estrutural e funcional dos seres vivos, sendo visível apenas com o
microscópio. Foi descoberta em 1665, por Robert Hook, quando este observou células
mortas de cortiça. Em geral, as células são constituídas pela membrana plasmática,
citoplasma e material genético. Elas se diferenciam tanto em sua estrutura quando em
sua funcionalidade e podem ser células procariontes (mais simples) e células
eucariontes (mais complexas).
A invenção do microscópio permitiu ao homem uma nova visão do mundo e a
exploração de diversos campos antes desconhecidos, invisíveis a olho nu. Foi possível
reconhecer as células e suas estruturas graças a este advento. Com o avanço desta
tecnologia e o conhecimento científico, muitos tratamentos de doenças, medicamentos
e terapias vêm sendo desenvolvidos, trazendo ótimos benefícios à saúde.
Existem dois modelos de microscópios, os ópticos e os eletrônicos, e dentre eles
existem vários tipos, cada um com uma determinada finalidade. Os microscópios
ópticos, também conhecidos como microscópios de luz, são os mais comuns de serem
vistos, mais utilizados em instituições de ensino. O microscópio óptico utiliza a luz e
as lentes de cristal, permitindo um aumento de 10 a 100 vezes, chegando a uma
ampliação final de 1000 vezes de uma imagem. Já os microscópios eletrônicos não
utilizam a luz e, sim, feixes de elétrons, e ao invés de lentes de cristal utilizam lentes
eletromagnéticas. São muito mais potentes e podem ampliar uma imagem em até 300
mil vezes. No entanto, mesmo sendo muito potentes, eles permitem apenas a
visualização da superfície da amostra, enquanto os microscópios ópticos permitem a
visualização direta da amostra, sendo ideais para observar materiais vivos.
Figura 1.1 | Lâmina A
Fonte: Engelkirk; Duben-Engelkirk (2012, p. 59).Figura 1.2 | Lâmina B
Fonte: Junqueira; Carneiro (2013, p. 51).Figura 1.3 | Lâmina C
Fonte: Wikimedia Commons.
Na lâmina A, é possível visualizar bactérias. As bactérias são microrganismos
unicelulares procariontes e podem ter variadas formas, no caso da figura, estas
bactérias possuem formato de bacilos. Estes organismos vivos são compostos de
citoplasma, membrana plasmática e parede celular. O material genético fica disperso
no citoplasma.
A lâmina B representa uma célula animal e pode ser de um organismo pluricelular
eucarioto. Possui a membrana plasmática, o citoplasma e o núcleo, visíveis na
imagem. O seu material genético encontra-se dentro do núcleo, delimitado pela
membrana nuclear, e em seu citoplasma ficam alocadas diversas organelas
citoplasmáticas não visíveis ao microscópio óptico, com exceção dos vacúolos.
Por fim, a lâmina C contém células vegetais. É possível dizer que é de um organismo
pluricelular eucarioto. São notáveis a parede celular, o núcleo e o citoplasma destas
células. Notamos ainda que o citoplasma ocupa quase toda a parte da célula.
Após todas estas observações, você já está preparado para apresentar todas os seus
apontamentos para o Jean, demonstrando que você está preparado para as próximas
etapas do treinamento. Você conseguiu superar o desafio até aqui, parabéns! O
caminho proposto foi apenas um exemplo de como você poderia responder a
situação-problema apresentada.
AVANÇANDO NA PRÁTICA
MICROSCOPIA E A SAÚDE
O laboratório de biologia celular e molecular da universidade na qual você estuda
recebeu uma demanda de amostras para serem analisadas. Os pesquisadores de
doutorado e mestrado estão analisando o vírus SARS-CoV-2, para a publicação de um
trabalho. O vírus causador da doença COVID-19, de importância internacional, de
acordo com a Organização Mundial de Saúde (OMS), cerca de 80% dos pacientes são
assintomáticos ou apresentam poucos sintomas da doença, enquanto em
aproximadamente 20% dos casos, os pacientes requerem atendimento hospitalar.
Os pesquisadores estão buscando compreender um pouco mais a respeito da estrutura
deste vírus e o seu comportamento. O laboratório recebeu equipamentos novos e foi
todo estruturado para atender a estas pesquisas, no entanto, os estagiários que
auxiliavam os pesquisadores estavam ausentes, devido a uma viagem da universidade.
O professor da disciplina de Biologia Celular convocou alguns alunos para ajudar os
pesquisadores e a sua missão será tirar fotos do vírus no microscópio para serem
analisadas posteriormente. No entanto, lhe foi solicitado que você tire as fotos de mais
de um microscópio.
Quais microscópios você deve utilizar? Qual a diferença na imagem deles? E você
consegue se lembrar das características e estruturas dos vírus para poder observá-las?
RESOLUÇÃO
Primeiramente, você deve se recordar das características dos vírus. São organismos
acelulares, ou seja, não possuem células, tão pouco possuem ribossomos ou outras
estruturas que sustentem o seu organismo, não realizando, portanto, nenhuma atividade
metabólica. Os vírus necessitam de outras células para se reproduzir e sobreviver, desta
forma são considerados parasitas intracelulares obrigatórios. São formados por uma
capsula proteica (capsídio), que envolve o material genético (ou um DNA ou um RNA, ou
em alguns casos os dois). Alguns vírus têm ainda um envelope viral (proteção lipídica
externa) e emseu capsídeo há proteínas ligantes para se ligarem as células que serão
infectadas. Estes organismos são muito pequenos e não podem ser vistos a olho nu ou em
microscópio óptico.
Desta forma, você já sabe que não deverá utilizar o microscópio óptico, pois não irá
conseguir visualizar o vírus SARS-CoV-2 e registrar as imagens solicitadas.
O outro tipo de microscópio é o microscópio eletrônico, que possui dois modelos, o MET
(microscópio eletrônico de transmissão) e o MEV (microscópio eletrônico de varredura).
No MET, o material a ser analisado deverá ser cortado em fatias finas, e ele possui um
maior poder de resolução do que o MEV. O microscópio de transmissão permite uma
resolução de 0,002 nm, permitindo a visualização de estruturas celulares como as
organelas, interação de parasitas com as células e informações sobre alterações nas células
ocorridas por vírus, bactérias, dentre outros. O MEV pode ser considerado complementar à
microscopia de transmissão, tem a vantagem de fornecer imagens tridimensionais e o
https://conteudo.colaboraread.com.br/202102/INTERATIVAS_2_0/INTRODUCAO_A_BIOLOGIA_CELULAR_E_DO_DESENVOLVIMENTO/LIVRO_DIGITAL/fmt_u1s1.html#resolucao%20.item-1
material a ser analisado não precisa ser cortado (ou seja, podem ser utilizadas amostras
grossas). O poder de resolução é de 10 nm, utilizado para estudos de morfologia e
taxonomia, visualizando organismos inteiros, tecidos e órgãos.
Figura 1.7 | Imagens do vírus SARS-CoV-2
Imagem A
Imagem B
Fonte: adaptado de Instituto Butantan (n.p.).
Unidade 1 - Seção 2
MEMBRANA PLASMÁTICA
PRATICAR PARA APRENDER
Caro aluno, estudamos até aqui a unidade fundamental da vida, a célula. Aprendemos
a classificá-la e conhecemos um pouco sobre a suas características e particularidades.
Vocês se lembram dos três componentes básicos de todas as células? Todas as células,
sejam elas procariontes ou eucariontes, têm em sua estrutura a membrana plasmática,
o citoplasma e o material genético.
Nesta seção, iremos aprofundar os nossos estudos em um dos componentes mais
característicos das células, a membrana plasmática ou membrana celular. Você
seguramente já ouviu falar em “mosaico fluido”, “permeabilidade seletiva”, “uma
camada que tem medo da água e outra com afinidade à água”, dentre outras
expressões, todas elas fazem referência a algumas das características da membrana
celular.
A membrana plasmática é a estrutura que delimita todas as células vivas: ela separa o
ambiente intracelular do ambiente extracelular, controlando assim tudo o que entra e
sai da célula, por meio de transportes ativos (com gasto de energia) ou passivos (sem
gasto de energia). Além de delimitar a célula e protegê-la de agentes diversos, a
membrana celular participa de processos de reconhecimento celular e sinalização
celular, participa da comunicação entre as células, dentre outras funções particulares
de algumas membranas.
E qual seria então a sua importância na saúde? Algumas doenças são causadas por
alterações na membrana plasmática e acabam apresentando risco à vidacomo o mal de
Alzheimer e a fibrose cística. Além disso, a absorção de fármacos também está
relacionada com o funcionamento da membrana celular, dependendo da composição,
eles conseguem penetrar mais rápido pelas membranas, como no caso dos fármacos
solúveis em lipídios. Desta forma, estudaremos não só a composição da membrana
plasmática, mas também as suas funções, características e como são realizados os
transportes de substâncias através da membrana, uma vez que esta é seletiva e apenas
algumas substâncias podem entrar ou sair das células. Além disso, dependendo da
concentração de moléculas no meio intracelular em relação ao meio extracelular, a
membrana faz um transporte diferente. Vamos conhecê-los no decorrer desta seção.
Seguiremos com a situação hipotética em que uma multinacional farmacêutica abriu
um processo seletivo de trainee em diversos setores e você foi um dos candidatos
selecionados. Você está atuando no setor de produção, na área de pesquisa,
desenvolvimento e testes dos medicamentos e trabalha com uma equipe de
farmacêuticos, biólogos, biomédicos, médicos, engenheiros químicos e biotecnólogos.
Para executar bem a sua função, você precisa se dedicar muito e estar disposto a
aprender com esta nova experiência. Você foi encaminhado para um dos laboratórios
da empresa, para acompanhar o trabalho de um biólogo experiente e aprender um
pouco do trabalho feito por ele.
O gestor que está conduzindo o seu treinamento lhe apresentou ao farmacêutico
Carlos, do mesmo laboratório, e vocês farão alguns testes para verificar a ação de
fármacos nas células e como eles atravessam a membrana celular para agirem. Eles
lhe explicaram que os fármacos podem atravessar a membrana plasmática de quatro
formas distintas: por difusão passiva, por difusão passiva facilitada, por transporte
ativo e por pinocitose.
Qual a diferença entre estes transportes? Existem outros transportes realizados pela
membrana plasmática? Jean solicitou o seu auxílio para montar uma apresentação para
os outros trainees que irão conhecer o laboratório. Para a apresentação será necessário
apresentar uma introdução com as partes principais das células comuns a todos os
seres vivos, com ênfase na membrana plasmática, suas características e funções, para
que todos possam compreender a demonstração dos testes que vocês farão.
Como veremos, a membrana plasmática não é apenas uma barreira inerte na célula
que a delimita: ela tem funções de extrema importância e seu mau funcionamento
pode afetar algumas de suas funções, gerando problemas sérios como o
desenvolvimento de doenças, entre outros, os quais podem trazer consequências para
o ser vivo em questão. Todos esses pontos serão estudados nesta seção.
CONCEITO-CHAVE
A membrana plasmática ou celular, como também é chamada, é a estrutura que
delimita a célula, ou seja, separa o meio intracelular do extracelular. Ela está presente
na superfície de todas as células, sejam elas procariontes ou eucariontes, e é
responsável por manter a integridade da célula e controlar o tráfego de substâncias que
entram e saem, formando uma barreira seletiva com uma estrutura complexa e
organizada. Devido a sua diminuta espessura, com cerca de 7 a 10 nm, não pode ser
visualizada em microscópio óptico, no entanto, a sua existência já era conhecida antes
da invenção do microscópio eletrônico, por meio de técnicas de coloração e
contrastes. Um dos primeiros indícios de sua existência foi a observação da alteração
do volume das células de acordo com a concentração de soluções inseridas nestas. Na
década de 1950, com a microscopia eletrônica, foi possível identificar as
características e composição das membranas plasmáticas, concluindo que a estrutura
básica das membranas biológicas é semelhante em todos os tipos celulares. Vamos
conhecer um pouco mais desta membrana a seguir.
COMPOSIÇÃO E FUNÇÕES
Todas as membranas plasmáticas são constituídas basicamente por moléculas de
lipídeos, proteínas e cadeias de carboidratos ligados aos lipídios e às proteínas. A
proporção destes componentes varia conforme o tipo de célula. Por exemplo: as
membranas de mielina (recobrem fibras nervosas) possuem 80% de lipídios, enquanto
as membranas de eritrócitos (glóbulos vermelhos) possuem cerca de 40% de sua
massa composta por lipídios, e o restante distribuídos entre os demais constituintes.
ATENÇÃO
Apesar das porcentagens dos componentes da membrana plasmática
variarem bastante de acordo com o tipo celular considerado, elas, em
geral, apresentam uma composição lipoproteica predominante.
O primeiro componente da membrana celular que iremos estudar é o lipídio. Os
lipídios associados às membranas são moléculas com uma extremidade hidrofílica e
uma cadeia hidrofóbica. Mas o que isso significa e qual é a sua importância?
As moléculas que apresentam a região hidrofílica têm afinidade com a água, sendo
solúveis em meio aquoso, isto ocorre porque elas são moléculas polares. Já a região
hidrofóbica destas moléculas tem aversão à água eé insolúvel em meio aquoso, porém
solúvel em lipídios e considerada apolar. As moléculas que apresentam estas
características são consideradas anfipáticas, ou seja, elas têm regiões hidrofílicas e
hidrofóbicas.
Os lipídios mais abundantes da membrana são os fosfolipídios, por conterem grupos
fosfato e, dentre eles, os mais comuns encontrados nas membranas celulares são os
fosfoglicerídeos, esfingolipídios, colesterol e glicolipídios.
ASSIMILE
O colesterol está presente nas membranas das células animais e não é
encontrado nas células vegetais, que, ao contrário, contêm outros
esteróis.
A concentração de esteróis determina a fluidez da membrana e quanto
maior a concentração, menos fluida é a membrana. As células
procariontes não contêm esteróis, salvo raras exceções (JUNQUEIRA e
CARNEIRO, 2012).
Graças às suas propriedades anfipáticas, os fosfolipídios, em meio aquoso, formam
uma dupla camada ou bicamada, com porções hidrofóbicas voltadas para o interior da
célula e a as extremidades hidrofílicas voltadas para o meio exterior aquoso. Essa
característica é essencial para a manutenção da bicamada lipídica, estrutura básica
universal da membrana plasmática, assim como de outras membranas biológicas, que,
associadas a proteínas, constituem um mosaico fluido, que estudaremos mais adiante.
As proteínas podem ser consideradas o segundo maior componente das membranas
plasmáticas, cuja atividade metabólica depende delas. Cada tipo de membrana tem
proteínas características, responsáveis pelas funções da membrana (JUNQUEIRA;
CARNEIRO, 2012). Existem dois grandes grupos de proteínas, as integrais (ou
intrínsecas) e as periféricas (ou extrínsecas), classificadas de acordo com a facilidade
ou não de extraí-las da bicamada lipídica. Elas atravessam a bicamada lipídica e
auxiliam em quase todas as funções da membrana e estão envolvidas no transporte
através da membrana e na comunicação celular. As proteínas se encontram agrupadas
pela membrana de acordo com as suas especialidades, uma vez que são as principais
responsáveis pela atividade da membrana plasmática.
ASSIMILE
As proteínas integrais são integradas à membrana, estão firmemente
associadas aos lipídios e só podem ser separadas da parte lipídica com o
auxílio de técnicas, como o uso de detergentes. As proteínas que
atravessam a membrana de um lado a outro são conhecidas por
proteínas transmembranas. Enquanto as proteínas extrínsecas não estão
associadas aos lipídios e podem ser facilmente isoladas com o emprego
de soluções salinas.
E, por fim, os outros componentes da membrana celular são os carboidratos
(oligossacarídeos). Encontrados na superfície externa das células, eles podem estar
associados às proteínas (glicoproteínas) ou aos lipídios (glicolipídios). Quando
associados às proteínas, os carboidratos formam marcadores celulares, que permitem
às células reconhecerem umas às outras.
EXEMPLIFICANDO
O nosso sistema imunológico possui células imunitárias (leucócitos)
que por meio de marcadores celulares conseguem diferenciar as células
do nosso organismo que não devem ser “atacadas” das células
estranhas, que devem ser “atacadas”. Ou seja, trata-se de um
mecanismo de defesa do nosso organismo.
A região composta por glicoproteínas e glicolipídios é denominada de glicocálice ou
glicocálix, com importantes funções para a célula, desde proteção contra lesões de
natureza química e mecânica, capacidade de adsorver água (evitando ligações
indesejadas entre células), reconhecimento celular e adesão celular (importante para
criação de tecidos).
DICA
O glicocálice das hemácias determina os grupos sanguíneos (A, B, AB
ou O). O reconhecimento do tipo sanguíneo é extremamente importante
para a realização de transfusões de sangue e tratamento de algumas
doenças.
Conhecendo a composição básica das membranas plasmáticas, podemos concluir que
elas estão envolvidas em processos vitais das células: proteção das estruturas
celulares, permeabilidade seletiva (no controle de entrada e saída de substâncias da
célula), delimitação do conteúdo intracelular e extracelular (mantém a integridade da
célula), transporte de substâncias essenciais ao metabolismo celular (com o auxílio das
proteínas), suporte físico para enzimas que ficam fixadas nela, reconhecimento de
substâncias e comunicação celular (por meio de receptores específicos na membrana).
MEMBRANA PLASMÁTICA E SUAS CARACTERÍSTICAS
Além da sua propriedade de permeabilidade seletiva, controlando o fluxo de
substâncias na célula, a membrana plasmática possui outras duas características: a sua
fluidez e assimetria.
Para representar a estrutura dinâmica e complexa da membrana plasmática, formada
por uma bicamada lipídica, constituída de proteínas e carboidratos, foi proposto, em
1972, o modelo de mosaico fluido (figura 1.7), idealizado por Singer e Nicholson. O
modelo foi assim denominado, porque a membrana plasmática se assemelha a um
mosaico composto por uma combinação de proteínas e lipídios (fosfolipídios).
Figura 1.8 | Modelo mosaico fluido da membrana plasmática
Fonte: adaptada de Wikimedia Commons.
A bicamada da membrana é formada por fosfolipídios, moléculas anfipáticas que se
encontram em constante deslocamento, permitindo a fluidez da membrana. As
moléculas de proteínas presentes na bicamada da membrana estão dispostas com a sua
parte hidrofílica em contato com a região aquosa da célula. Algumas proteínas podem
se deslocar lateralmente, comprovando que a membrana é um fluido que permite a
movimentação das proteínas dentro de uma matriz lipídica líquida (JUNQUEIRA;
CARNEIRO, 2012).
A membrana plasmática apresenta uma assimetria entre as duas faces de sua
membrana, as quais marcam a composição de lipídios e de proteínas. Outro fator que
corrobora com esta assimetria é a distribuição das moléculas de carboidratos
(glicolipídios e glicoproteínas), localizadas somente na face da membrana voltada
para o meio extracelular, conhecida como glicocálix.
É importante termos o conhecimento de que a membrana plasmática de algumas
células apresenta especializações de funções. Nestes casos, as regiões da membrana
sofrem determinadas modificações especializando-a para uma atividade mais
específica, como absorção de substâncias, aderência, locomoção e comunicação
intracelular. Alguns exemplos mais conhecidos destas especializações são:
• Microvilosidades: prolongamentos digitiformes, encontradas na superfície de
células do intestino e rins, aumentam a absorção de nutrientes.
• Desmossomos: estruturas formadas pela membrana com a função de manter as
células unidas umas às outras, aumentando a adesão entre elas. São encontrados em
vários pontos da superfície da membrana plasmática.
• Cílios e flagelos: estruturas citoplasmáticas anexas à membrana plasmática, com
função, em geral, de locomoção. Os flagelos por exemplo são encontrados em
espermatozoides, enquanto os cílios estão presentes nas vias respiratórias, auxiliando
na defesa (retenção de impurezas).
TRANSPORTES ATRAVÉS DA MEMBRANA
A membrana plasmática, como vimos, não só separa o meio intracelular do
extracelular, como também controla a entrada e saída de substâncias da célula,
formando uma barreira que facilita ou dificulta a passagem de moléculas, por isso é
denominada de membrana semipermeável ou com permeabilidade seletiva. O
transporte de substâncias através da membrana pode ocorrer de diferentes maneiras,
dependendo das características das substâncias e das estruturas presentes em cada uma
das células.
Para compreender os diferentes tipos de transportes da membrana plasmática,
precisamos primeiro conhecer as substâncias que passam pelas membranas,
conhecidas como soluto (íons ou pequenas moléculas que são dissolvidas) e solvente
(meio líquido, no qual o soluto é dissolvido). E como ocorre o fluxo dessas
substâncias na membrana? As moléculas seguem um gradiente de concentração, isto
significa que elas sempre seguem em direção ao local de maior concentração para o
local de menor concentração, até que a distribuição das moléculas seja uniforme, e
paramanter o equilíbrio, o intercâmbio de substâncias passa a ser proporcional. Desta
forma, podemos caracterizar o meio intra e extracelular como isotônico, quando a
concentração de soluto é igual no meio interno e externo da célula; hipertônico,
quando a concentração de soluto é maior em relação ao solvente, no meio; e
hipotônico, quando a concentração de soluto é menor em relação ao solvente, no meio.
Com estas informações já sabemos que o tipo de substância e a concentração dela
influenciam no tipo de transporte que será adotado, de forma ativa (com gasto de
energia) ou passiva (sem gasto de energia).
O transporte passivo é caracterizado pela passagem das substâncias através da
membrana plasmática, seguindo o gradiente de concentração, da região mais
concentrada para a menos concentrada, podendo ocorrer tanto no interior das células
como entre as células e o meio externo. Existem três tipos: difusão simples, difusão
facilitada e osmose. Como podemos diferenciá-los?
Na difusão simples ou passiva, o soluto é transferido através da membrana plasmática
do meio mais concentrado para o menos concentrado, podendo entrar ou sair da célula
de acordo com a disposição destas concentrações nos meios intra e extracelulares.
Neste caso, o soluto precisa ser pequeno e apolar. A força que impulsiona o soluto
para dentro ou para fora da célula é a própria agitação térmica das moléculas, não
havendo gasto de energia (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012). A relação entre a
concentração de O2 e CO2 nas células é devida à difusão simples. A maioria dos
fármacos, por exemplo, por apresentarem moléculas pequenas, é capaz de atravessar a
membrana placentária por difusão, permitindo à gestante transferi-los para o feto, no
entanto, a insulina possui moléculas grandes incapazes de atravessar a membrana da
placenta por meio da difusão.
Já na difusão facilitada, as moléculas que não conseguem atravessar facilmente a
membrana precisam do auxílio de algumas proteínas com função transportadora,
chamadas de proteínas permeases ou carreadoras. Estas proteínas transportam as
substâncias (moléculas e íons) polares que não conseguem atravessar a parte dos
fosfolipídios (hidrofóbica) da membrana. Como exemplo, podemos citar a molécula
de glicose, algumas vitaminas e aminoácidos. As proteínas que auxiliam neste
transporte são capazes de mudar a sua conformação de forma e reconhecerem a
substância que deve ser transportada, facilitando o transporte, sem gasto de energia, a
favor do gradiente de concentração. Este processo ocorre em uma velocidade maior do
que o processo de difusão simples.
Por fim, na osmose, a passagem do solvente ocorre de uma região com baixa
concentração de soluto para uma região mais concentrada. A entrada ou saída do
solvente na célula depende da quantidade de soluto presente, controlada pela pressão
osmótica, que atua no equilíbrio destas concentrações. Você deve se lembrar de ter
ouvido que jogar sal no corpo da lesma, ela derrete, certo? Isso ocorre porque a
concentração de sal é muito maior no meio externo do que no corpo da lesma e, desta
forma, a água através do processo de osmose sai do corpo da lesma, causando a sua
morte.
Quando estudamos as células do sangue (hemácias) e as inserimos em um meio
hipotônico, a água passará por osmose para o interior da célula, mais concentrado.
Assim, a célula acaba inchando por ganhar água e, pode, até mesmo estourar. Estas
mesmas células inseridas em um meio hipertônico perdem água para o meio e acabam
murchando, muitas vezes, elas podem inclusive morrer ou ter as suas funções
afetadas. O ideal é que as células estejam em um meio isotônico, com a mesma
pressão osmótica nos meios intra e extracelular, permitindo a entrada e saída de água
da célula com facilidade.
REFLITA
A osmose ocorre da mesma forma em células animais e vegetais? A
parede celular das células vegetais teria alguma influência no
comportamento da célula, já que ela é uma camada de proteção extra?
Diferentemente das células animais, as células vegetais quando expostas ao meio
hipotônico ou hipertônico, em virtude da presença de parede celular, impedem a
entrada ou saída excessiva de água na célula. As células vegetais ficam turgidas, mas
não chegam a se romper, ou ficam plasmolisadas, quando perdem muita água, no
entanto, a sua composição interna fica preservada e ao absorver água, elas retornam à
sua situação inicial.
No transporte passivo ocorre a ação dos gradientes de concentração, sem a atuação
celular ou gasto energético, e sua classificação é de transporte físico. Como funciona
então o transporte ativo? Ao contrário do transporte passivo, as substâncias são
transportadas para a célula contra o gradiente de concentração, do meio de menor
concentração (meio hipotônico) para um meio de maior concentração (meio
hipertônico), sendo necessário o gasto de energia.
Figura 1.9 | Diferentes mecanismos e estruturas da membrana são utilizados pelos
solutos para atravessar as membranas da célula
Fonte: De Robertis e Hib (2017, p. V).
O transporte ativo pode ser dividido em transporte primário e secundário. Vamos
entender a diferença entre eles? Em ambos os casos, são utilizadas proteínas
carreadoras que auxiliam no transporte destas substâncias, que precisam ser ativadas
por meio de energia. O transporte ativo primário utiliza uma fonte de energia química,
como o trifosfato de adenosina (ATP) ou outro fosfato rico em energia, para ativar as
proteínas transportadoras e mover as substâncias através da membrana contra o seu
gradiente. Um exemplo é a bomba de sódio-potássio, que utiliza proteínas
transportadoras que capturam os íons de sódio (Na+) de dentro do citoplasma da
célula e os bombeia para fora delas, enquanto capturam os íons de potássio (K+) do
meio externo bombeando-os para o interior das células. Como as proteínas utilizam
energia, proveniente do ATP, este processo de transporte é considerado ativo primário.
A bomba de Na+/K+ tem a importante função de manter as concentrações apropriadas
destes íons nas células vivas, controlando a estabilidade do volume celular e a
concentração de água no interior da célula, evitando assim que as células inchem a
ponto de estourarem. Além disso, a bomba de sódio-potássio está diretamente
relacionada às funções fisiológicas dos processos de contração muscular e condução
dos impulsos nervosos, manutenção de gradientes eletroquímicos na célula e em suas
organelas.
Já o transporte ativo secundário (cotransporte) é caracterizado pelo uso de energia
indireta, por meio do uso de um gradiente eletroquímico gerado pelo transporte ativo
primário para mover outras substâncias contra os seus gradientes. Senso assim, este
tipo de transporte depende da atividade em paralelo de um transportador ativo
primário. A energia armazenada em gradientes, proveniente do transporte ativo
primário, é utilizada no lugar da energia química (molécula de ATP) para ativar as
proteínas transportadoras e realizar o transporte. Este tipo de transporte ativo
secundário ocorre por exemplo nas células do intestino delgado, durante a absorção de
glicose na superfície da célula exposta à luz do intestino (BARRETO et al., 2014).
Além dos processos de transportes descritos, muitas células são capazes de transferir
macromoléculas (proteínas, polissacarídeos etc.), além de partículas maiores visíveis
ao microscópio óptico, como bactérias e outros microrganismos, por meio de
alterações morfológicas da superfície celular. As alterações morfológicas envolvem a
formação de vesículas e dobras que englobam o material a ser introduzido na célula.
Estes processos são conhecidos por endocitose (transporte para o interior da célula) e
exocitose (transporte para o meio extracelular).
A endocitose envolve o englobamento e transporte de partículas maiores, moléculas,
solutos, pedaços de tecido, microrganismos, dentre outros. Este processo é
diferenciado pelo tipo de substância englobada, podendo ser: fagocitose
(englobamento de partículas sólidas, por pseudópodes) e pinocitose (englobamento de
partículas líquidas, pormeio de invaginações). As partículas englobadas sofrem
processo de digestão intracelular por auxílio de enzimas presentes nos lisossomos. Já
o processo de exocitose permite à célula a liberação ou excreção de produtos
metabólicos provenientes de digestão celular, ou compostos sintetizados no interior da
célula, em grandes quantidades. O complexo de Golgi está envolvido neste processo
de liberação de moléculas da célula para o meio extracelular.
Figura 1.10 | Processos de endocitose e exocitose
Fonte: adaptado de Wikimedia Commons.
IMPACTOS DO MAU FUNCIONAMENTO DAS MEMBRANAS CELULARES
A membrana plasmática desempenha um papel de extrema importância para a
manutenção da vida, relacionada à sua propriedade de permeabilidade seletiva.
Quando há qualquer defeito nas membranas celulares que ocorra a perda de
permeabilidade seletiva, pode ocorrer a entrada ou escape de substâncias. Estas
alterações ou lesões podem ser causadas pela falta de energia ou por toxinas,
substâncias químicas, vírus, dentre outros.
Algumas doenças de origem genética estão relacionadas à membrana, representando
risco à vida,. O mal de Alzheimer por exemplo, resulta em alterações fosfolipídicas no
cérebro, que comprometem a membrana celular, visto que este componente é essencial
ao funcionamento da membrana plasmática. Podemos citar ainda a fibrose cística,
outra doença provocada pela alteração na proteína responsável pelo transporte de íons
através das membranas celulares. Essa doença afeta pulmões, pâncreas e o sistema
digestivo.
Todas as funções desempenhadas pela membrana plasmática como sua organização e
composição fazem dela uma estrutura complexa e essencial à vida.
FOCO NO MERCADO DE TRABALHO: MEMBRANA PLASMÁTICA
SEM MEDO DE ERRAR
Agora que você já conheceu um pouco mais a respeito das células, sua importância
aos seres vivos e sua composição, o estudo de um de seus componentes, a membrana
plasmática, permitiu ter mais clareza do quão complexa é a organização das células.
São inúmeras proteínas, carboidratos, lipídios, dentre outras moléculas, todas com
funções especializadas trabalhando em conjunto para o funcionamento correto das
células, sejam elas eucariontes ou procariontes. Com todo este conhecimento, você já
está preparado para resolver a situação-problema da seção.
Para realizar os testes nas células utilizando fármacos, Jean e Carlos lhe explicaram
que os fármacos utilizam os transportes por difusão passiva, por difusão passiva
facilitada, por transporte ativo e por pinocitose. Qual a diferença entre estes
transportes? Existem outros transportes feitos pela membrana plasmática?
Devemos nos lembrar dos dois tipos de transportes que as membranas realizam: o
transporte passivo (sem gasto de energia) e o transporte ativo (com gasto de energia).
É importante frisar que o gasto ou não de energia está relacionado com o gradiente de
concentração em relação aos meios intracelular e extracelular. Quando o transporte de
substâncias é realizado de um meio mais concentrado para um meio menos
concentrado, não há gasto de energia porque o fluxo das substâncias está a favor do
gradiente de concentração. Ao contrário, quando há gasto de energia, as substâncias
seguem em direção contrária ao gradiente de concentração, se movem do meio menos
concentrado para o meio mais concentrado.
Sabemos que a difusão passiva ou simples e a difusão facilitada são exemplos de
transporte passivo. Quando há difusão simples, as substâncias transportadas são
solutos pequenos que conseguem atravessar a membrana seguindo o gradiente de
concentração. Já na difusão facilitada, as substâncias que não possuem afinidade com
os lipídios, ou íons que mesmo pequenos não conseguem atravessar sozinhos a
bicamada lipídica da membrana, recebem o auxílio de proteínas carreadoras que as
transportam através da membrana. Esta é uma característica destas proteínas
auxiliares, capazes de reconhecerem as substâncias e realizarem esta modificação em
sua estrutura, sem a necessidade de gasto de energia.
No transporte ativo é necessário o gasto de energia: quando esta é proveniente de uma
molécula de ATP, caracteriza-se o transporte ativo primário; já quando a energia
utilizada é proveniente de outro processo, tem-se o transporte ativo secundário. A
pinocitose é um transporte feito por membranas que englobam partículas líquidas e as
transportam para o interior das células, por um processo chamado de endocitose.
Existem outros tipos de transportes feitos pela membrana plasmática, como a osmose
(transporte passivo), a bomba de sódio-potássio (transporte ativo), a fagocitose
(transporte realizado por membranas), a exocitose (transporte realizado por
membranas).
Após responder com clareza estes questionamentos, você já está pronto para montar
uma apresentação destacando os principais conceitos das células e membrana
plasmática, de forma que fique clara e objetiva para os seus colegas também trainees.
Caso seja necessário retome o conteúdo.
AVANÇANDO NA PRÁTICA
ATUAÇÕES DA MEMBRANA PLASMÁTICA
Imagine você, no laboratório de biologia celular, como estagiário, auxiliando o
professor de biologia em uma prática laboratorial de transportes de membrana
plasmática.
O professor procura trazer em suas aulas conhecimentos do cotidiano dos alunos para
que eles consigam associar o conteúdo de uma forma mais prática. Foram preparados
dois experimentos:
1o experimento: em um copo de água foi adicionado um pouco de iodo. Introduziu-se
no copo uma espécie de bolsa feita com um pedaço de papel filme (fino e aderente,
utilizado para envolver alimentos), uma colher de sopa de amido de milho e um pouco
de água. Simulando a membrana plasmática, a bolsa de papel filme, contendo amido e
água, ao ser imersa na solução do copo (água e iodo) e passado algum tempo, adquire
coloração violeta. A coloração é por conta da cor do iodo dissolvido em água presente
no copo.
2o experimento: duas folhas de alface são colocadas em um prato e em uma das folhas
foi adicionado grande quantidade de sal e limão, enquanto a outra folha de alface
permaneceu sem adição de substâncias. Passado algum tempo, a folha de alface com
adição de sal e limão (simulando uma salada temperada que utilizamos em nossas
casas) encontrava-se murcha, já a folha sem tempero estava como antes, intacta.
Você ficou encarregado de explicar os dois experimentos aos alunos. Mas o que será
que aconteceu? Você consegue explicar estes processos imaginando o funcionamento
das células? Qual transporte celular foi simulado no 1º experimento? O mesmo
processo ocorreu no 2º experimento?
RESOLUÇÃO
Bom, vamos lá. Para você explicar aos alunos os experimentos realizados, você precisa se
lembrar dos tipos de transportes feitos pela membrana plasmática e os seus conceitos.
No 1º experimento, o processo observado foi o transporte passivo de difusão simples,
resultante da passagem espontânea das partículas de iodo (soluto) de um meio mais
concentrado (copo de água com iodo) para o menos concentrado (simulador da célula –
amido de milho com água envolto por plástico filme). O plástico filme está simulando a
membrana plasmática, e as partículas do iodo atravessaram esta membrana no sentido do
gradiente de concentração, buscando o equilíbrio da concentração dos meios.
Já no 2º experimento, o transporte celular simulado é o transporte passivo conhecido por
osmose. A folha de alface temperada com com sal e limão, simulando a salada que
costumamos comer, ficou com aspecto murcho devido ao sal adicionado na superfície da
folha, uma vez que no interior das células da folha de alface criou-se um meio hipotônico
(menor concentração de solutos) em relação ao meio extracelular (a folha em contato com
o ambiente externo), fazendo com que a folha perdesse água para o ambiente externo,
apresentando o aspecto murcho. Pode-se dizer também que o meio externo estava
hipertônico (mais concentrado) do que o interior das células da folha de alface. Enquanto a
folha de alface sem adição de sal e limão permaneceu intacta, por estar em um meio
isotônico, de equilíbrio.Vale lembrar das propriedades da osmose em células vegetais, que têm a parede celular
que auxilia no processo de desplasmólise, o inverso da plasmólise. A folha lavada e imersa
em um meio hipotônico (vasilha de água), absorve a água e retorna a sua situação inicial.
Unidade 1 - Seção 3
SINALIZAÇÕES CELULARES
PRATICAR PARA APRENDER
Caro aluno, como está? Vamos dar sequência aos nossos estudos?
Você se recorda da unidade fundamental da vida, a célula, e os seus principais
componentes? Estudamos um pouco mais afundo a membrana plasmática, a sua
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composição e importância. Estudamos também a bicamada fosfolipídica que constitui
a membrana plasmática, composta por proteínas inseridas nesta dupla camada, que
auxiliam em quase todas as atividades celulares. Elas se encarregam desde o
transporte de substâncias, permitindo a passagem para o interior ou exterior das
células, até a ancoragem para o citoesqueleto, auxiliando na adesão das células
adjacentes formadoras de tecidos, além de funcionarem como receptores da membrana
no processo de sinalização celular, que estudaremos nesta seção.
Mas o que é a sinalização celular? Este complexo processo de comunicação existente
entre as células é fundamental para o funcionamento dos organismos, principalmente
dos multicelulares, que precisam emitir sinais de uma célula a outra para se
comunicar. As células podem detectar o que ocorre ao seu redor por meio de sinais
advindos de células vizinhas, células mais distantes ou até mesmo sinais advindos do
meio exterior. A membrana plasmática junto das proteínas funcionam como
transdutoras de sinais, ou seja, convertem um tipo de sinal ou estímulo em outro, que
são levadas para outras células através de proteínas e enzimas. Desta forma, as células
recebem informações a respeito das funções que deverão desempenhar, assim sendo,
as respostas celulares que deverão resultar em contração, secreção, crescimento,
diferenciação, propagação de um impulso nervoso, morte celular, dentre inúmeras
outras. A compreensão deste complexo sistema é fundamental para o desenvolvimento
de pesquisas na área de biologia celular, nas interações de fármacos com os receptores
específicos da membrana, ação destes fármacos nas células e desenvolvimento de
metodologias terapêuticas e de diagnóstico para doenças, como o câncer.
Nesta seção estudaremos como funciona esta comunicação entre as células, os
requisitos necessários que envolvem este processo, desde a molécula sinalizadora que
contém o sinal emitido por uma célula emissora, até a ligação desta molécula a um
receptor específico presente na célula-alvo que irá receber o sinal. Veremos que não
são todos os sinais que são recebidos por todas as células, a depender do tipo de
molécula sinalizadora, do tipo de receptor presente na membrana da célula, e, ainda,
da distância em que os sinais são transmitidos entre as células. As sinalizações
ocorrem por meio de sinais químicos ou elétricos e podem ser classificadas em:
dependentes de contato, parácrina, sináptica e endócrina, de acordo com a
proximidade entre as células. Já os receptores presentes na membrana celular que
captam os sinais podem estar localizados no interior das células ou em sua superfície,
e cada um deles é classificado em subtipos que entenderemos no decorrer da seção.
Para contextualizar os conteúdos desta seção, daremos sequência à situação hipotética
de sua atuação como trainee no setor de produção, na área de pesquisa,
desenvolvimento e testes de medicamentos, de uma multinacional farmacêutica. Você
trabalha com uma equipe de farmacêuticos, biólogos, biomédicos, médicos,
engenheiros químicos e biotecnólogos. Para tanto, você precisará se dedicar muito e
estar disposto a aprender com esta nova experiência. Você estava acompanhando o
trabalho de Jean, um biólogo experiente, para aprender um pouco do trabalho feito por
ele, e iniciou alguns testes com fármacos, com auxílio do farmacêutico Carlos.
Dando continuidade aos testes para verificar a ação de fármacos nas células, Carlos
está trabalhando com um fármaco antitireoidiano que diminui a quantidade de
hormônio produzido pela tireoide, auxiliando no tratamento de pessoas que sofrem
com o hipertireoidismo. Este fármaco a base de metimazol age diminuindo a
quantidade de iodo, consequentemente inibe a elevada taxa de T3 e T4 no organismo,
controlando a glândula da tireoide. No entanto, alguns pacientes podem ter efeitos
adversos e devem ser analisados para descrição na bula.
Considerando essa situação, pensando em auxiliar Carlos nos testes que fará, você
saberia explicar como as células se comunicam, ou seja, como ocorre sinalização
celular no caso dos hormônios tireoidianos? Quais são os fatores que devemos levar
em conta na sinalização celular? Como podemos classificar a molécula do hormônio
tireoidiano? E os receptores das células-alvo envolvidas?
Em princípio parece ser uma situação difícil de se explicar, mas no decorrer desta
seção serão apresentados os principais conceitos que darão o embasamento teórico
para chegar às respostas.
Compreender a importância do processo de comunicação celular é essencial para
entendermos a complexidade de um organismo vivo e podermos atuar em seus
diversos mecanismos, não só compreendendo enfermidades como também auxiliando
em tratamentos.
CONCEITO-CHAVE
Até agora você estudou a composição dos seres vivos, a estrutura das células (unidade
fundamental da vida) e alguns de seus componentes. Vamos compreender agora como
as células recebem estímulos e respondem ao seu ambiente, afinal, uma célula precisa
ser capaz de identificar o seu alimento, evitar substâncias prejudiciais, se comunicar
com outras células, sobreviver, se reproduzir ou morrer.
As sinalizações celulares são essenciais para que as células decodifiquem os sinais
recebidos do ambiente e de outras células, havendo uma diversidade de sinais que
estimulam a comunicação intracelular, como estímulos físicos (luz, temperatura),
hormônios, neurotransmissores, patógenos, dentre outros. A sinalização celular é um
complexo sistema de comunicação que coordena as atividades e funções celulares,
seja em células procariontes ou eucariontes. Por meio dos sinais recebidos, as células
sabem como e quando devem agir, desde a formação de tecidos, síntese de anticorpos,
multiplicação celular até a coordenação do metabolismo e de várias outras atividades
celulares.
SINALIZADORES NAS MEMBRANAS CELULARES
A base da comunicação celular ocorre com a emissão de um sinal produzido por uma
célula emissora e liberado no meio extracelular. Este sinal é enviado através de
moléculas sinalizadoras (ligantes), que podem ser proteínas, peptídeos, aminoácidos,
nucleotídeos, hormônios, gases e derivados de ácidos graxos. As moléculas
sinalizadoras “flutuam” no meio extracelular até serem reconhecidas por uma proteína
receptora localizada na célula-alvo (célula que irá receber o sinal). É importante saber
que não são todas as células que podem receber todos os sinais: a célula só recebe o
sinal se tiver uma proteína específica (receptor) para receber aquele sinal. As proteínas
receptoras estão localizadas na superfície das membranas, quando a molécula
sinalizadora tem natureza hidrofílica, ou localizadas no interior das células, no
citoplasma ou núcleo, quando a natureza da molécula sinalizadora é hidrofóbica.
VOCABULÁRIO
Ligante: molécula sinalizadora que se liga a um sítio específico de uma
proteína ou outra molécula.
Receptor: proteína localizada na superfície da membrana plasmática ou
no interior da célula, que se liga à molécula sinalizadora.
Quando o ligante se prende à proteína receptora, a ligação ativa o receptor, que por
sua vez ativa uma ou mais proteínas sinalizadoras intracelulares e, desta forma, a
mensagem é retransmitida por uma cadeia de mensageiros químicos dentro da célula,
possibilitando a resposta celular, ou seja, o sinal intercelular(entre as células) original
é convertido em sinal intracelular (dentro das células), ocorrendo a transdução do
sinal, permitindo que a informação chegue ao alvo intracelular apropriado (proteínas
efetoras) que acionam a resposta. Cada célula é programada para responder a
combinações específicas de moléculas sinalizadoras. A célula passa por mudanças,
que permitem, por exemplo, em resposta, alterar a atividade de um gene, alterar a
indução de uma divisão celular, alterar funções do metabolismo, formas e movimentos
celulares, entre outras. A troca de sinais químicos entre as células regula quase todas
as funções celulares, e um mesmo sinal pode causar diferentes efeitos dependendo do
receptor ao qual ele se associa.
Figura 1.11 | Sinalização intracelular
Fonte: Alberts et al. (2017, p. 814).
ASSIMILE
Para que ocorra a sinalização celular são necessários os seguintes
passos:
• Célula emissora realiza a síntese e liberação da molécula
sinalizadora.
• Molécula sinalizadora é transportada até a célula-alvo.
• Célula alvo-detecta o sinal através do receptor específico (proteína
receptora). Nesta fase, a molécula sinalizadora altera a conformação do
receptor, sendo considerada o primeiro mensageiro.
• O sinal é transmitido para o interior da célula (proteínas de
sinalização intracelular), podendo haver um mensageiro secundário que
irá retransmitir este sinal a outra ou a outras proteínas (proteínas
efetoras), enzimas etc.
• O sinal é recebido e ocorre modificação do metabolismo celular e
uma resposta da célula, podendo esta estar relacionada à função ou ao
desenvolvimento celular.
TIPOS DE SINALIZAÇÃO
A sinalização celular pode envolver sinais químicos ou elétricos, envolvendo sempre a
transmissão de um sinal de uma célula emissora para uma célula receptora. Mas
sabemos que as células nem sempre estão próximas umas às outras e nem todas as
células trocam sinais da mesma forma, precisamos então considerar os diferentes tipos
de sinalização que ocorrem, baseados principalmente na distância que o sinal percorre
no organismo para alcançar a célula-alvo. Encontramos quatro categorias de
sinalização química nos organismos multicelulares, são elas: sinalização dependente
de contato, sinalização parácrina, sinalização sináptica e sinalização endócrina
(ALBERTS et al., 2017).
• Sinalização dependente de contato: ocorre em contato direto, quando as moléculas
sinalizadoras permanecem ligadas à membrana plasmática de uma célula e podem
interagir com receptores de uma célula adjacente. É importante durante o
desenvolvimento embrionário e a resposta imune. Em alguns casos, as células podem
não estar tão próximas umas das outras e as células se comunicam estendendo
prolongamentos, que formam canais, para fazer o contato com a outra célula. Estes
canais por onde percorrem íons e substâncias pequenas de uma célula à outra, são as
junções comunicantes ou gaps (em células animais) e plasmodesmos (em células
vegetais).
• Sinalização parácrina: ocorre em distâncias curtas, quando as moléculas
sinalizadoras estão muito próximas às células-alvo. Neste caso, as moléculas atuam
em diferentes células vizinhas. São exemplos os hormônios, tais como as citocinas,
fatores de crescimento, neurotransmissores, entre outros. Este tipo de sinalização pode
ser classificado também como autócrina, quando a célula responde à sinalização
através da molécula sinalizadora que ela mesma produziu. A célula emissora e a
célula-alvo são a mesma célula. Para exemplificar podemos citar as células
cancerosas, as quais produzem sinais extracelulares que estimulam a sobrevivência e
proliferação de sua própria célula.
• Sinalização sináptica: ocorre em longas distâncias e as moléculas sinalizadoras
(neurotransmissores) são liberadas por neurônios por meio de sinais elétricos, em uma
longa fibra (axônio). Quando o impulso alcança a sinapse (junção de duas células
nervosas, onde ocorre a transmissão de sinal), os neurotransmissores são liberados e
desencadeiam respostas em células-alvo que estão localizadas em outras partes do
organismo. Os neurotransmissores, uma vez liberados, podem ser degradados ou
retomados pela célula emissora, para que a sinapse fique preparada para receber o
próximo sinal. Estas sinalizações através dos neurotransmissores podem ser
consideradas também endócrinas (por percorrerem longas distâncias) ou parácrinas
(por percorrerem curtas distâncias, nos casos em que neurônios próximos se
comunicam nas sinapses).
• Sinalização endócrina: ocorre também em longas distâncias, neste caso as moléculas
sinalizadoras (hormônios) são secretadas na corrente sanguínea até alcançar a
célula-alvo. O sistema circulatório, como uma rede de distribuição, se encarrega de
transportar os hormônios por todo o corpo, permitindo a sua atuação em células-alvo
que estejam em qualquer parte do corpo. Nos animais, as glândulas endócrinas são as
células que liberam um ou mais tipos de hormônios, podemos citar a tireoide, o
hipotálamo, as gônadas, a pituitária e o pâncreas.
Figura 1.12 | As categorias de sinalização celular.
Nota: (A) Sinalização dependente de contato; (B) Sinalização parácrina; (C)
Sinalização sináptica; (D) Sinalização endócrina.
Fonte: Alberts et al. (2017, p. 815).
ASSIMILE
Nos humanos a hipófise libera hormônios responsáveis pelo
crescimento. As plantas, porém, não possuem glândulas endócrinas e,
neste caso, as moléculas que regulam o seu crescimento e se
locomovem pela planta até as células mais distantes são os hormônios
vegetais.
As moléculas químicas, sinalizadoras, responsáveis pela atuação em diversos locais,
são classificadas em moléculas hidrossolúveis (moléculas de peso molecular
considerável, como os aminoácidos, as catecolaminas e peptídeos – são os
neurotransmissores e os hormônios), podem se difundir pela membrana e chegar ao
núcleo, transportadas por carreadoras. E moléculas lipossolúveis (moléculas de pouco
peso molecular, são derivadas do colesterol (esteroides), de aminoácidos (tireoides) e
compostos gasosos (óxido nítrico – NO e monóxido de carbono – CO), que se ligam a
receptores intracelulares.
Diferentes células podem receber um mesmo sinal, utilizarem de um mesmo tipo de
receptor na membrana e apresentar comportamento de reação distinto entresi.
EXEMPLIFICANDO
O neurotransmissor acetilcolina (molécula sinalizadora) pode induzir
diferentes respostas dependendo da célula-alvo que atinge, uma vez que
tipos celulares diferentes são especializados para responder de maneiras
diferentes aos sinais. Podemos citar a célula muscular cardíaca, em que
a proteína receptora acoplada à proteína G se liga à acetilcolina e os
sinais interpretados pela célula produzem como resposta a redução da
velocidade de contração. Já a mesma molécula, ao se ligar a um
receptor de uma célula da glândula salivar, também acoplado à proteína
G, irá produzir uma resposta diferente, de secreção. Ainda a mesma
molécula de acetilcolina, ao ligar-se a um receptor acoplado a um canal
iônico de uma célula muscular esquelética, produz uma resposta
distinta das demais, de contração.
CLASSE DE RECEPTORES DE MEMBRANAS
Como vimos, a sinalização celular ocorre quando há uma ligação entre uma molécula
sinalizadora (ligante) e sua molécula receptora (receptor). Um receptor reconhece um
ou poucos ligantes específicos, e um ligante se liga a apenas um ou poucos receptores
presentes nas células-alvo. Quando há ligação entre ambos, ligante e receptor, o
receptor altera a sua forma ou atividade e o sinal é transmitido ou são desencadeadas
modificações adaptativas dentro da célula-alvo.
Os receptores podem ser classificados como intracelulares ou de superfície celular. Os
receptores intracelulares (proteínas receptoras) são encontrados dentro da célula, no
citoplasma ou no núcleo. Geralmente se ligam a pequenas moléculas hidrofóbicas,
transportadas por carreadoras para atravessarem a membrana plasmática por difusão.
Os hormônios esteroidais (testosterona, estrogênio, cortisol), hormônios da tireoide e a
vitamina D, presentes no corpo humano sãoexemplos de moléculas hidrofóbicas.
Outro exemplo é o óxido nítrico (NO), uma pequena molécula que age sobre as
células musculares lisas dos vasos sanguíneos, provocando vasodilatação local
(relaxamento das células musculares locais), com isso, o calibre do vaso aumenta,
permitindo ao fluxo sanguíneo fluir facilmente. Possuem difusão rápida através da
membrana por serem gasosos e, rapidamente, se espalharem pelas células vizinhas.
REFLITA
Você consegue associar o tipo de sinalização que o óxido nítrico (NO),
sendo a molécula ligante, realiza na célula?
Os receptores de superfície celular, também conhecidos por receptores de membrana
plasmática, são as proteínas localizadas na superfície externa da célula. As moléculas
grandes ou hidrofílicas, que não conseguem atravessar a membrana plasmática se
ligam a três tipos de receptores: acoplados a canais iônicos, acoplados a enzimas e
acoplados à proteína G. Todos eles são proteínas transmembranas e não entram na
célula, a menos que sejam degradados.
Os receptores acoplados a canais iônicos são canais controlados por um ligante. Em
resposta à ligação, estes receptores possuem uma região intramembranal com um
canal hidrofílico no meio dele, permitindo que os íons atravessem a membrana sem
precisar se deparar com a camada fosfolipídica. A alteração dos níveis de íons dentro
da célula pode alterar a atividade de outras moléculas, na produção de uma resposta. A
sinalização sináptica, que envolve a transmissão rápida de sinais entre células
eletricamente excitáveis, está envolvida com estes receptores. Os neurotransmissores,
por exemplo, abrem e fecham o canal iônico formado pela proteína a qual eles se
ligam. Desta forma, eles conseguem mudar rapidamente a permeabilidade iônica da
membrana. Os receptores acoplados a enzimas são receptores da membrana
plasmática que estão associados a uma enzima, podendo este receptor ser a enzima
que catalisa a reação, ou em outros casos, o receptor interage com outra enzima. Um
exemplo são os receptores tirosina quinases (RTKs), encontrados em humanos e em
outras espécies. Moléculas sinalizadoras se ligam a dois receptores de tirosina quinase
próximos e estes receptores vizinhos se juntam trocando fosfatos que se ligam à
tirosina um do outro. Estes receptores, agora fosforilados, podem transmitir sinais para
outras células ou se tornam receptivas a uma diversidade de proteínas, que quando se
ligam a estes receptores podem ativar uma grande variedade de vias de sinalização,
que levam a uma resposta celular. As proteínas receptoras atravessam a membrana
uma única vez, têm um sítio de ligação no exterior da célula e um sítio catalítico no
interior celular. Já os receptores acoplados à proteína G (GPCRs) são heterogêneos e
se ligam a diversos tipos de ligantes. São receptores associados a uma proteína
transmembrana multipasso, isso significa que atravessam a membrana sete vezes e, ao
se ligarem à molécula sinalizadora, ativam outras proteínas, alterando a sua
conformação e transmitindo o sinal adiante. A sinalização celular associada a este tipo
de receptor pode se repetir várias vezes em resposta à molécula sinalizadora, em um
ciclo. Estes receptores atuam indiretamente regulando a atividade de uma
proteína-alvo ligada à membrana plasmática, que pode ser um canal iônico ou uma
enzima.
Estudaremos um pouco mais sobre esta família de proteínas para compreender como
as proteínas G funcionam e como ocorre a sinalização celular em ciclos.
PROTEÍNAS G E SEQUÊNCIAS DE SINALIZAÇÕES
As proteínas G (nucleotídeos de guanosina) fazem parte de uma família com mais de
50 tipos descritos. São proteínas com estado inativo, acopladas a receptores no meio
intracelular com propriedades funcionais e estruturais, que quando ativadas podem
migrar pelo citosol e ativar enzimas efetoras ou canais iônicos, realizando a
transdução de sinais (MOURA; VIDAL, 2011). As proteínas G recebem este nome
porque se combinam com nucleotídeos da guanina GDT (trifosfato de guanosina) e
GTP (difosfato de guanosina), possuem alto peso molecular e são formadas por três
polipeptídios distintos, ou subunidades, α (liga e hidrolisa GTP), β e γ (responsáveis
pelo ancoramento à membrana), formando um complexo transdutor de sinais. As
proteínas G funcionam como interruptores, quando associadas com GTP estão
“ligadas” (ativadas) e associadas à GDP estão “desligadas” (desativadas). Quando a
célula-alvo recebe o primeiro mensageiro (hormônio, neurotransmissor, secreção
parácrina) e este se liga ao receptor acoplado à proteína G, estes são ativados, e a
proteína G pode ativar outras proteínas (proteínas G estimulatórias – Gs) ou inibir
proteínas (proteínas inibitórias – Gi). As proteínas G estimulatórias fazem o efeito
cascata de sinalização, quando um receptor recebe o ligante e ativa a proteína G, ela
por sua vez ativa uma terceira proteína, geralmente uma enzima efetora (adenilciclase
ou fosfolipase C). Ao serem ativadas pela proteína G por meio da sua ação enzimática
geram várias reações moleculares de curta duração que levam a uma modificação no
comportamento celular. A enzima ativada gera um segundo mensageiro que afetará
outros alvos. Alguns exemplos de tipos de proteínas G: Gs, Gq, Gi, Gt, Go e Gk.
A adenilciclase é uma importante enzima que tem papel no processo de
sequenciamento de sinalizações envolvendo a proteína G. Quando esta enzima é
ativada pela proteína G, ela hidrolisa uma molécula de ATP, retirando o fosfato dela,
transformando-a em AMP (adenosina monofosfato) ou AMPc (AMP cíclico). O
aumento do número de AMPc aumenta consequentemente o número de enzimas
citoplasmáticas ativadas por ela, reagindo ao pico de concentração. Para que este
mecanismo funcione bem é necessário controlar a concentração de AMPc, somente
assim a célula poderá perceber o próximo sinal e há uma enzima específica para
controlar este processo.
Quadro 1.1 | Algumas respostas celulares induzidas por hormônios mediadas por
AMP cíclico
Fonte: Alberts et al. (2017, p. 835).
As proteínas G junto de seus receptores transmitem sinais de hormônios e
neurotransmissores, sendo importantes intermediários para a fisiologia do organismo,
controlando o metabolismo celular, como o sistema cardíaco, funções cerebrais e
controle hormonal. Quando há alterações na fisiologia da proteína G muitos distúrbios
orgânicos podem ser gerados.
ASSIMILE
O tempo que uma célula leva para responder a um sinal extracelular
varia muito, dependendo das ações que a célula deve fazer para chegar
à resposta requerida. Algumas moléculas sinalizadoras, como a
acetilcolina (neurotransmissor), se degradam em um intervalor de
milissegundos após serem secretadas, isto ocorre porque as proteínas
afetadas já se encontram no interior da célula-alvo aguardando os
sinais. Outras como a secreção das glândulas salivares duram em torno
de um minuto. Já alguns hormônios podem levar horas ou dias antes de
serem degradados, um exemplo é o hormônio de crescimento, pois a
resposta celular depende de mudanças na expressão gênica e produção
de novas proteínas.
A sinalização celular só ocorre com o perfeito funcionamento de cada uma das etapas
envolvidas, pois qualquer alteração significativa afeta a comunicação entre as células
e gera uma alteração que afeta diretamente a função que a célula deveria executar para
desempenhar o seu correto funcionamento.
FOCO NO MERCADO DE TRABALHO: SINALIZAÇÕES
CELULARES
SEM MEDO DE ERRAR
Relembrando a nossa situação-problema, Carlos está testando um fármaco
antitideoidiano que diminui a quantidade de hormônio produzido pela tireoide, para
auxiliar no tratamento de hipertireoidismo.
Com isso, você saberia explicar como as células se comunicam, ou seja, como ocorre
sinalização celular no caso dos hormônios tireoidianos? Quais são os fatores que
devemos levar em conta na sinalização celular? Como podemos classificar a molécula
do hormônio tireoidiano? E os receptores das células-alvo envolvidas?
Os hormônios tiroidianos são produzidos pela glândula tireoide (localizada no
pescoço) e levadosatravés do sangue para as demais partes do corpo, regulando o
metabolismo. Sabemos que o hipertireoidismo é uma condição na qual a glândula da
tireoide produz em excesso os hormônios tireoidianos T3 (triiodotironina) e T4
(tiroxina), que podem levar a outros problemas de saúde. A aceleração ou
irregularidade nos batimentos cardíacos, a insuficiência cardíaca ou até mesmo casos
de osteoporose, perda de peso, fraqueza muscular e infertilidade podem ser sintomas
do hipertireoidismo.
De acordo com as características dos tipos de sinalização celular que as células
utilizam para se comunicar, decorrente principalmente do distanciamento entre elas, a
sinalização endócrina é a que ocorre no caso dos hormônios tireoidianos e outros tipos
de hormônios secretados por glândulas endócrinas. Este tipo de sinalização é
caracterizado por carregar os hormônios através do sistema circulatório agindo em
células distantes do alvo. Lembrando que devemos levar em conta que para a
sinalização celular ocorrer é necessário uma célula emissora (glândula endócrina –
tireoide), a emissão de um sinal ou molécula sinalizadora (hormônio tireoidiano), o
receptor da membrana específico que irá interpretar o sinal à célula-alvo, neste caso a
célula distante que recebe o sinal e irá produzir uma resposta (reação).
Com isso, podemos classificar o hormônio tireoidiano como uma molécula
sinalizadora lipossolúvel, solúvel em gordura, no entanto não solúvel em solventes
orgânicos e incapaz de atravessar a membrana plasmática da célula-alvo ou percorrer
a corrente sanguínea sem o auxílio de uma proteína transportadora ou carreadora. Os
hormônios da tireoide se ligam a receptores intracelulares encontrados no núcleo
celular, que, ao se ligarem, o receptor muda a sua conformação, permitindo que o
hormônio entre no núcleo e regule a atividade gênica para a qual foi “instruído”.
Os medicamentos antitireoidianos diminuem a quantidade de hormônio produzido
pela tireoide, mas como todo medicamento pode causar efeitos adversos quando o
princípio ativo age em outras células do nosso organismo que não precisam do
medicamento, podendo promover efeitos colaterais de maior ou menor grau – algumas
vezes o efeito é sutil que não percebemos. Isto ocorre devido a diferentes células
utilizarem o mesmo receptor específico para a molécula sinalizadora, podendo
responder a este sinal de maneiras distintas.
Como vimos, a sinalização celular é extremamente importante para o funcionamento
do organismo dos seres vivos, este é um dos caminhos que você pode chegar para a
resolução da situação-problema, no entanto, há outras formas de pensar também. Por
exemplo, você pode pensar na função da tireoide sendo controlada pela hipófise
(pequena glândula localizada na base do cérebro). A hipófise produz o hormônio
estimulante da tireoide (TSH) que induz a produção de T3 e T4 pela tireoide. Desta
forma, se você pensar na molécula de TSH para resolver a situação, você se deparará
com outro cenário, devendo explicar a sinalização por meio de receptores acoplados à
proteína G.
Essa poderia ser uma possibilidade de resolução, com base no que estudamos nesta
seção, ou seja, você tem plenas condições de indicar uma outra proposta. Vá em
frente!
AVANÇANDO NA PRÁTICA
A DOENÇA DA FRAQUEZA
Uma jovem estudante de medicina, de 25 anos, integrante da equipe de vôlei da
faculdade, começou a apresentar sintomas de fraqueza durante as práticas de atividade
física intensas, que antecediam o campeonato, do qual a sua equipe iria participar.
Além da fraqueza muscular, a jovem começou a apresentar falta de ar, cansaço
excessivo e muitas vezes uma sensação de visão dupla. Preocupada com o seu
rendimento para o campeonato, a jovem conversou com um de seus professores da
faculdade, que a encaminhou para realizar alguns exames no hospital universitário.
Além dos testes laboratoriais, fez uma série de testes neurofisiológicos. Em um de
seus testes laboratoriais ela obteve resposta positiva a uma injeção com medicamentos
anticolinesterásicos (que agem nos receptores neuromusculares, prevenindo a
deterioração das moléculas de acetilcolina, consequentemente melhorando à força
muscular). A jovem foi detectada com miastenia gravis, uma doença neuromuscular
autoimune crônica, caracterizada por vários graus de fraqueza dos músculos
esqueléticos do corpo. Atualmente já existem várias terapias que ajudam a reduzir a
fraqueza muscular e melhorar a condição do paciente. Desta forma, o médico
recomendou a jovem iniciar o tratamento com um medicamento de neostigmine,
geralmente indicado para o tratamento desta doença. No entanto, o médico alertou a
jovem de possíveis sintomas que ela poderia ter com o uso do medicamento, dentre
eles a hipersecreção brônquica e salivar e bradicardia (diminuição da frequência
cardíaca). Considerando a situação apresentada, como você poderia relacionar a
atuação da acetilcolina com essa doença? Lembre-se da importância dos sinalizadores
celulares e as suas funções específicas, incluindo a ação de um mesmo sinal em
diferentes células.
RESOLUÇÃO
Para resolver esta situação-problema, você precisa se recordar do papel dos sinalizadores
celulares e como atuam mediante a substâncias que se ligam a receptores específicos e
desempenham uma resposta determinada, a qual pode ser diferente em diferentes tipos
celulares. A acetilcolina é um neurotransmissor, molécula sinalizadora hidrossolúvel, que
se liga a receptores específicos na superfície das células e se comunica através da
sinalização sináptica. Estes receptores atuam como transdutores de sinal que se ligam à
molécula sinalizadora e transmitem os sinais extracelulares para o interior da célula,
alterando o comportamento da célula-alvo que recebe o sinal. Sabemos que a acetilcolina
pode se ligar a receptores acoplados a canais iônicos, atuando em células musculares
esqueléticas de forma rápida, ocasionando a contração muscular. E se associamos o uso do
medicamento sugerido pelo médico como forma de controlar a doença, os efeitos
colaterais que podem ser ocasionados estão relacionados à ação da acetilcolina em outros
tipos celulares, como as células musculares cardíacas (ocasiona a redução da velocidade
de contração do coração) e as células das glândulas salivares (ocasiona a secreção), que
também possuem receptores específicos para esta molécula sinalizadora. No caso das
células musculares cardíacas e das glândulas salivares, a acetilcolina utiliza receptores
acoplados à proteína G. Não esqueça que você pode propor outra forma para resolver tal
situação, vamos nessa?
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Unidade 2 - Seção 1
CITOSOL, CITOESQUELETO E FORMAÇÃO DE PROTEÍNAS
CONVITE AO ESTUDO
Caro aluno, seja bem-vindo! Vamos dar sequência ao estudo das células, as unidades
básicas fundamentais à vida. Além de estruturar os organismos vivos, elas são
responsáveis pelas funcionalidades do nosso corpo. Mas como estas estruturas
microscópicas são capazes de desempenhar tantas funções? Qual a composição delas e
como as células se diferenciam umas das outras? Uma vez que já conhecemos as
diferenças entre as células procariontes e eucariontes, as diferenças entre as células
animais e vegetais, podemos agora refletir sobre como as milhares de células do nosso
corpo se diferenciam e desempenham diferentes funções.
Todas as células são compostas pela membrana plasmática, citoplasma e o material
genético. Este último pode estar disperso no citoplasma ou protegido dentro de um
núcleo. Para compreendermos o funcionamento das células, precisamos conhecer cada
uma de suas estruturas, composição e funcionalidades. A membrana plasmática
confere principalmente a proteção das estruturas presentes no interior da célula,
permite o controle e seleção de todas as substâncias que entram ou saem das células,
além de participar da comunicação celular. A membrana precisa de ajuda para fazer
todas essas funções. As proteínas sãode extrema importância para auxiliar as células
de todo o nosso organismo e auxiliam em diversas funções. Você já se perguntou
como elas são formadas? Dentro das células eucariontes há um complexo sistema de
endomembranas no citoplasma, composto por várias organelas citoplasmáticas, cada
qual desempenhando determinada função, seja de respiração celular, armazenamento,
digestão, quebra de moléculas, transporte e até mesmo a síntese de proteínas.
Abordaremos nesta unidade as funções e a constituição do citosol, o citoesqueleto – a
base estrutural das células –, e os ribossomos, todas estruturas comuns às células, cada
uma com suas particularidades. Compreenderemos o sistema de endomembranas e as
características das principais organelas citoplasmáticas. Você será capaz de explicar
como ocorre o processo de formação de proteínas e a diferenciação das células nos
organismos, assim como demonstrar as fases do ciclo celular e os mecanismos que a
envolvem.
Na Seção 2.1, daremos ênfase para a estrutura da célula e a sua composição,
conheceremos o citosol e o citoesqueleto, assim como a importância deles e a
formação de proteínas. Na Seção 2.2, estudaremos o complexo sistema de
endomembranas e a funcionalidade das organelas. Para finalizar, na Seção 2.3,
analisaremos as fases do ciclo celular e como ocorre a diferenciação das células e a
morte celular.
Vamos seguir conhecendo estas pequenas estruturas microscópicas tão importantes e
compreendermos o verdadeiro sistema que as envolve, o funcionamento incorreto ou
deficiente de qualquer um de seus componentes podem desencadear inúmeros
problemas e doenças.
Bons estudos!
PRATICAR PARA APRENDER
Caro aluno, você já parou para pensar nos diversos tipos celulares que compõem o
nosso corpo? As células têm estruturas e formas diferentes, mas como será que elas
conseguem manter a sua forma?
A membrana plasmática delimita as células, separa o meio intracelular do meio
extracelular e promove proteção. No entanto, se a membrana não é rígida e o interior
das células é composto pelo citoplasma, constituído por um líquido viscoso, como elas
se sustentam? Dispersos neste líquido viscoso, conhecido por citosol, estão contidos
importantes estruturas que compõem as células. O citoesqueleto é uma espécie de
esqueleto – trata-se de uma estrutura formada por uma rede de filamentos proteicos
que conferem não só a sustentação e a forma das células, como também é responsável
por todos os seus movimentos. Isso mesmo, as células podem se locomover, seja por
meio da emissão de projeções (no caso das amebas), por cílios (como os protozoários)
e flagelos (como os espermatozoides), até as células fixas (como os neurônios) podem
emitir projeções para fazer contato com células vizinhas.
O citoesqueleto é composto por três tipos distintos de filamentos. Cada um está
associado a diferentes proteínas que o auxiliam a exercer a sua função. Você se lembra
que as proteínas são encontradas em quase todas as estruturas celulares e são
responsáveis por praticamente todas as atividades celulares? Elas são formadas pelos
ribossomos, que assim como as organelas citoplasmáticas, estão localizados no citosol
das células.
Nesta seção estudaremos a composição e as funções do citosol, presente no citoplasma
das células, local onde são armazenadas as substâncias utilizadas pelas células e onde
ocorre a produção de várias moléculas usadas na formação de estruturas celulares.
Conheceremos a importância dos ribossomos – presentes tanto em células
procariontes como em células eucariontes –, na formação das proteínas e
compreenderemos como este processo funciona. No decorrer da seção, conheceremos
a composição do citoesqueleto, também presente no citosol, e cada um de seus
filamentos proteicos, distinguindo as diferenças entre eles e as funções específicas de
cada um dentro da célula.
Vamos lá? Bons estudos!
Vivemos em um ambiente sujeito a grandes variações de temperatura, pressões
atmosféricas, qualidade do ar, com alterações de umidade do ar, pressão de O2, entre
outros extremos. O homem é responsável por um dos mais graves problemas
ambientais sobre o meio ambiente: a poluição. Ela não só inviabiliza a utilização de
recursos naturais, mas também provoca inúmeros problemas ecológicos, que acabam
provocando desequilíbrios que afetam também a saúde humana. E devemos nos
lembrar que o ambiente intracelular não se altera muito, pois sempre busca manter o
equilíbrio e a estabilidade, mantendo o seu funcionamento. As células têm
mecanismos de proteção e regulação que são capazes de aquecer o ar frio e umedecer
o ar seco que inalamos, manter o fluxo sanguíneo constante, manter a quantidade de
água e substâncias importantes para o metabolismo celular estáveis (carboidratos,
lipídios, proteínas etc.), dentro das necessidades ideais das células. Pequenas variações
são toleradas pelas células, sem prejuízo, como pequenas oscilações da quantidade de
oxigênio. No entanto, em algumas situações de desequilíbrios maiores, as células não
conseguem manter a sua morfologia e o seu funcionamento íntegros, o que pode
desencadear inúmeras doenças e lesões celulares reversíveis ou até mesmo
irreversíveis.
Diante deste contexto e para trabalhar os temas da seção junto às possíveis situações
da prática profissional, vamos acompanhar um professor universitário durante uma de
suas aulas para alunos da área da saúde.
Durante o debate sobre a importância das células e todas as suas funcionalidades no
corpo dos organismos, o professor estava explicando os benefícios da prática de
exercícios físicos para a saúde e a sua relação com as células. Inúmeras pesquisas
comprovam que a prática de exercícios de baixa e média intensidade auxiliam na
manutenção do bom funcionamento do sistema imunológico, com o aumento da
produção das células de defesa (linfócitos) do nosso organismo, por exemplo.
Rapidamente, o professor notou a conversa paralela entre dois alunos a respeito de
exercícios para hipertrofia e sobre intensidade de treinos. Com o intuito de prender a
atenção desses alunos, o professor resolveu trazer em sua aula o tema de hipertrofia
relacionando-o ao contexto celular.
Você, no lugar deste professor, saberia explicar a seus alunos a estrutura e o
funcionamento das células para que ocorra a hipertrofia do músculo? Quais
componentes da célula estão envolvidos nesse processo? A estrutura e a forma de
todas as células são iguais? Relacione este conteúdo aos filamentos citoplasmáticos.
Para que você consiga trazer a atenção dos alunos para a aula, introduzindo o contexto
de hipertrofia, sem fugir do conteúdo da disciplina, o convido a estudar esta seção,
que irá lhe fornecer os subsídios para resolver esta situação.
Confie no processo, vamos juntos nos aprofundando pouco a pouco no conteúdo, e no
final, nossos esforços serão recompensados!
CONCEITO-CHAVE
Sabemos que as células têm diversas estruturas com funções bem definidas e de vital
importância para o funcionamento do organismo. Em sua composição básica, comum
a todas as células, há a membrana plasmática, o citoplasma e o material genético. Já
conhecemos um pouco sobre a estrutura e as funções da membrana plasmática, então
agora estudaremos o citoplasma.
O citoplasma, no caso das células eucariontes, é encontrado na parte interna da célula,
entre a membrana celular e a membrana nuclear. No caso das células procariontes,
como não há presença de núcleo, o citoplasma ocupa todo o conteúdo do interior das
células. A maioria das reações celulares ocorre no interior das células, no citoplasma.
Ele é composto por um fluido viscoso, o citosol, o citoesqueleto e as organelas
citoplasmáticas. No entanto, esta constituição varia conforme o tipo de célula.
ASSIMILE
Nos tipos celulares eucariontes, a constituição citoplasmática difere
conforme o tipo de célula – se animal ou vegetal. As células vegetais
têm vacúolos grandes, que ocupam grande parte do espaço intracelular,
enquanto nas células animais, o citoplasma ocupa metade do seu
volume.
CITOSOL: CONSTITUIÇÃO E FUNÇÕES
O citosol,hialoplasma ou matriz citoplasmática, como é conhecido, é composto por
água em grande quantidade, por macromoléculas (proteínas e enzimas), lipídios, sais
minerais e açúcares, e devido a sua consistência viscosa ou gelatinosa forma um
coloide. É considerada a parte líquida do citoplasma. No citosol estão imersas várias
estruturas como os ribossomos, organelas citoplasmáticas (lisossomos, mitocôndrias,
complexo de Golgi, retículo endoplasmático liso e rugoso, dentre outras), além das
inclusões citoplasmáticas e do citoesqueleto. A consistência do hialoplasma depende
da região em que está localizado na célula. A região denominada ectoplasma (próxima
à membrana celular) é mais viscosa, pobre em organelas, conhecida como coloide em
estado gel. Já a região denominada endoplasma (próxima à membrana nuclear) é mais
fluida, rica em organelas, conhecida como coloide em estado sol (coloides formados
pela dispersão de um sólido em um líquido ou sólido). Podem ocorrer mudanças de
estado coloidal, dependendo do citoesqueleto e de fatores como pH e temperatura, por
meio da transformação de consistência do estado de gel para o estado de sol e
vice-versa – esse processo é conhecido como tixotropismo. O pH do citosol é de 7,2
(DE ROBERTIS; HIB, 2017). Principalmente na região do endoplasma, encontramos
um movimento contínuo, uma espécie de corrente citoplasmática, conhecida como
ciclose. Esta corrente torna-se mais intensa com o aumento da temperatura, elevação
de luz e disponibilidade de oxigênio.
Sabe-se que a maior parte das atividades celulares ocorre no citoplasma, mais
especificadamente no citosol, e muitas delas estão associadas às organelas
citoplasmáticas. No citosol ocorrem também reações químicas relacionadas ao
metabolismo celular. Algumas atividades como a respiração celular, o armazenamento
de substâncias em grandes quantidades (glicogênio e gorduras), e a síntese de
proteínas envolvem os ribossomos. Em geral, o citosol fornece substrato para a
organização de moléculas enzimáticas que, quando ordenadas em sequência,
funcionam melhor do que quando distribuídas ao acaso, uma vez que dependeriam de
colisões esporádicas com outros substratos (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2013).
RIBOSSOMOS E A FORMAÇÃO DE PROTEÍNAS
Os ribossomos são estruturas ribonucleioproteicas muito complexas encontradas em
todos os tipos celulares, em células procariontes (bactérias) e em células eucariontes,
de forma semelhante. Há, porém, diferenças entre elas.
EXEMPLIFICANDO
Os ribossomos dos eucariontes são maiores do que os ribossomos dos
procariontes. Além do tamanho dos ribossomos, outra diferença notável
é a composição química dessas estruturas celulares, as quais são
compostas por proteínas diferentes. Esta última característica tem
grande importância à medicina, já que alguns medicamentos agem
somente em ribossomos de células procariontes, não afetando os
ribossomos de eucariontes, o que permite seu uso em tratamentos de
doenças bacterianas, por exemplo.
Os ribossomos são pequenas estruturas, que medem 20 a 30 nm, compostas de RNA
ribossômico (rRNA), um tipo de RNA estrutural, e proteínas, responsáveis pela
síntese de proteínas. Em sua maioria situam-se no citosol, são ligados a membranas e
podem ser encontrados também nas mitocôndrias e nos cloroplastos (estas duas
últimas se assemelham aos ribossomos das células procariontes). Conforme sua
localização, os ribossomos são classificados em livres ou ligados.
ASSIMILE
Ribossomos livres: encontram-se dispersos no citosol da célula e
produzem proteínas que em sua maioria ficarão no próprio citoplasma.
Ribossomos ligados: estão associados às membranas do núcleo e do
retículo endoplasmático, produzem proteínas que atuam no interior de
organelas citoplasmáticas ou que são excretadas da célula.
Os ribossomos são constituídos por duas subunidades de tamanhos diferentes, uma
subunidade maior e outra menor. Nas células eucariontes, o rRNA (Ácido
Ribonucleico Ribossômico), de ambas as subunidades, é sintetizado no nucléolo,
enquanto no citoplasma, são sintetizadas as proteínas. As proteínas migram para o
núcleo através de poros nucleares e se juntam ao rRNAs, dando origem as duas
subunidades que formam o ribossomo. As duas subunidades têm características
funcionais e estruturais diferentes, são encontradas separadas, sendo deslocadas de
volta ao citosol, onde irão exercer a sua função de síntese de proteínas. As
subunidades se unem de forma reversível no início da síntese de molécula proteica.
Quando a subunidade menor se liga a uma molécula de RNA mensageiro (mRNA)
forma no citosol um ribossomo funcional capaz de realizar a sua função. Após a
proteína ser sintetizada, as subunidades voltam a se separar.
REFLITA
Você consegue pensar nos ribossomos das células procariontes? Já
vimos que os ribossomos em células procariontes são menores do que
os de células eucariontes. Mas eles são encontrados livres ou ligados?
Ou de ambas as formas, como nas células eucariontes?
Quando os ribossomos estão presos a uma fita de mRNA em grupos são denominados
polirribossomos, presentes em células que têm altas taxas de síntese proteica
(exemplo: células do pâncreas). O mRNA é o responsável por conter o código da
sequência de aminoácidos que constitui a cadeia polipeptídica que deverá ser
sintetizada no ribossomo, formando uma proteína. As proteínas (constituídas por uma
ou mais cadeias polipeptídicas) são sintetizadas pelos ribossomos presentes no citosol
e apenas uma parte delas permanece no citosol, a outra parte das proteínas, após a
tradução do RNA, migra para outras regiões, como o núcleo, membrana
citoplasmática, mitocôndrias, lisossomos, entre outras. É importante lembrar que para
alcançarem diferentes destinos, as proteínas devem ser reconhecidas pelo sinal
emitido pela membrana do retículo endoplasmático, local em que irão terminar a sua
síntese. São espécies de rótulos (sequência de aminoácidos) que “endereçam” as
proteínas a serem entregues em locais específicos.
Os ribossomos completos (Figura 2.1), prontos para realizar a síntese de proteínas,
têm quatro sítios de ligação, um deles se liga ao RNA mensageiro e os outros três aos
RNAs transportadores (tRNAs). O tRNA transporta o aminoácido que será adicionado
à cadeia polipeptídica, e no sítio A o aminoácido se liga à cadeia polipeptídica que
está sendo formada no sítio P até ser finalizada e liberada. Este processo será estudado
posteriormente com mais detalhes.
Figura 2.1 | Estrutura do ribossomo e formação de proteínas
Fonte: Wikimedia Commons / Nossedotti (Anderson Brito).
Quando os ribossomos não são formados corretamente, as proteínas
consequentemente não são produzidas na célula, o que acaba acarretando problemas
mais graves, como o caso de muitas doenças genéticas humanas, causadas pela falta
de determinada proteína em uma célula que atuaria na formação do ribossomo ou até
mesmo a má formação deste ribossomo que deixa de sintetizar proteínas importantes
para a vida.
CITOESQUELETO: FILAMENTOS DE ACTINA, FILAMENTOS
INTERMEDIÁRIOS
Você já se perguntou como é possível que as células tenham formatos diferentes? E
como todos os componentes dela conseguem se sustentar em um citosol fluido? Seria
a membrana plasmática a responsável por manter o formato da célula?
Como vimos, o citoesqueleto está localizado no citosol e é uma estrutura composta
por uma rede complexa de filamentos proteicos interligados, uma espécie de esqueleto
presente nas células eucariontes. O citoesqueleto é a estrutura responsável por manter
a forma e sustentação das células, no entanto também está relacionado a vários
processos dinâmicos, fornecendo suporte mecânico, como a movimentação celular,
divisão celular e o transporte de organelas e outras estruturas citoplasmáticas. É
considerado um processo evolutivo que distingue as células eucariontes das células
procariontes. Estas últimas, por não terem um núcleo definido e organelas, apresenta
fibras que são semelhantes às fibras que formam o citoesqueleto, mas diferem em sua
composição.
O citoesqueletodas células eucariontes é composto por três tipos de filamentos: os
microfilamentos (filamentos de actina), os filamentos intermediários e os
microtúbulos. Além dos filamentos, o citoesqueleto é composto por um conjunto de
proteínas acessórias: proteínas reguladoras, responsáveis por regular o aparecimento
ou desaparecimento, e o alongamento ou encurtamento dos filamentos; proteínas
ligadoras, que ligam os filamentos uns aos outros, ou com outros componentes
presentes na célula); e as proteínas motoras, que transportam macromoléculas e
organelas no citoplasma, e fazem com que haja deslizamento de filamentos paralelos e
contíguos em direções opostas, permitindo a motilidade.
O citoesqueleto tem uma estrutura dinâmica, com características de resistência a
tensões, flexibilidade e estabilidade próprias de cada um de seus filamentos. Por ser
formado pela polimerização de proteínas, permite que se decomponham
(despolimerizar) em uma região da célula e se reestruturar (polimerizar) em outra, de
forma rápida.
VOCABULÁRIO
Polimerização é uma reação química que resulta na formação de
macromoléculas (moléculas grandes) denominadas polímeros, mediante
a combinação de moléculas menores, os monômeros.
Iniciaremos pelos microfilamentos ou filamentos de actina, com aproximadamente 8
nm de diâmetro, os quais são filamentos longos e considerados os mais finos,
formados por proteínas de actina. São flexíveis, costumam se associar a feixes
paralelos ou em redes de filamentos na região periférica da célula, no entanto são
distribuídos por todo o citoplasma. Os microfilamentos são formados pela proteína
actina, denominada actina G (globular). Quando há a união de dois ou mais filamentos
da actina G, denominamos também de actina F (filamento). As moléculas menores
(monômeros) de actina G estão dispersas no citosol e se associam formando polímeros
dispostos em uma dupla hélice (formato helicoidal). Novos monômeros podem ser
adicionados ou removidos dos filamentos de actina em qualquer uma das
extremidades (Figura 2.2). No entanto, nas extremidades mais (+) novos monômeros
são polimerizados (alongamento) e despolarizados (encurtamento) no filamento mais
rapidamente do que na exterminada menos (-), essa bipolaridade é consequente dos
monômeros, permitindo assim que o filamento se adapte rapidamente às necessidades
da célula. Em geral, a extremidade de maior crescimento está voltada em direção a
membrana plasmática.
Figura 2.2 | Formação e organização estrutural do filamento de actina
Fonte: De Robertis; Hib (2017, p. 75).
ATENÇÃO
Na fibra muscular estriada não ocorre a polimerização e
despolimerização, neste caso o filamento de actina é estável e
considerado uma exceção (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2013).
As moléculas de actina G estão associadas a moléculas de ATP em seu interior,
importantes para a manutenção da estrutura da molécula. Caso contrário, sem o ATP, a
molécula perde a sua forma característica. Durante o processo de polimerização,
quando a actina G é incorporada ao filamento, ela hidrolisa a molécula de ATP na qual
está associada, formando ADP.
Os microfilamentos podem desempenhar uma diversidade de funções, dependendo das
proteínas acessórias a que se associam, formando estruturas diferentes. Estão
envolvidos também em alguns processos fundamentais como: a movimentação celular
(devido a sua propriedade de polimerizar e despolimerizar rapidamente, um exemplo é
a movimentação dos glóbulos brancos – leucócitos – no sistema imunológico), a
adesão celular (muito importante para a ligação entre as células ou entre a célula e a
matriz extracelular), o englobamento de partículas (fagocitose), estruturação das
microvilosidades (em células epiteliais) e a divisão celular (separação de células ao
fim da mitose – citocinese). Os microfilamentos também participam da contração
muscular, ao se ligarem a uma proteína acessória –, no caso, a proteína motora
miosina, que interage com a actina e, juntas, são responsáveis pela contração do
músculo.
EXEMPLIFICANDO
A contração muscular ocorre em consequência do deslizamento dos
filamentos de actina (mais finos) sobre os filamentos de miosina (mais
grossos). A disposição dessas proteínas produz ao longo da fibra o
padrão de faixas do músculo estriado (sarcômeros), com faixas
alternadas entre claras e escuras, denominadas banda I (contém apenas
filamentos de actina) e banda A (composta por filamentos de actina e
miosina sobrepostos), respectivamente. No movimento de contração, o
sarcômero é encurtado, as moléculas de miosina se aproximam das
linhas Z, local onde se originam os filamentos de actina. A contração é
desencadeada pela liberação de acetilcolina por meio da sinalização
sináptica e a interação de íons de cálcio (Ca2+) com as miofibrilas
(células musculares). Com a diminuição dos níveis de Ca2+, o
sarcômero volta ao estado de relaxamento, em que o músculo se
encontra relaxado.
Dando continuidade à composição do citoesqueleto, falaremos agora dos filamentos
intermediários. Estes filamentos, com cerca de 10 nm de diâmetro, são formados por
proteínas fibrosas, sendo considerados os mais resistentes e os mais estáveis em
comparação aos microfilamentos e aos microtúbulos. Ao contrário dos filamentos de
actina, eles não são constituídos por monômeros, não são capazes de polimerizar e
despolarizar rapidamente e suas extremidades são equivalentes, o que os torna
resistentes. Quando a célula é rompida, em sua maioria os filamentos intermediários
permanecem intactos, enquanto os outros componentes do citoesqueleto são
destruídos. São especializados em suportar tensão, conferindo às células resistência
mecânica, muito importante para os tecidos de modo geral, como as células
musculares, cardíacas e a pele, que são submetidos à tensão. Desta forma, a sua
principal atuação está relacionada à função estrutural da célula.
Os filamentos intermediários estão presentes no citoplasma de quase todas as células
eucariontes (ATTIAS; SILVA, 2006), são encontrados em abundância nas células que
sofrem atrito (como as células da epiderme), que se prendem à membrana plasmática
em áreas de junções de células (desmossomos), sendo frequentes também nos axônios
e em células musculares. Está ausente nas células que se multiplicam com frequência,
como os embriões muito jovens e em células do sistema nervoso central que não
produzem mielina. Estes filamentos têm a mesma estrutura, são constituídos pela
junção de moléculas alongadas, constituídas por três cadeias polipeptídicas
entrelaçadas em forma de hélice. São formados por várias proteínas fibrosas diferentes
(Tabela 2.1), de acordo com o tipo celular, que se unem espontaneamente sem
necessidade de energia.
Quadro 2.1 | Proteínas que constituem os filamentos intermediários
Proteína Localização
Queratina Células epiteliais e de estruturas derivadas delas exclusivamente.
Ex.: unhas, pelos, cabelo, chifres.
Vimentina Células originadas do mesênquima embrionário. Ex.: fibroblastos,
macrófagos, células musculares lisas. Algumas vezes é produzida
apenas transitoriamente durante o desenvolvimento embrionário.
Desmina Células musculares lisas, esqueléticas e do miocárdio.
Proteína ácida
fibrilar da gila
Dois tipos de células da gila (constituintes do tecido nervoso):
astrócitos e células de Schwann.
Proteína dos
neurofilament
os
Corpo celular e prolongamentos dos neurônios (principalmente
axônios).
Lamina Lâmina nuclear, estrutura em grade que reforça internamente o
envoltório nuclear.
Fonte: adaptado de Junqueira; Carneiro (2013, p. 127).
CENTRÍOLOS E MICROTÚBULOS
Para completar o estudo dos três filamentos que compõem o citoesqueleto, vamos
conhecer um pouco sobre os microtúbulos.
Os microtúbulos são mais rígidos do que os microfilamentos e têm aproximadamente
25 nm de diâmetro, o mais espesso dentre todos os filamentos do citoesqueleto. São
formados pela polarização de proteínas globulares, assim como os filamentos de
actina. As proteínas tubulinas (alfa e beta), em forma de hélice, formam o
heterodímero, responsável pela polarizaçãoe despolarização das subunidades com
extremidades mais (+) e menos (-). Estes processos de alongamento e encurtamento
dos microtúbulos ocorrem devido ao desequilíbrio entre a polarização e
despolarização, regulada pela concentração de íons de cálcio (Ca2+), que atuam de
forma mais rápida em polimerizações de curta duração, e as proteínas que participam
das polimerizações mais duráveis, quando associadas aos microtúbulos (MAPS). A
adição de heterodímeros ao polímero funciona de forma semelhante aos filamentos de
actina, mas ao invés da molécula de ATP, as subunidades da tubulina estão associadas
ao trifosfato de guanosina (GTP), que após ser incorporado ao heterodímero é
hidrolisado em difosfato de guanosina (GDP) liberando energia, que causa uma
instabilidade e permite a separação do filamento. Esta instabilidade faz parte da
dinâmica de muitos processos biológicos regulados pelos microtúbulos. É importante
saber que a quantidade de energia liberada a partir da hidrólise de GTP é menor do
que a energia liberada a partir da hidrólise de ATP, por isso GTP é mais frequente
como um sinal.
REFLITA
Você se recorda da molécula de GTP, quando está ativa e inativa e em
qual processo de sinalização ela é utilizada?
Nas células, existe uma estrutura no citoplasma que desempenha um importante papel
no processo de divisão celular, o centro organizador (MTOC – microtubule organizing
center) ou centrossoma, de onde partem todos os microtúbulos, geralmente próximos
ao núcleo, exceto no processo de divisão celular. Quando a célula tem centríolos, eles
são encontrados no centrossoma, mas não são todas as células que têm centríolos, mas
todas as células têm centrossoma. Nas células animais e em algumas células vegetais,
exceto nas células das plantas superiores, há um par de centríolos, além de uma grande
diversidade de proteínas. Os centríolos são estruturas cilíndricas formadas por
microtúbulos que compõem o corpo basal dos cílios e flagelos, e auxiliam no processo
de divisão celular das células animais. Os microtúbulos na divisão celular formam o
fuso acromático, local onde os cromossomos se prendem e são puxados em direção às
extremidades da célula em divisão.
Os microtúbulos irradiam-se em todas as direções, dando preferência no sentido para
o qual a célula será deslocada. Desta forma, os microtúbulos têm um papel importante
nos movimentos dos cílios e flagelos, no transporte de partículas no interior das
células, no deslocamento dos cromossomos no processo de mitose e na sustentação e
manutenção da forma das células (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2013).
Nos filamentos de actina encontramos as proteínas motoras, miosinas, associadas aos
filamentos, participando de movimentos celulares como os de contração muscular.
Nos microtúbulos, encontramos outras proteínas motoras associadas a eles, a dineína
(relacionada aos movimentos dos cílios e flagelos) e a cinesína (envolvida no
movimento dos cromossomos e de vesículas e organelas). As proteínas motoras
associadas aos microtúbulos utilizam a molécula de ATP para se movimentar.
O citoesqueleto é de grande importância para as células. Como vimos, ele não é
importante somente pelo fato de manter a sustentação das células, mas também por
outras funções como suporte mecânico à célula, movimentação celular, formação de
cílios e flagelos, formação do fuso mitótico e movimento de organelas e vesículas no
interior da célula. Qualquer alteração em sua estrutura pode prejudicar o perfeito
funcionamento das células, incluindo o desenvolvimento de patologias.
FOCO NO MERCADO DE TRABALHO: CITOSOL,CITOESQUELETO
E FORMAÇÃO DE PROTEÍNAS
SEM MEDO DE ERRAR
Agora que já sabemos um pouco mais a respeito da estrutura da célula, o que mantém
a sua forma e sustento, responsável por diversas funções na célula, incluindo a
movimentação celular e execução de contrações musculares, vamos resolver a
situação apresentada.
Você, no lugar do professor de Biologia Celular, saberia explicar a seus alunos a
estrutura e o funcionamento das células para que ocorra a hipertrofia do músculo?
Quais os componentes da célula estão envolvidos? A estrutura e a forma de todas as
células são iguais? Relacione este conteúdo aos filamentos citoplasmáticos.
Primeiramente, para atender essa demanda, você deve se recordar dos conceitos
aprendidos referentes ao citoesqueleto, os filamentos que o compõem e a função de
cada um deles.
O citoesqueleto, presente no citosol da célula, é responsável por sustentar a forma da
célula. Trata-se de uma espécie de esqueleto que além da sustentação confere os
movimentos celulares. Composto por três tipos de filamentos proteicos dispostos em
uma espécie de rede, ele se associa a diferentes proteínas, dependendo do tipo de
filamento e o tipo da célula, desempenhando funções distintas.
Os microfilamentos, filamentos intermediários e microtúbulos que compõem o
citoesqueleto têm características próprias, formados através da polimerização de
proteínas, e podem resistir a tensões, serem flexíveis e estáveis. Os filamentos
citoplasmáticos que participam de vários fenômenos celulares, mas talvez sejam mais
conhecidos por participar da contração muscular, são os microfilamentos, os mais
finos e flexíveis, distribuídos por todo o citoplasma de todas as células eucariontes. Os
microfilamentos são encontrados principalmente na parte mais periférica da célula
(córtex celular) e são formados pela proteína actina. Para participarem do fenômeno
de contração muscular precisam se unir a proteínas acessórias, neste caso, a proteína
motora miosina. As miosinas são capazes de hidrolisar ATP em ADP quando se
associam aos filamentos de actina, promovendo o deslizamento de um filamento sobre
o outro. É importante neste momento explicar aos alunos que o citoesqueleto está
presente em todas as células, mas, neste caso, como estamos relacionando-o às células
musculares, é necessário situar esta estrutura nos músculos esqueléticos e fazê-los
compreender o mecanismo de contração e relaxamento muscular, envolvendo os
sarcômeros. O processo de contração envolve ainda liberação de neurotransmissor
(acetilcolina) por meio da sinalização sináptica, o que envolve a bomba de sódio e
potássio na membrana plasmática, liberação de íons de Ca2+ pelo retículo
sarcoplasmático e a interação com as miofibrilas ou fibras musculares.
A prática de exercícios físicos estimula a produção de proteínas pelas miofibrilas
(fibras musculares), tornando-as mais grossas, com repetidas sessões de treinamento
de força, os músculos aumentam de tamanho, uma vez que os estímulos mecânicos
associados aos estímulos hormonais e metabólicos resultam em hipertrofia muscular.
Neste caso, é importante enfatizar que a prática de exercícios em alta intensidade pode
aumentar o estresse oxidativo das células e ao invés de ser benéfico para o aumento da
imunidade tem efeito contrário.
Cabe lembrar que baseado nos conhecimentos adquiridos nesta seção, existem outros
caminhos para a resolução desta situação-problema, esta foi somente uma
possibilidade apresentada. Busque alternativas, podemos sempre aprimorar.
AVANÇANDO NA PRÁTICA
A IMPORTANTE PROTEÍNA DA PELE
Para introduzir essa situação, considere o texto retirado de uma matéria publicada no
site G37 em 2018. “Um churrasco em uma residência fez 10 vítimas, todas com
queimaduras após uma explosão ao utilizarem álcool líquido próximo à churrasqueira.
As vítimas chegaram ao hospital com queimaduras de primeiro, segundo e terceiro
grau” (G37, 2018).
Os acidentes por queimaduras ficam em segundo lugar no mundo, quando comparados
aos acidentes com fraturas. As queimaduras podem ser classificadas de acordo com a
profundidade e extensão da lesão, quanto maior a extensão e maior a profundidade da
lesão, maior a gravidade.
Assim, imagine que você que é membro de uma equipe de consultoria de uma
empresa que atua com capacitação de profissionais da saúde e estava em uma
capacitação para profissionais de uma grande clínica médica. Durante o evento você
foi indagado a respeito do acidente ocorrido e como vocêavalia a importância da pele
em nosso organismo. Pensando na estrutura do tecido danificado pela queimadura, as
células da epiderme tiveram as suas estruturas alteradas. Relacione este fato aos
filamentos proteicos que compõem o citoesqueleto e apresente a sua importância para
a estrutura das células.
RESOLUÇÃO
Para atender aos questionamentos, o consultor poderia enfatizar que sabemos que a pele é
um órgão composto por diversos tecidos e tipos celulares especializados, que exercem
funções fundamentais para a vida, como a termorregulação, sensibilidade, proteção contra
agressões exógenas, de natureza química, física e biológica, contra a perda de água para o
exterior, dentre outras funções.
Como estudamos, as células conseguem se sustentar e manter a forma devido à presença
do citoesqueleto, estrutura presente em todas as células. Os filamentos proteicos que
https://conteudo.colaboraread.com.br/202102/INTERATIVAS_2_0/INTRODUCAO_A_BIOLOGIA_CELULAR_E_DO_DESENVOLVIMENTO/LIVRO_DIGITAL/fmt_u2s1.html#resolucao%20.item-1
compõem o citoesqueleto são os microfilamentos, microtúbulos e os filamentos
intermediários. Estes últimos são os mais abundantes nas células que sofrem estresses
mecânicos, por serem os mais resistentes, capazes de suportar altos níveis de tensão e
deformação, que os outros dois filamentos não suportam, se rompendo facilmente. Desta
forma, ele está presente nas células musculares, cardíacas e a pele. São formados por
diferentes proteínas fibrosas, que se unem aos filamentos intermediários dependendo do
tipo celular.
A pele, nosso tecido epitelial, é formado por três camadas interdependentes: a epiderme,
derme e a hipoderme, todas contendo queratinócitos (células diferenciadas responsáveis
pela produção de queratina). A queratina é uma proteína fibrosa, que apresenta
conformação rígida, elasticidade e impermeabilidade à água. Está presente também em
nossos pelos e unhas, conferindo resistência. Apesar de conferir resistência e proteção à
nossa pele, os danos causados à célula com as queimaduras danificam estas estruturas e
rapidamente as camadas mais internas da epiderme devem aumentar a síntese de queratina
para suprir os danos causados pela lesão, repondo as proteínas e reerguendo a sua
estrutura.
Mas, vale lembrar que as lesões mais graves muitas vezes são irreversíveis e necessitam
do auxílio de tratamentos, medicamentos e outros procedimentos para se recuperarem.
Unidade 2 - Seção 2
SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS E ORGANELAS
PRATICAR PARA APRENDER
Caro aluno, estamos aprofundando cada vez mais o nosso conhecimento neste
universo das células. Já conhecemos as diferenças entre elas, a função fundamental na
vida de todos os organismos, a interação de uma célula com a outra, o que as mantém
estruturadas e os componentes celulares, permitindo uma maior compreensão de como
o nosso corpo funciona, assim como os outros organismos vivos.
Nesta seção, vamos nos dedicar a compreender o sistema de endomembranas
presentes nas células eucarióticas, acompanharemos como ocorre o transporte de
proteínas e lipídios, e a interação entre as organelas deste sistema, como o retículo
endoplasmático rugoso e liso, a relação deles com o complexo de Golgi, os
lisossomos, vacúolos e vesículas e até mesmo a relação destas organelas membranosas
com a membrana plasmática.
As organelas são estruturas menores que estão presentes dentro das células, cada qual
desempenhando uma função diferente, mas todas trabalhando em conjunto para que a
máquina (nosso organismo) funcione.
Imagine o corpo humano como uma máquina que tem vários órgãos que trabalham
para mantê-lo funcionando. As organelas funcionam como se fossem órgãos das
células, são responsáveis pela digestão, respiração, circulação de substâncias, dentre
outras funções. Lembrando que os organismos vivos são compostos por milhares de
células, incluindo nossos órgãos. Algumas organelas não compreendem o sistema de
endomembranas, como as mitocôndrias, muito importantes para a manutenção da
vida, por serem responsáveis pela produção de energia para realização das atividades
celulares. Os plastídios que têm função de fotossíntese, e são importantes na síntese de
aminoácidos e ácidos graxos, presentes exclusivamente nas células vegetais. E os
peroxissomos, que degradam gordura e outras substâncias no interior das células.
Você já deve ter ouvido falar que algumas células se autodestroem e, muitas vezes,
cometem a autofagia, ou seja, a destruição ou reciclagem de estruturas e organelas que
não estão desempenhando corretamente as suas funções, para não prejudicar as
atividades celulares, que podem, consequentemente, trazer prejuízos para o
funcionamento de todo o organismo. Estudaremos assim, as particularidades das
principais organelas e suas funções, vamos lá?
Vamos retomar ao nosso cenário hipotético criado para a resolução da
situação-problema geradora de aprendizagem. Por conta de todas as instabilidades
ambientais às quais estamos expostos – como grandes variações de temperatura,
pressões atmosféricas, qualidade do ar, alterações de umidade do ar, pressão de O2,
dentre outros extremos – desequilíbrios dos mais diversos são provocados, incluindo
prejuízos à saúde humana. As células conseguem tolerar pequenas variações, sem
grandes prejuízos, no entanto, em algumas situações de desequilíbrios maiores, elas
não conseguem manter a sua morfologia e o seu funcionamento íntegros, o que pode
desencadear inúmeras patologias e lesões celulares reversíveis ou até mesmo
irreversíveis.
Muitas doenças estão sendo frequentemente notificadas e um número crescente de
casos está relacionado à poluição do ar. Acredita-se que a poluição possa danificar
todas as células do nosso corpo. O dano é causado pelos poluentes que entram na
corrente sanguínea e geram uma série de infecções, podendo causar doenças
pulmonares, cardíacas, demência, problemas no fígado, câncer, dentre outros, com a
possibilidade de afetar inclusive a fertilidade, o feto durante a gestação e aumentar o
número de abortos espontâneos.
Diante deste contexto e para trabalhar os temas da seção, junto às possíveis situações
da prática profissional, continuaremos acompanhando o nosso professor universitário
durante as suas aulas para dicentes da área da saúde.
O professor segue buscando envolver os seus alunos mediante a situações comuns
com as quais nos deparamos e a relação delas com o universo das células.
Ao relacionar os possíveis danos ocasionados pela poluição do ar à fertilidade, uma
aluna o questionou em relação ao tema, expondo a história de um casal que procurou
auxílio médico, após 12 meses de tentativa e fracasso para engravidar. Depois de uma
série de exames, o espermograma do homem evidenciou teratospermia, ou seja,
alterações na morfologia do espermatozoide, mais precisamente foi notificada a
ausência de acrossomos.
Como você, no lugar do professor, poderia explicar esta notificação constatada no
exame? Qual a importância do acrossomo para o processo de reprodução? Como você
relacionaria este contexto às organelas celulares para explicar aos alunos a situação?
Para explicarmos a importância de um determinado produto, precisamos conhecer a
fundo todas as suas características, sua composição e seu funcionamento, assim como
os diferenciais que o tornam específico, não é mesmo? Só assim conseguiremos
convencer o nosso cliente. O mesmo ocorre com as células, não basta dizermos que
elas são importantes, precisamos conhecer a sua estrutura e composição, como elas
funcionam internamente para compreendermos a dimensão de suas funções e a
atuação delas nos organismos vivos.
CONCEITO-CHAVE
Dentre os componentes do citoplasma, além dos já estudados citosol e citoesqueleto,
há também as organelas citoplasmáticas, as quais desempenham diversas funções
específicas. As organelas são estruturas envolvidas ou não por membranas. As
organelas não membranosas, ou seja, que não têm membranas, são encontradas no
citosol e não dependem de transportes para realizar sua função, o que facilita seu
trabalho. São exemplosos ribossomos, estruturas do citoesqueleto (filamentos,
microtúbulos e centríolo) e o centrossomo. Já as organelas membranosas são
compartimentos envolvidos por membranas biológicas originadas a partir da
invaginação da membrana celular, compostas por lipídios, proteínas e hidratos de
carbono, muito semelhantes à membrana plasmática.
As organelas, exclusivas às células eucariontes, são capazes de realizar funções como
captura de alimentos, produção de energia, síntese de moléculas, dentre outras.
Algumas organelas se unem e formam um sistema de endomembranas, distribuído por
todo o citoplasma, trabalham em conjunto com o intuito de modificar, empacotar e
transportar as proteínas e os lipídios que serão utilizados nos processos metabólicos
das células. Este sistema apresenta vários subcompartimentos que se intercomunicam,
enviando e recebendo informações através de moléculas (sinalização celular),
constituídos pelas organelas: retículo endoplasmático, complexo de Golgi,
endossomos e lisossomos. Vale lembrar que as mitocôndrias e os cloroplastos ou
peroxissomos não fazem parte do sistema de endomembranas. Veremos a seguir as
características e funções de cada uma destas organelas.
Figura 2.3 | Anatomia da célula animal
Fonte: adaptada de Shutterstock/VectorMine.
RETICULO ENDOPLASMÁTICO LISO E RUGOSO
O retículo endoplasmático (RE) é uma rede contínua de membranas distribuídas por
todo o citoplasma, ocupando quase a metade deste espaço, que formam uma espécie
de labirinto. É uma organela encontrada em todas as células eucariontes, composta por
túbulos e vesículas achatadas, todos interligados, que se comunicam com a carioteca.
Têm espaços “vazios” em seu interior, chamados de cisternas ou lúmen (luz). Esta
estrutura é visível apenas no microscópio eletrônico, mas pode ser observada a
presença dela sem detalhes, em microscópio óptico quando coradas. Na superfície
externa (face citosólica) da membrana do RE, em alguns locais, são encontrados
poliribossomos aderidos à membrana, sintetizando proteínas que são inseridas nas
cisternas. Desta forma, o retículo endoplasmático pode ser dividido em duas regiões:
rugosa e lisa.
REFLITA
Você consegue pensar em como os ribossomos podem se ligar à
membrana do retículo endoplasmático rugoso? Temos que nos recordar
do processo de sinalização celular e os componentes necessários para
que a sinalização ocorra.
O retículo endoplasmático rugoso (RER) é a região que apresenta grande quantidade
de ribossomos, ou seja, está presente em maior quantidade nas células especializadas
em sintetizar proteínas, como as células do pâncreas que sintetizam enzimas digestivas
ou os fibroblastos, os quais sintetizam o colágeno. Dentre as principais funções do
RER está a síntese de proteínas de membrana e proteínas para secreção, mas há outras
funções como a degradação de glicogênio, síntese de fosfolipídios e montagem de
proteínas com longas cadeias polipeptídicas. Aprendemos que a formação de todas as
proteínas é iniciada no citosol pelos ribossomos livres, certo? Grande parte destas
proteínas sintetizadas permanecem no citosol, algumas são destinadas ao núcleo, as
mitocôndrias ou cloroplastos, também sintetizadas pelos ribossomos livres. No
entanto, as proteínas que serão utilizadas na membrana plasmática, no próprio retículo
endoplasmático ou no complexo de Golgi, e as proteínas que serão armazenadas no
interior das células (como no caso dos lisossomos) ou as proteínas armazenadas no
interior das células para posterior exportação (no caso do pâncreas e algumas
glândulas endócrinas) são sintetizadas por ribossomos ligados ao RER. Mas a
estrutura destes ribossomos é diferente? A resposta é não. Conforme estudamos, todos
os ribossomos são formados por duas subunidades, uma maior e outra menor, esta
subunidade menor ao se ligar a um mRNA (RNA mensageiro) se torna funcional e
pode sintetizar proteínas.
As proteínas que são sintetizadas com destino ao retículo endoplasmático, conforme
os aminoácidos vão sendo expostos do ribossomo, chamados de sequência sinal, se
ligam a uma partícula reconhecedora do sinal (SRP – sinal recognition particle). A
SRP inibe a síntese de proteínas destinadas ao retículo até o momento em que os
ribossomos se liguem a um receptor da membrana do RER. Quando ocorre a ligação,
o SRP do polirribossomo é liberado e a síntese proteica continua. Com isso, o que
definirá se um ribossomo ficará solto no citosol ou aderido à membrana do retículo
dependerá do tipo de proteína que ele estiver sintetizando, se ela possui ou não uma
sequência sinal. As proteínas que não irão permanecer no retículo endoplasmático
rugoso são enviadas até o complexo de Golgi pelas vesículas de transporte e túbulos,
assim como os fosfolipídios produzidos para outras membranas, transportados
também em vesículas.
A outra região do retículo endoplasmático desprovida de ribossomos é conhecida
como retículo endoplasmático liso (REL). A membrana do REL é contínua à
membrana do RER, mas as moléculas que constituem estas membranas são diferentes.
O retículo endoplasmático liso, na maioria das células, se localiza próximo à
membrana nuclear. Ele participa da síntese de lipídios, presente em maior quantidade
em células envolvidas no metabolismo de lipídios, como as células intersticiais do
testículo, tecido muscular, fígado e das glândulas adrenais; além de participar da
síntese de carboidratos e de hormônios esteroides, do processo de desintoxicação (no
caso de medicamentos, venenos, substâncias químicas e o etanol), reciclagem de
organelas envelhecidas pelo processo de autofagia, da degradação de glicogênio
(produzindo glicose para o metabolismo energético – função em comum com o RER)
e o armazenamento e controle intracelular de íons de cálcio (Ca2+). O REL é
responsável por controlar a concentração de Ca2+ necessário no processo de ativação
da contração muscular nas células musculares, recebendo nestes casos o nome de
retículo sarcoplasmático.
Há algumas regiões do retículo endoplasmático que têm pouquíssimos ribossomos,
geralmente são as regiões de transição entre o RER e REL.
ASSIMILE
Os termos liso e rugoso são aplicados aos estados transitórios das
membranas do retículo endoplasmático. Por se tratar de um
compartimento único e contínuo, as regiões podem se alternar, em
determinado momento estar lisa e em outro rugosa. Com isso, é
importante considerarmos que o retículo está rugoso ou liso e não que
ele é rugoso ou liso (ATTIAS; SILVA, 2010).
COMPLEXO DE GOLGI
Vimos que o material que sai do retículo endoplasmático é transportado em vesículas
até o complexo de Golgi, uma vez que estas duas organelas têm conexão entre si.
Sendo assim, existe um complexo de Golgi (ou aparelho de Golgi), por célula
eucariótica, estando ausente em hemácias e espermatozoides, no entanto, nos
espermatozoides o complexo de Golgi tem participação na formação do acrossomo.
VOCABULÁRIO
Acrossomo: estrutura que compõe a cabeça do espermatozoide, é
formada por várias vesículas contendo enzimas digestivas (lisossomos),
cuja função é perfurar a membrana do óvulo no processo de
fecundação.
Esta organela é composta por vesículas achatadas e empilhadas, como uma espécie de
pilha de pratos/sacos, conhecidos por cisternas do complexo de Golgi. Cada pilha de
cisternas recebe o nome de dictiossomo e são encontradas geralmente em uma
determinada região do citoplasma, principalmente ao lado do núcleo e próximo dos
centríolos, embora em alguns tipos celulares, como é o caso das células nervosas, esta
organela forma pequenos grupamentos circundando o núcleo, ou como nas células
vegetais que estão espalhadas pelo citoplasma. O tamanho e a quantidade de cisternas
de Golgi dependem do tipo celular.
EXEMPLIFICANDO
As glândulas salivares (secretam enzimas digestivas) e as células do
sistema imunológico (secretam anticorpos) são células que secretam
grande quantidade de proteínas e, consequentemente, têm muitas
cisternas do complexo de Golgi. Em células musculares são
encontrados em tamanho pequeno, já em células que secretamglicoproteínas são encontrados em tamanhos maiores.
O complexo de Golgi está envolvido na separação, empacotamento e distribuição de
proteínas e lipídios advindos do RE através das vesículas de transporte, por isso
também pode ser denominado vesícula transportadora. Essas vesículas são
constituídas por uma face cis (ou face de entrada), mais convexa, geralmente próxima
ao núcleo e ao RE, considerada a face receptora, que recebe as vesículas
transportadoras do retículo endoplasmático. A face oposta é côncava, denominada de
face trans (ou face de saída), mais distante do núcleo, e está voltada para a membrana
plasmática. Entre estas duas faces são encontradas as cisternas médias. As proteínas
produzidas no RE e transferidas para o complexo de Golgi se fundem à membrana da
face cis e após serem modificadas, formadas e organizadas com auxílio de enzimas
específicas são empacotadas e liberadas pela face trans, por meio de vesículas de
secreção, após a maturação. Os conteúdos despejados pelas vesículas podem se fundir
à membrana plasmática, no caso de proteínas úteis para ela, ou serem secretados para
o meio extracelular. Em outros casos, o conteúdo das vesículas pode ser liberado em
outras partes da célula onde serão utilizados, como nos lisossomos (digestão
intracelular) ou nos vacúolos (enzimas digestivas). Muitas células do nosso corpo
secretam substâncias e até elas serem secretadas passam por todo este processo, como
a insulina (hormônio) secretada pelas células do pâncreas.
Conhecendo esta organela, podemos elencar sua principal função como a distribuição
das macromoléculas (proteínas e lipídios) advindas do retículo endoplasmático para as
vesículas.
Além de participar da modificação das proteínas e lipídios através da glicosilação
(adição de açúcares) e a síntese de proteoglicanas (adição de grupamentos sulfato às
proteínas), elas formam os lisossomos.
As proteínas modificadas pelo complexo de Golgi, quando liberadas, podem ser
incorporadas a um endossomo (pequenas vesículas), retornar para o retículo
endoplasmático ou, ainda, ser encaminhadas para a membrana plasmática, onde serão
secretadas.
LISOSSOMOS
Os lisossomos são vesículas, também delimitadas por membranas, que contêm
enzimas hidrolíticas, ou seja, com função de digestão. Estas organelas estão presentes
em quase todas as células animais, sendo mais abundantes nas fagocitárias
(macrófagos e leucócitos) e ausentes nas hemácias. Elas têm uma variedade de
enzimas com capacidade de digerir substâncias que variam de acordo com o tipo
celular e a função de cada célula, como exemplo podemos citar a protease, lipase,
fosfatase, desoxirribonuclease, dentre outras, todas com atividade máxima em pH 5,0
(ácido). Mas estas enzimas não podem destruir a célula? As células já pensaram em
tudo, e como mecanismo de defesa a membrana dos lisossomos funciona como uma
espécie de barreira, que impede as enzimas de alcançarem o citosol, e caso
acidentalmente isso ocorra, o pH do citosol é relativamente neutro impedindo a ação
destrutiva das enzimas.
ASSIMILE
Para que as enzimas digestivas não destruam a sua própria membrana,
os lisossomos têm glicoproteínas na face interna, cujo revestimento de
açúcares protege a membrana da ação enzimática.
As enzimas hidrolíticas são produzidas no retículo endoplasmático rugoso e
transportadas para o complexo de Golgi, onde sofrem modificações e são empacotadas
em vesículas, conhecidas por lisossomos primários. Estes lisossomos primários ainda
não estão participando do processo de digestão intracelular. Como uma de suas
funções é a digestão de substâncias extracelulares introduzidas na célula por meio da
endocitose (fagocitose e pinocitose), quando a membrana dos lisossomos primários se
funde aos fagossomos ou pinossomos, formando um vacúolo digestório, também
chamado de lisossomo secundário, inicia a digestão intracelular com a ação das
enzimas.
ASSIMILE
Nas células vegetais não são encontrados lisossomos. Assim, a organela
que desempenha função semelhante é o vacúolo e, por esse motivo, ele
é bem maior nestas células. O vacúolo ocupa grande parte do conteúdo
celular das células vegetais, armazena água e nutrientes e pode fazer a
quebra de moléculas e componentes celulares, além de atuar no
equilíbrio do volume de água disponível no interior da célula.
Quando a célula não absorve todo o material digerido, o que resta compõe um corpo
residual, que será eliminado do citoplasma posteriormente. Outra função destas
organelas é realizar o processo de autofagia, ou seja, a digestão de estruturas da
própria célula. Mas quando isto ocorre? Quando as células têm alguma organela ou
estrutura danificada, com um componente envelhecido e não estão mais executando
corretamente a sua função, os lisossomos fazem a digestão destas partes da célula, em
um processo que é comum em células glandulares que acumulam secreções em
excesso.
EXEMPLIFICANDO
Durante a gravidez por exemplo, há um aumento na produção de leite
pós parto, aumentando o número de células secretoras nas glândulas
mamárias. No entanto, quando termina o período de lactação ocorre o
processo de autofagia, destruindo os restos de secreção e organelas que
não serão mais utilizados. A autofagia é um tipo de morte celular.
Os lisossomos podem ainda agir no exterior das células, destruindo substâncias ou
estruturas extracelulares pela ação de suas enzimas digestivas. Esta ação pode ser
observada por exemplo durante o crescimento dos ossos, quando as enzimas destroem
áreas da matriz óssea.
Algumas células armazenam materiais que serão secretados após a ação metabólica,
hormonal ou neural que regulam a secreção. Estas moléculas secretadas são
armazenas em grandes quantidades em vesículas ou grânulos secretórios, que contêm
enzimas digestivas.
Podemos concluir que os lisossomos são organelas importantes para a manutenção da
homeostase da célula, compondo o sistema de endomembranas junto do retículo
endoplasmático, do complexo de Golgi, das vesículas e dos vacúolos, da membrana
celular e da carioteca.
OUTRAS ORGANELAS MEMBRANOSAS
As organelas classificadas como membranosas que não fazem parte do sistema de
endomembranas da célula são as mitocôndrias, os cloroplastos e os peroxissomos.
As mitocôndrias são organelas presentes somente em células eucarióticas. Elas têm
forma de bastonetes e a sua principal função está relacionada ao processo de produção
de energia para a célula (respiração celular): na presença de oxigênio sintetizam ATP,
importantes no ciclo de Krebs e na cadeia respiratória. Estas organelas estão presentes
em maiores quantidades em células que requerem um maior gasto energético e junto
do REL auxiliam na regulação da concentração de íons no citoplasma celular. As
mitocôndrias têm duas membranas, uma interna e outra externa. A primeira é
composta por invaginações, chamadas de cristas mitocondriais, direcionadas para o
interior da mitocôndria, delimitando o espaço interno (matriz mitocondrial). O espaço
entre a dupla membrana é conhecido por espaço intramembranoso. Além das duas
membranas, as mitocôndrias têm material genético próprio (DNA mitocondrial),
permitindo a sua autoduplicação.
Os cloroplastos são também organelas citoplasmáticas, do grupo plastídio, exclusivos
de células vegetais e algas. Eles estão relacionados ao processo de fotossíntese,
produção de energia para as atividades metabólicas da célula através da conversão de
energia solar em energia química, no armazenamento de amido e na síntese de
metabólitos.
Os peroxissomos são organelas presentes em células eucariontes, tanto de animais
quanto de plantas, constituem bolsas membranosas e se assemelham aos lisossomos.
No entanto, não fazem parte do sistema de endomembranas e formados por apenas
uma membrana e sem material genético próprio. As suas enzimas oxidativas permitem
aos peroxissomos fazer a função de degradação de substâncias, como as gorduras e os
aminoácidos no interior das células, através de enzimas como a catalase, capaz de
decompor o peróxido de oxigênio (água oxigenada),elemento muito tóxico para as
células. Eles auxiliam também na desintoxicação de moléculas (principalmente na
corrente sanguínea) e nas plantas têm um papel importante no processo de
fotorrespiração e na conversão de açúcares nas sementes, permitindo o
desenvolvimento das plantas.
Muitas doenças são causadas em decorrência de alterações nas organelas, seja devido
a modificações bioquímicas, como defeitos na síntese de proteínas ou degradação de
moléculas, ou ainda alterações morfológicas, prejudicando a estrutura e,
consequentemente, o funcionamento da célula. Com isso, podemos perceber que
independente de uma organela ser membranosa ou não, todas elas têm funções bem
específicas e são dependentes umas das outras. Assim, situações que causem danos a
uma organela afetam a célula por completo.
FOCO NO MERCADO DE TRABALHO: SISTEMA DE
ENDOMEMBRANAS E ORGANELAS
SEM MEDO DE ERRAR
Com os conhecimentos aprendidos até aqui, você já é capaz de descrever e identificar
as organelas membranosas das não membranosas, as suas funções específicas e o
funcionamento do sistema de endomembranas. Então, já está preparado para
solucionar a situação-problema apresentada.
Uma aluna questionou o professor de Biologia Celular sobre fertilidade e expôs a
história de um casal que procurou auxílio médico, após 12 meses de tentativa de
engravidar, sem sucesso. Depois de uma série de exames, o espermograma do homem
evidenciou teratospermia, ou seja, alterações na morfologia do espermatozoide, mais
precisamente foi notificada a ausência de acrossomos.
Como você, no lugar do professor, pode explicar o que foi constatado no exame? Qual
a importância do acrossomo para o processo de reprodução? Como você relacionaria
este contexto às organelas celulares para explicar aos alunos?
Para responder aos questionamentos, o professor deve considerar que há um crescente
aumento na procura por clínicas de reprodução humana por casais em idade fértil que
querem se tornar pais, mas por algum motivo, que deve ser investigado, não
conseguem. As causas podem ser diversas: disfunções na ovulação, alterações no
útero, endometriose, produção inadequada de esperma, tabagismo, uso de drogas e
medicamentos, obesidade, incompatibilidade genética, ação de fatores ambientais,
dentre outras possibilidades, que devem ser investigadas, pois existe também uma
variedade de tratamentos.
Os espermatozoides são os gametas masculinos, responsáveis pela reprodução sexual
nos animais, juntamente com os óvulos (gametas femininos). Para resolvermos a
situação é necessário conhecer a estrutura do espermatozoide, já que se trata de uma
célula composta pela cabeça, peça intermediária e cauda. A cauda, também conhecida
como flagelo, é formada por um par de centríolos e permite a locomoção do
espermatozoide no órgão reprodutor feminino. Na peça intermediária (ou colo) há
uma grande concentração de mitocôndrias, essenciais na produção de energia (ATP)
para a movimentação dos flagelos. E, por fim, a cabeça é composta pelo núcleo, que
abriga o material genético masculino e está coberto pelo acrossomo. Este é formado
por vesículas contendo muitas enzimas digestivas (lisossomos), produzidas pelo
complexo de Golgi. A partir das suas enzimas, o acrossomo consegue penetrar na
membrana do óvulo, permitindo a fecundação. A ausência desta estrutura impede a
penetração do espermatozoide no óvulo, o que causa a infertilidade do homem.
Com isso, explicamos aqui o envolvimento de várias organelas citoplasmáticas,
lembrando que elas precisam desempenhar cada uma o seu papel para o correto
funcionamento da célula, e este é só um caminho dentre outros que você pode utilizar
para explicar a situação. Vá em frente!
AVANÇANDO NA PRÁTICA
OS EFEITOS DO ÁLCOOL
Imagine a seguinte situação: um jovem, recém-formado, passou a noite rodeado de
amigos e familiares aproveitando a sua festa de formatura. Ele estava consumindo
muitas bebidas alcoólicas de forma exagerada durante toda a noite e em certo
momento da festa começou a apresentar muita confusão mental, dificuldades de
respiração, vômitos e convulsões. Levado às pressas para o hospital mais próximo ao
local da festa, o jovem foi diagnosticado em coma alcoólico e assistido.
Dessa forma, imagine que você é um dos profissionais da saúde que fazia parte da
equipe multiprofissional que participou desse atendimento. Após a estabilização da
saúde do jovem, esse lhe questionou sobre os efeitos do álcool às células do seu
organismo. Como você explicaria o papel de uma organela envolvida no processo de
desintoxicação do organismo? Esses questionamentos podem ocorrer em vários
contextos da sua futura atuação como profissional da saúde.
RESOLUÇÃO
Para responder aos questionamentos do jovem, você poderia enfatizar que após a ingestão
grande quantidade de álcool, este foi absorvido pelo estômago e através da corrente
sanguínea atingiu rapidamente o cérebro e passou a ter efeito em outros órgãos do
organismo. No cérebro, o álcool age em neurotransmissores inibitórios, reduzindo o
retardamento fisiológico, gerando fala enrolada, movimentos lentos e outros. Mas é no
fígado que ocorre o metabolismo de substâncias tóxicas advindas da corrente sanguínea.
As células do fígado têm os peroxissomos, organelas com alta capacidade de oxidar
substâncias orgânicas, por possuir uma grande quantidade de enzimas oxidativas, elas
auxiliam na desintoxicação de moléculas a partir da quebra destas moléculas, tornando-as
substâncias menos nocivas à saúde. Os hepatócitos (células do fígado) têm a enzima álcool
desidrogenase, que converte o álcool em acetaldeído (extremamente tóxico ao nosso
organismo). Este composto em excesso provoca vários dos sintomas sentidos pelo jovem
em estado de alcoolismo. O fígado produz ainda outra enzima (aldeído desidrogenase),
capaz de converter o acetaldeído em acetato (produto atóxico ao nosso organismo). O
álcool em excesso acaba provocando outros efeitos como desidratação e náuseas, pois
também atinge os rins e o estômago. No estômago ocorre o aumento de secreções
intestinais e nos rins a inibição do hormônio antidiurético, que auxilia na reabsorção de
água pelos rins, evitando a eliminação em excesso (estratégia da manutenção da vida dos
seres vivos), desta forma, o corpo sob efeito do álcool libera água em excesso ao invés de
reabsorvê-la.
Outras organelas, como o retículo endoplasmático liso e as mitocôndrias, também têm
papel importante na desintoxicação do organismo.
Que tal propor uma outra solução à situação-problema? Conto com você.
Unidade 2 - Seção 3
CICLO CELULAR, DIFERENCIAÇÃO CELULAR E APOPTOSE
PRATICAR PARA APRENDER
Caro aluno, o quanto nós já aprendemos sobre a unidade fundamental para a
existência da vida, não é mesmo? Diferenciamos seres unicelulares de seres
pluricelulares, seres procariontes de seres eucariontes, células animais de células
vegetais, além de estudarmos a composição e a estrutura destas unidades
microscópicas que têm diversas funções dependendo do seu tipo celular. Mas,
independentemente do seu tipo celular, vimos que elas têm características em comum,
como a membrana plasmática que controla a entrada e saída de substâncias da célula e
confere proteção; o citoplasma composto pelo citoesqueleto, que traz sustentação e
https://conteudo.colaboraread.com.br/202102/INTERATIVAS_2_0/INTRODUCAO_A_BIOLOGIA_CELULAR_E_DO_DESENVOLVIMENTO/LIVRO_DIGITAL/fmt_u2s2.html#resolucao%20.item-1
manutenção às células, bem como a presença de inúmeras organelas, presentes ou
ausentes, de acordo com o tipo celular; e o material genético, responsável por conter
toda a informação e as características da célula. Elas se comunicam, certo? E é por
meio desta comunicação que elas desempenham as suas funções.
Uma de suas propriedades fundamentais, capaz de diferenciar os seres vivos de seres
inanimados, é a sua capacidade de se reproduzir. Você já parou para pensar que um ser
humano é composto por bilhões de células, todas originadas de uma única célula, o
zigoto? Como ocorre o crescimento celular e como as células se multiplicame se
dividem em novas células é um dos temas que abordaremos nesta seção.
Todos os organismos vivos têm um ciclo de vida, que envolve diversas transformações
para que possa manter a vida: é preciso se desenvolver, crescer, se reproduzir e se
manter até deixar de existir. O mesmo ocorre com as células, elas têm o ciclo celular e
estudaremos em detalhes cada uma de suas fases e os processos que as envolvem,
compreenderemos o processo de divisão celular utilizado para quase todas as
necessidades de um organismo, que permite a manutenção e renovação de células,
produzindo cópias idênticas, a mitose. Ao mesmo tempo, pensando em reprodução,
estudaremos também a meiose, processo presente em organismos que fazem
reprodução sexual, como os seres humanos. A partir da fecundação, há a formação de
um zigoto, que iniciará a formação e o desenvolvimento de uma nova vida,
conheceremos também um pouco do processo de diferenciação celular e como uma
célula cujo material genético é idêntico a outra pode adquirir funções diferentes. E,
claro, assim como as células se multiplicam e se diferenciam, para que seja mantida a
homeostase ou equilíbrio dos organismos, alguns mecanismos são extremamente
necessários, como a morte celular programada. Talvez lhe pareça estranho pensar em
como seria uma morte programada, mas saiba que ela é essencial para eliminar células
danificadas ou que deixam de ser úteis ao organismo, ela está diretamente relacionada
ao surgimento de tumores e outras patologias. As doenças autoimunes também são
influenciadas por este processo.
Para discutirmos os temas dessa seção, dentro de possíveis situações profissionais,
continuaremos acompanhando o nosso professor universitário durante as suas aulas
para discentes da área da saúde, que continua a introduzir os conteúdos didáticos
associados a situações reais presenciadas pelos seus alunos, buscando despertar a
curiosidade e o interesse pelos temas discutidos.
Mais uma vez, o cenário gira em torno das instabilidades ambientais às quais estamos
expostos e que em determinadas situações geram prejuízos à saúde humana. A
poluição do ar está associada a um número crescente de doenças notificadas, como
doenças pulmonares, cardíacas, demência, problemas no fígado, câncer, fertilidade,
dentre outras. Apesar de as células conseguirem tolerar pequenas variações sem tantos
prejuízos, muitas vezes elas não conseguem manter o seu funcionamento íntegro, o
que pode desencadear inúmeras patologias.
Dando continuidade ao tema da aula, os alunos estavam debatendo a respeito do
câncer, que segundo dados da Organização Mundial da Saúde (OMS) é a segunda
principal causa de morte a nível global. Em 2018, foram calculadas aproximadamente
9,8 milhões de mortes pela doença. O câncer de pulmão, seguido dos cânceres de
mama e colorretal são os mais (OPAS Brasil, 2018).
A seguinte fala de um aluno foi notada pelo professor: “meu tio tem 57 anos, começou
a emagrecer muito, sentir dores no ombro, e nos joelhos, e estava tendo muitas tosses
secas e dificuldade para respirar mesmo quando fazia atividades de médio esforço, o
que o prejudicou no desempenho de algumas atividades em seu trabalho. Ele é
construtor civil há anos e fumou desde a sua adolescência, mas parou recentemente.
Minha tia o levou ao médico e ele foi diagnosticado com câncer de pulmão, começará
o tratamento com quimioterapia na próxima semana”.
Diante deste fato, como o professor poderia relacionar a fala do aluno ao conteúdo
didático de sua disciplina? Como o câncer está relacionado ao ciclo celular, aos
processos de mitose e meiose e até mesmo à morte celular e à diferenciação das
células? Como você, no lugar deste professor, explicaria o assunto a seus alunos?
Entender a vida, suas etapas e como ela se multiplica é importante. Quando há falhas
nesse percurso, elas podem ser ajustadas com cuidados especiais. Vamos juntos
desvendar, então, o ciclo celular?
CONCEITO-CHAVE
Todas as células têm capacidade de crescer e se reproduzir, e a única forma de uma
célula se reproduzir é duplicar uma célula já existente. Para as células se
reproduzirem, elas fazem uma série de eventos organizados de forma cíclica. Há um
aumento coordenado das substâncias e moléculas em seu interior, incluindo o seu
material genético, que é duplicado e posteriormente dividido. Este mecanismo é
conhecido como ciclo celular, ou ciclo de divisão celular, essencial para a manutenção
e geração de vida, mecanismo pelo qual os seres vivos se reproduzem.
Organismos unicelulares produzem um novo organismo a cada divisão celular, como é
o caso das bactérias e leveduras. Já os organismos pluricelulares, para formarem um
indivíduo funcional são necessárias sucessivas sequências de divisões celulares, tanto
durante o período embrionário quanto durante todo o seu desenvolvimento, incluindo
a fase adulta. Nos eucariontes, cada divisão celular produz milhares de células
necessárias para a sobrevivência, pois assim como um tecido ou um órgão é formado
por inúmeras células, a proliferação celular é responsável não só pela reprodução
como também pela manutenção do organismo. Através da multiplicação celular, é
possível repor células que estão danificadas ou por algum motivo sofreram apoptose
(morte celular programada). A divisão celular mantém um volume característico e
constante das células em nosso organismo, regulando o equilíbrio entre a proliferação
de células e a sua morte programadas. E com o intuito de manter o tamanho das
células a cada divisão, elas não duplicam somente o material genético, como também
podem duplicar organelas e macromoléculas, coordenando o crescimento e o volume
da massa celular, para que as células não fiquem menores no decorrer de inúmeras
divisões. O tempo que dura o processo de divisão celular depende do tipo de célula,
do tempo que ela necessita para dobrar de tamanho e manter a massa celular, sem
diminuir o seu tamanho ou aumentar, fator controlado durante o ciclo celular em
momentos específicos. Vamos entender como funciona este processo?
FASES DO CICLO DE DIVISÃO CELULAR
O ciclo celular envolve uma série de eventos, desde o crescimento e desenvolvimento
de uma célula, a formação da célula-mãe por meio da divisão (duplicação do material
genético – DNA), e posterior reprodução que origina duas células-filhas (cópias
geneticamente idênticas à célula original), que ao serem formadas podem dar início ao
ciclo novamente. O processo é dividido basicamente em duas fases: a interfase (fase
em que a célula cresce e faz a cópia do seu DNA), e a mitótica (fase em que a célula
se divide em duas novas células, contendo DNA). Que tal desvendarmos como
ocorrem estas fases nas células eucariontes?
Iniciaremos com a interfase, a fase essencial para que a divisão celular ocorra,
intermediária entre uma fase mitótica (M) e a próxima. Nesta fase, a célula se encontra
em crescimento e intensa atividade metabólica e ocorre a duplicação do material
genético e dos componentes da célula-mãe, sendo considerada a fase mais longa da
divisão celular, composta por três etapas: G1, S e G2, a abreviatura G significa
“intervalo” (gap em inglês) e a abreviatura S significa “síntese”. A etapa G1 é
caracterizada como o primeiro intervalo de tempo entre o final da mitose (fase
mitótica – M) até o início da replicação do DNA (fase de síntese – S). É conhecido
também por período pós-mitótico ou pré-sintético, tem duração variável de acordo
com o tipo celular e é nesta etapa que a célula copia as organelas e outros
componentes celulares que serão utilizados nas etapas seguintes, a célula está em
crescimento celular e com o seu metabolismo celular normal. A etapa S é marcada por
ser a fase mais longa, na qual ocorre a síntese do DNA (replicação) e a duplicação do
centrossomo (se lembram dele? A estrutura que organiza os microtúbulos e irá ajudar
a separar o material genético na fase mitótica). O segundo intervalo, etapa G2, é
marcado pela síntese de proteínas e dos microtúbulos. Neste momento, a célula
organiza o seu conteúdo se preparando para a fase seguinte,ocorre a duplicação de
cromossomos e o reparo de possíveis danos no DNA, sendo finalizada com o início da
mitose. Em G2, a célula permanece em crescimento.
É importante saber que durante toda a fase de interfase ocorre síntese de proteínas e
estruturas celulares são produzidas.
VOCABULÁRIO
Cromossomos são estruturas constituídas por uma molécula de DNA
(material genético) associada a proteínas presentes no núcleo da célula
e variam de espécie para espécie.
A fase mitótica (M) compreende a etapa que a célula divide o seu material genético
(DNA) que foi duplicado, repartindo o seu conteúdo de forma igualitária entre duas
novas células-filhas. A fase M é marcada por duas etapas: a mitose (ou divisão
celular) e citocinese (ou divisão citoplasmática). Durante a mitose, os cromossomos
copiados são separados pelo fuso mitótico e se dividem para os núcleos das células
filhas. Este processo ocorre em quatro etapas que estudaremos a seguir: a prófase,
metáfase, anáfase e telófase. A citocinese é marcada pela divisão do citoplasma da
célula em duas novas células, iniciada após o término da mitose. É importante saber
que esta etapa ocorre de formas distintas em células animais e vegetais, a citocinese
descrita ocorre em células animais.
EXEMPLIFICANDO
A citocinese em células animais é chamada de citocinese centrípeta
(ocorre da parte periférica da célula em direção ao centro), com a
formação de um anel contrátil, formado por fibras do citoesqueleto.
Filamentos de actina e miosina formam o sulco de clivagem, que divide
a célula em duas, por elas serem macias e moles. Já nas células
vegetais, devido à presença da parede celular, elas são mais duras e
resistentes e a pressão interna é alta, o processo é chamado de
citocinese centrífuga (do centro da célula para a periferia). Para que as
células se dividam é formada uma estrutura (lamela média) composta
por membrana plasmática e outros componentes da parede celular,
dividindo a célula ao meio.
As células- filhas foram produzidas, mas o que acontece com elas? Vai depender
muito do tipo de célula, pois alguns tipos celulares se dividem rapidamente, outros se
dividem de forma lenta ou não se dividem. Isso porque as células do nosso corpo
podem ser células lábeis (que continuam a se multiplicar durante toda a vida), como é
o caso das células epiteliais e hematopoiéticas; podem ser células estáveis (em geral
não se dividem, mas têm a capacidade de se proliferar quando estimuladas), no caso as
células presentes em glândulas, como o fígado, pâncreas, células salivares, endócrinas
e outras; e, por fim, há as células permanentes (que perdem a capacidade de se
dividir), como as células musculares e células do sistema nervoso central.
As células estáveis e permanentes, por exemplo, deixam a fase G1 e entram na fase
G0, considerada uma fase de repouso. Neste momento, as células não estão ativas para
se dividirem, mas seguem com as atividades metabólicas, desempenhando suas
funções. As células podem permanecer nesta fase G0 (para algumas células este
estado é permanente) e em outros casos elas recebem um sinal ou estímulo e retornam
para a fase G1, de onde seguirão o ciclo da divisão celular.
O ciclo celular tem mecanismos de controle para regular os processos de divisão
celular e síntese de proteínas, pois você já imaginou se ocorre algum erro no processo
e ele não pode ser interrompido ou há uma proliferação descontrolada de células?
Muitos problemas podem ocorrer, prejudicando não só o funcionamento do
organismo, mas também ocasionando uma série de patologias, como a formação de
tumores. O controle é feito em pontos de verificação ou checagem, por moléculas
(exemplo: ciclinas) que atuam em pontos de transição entre fases do ciclo celular, para
que uma fase não inicie antes do término da fase anterior, e auxilia na checagem de
qualquer anomalia no processo, para que o problema seja reparado e o ciclo possa
seguir. Caso a célula não possa ser reparada, ela é encaminhada para o processo de
apoptose, que veremos mais adiante. Existem três pontos de checagem: o primeiro é
na fase G1 (final da fase G1 para a fase S), o segundo ponto é na fase G2 (transição da
fase G2 para a fase M) e por fim o terceiro ponto é na fase M, antes do processo de
conclusão da mitose e início da citocinese. No final da fase G1, há o ponto de controle
conhecido como ponto de restrição (R), que impede a célula de seguir no ciclo caso
sejam verificadas condições insatisfatórias ou desfavoráveis.
Mesmo com todos os pontos de checagem e correções dos danos às células, durante a
divisão celular, podem ocorrer alterações que interferem diretamente no número ou na
estrutura dos cromossomos, ocasionando mutações cromossômicas que serão estudas
mais adiante.
ASSIMILE
A duração do ciclo celular depende muito do tipo de célula, apesar de
todas elas precisarem crescer e atingir um tamanho que lhes permita
manter-se constante antes de iniciar a divisão. A maior parte do ciclo,
em torno de 95%, é composto pela interfase, e a sua duração depende
de fatores como condições fisiológicas da célula (idade, disponibilidade
de hormônios, temperatura, pressão osmótica, dentre outros). Em
células de mamíferos, o ciclo celular tem duração de aproximadamente
12 horas e em outros casos de 24 horas, com crescimento mais lento.
Em compensação, um organismo unicelular é capaz de formar duas
novas células em um intervalo de 1 hora e meia, como as leveduras. A
fase que apresenta mais variações de tempo é a G1, a qual pode durar
horas, dias e até mesmo anos. As fases S, G1 e M costumam ser mais
constantes, no entanto podem variar dependendo da espécie ou, ainda,
dependendo do estágio de desenvolvimento em que o organismo se
encontra.
Figura 2.4 | Fases do ciclo celular
Fonte: adaptada de Wikimedia Commons / Richard Wheeler (Zephyris).
MITOSE E MEIOSE. GAMETOGÊNESE
A fase mitótica (M), como vimos, é o processo da divisão celular, cuja função é
garantir o crescimento celular e a substituição de células. Desta forma, através da
multiplicação celular (produção de células idênticas), renova tecidos celulares e
auxilia em processos de cicatrização, faz o preenchimento do corpo dos organismos,
além de possibilitar a reprodução de organismos unicelulares. A mitose deve assegurar
que a célula-mãe reparta o seu material genético de forma que cada uma das
células-filhas formadas (duas) receba um par de cromossomos, uma vez que qualquer
erro nesta divisão pode levar ao mau funcionamento da célula, à morte celular ou até
mesmo ao desenvolvimento de câncer ou outras patologias. Este processo ocorre em
todas as células somáticas (todas as células não reprodutivas, que formam tecidos e
órgãos). Vamos entender agora como ocorre cada uma das quatro etapas deste
processo.
Antes de iniciar a mitose, ainda na interfase, os centrômeros (centrossomos) foram
duplicados, o DNA já foi copiado e os cromossomos presentes no núcleo se
encontram conectados a suas cópias, chamadas de cromátides irmãs. É quando inicia a
primeira etapa da mitose, a prófase. Nesta etapa, são iniciados alguns processos, tais
como a condensação dos cromossomos, a formação do fuso mitótico (composto por
centrossomos e microtúbulos – organiza os cromossomos) e a fragmentação da
carioteca e o desaparecimento do nucléolo (local de formação de ribossomos). Na
etapa seguinte, a metáfase, os cromossomos atingem o seu ponto máximo de
condensação e se alinham na placa metafásica (estrutura formada na região média da
célula) ligados ao centrômero. Neste momento que ocorre o ponto de checagem da
fase M, para verificar se todos os cromossomos estão ligados à placa metafásica,
garantindo que a divisão das cromátides-irmãs seja feita corretamente. A anáfase é a
próxima etapa, marcada pela separação das cromátides-irmãs, que são agora
cromossomos independentes, deslocados para as extremidades opostas da célula. É
importante lembrar que estes cromossomos independentes têm genético idêntico ao da
célula original (célula-mãe). A célula é alongada e neste processo muitas proteínasmotoras são acionadas para auxiliar na movimentação dos cromossomos e
microtúbulos. Por fim, a telófase é a etapa em que a célula se prepara para ser
dividida, estabelece a sua estrutura normal conforme a citocinese inicia a divisão. É
marcada pela divisão do fuso mitótico em dois, a formação de dois núcleolos e o
reaparecimento dos nucléolos e carioteca e o início do descondensamento dos
cromossomos. Ao final desta etapa, a mitose é encerrada.
Figura 2.5 | Etapas da mitose
Fonte: adaptada de Shutterstock/Akor86.
Mas será que todas as células se multiplicam por meio do ciclo celular típico que
acabamos de estudar? A formação de novas células quando envolve organismos que
se reproduzem sexualmente não apresenta um processo cíclico. Ao contrário, ele é
feito através da meiose, cujo objetivo é produzir células-filhas que contenham metade
dos cromossomos da célula-mãe original. São produzidos gametas (células sexuais),
que dão origem aos espermatozoides e óvulos, como é o caso dos seres humanos, por
exemplo. Desta forma, ao contrário da mitose, em que uma célula diploide (2n)
produz outra célula idêntica também diploide (2n), na meiose, a célula diploide (2n)
forma quatro células filhas haploides (n), com a metade do número de cromossomos
da célula original, sendo conhecida por divisão reducional. Mas, lembre-se que a
mitose pode ocorrer tanto em células diploides como em células haploides. A divisão
meiótica se assemelha à mitose em relação às etapas, no entanto ela é um pouco mais
complexa, como veremos a seguir. A meiose é iniciada logo após a interfase, quando
ocorre a duplicação dos cromossomos. Esta divisão ocorre por meio de duas fases, a
meiose I (fase reducional) e a meiose II (fase equacional). Ambas as fases são
divididas em quatro etapas: prófase, metáfase, anáfase e telófase.
A prófase I é a primeira das etapas, subdividida em outras cinco etapas caracterizadas
pelos seguintes acontecimentos:
● Leptóteno: os cromossomos são condensados em pontos específicos,
denominados de cromômeros.
● Zigóteno: os cromossomos homólogos são emparelhados, denominados de
sinapse.
● Paquíteno: observação de bivalente ou tétrade (pares de cromossomos
emparelhados). Pode ocorrer o crossing-over ou permutação (cromossomos
homólogos trocam partes entre si – importante para a variabilidade genética das
espécies).
● Diplóteno: início da separação dos cromossomos, com quiasmas (pontos de
cruzamento de cromátides).
● Diacinese: os cromossomos homólogos se separam, os quiasmas são
deslocados para as extremidades do bivalente, marcado pelas terminalizações
dos quiasmas. Ocorre a desintegração temporária da carioteca. Final da prófase
I.
A seguinte etapa é a metáfase I, em que os cromossomos alcançam o máximo de
condensação e se ligam às fibras do fuso, dispostas na célula na região equatorial.
Logo em seguida, há a anáfase I – os cromossomos homólogos migram para os polos
da célula, não havendo, no entanto, o rompimento dos centrômeros, os cromossomos
são deslocados inteiros para os polos, diferenciando o ocorrido na mesma etapa na
mitose. Para finalizar a telófase I, os cromossomos são descondensados, a carioteca
volta a se formar e a célula é dividida em duas células-filhas, cada uma contendo
metade dos cromossomos da célula original (célula-mãe), por esta razão é conhecida
como fase reducional.
No intervalo de transição entre o final da meiose I e o início da meiose II, há um
intervalo de tempo conhecido como intercinese, marcado pela ausência de duplicação
do material genético. A meiose II é mais simples e semelhante à mitose, composta
pelas etapas de prófase II, metáfase II, anáfase II e telófase II, e ao final ocorre a
citocinese II, em que são formadas agora quatro células-filhas contendo o mesmo
número de cromossomos da célula-mãe, por isso é conhecida como fase equacional.
A meiose tem grande importância no desenvolvimento da diversidade das espécies
com a produção de novas combinações genéticas, graças à mistura de cromossomos
paternos e maternos, que aumentam a variabilidade genética, influenciando
diretamente na seleção natural e na evolução das espécies. Relacionada à meiose
também temos o processo de gametogênese, processo de formação dos gametas
masculinos e femininos, essenciais para a reprodução sexuada dos organismos. Nos
animais, os gametas masculinos são produzidos nos testículos (espermatogênese),
responsável pela produção dos espermatozoides, iniciada na puberdade e que
permanece ativa durante toda a vida adulta. Os gametas femininos são produzidos nos
ovários (ovogênese), responsável pela produção dos ovócitos maduros, iniciada antes
do nascimento. A produção dos ovócitos passa por um período de interrupção (meiose
I) e é ativado novamente na puberdade, no entanto a produção destes gametas é
interrompida com a idade avançada da mulher (em torno de 50 anos). Um ponto
importante que diferencia a espermatogênese da ovogênese é em relação ao número de
células produzidas após o processo de divisão celular meiose I e meiose II. Na
espermatogênese, uma célula produz ao final quatro novas células (espermatozoides),
enquanto na ovogênese uma célula produz ao final apenas uma célula viável (óvulo),
nesta, são gerados dois corpúsculos celulares que são desintegrados, um na meiose I e
outro na meiose II.
Figura 2.6 | Etapas da meiose
Fonte: adaptada de Shutterstock/Ody_Stocker.
DIFERENCIAÇÃO CELULAR
O processo de diferenciação celular contempla um conjunto de fatores, tanto internos
à célula quanto externos, como fatores ambientais, que provocam a diferenciação ou
especialização das células embrionárias a partir da expressão gênica. Estas
modificações são necessárias para que a célula tenha a sua morfologia e fisiologia
definidas, tornando-a capaz de realizar determinada função. Os fatores intrínsecos são
derivados do DNA, no interior da célula, já os fatores extrínsecos estão relacionados à
sinalização celular entre as células, matriz extracelular, incluindo agentes ambientais,
tais como medicamentos, vírus, drogas, entre outros. Mas por que é necessária esta
diferenciação? Um organismo tem a sua vida iniciada por apenas uma célula, após a
fecundação, e a partir de então origina novas células por meio da divisão celular
(processo de mitose). Todas estas novas células possuem a mesma constituição
genética, no entanto para que o organismo funcione, cada célula deve exercer uma
função diferente. Nesse momento, a expressão gênica age na célula precursora até ela
se tornar uma célula terminalmente diferenciada.
ASSIMILE
As células precursoras são as células que têm capacidade de se
diferenciar em um ou vários tipos celulares, gerando células
especializadas pelo processo de diferenciação. São conhecidas também
por células-mãe ou células estaminais, com exemplo podemos citar as
células-tronco. Quando dizemos que a célula está terminalmente
diferenciada, ela já sofreu o processo de diferenciação celular.
As células se tornam diferentes umas das outras devido à síntese de proteínas e ao
acúmulo destas em suas estruturas. O processo de formação de um organismo
multicelular é controlado por alguns mecanismos da expressão gênica, são eles: a
proliferação celular (garante a produção de muitas células); a especialização celular
(permite que as células exerçam funções diferentes); a interação celular (o
comportamento entre células vizinhas); o movimento celular (permite a migração
celular para que se unam, por exemplo, para formação dos tecidos). Isto significa que
mesmo as células que têm o mesmo material genético (produzidas na mitose) poderão
fazer funções diferentes com a ação da expressão gênica. Assim, os genes podem ser
ativados ou inativados de acordo com a função que a célula vai exercer. As primeiras
diferenciações em células animais, mais especificadamente o ser humano, ocorrem
quando o zigoto é formado, e se encontra no estágio de blástula, dando origem a
anexos embrionários e tecidos e órgãos do embrião. Estas células são classificadas
neste estágio de células-tronco embrionáriaspluripotentes, ou seja, têm a capacidade
de se transformar em qualquer tipo celular adulto. Conforme o organismo se
desenvolve, a especialização das células aumenta e surgem os tecidos e órgãos, que ao
longo da vida são responsáveis pela renovação de células, com capacidade de gerar
uma nova célula idêntica de mesmo potencial ou uma nova célula diferenciada. Nesse
estágio, são classificadas como células-tronco multipotentes ou adultas e podem se
desenvolver nos mais diversos tipos celulares conhecidos do corpo humano. Neste
estágio também encontramos células terminalmente diferenciadas, ou conhecidas
também por células-tronco unipotentes, como exemplo podemos citar os neurônios,
que são capazes de dar origem somente a uma linhagem de células diferenciadas.
Enquanto as células-tronco totipotentes são as células capazes de se diferenciar e
formar qualquer tecido do corpo, incluindo os tecidos embrionários.
Uma outra forma de célula-tronco são as células-tronco induzidas. Produzidas em
laboratório pelo homem, são células cujo código genético é reprogramado e ela volta
ao estágio de célula-embrionária, com capacidade de autorrenovação e pode se
diferenciar em qualquer outro tipo celular, extremamente importante no combate a
algumas doenças. Alguns testes permitem aos pesquisadores compreenderem o
organismo humano e apresentar tratamentos por meio da terapia celular (método de
substituição de células danificadas por células novas saudáveis, principalmente no
combate a doenças).
APOPTOSE, DESPROGRAMAÇÃO CELULAR
Durante o processo de diferenciação celular, muitas células são formadas e deixarão
de ser necessárias, como ocorre por exemplo durante o desenvolvimento embrionário
em que alguns tecidos provisórios (por exemplo as membranas interdigitais no
processo de formação dos dedos), células supérfluas (durante a neurogênese, muitos
neurônios), orifícios, dentre outras que precisam ser eliminadas. Mas como as células
são eliminadas? Em que momento elas devem ser removidas? A morte celular
programada, desprogramação celular ou apoptose, como também é conhecida, ocorre
de forma organizada, com o intuito de remover as células que não serão mais úteis
para o organismo. Isto pode ocorrer tanto durante o desenvolvimento embrionário,
como durante a vida, quando são identificadas células danificadas, com modificações
ou alterações de funções que afetem a saúde do organismo, caso sigam vivas. Neste
último caso, podemos citar as células tumorais ou autorreativas, como os linfócitos
que podem reagir contra o seu próprio organismo. E como o organismo segue
produzindo células, para manter o equilíbrio e reaproveitamento de células ou
produção de novas células, aquelas que já cumpriram sua função devem ser
eliminadas. A apoptose é uma morte celular fisiológica ou programada, ocorre devido
a uma série de alterações morfológicas muito importantes no desenvolvimento
embrionário, na eliminação de células infectas ou cancerosas, e de grande importância
no desenvolvimento e namanutenção do sistema imune.
REFLITA
Como podemos explicar a perda da cauda de um girino e o surgimento
de doenças autoimunes? Duas situações tão adversas poderiam estar
relacionadas à apoptose?
Durante o desenvolvimento dos girinos, eles perdem a cauda para resultarem em sapo,
certo? O desaparecimento da cauda ocorre por apoptose ou desprogramação celular,
regulada por genes. Assim como quando o nosso organismo produz células imunes,
capazes de defender nosso organismo contra qualquer ataque muitas delas são
produzidas a fim de testar a reação em componentes do nosso próprio organismo.
Quando não são eliminadas rapidamente por apoptose por alguma falha, estas células
acabam sendo liberadas no corpo e podem atacar tecidos, causando doenças
autoimunes. Quando nosso sistema imune produz uma grande quantidade de células
em resposta a um patógeno e este é destruído, as células imunes deixam de ser
necessárias e precisam ser removidas para a manutenção do equilíbrio do sistema
imune.
Você já deve ter ouvido também falar no termo necrose, um outro tipo de morte
celular. Ao contrário da apoptose, considerada um “suicídio celular”, a necrose é
considerada uma morte celular acidental, desorganizada, em que as células morrem
devido a um dano provocado por substâncias tóxicas, lesões físicas, ou outros fatores
que danificam a célula e, consequentemente, danificam o funcionamento da sua
membrana celular, causando inflamações aos tecidos vizinhos ao expelirem seu
conteúdo (secretam o conteúdo do citoplasma, com o rompimento da membrana) para
o meio extracelular.
Diferentemente da necrose, a apoptose mantém a membrana plasmática sem o
extravasamento do citoplasma, não causando, assim, inflamações. Além de ter um
papel muito importante nos processos de crescimento celular desgovernado,
relacionados a problemas oncológicos, uma vez que a morte celular programada age
em defesa ao organismo no controle a estas células malignas, caso ela não ocorra,
haverá um acúmulo maior destas células tumorais tão prejudiciais à saúde.
FOCO NO MERCADO DE TRABALHO: CICLO CELULAR,
DIFERENCIAÇÃO CELULAR E APOPTOSE
SEM MEDO DE ERRAR
Vamos relembrar a nossa situação hipotética, em que um professor de Biologia
Celular em sala de aula notou a fala de um aluno relacionada aos sintomas que o tio
apresentou, ex-fumante e construtor civil, o qual foi detectado com câncer de pulmão
e iniciará o tratamento quimioterápico.
Diante deste fato, como o professor poderia relacionar a fala do aluno ao conteúdo
didático de sua disciplina? Como o câncer está relacionado ao ciclo celular, aos
processos de mitose e meiose e até mesmo à morte celular e a diferenciação das
células? Como você, no lugar deste professor, explicaria a situação aos seus alunos?
O câncer é uma doença cuja característica principal é o crescimento desordenado de
células, ou seja, sem controle e com potencial agressivo, que invade tecidos e órgãos,
podendo se espalhar para diversas regiões do corpo, quando ocorre a metástase. É uma
doença genética, no entanto não deve ser relacionada exclusivamente à
hereditariedade (transmitidas por genes advindos de gerações anteriores da família),
são muitos os fatores relacionados ao aparecimento do câncer. Fatores relacionados a
poluentes encontrados no ar, água, como resíduos industriais, fumaça de cigarro,
substâncias que apresentam risco quando há exposição direta, como amianto, arsênico
e níquel, consumo de alguns tipos de alimentos (como o excesso de álcool ou até
mesmo alguns produtos industrializados), medicamentos, alguns hábitos como o
sedentarismo, problemas de obesidade, além de fatores internos, como mutações
genéticas, ações de hormônios e condições imunológicas.
O câncer é formado quando a molécula de DNA de uma célula normal é danificada ou
sofre uma mutação, podendo ocorrer em uma célula somática e ser uma
particularidade daquele indivíduo, ou em menores casos, a mutação pode ocorrer em
células germinativas, podendo ser transmitidas a gerações seguintes através da
hereditariedade. Neste caso, é importante saber que o gene do câncer pode ser
transferido para alguma outra geração, mas este gene poderá expressar-se ou não,
desenvolvendo o câncer, o que dependerá da atuação de outros fatores. E em qual
momento ocorre a duplicação do material genético (DNA) nas células? Como vimos,
durante o ciclo de divisão celular no período de interfase, a célula passa por etapas de
crescimento e ocorre a síntese do DNA, antes de seguir para a fase seguinte, mitótica.
Durante a síntese do DNA qualquer mutação ocasionada por influência de fatores
externos ou internos, pode resultar em erros ou danos na formação da molécula de
DNA sem ser percebidas, mesmo com a atividade dos reguladores do ciclo celular que
realizam checagens em pontos específicos do ciclo celular, buscando corrigir falhas
para impedir que uma célula danificada ou com alguma má formação siga seu ciclo.
Por se tratar de um processo cíclico e dinâmico, a velocidade em que as células
cancerosas se multiplicam é muito maiordo que o tempo de a multiplicação de uma
célula normal saudável. Estudos verificaram que a célula cancerosa é capaz de crescer
e se multiplicar por artifícios próprios, sendo capaz de produzir fatores de crescimento
próprios ou ainda, faz com que células vizinhas os produzam para poder utilizar.
Quando uma célula normal durante a divisão celular é identificada com algum dano
ou falha em seu DNA ou estrutura, ela é desligada do ciclo e sofre o processo de
apoptose, ou morte celular programada. No entanto, grande parte das células
cancerosas não são submetidas à apoptose, passando para a fase mitótica do ciclo
celular. Durante a mitose, uma célula dá origem a duas novas células com o mesmo
material genético, sendo assim, as células cancerosas rapidamente são reproduzidas,
criando uma concentração grande de células que se dividem excessivamente e podem
gerar um número maior de mutações. No caso de cânceres hereditários, as mutações
ocorrem nas células germinativas.
Há diversos tipos de câncer, câncer de pulmão é só um deles, podendo ainda haver
variações deste tipo de câncer. Tosse, falta de ar, perda de apetite, fraqueza ou cansaço
e dor nos ossos são alguns dentre outros sintomas que a pessoa portadora da doença
pode apresentar. Uma pessoa fumante aumenta o risco de adquirir a doença em cerca
de 20 vezes mais quando comparada a uma pessoa não fumante. Muitos estudos já
comprovaram também que a sílica, presente em forma de poeira, muitas vezes em
ambientes de trabalho (como na construção civil, metalurgia, agricultura e nas
indústrias de cerâmica) aumenta o risco de câncer, podendo aumentar também o risco
de doenças autoimunes.
Esta é uma forma simplificada de relacionar o câncer aos conteúdos estudados, mas
você é capaz de escolher outros caminhos para resolver a situação-problema proposta,
com riqueza de detalhes, explicando o funcionamento de cada um dos mecanismos,
incluindo os reguladores do ciclo celular relacionados ao desenvolvimento do câncer,
que inativam ou ativam os genes (expressão gênica), como os reguladores positivos
(quando superativados tornam-se oncogênicos) e os reguladores negativos (que podem
ser inativados e são supressores de tumor). Poderá relacionar também aos efeitos da
quimioterapia (que age também no ciclo celular) e do sistema imunológico. Existem
diversas possibilidades, que tal tentar? Vá em frente!
AVANÇANDO NA PRÁTICA
AS CÉLULAS CAPAZES DE SALVAR VIDAS
Uma menina de 7 anos precisa encontrar urgentemente um doador compatível para
realizar um transplante de medula óssea. A sua vida está dependendo de encontrar esta
compatibilidade genética com um doador. A criança já está há um ano em tratamento
de uma leucemia aguda e depois de análise de mais de 5 milhões de doadores, todos
incompatíveis, a família da menina segue realizando campanhas para que mais
pessoas se tornem doadoras, na esperança de encontrar alguém compatível ou gerar
mais possibilidades para outros pacientes na mesma situação. Os médicos, no entanto,
estão muito esperançosos, pois os pais da menina diante de toda esta luta em salvar a
vida da filha, resolveram ter um novo bebê, que está a caminho (a mãe está no 8º mês
da gravidez), aumentando as chances de compatibilidade.
Diversas campanhas são realizadas anualmente em busca de novos doadores e para
atualização de cadastro de doadores antigos, pois muitas vidas dependem destes
transplantes, apesar de as chances de compatibilidade entre pessoas desconhecidas ser
muito pequena.
Considerando esse contexto, imagine que você é o profissional da saúde que, em
algum momento, participou de uma das etapas atendimento à menina em um serviço
de saúde, bem como teve contato com seus cuidadores, e foi questionado pelo pai da
garota, já que esse gostava de ler sobre o assunto e lhe questionou sobre a importância
deste transplante relacionando-o a diferenciação celular. Qual a importância das
células da medula óssea para o organismo? E por que os médicos estão esperançosos
com o nascimento do bebê?
RESOLUÇÃO
Na situação-problema dessa seção nos deparamos com um pai que questionou o
profissional de saúde sobre a importância deste transplante relacionando-o à diferenciação
célula, além de qual seria a importância das células da medula óssea para o organismo e,
por fim, por que os médicos estão esperançosos com o nascimento do bebê na família para
https://conteudo.colaboraread.com.br/202102/INTERATIVAS_2_0/INTRODUCAO_A_BIOLOGIA_CELULAR_E_DO_DESENVOLVIMENTO/LIVRO_DIGITAL/fmt_u2s3.html#resolucao%20.item-1
uma outra filha que tem leucemia.
Diante desta situação, para atender aos questionamentos do pai, primeiramente você
precisa compreender a importância da medula óssea para o nosso organismo: ela é
responsável pela produção das nossas células sanguíneas, tanto as hemácias (glóbulos
vermelhos) quanto as plaquetas, além das células de defesa do nosso organismo, os
conhecidos leucócitos (glóbulos brancos). Estas células são renovadas continuamente
através do ciclo celular. Quando a produção normal destas células sanguíneas é
comprometida por alguma aplasia ou síndromes de imunodeficiência congênita, o
transplante de medula óssea se torna necessário para o paciente, pois as células doentes se
multiplicam rapidamente e há um acúmulo destas células, que substituem as células
normais saudáveis, comprometendo todo o organismo.
As células-tronco são células com alto potencial de se renovar e se diferenciar em outras
células e são utilizadas no tratamento de várias doenças. As células-tronco podem ser
classificadas em diversos tipos, sendo as células-tronco hematopoéticas (células-tronco
adultas) encontradas na medula óssea, relacionadas à produção dos elementos que
compõem o sangue. O transplante consiste em transferir células, substituindo as células
doentes por células normais, com o objetivo de reconstrução de uma nova medula óssea
saudável. Para tanto, é necessário que haja compatibilidade entre o doador e o receptor,
senão a medula é rejeitada. A compatibilidade é testada em laboratórios, decorrente da
análise de genes específicos, encontrados no cromossomo 6. De acordo com as leis da
genética, as chances de o doente encontrar um doador compatível entre irmãos de mesmo
pai e mãe é de 25% (muito maior). Com isso, podemos explicar o entusiasmo dos médicos,
com o nascimento do bebê, as células retiradas do próprio cordão umbilical da criança
poderão salvar a vida da irmã. Lembrando que estas células também são consideradas
células-tronco adultas, com uma potencialidade e capacidade de ação bem menores do que
as células-tronco embrionárias.
Não esqueça que essa poderia ser uma forma de explicar ao pai, mas você poderia trilhar
outro caminho.
Você percebeu como os conceitos básicos da biologia celular podem ser importantes na
sua futura atuação como profissional da saúde? Espero que sim, continue se dedicando aos
estudos, pois você irá utilizar estes conhecimentos em muitas outras situações da sua vida
profissional.
Unidade 3 - Seção 1
DNA, RNA E FORMAÇÃO DE PROTEÍNAS
CONVITE AO ESTUDO
Caro aluno, seja bem-vindo! Apresentaremos nesta unidade o tema genética, para
compreendermos alguns conceitos básicos que nos permitem entender diferentes
eventos que ocorrem nos seres vivos. Por exemplo: para o funcionamento do
organismo, estudamos que as proteínas são essenciais, mas quem é o responsável pela
síntese de proteínas ou pela formação de moléculas e tantas outras funções que
ocorrem nas células? O que faz um organismo ter características semelhantes às dos
seus descendentes ou como é possível comprovar paternidade através do exame de
DNA?
A genética é uma especialidade da biologia que estuda a hereditariedade e a
transmissão de características entre gerações dos organismos. Esta ciência estuda os
genes, ou seja, o material genético que contém as informações que determinam as
características dos organismos.
Durante a divisão celular, nos processos de mitose e meiose, vimos que o material
genético é replicado e distribuído às novas células-filhas geradas e qualquer alteraçãoque ocorra durante a replicação do material genético, ou qualquer mutação que possa
ocorrer de forma induzida ou espontânea, altera o código genético do organismo,
podendo produzir novas características aos portadores da mutação, incluindo inúmeras
doenças genéticas, como o câncer, diabetes, anemia falciforme e algumas síndromes,
síndrome de Down, síndrome de Klinefelter, dentre outras. O estudo da genética não
só nos permite compreender todos estes fenômenos, como as pesquisas nesta área
permitem o avanço constante no desenvolvimento de inúmeras tecnologias na
prevenção e no tratamento de doenças, incluindo a produção de medicamentos.
Nesta unidade introdutória à genética, abordaremos como classificar e identificar o
processo de formação das proteínas e conheceremos o conjunto de fundamentos que
nos permite compreender o mecanismo de transmissão do material genético de uma
geração para a outra. Ao final dela, você será capaz de definir os conceitos de DNA,
RNA e cromossomos, explicar como como ocorre a síntese de proteínas e as estruturas
envolvidas nesse processo. Saberá identificar e diferenciar as leis de Mendel e
compreender as heranças genéticas, como surgem as doenças genéticas e até mesmo
como elas podem ser evitadas por meio do aconselhamento genético.
Iniciaremos a Seção 3.1 abordando alguns conceitos básicos de genética, importante
para compreendermos os processos a serem estudados. Caracterizaremos a estrutura
do nosso material genético e como ele está organizado dentro das células. Na Seção
3.2, serão abordadas as leis de Mendel, que explicam os fundamentos da transmissão
hereditária através das gerações. Finalizaremos com a Seção 3.3, compreendendo as
interferências nos mecanismos e os erros inatos do metabolismo, que acabam
provocando distúrbios de herança monogênica e o câncer, além da importância do
aconselhamento genético.
Vamos conhecer um pouco mais sobre o material genético, a sua importância e
funcionalidade, visto que este componente está presente em todas as células dos seres
vivos.
Bons estudos!
PRATICAR PARA APRENDER
O corpo humano é composto por trilhões de células, cada uma com uma função
específica, trabalhando em conjunto para o funcionamento do corpo. As células do
nosso corpo possuem um conjunto de organelas e estruturas que são capazes de cuidar
da proteção, da nutrição, da produção de energia e da reprodução do nosso corpo,
sendo consideradas as unidades fundamentais da vida. Todos os seres vivos são
compostos por células e todas as células, sejam elas procariontes ou eucariontes, têm
material genético.
Caro aluno, você já parou para pensar que durante a divisão celular e a reprodução dos
seres vivos ocorre a troca de materiais genéticos e que cada célula do corpo humano é
composta por cerca de 25 mil genes? Os genes são considerados a unidade
fundamental da hereditariedade. Mas o isso significa? O que é um gene? Qual é a
diferença entre o cromossomo e o DNA? Não são todos materiais genéticos? As
respostas para essas perguntas serão dadas ao longo dos conteúdos trabalhados nesta
seção.
Estudaremos os conceitos de gene, a estrutura do cromossomo e do DNA,
identificaremos as diferenças entre a molécula de DNA e RNA e como está
organizado o material genético nas células. Aprenderemos como acontece a replicação
do DNA, processo importante que ocorre durante a divisão celular em que o material
genético é dividido de forma igual entre as células-filhas, podendo estas conter o
material genético idêntico à célula mãe (mitose) ou apenas metade do material
genético da célula-mãe (meiose), o que é importante para a variabilidade das espécies.
Conheceremos o processo completo da formação das proteínas, desde a transcrição da
molécula de DNA em RNA até a tradução do RNA mensageiro pelos ribossomos
formando uma proteína. As proteínas são essenciais para a manutenção das células,
crescimento celular e em suas atividades, como na produção de hormônios, enzimas,
anticorpos, transporte de substâncias, dentre outras.
Esta seção traz conhecimentos básicos para o estudo da genética, que serão essenciais
para o entendimento dos próximos temas.
Hoje, graças aos avanços na área médica, é possível identificar diferentes tipos de
alterações na arquitetura do nosso genoma por meio de exames. Ainda assim, de
acordo com a Organização Mundial de Saúde (OMS), das famílias com doenças raras
no mundo hoje, 80% têm causas genéticas. O desafio, então, é fazer um diagnóstico
rápido.
Existem clínicas especializadas em orientar pacientes e seus familiares sobre os riscos
de ocorrência de doenças genéticas na família. Essas clínicas são muito procuradas
por casais que pensam em ter filhos, mas têm histórico de doenças genéticas na
família, cânceres, casos de infertilidade ou abortos de repetição e sabe haver alta
probabilidade de transmitirem algum tipo de patologia ou malformação aos filhos.
Para auxiliar na contextualização de sua aprendizagem diante dos temas que serão
abordados nesta seção, junto de uma possibilidade de prática profissional, vamos
acompanhar a história de um casal, que já tem dois filhos e pretende ter mais um, no
entanto, foram encaminhados a buscar auxílio médico por meio do aconselhamento
genético.
O casal procurou por uma clínica renomada na cidade, que realiza consultas e
aconselhamento genético, com profissionais altamente capacitados e habilitados para
atender pacientes e familiares com histórico de doenças genéticas. Além de contar
com um laboratório de genômica com recursos tecnológicos de última geração, os
quais permitem um diagnóstico assertivo.
A mulher tem 35 anos, olhos verdes e cabelos castanho-claros e lisos, aparentemente
normal, teve dois filhos com o seu marido, de 38 anos, que tem olhos castanhos e
cabelos castanhos e lisos, é daltônico. A primeira filha do casal, com 6 anos, é loira e
tem o cabelo encaracolado, os olhos azuis e é aparentemente normal. No entanto, o
segundo filho do casal é pessoa com Síndrome de Down, tem 3 anos, tem olhos
castanhos e cabelos lisos e castanhos. O casal quer ter mais um filho, mas por
possuírem histórico de anomalias genéticas na família, resolveu investigar as
probabilidades de terem uma gestação normal.
Você trabalha nessa clínica e faz parte de uma equipe composta por médicos
geneticistas, especialistas em biologia molecular, citogenética e bioinformatas e ficou
responsável pelo acompanhamento do casal.
Como você explicaria ao casal a importância de fazer um mapeamento genético de
ambos para verificar o cariótipo de cada um deles? E como você pode explicar as
diferenças existentes no genótipo e fenótipo do casal e de seus filhos?
Nós, seres humanos, somos uma mistura dos nossos pais, do meio em que nascemos e
vivemos, e da nossa cultura. O que nos faz refletir a respeito da hereditariedade da
vida, mas qual seria a relação? Vamos compreendê-la juntos.
CONCEITO-CHAVE
Depois de compreendermos a constituição dos organismos vivos formados por uma ou
milhares de células, como estas estão organizadas, a estrutura e o funcionamento
delas, chegou a hora de estudarmos o material genético, componente de todos os
organismos, que contempla a constituição genética do indivíduo. Mas o que isso
significa? Vimos que as células têm material genético (DNA) que transmite
características aos seus descendentes. A partir da expressão gênica, vimos que além de
controlar diversos processos, incluindo o ciclo celular, as células são diferenciadas e
realizam funções distintas, mas também há características perceptíveis aos nossos
olhos, como a cor das flores, dos olhos, dos cabelos.
Para iniciarmos os nossos estudos de genética, precisamos primeiramente
compreender os conceitos de gene e o de cromossomos, os quais são imprescindíveis
nesse contexto.
CONCEITO DE GENE E ESTRUTURA DO CROMOSSOMO
Afinal o que é um gene? Um gene é um segmento do DNA (ácido
desoxirribonucleico) que contém a informação necessária para a produção de uma
proteína específica (código), que poderá ser utilizada em um ou mais tipos de células.
Você se lembra que paraa produção de uma proteína é necessário haver a leitura do
código de uma molécula de RNA mensageiro (mRNA)? Então, os genes são os
responsáveis por conter as informações do DNA e fazer a produção de síntese de
moléculas de RNA. As moléculas de mRNA são direcionadas para o citosol da célula
e lá se ligam aos ribossomos para fazer a síntese de proteínas. Mas não são todos os
genes que codificam proteínas (polipeptídios ou cadeias de aminoácidos), alguns
fornecem informações para a construção de moléculas de RNA, como os RNA
transportadores (tRNA) e RNA ribossômico (rRNA).
Assim como a célula é a unidade fundamental da vida, o gene é considerado a unidade
fundamental da hereditariedade. Um organismo pluricelular é constituído de muitos
genes, todas as suas células têm os genes iguais, o que as diferencia, como vimos na
diferenciação celular, é que os genes podem ser ativados ou desativados e, em alguns
casos, permanecem ativados o tempo todo, por serem fundamentais para realizar as
atividades da célula. Os genes estão localizados dentro dos cromossomos, em um
lugar chamado locus gênico.
É importante saber que os genes nem sempre se apresentam iguais quando
determinam uma mesma característica e estas formas alternativas são conhecidas por
alelos. Desse modo, os alelos podem determinar a mesma característica em um
indivíduo de maneiras diferentes, já que um gene pode ter alelos diferentes
decorrentes de modificações ou pequenas mutações ocorridas em algumas partes do
DNA. Em um indivíduo, a sua constituição genética, formada por um conjunto de
genes que não podem ser modificados naturalmente, é denominada genótipo, enquanto
as características mensuráveis e visíveis, que podem ser modificadas, são
denominadas fenótipo.
EXEMPLIFICANDO
O genótipo de um indivíduo representa a combinação de dois alelos,
um proveniente do pai e o outro proveniente da mãe (exemplo: Vv, vv,
VV). Já o fenótipo é a expressão deste genótipo, determinado pelo gene
e pela influência do meio ambiente (por exemplo: cor dos olhos, cor da
pele, cor do cabelo).
Para que cada característica do nosso corpo seja expressa, temos duas cópias de um
gene (alelos) que podem dominantes (a presença de um único alelo é capaz de
expressar determinada característica) ou recessivo (a característica somente é expressa
com os pares de alelos). Veremos com mais detalhes quando estudarmos a transmissão
e expressão destes genes através das leis de Mendel.
Durante a divisão celular a todo instante mencionamos os cromossomos, a sua
movimentação no processo de mitose e meiose, o seu grau máximo de condensação e
quando se encontra descondensado, mas como podemos explicar o que são os
cromossomos? E se os genes estão dentro deles, qual é a sua estrutura? Os
cromossomos são estruturas constituídas por uma molécula de DNA associadas a
proteínas, formadas por um complexo conhecido por cromatina. Quando os filamentos
do DNA e as proteínas estão soltos são as cromatinas e quando estas se unem,
enroladas ou em forma de “X”, são denominadas cromossomos. E um cromossomo é
dividido em cromátides (2), assim, cada cromátide é um pedaço do cromossomo.
Alguns cromossomos são chamados ainda de cromossomos homólogos, dispostos em
pares, isto significa que durante a divisão celular os pares de cromossomos herdados
dos pais possuem informação genética semelhante.
Em um cromossomo estão presentes milhares de genes diferentes, que determinam
diferentes características e a frequência em que elas aparecem.
Figura 3.1 | Estrutura do cromossomo
Nota: Cromossomo. (1) Cromatídeo. Cada um dos dois braços idênticos dum
cromossoma depois da fase S. (2) Centrômero. O ponto de ligação de dois
cromatídeos, onde se ligam os microtúbulos. (3) Braço curto. (4) Braço longo.
Fonte: Wikimedia Commons / Magnus Manske.
VOCABULÁRIO
Centrômero: região do cromossomo que se encontra mais condensada.
Nesse local, ocorre a união das cromátides irmãs (cópias dos
cromossomos duplicados) no fuso mitótico. O centrômero divide o
cromossomo em braços que podem ser longos ou curtos, conforme a
sua posição.
Os centrômeros podem ser classificados em: metacêntrico (o centrômero se encontra
na posição mediana), submetacêntrico (o centrômero se encontra deslocado para um
dos braços do cromossomo), acrocêntrico (o centrômero se encontra próximo da
extremidade) e telocêntrico (o centrômero se encontra muito próximo à extremidade,
parecendo que o cromossomo possui um braço único braço), conforme a Figura 3.2.
Figura 3.2 | Classificação dos centrômeros
Fonte: Wikimedia Commons / MarceloTeles.
ORGANIZAÇÃO DO MATERIAL GENÉTICO
Sabemos que a maioria dos genes está presente dentro dos cromossomos e que uma
célula humana tem cerca de 25 mil genes (INSTITUTO ONCOGÊNESE, 2015). Mas
como está organizado este material genético nos organismos? O conjunto de genes de
um ser vivo é caracterizado pela sequência completa da molécula de DNA,
denominado genoma. O estudo do genoma permite não só conhecer a anatomia
molecular de um indivíduo e sua espécie, como também possibilitar o estudo e
diagnóstico de doenças, síndromes, criação de medicamentos, técnicas de terapia
gênica, testes genéticos, compreender o processo evolutivo, fornecendo diversas
respostas ao campo da ciência.
Os cromossomos de uma espécie têm aspecto e número de cromossomos
característicos. Nos seres humanos observamos 23 pares de cromossomos (total de 46
cromossomos), sendo 22 pares de cromossomos autossomos (não sexuais), e um par
de cromossomos sexuais ou alossômicos (representados por XX as fêmeas e XY os
machos). Nas células somáticas humanas, em cada célula, podemos observar a
presença de 46 cromossomos, dizemos que elas são diploides (2n), ou seja, têm dois
cromossomos homólogos. Já as células germinativas (sexuais), são ditas haploides (n),
pois têm apenas um cromossomo, não há cromossomos homólogos e são compostas
por um total de 23 cromossomos, para que após a fecundação seja reestabelecido o
número de cromossomos humanos, totalizando 46 cromossomos.
EXEMPLIFICANDO
Os cachorros, por exemplo, são compostos por um conjunto de 39 pares
de cromossomos (total de 78 cromossomos), sendo um par de
cromossomos sexuais. Esta variação na quantidade de cromossomos é o
que determina cada espécie. No entanto, durante a divisão celular pode
haver problemas no cariótipo (conjunto de cromossomos em uma
célula), ocasionadas por mutações, havendo uma variação maior ou
menor no número de cromossomos presentes na célula, ocasionando as
aneuploidias. Nos humanos, são exemplos: a síndrome de Down, a
síndrome de Klinefelter, a síndrome de Turner, dentre outras.
O genoma está localizado em maior quantidade nos núcleos das células dos
organismos eucariontes, mas também aparece nas mitocôndrias e cloroplastos das
células vegetais. O DNA tem formato linear e aparece em grande número nos
organismos eucariontes, onde são encontradas também proteínas histonas, importantes
para a regulação dos genes; nos procariontes, a molécula do DNA é única e circular e
graças à ausência de núcleo, o DNA está disperso no citoplasma.
ASSIMILE
O Projeto Genoma Humano é um projeto internacional, iniciado em
1990, cuja duração estimada era de 15 anos. O principal objetivo era
realizar a identificação de todos os genes humanos, por meio do
sequenciamento das bases nitrogenadas do DNA. O projeto recebeu
grandes investimentos econômicos, com o intuito de auxiliar nas
pesquisas, possibilitando a criação de ferramentas para análise dos
dados e a disponibilização de um banco público de dados para dar
suporte às pesquisas médicas, farmacológicas e científicas. O projeto
contou com a participação de cientistas de 18 países e foi concluído em
2003. Foi sequenciado 99,9% do genoma humano, o 0,1% não
sequenciado, foi por limitações tecnológicas, uma vez que
apresentavam muitas repetições de bases nitrogenadas.
Vamos entender como funciona a estrutura do DNA? Assim poderemos compreender
o que são as bases nitrogenadas que não foram sequenciadas no Projeto Genoma
Humano.
ESTRUTURA DO DNAA estrutura da molécula de DNA (ácido desoxirribonucleico) e o seu mecanismo
foram descritos em 1953 por James Watson e Francis Frick e esta é considerada uma
importante descoberta para a ciência. O modelo proposto por eles considera a
molécula de DNA em formato de dupla-hélice, constituída por dois filamentos longos
(cadeias de polinucleotídicas), enrolados em formato semelhante a um espiral. Os dois
filamentos em formato de dupla-hélice se mantêm unidos pelas pontes de hidrogênio
entre as bases de nucleotídeos. No caso, os nucleotídeos são compostos de açúcares,
um ou mais grupo fosfato e uma base nitrogenada. No DNA, o açúcar dos
nucleotídeos é uma desoxirribose ligada a um único grupo fosfato. As bases
nitrogenadas podem ser: purinas – adenina (A) e guanina (G), ou pirimidinas –
citosina (C) e timina (T). As bases nitrogenadas estão pareadas de forma
complementar e o pareamento entre as bases na molécula de DNA sempre será de (A)
com (T) e (C) com (G). As duas cadeias de nucleotídeos devem estar em posição
antiparalela (com as polaridades opostas) ou polaridade inversa. Um filamento de
nucleotídeo através de uma ligação covalente liga a extremidade 5´ com fosfato livre
de uma fita com a extremidade 3` da fita adjacente, com hidroxila livre, denominada
ligação açúcar-fosfato com polaridade 5´para 3´. Uma fita de DNA é complementar a
outra, desta forma possuem duas fitas com uma sequência de nucleotídeos com
sequências nucleotídicas complementares.
Na molécula de DNA, o pareamento das fitas é feito entre as bases purinas e
pirimidinas. Desta forma, sempre uma adenina será pareada com uma timina e sempre
uma citocina será pareada com uma guanina.
ASSIMILE
Erwin Chagaff fez algumas observações no modelo proposto por
Watson e Crick, que determinaram as regras de Chargaff:
A quantidade de A e T é sempre igual, assim como a quantidade de C e
G. Mas a soma das bases A+T não precisa ser necessariamente igual a
soma das bases C+G, em contrapartida, a soma da quantidade de
nucleotídeos purínicos é sempre igual à soma da quantidade de
nucleotídeos pirimidínicos. Entre as espécies, as quantidades de bases
variam, mas todos os indivíduos de uma mesma espécie têm a mesma
quantidade entre as bases nitrogenadas.
Figura 3.3 | Estrutura do DNA
Fonte: Alberts et al. (2017, p.176).
O modelo da estrutura do DNA permitiu a compreensão de muitos aspectos em
relação ao DNA, por exemplo, como esta molécula pode ser copiada e como a célula
utiliza as informações do material genético para a produção de proteínas, conforme
veremos a seguir.
REPLICAÇÃO DO DNA E SÍNTESE DE PROTEÍNAS
Todos os organismos vivos têm material genético e durante o seu ciclo celular, mais
precisamente durante a fase S da interfase, duplicam o seu DNA para dar origem a
células-filhas. Vamos entender como este processo funciona nos organismos
eucariontes?
Para que o DNA seja replicado é necessário a separação da dupla-hélice formadora da
molécula de DNA em duas fitas-molde, com auxílio da enzima helicase de DNA,
formando uma espécie de forquilha. Para que ocorra a síntese de novas fitas, são
adicionados indicadores conhecidos como primers, que conduzem a síntese da fita. Os
nucleotídeos das fitas-moldes precisam ser pareados por nucleotídeos complementares
livres (que ainda não foram polimerizados), para serem incorporados à nova fita. A
polimerização desta nova fita é catalisada pela enzima DNA-polimerase, que
polimeriza nucleotídeos utilizando como molde uma fita simples de DNA. Com isso,
cada molécula de DNA tem duas fitas que servirão de molde para a formação de duas
novas moléculas de DNA (compostas por uma fita da célula original e uma nova fita
replicada), que serão destinadas às células-filhas. Este processo é conhecido como
replicação semiconservativa. As fitas novas de DNA, recém-sintetizadas,
reestabelecem as ligações fosfodiéster entre os nucleotídeos com o auxílio da enzima
DNA-ligase. As novas moléculas de DNA, idênticas à célula-mãe são sempre
polimerizadas na direção das extremidades 5´ para a extremidade 3´.
ASSIMILE
Os números 5 e 3 determinam respectivamente, o quinto e o terceiro
átomo de carbono presente na molécula de açúcar que compõe os
nucleotídeos. Cada nucleotídeo é composto por uma molécula de
açúcar com cinco carbonos.
Você deve estar se perguntando como a molécula de DNA está envolvida na síntese de
proteínas, certo? O DNA não controla diretamente a síntese de proteínas, ele utiliza o
RNA (ácido ribonucleico) como intermediário. Sendo assim, quando uma célula
requer uma proteína específica, a molécula de DNA é inicialmente copiada sob a
forma de RNA, processo conhecido como transcrição. Estas cópias de RNA são
utilizadas como moldes para a síntese da proteína, processo denominado tradução. O
fluxo da informação genética nas células segue de uma molécula de DNA para uma
molécula de RNA e, consequentemente, a formação de uma proteína. Este fluxo
ocorre em todas as células e é conhecido como dogma central da biologia molecular.
A transcrição ocorre no núcleo das células eucariontes e em alguns casos nas
mitocôndrias e nos cloroplastos (organelas com capacidade genética, além do núcleo).
O processo de transcrição ocorre de forma semelhante à replicação do DNA, no
entanto, o resultado é uma molécula de RNA e a enzima que atua na transcrição é a
RNA polimerase. O RNA é composto pelas bases nitrogenadas adenina, guanina,
citosina e uracila (U), esta última é inserida no lugar da timina, presente na molécula
de DNA. A fita de RNA é simples e ao ser transcrita, no lugar do pareamento das
bases A+T, no RNA ocorre o pareamento das bases A+U. A molécula formada será
um RNA mensageiro (mRNA), que contém a sequência de nucleotídeos que será lida
pelos ribossomos e traduzida em uma sequência de aminoácidos (proteína).
REFLITA
Você se lembra do processo de formação das proteínas que ocorre
através dos ribossomos? E o papel de cada um dos tipos de RNA? RNA
ribossômico, RNA transportador e RNA mensageiro?
A molécula de DNA forma a fita do mRNA que será traduzida pelo ribossomo e irá
sintetizar uma proteína. A tradução do mRNA é feita pelo RNA transportador (tRNA),
que traduz códons (trincas de nucleotídeos) presentes no mRNA em um aminoácido.
Este processo ocorre no citoplasma e somente é iniciado quando é encontrado um
códon específico, AUG, que dá início a síntese de proteínas. Durante a tradução, os
códons são lidos da extremidade 5´ para a extremidade 3´ pelos tRNA. Os RNAs
transportadores possuem um anticódon que se liga ao códon do mRNA
correspondente, através do pareamento de bases. Os tRNA preenchem com os seus
aminoácidos a cadeia de polipeptídios que vai sendo formada no ribossomo, até que a
sequência de códons no mRNA seja UAA, UAG ou UGA, indicando o fim da
tradução e a liberação da proteína ou em alguns casos da cadeia de polipeptídio que
precisa sofrer algumas edições antes de se tornar uma proteína ativa.
Cada códon tem quatro nucleotídeos repetidos, desta forma em 20 aminoácidos
podemos encontrar 64 possibilidades de códons. O código genético é formado por
trincas de bases de códons, sendo universal, assim, em todos os organismos vivos os
mesmos códons determinam os mesmos aminoácidos. É no código genético que são
encontradas todas as informações para o desenvolvimento e funcionamento dos
organismos, uma vez que são capazes de passar informações genéticas de um
indivíduo a outro e fazer a síntese de proteínas, essenciais para a vida e o
funcionamento das células.
FOCO NO MERCADO DE TRABALHO: DNA, RNA E FORMAÇÃO
DE PROTEÍNAS
SEM MEDO DE ERRAR
Vamos agora retomar a situação-problema apresentada, pois já estamos munidos de
todo o conhecimento necessário para resolvê-la.
O caso do casal que procurou a clínica de aconselhamento genético onde você
trabalha com o intuito de uma terceira gestação foi descrito da seguinte forma:
A mulher, de 35 anos, tem olhos verdes e cabelos castanho-claros e lisos,
aparentemente normal, teve dois filhos com o seu marido, de 38 anos, que tem olhos
castanhos e cabeloslisos e castanhos, é daltônico. A primeira filha do casal, com 6
anos, é loira com cabelo encaracolado, dos olhos azuis e aparentemente normal. No
entanto, o segundo filho do casal, com 3 anos, tem olhos castanhos e cabelos lisos e
castanhos, e tem síndrome de Down. O casal quer ter mais um filho, mas, por
possuírem histórico de anomalias genéticas na família, resolveu investigar as
probabilidades de terem uma gestação normal.
Como você explicaria ao casal a importância em realizar um mapeamento genético de
ambos para verificar o cariótipo de cada um deles? E como você pode explicar as
diferenças existentes no genótipo e fenótipo do casal e dos seus filhos?
Primeiramente é importante explicar aos pais que o teste genético pode ser realizado
através de uma pequena amostra de sangue, é indolor e o resultado pode demorar
alguns dias. O mapeamento genético é utilizado para auxiliar no diagnóstico precoce
de possíveis doenças, além de fornecer evidências de características hereditárias,
possibilitando descobrir a origem delas em seus antepassados. Ao fazer o mapa
genético, o casal conhecerá as probabilidades de possíveis riscos para a prole, visto
que o casal já tem casos de alterações genéticas registrados. É importante descrever
que toda a informação genética de um ser vivo, uma pessoa, é armazenada no DNA
dela, o qual é transmitido aos seus descendentes. Como vimos, este material genético
é transmitido durante a divisão celular, e nas células animais, é transmitido através da
meiose, em que as células-filhas recebem uma parte do material genético da célula
original, para quando sofrer a fecundação, o zigoto (novo embrião que se
desenvolverá) receber uma parte do material genético da mãe e uma parte do material
genético do pai. Os genes são sequências (partes) deste DNA, responsáveis por
desenvolver as características de um ser vivo, compondo o genoma deste organismo,
que varia de um para outro. O genoma humano é composto por 23 pares de
cromossomos autossômicos e um par de cromossomos sexuais. Os cromossomos
representam uma molécula de DNA associado a proteínas, e o conjunto destes
cromossomos representa o cariótipo. A partir da análise do cariótipo, contendo a
informação hereditária contida no DNA, é possível determinar possíveis alterações
cromossômicas ocasionadas por mutações que poderão ser transmitidas
geneticamente.
Em relação ao genótipo e fenótipo dos filhos do casal, eles são diferentes. As
características externas, visíveis, determinadas pela aparência do indivíduo, são as
características fenotípicas e elas estão relacionadas às características genotípicas e à
interação do meio ambiente. A cor dos olhos e dos cabelos pode ser explicada por
meio do genótipo, da constituição dos genes herdados dos progenitores, mas ao longo
do tempo, assim como a cor da pele, podem sofrer alterações. Já o genótipo, como
representa a constituição genética deles, são os genes que eles possuem, não é
alterado. O filho mais novo do casal possui uma alteração genética que altera o
genoma de um ser humano sem anomalia, esta criança possui 47 cromossomos, um
cromossomo a mais do que o cariótipo de um ser humano dito normal com 46
cromossomos.
Desta forma, conseguimos explicar ao casal a importância do mapeamento genético, o
que nos possibilita tentar explicar de onde a filha herdou o olho azul, a probabilidade
de um próximo filho nascer daltônico como o pai, dentre outras informações. Este é
um caminho para resolvermos a situação-problema, mas você é capaz de seguir outros
caminhos para resolver esta situação. Vamos praticar!
AVANÇANDO NA PRÁTICA
TESTE DE PATERNIDADE
Um laboratório de análises clínicas recebe com frequência exames de comprovação de
paternidade. São comuns os exames de mulheres que não têm certeza em relação à
paternidade da criança ou de homens que desejam confirmar sua paternidade e
solicitam um teste. Desta vez, o laboratório recebeu uma ordem judicial solicitando o
teste de paternidade de Francisco, um jovem de 25 anos, criado pela mãe, cujo pai não
consta em seu registro, mas a mãe alega ser filho de JB Junior, falecido recentemente.
Em busca dos direitos à herança, o teste será feito.
É possível realizar um teste de paternidade mesmo após o suposto pai estar morto?
Como o DNA pode auxiliar nesta comprovação?
Como você, técnico em análises clínicas do laboratório, explicaria esta situação?
RESOLUÇÃO
Para resolver esta situação, você deve se lembrar que as características hereditárias são
controladas por genes, localizados em cromossomos (moléculas de DNA associadas a
proteínas), os quais são transmitidos aos descendentes, mantendo a continuidade genética
das gerações. O padrão de uma molécula de DNA de uma pessoa é único (com exceção
em gêmeos idênticos), formado por combinações do pai e da mãe. O teste de paternidade
consiste em comprovar por meio do DNA do filho o grau de parentesco com o suposto pai.
Como existe um padrão na molécula de DNA, é possível detectar as sequências de
nucleotídeos que se repetem ao longo das fitas do DNA. Estas sequências são chamadas de
VNTR (Variable Number of Tandem Repeats), ou seja, números variáveis de repetições de
sequências. Como o DNA é único em cada indivíduo, a confiabilidade do teste é de 99,9%
de certeza da suposta paternidade, no entanto, o exame apresenta 100% de probabilidade
caso a paternidade não seja comprovada. Como estudamos, o corpo humano é formado por
milhares de células, e todas elas têm material genético transmitido entre gerações. Desta
forma, mesmo o suposto pai estando morto, é possível fazer o teste com familiares de
primeiro grau, como irmãos ou avós, e ainda em casos de mortes recentes, é possível
utilizar amostras de fios de cabelo em objetos, secreções em lenços, etc. Caso seja
solicitado judicialmente, pode haver a coleta de material do cadáver exumado.
Unidade 3 - Seção 2
LEIS DE MENDEL
PRATICAR PARA APRENDER
Caro aluno, depois de aprendermos alguns conceitos básicos relacionados à genética,
compreendermos a composição do material genético presente em todas as células dos
organismos vivos e a estrutura da molécula de DNA, chegou a hora de conhecermos
um pouco a respeito da história da genética, como ela surgiu e os experimentos que
permitiram tantos avanços à genética moderna.
Você sabia que muitos pesquisadores mesmo antes da descoberta da molécula do
DNA já estudavam o cruzamento de plantas e animais buscando explicar como os
descendentes (filhos) tinham características semelhantes aos seus progenitores (pais)?
Foi Mendel, um monge austríaco, que, por meio de vários trabalhos e experimentos
com ervilhas, propôs importantes bases teóricas para explicar a hereditariedade e a
transmissão de características. Considerado o pai da genética clássica, o pesquisador
tem importante papel na genética moderna atual, influenciando muitas pesquisas
posteriores que resultaram em grandes conquistas para a área da saúde. Afinal, a partir
do conhecimento do processo de hereditariedade, as características dos genes,
https://conteudo.colaboraread.com.br/202102/INTERATIVAS_2_0/INTRODUCAO_A_BIOLOGIA_CELULAR_E_DO_DESENVOLVIMENTO/LIVRO_DIGITAL/fmt_u3s1.html#resolucao%20.item-1
cromossomos, DNA e RNA foi possível compreender muitos processos de evolução,
auxiliando na compreensão do desenvolvimento humano. Por exemplo: você já
imaginou como é possível identificar uma doença genética hereditária e prever a sua
transmissão para futuras gerações? Como entender como é possível um casal de olhos
castanhos ter um filho de olhos azuis, como os avós. São inúmeras as contribuições
que a genética proporciona para o avanço da humanidade, beneficiando as nossas
vidas. Hoje já é possível fazer testes de paternidade, desvendar muitos crimes através
do estudo da genética em materiais biológicos encontrados no local. Certamente, você
já deve ter escutado falar de produtos transgênicos ou geneticamente modificados, os
alimentos são modificados para que fiquem com mais nutrientes ou sejam resistentes a
pragas, graças ao desenvolvimento da biotecnologiae aos conhecimentos da genética.
Nesta seção, estudaremos um pouco da história da genética e seus impactos na saúde,
desde a genética clássica até a genética moderna atual. Conheceremos em detalhes os
experimentos feitos por Gregor Mendel, utilizando plantas de ervilhas, que
culminaram na primeira e segunda lei de Mendel, permitindo o entendimento da
transmissão das características dos pais para os filhos.
Vamos dar sequência à situação-problema criada para auxiliar na contextualização de
seu aprendizado. Diante do número cada vez mais expressivo de doenças genéticas
presentes nas famílias, indicado pela Organização Mundial de Saúde (OMS), e dos
avanços na área da genética médica, possibilitando a realização de exames capazes de
detectar diferentes tipos de alterações na arquitetura do genoma, um casal procurou
uma clínica renomada na cidade, especializada em consultas e aconselhamento
genético.
A mulher tem 35 anos, olhos verdes e cabelos castanho-claros e lisos, aparentemente
normal, teve dois filhos com o seu marido, de 38 anos, que tem olhos castanhos e
cabelos castanhos e lisos, é daltônico. A primeira filha do casal, com 6 anos, é loira e
tem o cabelo encaracolado, os olhos azuis e é aparentemente normal. No entanto, o
segundo filho do casal é pessoa com Síndrome de Down, tem 3 anos, tem olhos
castanhos e cabelos lisos e castanhos. O casal quer ter mais um filho, mas por
possuírem histórico de anomalias genéticas na família, resolveu investigar as
probabilidades de terem uma gestação normal.
Você trabalha nessa clínica e faz parte de uma equipe composta por médicos
geneticistas, especialistas em biologia molecular, citogenética e bioinformatas e ficou
responsável pelo acompanhamento deste casal.
Após alguns exames e a coleta de informações do histórico familiar do casal, foi
possível identificar o genótipo para as cores dos olhos do casal, mulher (genótipo:
bbGb; fenótipo: olhos verdes) e homem (genótipo: Bbbb; fenótipo: olhos castanhos).
Com base nesta informação, como você pode explicar o fato de o casal ter uma filha
de olhos azuis, sendo que nenhum dos pais tem olhos azuis? O outro filho do casal
tem olhos castanhos, iguais aos do pai, mas existe a probabilidade de um próximo
filho nascer com os olhos verdes iguais aos da mãe? Estes eventos podem ser
explicados por meio da herança monogênica?
Cada indivíduo é um ser único, cujas características se assemelham a outros da mesma
espécie, ao mesmo tempo que os distanciam e diferenciam de outras espécies.
Compreender o conjunto de processos que asseguram o recebimento e a transmissão
de informações e características genéticas através da hereditariedade contribui para a
saúde e o entendimento do ser vivo.
CONCEITO-CHAVE
Antes mesmo da molécula do DNA ser descoberta, muitos pesquisadores já buscavam
compreender a hereditariedade dos organismos vivos e buscavam explicações para a
transmissão dos caracteres dos progenitores para a prole. Até a descoberta do material
genético e como ele era transmitido há uma longa história, vamos conhecer um pouco
alguns fatos marcantes para a genética?
1. HISTÓRIA DA GENÉTICA E SEU IMPACTO NA SAÚDE
O homem, desde a antiguidade, busca compreender a transmissão das características
de um indivíduo para outro, repassadas de geração a geração. O estudo da
hereditariedade, ou seja, o estudo da genética, foi iniciado em 1865 com os
experimentos e a formulação de leis fundamentais da herança biológica, propostas
pelo monge austríaco Gregor Mendel, publicadas em 1866. Mendel fez cruzamentos
entre variedades de ervilhas, com o intuito de entender o motivo pelo qual o
cruzamento entre híbridos gerava muitas diferenças entre os descendentes.
Estudaremos estas leis mais adiante, que ficaram conhecidas como herança
mendeliana.
Mendel foi quem sugeriu pela primeira vez a existência de fatores independentes dos
genitores serem transmitidos para a prole. No entanto, na época, o trabalho de Mendel
não foi reconhecido, por falta de conhecimentos e comprovações em relação à divisão
celular e à estrutura do DNA.
Mais tarde, foi constatado que o espermatozoide é composto por material nuclear, e os
cientistas chegaram à conclusão de que o núcleo era o responsável pela
hereditariedade. Em 1877, os cromossomos puderam ser visualizados dentro do
núcleo e, somente em 1900, os pesquisadores “redescobriram” os trabalhos de Mendel
e puderam contribuir para a aceitação de suas ideias. Walter S. Sutton, no início do
século XX, em 1914, propôs a teoria cromossômica da herança, na qual se admitia que
os fatores hereditários estavam localizados nos cromossomos. Ainda assim, foram
anos tentando comprovar esta teoria. Os pesquisadores Hugo de Vries, Carl Correns e
Erich von Tschermak aplicaram, em 1915, os princípios básicos da genética propostos
por Mendel em uma variedade de organismos, com destaque a mosca (Drosophila
melanogaster).
Thomas Hunt Morgan, em 1926, publicou o livro da Teoria do gene, que indicava a
herança ser decorrente de unidades transmitidas do genitor para o filho de modo
ordenado, no caso, tratava-se dos genes localizados nos cromossomos.
Todas estas tentativas de explicar os experimentos de Mendel tinham o intuito de
comprovar cientificamente as semelhanças entre pais e filhos. Em 1945, o termo
biologia molecular foi empregado pela primeira vez por William Astbury, se referindo
ao estudo das estruturas das macromoléculas biológicas, tanto estruturas químicas
quanto físicas. E foi em 1953 que o modelo da molécula de DNA foi proposto por
James Watson e Francis Crick, apresentando o modelo tridimensional de dupla hélice
do DNA.
Descoberta a estrutura do DNA, Francis Crick em 1958 postulou o Dogma Central da
Biologia Molecular, que conceituava o mecanismo de transmissão e a expressão da
hereditariedade após descoberta a codificação do DNA, compreendendo a produção
de proteínas através da síntese de RNA pelo DNA e a síntese de proteínas pelo RNA.
Você deve estar se perguntando como estes fatos impactaram a saúde ou qual a
importância deles, não é mesmo? O desenvolvimento e o avanço da genética mudaram
muitos aspectos em nossas vidas e na sociedade, em relação à saúde, à produção de
alimentos e até mesmo a questões jurídicas. Você já deve ter escutado a respeito da
ovelha Dolly, o primeiro mamífero clonado utilizando uma célula de um animal
adulto, ou ainda de alimentos transgênicos como o tomate (Favr Savr), resistente às
pragas e aos herbicidas. Com todos estes avanços, a genética possibilitou solucionar
crimes e fazer testes de paternidade (técnica de fingerprint – impressão digital,
específicos para cada indivíduo), mapear doenças, realizar aconselhamento genético,
produzir alimentos transgênicos e clones, a partir da técnica do DNA recombinante
(quando se isola um trecho do DNA e o combina com outro DNA, produzindo cópia
deste novo trecho, gerando diferentes combinações deste material genético).
Com todas as contribuições deixadas por Gregor Mendel, muito importantes para a
pesquisa científica e todas as descobertas subsequentes aos seus trabalhos, Mendel
ficou conhecido como o pai da genética. Vamos conhecer um pouco mais sobre os
trabalhos realizados por Mendel e as suas conclusões que nos trouxeram tantos
adventos.
2. HERANÇA MENDELIANA
O conjunto de princípios que estão relacionados à transmissão hereditária das
características de um indivíduo aos seus descendentes é conhecido por herança
mendeliana, mendelismo ou genética mendeliana, considerada a base da genética
clássica. A transmissão de características ocorre através da expressão do fenótipo de
um gene, conhecida também por herança monogênica. Muitos pesquisadores
fracassaram em seus experimentos realizando cruzamentos com plantas e/ou animais e
foi Mendel que obteve sucesso em seus trabalhos, uma vez que ele procurava
compreender as características dos indivíduos, uma por vez, com o intuito de
compreender o mecanismo e conseguir validar as suas regras na característica
seguinte, enquanto os demais pesquisadores consideravam todas as característicasde
uma única vez. Gregor Mendel escolheu o material que apresentava características
constantes, as ervilhas (Pinus sativum), para realizar seus experimentos e
posteriormente tratar os dados. A espécie escolhida é um vegetal de cultivo simples,
com ciclo de vida curto (possibilita o estudo de diversas gerações), são plantas
hermafroditas (permitem a autofecundação), têm diversidade de características
morfológicas fáceis de observar (altura da planta, cor das flores, cor das sementes,
textura das sementes).
Mendel postulou a existência de fatores hereditários (genes) nas células sexuais, que
durante a formação de gametas deveriam se separar, e após a fecundação, ao invés de
se fundirem, permaneciam lado a lado, podendo ou não se manifestar. Todos os
resultados de Mendel foram baseados em análises estatísticas, pois ele não tinha o
conhecimento sobre genes, tampouco como estes controlavam o fenótipo. Suas
observações foram realizadas por meio de fatores hipotéticos, representados por
símbolos, sem se preocupar ou saber onde estes fatores estariam localizados dentro de
uma célula. Assim, Mendel foi o primeiro a dizer que existiam fatores independentes
que eram transferidos para a prole através dos genitores.
3. PRIMEIRA LEI DE MENDEL
A primeira lei de Mendel ou lei da segregação dos fatores foi decorrente de um dos
experimentos mais importantes de Mendel, a partir da análise da hereditariedade em
cruzamentos de ervilhas. Você deve estar se perguntando em que consistia este
experimento, certo? Para realizar o cruzamento, Mendel utilizou plantas de ervilhas
com linhagem de sementes amarelas com plantas de ervilhas com linhagens de
sementes verdes. Transferiu o pólen de uma planta para a outra, de forma a realizar o
processo de autopolinização, garantindo linhagens puras – isto significa dizer que cada
linhagem nunca havia cruzado com outra linhagem de cor diferente, e as denominou
de geração parental (P).
Após o cruzamento de ambas as plantas, foi observado que todas as plantas nascidas
das linhagens puras (sementes verdes e sementes amarelas), possuíam sementes
amarelas, independente do gênero dos genitores (femininos ou masculinos). Mas
como isso era possível? Mendel denominou esta geração de primeira geração filial
(F1), todas compostas por sementes amarelas. Curioso com o fato de nenhuma planta
“filha” ter apresentado sementes verdes, Mendel seguiu os seus experimentos.
Figura 3.4 | Demonstração do cruzamento de plantas de ervilhas realizado por Mendel
(1ª lei de Mendel)
Fonte: Shutterstock / Designua.
O próximo passo foi cruzar as plantas “filhas”, todas de sementes amarelas, entre elas.
Você tem ideia do que isso significou? A partir do cruzamento das plantas “filhas”
híbridas, denominadas de segunda geração filial (F2), foi observado que a maioria das
plantas “filhas” possuíam sementes amarelas, como esperado, no entanto, algumas
plantas voltaram a apresentar sementes verdes, em uma parcela menor. Analisando os
resultados, na geração F1 foi observado 100% de sementes amarelas no cruzamento,
já na geração seguinte, F2, foi observado 75% de sementes amarelas e 25% de
sementes verdes, na proporção de 3:1, isso significa dizer que a cada quatro plantas
observadas, três apresentavam sementes amarelas (característica dominante) e uma
apresentava semente verde (característica recessiva).
ASSIMILE
Alguns dos conceitos de genética importantes para o entendimento dos
experimentos realizados por Mendel, lembrando que na época estes
termos não eram utilizados, foram deduzidos posteriormente:
Alelos: formas alternativas de um gene, ocupam o mesmo loco (ou
posição) no cromossomo homólogo (cromossomos que têm genes com
características iguais).
Genes dominantes: genes que determinam uma característica
hereditária mesmo quando estão em dose simples, ou seja, sozinhos.
Genes recessivos: genes que se expressam somente quando estão em
dose dupla, pois quando acompanhados de um gene dominante eles se
tornam inativos.
Homozigoto (puro): quando possui dois alelos iguais em cromossomos
homólogos.
Heterozigoto (híbrido): quando possui dois alelos diferentes em
cromossomos homólogos.
Mendel realizou os experimentos observando outras características, como a cor das
flores, as características da textura das sementes, dentre outras, e para todas obteve os
mesmos resultados, que culminaram nas seguintes conclusões:
● Uma característica é determinada por um par de fatores hereditários: os fatores
hoje são conhecidos por genes, e suas versões são os alelos. Por exemplo,
existem fatores que determinam a cor amarela da semente e outros que
determinam a cor verde.
● O par de fatores que determina uma característica é herdado da mãe e do pai:
desta forma o organismo recebe dois alelos, um da mãe e outro do pai, e eles
serão expressos dependendo da sua dominância ou recessividade.
● Os indivíduos transmitem apenas um fator em cada gameta: desta forma, os
fatores se separam durante a formação dos gametas, cada gameta possui apenas
um alelo.
Com isso, a primeira lei de Mendel ficou conhecida pela segregação dos fatores
durante a formação dos gametas. Na época, ele não tinha o conhecimento de genes e
cromossomos, mas por meio dos seus trabalhos foi possível compreender
posteriormente que os pares de genes são segregados, e estes estão presentes nos
cromossomos. Nas células eucariontes esta segregação ocorre durante a etapa da
meiose da divisão celular.
EXEMPLIFICANDO
Para determinar a proporção genotípica e fenotípica de um cruzamento,
vamos utilizar o seguinte exemplo:
Cruzamento entre uma planta de flor púrpura homozigota dominante
com uma planta de flor branca recessiva. Lembrando que a flor púrpura
poderia ser homozigota dominante (BB) ou heterozigota dominante
(Bb), já a flor branca é homozigota recessiva (bb).
Então: P = Flor púrpura (BB) x Flor branca (bb)
B B
b Bb Bb
b Bb Bb
Proporção genotípica: Bb = 100%
Proporção fenotípica: 100% das plantas púrpuras
F1 = 100% das plantas são de flor púrpura heterozigota dominante
(Bb).
Realizando o cruzamento entre as flores da geração F1, obteremos:
B b
B BB Bb
b Bb Bb
Proporção genotípica: BB = ¼ ou 25% | Bb = ½ ou 50% | bb = ¼ ou
25%
Proporção fenotípica: 75% flores púrpuras e 25% flores brancas
F2 = A proporção é de 3:1, três flores púrpuras para uma flor branca.
A primeira lei de Mendel também ficou conhecida por monoibridismo, a herança
monogênica, ou a herança condicionada a um par de alelos para determinar uma
característica.
4. SEGUNDA LEI DE MENDEL
Inicialmente, Mendel realizou os seus experimentos com as ervilhas, analisando o
comportamento somente de uma característica, como ela se comportava através das
gerações. Não contento, Mendel resolveu analisar duas características ao mesmo
tempo e observar como elas se comportariam, se cada um dos fatores era transmitido
de forma independente ou não, culminando na segunda lei de Mendel ou a lei da
segregação independente dos fatores (diibridismo). Vamos compreendê-la a seguir.
Mendel passou a estudar a transmissão de duas características das ervilhas, a cor da
semente (amarela e verde) e a forma das sementes (lisa ou rugosa). Com base em seus
experimentos, ele sabia que a cor amarela era dominante em relação à cor verde, assim
como o formato liso da semente era dominante em relação ao formato rugoso. Mendel
realizou o cruzamento entre duas linhagens puras com características distintas (plantas
homozigotas), uma planta com sementes amarelas e lisas (determinadas pelo genótipo
VVRR) e a outra com sementes verdes e rugosas (vvrr).
REFLITA
Não podemos esquecer que os alelos são representados por letras
maiúsculas, quando são dominantes, e por letras minúsculas, quando
são recessivos. Por convenção, quando vamos analisar mais de um
fator, as letras correspondem geralmente aos fatores recessivos, mas
não é uma regra obrigatória. Sendo assim, por que as sementes
amarelas e lisas, cujas características são dominantes não são
representadas pelas letras AALL?
Na geração F1, Mendel obteve 100% dos indivíduosheterozigotos para ambas as
características (VvRr), plantas com sementes amarelas e lisas. Na geração seguinte
(F2), realizado o cruzamento entre duas plantas da geração F1 (diíbridas), os
resultados obtidos foram plantas com fenótipo semelhantes às plantas “pais” (geração
parental), e dois novos fenótipos, plantas com sementes amarelas e rugosas e plantas
com sementes verdes e lisas. A proporção fenotípica observada foi de 9:3:3:1 (Figura
3.5), assim, a cada 9 plantas em um total de 16 plantas apresentavam sementes
amarelas e lisas (56%); três apresentavam sementes amarelas e rugosas (por volta de
18%); outras três apresentavam sementes verdes e lisas (por volta de 18%); e apenas
uma a cada dezesseis, apresentava semente verde e rugosa (em torno de 6%). A partir
destes resultados, e vários outros testes aplicados, Mendel concluiu que os alelos são
segregados de maneira independente durante a formação do gameta, isto significa
dizer que um ou mais fatores (características) são distribuídos de maneira
independente e se combinam ao acaso na formação do gameta. Assim, a reprodução
entre indivíduos possibilita a combinação gênica a partir da segregação dos gametas,
favorecendo a diversidade de espécies.
Figura 3.5 | Demonstração do cruzamento de plantas de ervilha (2ª lei de Mendel)
utilizando o quadro de Punnett
Fonte: Shutterstock / N.Vinoth Narasingam.
VOCABULÁRIO
Quadro de Punnett: ferramenta criada pelo geneticista Reginald
Crundall Punnett, utilizada para descobrir os genótipos esperados para
um determinado cruzamento. É uma tabela que separa os possíveis
gametas de um indivíduo e são determinadas as possíveis combinações
entre os gametas de ambos os indivíduos.
A segunda lei de Mendel, também conhecida por diibridismo, refere-se à herança
condicionada por dois pares de alelos diferentes e independentes que determinam duas
características diferentes em um mesmo indivíduo.
Gregor Mendel é considerado o pai da genética clássica, podemos dizer que a genética
clássica é anterior à descoberta do DNA, e as bases teóricas para a compreensão da
hereditariedade e para a genética moderna são subsidiadas pelas leis de Mendel. A
partir dos cruzamentos da geração parental é possível prever possíveis características
esperadas para o nascimento da prole, determinar a probabilidade de um determinado
genótipo ou fenótipo acontecer nas gerações seguintes. Desta forma, nos permite
compreender a transmissão de algumas doenças genéticas e até mesmo explicar a cor
dos olhos ou dos cabelos de uma criança.
FOCO NO MERCADO DE TRABALHO: LEIS DE MENDEL
SEM MEDO DE ERRAR
Agora que você já tem o conhecimento da herança mendeliana, que define como
determinada característica é transmitida dos genitores para os seus descendentes,
podemos resolver a situação-problema apresentada.
O casal que procurou a clínica de aconselhamento genético, na qual você trabalha e
ficou responsável pelo acompanhamento: a mulher tem 35 anos, olhos verdes e
cabelos castanho-claros e lisos, aparentemente normal, e o marido, de 38 anos, que
tem olhos castanhos e cabelos castanhos e lisos, é daltônico, são pais de duas crianças.
A primeira filha do casal, com 6 anos, é loira e tem o cabelo encaracolado, os olhos
azuis e é aparentemente normal. No entanto, o segundo filho do casal é pessoa com
Síndrome de Down, tem 3 anos, tem olhos castanhos e cabelos lisos e castanhos. O
casal quer ter mais um filho.
A partir do genótipo para as cores dos olhos do casal, mulher (genótipo: bbGb;
fenótipo: olhos verdes) e homem (genótipo: Bbbb; fenótipo: olhos castanhos), como
você pode explicar o fato de o casal ter uma filha de olhos azuis, sendo que nenhum
dos pais tem olhos azuis? O outro filho do casal tem olhos castanhos, iguais aos do
pai, mas existe a probabilidade de um próximo filho nascer com os olhos verdes iguais
aos da mãe? Estes eventos podem ser explicados por meio da herança monogênica?
A cor dos olhos, assim como a cor dos cabelos, a altura e a cor da pele, por exemplo,
são características humanas que por apenas um gene apresentam muitas variações e
desta forma são controladas por muitos genes, os quais dependem da quantidade em
que aparecem no genótipo, determinam a característica no fenótipo do indivíduo. Os
olhos, por exemplo, podem ser pretos, castanho-escuros, castanho-claros, verde-claros
e escuros, azuis, entre outras variações. Quando vários genes interagem para
determinar uma única característica, havendo uma grande variedade de fenótipos e
genótipos para estas características, chamamos de herança poligênica. A herança
poligênica é uma das variações das leis de Mendel, ocorrendo de forma diferente da
herança monogênica. Muitos autores consideram a cor dos olhos ou a cor da pele
como uma herança monogênica, considerando duas possibilidades para uma mesma
característica, por exemplo olhos azuis e olhos castanhos, sem considerar as demais
variações. Na situação-problema apresentada, porém, como temos três cores
diferentes, não é possível. Mas para a cor do cabelo e o tipo do cabelo, se
considerarmos como um único gene que age de forma independente, é possível. Por
exemplo, se considerarmos a cor do cabelo (alelo dominante para cabelo escuro e
alelo recessivo para cabelo claro) ou se analisarmos o tipo de cabelo (alelo dominante
para cabelo liso e alelo recessivo para cabelo crespo), sem considerarmos as variáveis
das cores do cabelo ou as variáveis para os tipos de cabelo.
A cor dos olhos pode ser determinada pela quantidade de pigmento de melanina na
íris, e na forma como a luz interage com os pigmentos e outras substâncias nos olhos.
Em geral, as pessoas que têm mais melanina nos olhos apresentam olhos escuros, e as
pessoas que apresentam olhos mais claros têm menos melanina no olho. São dois os
genes principais que determinam a cor dos olhos: o gene Bey2 (brown eye – olho
castanho) ou EYCL3 (eye color – cor do olho), localizado no cromossomo 15, possui
um alelo para a cor castanho (B) com traço dominante, e outro para a cor azul (b)
recessivo; e gene Gey (green eye – olho verde) ou EYCL1 (eye color – cor do olho),
localizado no cromossomo 19, com um alelo para a cor verde (G) com traço
dominante, e outro para a cor azul (b). Neste caso, o alelo B é sempre dominante,
enquanto o alelo G é dominante em relação ao alelo b, e o alelo b sempre será
recessivo.
Portanto, as possíveis combinações entre estes dois genes são as seguintes:
Genes Cor dos olhos
BBbb / BBGb / BBGG / Bbbb / BbGb / BbGG Castanho
bbGG / bbGb Verde
bbbb Azul
Fonte: elaborado pela autora.
Desta forma, conseguimos notar que os olhos castanhos são muito mais comuns do
que as outras cores de olhos.
O cruzamento entre os genes do casal: mulher (bbGb) x homem (Bbbb) resulta na
probabilidade de os filhos nascerem com os seguintes genótipos e fenótipos: BbGb e
Bbbb (50% para olhos castanhos), bbGb (25% para olhos verdes) e bbbb (25% para
olhos azuis). Por meio desta análise, é possível explicar o fato de a filha mais velha do
casal ter olhos azuis e o filho mais novo ter olhos castanhos. Caso o casal venha a ter
outro filho, existe 25% de chances ou ¼ de probabilidade de a criança nascer com
olhos verdes iguais aos da mãe.
Demonstramos aqui apenas uma forma de resolvermos a situação-problema, você
pode seguir outros caminhos, inclusive você é convidado a explicar a cor dos cabelos
dos filhos do casal, utilizando a primeira lei de Mendel, considerando cabelo loiro
como alelo recessivo e o cabelo castanho alelo dominante, ou ainda aplicar a segunda
lei de Mendel avaliando as duas características, a cor do cabelo (loiro e castanho) e o
tipo do cabelo (liso – recessivo, ou encaracolado – dominante). Que tal, vamos
praticar?
AVANÇANDO NA PRÁTICA
MELHORAMENTO GENÉTICO DO TOMATE
O tomate é a segunda hortaliça mais cultivada no mundo, superada pela batata
(SANTOS et al., 2011). Cultivado em regiões tropicais e subtropicais, a espécie
Solanum lycopersicum acaba sendo de difícil cultivo por enfrentar variações no clima,
pragas e doenças e a necessidade de uma grande quantidadede produtos químicos
para manter as lavouras. Um jovem pesquisador resolveu estudar diversas
características desta hortaliça, com o intuito de entender como funciona o processo de
adaptação destas plantas e poder desenvolver técnicas de melhoramento, de forma a
tornar os tomates mais produtivos e resistentes às variações ambientais e aos
predadores naturais.
O jovem analisou dois genótipos selvagens em relação à forma do fruto, uma planta
com fruto comprido (FC) e outra com fruto redondo (FR). Realizou o cruzamento em
plantas com estes dois genótipos, repetidas vezes entre si, e sempre originaram
descendentes com frutos compridos. O jovem resolveu realizar novos cruzamentos
testes utilizando os descendentes obtidos.
Para auxiliar o jovem pesquisador, como você poderia explicar os resultados
esperados para a seguinte geração (F2) nos novos testes, pensando que é um
cruzamento mendeliano? Indique ao jovem os genótipos das gerações P, F1 e F2, e
qual a proporção dos fenótipos que ele irá obter, economizando a quantidade de testes
que precisará fazer para obter o mesmo resultado.
RESOLUÇÃO
Para auxiliar o jovem pesquisador, você precisa se lembrar das leis de Mendel. Elas estão
relacionadas com os princípios que explicam a transmissão de características hereditárias
de um organismo a seus descendentes. Neste caso, como temos somente uma característica
em estudo, e os resultados obtidos a partir dos cruzamentos da geração parental pura,
100% de tomates com frutos compridos, devemos considerar a primeira lei de Mendel ou
lei da segregação dos fatores. Podemos considerar o genótipo da geração P (RR – fruto
comprido e rr – fruto redondo), ambos homozigotos puros, sendo o alelo que determina o
fruto comprido dominante em relação ao alelo que determina o fruto redondo. A primeira
geração (F1), apresentou 100% dos frutos compridos, cujo genótipo é um heterozigoto
(Rr). A geração seguinte (F2), obtida através do cruzamento de dois descendentes de F1,
ou seja, Rr x Rr, irá gerar os seguintes genótipos: RR e Rr (fruto comprido) e rr (fruto
redondo). A proporção é de 3:1, a cada quatro tomates, três apresentarão frutos compridos
(ou 75%) e um apresentará fruto redondo (ou 25%). Esta é uma forma de apresentar os
resultados, mas você pode explicar de outras formas, uma delas é realizando os
cruzamentos no quadro de Punnett.
Unidade 3 - Seção 3
PADRÕES CLÁSSICOS E NÃO CLÁSSICOS DE HERANÇA GÊNICA
PRATICAR PARA APRENDER
Conhecemos um pouco da história da genética, desde a genética clássica até a genética
moderna, dos experimentos de Mendel que resultaram na primeira lei de Mendel (ou
lei da segregação dos fatores) e na segunda lei de Mendel (ou lei da segregação
independente). Vimos também as contribuições que a herança mendeliana trouxer para
a área da saúde e o entendimento da transmissão de muitas características hereditárias,
incluindo doenças, através das células. As milhares de células das quais somos
formados e a habilidade que elas possuem, devido à presença do material genético, em
transmitir características hereditárias de uma geração para a outra, que foi
compreendida no século XX também foram assuntos estudados até o momento.
Nesta seção, daremos continuidade ao estudo da herança mendeliana, compreendendo
os padrões clássicos e não clássicos da herança monogênica, com enfoque no
https://conteudo.colaboraread.com.br/202102/INTERATIVAS_2_0/INTRODUCAO_A_BIOLOGIA_CELULAR_E_DO_DESENVOLVIMENTO/LIVRO_DIGITAL/fmt_u3s2.html#resolucao%20.item-1
comportamento das interações gênicas, como eles atuam em determinadas situações e
as propriedades biológicas que eles expressam. Utilizaremos muitos conceitos básicos
da genética que aprendemos, como genótipo, fenótipo, cromossomos autossômicos,
sexuais, genes dominantes e recessivos, além dos recursos dos heredogramas no
estudo de diversas doenças e as probabilidades de ocorrência.
O estudo das doenças hereditárias nos permite compreender os erros inatos do
metabolismo que acabam gerando doenças metabólicas hereditárias (DMH), a
compreender a genética do câncer, doenças como a fibrose cística, a fenilcetonúria,
acondroplasia, anemia falciforme, dentre inúmeras outras que estudaremos adiante.
E você já se perguntou alguma vez sobre a importância do sangue? Vamos conhecer as
suas propriedades, como ele pode salvar vidas, sua utilização em transfusões e
aprenderemos sobre o sistema sanguíneo ABO humano, os tipos sanguíneos e a
influência do sistema Rh na compatibilidade entre os sangues, assim como
relacionaremos o tipo sanguíneo com a herança mendeliana
Com o intuito de orientar casais e famílias, entenderemos como funciona o
aconselhamento genético, os diversos especialistas que trabalham auxiliando na
informação e tomada de decisões ao avaliarem o risco de ocorrência ou recorrência de
doenças genéticas na família, investigando o histórico familiar, traçando o fenótipo
dos indivíduos, avaliando o genótipo por meio de exames, construindo assim árvores
genealógicas, em muitos casos representadas por heredogramas.
Para contextualizar a sua aprendizagem e discutirmos os temas desta seção com uma
possível situação profissional, continuaremos com o cenário de uma clínica
especializada em aconselhamento genético, da qual você faz parte da equipe composta
por diversos médicos geneticistas, especialistas em biologia molecular, citogenética e
bioinformatas.
De acordo com a Organização Mundial de Saúde (OMS), os números de doenças
genéticas presentes nas famílias têm se tornado cada vez mais expressivo e há muitos
avanços na área da genética médica que possibilitam a realização de exames capazes
de detectar as probabilidades da ocorrência ou recorrência de uma doença hereditária
na família.
O casal que você vem acompanhando deseja ter mais um filho, mas tem histórico de
anomalias genéticas na família e, por isso, resolveram investigar as probabilidades de
terem uma gestação normal.
A mulher tem 35 anos, olhos verdes e cabelos castanho-claros e lisos, aparentemente
normal, teve dois filhos com o seu marido, de 38 anos, que tem olhos castanhos e
cabelos castanhos e lisos, é daltônico. A primeira filha do casal, com 6 anos, é loira e
tem o cabelo encaracolado, os olhos azuis e é aparentemente normal. No entanto, o
segundo filho do casal é pessoa com Síndrome de Down, tem 3 anos, tem olhos
castanhos e cabelos lisos e castanhos.
Como C.J.N., o homem do casal, é daltônico, serão investigadas as probabilidades de
os filhos do casal serem portadores ou afetados pela doença hereditária. Com base no
histórico familiar, descobriu-se que o avô materno de C.J.N. também era daltônico, os
avós tiveram três filhos (um menino e duas meninas, todos aparentemente normais).
Uma das filhas é a mãe de C.J.N. que se casou com o pai de C.J.N., que também não
são daltônicos. C.J.N. nasceu daltônico e sua única irmã realizou o teste genético e
descobriu ser portadora do gene do daltonismo. A mulher de C.J.N. não apresentou o
alelo recessivo para o daltonismo em seu genótipo. Os dois filhos de C.J.N. não são
daltônicos, no entanto, há probabilidade do terceiro filho, caso seja um menino, herdar
do pai o daltonismo.
Diante desta situação, como você construiria o heredograma deste casal, tomando
como base o histórico familiar de C.J.N., para demonstrar a probabilidade do terceiro
filho do casal ser portador ou afetado pelo daltonismo? E como explicar o fato dos
pais de C.J.N. não serem daltônicos e ele ter nascido com esta doença hereditária? No
caso da Síndrome de Down, foi constatado que se trata de uma doença genética não
hereditária, como você explicaria esta ocorrência na família?
A família pode ser comparada a uma enorme árvore, com diversos galhos, cada um
crescendo em direções diferentes, mas todos eles têm a mesma raiz e o mesmo tronco.
Qualquer interferência que estas raízes ou tronco sofram pode ser espelhada para
todos os demais galhos da árvore. De uma forma metafórica, para os geneticistas
procuram explicações para compreender a genética de uma família, devem buscar a
informação na origemdos descendentes, estudar as ramificações dos galhos, ou seja,
as gerações anteriores e subsequentes, para compreender como os genes de algumas
doenças se comportam e podem ser transmitidos para as gerações futuras.
CONCEITO-CHAVE
A herança mendeliana é composta por princípios que buscam explicar a transmissão
hereditária de uma característica para os seus descendentes. Vimos que Mendel ficou
conhecido como o pai da genética clássica, sendo o precursor de várias teorias
genéticas. No entanto, estudamos que nem todas as doenças genéticas são hereditárias,
e que há várias formas distintas de doenças hereditárias que seguem os padrões
clássicos e os padrões não clássicos da herança mendeliana, os quais vamos
compreender um pouco mais durante o nosso estudo.
1. ERROS INATOS DO METABOLISMO
Os distúrbios genéticos, os quais correspondem, geralmente, a um defeito em uma
enzima (proteína específica) produzida pelo organismo, podendo gerar a interrupção
de alguma via metabólica, prejudicando portando a degradação, síntese, transporte ou
armazenamento de moléculas em nosso organismo, ou de qualquer ser vivo, são
conhecidos como erros inatos do metabolismo (EIM).
Quando um alimento não é metabolizado corretamente, para gerar energia, pode
ocorrer o acúmulo de substâncias intermediárias no organismo que podem causar o
comprometimento de processos celulares, ou ainda gerar vários problemas de saúde
para o indivíduo com EIM, como atrasos no desenvolvimento, por exemplo.
Considerados a causa de doenças metabólicas hereditárias (DMH), os erros inatos do
metabolismo representam aproximadamente 10% das doenças genéticas existentes. As
DMH são doenças que podem se manifestar em qualquer idade, afetando todo o
organismo. Muitas vezes, por possuírem manifestações clínicas não específicas, e
serem mais raras, o diagnóstico é mais difícil. As doenças hereditárias do metabolismo
são causadas por mutações em um ou vários genes, responsáveis por um determinado
processo metabólico, a transmissão nestes casos pode ser mendeliana ou mitocondrial,
geralmente são de herança autossômica recessiva.
Os erros inatos do metabolismo têm várias classificações, a de maior aplicação clínica
adotada é a classificação em duas categorias:
● Categoria 1: alterações que afetam apenas um órgão ou um sistema orgânico,
os sintomas são uniformes e o diagnóstico é um pouco mais fácil. Podemos
exemplificar com o sistema imunológico, os fatores de coagulação, os túbulos
renais, eritrócitos, entre outros.
● Categoria 2: engloba grande diversidade, são as doenças cujo defeito
bioquímico acaba comprometendo uma via metabólica utilizada por diversos
órgãos (doenças lisossomais) ou restrita a um único órgão (hiperamonemia),
com manifestações humorais e sistêmicas.
O tratamento terapêutico para s DMH depende do erro inato do metabolismo que gera
a doença, o acúmulo da substância que não está sendo sintetizada e o desequilíbrio
bioquímico causado. O controle geralmente é permanente, por meio de dietas, e em
alguns casos é necessário transplante de medula óssea ou reposição de enzimas, sendo
indispensável o aconselhamento familiar para conhecer o prognóstico do paciente e
verificar a probabilidade de recorrência da doença.
2. GENÉTICA DO CÂNCER
Uma das doenças genômicas com maior causa de mortes no mundo é o câncer,
ocasionada por uma sucessão de alterações no material genético das células normais
que, como consequência das transformações sofridas, se tornam malignas. A reação
carcinogênica pode ser resultado de múltiplas etapas, envolvendo diversos genes,
podendo estar relacionado a mutações gênicas e cromossômicas, com quebras, perdas,
duplicações, translocações, com instabilidade genômica e mecanismos epigenéticos,
em que os principais genes envolvidos são os proto-oncogenes, que são supressores de
tumor, podendo se tornar um oncogene, desenvolvendo um câncer.
Nossas células estão programadas para se desenvolver, crescer, se diferenciar e
morrer, recebendo estímulos e sinais internos e externos, e qualquer evento que cause
o desequilíbrio deste processo, desde os estímulos ao bloqueio da multiplicação
celular, pode levar ao desenvolvimento de um câncer. O diagnóstico dos genes
envolvidos no câncer auxilia na compreensão acerca da doença, facilitando o
tratamento. Os geneticistas têm desenvolvido várias estratégias para conter o câncer, e
uma delas já estudadas por nós, é a morte celular programada ou apoptose. A genética
do câncer pode ainda ser hereditária, são afecções genéticas que se tornam mais
comuns em indivíduos da mesma família. A transmissão das neoplasias malignas
ocorre de uma geração para a outra (transmissão vertical), sendo observado o padrão
de herança mendeliano, geralmente autossômico dominante, com 50% de transmissão
para os descendentes em cada gestação, não importando o sexo.
ASSIMILE
Quando falamos em doenças genéticas e doenças hereditárias
precisamos saber que há diferenças entre estes dois termos. As doenças
genéticas ocorrem a partir de uma mutação ou erro no material
genético, podendo surgir pela primeira vez em uma família sem
histórico, como é o caso da Síndrome de Down. Já as doenças
hereditárias, também genéticas, apresentam uma tendência de um
indivíduo ter a doença, já que pode ser herdada através de gerações.
Isso não significa, necessariamente, que o indivíduo terá a doença, ele
pode possuir um gene da doença e não apresentar sintomas (portador),
como pode possuir o gene e expressar a doença (afetado).
3. GENÉTICA DOS GRUPOS SANGUÍNEOS ABO
O sistema ABO, composto pelos diferentes tipos sanguíneos humanos, foi descoberto
por Karl Landsteiner no século XX. De grande importância para a medicina, permitiu
compreender os princípios para a transfusão de sangue, auxiliando no salvamento de
inúmeras vidas. Os tipos sanguíneos humano são codificados por três alelos múltiplos
(IA, IB e i), que podem se combinar de seis diferentes tipos, determinando o tipo
sanguíneo. Há uma codominância entre os alelos IA e IB, isso significa que ambos os
alelos se expressam, ao mesmo tempo que há dominância destes dois alelos sobre o
alelo i. Desta forma, os fenótipos e genótipos dos grupos sanguíneos são expressos da
seguinte forma, como demonstrado no Quadro 3.1:
Quadro 3.1 | Grupos sanguíneos ABO
Fenótipo Genótipo Antígeno Anticorpo
A IAIA e IAi a Anti-b
B IBIB e IBi b Anti-a
AB IAIB a e b -
O ii - Anti-a e Anti-b
Fonte: elaborado pela autora.
Cada fenótipo de um grupo sanguíneo é caracterizado pela ausência ou presença de
aglutinogênio (antígeno) e aglutinina (anticorpo), assim, um indivíduo com fenótipo
A, possui aglutinogênio (proteínas presentes na membrana plasmática das hemácias)
a, e aglutinina (anticorpo presente no plasma) anti-b, o indivíduo tipo O, não possui
aglutinogênio e possui anticorpo anti-a e anti-b. Com isso, é possível testar o sangue
antes de realizar uma transfusão, e é o que determina o princípio da transfusão de
sangue, em que pode ser transferida uma certa quantidade total de sangue ou somente
alguns de seus componentes, tais como plasma, plaquetas, leucócitos, hemácias, etc.
EXEMPLIFICANDO
Indivíduos com sangue tipo A possuem aglutinina anti-B no plasma e
podem receber sangue do tipo A e do tipo O, não podendo receber
sangue do tipo B e AB, porque nestes tipos sanguíneos são encontrados
aglutinogênio B, causando incompatibilidade sanguínea. Nesse caso, as
hemácias que são recebidas através da doação irão se aglutinar,
formando aglomerados compactos que impedem a circulação do
sangue.
O tipo sanguíneo considerado receptor universal é o tipo AB, e o doador universal é o
tipo sanguíneo O. No sangue humano podemos encontrar outros antígenos, como o
denominado sistema MN, com antígenos M, antígenos N e antígenos MN, não
havendo dominância entre eles ou restrições quanto à transfusão sanguínea. E o
sistema Rh, determinado por um par de alelos R (dominante) e r (recessivo), com
dominância completa. Os indivíduos que não possuem antígeno Rh, são consideradas
com fator Rh- (negativo), e osindivíduos que possuem hemácias que se aglutinam,
com antígeno Rh, são considerados com fator Rh+ (positivo). Desta forma, o fator Rh
também é importante ser considerado nas transfusões sanguíneas, uma vez que pode
haver incompatibilidade. O tipo O- (negativo) pode ser doado para todos os tipos de
sangue, no entanto só pode receber do mesmo tipo que o seu. Já o tipo AB+ (positivo)
pode receber todos os tipos de sangue, mas só pode doar para o mesmo tipo que o seu.
Veja a distribuição em destaque no Quadro 3.2.
Quadro 3.2 | Compatibilidade sanguínea para doação
Tipo sanguíneo Pode doar para Pode receber de
A+ AB+ e A+ A+, A-, O+ e O-
A- A+, A-, AB+ e AB- A- e O-
B+ B+ e AB+ B+, B-, O+ e O-
B- B+, B-, AB+ e AB- B- e O-
AB+ AB+ Todos
AB- AB+ e AB- A-, B-, O- e AB-
O+ A+, B+, O+ e AB+ O+ e O-
O- Todos O-
Fonte: elaborado pela autora.
Os efeitos da consanguinidade ou endogamia (cruzamento de indivíduos com certo
grau de parentesco) são muito altos, quando são estudados padrões de heranças de
anomalias recessivas, uma vez que casais consanguíneos têm maior probabilidade de
ter filhos homozigotos. A endogamia aumenta a semelhança dos indivíduos, podendo
reduzir a fertilidade, sobrevivência, crescimento e aumentar as taxas de transmissão de
doenças genéticas e infecções de outras doenças. O grau de consanguinidade depende
do grau de parentesco do cruzamento, podendo ser ascendente, incluindo pais, avós,
bisavós, ou descendentes, incluindo filhos, netos e bisnetos. Ou ainda, transversal,
incluindo irmãos, tios, primos, dentre outros. Quanto mais próximo o grau de
parentesco, maiores são os riscos de efeitos negativos.
4. PADRÕES CLÁSSICOS E NÃO CLÁSSICOS DE HERANÇA MONOGÊNICA
Os padrões clássicos da herança monogênica, ou seja, herança determinada por um
único gene, podem ser autossômicas ou ligadas ao cromossomo X, dominantes ou
recessivas. Seguem a lei da segregação mendeliana, sempre em proporções fixas, e
são expressos geralmente por heredogramas.
REFLITA
Na herança dominante, o alelo normal é recessivo, enquanto o alelo
mutante é dominante. E na herança recessiva o que deve ocorrer?
É importante saber que quando uma pessoa é designada como portadora do gene ou
doença, significa que este indivíduo não tem a doença, ele tem o gene mutado e
poderá transmiti-lo para os seus descendentes. No entanto, quando dizemos que uma
pessoa é afetada, ela não só possui a doença, como apresenta sintomas dela.
No caso da herança autossômica dominante, o fenótipo é notado em todas as gerações
de uma família e todo indivíduo afetado possui um genitor afetado. Dominantes puros
são muito raros. O risco de um filho de um genitor afetado herdar o fenótipo e ser
afetado é de 50%, independente do sexo de ambos os genitores ou dos filhos, e de
50% do filho não receber o gene mutado. Os genitores com fenótipos normais não
transmitem para seus descendentes o fenótipo
EXEMPLIFICANDO
A acondroplasia (um tipo de nanismo), a polidactilia (alteração
quantitativa no número de dedos das mãos ou dos pés, gerando um
aumento na quantidade de dedos), assim como a doença de Huntington
(doença neurodegenerativa do cérebro, causa perda de coordenação
motora, demência progressiva e alterações psicológicas), dentre outras,
são exemplos de distúrbios autossômicos dominantes.
A herança autossômica recessiva é caracterizada pela anomalia afetar na mesma
proporção os indivíduos de ambos os sexos. Os genitores, neste caso, raramente são
afetados, e os genitores de um indivíduo afetado têm 25% de probabilidade de gerar
outro filho afetado, 50% de chance de gerar um filho portador do gene, sem ser
afetado pela doença, e outros 25% de probabilidade de o filho não receber genes
mutados. Um casal afetado gera somente filhos afetados, já casais compostos por um
afetado e um não afetado, geralmente geram filhos não afetados. As doenças
recessivas são mais surpreendentes para as famílias, pois geralmente os pais de um
filho afetado são portadores não afetados e a doença muitas vezes não aparece por
várias gerações. Algumas doenças conhecidas são o albinismo, a anemia falciforme e
a fibrose cística.
As heranças monogênicas ligadas ao sexo também podem ser dominantes ou
recessivas. Como veremos, este padrão de herança é mais complexo, porque tanto o
sexo dos pais quanto dos filhos influencia na transmissão da doença.
ASSIMILE
As mulheres têm dois cromossomos X, e os homens têm um
cromossomo X e outro Y. Quando um casal tem um filho, a mulher
sempre irá transmitir um cromossomo X e o pai poderá transmitir um
cromossomo X (gerando uma filha mulher) ou um cromossomo Y
(gerando um filho homem).
Em geral, como as doenças ligadas ao cromossomo X são transmitidas pelo próprio
cromossomo X, os homens são afetados e as mulheres são portadoras, no entanto não
são afetadas. As mulheres portadoras acabam transmitindo a doença para os seus
filhos homens. No caso da dominância, quando a mulher é afetada e o homem não
afetado, os filhos do casal têm 50% de chance de herdar o fenótipo da doença. Já no
caso do homem afetado e a mulher não afetada não geram filhos homens afetados, e as
filhas são afetadas. Como exemplo podemos citar o raquitismo hipofostatêmico. Na
herança recessiva ligada ao sexo, a incidência da doença em homens é superior. O
cruzamento entre um homem afetado e uma mulher não afetada, o homem transmite o
cromossomo X afetado para todas as suas filhas mulheres, que serão portadoras. Já os
filhos homens serão todos não afetados. Quando ocorre o cruzamento de um casal, em
que o homem é não afetado e a mulher portadora, a probabilidade é de 50% de chance
de os filhos homens serem afetados e as filhas mulheres serem portadoras. Podemos
citar como exemplo, a hemofilia.
Dentre as heranças ligadas ao sexo, há também a herança restrita ao sexo, relacionadas
ao cromossomo Y, conhecidas também por genes holândricos. Os genes holândricos
são herdados de pai para filho, como a hipertricose (doença que apresenta pelos
longos e grossos na orelha masculina). Há também as heranças influenciadas pelo
sexo, que podem ser expressas em ambos os sexos, no entanto elas se comportam de
formas diferentes, como a calvície (caracterizada pela perda gradual de cabelo), o
gene é dominante nos homens e recessivo nas mulheres.
Os padrões não clássicos da herança mendeliana são considerados variações às regras
de Mendel, envolvendo a interação de alelos de um único gene. A sequência de um
gene pode ser alterada de diferentes modos, cada forma produzindo um alelo mutante.
Algumas destas variações mendelianas já foram citadas, como é o caso de
codominância, em que dois alelos diferentes podem ser expressos simultaneamente
quando estão presentes, o conjunto dos dois alelos irá expressar o fenótipo do
indivíduo, como ocorre no sistema sanguíneo ABO. A dominância incompleta é uma
outra variável de expressão, quando dois alelos produzem um fenótipo intermediário
quando ambos estão presentes, desta forma nenhum deles determina o fenótipo
completamente, como ocorre quando há dominância completa. Um exemplo é o que
ocorre com a espécie de plantas, conhecida como boca-de-leão: há uma planta
homozigota que produz flores vermelhas e outra planta homozigota que produz flores
brancas, mas quando a planta é heterozigota, ao invés de um pigmento ser dominante
em relação ao outro, ocorre a expressão de uma nova coloração, já que há a expressão
dos pigmentos bancos e rosas em proporções menores, o heterozigoto expressa a cor
rosa, caracterizada pela dominância incompleta (Figura 3.6). Quando Mendel em seus
estudos priorizou dois alelos dos genes das ervilhas, observou que muitos genes são
determinados por alelos múltiplos (ou também conhecido por polialelia), para
determinar uma característica, como vimos no sistema sanguíneo ABO, em que os três
alelos múltiplos (IA, IB e i) determinam um único gene, assim como o que determina
a pelagem dos coelhos, em que são observados quatro tipos de genes alelos (C –
expressa a cor da pelagem marrom ou cinza escuro, do coelho aguti ou selvagem;Cch
– expressa a cor da pelagem cinza prateada, do coelho chinchila; Ch – expressa a cor
da pelagem branca com algumas regiões do focinho e patas escuras, do coelho
himalaia; e, por fim, Ca – expressa a cor da pelagem completamente branca, do coelho
albino). Mas é importante ressaltar, que neste caso de alelos múltiplos há uma
dominância entre os alelos, no caso da pelagem, a dominância pode ser expressa da
seguinte forma: C > Cch > Ch > Ca.
Figura 3.6 | Dominância incompleta na espécie boca-de-leão
Nota: Na planta boca-de-leão, o heterozigoto é rosa, intermediário entre os dois
homozigotos, o vermelho e o branco. O heterozigoto rosa demonstra dominância
incompleta.
Fonte: Griffiths et al. (2016, p. 194).
Há variações em que os genes possuem alelos que impedem a sobrevivência do
indivíduo homozigoto ou heterozigoto, mas como assim impede a sobrevivência? Na
acondroplasia ou nanismo, que é ocasionada por uma mutação genética, os indivíduos
apresentam pernas e braços mais curtos em relação ao tronco e a cabeça. Para esta
doença, quando os genes aparecem em homozigose dominante, ocorre a morte do
embrião antes mesmo do nascimento, chamado de genes letais. Caso o gene expresse
apenas um alelo, ocorre o nanismo.
Quando várias características diferentes são afetadas por um par de alelos (gene),
diferenciando das interações gênicas em que, em geral, vários genes determinam uma
única característica, chamamos de pleiotropia. Nos humanos, podemos exemplificar a
pleiotropia com a doença fenilcetonúria, caracterizada por uma falha cromossômica na
tradução de uma enzima que auxilia no metabolismo do aminoácido fenilalanina no
fígado, provocando diminuição na capacidade intelectual do indivíduo, diminuição da
pigmentação da pele, assim como diminuição na quantidade de pelos. A anemia
falciforme, que atinge os glóbulos vermelhos, provocando uma alteração anatômica e
acarretando uma série de problemas, também é considerada uma pleiotropia.
Outras variações da herança mendeliana são observadas, como a penetrância,
expressividade, heterogeneidade alélica, e todas elas têm características distintas do
comportamento dos alelos de um gene. Dentre os padrões clássicos e não clássicos da
herança mendeliana, é importante aos casais que são portadores, afetados ou possuem
casos de doenças genéticas na família procurar auxílio médico, por meio do
aconselhamento genético, para serem orientandos caso desejem ter filhos.
5. ACONSELHAMENTO GENÉTICO
O processo que avalia os riscos, a ocorrência ou recorrência de doenças genéticas em
uma família é realizado por especialistas em genética clínica por meio do
aconselhamento genético. O profissional que acompanha a pessoa ou casal que
pretende ter filhos solicita vários exames, incluindo testes genéticos e exames de
cromossomos, com o intuito de verificar a probabilidade de ocorrência de uma doença
genética na família, de forma a orientar em possíveis tratamentos ou opções para
conduzir o problema. É possível verificar as possibilidades de os pais transmitirem
alguma malformação ou patologia para o futuro bebê. Além dos exames solicitados, é
feito um levantamento do histórico familiar, para verificar a herança de uma doença
genética e a probabilidade de ela ocorrer. Mas todo mundo deve fazer o
aconselhamento genético antes de ter um filho? Não é necessário. O aconselhamento
genético é indicado em algumas situações como por casais consanguíneos, que
aumentam o risco de gerar uma criança com algum distúrbio genético, ou casais com
histórico familiar de doenças genéticas, suspeitas de câncer hereditário, em casos de
repetidos abortos ou infertilidade. Quando algum risco é detectado não significa que o
casal não poderá ter filhos, mas serão orientados aos riscos, em alguns casos são
indicados tratamentos ou somente precauções e, em outros, o teste pode detectar por
exemplo doenças para as quais ainda não há cura e que poderão ser desenvolvidas
somente com uma idade mais avançada. Assim, caberá aos pais tomar a difícil
decisão, uma vez que o aconselhamento genético procura entender as opções perante o
risco da doença que a família possui, diante dos objetivos familiares e prestar auxílio.
É importante que os profissionais diferenciem no diagnóstico o que é genético e o que
é hereditário.
FOCO NO MERCADO DE TRABALHO: PADRÕES CLÁSSICOS E
NÃO CLÁSSICOS DE HERANÇA GÊNICA
SEM MEDO DE ERRAR
Com os conhecimentos adquiridos no decorrer da seção já é possível resolvermos a
situação hipotética apresentada. Vamos relembrá-la? Você, como funcionário de uma
clínica especializada em aconselhamento genético, está acompanhando um casal, que
já tem dois filhos e está planejando ter mais um.
Como C.J.N., o homem do casal, é daltônico, foram investigadas as probabilidades de
os filhos do casal serem portadores ou afetados pela doença hereditária. De acordo
com o histórico familiar, descobriu que o avô materno de C.J.N. também era
daltônico. Os avós tiveram três filhos (um menino e duas meninas, todos
aparentemente normais). Uma das filhas é a mãe de C.J.N. que se casou com o pai de
C.J.N., que também não são daltônicos. C.J.N. nasceu daltônico e sua única irmã
realizou o teste genético e descobriu ser portadora do gene do daltonismo. A mulher
de C.J.N. não apresentou o alelo recessivo para o daltonismo em seu genótipo.
Diante desta situação, como você construiria o heredograma deste casal, tomando
como base o histórico familiar de C.J.N., para demonstrar a probabilidade de o
terceiro filho do casal ser portador ou afetado pelo daltonismo? E como explicar o fato
dos pais de C.J.N. não serem daltônicos e ele ter nascido com esta doença hereditária?
No caso da síndrome de Down de um dos filhos do casal, foi constatado que se trata
de uma doença genética não hereditária, então, como você explicaria esta ocorrência?
O daltonismo é um distúrbio ou anomalia visual, caracterizado pela dificuldade ou
alteração na capacidade de o indivíduo distinguir determinadas cores, principalmente
as cores verde e vermelho. A mutação ocorre em genes encontrados na parte
homóloga do cromossomo X, sendo assim uma condição genética hereditária
recessiva, é uma herança ligada ao sexo ou ao cromossomo X. Cabe lembrar que, para
a mulher apresentar o daltonismo ela precisa necessariamente possuir dois alelos com
mutação em homozigose, diferentemente dos homens, que bastam apresentar um alelo
recessivo com a mutação herdada da mãe, uma vez que eles apresentam somente um
cromossomo X. Veja o quadro 3.3.
Quadro 3.3 | O fenótipo e genótipo para o daltonismo
Indivíduo Genótipo Fenótipo
♀ XDXD ou XDXd Visão normal
♀ XdXd Daltônico
♂ XDY Visão normal
♂ XdY Daltônico
Nota: O alelo dominante é o D, corresponde à visão normal, e o alelo recessivo é o d,
correspondente ao daltonismo.
Fonte: elaborado pela autora.
Figura 3.7 | O heredograma
Fonte: elaborada pela autora.
A mãe de C.J.N. é portadora do gene para o daltonismo, no entanto ela não é afetada.
Ela transferiu o alelo recessivo do daltonismo para C.J.N., e ele acabou sendo afetado
pelo distúrbio. Por se tratar de uma herança ligada ao cromossomo X, todas as filhas
mulheres que o casal tiver receberão o alelo recessivo do daltonismo, sendo
portadoras do distúrbio, podendo transferir esta herança para as gerações seguintes.
No entanto, como a mulher de C.N.J. não é portadora do alelo recessivo para
daltonismo, todos os filhos homens que o casal vier a ter não serão afetados pelo
distúrbio.
Já a síndrome de Down, também conhecida como trissomia do 21, é causada pela
presença de um cromossomo extra no par 21. Esta condição genética pode ocorrer
com indivíduos 100% saudáveis em qualquer idade, é originada a partir de erros no
processo de divisão celular, são raros os casos em que esta doença é causada por uma
herança genética do tipo translocação Robertsoniana. Um dos riscos que aumentam as
chances de uma criança nascer com a síndrome de Down está relacionada com a idade
materna: a partir dos 35 anos, as chances de alterações cromossômicas se tornam
maiores, mas atualmentehá um aumento de mulheres que decidem ter filhos após os
35 anos e já existem outros exames e acompanhamentos para o sucesso da gravidez e
o diagnóstico precoce de qualquer alteração cromossômica que possa acontecer. Como
o casal não foi diagnosticado portadores da translocação Robertsoniana, é difícil
predizer a probabilidade de um futuro filho do casal ser afetado novamente pela
síndrome. Para isso, são necessários outros exames e dar continuidade ao
acompanhamento de especialistas durante a gestação.
Finalizamos assim mais um desafio proposto, parabéns! Lembrando que este é apenas
um exemplo de como você poderia agir diante desta situação.
AVANÇANDO NA PRÁTICA
A DOENÇA HEMOLÍTICA DO RECÉM-NASCIDO
Em um hospital do interior de uma pequena cidade, M.S.A. dá à luz a um bebê. O
parto foi de risco, mas felizmente o bebê e a mãe não correm risco de vida. É o
segundo filho de M.S.A e por falta de informação e acompanhamento médico durante
a gravidez, o bebê nasceu com icterícia (coloração amarela da pele devido a um
aumento na concentração de bilirrubina no sangue) e anemia grave (baixo conteúdo de
hemoglobina, que diminui a capacidade de transporte de oxigênio no corpo), o que
fará com que os médicos mantenham o bebê em observação por um período maior.
Os funcionários da área da saúde presentes no hospital iniciam uma investigação
breve relacionada ao histórico da paciente e verificam que o bebê nasceu com a
doença hemolítica do recém-nascido.
Como você explicaria o ocorrido? Considerando que M.S.A. deu à luz ao segundo
filho, qual a relação com a tipagem sanguínea e a incompatibilidade de Rh?
RESOLUÇÃO
Para resolver esta situação-problema você deve se recordar que a doença hemolítica do
recém-nascido ou eritroblastose fetal é caracterizada pela incompatibilidade do sangue da
mãe com o sangue do feto, ocorrendo a degradação ou destruição dos glóbulos vermelhos
do feto pelos anticorpos da mãe. Esta incompatibilidade ocorre quando a mãe possui tipo
sanguíneo Rh negativo, ou seja, a hemácia dela não apresenta a proteína conhecida como
antígeno D; e o bebê possui tipo sanguíneo Rh positivo, com a presença deste antígeno.
Quando há contato do sangue da mãe com o sangue do bebê, a mulher recebe hemácias do
bebê, contendo antígenos, passando a produzir através do sistema imunológico anticorpos
anti-Rh, que irão “defender” a mãe da proteína estranha do bebê, considerada como uma
espécie de vírus.
No caso da mãe, não há nenhum problema, pois ela irá criar uma sensibilização no corpo
dela, ou seja, os anticorpos criados estarão presentes para “protegê-la”, e em alguns dias o
sangue do feto, ou bebê será automaticamente retirado da circulação sanguínea dela.
Durante a primeira gravidez o bebê, mesmo sendo Rh positivo, não é afetado, mas no
momento do parto a mãe teve contato com o sangue do bebê e ficou sensibilizada,
produzindo anticorpos anti-Rh. Por isso, a segunda gestação pode ser de risco e o bebê
pode desenvolver a eritroblastose fetal, uma vez que a mãe já produziu anticorpos anti-Rh,
https://conteudo.colaboraread.com.br/202102/INTERATIVAS_2_0/INTRODUCAO_A_BIOLOGIA_CELULAR_E_DO_DESENVOLVIMENTO/LIVRO_DIGITAL/fmt_u3s3.html#resolucao%20.item-1
que podem atravessar a placenta, promovendo a aglutinação das hemácias do feto.
Esta doença pode ser evitada e controlada com diagnósticos durante a gestação do tipo
sanguíneo da mãe, e em algumas situações do pai. Há medidas preventivas como a
aplicação de injeções de imunoglobulina durante ou após a gestação, e quando detectada a
tempo, é possível realizar a transfusão de sangue para o feto antes do nascimento, ou em
alguns casos após o nascimento.
Unidade 4 - Seção 1
FECUNDAÇÃO, PRIMEIRA E SEGUNDA SEMANAS DO
DESENVOLVIMENTO EMBRIONÁRIO
CONVITE AO ESTUDO
Prezado aluno, seja bem-vindo! Estamos chegando em nossa última etapa da disciplina
Introdução à Biologia Celular e do Desenvolvimento. Até aqui pudemos conhecer um
pouco da citologia e sua importância, desvendando a estrutura e a composição das células,
como elas funcionam e o porquê de elas serem a unidade fundamental da vida. Estudamos
também um pouco sobre a genética, para compreendermos como é estrutura do material
genético que caracteriza os diferentes tipos de organismos, e o mecanismo de transmissão
deste material de uma geração para a outra. Vimos ainda como ocorre a hereditariedade
das características e o comportamento da expressão gênica em diferentes situações, de
forma que seja possível, por meio destes estudos e do desenvolvimento de tecnologias, a
prevenção e o tratamento de doenças.
Mas, afinal, como ocorre o desenvolvimento dos organismos vivos? Nós vimos que os
seres vivos que se reproduzem de forma sexuada, passam pelos processos de divisão
celular (mitose e meiose) e a partir da gametogênese e espermatogênese são formados os
gametas femininos e masculinos, respectivamente. Partiremos deste ponto, que será o tema
desta unidade, para conhecer um pouco sobre a embriologia básica.
Embriologia se refere ao estudo do processo de desenvolvimento de embriões,
compreende o processo desde a fecundação (união dos gametas femininos e masculinos –
zigoto) até a formação dos seres vivos. Acompanha e analisa os estágios do organismo,
todas as mudanças que compõem o cenário evolutivo embrionário até o momento do parto.
Durante o desenvolvimento, é possível identificar possíveis anormalidades ou doenças
congênitas, ocasionadas por fatores genéticos ou ambientais, que impedem a evolução
normal do feto. Compreender os eventos da embriologia auxilia na otimização do
conhecimento das alterações pelas quais o corpo passa, compreendendo as mudanças que
são geradas ao feto, de modo a diminuir os riscos na gestação. A embriologia compreende
algumas especialidades, como a embriologia humana (dedicada ao estudo de embriões
humanos), embriologia comparada (dedicada ao estudo de embriões de espécies animais
diversificadas, de forma comparativa) e a embriologia vegetal (dedicada ao
desenvolvimento das plantas).
Nesta unidade, abordaremos as etapas do desenvolvimento embrionário humano,
conhecendo passo a passo os principais eventos e transformações pelas quais o embrião
passa, desde a sua origem até a fase do nascimento. Você será capaz de identificar e
diferenciar cada uma das etapas, semana a semana do desenvolvimento, da primeira à
nona semana, incluindo os anexos embrionários e a formação da placenta.
Na Seção 4.1, abordaremos o processo de fecundação e o início dos eventos que ocorrem
nas duas primeiras semanas do desenvolvimento embrionário. Na sequência, a Seção 4.2
abordará o desenvolvimento do embrião da terceira à oitava semana, elencando os
principais eventos e formação de estruturas e folhetos embrionários. Para finalizarmos, na
Seção 4.3, conheceremos as transformações da última etapa do desenvolvimento
embrionário, da nona semana ao nascimento, e algumas estruturas importantes como a
placenta e as membranas fetais.
Vamos juntos desvendar este fascinante mundo que origina a vida?
Bons estudos!
Para que uma nova vida seja gerada é necessário que uma série de etapas sejam
percorridas e bem-sucedidas. A fecundação marca o início do desenvolvimento
embrionário, mas ela só ocorre quando há o encontro de um óvulo maduro e saudável
com um espermatozoide que consiga penetrar nesse óvulo, seja de forma natural,
através da relação sexual, seja através de técnicas de reprodução assistida, como a
fertilização in vitro ou a inseminação artificial. São milhões de espermatozoides e
somente um deles será capaz de dar início a uma nova vida.
As duas primeiras semanas de desenvolvimento são marcadas por vários eventos e
alterações das células – nesse estágio, na maioria dos casos, a mulher ainda não sabe
que está grávida. A embriologia trouxe uma infinidade de benefícios, permitindo a
identificação de possíveis anomalias que possam ocorrer durante o desenvolvimento e
doenças genéticas, diminuindo com isso a probabilidade de riscos durante a gestação,
tanto para a mãe quanto para o feto. Além disso, a ciência permitiuque mulheres
pudessem engravidar por meio de técnicas especializadas, quando a fecundação
natural não é possível. As células-tronco embrionárias são de grande interesse da área
médica, visto que elas têm grande capacidade de se tornar outros tipos celulares, por
serem pluripotentes com capacidade de se multiplicar.
Caro aluno, você consegue imaginar a complexidade de eventos que são necessários
para que a fecundação ocorra? Quantas etapas são necessárias? E o que ocorre nas
duas primeiras semanas do desenvolvimento embrionário?
Nesta seção, daremos foco ao desenvolvimento humano, descrevendo os principais
eventos que ocorrem para que a fecundação seja bem-sucedida e o zigoto seja gerado.
Todas as transformações pelas quais o zigoto passará durante a clivagem, a formação
do blastocisto até o início de sua implantação no útero, caracterizando a primeira
semana do desenvolvimento. Já a segunda semana é caracterizada pela implantação
completa do blastocisto que irá se desenvolver para formar o futuro bebê. Esta fase é
marcada ainda pela formação e pelo desenvolvimento de algumas estruturas
consideradas anexos extraembrionários, que irão desempenhar diferentes funções para
o desenvolvimento do embrião.
Caso ocorra algum problema na implantação do blastocisto, quais são as
consequências? Como evitar a implantação, para que não ocorra uma gravidez?
A embriologia nada mais é do que o estudo e o acompanhamento de todas as etapas do
desenvolvimento dos embriões, desde quando ocorre a fecundação até a formação de
uma nova vida. No entanto, a natureza sozinha às vezes não consegue iniciar uma
nova vida e graças à tecnologia e às pesquisas, hoje, muitos casais, mulheres que
desejam ter uma gestação independente, entre outros casos – como de indivíduos que
desejam ser pais em um futuro, mesmo com a idade mais avançada, e optam por
congelar os gametas –, podem ser auxiliados pela medicina, através da reprodução
assistida. Segundo a Anvisa (Agência Nacional de Vigilância Sanitária), a reprodução
assistida vem crescendo no Brasil e em 2018 foram realizados 43.093 ciclos de
fertilização in vitro, resultando em um crescimento de 18,7% na realização de
procedimentos (MINISTÉRIO DA SAÚDE, 2019).
Um casal, ambos com mais de 35 anos, apresenta dificuldade para engravidar há mais
de dois anos de tentativas. Após fazerem uma série de exames, investigarem a
fertilidade de ambos, foram instruídos a realizar uma fertilização in vitro, para
alcançar o sonho de ter um bebê. Apesar de ser uma das técnicas de reprodução
assistida mais eficazes, ainda assim não é possível garantir que a gravidez ocorrerá.
Apesar de as chances serem grandes nessa técnica, o sucesso depende da implantação
do embrião. Imagine que você, como profissional da saúde, trabalha para a clínica
especializada em reprodução humana utilizando técnicas de reprodução assistida, com
médicos e especialistas altamente qualificados. O casal procura pela clínica e inicia o
procedimento para a FIV (fertilização in vitro). Como você explicaria a relação entre a
endometriose detectada na mulher e a indicação da técnica FIV ao invés da
inseminação artificial? Em qual caso seria usada a técnica de inseminação artificial?
Realizado o processo de fertilização dos gametas, o embrião fica em incubadora sendo
acompanhado por 3 a 5 dias até ser transferido para o útero. O que ocorre durante este
período com o embrião?
Vamos continuar ampliando os nossos conhecimentos e compreender o fenômeno que
inicia a geração de uma nova vida.
CONCEITO-CHAVE
O desenvolvimento embrionário humano é composto por uma série de eventos
coordenados para produzir um bebê saudável após semanas de gestação. A primeira
semana de desenvolvimento embrionário é marcada por muitas mudanças físicas e
bioquímicas no corpo feminino. A gestação depende de acontecimentos prévios, para
que o corpo crie um ambiente ideal para que ocorra a fecundação e a implantação do
zigoto, o futuro feto. Você se lembra da formação dos gametas? Ao final da
espermatogênese, através da meiose, são formados os gametas masculinos
(espermatozoides), e ao final da ovogênese, é formado o gameta feminino (óvulo).
A ovulação no corpo da mulher é marcada pelo seu período fértil, em que um ovócito
secundário (presente na metáfase da segunda divisão meiótica), também chamado de
óvulo, é liberado pelo ovário. O óvulo, quando liberado, migra em direção ao útero,
por meio das contrações da tuba uterina, pois esta célula não tem estruturas
locomotoras como os espermatozoides. O percurso do óvulo até o útero leva em torno
de oito dias.
Quando o óvulo maduro, geralmente ainda na tuba uterina, entra em contato com um
espermatozoide e este consegue nele penetrar, ocorre a fecundação, o começo de uma
possível gravidez.
1. FECUNDAÇÃO
A fecundação ou fertilização marca o início da primeira semana do desenvolvimento
humano. O processo ocorre com o encontro do óvulo e do espermatozoide, através da
relação sexual (quando ocorre de forma natural), quando os milhares de
espermatozoides lançados por meio da ejaculação dentro do corpo da mulher
percorrem o útero até a tuba uterina para encontrar o óvulo, e apenas um deles irá
conseguir penetrar no óvulo (salvo os casos de gêmeos).
REFLITA
Para penetrar no óvulo, os espermatozoides contam com a sua estrutura,
o acrossomo, se lembra dela? Essa estrutura possui enzimas digestivas
que auxiliam na decomposição da membrana externa do ovócito (zona
pelúcida) permitindo a penetração no óvulo.s
A célula haploide do espermatozoide se junta à célula haploide do ovócito, formando
o zigoto (célula diploide, contendo cromossomos maternos e paternos), ou o início da
formação de um novo ser, encerrando a fertilização. Todo este processo, apesar de
rápido, é complexo e envolve várias fases, vamos conhecê-las a seguir.
A primeira fase é marcada pela passagem do espermatozoide através das células da
corona radiata do oócito ou óvulo. Nesta fase, o óvulo é liberado junto de uma camada
que o envolve, a corona radiata, que emite sinais químicos responsáveis por atrair os
espermatozoides até o óvulo. O primeiro obstáculo do espermatozoide é atravessar
esta camada, assim, o acrossomo libera enzimas que são auxiliadas por enzimas
liberadas pela mucosa da tuba uterina e juntamente com os movimentos da cauda do
espermatozoide provocam a movimentação das células da corona, permitindo que o
espermatozoide entre em contato com a zona pelúcida. É iniciada a segunda fase, a
penetração da zona pelúcida. A zona pelúcida é uma camada glicoproteica, que
protege o óvulo envolvendo a sua parte externa, esta camada não contém células. Para
penetrar nesta camada, o acrossomo libera enzimas como a acrosina, neuraminidase e
esterase, e juntas estas enzimas causam a lise da zona pelúcida, permitindo a
penetração do espermatozoide ao alcance do óvulo.
ATENÇÃO
Assim que um espermatozoide penetra na zona pelúcida, ela
impossibilita a penetração de outros espermatozoides, uma vez que se
torna impermeável, formando a membrana de fecundação.
Após a penetração do espermatozoide, ocorre a fusão de membranas, as membranas
plasmáticas do óvulo e do espermatozoide se unem, e a cabeça e a cauda do
espermatozoide entram no citoplasma do óvulo. A membrana do espermatozoide e as
mitocôndrias não entram no óvulo, são destruídas. Com isso, ocorre o término da
segunda divisão meiótica do ovócito. Nesta etapa, é necessário se lembrar do processo
de ovogênese, no qual o ovócito ao sofrer a segunda divisão da meiose origina um
ovócito maduro e um segundo corpo polar. Ocorre a descondensação dos
cromossomos do núcleo do óvulo e é formado o pronúcleo feminino. O pronúcleo
masculino é formado na fase seguinte com a degeneração da cauda do espermatozoide
e o aumento do volume do núcleo. Os pronúcleos, durante o crescimento, replicam o
material genético (DNA), quando ocorre a fusão dos pronúcleos. A última fase da
fertilização é marcada pela união dos dois pronúcleos, formando uma única estrutura
que contém informações dos genitores. A nova célulaformada é conhecida como
zigoto ou célula-ovo, que se deslocará até o útero para dar início a nova vida que será
desenvolvida.
É importante lembrar que o zigoto é uma célula totipotente, com capacidade de se
diferenciar em qualquer tipo de célula, composto por 46 cromossomos (23
cromossomos do gameta masculino e 23 cromossomos do gameta feminino), sendo,
portanto, uma célula diploide. Neste instante, ocorre também a determinação
cromossômica do sexo (XX ou XY).
ASSIMILE
Para que a fecundação ocorra é necessário que a mulher esteja no
período fértil, ou seja, esteja ovulando. Além disso, é necessário que o
espermatozoide alcance o óvulo e ambos se unam dando origem ao
zigoto. O óvulo se mantém viável para a fertilização por 24 horas e os
espermatozoides se mantém viáveis no corpo feminino nas primeiras 48
horas após a relação.
2. CLIVAGEM DO ZIGOTO E FORMAÇÃO DO BLASTOCISTO
Formado o zigoto, o que ocorre antes de ele chegar ao útero? É iniciado o processo de
clivagem, ou segmentação, que consiste em múltiplas divisões celulares, resultando
em células chamadas blastômeros. Aproximadamente 30 horas após a fertilização, é
iniciada a primeira divisão do zigoto, formando dois blastômeros. A zona pelúcida
segue envolvendo o zigoto e conforme os blastômeros seguem em divisão, a cada
divisão têm o seu tamanho reduzido e migram para o útero, local onde ocorrererá o
processo de implantação que veremos mais adiante. Os blastômeros vão se unindo em
uma espécie de complexo e quando já foram formados de 12 a 32 blastômeros, ainda
envolvidos pela zona pelúcida, o concepto (embrião) passa a ser chamado de mórula
(parecido com uma amora), encaminhada para a cavidade uterina, cerca de três a
quatro dias após a fecundação.
A zona pelúcida neste estágio começa a ser digerida por enzimas, um fluido é
secretado pela tuba uterina, formando uma cavidade entre os blastômeros, conhecida
por blastocele, que separa as células em dois grupos: trofoblasto (células mais
periféricas – formarão a parte embrionária da placenta) e embrioblasto (massa celular
interna – dará origem ao embrião). Nesta fase do desenvolvimento, o concepto recebe
o nome de blastocisto, que aumenta de tamanho rapidamente e “flutua” pela cavidade
uterina até alcançar o útero. Após aproximadamente seis dias da fecundação, o
blastocisto é aderido ao epitélio endometrial, em um processo implantação também
conhecido por nidação. O trofoblasto começa a proliferar, diferenciando em duas
camadas: o citotrofoblasto (cama interna de células) e o sinciciotrofoblasto (camada
externa de células).
No final da primeira semana, a implantação do blastocisto na camada do endométrio
(região póstero-superior do útero) ainda é superficial, mas já é possível a nutrição
através dos tecidos maternos. Considerado altamente invasivo, o sinciciotrofoblasto se
expande rapidamente, atravessa o endométrio, atinge glândulas e vasos sanguíneos.
Além disso, produz enzimas que possibilitam ao blastocisto se implantar no
endométrio do útero.
Figura 4.1 | Esquema da clivagem do zigoto e formação do blastocisto
Nota: A-D representam os estágios da clivagem. E e F representam cortes de
blastocistos.Fonte: Moore et al. (2016, p. 23).
Estudamos até aqui a primeira semana do desenvolvimento e, ao final desta, o
blastocisto ainda se encontra parcialmente implantado no endométrio. A implantação
completa ocorre durante a segunda semana, junto da formação de outras estruturas
extraembrionárias.
3. FORMAÇÃO DE CAVIDADE AMNIÓTICA, SACO VITELINO E DISCO
EMBRIONÁRIO
Durante o processo de implantação do blastocisto, ele passa por mudanças
morfológicas que alteram o embrioblasto, ocasionando a formação do disco
embrionário, em forma de placa achatada e circular, composta por duas camadas
bilaminares de células (epiblasto – mais espessa –, e hipoblasto – mais fina). O disco
embrionário será responsável posteriormente pela formação de tecidos e órgãos do
embrião.
As células do epiblasto formam o assoalho da cavidade amniótica, revestida por uma
membrana, o âmnio. Dentro desta cavidade encontramos o líquido amniótico
(responsável pela proteção do embrião contra choques mecânicos, patógenos e
desidratação. Já as células do hipoblasto formam o teto da cavidade exocelômica, que
em conjunto com a membrana exocelômica, ambas formadas a partir do hipoblasto,
originam o saco vitelino primário ou primitivo.
Ainda na segunda semana de desenvolvimento, o disco embrionário se interpõe entre
a cavidade amniótica e o saco vitelino primário. Células do endoderma do saco
vitelino formam uma camada de tecido conjuntivo frouxo (mesoderma
extraembrionário), que envolve o âmnio e o saco vitelino. A partir do momento que o
âmnio, o disco embrionário e o caso vitelino primário se formam, alguns espaços
aparecem no sinciciotrofoblasto e rapidamente são preenchidos por uma mistura de
sangue materno, que irá nutrir o embrião.
No 10º dia, o embrião já está completamente implantado no endométrio. Por volta do
12º dia, os espaços do sinciciotrofoblasto adjacentes se unem para formar as redes
lacunares. O mesoderma extraembrionário sofre um aumento e em consequência
surgem espaços que se fundem formando uma cavidade grande, conhecida por celoma
extraembrionário. Esta nova cavidade é composta por líquido e envolve o âmnio e o
saco vitelino e conforme o celoma extraembrionário cresce, o saco vitelino primário
tem o seu tamanho reduzido, formando o saco vitelino secundário (ausência de vitelo).
O disco embrionário forma o embrião com seus folhetos primitivos e os outros
componentes são os anexos embrionários: saco vitelino, cavidade amniótica e saco
coriônico (Figura 4.2).
ASSIMILE
O sinciciotrofoblasto, além de permitir a implantação do blastocisto,
secreta na corrente sanguínea a gonadotrofina coriônica humana (hCG),
que mantém a atividade do ovário durante a gravidez, e serve também
como base dos testes de gravidez. Após 24 a 48 horas após a
fecundação, já é detectado nos testes de gravidez o fator inicial da
gravidez, através de uma proteína secretada pelo trofoblasto e
encontrada no soro materno, durante os 10 primeiros dias de
desenvolvimento. Ao final da segunda semana de desenvolvimento, o
hCG já é detectado na corrente sanguínea da mãe, em quantidade
suficiente, através de anticorpos marcados, para indicar um resultado
positivo de gravidez (SHOLL-FRANCO et al., 2010).
4. DESENVOLVIMENTO DO SACO CORIÔNICO
Ao final da segunda semana do desenvolvimento embrionário, surgem vilosidades
coriônicas primárias da placenta, formadas a partir da proliferação das células do
sinciciotrofoblasto e do citotrofoblasto. E o mesoderma extramebrionário é dividido
pelo celoma extramebrionário em duas camadas: mesoderma somático
extraembrionário (lâmina que reveste o âmnio e o trofoblasto); e o mesoderma
esplâncnico extraembrionário (lâmina que envolve o saco vitelino).
Outra estrutura aparece ao final desta semana, o córion, composto pelo mesoderma
somático extraembrionário e as duas camadas do trofoblasto. O córion forma o saco
coriônico ou saco gestacional, cuja função é transportar oxigênio e nutrientes da
circulação materna para o embrião. Os anexos embrionários (saco amniótico e saco
vitelino), juntamente com o embrião, ficam suspensos no saco coriônico por um
pedúnculo de conexão (futuro cordão umbilical).
Figura 4.2 | Esquema ilustrando a origem dos anexos embrionários
Nota: – Blastocisto tardio. B – Início da implantação. C e D – Blastocisto implantado entre
7-8 dias. E – Embrião em 9 dias. F – Após a segunda semana.Fonte: Carlson (2014, p. 75).
Algumas células do hipoblasto se modificam em uma determinada região do disco
embrionário e formam a placa precordal. Esta placa marca o local onde será originada
a boca, na região da cabeça. Assim, caracterizamos os principais eventos que ocorrem
durante a segunda semana deste novo indivíduo que ganha vida.
5. LOCAIS DE IMPLANTAÇÃO DOS BLASTOCISTOS
Em geral, o blastocisto é implantado no endométrio uterino, na parte superior do
corpo do útero. Com menor frequência, o blastocistoé implantado na parede posterior
a do corpo do útero. Mas em ambos os casos, a gravidez é dita como gravidez tópica,
em que ocorre no interior da cavidade uterina. O desenvolvimento do embrião se dá
dentro do útero, local em que há trocas de oxigênio e nutrientes de forma adequada
entre a mãe e o feto. Nestes casos, o óvulo foi fecundado ainda dentro da trompa e
percorreu durante alguns dias a trompa até alcançar o útero e se fixar, ainda na
primeira semana de desenvolvimento. Ao final da segunda semana de gestação,
muitas vezes, as mulheres ainda não sabem que estão grávidas e a implantação do
blastocisto pode ser visualizada na ultrassonografia.
REFLITA
Algumas mulheres podem apresentar endometriose, doença crônica, em
que o tecido endometrial encontrado normalmente no interior do útero,
revestindo-o, cresce para fora do útero. A endometriose pode causar
dores e inclusive comprometer a fertilidade da mulher, apesar de que,
em muitos casos, não há sintomas, por isso a importância de realizar
exames regulares. Uma vez diagnosticado, o médico poderá indicar o
melhor método para desacelerar o crescimento do tecido inapropriado,
que pode ser desde medicamentos até cirurgias.
A implantação do blastocisto, no entanto, pode ocorrer fora do útero, conhecida por
implantações extrauterinas ou gravidez ectópica. Em cerca em 95% dos casos, ela
ocorre nas tubas uterinas, podendo ocorrer também na cérvice, em cicatrizes uterinas,
cavidade pélvica ou abdominal e nos ovários.
EXEMPLIFICANDO
Quando a gravidez ocorre na tuba uterina, uma das possíveis causas
está relacionada com o atraso ou o impedimento do zigoto até o útero.
Por exemplo o bloqueio da tuba uterina (ou trompa) durante a fase de
clivagem do desenvolvimento.
As trompas não estão preparadas para desenvolver o embrião, não há nutrientes
suficientes e todo o restante do desenvolvimento acaba sendo prejudicado. Ocorre
muitas vezes o aborto tubário, em que o próprio organismo encontra uma forma de
expulsar o embrião, identificado como um corpo estranho. Em outros casos mais
graves, o desenvolvimento continua dentro da trompa, e próximo à 6ª ou 7ª semana há
o risco de rompimento desta trompa, o sangramento pode inclusive colocar em risco a
vida da gestante.
FOCO NO MERCADO DE TRABALHO: FECUNDAÇÃO, PRIMEIRA
E SEGUNDA SEMANAS DO DESENVOLVIMENTO EMBRIONÁRIO
SEM MEDO DE ERRAR
Diante da situação-problema apresentada, já temos o conhecimento do que é
embriologia, como inicia o desenvolvimento embrionário, bem como as alterações
morfológicas que ocorrem durante as duas primeiras semanas de desenvolvimento,
sendo possível resolvermos a contextualização profissional.
O casal procura pela clínica e inicia o procedimento para a FIV (fertilização in vitro).
Como você, profissional da saúde, explicaria a relação entre a endometriose detectada
na mulher e a indicação da técnica FIV ao invés da inseminação artificial? Em qual
caso seria usada a técnica de inseminação artificial? Realizado o processo de
fertilização dos gametas, o embrião fica em incubadoras sendo acompanhado por 3 a 5
dias até ser transferido para o útero – durante esse período, o que ocorre com o
embrião?
Primeiramente é necessário se lembrar que uma gravidez somente é iniciada quando
há a fecundação ou fertilização, ou seja, o encontro de um óvulo (gameta feminino)
com um espermatozoide (gameta masculino), gerando um zigoto (embrião). A partir
de então, há uma série de eventos pelos quais o embrião passa, até a implantação no
útero da mulher, quando de fato é possível a identificação da gravidez por meio de
testes (a dosagem de hormônio gonadotrofina coriônica humana – hCG).
A endometriose é uma doença que apresenta o tecido que reveste a cavidade uterina, o
endométrio, presente em outras estruturas fora do útero, como nos ovários, nas
trompas e até mesmo no intestino ou na bexiga. O tecido estimula fatores
inflamatórios, se tornando mais espesso e em alguns casos pode provocar dores
intensas no período menstrual, em outros casos é imperceptível. Isso significa que esta
doença tem diferentes graus e características, deve ser diagnosticada por médicos
especialistas durante exames físicos ou complementares ginecológicos e somente ele
poderá indicar se há algum tipo de tratamento, ou a necessidade de uma cirurgia. O
principal fator da endometriose estar associada à infertilidade é quando em grau mais
avançado, ela produz um processo inflamatório tubário, que influencia na mobilidade
das trompas, consequentemente dificulta o processo de fecundação, que em geral
ocorre ainda na tuba uterina. Por esta razão, para o casal da situação-problema, a FIV
foi indicada. A fertilização in vitro consiste em uma técnica na qual os óvulos são
fertilizados em laboratório, unindo os gametas masculinos e femininos, fora do corpo
da mulher. O acompanhamento do desenvolvimento do embrião é realizado em
laboratório, após 3 a 5 dias, e depois é transferido para o útero da mulher, onde deverá
ocorrer a implantação e dar sequência ao desenvolvimento. A técnica de FIV é
indicada em casos de casais com dificuldade para engravidar, não só pela
endometriose, mas por falhas em outros tratamentos, doenças genéticas, infertilidade
masculina, alterações nas tubas uterinas, idade materna avançada, gestações
independentes, casais homossexuais, dentre outros. A técnica de FIV se difere da
inseminação artificial (IA), já que neste último caso, a fertilização ocorre no próprio
corpo da mulher, e não in vitro. A IA é utilizada nos casos em que os espermatozoides
não alcançam o óvulo maduro na tuba uterina, desta forma, esta técnica consiste no
preparo do sêmen, inserindo os espermatozoides no momento ideal no interior do
útero, auxiliando o processo de fertilização. A FIV pode ser realizada com doadores
anônimos de gametas, os quais são congelados e armazenados em bancos específicos.
Como podem ser do próprio casal, antes de serem coletados, tanto o homem como a
mulher podem receber doses altas de hormônios; além disso, os gametas coletados são
selecionados em laboratório para que a fertilização tenha mais sucesso, o que não
ocorre de forma natural.
Após realizar a fertilização in vitro, é necessário aguardar o período de 3 a 5 dias, que
é o período em que o zigoto formado no momento da união dos dois gametas inicia o
processo de clivagem. No processo de clivagem, o zigoto passa por diversas divisões
celulares e rapidamente multiplica suas células. Até o quinto dia, o embrião esteja no
estado de blastocisto, e esteja preparado para ser transferido para o útero onde deverá
ser implantado. O acompanhamento dos estágios do embrião em blastômeros, mórula
até o estado de blastocisto é observado em incubadoras, assim, os embriões que
alcançarem este estado até o quinto dia têm maiores probabilidades de oferecerem
sucesso na gravidez, com potencial maior de implantação no útero.
Vamos lembrar que esta é somente uma possibilidade de explicar a situação-problema,
pois ela pode ser abordada de outras formas e como você já está preparado para
resolvê-la, que tal praticar?
AVANÇANDO NA PRÁTICA
A PÍLULA DO DIA SEGUINTE
A história de uma jovem de 34 anos viraliza na internet. Durante a sua estadia no
Canadá, em que tirava um ano sabático, a jovem foi estuprada. Na mesma noite em
que o incidente ocorreu, a jovem foi instruída pelos médicos, como parte dos cuidados
recebidos após o ataque sofrido, a tomar a pílula do dia seguinte. No entanto, dois
meses após o ocorrido, a jovem descobrira que estava grávida.
Existem outras histórias em que mesmo após tomar a pílula do dia seguinte, a
gravidez acontece. ASSOCIAÇÃO Paulista de Medicina. ‘Tomei a pílula do dia
seguinte, mas engravidei’: quando o método anticoncepcional falha. Notícias. O que
diz a mídia. 13/11/2019.
Após este relato, como você explicaria esta gravidez, mesmo após a ingestão da pílula
do dia seguinte? Qual a ação desta pílula no organismo que possibilita a intervenção
da implantação do embrião, dando início a uma nova vida?
RESOLUÇÃO
Esta situação-problema é umasituação que pode acontecer na vida real. Sabemos que
nenhum método contraceptivo possui uma eficácia de 100%, apesar de alguns deles
chegarem bem próximos deste número. A pílula do dia seguinte deve ser ingerida em até
72 horas após a relação sexual desprotegida, sendo mais eficaz nas primeiras 12 a 24
horas, isso a torna o único contraceptivo que pode ser utilizado após o ato sexual (todos os
demais devem ser utilizados antes ou durante a relação). No entanto, é também o
contraceptivo que possui a maior taxa de falha, podendo chegar a cerca de 5%,
dependendo do tempo passado do ato até a ingestão do comprimido, do período do ciclo
menstrual em que a mulher está, assim como a frequência da utilização do medicamento.
Este é um medicamento que não necessita de receituário para ser adquirido em farmácias,
mas o uso frequente ou sem acompanhamento de um profissional pode trazer riscos para a
saúde da mulher, bem como aumentar a ineficácia do produto, lembrando que não é um
método contraceptivo para ser utilizado de forma recorrente, mas somente em casos
emergenciais.
A pílula do dia seguinte contém uma alta taxa de hormônios que dependendo da fase do
ciclo menstrual em que a mulher se encontra age de uma forma. Quando a mulher ainda
não ovulou, ela age alterando os folículos e a mobilidade tubária, inibindo ou retardando a
ovulação. Após a ovulação, ela altera o muco cervical, interferindo na mobilidade dos
espermatozoides, para que estes tenham mais dificuldade para encontrar o óvulo,
impedindo que ocorra a fecundação. Ainda assim, a pílula evita a formação do endométrio
que irá ser preparado para a implantação do óvulo fecundado, forçando a descamação
deste (menstruação), por isso o ciclo menstrual da mulher é alterado. Mas se todos estes
processos falharem, dependendo de todos os fatores citados, a implantação do embrião
pode ocorrer e, uma vez ocorrida, esta pílula não tem efeito.
Para consultar mais informações e possibilitar outras formas de conduzir esta situação,
sugere-se a leitura do artigo:
CAMPANHA, J. T. P. et al. Pílula do dia seguinte: uma alternativa segura. Revista Thêma
et Scientia, v. 2, n. 2, jul/dez. 2012.
https://conteudo.colaboraread.com.br/202102/INTERATIVAS_2_0/INTRODUCAO_A_BIOLOGIA_CELULAR_E_DO_DESENVOLVIMENTO/LIVRO_DIGITAL/fmt_u4s1.html#resolucao%20.item-1
Unidade 4 - Seção 2
TERCEIRA À OITAVA SEMANAS DO DESENVOLVIMENTO
EMBRIONÁRIO
PRATICAR PARA APRENDER
Caro aluno, estamos acompanhando o passo a passo de como se origina a vida de um
novo indivíduo e cada uma das etapas do seu desenvolvimento. Até agora, vimos
como ocorre a fertilização e a formação do zigoto, que dará origem ao futuro
indivíduo, após uma série de transformações. Nas duas primeiras semanas do
desenvolvimento embrionário, o zigoto passa por várias divisões mitóticas até a
formação do blastocisto e sua implantação no útero. Após a implantação do
blastocisto o processo já é considerado uma gestação.
Já parou para pensar quando o nosso cérebro é formado? Quando surgem os olhos, a
boca, nossos braços e pernas e os órgãos e sistemas? Será que sempre segue a mesma
sequência ou são formados aleatoriamente? Em qual momento o embrião passa a
aparentar um ser humano? Pois até então, vimos que ele surge de um aglomerado de
células, não é mesmo?
Compreender esta transformação de células em um novo indivíduo e as etapas deste
desenvolvimento são de grande importância para os profissionais da saúde, tornando
possível o entendimento das estruturas anatômicas em crianças e adultos e a
correlação destas com possíveis anomalias congênitas. A utilização de teratógenos
neste período pode colocar em risco a saúde e o desenvolvimento do embrião, todo o
cuidado e acompanhamento são extremamente necessários.
Nesta seção, estudaremos importantes etapas do desenvolvimento do embrião, como a
gastrulação, neurulação e a organogênese. A terceira semana é marcada pela
transformação do disco bilaminar para um embrião trilaminar, com a formação dos
folhetos embrionários que darão origem aos tecidos e órgãos, cada um com uma
função específica. Acompanharemos esta transformação e o início de cada uma das
estruturas da quarta à oitava semana de desenvolvimento do embrião, quando este
finalmente adotará aspectos humanos em sua aparência. Acompanharemos em nosso
estudo os principais eventos, desde a ausência da primeira menstruação da mãe, após a
fecundação, até a formação de estruturas como o tubo neural que irá se diferenciar no
sistema nervoso, ou os diferentes nomes que o concepto recebe em cada uma das
fases. A oitava semana é finalizada junto com o processo de organogênese, neste
estágio o embrião já mede aproximadamente 3 cm de comprimento, e como pode
haver muitas variações de gestação a gestação, conheceremos também como é
calculado o estágio gestacional. As necessidades do embrião aumentam e a troca de
substâncias entre o sangue materno e o do embrião se tornam essenciais para a
manutenção da gravidez.
Retomaremos a situação-problema criada para a contextualização do seu aprendizado.
Como vimos, segundo a Anvisa (Agência Nacional de Vigilância Sanitária), a
reprodução assistida vem crescendo no Brasil, a técnica de fertilização in vitro teve
um grande crescimento nos últimos anos. Muitas vezes, não é possível gerar uma vida
por vias naturais – seja por infertilidade, idade avançada etc. – ou o desejo de uma
gestação independente. Isso hoje é possível graças à tecnologia.
Um casal que apresentava dificuldade para engravidar há mais de dois anos de
tentativas, após realizarem uma série de exames, investigarem a fertilidade de ambos,
foram instruídos a realizar uma fertilização in vitro, para tentar realizar o sonho de ter
um bebê. O casal, ambos com mais de 35 anos, procurou uma clínica especializada em
reprodução humana, que utiliza técnicas de reprodução assistida, com médicos
especialistas e altamente qualificados. Você, profissional da saúde, trabalha na clínica
e acompanhou o processo de fertilização in vitro realizado na mulher, que foi
detectada com endometriose. Apesar de ser uma das técnicas de reprodução assistida
mais eficazes, a gravidez depende do sucesso da implantação do embrião.
Decorridos 10 dias da transferência embrionária, F.L.S. (a mulher), realizou o teste
sanguíneo, cujo Beta hCG (hormônio gonadotrofina coriônica humana) foi positivo.
F.L.S. voltou à clínica para realizar o seu primeiro ultrassom estando grávida. É
aconselhável realizar o primeiro ultrassom entre 5 e 7 semanas após detectada a
gravidez. Muito ansiosa, F.L.S. foi logo no início da quinta semana de
desenvolvimento e ao visualizar o pequeno embrião no ultrassom, emocionada, fez
um monte de perguntas a você.
Dentre as principais perguntas, F.L.S. gostaria de saber o porquê ela ainda não
escutava o coração do seu bebê, quando ela iria poder escutá-lo, se de fato estava tudo
bem. Estranhando ainda o formato de seu bebê, curiosamente ela indagou quando ela
conseguiria ver os “bracinhos e as perninhas” do seu filho e saber o sexo. Para
completar, F.L.S. lhe informou que a sua última menstruação havia ocorrido do dia
13/09 a 18/09/2020, e gostaria de saber qual a data prevista para o seu parto. Como
você responderia a todas estas dúvidas, relacionando-as ao processo de
desenvolvimento embrionário humano?
"Em algum lugar, alguma coisa incrível está esperando para ser descoberta” (Carl
Sagan, 1934-1996). Vamos juntos, falta pouco!
CONCEITO-CHAVE
A terceira semana do desenvolvimento embrionário se inicia com o disco embrionário
composto pela cavidade amniótica e a cavidade exocelômica, dentro da cavidade
coriônica, gerados durante a segunda semana de desenvolvimento. O concepto, ainda
chamado de blastocisto, já foi totalmente implantado no endométrio e esta semana é
marcada por alguns eventos, como o surgimento da linha primitiva, que indica o início
da gastrulação, o desenvolvimento da notocorda (eixo de sustentação do corpo), e o
embrião, até então composto pelo disco bilaminar, passará a ser trilaminar, com a
diferenciação das três camadasgerminativas, que irão dar origem aos tecidos e órgãos
do futuro bebê. A terceira semana é marcada ainda pela ausência do período menstrual
da mulher (aproximadamente cinco semanas após o primeiro dia do último ciclo
menstrual), sendo um dos indicativos que a fertilização ocorreu, já sendo possível, em
uma gravidez normal, ser detectada por ultrassonografia.
1. GASTRULAÇÃO
A gastrulação marca o início da morfogênese, ou seja, o início do desenvolvimento da
forma e estrutura dos órgãos e partes do corpo. O processo de gastrulação é iniciado
com a formação da linha primitiva, que se dá pelo espessamento das células do
epiblasto na extremidade caudal do embrião. A outra extremidade, chamada de
extremidade cefálica, se caracteriza pela formação do nó primitivo (acúmulo de
células). As células proliferam rapidamente, e seguem em direção à região central,
formando o sulco primitivo, que se estende até o nó primitivo, e formam a fosseta
primitiva. Com a formação da linha primitiva, já é possível verificar uma simetria no
embrião, como lados direito e esquerdo, faces ventral e dorsa, e as extremidades
caudal (próxima à cauda da linha primitiva) e cefálica (próxima ao nó primitivo).
Figura 4.3 | Processo de gastrulação e formação das três camadas germinativas
Nota: A – Vista dorsal de um embrião humano durante a gastrulação. As setas mostram as
direções dos movimentos celulares pelo epiblasto em direção, através e afastando-se da
linha primitiva como mesoderme recém-formado. B – Secção sagital através do eixo
craniocaudal do mesmo embrião. A seta curva indica células passando pelo nó primitivo
dentro do notocorda. C – Secção transversal em nível da linha primitiva em A (linhas
pontilhadas).Fonte: Carlson (2014, p. 78).
As células da linha primitiva migram através do sulco primitivo e formam o
mesoderma intraembrionário, que interpõe entre as duas camadas bilaminares
formadas durante a segunda semana de desenvolvimento. Ele se torna trilaminar ou
triblástico, com as três camadas germinativas (ou folhetos), e cada uma dará origem a
tecidos e órgãos específicos: ectoderma (se origina da diferenciação do epiblasto),
mesoderma (originado da linha primitiva) e a endoderma (se origina da diferenciação
do hipoblasto). Neste estágio, o concepto é chamado de gástrula. A regressão
gradativa da linha primitiva ocorre após a quarta semana de desenvolvimento, até se
tornar uma estrutura sem importância na região do sacrococcígea.
Ainda no processo de gastrulação, as células mesenquimais (multipotentes) migram da
extremidade cefálica e da fosseta primitiva formando o processo notocordal (cordão
celular mediano). Uma luz é adquirida por este processo, se tornando o canal
notocordal, que ao crescer acaba encontrando a placa precordal. A placa precordal é
composta por células endodérmicas aderidas à ectoderma, e quando estas duas
camadas se fundem formam a região onde será a futura boca, a membrana
bucofaríngea. Na extremidade caudal da linha primitiva, a região circular do disco
bilaminar é o local onde será o futuro ânus, a membrana cloacal. O assoalho do
processo notocordal junto com as células do endoderma se unem e se degeneram,
liberando células notocordais a partir da extremidade cefálica, a notocorda, então, é
formada pelo dobramento da placa notocordal. Mas afinal o que é a notocorda?
A notocorda tem uma grande importância para o embrião, em formato de bastão
celular, ela define o eixo do embrião, servindo de base para o desenvolvimento do
esqueleto axial (coluna vertebral), que no futuro será a área dos corpos vertebrais.
REFLITA
Você se lembra dos anexos embrionários formados durante a segunda
semana do desenvolvimento embrionário? E a função deles para o
embrião? O saco vitelino (armazena vitelo), o âmnio (proteção do
embrião), o córion (envolve embrião e anexos embrionários) e o
alantoide, este último, não foi formado na segunda semana.
O alantoide é um anexo embrionário que aparece por volta do 16º dia, no saco
vitelino, mais precisamente na parede caudal deste. O alantoide, nos mamíferos,
permanece como uma linha que se estende da bexiga urinária até a região umbilical,
de forma reduzida. Sua função é auxiliar na eliminação de excrementos e formação de
vasos sanguíneos da placenta.
2. NEURULAÇÃO
A notocorda formada durante a gastrulação induz a formação da placa neural (início
do sistema nervoso central) através do espessamento do ectoderma embrionário. No
18º dia aproximadamente do desenvolvimento embrionário, a placa neural forma um
sulco neural mediano, composto de pregas neurais que se fundem para formar o tubo
neural (medula espinhal primitiva). Mais tarde, ocorre o fechamento deste tubo neural
e algumas células neuroectodérmicas dispostas na crista de cada prega neural perdem
a adesão com células epiteliais vizinhas, e formam a crista neural, uma massa
achatada e irregular, entre o tubo neural e a superfície da ectoderme, dividindo o
embrião em duas partes (direita e esquerda), que originarão os gânglios espinhais e do
sistema nervoso autônomo, incluindo as meninges do cérebro. O sistema nervoso
inicia a sua formação na terceira semana de desenvolvimento, mas só estará
totalmente formado após o nascimento do bebê, durante o crescimento da criança.
A fase de neurulação é marcada pela formação da placa neural e do tudo neural, nesta
fase o concepto é chamado de nêurula.
3. FORMAÇÃO DE SOMITOS E CELOMA
A terceira semana de desenvolvimento é marcada por muitos eventos, e a formação
dos somitos e do celoma são alguns destes acontecimentos marcantes, então vamos
entender como eles são formados (Figura 4.4). O mesoderma intraembrionário,
durante a formação do tubo neural e da notocorda, se divide em mesoderma paraxial,
intermediário e lateral. Ao final da terceira semana, o mesoderma paraxial se
diferencia, formando os somitos, que permanecerão se desenvolvendo e irão dar
origem a uma grande parte do esqueleto axial e dos músculos, além da derme (uma
camada da pele). Durante o período embrionário, o número de somitos auxilia na
identificação da idade do embrião: cada três somitos formados, em média,
correspondem a um dia do embrião.
Já o mesoderma lateral junto do mesoderma cardiogênico (que forma o coração)
apresentam espaços celômicos, que se unem para formar o celoma intraembrionário.
O celoma nada mais é do que a cavidade revestida por mesoderma que irá alojar os
órgãos internos.
O celoma intraembrionário divide o mesoderma lateral em outras duas camadas, a
camada parietal (ou somática, somatopleura), que se estende ao mesoderma
extraembrionário, cobrindo o âmnio; e a camada visceral (ou esplâncnica,
esplancnopleura), que cobre o saco vitelino, sendo contínua ao mesoderma
extraembrionário. A parede do corpo do embrião é formada pela somatopleura e o
ectoderma embrionário sobrejacente, e a parede do intestino do embrião é formada
pela esplancnopleura e pelo endoderma embrionário subjacente.
Figura 4.4 | Formação dos somitos e do celoma intraembrionário
Nota: Esquema de embriões de 19 a 21 dias apresentando o desenvolvimento dos somitos
e do celoma intraembrionário., visão dorsal do embrião, exposto pela remoção do âmnio.
B, D e F, secções transversais através do disco embrionário nos níveis mostrados.Fonte:
Moore et al. (2016, p. 39).
Vimos que inicialmente a nutrição do embrião ocorre através do sangue materno por
difusão através do córion, do celoma extraembrionário e do saco vitelino, formados no
final da segunda semana de desenvolvimento. O início da terceira semana é marcado
pela formação de vasos sanguíneos (vasculogênese), uma vez que começa o
desenvolvimento do sistema cardiovascular primitivo, necessário para transportar
nutrientes e oxigênio da mãe para o embrião através do córion. É iniciada no córion e
ao final da terceira semana já é notável a circulação uteroplacentária primitiva. As
células sanguíneas são desenvolvidas no fim da terceira semana, a partir de células
especializadas presentes nos vasos do saco vitelino e do alantoide (estudaremos ainda
nesta seção a suaformação e função). O primórdio do coração (tubo cardíaco
primitivo) também é formado nesta etapa, a partir de células mesenquimais, assim, ao
final da terceira semana já é possível detectar os primeiros batimentos cardíacos
embrionários, quando o sangue circula e o coração começa a bater, por volta do 21º
dia. No entanto, na maioria dos casos, é a partir da sexta semana de desenvolvimento
que se torna perceptível o som dos batimentos cardíacos por meio da ultrassonografia.
Você se lembra das vilosidades coriônicas primárias que começaram a ser formadas no
final da segunda semana do desenvolvimento? Durante a terceira semana do
desenvolvimento, as células mesenquimais se diferenciam, formam um eixo de tecido
mesenquimal, passando a ser chamado de vilosidades coriônicas secundárias e logo se
diferenciam em capilares e células do sangue. Os capilares, quando visíveis, se
fundem com as vilosidades que agora são chamadas de terciárias e formam as redes
arteriocapilares, que irão se conectar ao tubo do coração por meio de vasos, através do
córion e do pedículo de conexão. No final da terceira semana, o sangue embrionário
começa aos poucos a fluir, e o oxigênio e nutrientes maternos já são difundidos
através das paredes das vilosidades até alcançarem o embrião. Neste momento, é
muito importante destacar que o uso de drogas ou outros agentes podem causar
anomalias no desenvolvimento do embrião, pois quando utilizados pela mãe, neste
estágio já são transmitidos pela corrente sanguínea.
EXEMPLIFICANDO
Durante a terceira semana do desenvolvimento, alguns medicamentos
podem provocar malformações congênitas, uma vez que são
transferidos ao embrião através da corrente sanguínea. Podemos citar os
medicamentos utilizados em tratamentos quimioterápicos (agentes
antineoplásicos), que podem causar malformações no esqueleto e no
tubo neural do embrião, como a meroencefalia, ou ausência de uma
parte do cérebro.
Iniciamos a quarta semana do desenvolvimento embrionário, marcada pelo
dobramento do embrião, ou seja, a forma laminar do embrião passa a ter forma tubular
(quase cilíndrico). A forma laminar antes era composta por plano longitudinal (prega
cefálica e caudal) e o plano transversal (pregas laterais). Os dobramentos ocorrem
devido ao crescimento rápido do embrião, principalmente do encéfalo e da medula
espinhal. A partir dos dobramentos cefálico e caudal, ocasionados pelo crescimento do
tubo neural, tanto da região dorsal quanto caudal, estas estruturas são arrastadas para a
região ventral, o embrião forma a pregas cefálica e caudal. Neste processo, o embrião
passa a ser todo envolvido pela cavidade amniótica, são formados o intestino anterior,
médio e posterior, sendo o intestino médio o único que ainda mantém uma
comunicação com o saco vitelino, e a alantoide é parcialmente incorporada. O
pedículo de conexão assume a posição ventro-medial (cordão umbilical) e o saco
vitelino tem o seu tamanho reduzido. A placenta (estrutura essencial no intercâmbio
de substâncias, desde nutrientes até gases e secreções, entre a mãe e o embrião,
através da circulação sanguínea) já está mais desenvolvida e pronta para promover o
desenvolvimento e manutenção da gravidez, como veremos mais adiante ao
estudarmos esta estrutura. O dobramento lateral é o resultado do crescimento rápido
dos somitos e da medula espinhal. Cada uma das somatopleuras se dobra em direção
ventral e o embrião se torna quase cilíndrico. Parte do saco vitelino é incorporado ao
intestino médio, formando o intestino primitivo.
4. FOLHETOS EMBRIONÁRIOS E SEUS DERIVADOS
Durante a gastrulação vimos que foram formados os três folhetos embrionários,
também chamados de camadas germinativas, o ectoderma, mesoderma e endoderma.
Você lembra que dissemos que a partir destes folhetos são formados vários tecidos e
órgãos do indivíduo que está sendo gerado? O ectoderma, por exemplo, dará origem a
epiderme, ao sistema nervoso central e periférico, além de outras estruturas, como a
retina do olho. O mesoderma originará as camadas de músculos lisos, tecidos
conjuntivos, cardíacos, hematológico e vascular e será o responsável pela formação do
sistema excretor e reprodutor. Já o endoderma dará origem aos revestimentos epiteliais
do trato gastrointestinal e vias respiratórias, órgãos associados como os pulmões,
tireoide, fígado, pâncreas, entre outros, também são formados a partir do endoderma.
Figura 4.5 | Ilustração dos derivados das três camadas germinativas (ectoderma,
mesoderma e endoderma)
Fonte: Moore et al. (2016, p. 51).
Com o intuito de estimar a idade gestacional (tempo de gravidez), uma regra utilizada
por obstetras para calcular a data provável do parto, já que a data da concepção pode
não ser conhecida, eles subtraem três meses desde o primeiro dia do último período
menstrual, e acrescentam um ano e sete dias. Na ultrassonografia é possível
determinar o tamanho do saco gestacional e do embrião (ou feto), a partir do
comprimento do início da cabeça até a nádega, e estimar uma data provável do parto.
A classificação de Carnegie, um sistema de classificação utilizado internacionalmente,
é usada para estimar a idade de embriões recuperados (por exemplo, através de
abortos espontâneos). O sistema possui um padrão de 23 estágios de desenvolvimento,
que levam em conta o desenvolvimento de características externas e comprimento.
5. PRINCIPAIS EVENTOS DA QUARTA À OITAVA SEMANA DE
DESENVOLVIMENTO
O período da quarta à oitava semana do desenvolvimento é marcado pelo período de
organogênese, no qual ocorre a diferenciação dos folhetos germinativos, e o embrião
adquire características humanas. A organogênese é a etapa em que os tecidos
começam a se diferenciar dando origem aos órgãos do organismo, mesmo que o seu
funcionamento ainda seja precário. Na quarta semana, os arcos faríngeos aparecem
por volta do 24º dia, o embrião apresenta um formato curvo, após passar pelos
dobramentos cefálicos e caudais. A extremidade rostral, no 26º dia, já se encontra
fechada, o coração primitivo já bombeia sangue, e entre o 26º ou 27º dia, já é possível
observar os brotos dos membros superiores, e os inferiores começam a surgir. O início
das orelhas e das fossetas óticas se tornam visíveis na cabeça. Alguns órgãos passam a
ser notados, rudimentares ainda. Na quinta semana, a forma corporal não é muito
alterada, é marcada pelo crescimento mais acentuado da cabeça que as demais partes
do corpo, visto que ocorre o desenvolvimento das proeminências faciais e encefálicas.
Começam a surgir os primórdios dos rins permanentes. Na b, o embrião passa a
apresentar respostas de reflexo ao toque, mostra movimentos espontâneos e começam
a surgir os dedos com o início das impressões digitais. Os membros inferiores são
desenvolvidos e as aurículas (parte externa da orelha em formato de concha) também
são desenvolvidas. São formados os pigmentos da retina e os olhos apresentam um
tamanho maior. A cabeça se destaca pelo seu tamanho em relação ao corpo, e ela se
encontra curvada em direção a proeminência cardíaca. A curvatura da cabeça resulta
da formação do pescoço e o tronco inicia a posição ereta. Nesta fase, os intestinos
penetram no celoma extraembrionário próximos ao cordão umbilical. A sétima
semana é marcada principalmente pelas alterações ocorridas nos membros, são
quando surgem as membranas entre os raios digitais das mãos, separando os futuros
dedos. Surge o ducto onfaloentérico, que faz a comunicação entre a vesícula umbilical
e o intestino primitivo. Por fim, a oitava semana encerra a fase de organogênese, os
dedos das mãos se alongam e são individualizados, nos pés é possível notar o
aparecimento das membranas até serem individualizados como ocorre nos dedos das
mãos. No couro cabeludo é formado o plexo vascular (rede de nervos). Nesta semana,
ocorrem os primeiros movimentos coordenados dos membros, e a ossificação primária
é iniciada (primeiro no fêmur). A proeminência caudal desaparece, os membros se
aproximam ventralmente e ao final dessa semana, o embrião apresenta as
característicashumanas, ainda um pouco distintas. A região do pescoço já está
estabelecida, as pálpebras começam a se unir e os intestinos ainda estão concentrados
na região próxima ao cordão umbilical. O embrião possui aproximadamente 3 cm de
comprimento e está com aproximadamente 56 dias de desenvolvimento, no entanto
ainda não é possível constatar a diferenciação sexual por observação das genitálias
externas, estas ainda não estão desenvolvidas.
Figura 4.6 | Ilustrações dos estágios do embrião
Nota: 1 – Embrião humano na quinta semana de desenvolvimento, os membros anteriores
com formato de remo. 2 – Embrião humano na sexta semana, visível a vesícula vitelina na
cavidade coriônica. 3 – Embrião humano na sétima semana, o tamanho da cabeça é bem
maior em comparação com o restante do corpo. 4 – Embrião humano na oitava semana de
desenvolvimento, com presença da aurícula da orelha, o olho e dedos do pé
formados.Fonte: Adaptado de Sadler (2021, p. 70-71).
ASSIMILE
Durante a etapa de organogênese, ocorre a diferenciação de muitos tecidos e de
órgãos, o início da formação dos sistemas e, desta forma, o risco de
interferências é grande, aumentando as chances de anomalias congênitas pela
exposição do embrião à teratógenos. Os teratógenos podem ser considerados
todas as substâncias, agentes da natureza, físicos ou químicos, infecções
maternas, fatores nutricionais, entre outros, que podem produzir alterações na
estrutura ou função dos componentes do futuro indivíduo que está em
formação.
Durante a quarta e a oitava semana, as principais estruturas internas e externas
são formadas. Os sistemas orgânicos (respiratório, circulatório, muscular,
nervoso, urinário, etc.) começam a se desenvolver. Ao final da oitava semana,
o funcionamento dos principais sistemas e órgãos formados ainda é precário,
exceto o sistema cardiovascular. Neste período o embrião passa a apresentar
aspecto humano.
FOCO NO MERCADO DE TRABALHO: TERCEIRA À OITAVA
SEMANAS DO DESENVOLVIMENTO EMBRIONÁRIO
SEM MEDO DE ERRAR
Caro aluno, com os conhecimentos que adquiridos até aqui, já é possível resolver a
situação-problema. Você já é capaz de descrever e identificar as etapas do
desenvolvimento embrionário, desde a fecundação até a oitava semana, com os
principais eventos que ocorrem durante estas etapas.
Após o casal realizar a FIV (fertilização in vitro) e ser constatada a gravidez através
do exame de sangue positivo para o beta hCG (hormônio gonadotrofina coriônica
humana), F.L.S. (a mulher) foi até a clínica realizar o primeiro ultrassom estando
grávida. Você, como profissional da saúde, a estava acompanhando. F.L.S. gostaria de
saber o porquê ela ainda não escutava o coração do seu bebê, quando ela iria poder
escutá-lo, se de fato estava tudo bem. Estranhando ainda o formato de seu bebê,
curiosamente ela indagou quando ela conseguiria ver os “bracinhos e as perninhas” do
seu filho, e poder saber o sexo. Para completar, F.L.S. lhe informou que a sua última
menstruação havia ocorrido do dia 13/09 a 18/09/2020, e gostaria de saber qual a data
prevista para o seu parto. Como você contestaria a todas estas dúvidas,
relacionando-as ao processo de desenvolvimento embrionário humano?
Diante desta situação, você deve primeiro se lembrar dos principais eventos que
ocorrem entre a quarta e oitava semana do desenvolvimento embrionário. Durante este
período, ocorre a organogênese, ou seja, os órgãos e sistemas começam a ser
formados, o embrião durante a quarta semana sofre dobramentos, tanto laterais quanto
cefálicos e caudais. O disco embrionário passa a ser trilaminar, com as três camadas
germinativas que irão se diferenciar formando os diferentes tipos de tecidos e órgãos.
E embora o coração primitivo já esteja formado desde o final da terceira semana do
desenvolvimento, quando o coração começa a bater devido à circulação do sangue,
ainda é muito difícil a percepção dos batimentos cardíacos através do ultrassom, os
quais se tornam evidentes, em geral, a partir da sexta semana de desenvolvimento.
Neste primeiro ultrassom será possível confirmar a implantação do embrião e
visualizar a presença da vesícula vitelina, assim como pode ser verificada se a
gestação é múltipla. A partir da quarta semana de desenvolvimento aparecem os
brotos dos membros superiores e vestígios dos brotos dos membros inferiores, mas
somente na sétima semana de desenvolvimento é que os membros já estão mais
desenvolvidos e surgem as membranas entre os raios digitais que irão separar os
dedos. É importante informar a F.L.S. que somente ao final da oitava semana o seu
bebê começará a apresentar características humanas e, ainda assim, não é possível
observar através do ultrassom a diferenciação sexual, pois as genitálias externas ainda
não são visíveis. Isto ocorre por volta da 12ª e 15ª semana. No entanto, a partir da
oitava semana é possível realizar o exame de sexagem fetal, através da análise do
sangue da mãe, que neste estágio já está em contato com o sangue do embrião, e é
realizada a identificação das características do DNA, em busca do cromossomo Y, que
identifica se o bebê será um menino.
E, por fim, com a informação da data da última menstruação de F.L.S., é possível
indicar que a data provável do parto será 20/06/2021, você deve se recordar do cálculo
baseado na data do primeiro dia da última menstruação (13/09/2020), acrescido de 7
dias (ou seja, 13+7 = 20), subtraindo três meses ao mês da última menstruação (assim,
9-3 = 6), e ao final, adicionar um ano (2020+1 = 2021).
Caro aluno, vale lembrar que esta é somente uma possibilidade de resolver esta
situação, há também outras formas de fazer o cálculo de previsão do parto e idade
gestacional, vamos praticar!
AVANÇANDO NA PRÁTICA
RESQUÍCIOS DA LINHA PRIMITIVA
Um recém-nascido, fruto de uma gestação sem intercorrências e vigiada, do sexo
feminino, acaba de nascer no hospital Sta. Maria. Não foram apresentadas alterações
nas ecografias pré-natais, o parto foi espontâneo e a idade gestacional estava
adequada. No entanto, o exame físico realizado na recém-nascida revelou uma
tumefacção na região sacrococcígea, redonda, coberta por pele e pelos, de tonalidade
vinosa. Foi constatado se tratar de um teratoma sacrococcígeo, devido ao não
desaparecimento por completo da linha primitiva, durante o desenvolvimento
embrionário. Será realizada uma cirurgia para a retirada deste tumor, sem prejuízos
aparente para a recém-nascida.
Como você, profissional da saúde, relaciona o fato ocorrido com o desenvolvimento
embrionário? Em qual momento é formada a linha primitiva e para que ela serve? E
em qual momento poderia ter ocorrido o aparecimento deste teratoma sacroccígeo?
Figura 1 | Recém-nascido do sexo feminino com teratoma sacroccígeo
Fonte: Moore et al. (2016, p. 45).
RESOLUÇÃO
Para resolver esta situação, é necessário primeiro ter o conhecimento sobre o teratoma
sacroccígeo, uma neoplasia diagnosticada com maior frequência no período neonatal,
apesar de poder ser diagnosticado por meio de ultrassonografia durante o
acompanhamento pré-natal, muitas vezes é diagnosticado somente após o nascimento do
bebê. Apesar de ocorrer com mais frequência em recém-nascidos, com uma maior
incidência no sexo feminino, ocorrem um caso a cada aproximadamente 27 mil
nascimentos. Estes tumores geralmente são decorrentes de resquícios da linha primitiva,
contendo vários tecidos, como músculo, tecido adiposo, epitelial, incluindo inclusive
cabelos ou até mesmo dentes. A linha primitiva é decorrente do espessamento do epiblasto
e da migração das células do epiblasto para o disco embrionário, o que ocorre durante a
terceira semana do desenvolvimento embrionário, marcando o início da gastrulação.
Assim que o embrião adquire a linha primitiva, ele adquire simetria (lados
direito/esquerdo, superfícies dorsal/vertical e extremidades cefálica/caudal). Normalmente,
a linha primitiva desaparece no final da quarta semana de desenvolvimento, mas quando
isso não ocorre, pode haver o acúmulo de restos de tecidos que formam o tumor na região
sacral e coccígea.Este tumor é formado por células pluripotentes, ou seja, com alto
potencial de se multiplicar. Na maioria das vezes o tumor é benigno, quando detectado
ainda na gestação a cirurgia pode ser planejada, e na maioria dos casos os resultados
pós-cirúrgicos são positivos.
O teratoma sacrococcígeo pode aparecer em casos mais raros em outros locais, vale a pena
pesquisar!
Unidade 4 - Seção 3
NONA SEMANA AO NASCIMENTO, PLACENTA E MEMBRANAS
FETAIS
PRATICAR PARA APRENDER
Caro aluno, estamos chegando ao fim de mais uma etapa. A embriologia, como vimos,
estuda cada uma das fases do desenvolvimento embrionário, desde a fecundação até o
nascimento de um novo indivíduo. Nos possibilita compreender os mecanismos de
formação dos tecidos, dos órgãos, as alterações do corpo humano, as possíveis
interferências que podem ocasionar alguma malformação, deficiência ou alteração
genética no indivíduo ainda em desenvolvimento.
O novo indivíduo surge de células que se unem para a formação do zigoto, a partir de
https://conteudo.colaboraread.com.br/202102/INTERATIVAS_2_0/INTRODUCAO_A_BIOLOGIA_CELULAR_E_DO_DESENVOLVIMENTO/LIVRO_DIGITAL/fmt_u4s2.html#resolucao%20.item-1
várias divisões celulares, passa por várias transformações sendo mórula, blástula,
gástrula, nêurula, até ser reconhecido como feto. Durante as oito primeiras semanas do
desenvolvimento embrionário são cruciais os cuidados com interferências externas
que possam influenciar no processo de desenvolvimento, uma vez que os tecidos e
órgãos começam a ser desenvolvidos, os sistemas ainda primitivos iniciam o seu
funcionamento, como o sistema cardiovascular. É neste período que malformações,
problemas congênitos e genéticos são mais frequentes. Ao final da oitava semana do
desenvolvimento, o embrião já começa a apresentar características mais humanas, é
quando se inicia o período fetal, que estudaremos nesta seção.
Acompanharemos os principais eventos ocorridos durante o período fetal, que inclui a
nona semana de desenvolvimento até o nascimento do novo indivíduo. As primeiras
batidas do coração detectadas pelo ultrassom, os primeiros movimentos do feto, a
formação de cabelo, unhas e cílios, assim como a formação da genitália externa e a
possibilidade de identificar o sexo através do ultrassom. Compreender cada um dos
mecanismos deste processo e as necessidades do organismo em se adaptar a cada
mudança é fascinante. Daremos destaque para a placenta e as membranas fetais, que
aparecem ainda no período embrionário, analisaremos as características de cada uma
delas, funções e importância, uma vez que são estas membranas acessórias
extraembrionárias, as quais dão todo o suporte para o feto em desenvolvimento.
Além disso, estudaremos o mecanismo do parto e as eventuais complicações que o
feto possa apresentar caso nasça prematuro. Para finalizar o período fetal, você irá
conhecer algumas particularidades quando ocorrem gestações múltiplas e aprender a
diferenciá-las.
Vamos dar continuidade ao cenário criado, da clínica especializada em reprodução
assistida, como uma possível situação profissional, para contextualizar a sua
aprendizagem. A reprodução assistida vem crescendo no Brasil, segundo a Anvisa
(Agência Nacional de Vigilância Sanitária) e as técnicas utilizadas auxiliam no sonho
de gerar uma nova vida, graças a tecnologia e muitas pesquisas.
Há mais de dois anos tentando engravidar, um casal foi instruído a realizar a
fertilização in vitro, com o intuito de realizar o sonho de ter um bebê. O casal, ambos
bom mais de 35 anos, fez o procedimento de reprodução assistida em uma clínica
especializada em reprodução humana, onde você trabalha como especialista da saúde.
A transferência embrionária através da técnica da fertilização in vitro foi um sucesso e
após o teste sanguíneo de F.L.S. (a mulher) ter sido positivo, ela fez o seu primeiro
ultrassom estando grávida, na quinta semana de desenvolvimento. Os embriões ainda
estavam muito pequenos e não foi possível identificar os sexos ou ouvir o batimento
cardíaco dos gêmeos, isso mesmo, F.L.S e o seu esposo tiveram uma surpresa ao
descobrir que estavam esperando por dois bebês, ou seja, foi detectada uma gestação
múltipla. Por se tratar de uma gestação gemelar, as consultas do pré-natal e os exames
de ultrassom devem ser mais frequentes, além de todas as recomendações recebidas
por F.L.S., em relação à necessidade de manter uma alimentação balanceada, fazer
exercícios físicos leves e com acompanhamento para prevenção da diabetes
gestacional, dentre outras.
Durante uma das visitas do casal à clínica, você acompanha o exame de
ultrassonografia de rotina de F.L.S., já em sua décima sexta semana de gestação. Os
bebês estão bem e apesar de o casal estar na expectativa em saber o sexo dos bebês,
pelo ultrassom só foi possível visualizar a genitália de um dos fetos (uma menina),
devido ao posicionamento dos fetos na barriga. No entanto, por se tratar de uma
gestação de gêmeos monozigóticos, você poderia facilmente dizer o sexo do outro
bebê?
Foi possível, ainda, visualizar outras estruturas formadas, além das genitálias. Quais
outras estruturas são formadas durante esta semana do desenvolvimento fetal?
Você aproveitou para alertar aos pais que em casos de gestações múltiplas as chances
de os bebês nascerem antes da data provável do parto, ou seja, ocorrer um parto
prematuro, são maiores. Por que os bebês que nascem antes da vigésima sexta semana
possuem menos chance de sobreviver? E no caso de gêmeos que compartilham a
mesma placenta, qual síndrome pode ser desenvolvida?
Você chegou até aqui, falta muito pouco para compreendermos todas as etapas para
geração de uma nova vida. Vamos juntos, não desanime!
CONCEITO-CHAVE
No final da oitava semana de desenvolvimento embrionário, o embrião passa a ter um
aspecto humano e ao iniciar a nona semana ou o terceiro mês do desenvolvimento, ele
é chamado de feto. A transição de embrião para feto ocorre de forma gradual, os
tecidos e órgãos que tiveram o início da formação do período embrionário agora no
período fetal são caracterizados pelo rápido crescimento. A diferença de tamanho
entre a cabeça e o corpo diminui neste período, e poucas estruturas novas são
formadas, com isso, os danos causados pelos teratógenos e problemas de
malformações são mais difíceis neste período, no entanto, ainda são passíveis de
ocorrer, incluindo a utilização de substâncias tóxicas que podem afetar a visão e o
sistema nervoso do feto. Vamos conhecer os principais eventos que marcam o
desenvolvimento no período fetal que compreende da nona semana até o parto.
1. PRINCIPAIS EVENTOS DA NONA SEMANA AO NASCIMENTO
Durante este período não há um sistema formal que determine o estágio em que o feto
se encontra no período fetal. São levadas em consideração as mudanças que ocorrem
neste período e o crescimento do feto é medido através do ultrassom pelo
comprimento linear entre a cabeça e a nádega (CRL) e o comprimento linear entre a
cabeça e o calcanhar (CHL), sendo possível determinar o tamanho e a idade provável
do feto.
O início da nona semana é marcado pelo tamanho da cabeça do feto, que ainda possui
cerca de metade do CRL. Os olhos ainda são bem separados, as pálpebras seguem
fusionadas, a face é larga e as orelhas possuem uma implantação baixa. Durante essa
semana, os membros inferiores ainda são curtos e relativamente pequenos. A décima
primeira semana é marcada pelo retorno do intestino ao abdome. Entre a nona e a
décima segunda semana ocorre a formação da urina, e esta é lançada no líquido
amniótico. Parte do líquido é absorvido pelo feto e os produtos excretados são
transferidos para a mãe através da membrana placentária pela circulação materna. No
final da décima segunda semana, o CRL corresponde praticamente ao dobro do
tamanho. Os membros superiores alcançam o seu tamanho relativo ao nascimento, e
os membros inferiores ainda em desenvolvimento não atingiram o tamanho relativo
final. A genitália externa (masculina ou feminina) ainda não está completamente
desenvolvida. A partir da décima quartasemana, os movimentos dos membros
notados durante o final do período embrionário passam a ser coordenados e visíveis ao
ultrassom e já são perceptíveis os movimentos lentos dos olhos. Ainda na décima
quarta semana ocorre a padronização dos cabelos no couro cabeludo. Na décima sexta
semana, o tecido ósseo inicia a sua formação, os primeiros dentes decíduos iniciam a
sua formação. A face já está bem formada com lábios, boca, nariz e bochechas. O
cabelo, as sobrancelhas e cílios são formados, e a genitália externa está desenvolvida e
já pode ser identificado o sexo do feto através da ultrassonografia. O feto já pesa em
torno de 200 g e tem cerca de 140 mm, e a cabeça em comparação a um feto na
décima segunda semana é relativamente pequena. No período entre a décima sétima
semana e a vigésima semana, o crescimento é desacelerado, os membros inferiores
alcançam o seu tamanho relativo final e a mãe já pode facilmente sentir os
movimentos fetais, os pontapés. Durante este período, a pele do feto é coberta pelo
verniz caseoso (material gorduroso composto por células mortas secretadas pelas
glândulas sebáceas do feto). Além disso, o feto é coberto por uma penugem delicada
de pelo, conhecida por lanugo, auxiliando no mantimento do verniz caseoso e
auxiliando na proteção da pele muito sensível do feto. O útero fetal feminino é
formado e é iniciada a formação da vagina, ou no caso dos fetos masculinos, os
testículos começam a descer. Após a vigésima semana de gestação, a morte do feto é
chamada de natimorto. Na vigésima primeira semana são iniciados os movimentos
rápidos dos olhos e nas semanas seguintes é possível detectar as piscadas. Na
vigésima quarta semana as unhas já estão formadas e as células epiteliais secretoras
começam a secretar nos pulmões um líquido (surfactante) que mantém alvéolos
pulmonares em desenvolvimento abertos. Durante a vigésima primeira à vigésima
quinta semana, o feto ganha peso, e embora já possa sobreviver caso nasça prematuro,
mesmo com cuidados intensivos, o risco de o feto morrer é grande, pois ao nascer
antes da vigésima sexta semana o sistema respiratório ainda está imaturo e possibilita
o risco de problemas neurológicos, por este sistema ainda estar em desenvolvimento.
Neste período o feto começa a desenvolver a percepção da dor. No período da
vigésima sexta à vigésima nona semana, os pulmões já conseguem fazer trocas
gasosas suficientes e o sistema nervoso central já amadureceu ao ponto de possibilitar
o controle da temperatura corporal e guiar os movimentos respiratórios, embora nasça
prematuro, necessite de cuidados especiais em incubadoras para auxiliar no controle
da temperatura e respiração artificial, e o fator peso é levado em consideração para
aumentar as chances de sobrevivência. Os testículos já começam a descer no saco
escrotal, o cabelo está desenvolvido, as pálpebras abertas e as unhas dos pés se tornam
visíveis. As últimas semanas do desenvolvimento, que englobam da trigésima a
trigésima oitava semana (os dois últimos meses), o feto adquire metade do peso que
terá no nascimento, aproximadamente. Durante este período, o cérebro cresce
bastante, a pele já é rósea e os membros superiores e inferiores já estão semelhantes a
como irão nascer. O feto já é capaz de responder a estímulos luminosos e sonoros e
desenvolve um aperto firme nas mãos, uma vez que entre a trigésima sétima e
trigésima oitava semana, o sistema nervoso já é considerado maduro para realizar
determinadas interações. Quando se aproxima do final da gestação, o feto ganha em
média 14 g de gordura por dia, chegando ao final de 38 semanas a cerca de 3.000 a
3.500 g, e CRL aproximado de 36 cm, e a circunferência do abdômen já é maior do
que a da cabeça. Os fetos nascidos durante a trigésima segunda semana têm grandes
chances de sobrevivência sem a necessidade de incubadoras. O bebê já está formado e
pronto para o parto.
LEMBRE-SE
Uma gestação tem duração de cerca de 280 dias, ou seja, em torno de
40 semanas após a data da última menstruação (DUM). Ou, duração de
266 dias (38 semanas), contabilizadas após a fecundação.
2. PLACENTA E MEMBRANAS FETAIS
O principal local de trocas entre a mãe e o feto, tanto de nutrientes quanto de gases e
outras substâncias, é a placenta. A sua formação é iniciada com a proliferação do
trofoblasto, das vilosidades coriônicas e do saco coriônico no final da terceira semana
de desenvolvimento. A placenta é um órgão materno fetal, responsável pelo suporte
nutricional e respiratório para o desenvolvimento do feto. É composta por uma parte
fetal (originada a partir do caso coriônico) e a parte materna (originada a partir do
endométrio). Ela é constituída ainda pela decídua basal (componente materno da
placenta) e pelo córion frondoso (componente fetal da placenta). Vamos compreender
estes componentes?
A decídua é o endométrio gravídico, ou seja, o endométrio de uma mulher grávida.
Ela possui três nomeações distintas, de acordo com a região e o local de implantação
do concepto, são eles: decídua basal (a parte mais distante do concepto), decídua
capsular (a parte que recobre o concepto) e a decídua parietal (corresponde as partes
restantes da decídua). As células deciduais são formadas pelo aumento das células do
tecido endometrial, devido ao aumento dos níveis de progesterona no sangue da mãe.
Já o córion frondoso se origina pela expansão e pelo crescimento das
vilosidades-tronco, conforme ocorre a progressão da gravidez. O córion frondoso (ou
córion viloso) representa a parte fetal da placenta, e do lado oposto a este polo
embrionário, as vilosidades se degeneram e formam o córion liso.
ASSIMILE
O córion reveste a parede do saco coriônico e o tamanho deste é muito
importante para auxiliar na determinação da idade gestacional de
embriões, principalmente para pacientes com histórico incerto de
menstruação. Através de ultrassom é possível detectar os sacos
coriônicos com diâmetros entre 2-3 mm, indicando aproximadamente
18 dias da idade gestacional, após a fecundação.
Conforme o feto cresce, o que ocorre? A decídua capsular se une com a decídua
parietal e aos poucos obstrui a cavidade uterina. A cavidade coriônica também é
obstruída, e ocorre a fusão entre o âmnio e o córion, resultando na membrana
amniocoriônica.
REFLITA
A mulher quando inicia o trabalho de parto, em geral, tem a sua bolsa
d´água rompida, certo? O “tampão” ou a membrana que se rompe é a
membrana amniocoriônica. Quando esta membrana se rompe, o fluido
amniótico é perdido por meio do colo uterino e vagina.
A placenta é limitada do lado fetal pela placa coriônica e do lado materno pela
decídua basal (placa decidual). Entre estas placas, o sangue materno preenche os
espaços intervilosos derivados das lacunas do sinciotrofoblasto, se lembra dele? São
as camadas externas do trofoblasto. A placenta cresce juntamente com o feto e o útero,
durante o desenvolvimento do feto. Por volta do terceiro mês, a placenta está completa
e entre o quarto e o quinto mês, são formados os septos placentários (septos que
crescem em direção aos espaços intervilosos), dividindo a placenta em cotilédones
(espaços irregulares formados na parte fetal da placenta, delimitados pelos septos
placentários). O formato da placenta é discoide, e é expelida da cavidade uterina após
o parto. No final da gravidez, a placenta já ocupa cerca de 30% da superfície interna
do útero, pesa cerca de 500 g, e possui em média 20 cm de diâmetro com 3 cm de
espessura.
A partir da terceira semana do desenvolvimento embrionário, é iniciado o
desenvolvimento cardiovascular, com o surgimento do primórdio da circulação
uteroplacentária. Mas e como será a circulação placentária? Na quarta semana, a
placenta forma a rede vascular, a partir das vilosidades coriônicas que cobrem o saco
coriônico. O endométrio tem artérias espiraladas que atravessam a placa decidual e os
espaços intervilosos, banhando, com sangue oxigenado, as vilosidades coriônicas.
Neste momento, por se tratar de vasos estreitos, o sangue é encontrado sob grande
pressão, e à medida queesta pressão diminui, o sangue flui, atingindo a decídua, até
penetrar nas veias endometriais. O sangue materno e o sangue fetal são separados pela
membrana placentária, formada por tecidos das vilosidades coriônicas. Esta
membrana, até o quinto mês do desenvolvimento embrionário, é composta pelo
sinciciotrofoblasto, citotrofoblasto, mesoderma extraembrionário e endotélio dos
vasos sanguíneos do feto. Depois, o citotrofoblasto degenera, o mesoderma
extraembrionário diminui e a membrana se reduz ao sinciciotrofoblasto e ao endotélio,
permitindo com maior facilidade as trocas de substâncias entre a mãe e o feto em
crescimento. Através da veia do cordão umbilical, o oxigênio e os nutrientes
atravessam a membrana placentária, difundidos do sangue materno para o sangue
fetal. Já o gás carbônico e a ureia, dentre outros resíduos do metabolismo fetal, são
difundidos no sentido inverso, do feto para a mãe, porque a mãe irá realizar a troca do
gás carbônico por oxigênio, nos pulmões, e a ureia será excretada através dos rins,
auxiliando o desenvolvimento do feto.
ASSIMILE
Conforme a substância transportada entre a mãe e o feto, e vice-versa,
existe um tipo de transporte. Por exemplo: água, gases, ureia e
hormônios esteroides são transportados por difusão simples. A glicose,
no entanto, é transportada por difusão facilitada. Já os aminoácidos,
lipídios e grande parte das vitaminas são transportados por transporte
ativo.
A placenta em conjunto com o cordão umbilical (composto por duas artérias e uma
veia) formam um verdadeiro sistema de transportes entre a mãe e o feto. Podemos,
então, destacar algumas das principais funções da placenta, como a sua participação
no metabolismo (síntese de glicogênio, ácidos graxos, colesterol, etc.); o transporte de
nutrientes e gases (oxigênio, gás carbônico, água, aminoácidos, hormônios, vitaminas,
anticorpos maternos, medicamentos, drogas, agentes infecciosos, etc.); a excreção de
resíduos (por exemplo a ureia) e a síntese e secreções endócrinas (gonadotrofina
coriônica humana – hCG, progesterona, estrógenos, etc.).
EXEMPLIFIQUE
O cordão umbilical geralmente apresenta entre 1-2 cm de diâmetro e 55
cm de comprimento. Alterações muito grandes no comprimento do
cordão podem causar problemas ao feto. Cordões muito longos podem
se enrolar no feto ou causar um prolapso, ocasionando em uma
deficiência de oxigênio para o feto. Já os cordões muito curtos, podem
ocasionar a separação da placenta da parede do útero de forma
prematura no momento do parto.
As membranas fetais ou anexos embrionários são as estruturas que surgem durante o
desenvolvimento embrionário a partir das camadas germinativas e auxiliam na
separação do embrião (ou feto) do endométrio. Eles se originam do zigoto, e com
exceção do saco vitelino e do alantoide, não participam da formação do embrião.
Vamos compreender agora as funções de cada uma delas.
Iniciaremos pelo âmnio, membrana fetal que forma o saco amniótico, cheio de líquido
(líquido amniótico), que envolve o embrião (ou feto), evitando o ressecamento deste,
além de conferir proteção contra choques mecânicos. Conforme aumenta o seu
tamanho, ele se une à cavidade coriônica e forma a membrana amniocoriônica. O
líquido amniótico é inicialmente composto pelo líquido secretado pelas células
amnióticas e a maioria do líquido é proveniente do fluido tecidual materno. A
passagem de água e solutos do feto para a cavidade amniótica ocorre através da pele, e
também pelas vias respiratórias e gastrointestinais do feto. A partir da décima primeira
semana o feto auxilia na formação do líquido amniótico pela urina expelida. A
composição do líquido amniótico inclui compostos orgânicos e sais inorgânicos em
proporções aproximadamente iguais, sendo metade dos compostos orgânicos
formados por proteínas e a outra metade de carboidratos, enzimas, gorduras e
hormônios. Para o desenvolvimento do embrião, o líquido amniótico tem a função de
permitir o crescimento externo simétrico do embrião, forma uma barreira contra
infeções, impede o contato entre o âmnio e o embrião, além de proteger o embrião de
choques, lesões e traumatismos. Contribui ainda para o desenvolvimento muscular, do
pulmão fetal e auxilia no controle da temperatura do feto. Por meio de estudos das
células presentes no líquido amniótico é possível detectar anomalias cromossômicas.
O córion como vimos, está relacionado ao tecido uterino, e após formar as vilosidades
coriônicas origina a placenta. O saco vitelino (ou vesícula umbilical) é essencial para a
transferência de nutrientes durante a segunda e terceira semana de desenvolvimento,
antes da circulação uteroplacentária ser estabelecida ainda na terceira semana. As
células do sangue durante a terceira semana do desenvolvimento recobrem o saco
vitelino e iniciam a formação do fígado até a sexta semana, quando as atividades
hematopoiéticas são iniciadas. O saco vitelino é reduzido durante a quarta semana de
desenvolvimento, incorporado na formação do intestino primitivo. As células
germinativas primitivas do saco vitelino se diferenciam e migram para as glândulas
sexuais em desenvolvimento, que iram se diferenciar em espermatogônias e
ovogônias. Neste sentido, o saco vitelino não é funcional em relação ao
armazenamento de vitelo no caso do desenvolvimento humano, mas desempenha um
grande papel como pudemos ver. Por fim, o alantoide, assim como o saco vitelino, não
é funcional para os embriões humanos, mas são importantes na formação do sangue
em sua parede durante a terceira e quinta semana do desenvolvimento. A partir dos
seus vasos sanguíneos são formadas as artérias e a veia umbilical. Com o crescimento
da bexiga, o alantoide involui e forma um tubo espesso, o úraco, que após o
nascimento se torna o cordão fibroso (ligamento umbilical mediano), que abrange o
ápice da bexiga urinária até o umbigo.
Figura 4.6 | Desenvolvimento da placenta e membranas fetais
Nota: A, Secção coronal do útero mostrando a protuberância da decídua capsular e o
saco coriônico expandindo em 4 semanas. B, Ilustração ampliada do local de
implantação. Os vilos coriônicos foram expostos por um corte de abertura na decídua
capsular. C a F, Secções sagitais de útero gravídico da 5ª à 22ª semana (gestação)
mostrando as alterações das relações das membranas fetais com a decídua. Em F, o
âmnio e o cório estão fusionados entre si e com a decídua parietal, obliterando a
cavidade uterina.Fonte: Moore et al. (2016, p. 72).
É importante saber que após o parto, as membranas fetais (anexos embrionários),
assim como a placenta e o cordão umbilical, são expulsos do corpo. A seguir iremos
conhecer alguns eventos que envolvem o parto.
3. PARTO
O parto é o momento do nascimento. Neste momento, o feto, a placenta e os anexos
embrionários (ou membranas fetais) são expelidos do corpo materno. O trabalho de
parto (sequência de contrações uterinas) resulta na dilatação do colo uterino para a
saída do feto, resultante da ação secretada pelo hormônio liberador de corticotropina
pelo hipotálamo do feto. Este hormônio estimula a produção do hormônio
adrenocorticotrófico (ACTH) pela hipófise, que provocará outra reação, a secreção de
cortisol pelo córtex suprarrenal. Há um aumento de estrógeno, já que o cortisol está
relacionado à síntese de estrógenos, e estes por sua vez liberam a ocitocina,
estimulando as contrações peristálticas do músculo liso do útero. Os estrógenos
aumentam a contração do miométrio e estimulam a liberação de mais ocitocina e
prostaglandinas. Durante o trabalho de parto, as contrações inicialmente são espaçadas
e aos poucos forçam o âmnio e o córion liso para dentro do colo do útero, fazendo
com que este seja dilatado progressivamente. A membrana amniocoriônica é rompida
e o líquido amniótico é expelido pela vagina. Neste momento, as contrações uterinas
já são mais fortes e com a ajuda da contração dos músculos abdominais o feto é
expulso com as demais membranas fetais. Assim que o feto sai do corpo da mãe, ele
passa a ser chamado de recém-nascido. A placenta é separada daparede uterina logo
que o feto nasce, durante este período para que seja controlado o sangramento
excessivo, as contrações do útero comprimem as artérias, o que dura em torno de 15
minutos. Caso a placenta fique aderida ou não seja expelida após cerca de 60 minutos,
pode haver hemorragia pós-parto.
4. MÚLTIPLAS GESTAÇÕES
As gestações múltiplas são aquelas em que a mulher fica grávida de dois ou mais
conceptos de uma única vez, estão associadas a um risco maior de morbidade e
mortalidade fetal comparadas às gestações únicas. As anomalias cromossômicas são
maiores e conforme o número de fetos aumenta, o risco se torna progressivo. Riscos
de parto prematuro, hipertensão ou diabetes gestacional, anemia e crescimento fetal
reduzidos são alguns dos riscos para a mãe e os fetos. A incidência de múltiplas
gestações aumenta com o uso de técnicas de reprodução assistida, como a fertilização
in vitro. E como os gêmeos são formados? Os gêmeos podem se originar de dois
zigotos diferentes (gêmeos dizigóticos – DZ, bivitelinos ou dicoriônicos) ou eles se
originam de um único zigoto (gêmeos monozigóticos – MZ, univitelinos ou
monocoriônicos). Nestes casos, a placenta e as membranas fetais estão relacionadas
com a origem dos gêmeos. As gestações de gêmeos dizigóticos ocorrem em maior
número. Antes do início da clivagem, os gêmeos são resultantes da separação de
blastômeros, eles têm cada um o seu âmnio, o seu córion e a placenta, e estas
membranas podem ou não se fundir. Em gêmeos MZ é comum que ambos os
embriões partilhem da mesma placenta e se desenvolvam no mesmo córion, mas cada
um pode ou não ter o mesmo âmnio (monoamniótico ou diamniótico). Cada embrião
apresenta, ainda, o seu sistema vascular individual, mas em alguns casos eles podem
ser fundidos quando dividem a mesma placenta e nestes casos um gêmeo pode receber
uma proporção maior de fluxo sanguíneo do que o outro, acarretando problemas de
deformações, atrofias no crescimento, dentre outros.
Os gêmeos DZ são originados da fecundação de dois oócitos por dois
espermatozoides, o que os confere a possibilidade de possuírem o mesmo sexo ou
sexos diferentes, sendo fraternos. Gêmeos dizigóticos têm características semelhantes
como qualquer outro irmão. Já os gêmeos MZ são originados da fecundação de um
ovócito e desenvolvidos a partir de um único zigoto. Os gêmeos monozigóticos são
sempre do mesmo sexo, são similares na aparência física e são geneticamente
idênticos. Lembrando que nestes casos, as impressões digitais e algumas
características fenotípicas são distintas, pois são resultantes da interação do genótipo
com o meio ambiente.
No caso de trigêmeos, quádruplos, quíntuplos e assim por diante, os nascimentos
múltiplos podem ser originados de um único zigoto (sendo idênticos), originados de
dois zigotos (com gêmeos idênticos e outro diferente), ou ainda a partir de um zigoto
para cada gêmeo, o que os permite terem sexos iguais ou distintos, e as semelhanças
entre eles são maiores do que em irmãos de gestações distintas.
Você já deve ter ouvido falar de gêmeos siameses, que em alguns casos de sucesso são
separados em cirurgia. Os gêmeos siameses são casos raros em que o disco
embrionário não é dividido completamente, assim sendo, podem ser formados gêmeos
monozigóticos conjugados.
Para a genética humana, o estudo dos gêmeos é importante para comparar a influência
do ambiente e as ações dos genes durante o desenvolvimento. As condições anormais
quando não exibem um padrão genético simples podem ser comparadas à ocorrência
em gêmeos para verificar se a hereditariedade está envolvida.
Compreender o desenvolvimento humano é fundamental para o entendimento da vida,
os processos que envolvem desde o momento da fecundação até o nascimento de um
novo indivíduo são fascinantes, ao mesmo tempo complexos. Os principais eventos e
as transformações pelas quais células, tecidos e órgãos passam foram elencados para
que você possa relacionar à vida aos conceitos de biologia celular, de genética e de
embriologia e perceber que estão todos interligados.
FOCO NO MERCADO DE TRABALHO: NONA SEMANA AO
NASCIMENTO, PLACENTA E MEMBRANAS FETAIS
SEM MEDO DE ERRAR
Para resolvermos a situação-problema apresentada, você, caro aluno, já adquiriu os
conhecimentos necessários durante esta seção. Você já é capaz de descrever todas as
fases do desenvolvimento embrionário, desde o momento em que ocorre a fertilização
até o momento do nascimento, descrevendo os principais eventos e modificações do
feto. Vamos relembrar o cenário hipotético criado?
O casal que fez a técnica de fertilização in vitro, na clínica de reprodução humana
onde você trabalha, teve sucesso com a fertilização. F.L.S. (a mulher) e o seu esposo,
serão pais de gêmeos, após ter sido detectada uma gestação múltipla em um dos
ultrassons feitos. No ultrassom realizado na décima sexta semana de gestação, a
expectativa dos pais era em saber o sexo dos gêmeos, mas devido ao posicionamento
dos fetos, foi possível visualizar somente a genitália externa de um dos fetos (uma
menina). No entanto, por se tratar de uma gestação de gêmeos monozigóticos, você
poderia facilmente dizer o sexo do outro bebê, certo? Foi possível, ainda, visualizar
outras estruturas formadas, além das genitálias. Quais outras estruturas são formadas
durante esta semana do desenvolvimento fetal?
Você aproveitou para alertar aos pais que em casos de gestações múltiplas as chances
de os bebês nascerem antes da data provável do parto, em um parto prematuro, são
maiores. Por que os bebês que nascem antes da vigésima sexta semana têm menos
chance de sobrevivência? E no caso de gêmeos que compartilham a mesma placenta,
qual síndrome pode ser desenvolvida?
Você deve se lembrar que as gestações múltiplas estão associadas a um risco maior de
morbidade e mortalidade fetal, quando comparadas às gestações de um único
concepto. Por esta razão, os cuidados durante a gravidez devem ser intensificados e o
acompanhamento durante a gestação gemelar monocoriônica (em que os fetos
compartilham a mesma cavidade coriônica) deve ocorrer em intervalos menores, para
o benefício da saúde da mãe e dos fetos, pois caso qualquer alteração seja notificada,
há possibilidades maiores de intervenção. A gravidez de gêmeos monozigóticos (MZ),
também chamados de univitelinos ou monocoriônicos, ocorre da fertilização de um
único ovócito, ou seja, formação de um único zigoto. Durante o desenvolvimento do
zigoto, nos estágios iniciais de divisão celular, a massa celular interna se divide em
dois grupos separados de células dentro da mesma cavidade do blastocisto, dando
origem aos gêmeos monozigóticos, que compartilham a mesma placenta e cavidade
coriônica, no entanto cada um tem o seu âmnio. Há outras possibilidades de formação
dos gêmeos MZ. Os gêmeos MZ são sempre do mesmo sexo, são chamados de
gêmeos idênticos, por isso você poderia afirmar que o casal está à espera de duas
meninas.
Durante a décima sexta semana de desenvolvimento, a face já está formada, é possível
verificar os lábios, a boca, nariz e bochechas do feto. Além da genitália externa
desenvolvida, é possível ver o início da formação do cabelo e dos cílios. Os membros
superiores já estão bem desenvolvidos e os movimentos dos membros e dos olhos já é
perceptível no ultrassom, no entanto, a mãe só passa a senti-los fisicamente por volta
da décima sétima semana e vigésima semana.
Os fetos que nascem antes da vigésima sexta semana de desenvolvimento ainda têm o
sistema respiratório muito imaturo e por mais que recebam cuidados intensivos,
fiquem em incubadoras, a probabilidade de sobrevivência é pequena. Ainda não têm
também um peso “adequado” e o risco de desenvolver problemas neurológicos é
muito grande. Após este período, os pulmões começam a amadurecer e já conseguem
realizar trocas gasosas mesmo que necessitem de auxílio, aumentando as chances de
sobrevivência.
No caso de gêmeos que compartilham a mesma placenta, pode ocorrer a síndrome da
transfusão feto-fetal, em que há um desequilíbrio na proporção de sangue que umfeto
recebe em relação ao outro. Durante o desenvolvimento, o feto é totalmente
dependente da placenta para crescer, nutrir-se e amadurecer, mas quando o
compartilhamento da placenta favorece um feto em relação ao outro, por mais que eles
sejam geneticamente idênticos, um feto acaba sendo prejudicado, é menor se
comparado ao outro e pode não sobreviver. O diagnóstico pode ser realizado por
ultrassom, geralmente em torno da décima nona semana de gestação, podendo em
alguns casos precoces ser identificado com 16 semanas.
Finalizamos mais este desafio proposto, continue praticando e não se esqueça que este
é somente um caminho para a resolução da situação apresentada, você pode explorá-lo
de outras formas.
AVANÇANDO NA PRÁTICA
O PROLAPSO DO CORDÃO UMBILICAL
Jovem de 31 anos entra em trabalho de parto, o médico de plantão verificou um
padrão anormal na frequência cardíaca do feto e ao tentar mudar a jovem de posição
verificou o cordão umbilical saindo pela vagina da mulher antes de visualizar o feto.
A ruptura das membranas fetais já havia ocorrido, bem como o derrame do líquido.
Rapidamente, a enfermeira mantém o feto dentro do corpo da mãe e será realizado um
parto por cesariana (feito através de cirurgia) de urgência, para que o cordão
prolapsado não interrompa o fornecimento de sangue para o feto.
Diante desta situação, durante o parto da jovem ocorreu um evento raro, o prolapso do
cordão umbilical (o cordão umbilical precede o bebê através da vagina, podendo
interromper o fluxo de sangue ao feto). Como você explica a importância do fluxo
sanguíneo através do cordão umbilical para o feto? De acordo com o texto, as
membranas fetais e o líquido citados se referem respectivamente a quais componentes
embrionários? Estas membranas são expelidas juntamente com a placenta após a
ruptura de qual membrana?
RESOLUÇÃO
Primeiramente, para resolvermos a situação é necessário lembrar da importância do cordão
umbilical para o feto. O cordão umbilical, composto por duas artérias e uma veia, é uma
espécie de tubo, responsável por conectar o embrião/feto à placenta. Através do cordão, o
feto recebe nutrientes da placenta e faz as trocas gasosas através do fluxo sanguíneo
materno-fetal. Caso este fluxo seja interrompido durante o parto, ocorrerá uma deficiência
de oxigênio para o feto e, caso ela persista, em poucos minutos pode causar uma anóxia
fetal (falta de oxigênio para o feto) e o cérebro deste poderá ser danificado ou até mesmo
causar a sua morte. Por isso, nestes casos, quando o prolapso do cordão umbilical não é
detectado antes do parto, é necessário manter o feto dentro do corpo da mãe, com o intuito
de impedir a compressão e possível rompimento ou obstrução do cordão com o
nascimento do feto.
Geralmente, a mulher entra em trabalho de parto após a ruptura da membrana
amnicoriônica (o “tampão”). O líquido descrito é o líquido amniótico, que com o
rompimento da membrana amniocoriônica é expelido do corpo da mulher, assim como a
placenta e as membranas fetais (âmnio e o córion).
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