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
https://conteudo.colaboraread.com.br/202102/INTERATIVAS_2_0/INTRODUCAO_A_BIOLOGIA_CELULAR_E_DO_DESENVOLVIMENTO/LIVRO_DIGITAL/fmt_u1s2.html#resolucao%20.item-1
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 são