MORTE CELULAR E DIGESTÃO INTRACELULAR

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Morte Celular
As células de um organismo multicelular são membros de uma
comunidade altamente organizada. O número de células nessa
comunidade é fortemente regulado – não apenas pelo controle da
velocidade de divisão celular, mas também pelo controle de morte
celular. Se as células não são mais necessárias, elas cometem
suicídio pela ativação de um programa de morte intracelular – um
processo chamado morte celular programada. Nos animais de
longe, a forma mais comum de morte celular programada é
chamada de apoptose.
O processo de apoptose é extremamente importante no
desenvolvimento, homeostase, controle de neoplasias e nas
funções do sistema imune, além da remoção de células em excesso,
defeituosas, lesadas ou reativas.
Apoptose e o desenvolvimento embrionário
A morte de células elimina os tecidos do dedo de um camundongo
em desenvolvimento (A), como visto na pata mostrada um dia mais
tarde (B).
Apoptose durante a metamorfose de um girino em um sapo
Todas as alterações que ocorrem durante a metamorfose , incluindo a
indução da apoptose na cauda do girino, são estimuladas pelo
aumento do hormônio tireoidiano no sangue.
O processo de apoptose participa no controle da proliferação e
diferenciação celulares, fazendo com que uma célula estimulada a
se diferenciar possa ser eliminada após ter cumprido sua função,
sem causar transtorno para as demais células do tecido ou órgão.
Ex:
- Nas glândulas mamárias terminada a fase de lactação, as células
dos ácinos que proliferam e secretaram leite entram em apoptose,
restando às células dos ductos mamários. No caso a cessação dos
estímulos hormonais que mantinham a secreção do leite
desencadeia sinais para ativar o processo de apoptose.
- De forma semelhante, linfócitos que proliferam após estimulação
tendem a entrar em apoptose cessado o estímulo ou quando o
estímulo é inadequado.
A manutenção do número de células num tecido é feita pelo
controle dos mecanismos de proliferação (mitose) e de apoptose.
A apoptose que ocorre em condições patológicas é
desencadeada por inúmeros agentes, como vírus, hipóxia,
substâncias químicas, agressão imunitária, radiações ionizantes
etc.
Uma célula que sofre apoptose morre de modo limpo, sem danificar
as suas vizinhas. Uma célula em apoptose sofre contração e
condensação de suas estruturas. O citoesqueleto colapsa, o
envelope nuclear se desmonta, e o DNA do núcleo se quebra em
fragmentos ao mesmo tempo em que a membrana ciplasmática
emite projeções e forma brotamentos que contêm fragmentos do
núcleo. Os filamentos do citoesqueleto se alinham em forma
paralela no citoplasma e o retículo endoplasmático se dilata
fusionando-se à membrana plasmática. O brotamento termina com a
fragmentação da célula em múltiplos brotos, que passam a constituir
os corpos apoptóticos, os quais são endocitados por células vizinhas
(macrófagos) ou permanecem livres no interstício (pouco frequente).
A retração do citoplasma, que se torna mais denso, deve-se à
eliminação de água e à reorganização do citoesqueleto. A célula não
sofre autólise (destruição dos componentes celulares pelas suas
próprias enzimas).
A célula se dissocia das vizinhas, sofre redução de tamanho e
formam-se protrusões, quase todas com fragmentos nucleares no
seu interior, que se desprendem sendo convertidas em frações
celulares chamadas “corpos apoptótico”. As fosfatidilserinas das
membranas que envolvem os corpos apotóticos – previamente
localizadas na monocamada citosólica da membrana plasmática – se
transladam para a monocomada externa e são rapidamente
reconhecidas e fagocitados por macrófagos. Essa célula engolfa a
célula em apoptose antes que ela derrame o seu conteúdo. Essa
remoção rápida da célula morrendo evita as consequências danosas
da necrose celular e também permite que os componentes
orgânicos da célula em apoptose sejam reciclados pela célula que a
ingere. Os corpos apoptóticos, mesmo se fagocitados por
macrófagos, não induzem a liberação de quimiocinas e citocinas
pró-inflamatórias, como ocorre com os restos do tecido necrótico.
A maquinaria responsável pela apoptose envolve a família caspase
de proteases (proteínas que apresentam cisteína no seu sítio
ativo). As caspases são produzidas como precursores inativos
chamados de pró-caspases. As pró-caspases são normalmente
ativadas por clivagem proteolítica em resposta a sinais que
induzem a apoptose. As caspases ativadas clivam e assim ativam
outros membros da família das pró-caspases, resultando em uma
cascata proteolítica cada vez maior. Elas também clivam outras
proteínas-chave na célula. As caspases envolvidas na apoptose
podem ser separadas em caspases ativadoras (8, 9 e 10) e
caspases efetuadoras (3, 6 e 7). As caspases ativadoras fazem
proteólise das caspases 3, 6 e 7, que, por sua vez, ativam outras
proteases que degradam diferentes substratos da célula, incluindo
DNA, lâminas nucleares e proteínas do citoesqueleto, do que
resultam as modificações morfológicas mais importantes da
apoptose.
Embora a ativação de proteases seja induzida por rotas
diferentes, de acordo com o fator desencadeante, algumas são
mais frequentemente utilizadas:
(1) ativação direta de caspases;
(2) alterações de mitocôndrias que também resultam na ativação
de caspases;
(3) interferência com proteínas citosólicas reguladoras da
apoptose. Uma das caspases, por exemplo, cliva as proteínas
lamina, que formam a lâmina nuclear subjacente ao envelope
nuclear. Essa clivagem causa a quebra irreversível da lâmina
nuclear. Dessa forma, a célula se desmantela rapidamente e
de forma limpa, e seu cadáver é rapidamente capturado e
digerido por outra célula.
As principais proteínas que regulam a ativação das pró-caspases
são membros da família das Bcl2 de proteínas intracelulares.
Alguns membros dessa família de proteínas promovem a
ativação da pró-caspase e da morte celular, e outras inibem
esses processos. Dois dos membros mais importantes da família
promotora da morte são as proteínas Bax e BaK. Essas proteínas
ativam as pró-caspases indiretamente, pela indução da liberação
do citocromo c a partir das mitocôndrias para o citosol. O
citocromo c promove a montagem de uma grande estrutura de
sete braços semelhante a um catavento que recruta moléculas
de pró-caspases específicas, formando um complexo protéico
chamado apoptossomo. As moléculas de caspases se tornam
ativadas dentro do apoptossomo, acionado uma cascata da
caspase que conduz à apoptose.
As células cancerosas têm mecanismos de reparo do DNA menos
eficientes. Assim, quando seu DNA é danificado pela radiação, desde
que o gene p53 esteja funcional, elas podem seguir a via da apoptose
e serem eliminadas. Isso explica porque as células cancerosas com o
gene p53 danificado são tão resistentes ao tratamento pela
radioterapia, enquanto as células cancerosas com p53 intacto são
muito mais sensíveis.
O DNA danificado pode desencadear a apoptose. Esta reação
normalmente necessita da p53, que pode ativar a transcrição dos
genes codificadores de proteínas que promovem a liberação do
citocromo c da mitocôndria no citoplasma. O citocromo c funciona
como um co-fator com uma proteína chamada (Apaf-1) para ativar
uma enzima chamada caspase-9, que inicia a via apoptótica
O programa de morte intracelular também é regulado por sinais a partir de outras
células, que podem ou ativar ou suprimir o programa. A sobrevivência das células,
a divisão celular e o crescimento celular são todos regulados por sinais
extracelulares, que juntos ajudam os organismos multicelulares a controlar o
número de células e o tamanho das células.
Células animais requerem sinais extracelulares para sobreviver, crescer e dividir-se.
As proteínas-sinal que atuam positivamente podem ser classificadas, com base na
sua função, em três categorias principais:
1. Fatores de sobrevivência promovem a sobrevivência da célula pela supressão da
apoptose.
2. Mitógenos estimulam a divisão celular, principalmente pela superação dos
mecanismos de freio intracelulares que tendem a bloquear o avançopelo ciclo
celular.
3. Fatores de crescimento estimulam o crescimento celular (um aumento no
tamanho da célula e na massa) pela promoção da síntese e pela inibição da
degradação das proteínas e de outras macromoléculas.
A morte celular ajuda a ajustar o número de células nervosas em desenvolvimento
com o número de células-alvo com as quais elas fazem contato. São produzidas mais
células nervosas do que podem ser suportadas pela quantidade limitante de fatores
de sobrevivência liberados pelas células-alvo. Por isso, algumas células recebem
quantidades insuficientes de fatores de sobrevivência para manter seu programa de
suicídio reprimido e, como consequência, sofrem apoptose.
As células animais necessitam de fatores de sobrevivência para evitar a apoptose.
Fatores de sobrevivência normalmente atuam pela ligação a receptores da
superfície celular. Esses receptores ativados então ativam as vias de sinalização
intracelulares que mantêm o programa de morte reprimido, em geral pela
regulação dos membros da família Bcl2 de proteínas. Alguns fatores de
sobrevivência, por exemplo, aumentam a produção de Bcl2, uma proteína que
suprime a apoptose.
Mecanismo de lise das células-alvo por linfócitos T citolíticos
Digestão 
Intracelular
As células eurarióticas estão continuamente capturando líquido,
assim como moléculas grandes e pequenas pelo processo de
endocitose. Células especializadas são capazes de internalizar
grandes partículas e até mesmo outras células. O material a ser
ingerido é progressivamente encerrado por uma pequena porção
da membrana plasmática, que primeiro brota para dentro e então
se destaca para formar uma vesícula endocítica intracelular. O
material ingerido é, enfim, entregue aos lisossomos onde é
digerido. Os metabólitos gerados pela digestão são transferidos
diretamente dos lisossomos para o citosol, onde eles podem ser
usados pela célula.
Distingue-se dois tipos principais de endocitose em função do
tamanho das vesículas endocíticas formadas. A pinocitose (“o
beber da célula”) envolve a ingestão de líquido e de moléculas
por pequenas vesículas (< 150 nm de diâmetro). A fagocitose (“o
comer da célula”) envolve a ingestão de partículas grandes, tais
como micro-organismos e fragmentos celulares, por meio de
grandes vesículas chamadas fagossomos (geralmente > 250 nm de
diâmetro). Enquanto todas as células eucarióticas estão
continuamente ingerindo líquido e moléculas por pinocitose,
grandes partículas são ingeridas principalmente por células
fagocitárias especializadas.
Em protozoários, a fagocitose é a forma de alimentar-se: esses eucariotos
unicelulares ingerem grandes partículas, como bactérias, capturando-as em
fagossomos. Os fagossomos então se fusionam com lisossomos onde as partículas
nutrientes são digeridas. A fagocitose é importante na maioria dos animais para
outros propósitos diferentes da nutrição. Células fagocitárias – incluindo os
macrófagos, que estão amplamente distribuídos nos tecidos, e algumas outras
células brancas do sangue – defendem-nos contra infecções pela ingestão de
micro-organismos invasores. Para serem capturadas por um macrófago ou outro
leucócito, as partículas devem primeiro ligar-se à superfície da célula fagocitária e
ativar um de uma variedade de receptores de superfície. Alguns desses receptores
reconhecem anticorpos (imunoglobulinas). A ligação de uma bactéria coberta por
anticorpos a esses receptores induz a célula fagocitária a estender projeções da
membrana plasmática, chamadas pseudópodes, que engolfam a bactéria e se
fusionam nas pontas para formar um fagossomo. O fagossomo então se fusiona
com um lisossomo formando o fagolisossomo, e o micro-organismo é digerido.
Células fagocíticas também tem uma participação importante na limpeza de
células mortas ou defeituosas e restos celulares. Macrófagos, por exemplo,
ingeram mais de 1011 de nossas células vermelhas do sangue esgotadas todos
os dias.
As células eucarióticas continuamente ingerem pequenos
pedaços de sua membrana plasmática, juntamente com pequenas
quantidades de líquido extracelular, na forma de pequenas
vesículas pinocíticas que são posteriormente retornados à
superfície celular. A velocidade com que a membrana plasmática
é internalizada por pinocitose varia de tipo celular para tipo
celular, mas é, em geral, surpreendentemente grande. Um
macrófago, por exemplo, engloba 25% do seu próprio volume de
líquidos a cada hora. Isso significa que ele remove 3% de sua
membrana plasmática a cada minuto, ou 100% em cerca de meia
hora. Fibroblastos endocitam a uma taxa um pouco menor, ao
passo que algumas amebas fagocitárias ingerem sua membrana
plasmática ainda mais rapidamente. Uma vez que a área de
superfície total e o volume de uma célula permanecem
inalterados durante esse processo, a mesma quantidade de
membrana é adicionada à superfície celular por fusão de
vesículas e removida por endocitose.
A pinocitose é principalmente conduzida por fossa e vesículas
cobertas por clatrina. Após escaparem da membrana vesículas
revestidas de clatrina rapidamente perdem sua capa e se fusionam
com um endossomo. O líquido extracelular fica preso na fossa
revestida à medida que essa invagina para formar uma vesícula
coberta; desse modo, as substâncias dissolvidas no líquido
extracelular são internalizadas e entregues aos endossomos. Essa
entrada de líquido é geralmente balanceada pela perda de líquido
durante a exocitose.
A pinocitose é indiscriminada. As vesículas endocíticas simplesmente
prendem quaisquer moléculas que por acaso estão presentes no
líquido extracelular e as carregam para dentro da célula. Na maioria
das células animais, no entanto, a pinocitose por vesículas revestidas
de clatrina também fornece uma via eficiente para captar
macromoléculas específicas do líquido extracelular.
Devolução de 
membrana 
As macromoléculas se ligam a receptores complementares na
superfície celular e entram na célula como complexos de receptor-
macromolécula em vesículas revestidas de clatrina. Esse processo,
chamado de endocitose mediada por receptor, fornece um
mecanismo de concentração seletiva que aumenta a eficiência de
internalização de determinadas macromoléculas mais de 1000 vezes
comparado com o processo comum de pinocitose, de forma que até
mesmo componentes menos abundantes do líquido extracelular
podem ser absorvidos em quantidades sem arrebatar um grande
volume correspondente de líquido extracelular. Um importante
exemplo de pinocitose mediada por receptor é a habilidade das
células animais de captar o colesterol de que elas necessitam para
produzir membranas novas.
O colesterol é extremamente insolúvel e é transportado na corrente
sanguínea ligado à proteína na forma de partículas chamadas de
lipoproteínas de baixa densidade (LDL). O LDL se liga a receptores
canalizados na superfície celular, e os complexos de receptor-LDL
são ingeridos por endocitose mediada por receptor e entregue a
endossomos. O interior dos endossomos é mais ácido do que o
citosol circundante ou o líquido extracelular; e nesse ambiente
ácido, o LDL se dissocia do seu receptor: os receptores são
devolvidos em vesículas de transporte à membrana plasmática para
serem reutilizados, e o LDL é entregue aos lisossomos. Nos
lisossomos, o LDL é quebrado por enzimas hidrolíticas. O colesterol
é liberado e escapa para dentro do citosol, onde está disponível
para nova síntese de membranas. Os receptores de LDL na
superfície celular são continuamente internalizados e reciclados,
quer eles sejam ocupados por LDL ou não.
A endocitose mediada por receptor é também usada para captar
muitos outros metabólitos essenciais, como a vitamina B12 e o
ferro, que as células não podem adquirir pelo processo de
transporte pela membrana. A vitamina B12 e o ferro são
necessários, por exemplo, para a síntese de hemoglobina, que é a
principal proteína em eritrócitos, esses metabólitos entram nos
eritrócitos imaturos como um complexo com proteína. Muitos
receptores de superfície celular que se ligam a moléculas
sinalizadorasextracelulares são também ingeridos por essa via:
alguns são reciclados à membrana plasmática para serem
reutilizados, e outros são degradados em lisossomos.
Síntese de membrana
Como todas as outras organelas intracelulares, o lisossomo não
apenas contém uma coleção única de enzimas, mas também possui
uma membrana única circundante. A membrana lisossômica contém
transportadores que permitem que os produtos finais da digestão de
macromoléculas, como aminoácidos, açúcares e nucleotídeos, sejam
transportados ao citosol; de onde eles podem ser excretados ou
utilizados pela célula. A membrana também contém uma bomba de
H+ dirigida por ATP, a qual, como na membrana endossômica,
bombeia H+ para dentro dos lisossomos, mantendo, dessa forma, seu
conteúdo em um pH ácido
Muitas partículas extracelulares e moléculas
ingeridas pelas células acabam em
lisossomos, os quais são sacos membranosos
de enzimas hidrolíticas que conduzem a
digestão intracelular controlada de materiais
extracelulares e organelas esgotadas. Eles
contêm cerca de 40 tipos de enzimas
hidrolíticas (hidrolases), incluindo aquelas
que degradam proteínas, ácidos nucleicos,
oligossacarídeos e fosfolipídios. Todas essas
enzimas são otimamente ativas nas
condições ácidas (pH~5) mantida dentro dos
lisossomos. A membrana do lisossomo
normalmente mantêm essas enzimas
destrutivas fora do citosol (cujo pH é em
torno de 7,2), mas a dependência de um pH
ácido dessas enzimas protege o conteúdo do
citosol contra danos, ainda que algum
vazamento ocorra.
O compartimento endossômico age como a principal estação de
distribuição na via endocítica de entrada. O ambiente ácido do
endossomo desempena uma parte crucial no processo de
distribuição, levando muitos receptores a liberar sua carga ligada. Os
rumos tomados pelos receptores, uma vez que tenham entrado em
um endossomo, diferem de acordo com o tipo de receptor:
(1) a maioria é devolvida ao mesmo domínio da membrana
plasmática de onde vieram (reciclagem), como é o caso do
receptor da LDL;
(2) alguns se movem ao lisossomo, onde são degradados;
(3) alguns prosseguem para um domínio diferente da membrana
plasmática, um processo chamado transcitose.
Os rumos tomados pelos receptores
As moléculas carga que permanecem ligadas aos seus receptores
compartilham o destino dos mesmos. Aquelas que se dissociam
dos seus receptores no endossomo estão destinadas à destruição
nos lisossomos, junto com a maior parte do conteúdo do lúmen
do endossomo. Endossomos tardios contêm algumas enzimas
lisossomais; assim, a digestão de proteínas carga e outras
macromoléculas inicia no endossomo e continua à medida que o
endossomo gradualmente sofre maturação em lisossomo.
A maioria das proteínas da membrana lisossômica é bastante
glicosilada de forma singular; os açúcares, que cobrem muito da
superfície das proteínas revestindo o lúmen, protegem as
proteínas da digestão pelas proteases lisossômicas.
Enzimas digestórias especializadas e proteínas de membrana do
lisossomo são sintetizadas no RE e transportadas pelo aparelho de
Golgi para rede trans de Golgi. Enquanto no RE e na rede de cis
Golgi, as enzimas são etiquetadas com um grupo de açúcares
fosforilado específico (manose 6-fosfato), de forma que, quando
elas chegam na rede trans de Golgi, são reconhecidas por um
receptor apropriado - o receptor da manose 6-fosfato. Essa
etiquetagem permite que as enzimas sejam distribuídas e
empacotadas em vesículas de transporte, as quais se destacam e
entregam seu conteúdo aos lisossomos por endossomos tardios.
Dependendo da sua fonte, os materiais seguem diferentes rotas
para o lisossomo. Vimos que partículas extracelulares são
capturadas em fagossomos, os quais se fusionam com lisossomos,
e que os líquidos extracelulares e as macromoléculas dissolvidas
são capturados em vesículas endocíticas menores, que entregam
seu conteúdo aos lisossomos por meio de endossomos. Contudo,
as células possuem uma via adicional para suprir materiais ao
lisossomo; essa via, chamada de autofagia, é usada para a
degradação de partes obsoletas da própria célula. O processo
inicia com o cerco da organela por uma membrana dupla, criando
um autofagossomo, o qual então, se fusiona com lisossomos. Não
é conhecido o que marca uma organela para tal destruição.
PLA2 = fosfolipase A2