Cap. 23 do THE CELL (português)

Prévia do material em texto

Tecidos Especializados, 
Células-tronco e 
Renovação de Tecidos 23
Neste capítulo
A EPIDERME E SUA 1417
RENOVAÇÃO POR MEIO
DE CÉLULASTRONCO
EPITÉLIO SENSORIAL 1429
AS VIAS AÉREAS E 1434
O INTESTINO
VASOS SANGUÍNEOS, 1450
LINFÁTICOS E CÉLULAS 
ENDOTELIAIS
RENOVAÇÃO POR 1450
CÉLULASTRONCO 
MULTIPOTENTES:
FORMAÇÃO DE CÉLULAS
DO SANGUE
ORIGEM, MODULAÇÃO 1463
E REGENERAÇÃO DO 
MÚSCULO ESQUELÉTICO
FIBROBLASTOS E SUAS 1467
TRANSFORMAÇÕES:
A FAMÍLIA DE CÉLULAS
DO TECIDO CONECTIVO
MODIFICAÇÃO DAS 1476
CÉLULASTRONCO
As células originalmente evoluíram como indivíduos de vida livre, mas as células que têm 
importância principal para nós, como seres humanos, são membros especializados de uma 
comunidade multicelular. Elas perderam características necessárias à sobrevivência inde-
pendente e adquiriram peculiaridades que servem às necessidades do organismo como um 
todo. Embora partilhem o mesmo genoma, elas são formidavelmente diferentes: há mais de 
200 tipos celulares diferentes reconhecidos no corpo humano. Elas colaboram umas com 
as outras para formar muitos tecidos diferentes, arranjados em órgãos executando funções 
extremamente variadas. Para entendê-las, não basta analisá-las em uma placa de cultivo: 
também precisamos conhecer como elas vivem, funcionam e morrem em seu habitat natu-
ral, o corpo intacto.
Nos Capítulos 7 e 21, vimos como os vários tipos de células tornam-se diferentes no 
embrião e como a memória celular e os sinais celulares de suas vizinhas lhes permitem per-
manecer diferenciadas daí em diante. No Capítulo 19, discutimos a tecnologia de constru-
ção de tecidos multicelulares – os dispositivos que mantêm as células unidas e os materiais 
extracelulares que dão suporte a elas. Neste capítulo, consideramos as funções e o ciclo de 
vida de células especializadas no organismo adulto de um vertebrado. Descrevemos como 
as células trabalham juntas para realizar suas funções, como novas células especializadas 
são originadas, como vivem e morrem e como a arquitetura dos tecidos é preservada, apesar 
da constante substituição de células velhas por novas. Examinamos em particular o papel 
desempenhado em muitos tecidos pelas células-tronco – células que são especializadas para 
fornecer um suprimento indefinido de células diferenciadas frescas quando estas são perdi-
das, descartadas ou necessárias em grande número.
Discutiremos esses tópicos por meio de uma série de exemplos – alguns escolhidos 
porque ilustram princípios gerais importantes, outros porque salientam objetos de estudo 
preferidos e outros ainda porque colocam problemas intrigantes que a biologia celular ain-
da tem que solucionar. Por fim, confrontaremos a questão prática que sustenta a turbulên-
cia atual de interesses em células-tronco: como podemos utilizar nosso conhecimento dos 
processos de diferenciação celular e renovação de tecidos para que funcionem acima do 
normal e melhorar aquelas lesões e falhas do organismo humano que até agora parecem 
sem recuperação?
A EPIDERME E SUA RENOVAÇÃO POR MEIO
DE CÉLULASTRONCO
Começaremos com um tecido muito familiar: a pele. Como quase todos os tecidos, a pele 
é um complexo de vários tipos celulares diferentes. Para desempenhar sua função básica 
como uma barreira, a camada que cobre a parte mais externa da pele depende de uma va-
riedade de células e estruturas de sustentação, muitas das quais também são necessárias na 
maior parte dos outros tecidos. Ela necessita de suporte mecânico, em grande parte propor-
cionado pela estrutura de matriz extracelular, secretada principalmente por fibroblastos. Ne-
cessita de um suprimento de sangue para trazer nutrientes e oxigênio e remover produtos de 
excreção e dióxido de carbono, e isso requer uma rede de vasos sanguíneos revestidos com 
células endoteliais. Estes vasos também fornecem vias de acesso para as células do sistema 
imune se defenderem contra infecções: os macrófagos e as células dendríticas fagocitam os 
patógenos invasores e ajudam a ativar os linfócitos, e os próprios linfócitos servem como 
intermediários para respostas mais sofisticadas do sistema imune adaptativo (discutido no 
Capítulo 24). As fibras nervosas também são necessárias para transmitir a informação sen-
Alberts_23.indd 1417Alberts_23.indd 1417 29.07.09 15:53:2629.07.09 15:53:26
1418 Alberts, Johnson, Lewis, Raff, Roberts & Walter
sorial desde o tecido até o sistema nervoso central e 
para liberar sinais na direção oposta para a secreção 
glandular e a contração do músculo liso.
A Figura 23-1 ilustra a arquitetura da pele e mos-
tra como ela satisfaz todas estas necessidades. Um epitélio, a epiderme, forma a cobertura 
mais externa, criando uma barreira impermeável que é autorreparada e renovada continua-
mente. Abaixo desta, encontra-se uma camada relativamente grossa de tecido conectivo, a 
qual inclui a derme resistente e rica em colágeno (da qual é feito o couro) e a camada adi-
posa subjacente do tecido conectivo subcutâneo, ou hipoderme. Na pele, como em qualquer 
outro órgão, o tecido conectivo, com os vasos e os nervos que passam através dele, supre a 
maioria das funções gerais de sustentação listadas anteriormente. Entretanto, a epiderme é 
o componente fundamental, essencial da pele – o tecido que é característico para este ór-
gão, mesmo ainda que não seja a maior parte de seu volume. Anexos como pelos, unhas, 
glândulas sebáceas e sudoríparas desenvolvem-se como especializações da epiderme (Fi-
gura 23-2). Mecanismos complexos regulam a distribuição destas estruturas e seus padrões 
distintos de crescimento e renovação. As regiões de epitélio menos especializado, mais ou 
menos liso, que cobre a superfície do corpo entre os folículos pilosos e outros anexos, são 
chamadas de epiderme interfolicular. Esta tem uma organização simples e proporciona uma 
boa introdução para a maneira pela qual os tecidos de um organismo adulto são renovados 
continuamente.
EPIDERME
Epiderme
Célula pigmentar (melanócito)
Queratinócitos
Fibroblasto Linfócito
Macrófago
Fibroblasto Fibra de colágeno
Fibra elástica
Nervos sensoriais
Vaso sanguíneo
(A) (B)
Tecido conectivo
frouxo da DERME
Tecido conectivo frouxo
da derme
Tecido conectivo
denso da DERME
Tecido conectivo denso
da derme
Tecido conectivo adiposo
da HIPODERME
Fibra de
colágeno
Mastó-
cito
Célula dendrítica
(célula de Langerhans) Célula endotelial
formando capilar
100 �m
Derme
Epiderme
Figura 23-1 Pele de mamífero. (A) Es-
tes esquemas mostram a arquitetura ce-
lular da pele grossa. (B) Fotomicrografia 
de um corte transversal da sola de um 
pé humano, corado com hematoxilina e 
eosina. A pele pode ser vista como um 
grande órgão composto de dois tecidos 
principais: a epiderme e o tecido conec-
tivo subjacente, que consiste na derme 
e na hipoderme. Cada tecido é compos-
to de vários tipos celulares diferentes. A 
derme e a hipoderme são ricamente su-
pridas com vasos sanguíneos e nervos. 
Algumas fibras nervosas se estendem 
para a epiderme.
Figura 23-2 Um folículo piloso e sua glândula sebácea associada. Estas estruturas formam-se como 
especializações da epiderme. O pelo cresce para cima a partir da papila na sua base. A glândula sebácea 
contém células carregadas de lipídeo, que é secretado para manter o pelo adequadamente lubrificado. 
A estrutura inteira sofre ciclos de crescimento, regressão (quando o pelo cai) e restabelecimento. Como o 
restante da epiderme, ele depende de células-tronco para seu crescimento e restabelecimento em cada 
ciclo. Um grupo importante de células-tronco (vermelho), capaz de dar origem tanto ao folículo piloso 
quanto à epiderme interfolicular, ocorre em uma região chamada de dilatação bulbosa (ou bulbar), logo 
abaixo da glândula sebácea.
Pelo
Papila dérmica
(tecido conectivo)
Epiderme
 Glândula
sebáceaHaste
do pelotecido
conectivo
Camada
basal
Células-tronco
na região
bulbar
Alberts_23.indd 1418Alberts_23.indd 1418 29.07.09 15:53:2629.07.09 15:53:26
Biologia Molecular da Célula 1419
As células da epiderme formam uma barreira impermeável 
estratificada
A epiderme interfolicular é um epitélio de múltiplas camadas (estratificado) composto em 
grande parte de queratinócitos (assim chamados porque sua atividade diferenciada carac-
terística é a síntese de proteínas de filamentos intermediários chamadas de queratinas, que 
dão à epiderme a sua resistência) (Figura 23-3). Estas células modificam seu aspecto de uma 
camada para a outra. Aquelas na camada mais interna, presas à uma lâmina basal subjacen-
te, são denominadas células basais e, normalmente, são somente elas que se dividem. Acima 
das células da camada basal, estão várias camadas de células espinhosas grandes (Figura 
23-4), cujos numerosos desmossomos – cada um deles sendo um local de ancoragem para 
grossos feixes de filamentos de queratina – são visíveis ao microscópio de luz exatamente 
como minúsculos espinhos ao redor da superfície da célula (por isso o nome célula espi-
nhosa). Acima das células espinhosas encontra-se o estrato granuloso, fino e com células de 
coloração escura intensa (ver Figura 23-3). É neste nível que as células estão unidas firme-
mente para formar uma barreira impermeável. Os camundongos que deixam de formar esta 
barreira em virtude de um defeito genético morrem por perda rápida de fluido logo após o 
nascimento, mesmo apesar de sua pele parecer normal em outros aspectos.
O estrato granuloso, com sua barreira ao movimento de água e de solutos, marca o limite 
entre a camada mais interna, metabolicamente ativa, e a camada mais externa da epiderme, 
que consiste em células mortas cujas organelas intracelulares desapareceram. Essas células 
mais externas estão reduzidas a escamas achatadas, ou células escamosas, densamente envol-
tas por queratina. As membranas plasmáticas tanto das células escamosas como das células 
mais externas do estrato granuloso estão reforçadas na sua superfície citoplasmática por uma 
camada fina (12 nm) e resistente de proteínas ligadas por intercruzamento, que incluem uma 
proteína citoplasmática chamada de involucrina. As próprias células escamosas normalmen-
te estão tão comprimidas e finas que é difícil distinguir seus limites ao microscópio de luz, 
mas, se mergulhadas em solução de hidróxido de sódio (ou um banho morno de imersão), 
aumentam um pouco de volume e, assim, seus contornos podem ser vistos (ver Figura 23-3).
D
ER
M
E
EP
ID
ER
M
E
30 �m
Célula basal passando para
a camada de células espinhosas
Célula basal em divisão
Tecido conectivo
da derme
Lâmina
basal
Camada de
células basais
Camada de
células
espinhosas
Camada de células
granulosas
Célula
pavimentosa
queratinizada
Célula escamosa
prestes a
descamar
da superfície
Filamentos de queratina
Desmossomos conectando
duas células
5 �m
Figura 23-3 A estrutura estratificada 
da epiderme vista em um camundon-
go. Os contornos das células escamo-
sas queratinizadas são revelados em-
bebendo-as em uma solução contendo 
hidróxido de sódio. O arranjo hexagonal 
altamente ordenado de colunas de 
células se entrelaçando mostrado aqui 
ocorre somente em alguns locais nos 
quais a epiderme é fina. Na pele huma-
na, as fileiras de células escamosas nor-
malmente são muitas vezes mais altas e 
menos regulares, e onde a pele é muito 
grossa as células em mitose são vistas 
não somente na camada basal, mas 
também nas primeiras poucas camadas 
de células acima dele. Além das células 
destinadas à queratinização, as cama-
das profundas da epiderme incluem um 
pequeno número de tipos de células di-
ferentes, como indicado na Figura 23-1, 
incluindo células dendríticas chamadas 
de células de Langerhans, derivadas da 
medula óssea; melanócitos (células pig-
mentares) derivados da crista neural; e 
células de Merkel, que estão associadas 
a terminações nervosas na epiderme.
Figura 23-4 Uma célula espinhosa. Este desenho, feito a partir de uma eletromicrografia de um corte da 
epiderme, mostra os feixes de filamentos de queratina que atravessam o citoplasma e estão inseridos nas 
junções do tipo desmossomo que unem a célula espinhosa (vermelho) às suas vizinhas. Os nutrientes e a 
água difundem-se livremente através dos espaços intercelulares nas camadas metabolicamente ativas da epi-
derme ocupadas pelas células espinhosas. Mais para fora, ao nível das células do estrato granuloso, há uma 
barreira impermeável que se considera ser criada por um material selante secretado pelas células do estrato 
granuloso. (De R. V. Krstić, Ultrastructure of the Mammalian Cell: an Atlas. Berlin: Springer-Verlag, 1979.)
Alberts_23.indd 1419Alberts_23.indd 1419 29.07.09 15:53:2729.07.09 15:53:27
1420 Alberts, Johnson, Lewis, Raff, Roberts & Walter
As células epidérmicas em diferenciação expressam uma sequência 
de genes diferentes à medida que amadurecem
Tendo descrito a imagem estática, vamos agora colocá-la em movimento e ver como a epi-
derme é continuamente renovada. Enquanto algumas células basais estão se dividindo, 
somando-se à população na camada basal, outras (suas irmãs ou primas) estão movendo-se 
para fora do estrato basal em direção ao estrato espinhoso, realizando a primeira etapa de 
sua jornada para o exterior. Quando atingem o estrato granuloso, as células começam a per-
der seu núcleo e suas organelas citoplasmáticas, por meio de um mecanismo de degradação 
que envolve ativação parcial da maquinaria de apoptose; desse modo, as células são trans-
formadas em células escamosas queratinizadas no estrato córneo. Por fim, elas descamam 
da superfície da pele (e tornam-se um dos principais constituintes da poeira doméstica). 
O tempo decorrido desde a produção de uma célula no estrato basal da pele humana até o 
momento de sua perda por descamação na superfície é de cerca de um mês, dependendo 
da região do corpo.
Como o novo queratinócito no estrato basal é transformado na célula escamosa nas ca-
madas mais externas (ver Figura 23-4), ele passa através de uma sucessão de estados dife-
rentes de expressão gênica, sintetizando uma sucessão de membros diferentes das proteínas 
da família queratina. Entretanto, outras proteínas características, como a involucrina, tam-
bém começam a ser sintetizadas como parte de um programa coordenado de diferenciação 
celular definitiva – o processo no qual uma célula precursora adquire suas características 
especializadas finais e, em geral, para permanentemente de se dividir. O programa inteiro é 
iniciado na camada basal. É aqui que os destinos das células são decididos.
Células-tronco na camada basal asseguram a renovação da epiderme
Os humanos renovam as camadas mais externas da sua epiderme milhares de vezes durante 
toda a vida. Na camada basal deve haver células que podem permanecer indiferenciadas 
e continuar dividindo-se durante toda vida, lançando continuamente descendentes que se 
comprometem com a diferenciação, deixam a camada basal e, por fim, são descamadas. O 
processo só pode ser mantido se a população de células basais está se autorrenovando. Por-
tanto, ele deve conter algumas células que produzam uma progênie mista, incluindo célu-
las-filhas que permanecem indiferenciadas como suas mães, e células-filhas que se diferen-
ciam. As células com esta propriedade são chamadas de células-tronco. Elas têm um papel 
tão importante em uma grande variedade de tecidos que é útil fazer uma definição formal.
As propriedades que definem uma célula-tronco são as seguintes:
 1. Ela própria não está diferenciada definitivamente (isto é, ela não está no final de 
uma via de diferenciação).
 2. Ela pode se dividir sem limite (ou ao menos durante o tempo de vida de um animal).
 3. Quando sedivide, cada célula-filha tem uma alternativa: pode permanecer como 
uma célula-tronco, ou pode começar um caminho que a compromete com a dife-
renciação definitiva (Figura 23-5).
Células-tronco são necessárias onde quer que haja uma necessidade frequente de repor 
células diferenciadas que não possam se dividir por si próprias. Parte da definição diz que a 
própria célula-tronco deve ser capaz de se dividir. Porém deve-se observar que não necessa-
riamente ela deva ser capaz de se dividir rapidamente; de fato, as células-tronco se dividem 
normalmente em uma taxa relativamente lenta.
A necessidade por células-tronco surge em muitos tecidos diferentes. Dessa maneira, 
as células-tronco são de muitos tipos, especializadas para gerar diferentes classes de células 
diferenciadas definitivamente – células-tronco epidérmicas para a epiderme, células-tronco 
intestinais para o epitélio do intestino, células-tronco hemopoiéticas para o sangue, e assim 
por diante. Contudo, cada sistema de célula-tronco levanta questões fundamentais seme-
lhantes. Quais são as características que distinguem a célula-tronco em níveis moleculares? 
Célula-tronco
Célula
diferenciada
definitivamente
A
U
TO
RR
EN
O
VA
Ç
Ã
O
Figura 23-5 A definição de uma célula-tronco. Cada célula-filha produzida 
quando uma célula-tronco se divide pode permanecer como uma célula-
tronco, ou pode vir a tornar-se diferenciada definitivamente. Em muitos 
casos, a célula-filha que opta pela diferenciação definitiva é submetida a 
divisões celulares adicionais antes de a diferenciação definitiva estar com-
pletada.
Alberts_23.indd 1420Alberts_23.indd 1420 29.07.09 15:53:2729.07.09 15:53:27
Biologia Molecular da Célula 1421
Que fatores determinam se ela se divide ou permanece latente? O que define se uma deter-
minada célula-filha se compromete com a diferenciação ou permanece como uma célula-
-tronco? E quando a célula-tronco pode dar origem a mais de um tipo de célula diferenciada 
– como muitas vezes é o caso – o que determina qual a via de diferenciação que é seguida?
As duas células-filhas de uma célula-tronco não têm sempre
que se tornar diferentes
Em uma condição estável, para manter uma população estável de células-tronco, precisa-
mente 50% das células-filhas de células-tronco em cada geração celular devem permanecer 
como células-tronco. Em princípio, isto pode ser realizado de duas maneiras – por meio de 
assimetria do ambiente ou por meio de assimetria da divisão (Figura 23-6). Na primeira es-
tratégia, a divisão de uma célula-tronco poderia produzir duas células-filhas inicialmente 
semelhantes, cujos destinos seriam dirigidos, subsequentemente, por seu ambiente ou por 
algum processo aleatório com uma probabilidade adequadamente controlada pelo ambien-
te; 50% da população de células-filhas permaneceria como células-tronco, mas as duas filhas 
de uma determinada célula-tronco na população poderiam frequentemente ter o mesmo 
destino. No extremo oposto, a divisão da célula-tronco poderia ser sempre rigorosamente 
assimétrica, produzindo uma célula-filha que herda a qualidade de célula-tronco e outra 
que herda os fatores que a forçam a entrar em diferenciação. Os neuroblastos do sistema 
nervoso central da Drosophila, discutidos no Capítulo 22, são um exemplo de células que 
apresentam este tipo de assimetria da divisão. No entanto, esta estratégia na sua forma estri-
ta tem uma desvantagem: significa que as células-tronco existentes podem jamais aumentar 
seu número, e qualquer perda de células-tronco é irreparável, a menos por recrutamento 
de algum outro tipo de célula para tornar-se uma célula-tronco. A estratégia de controle por 
assimetria do ambiente é mais flexível.
Na verdade, se um pedaço de epiderme é destruído, a lesão é reparada pelas células epi-
dérmicas vizinhas que migram e proliferam para cobrir a área descoberta. Neste processo, 
um novo pedaço de epiderme que se autorrenova é formado, implicando que células-tronco 
adicionais têm que ser produzidas para suprir as que foram perdidas. Estas devem ter sido 
produzidas por divisões simétricas nas quais uma célula-tronco dá origem a duas. Dessa ma-
neira, a população de células-tronco regula seu número para ajustar-se ao nicho disponível.
Observações como essas sugerem que a manutenção do caráter de célula-tronco na 
epiderme pode ser controlado por contato com a lâmina basal, com uma perda de contato 
desencadeando o início da diferenciação definitiva, e a manutenção do contato servindo 
para preservar o potencial de célula-tronco. Esta ideia contém uma certa verdade, mas não é 
inteiramente verdadeira. Como explicaremos a seguir, nem todas as células na camada basal 
têm a capacidade para servir como células-tronco.
Figura 23-6 Duas maneiras para uma 
célula-tronco produzir células-filhas 
com destinos diferentes. Na estratégia 
com base em assimetria do ambiente, 
as células-filhas da célula-tronco são 
inicialmente semelhantes e são dire-
cionadas em vias diferentes, de acordo 
com as influências do ambiente que 
atuam sobre elas, após terem sido ge-
radas. O ambiente é mostrado como 
sombreamento colorido em torno da 
célula. Com esta estratégia, o número 
de células-tronco pode ser aumentado 
ou reduzido para ajustar-se ao nicho 
disponível para elas. Na estratégia com 
base na assimetria da divisão, a célula-
-tronco tem uma assimetria interna e 
se divide de tal maneira que suas duas 
filhas já estão dotadas de determinan-
tes diferentes no momento em que são 
produzidas. Em alguns casos, a escolha 
entre destinos alternativos pode ser 
feita ao acaso para cada célula-filha, 
mas com uma probabilidade definida, 
como um “cara ou coroa”, refletindo a 
aleatoriedade intrínseca ou “ruído” em 
todos os sistemas de controle genético 
(discutido no Capítulo 7).
Assimetria da divisão
Célula
diferenciada
definitivamente
Assimetria do ambiente
Célula
diferenciada
definitivamente
Alberts_23.indd 1421Alberts_23.indd 1421 29.07.09 15:53:2729.07.09 15:53:27
1422 Alberts, Johnson, Lewis, Raff, Roberts & Walter
A camada basal contém tanto células-tronco como células 
amplificadoras transitórias
Os queratinócitos basais podem ser dissociados da epiderme intacta e proliferar em placas 
de cultivo, dando origem a novas células basais e a células diferenciadas definitivas. Mes-
mo dentro de uma população de queratinócitos basais em cultivo na qual todos parecem 
indiferenciados, há grande variação na habilidade de proliferar. Quando queratinócitos hu-
manos são tomados um a um e testados quanto a sua habilidade em formar novas colônias, 
alguns parecem ser totalmente incapazes de se dividir, outros passam somente por alguns 
poucos ciclos de divisão celular e depois param, e outros ainda se dividem por um número 
de vezes suficiente para formar grandes colônias. Este potencial proliferativo correlaciona-
se diretamente com a expressão da subunidade �1 da integrina, a qual ajuda a mediar a 
adesão à lâmina basal. Grupos de células com altos níveis dessa molécula são encontrados 
também na camada basal da epiderme humana intacta e considera-se que sejam formados 
por células-tronco (Figura 23-7). Ainda não temos marcadores definitivos para as próprias 
células-tronco, e falaremos mais sobre eles nas próximas seções do capítulo.
Paradoxalmente, muitas senão todas as células da epiderme que dão origem a grandes 
colônias em cultivo parecem ser células que, elas próprias, em geral raramente dividem-se. 
Uma linha de evidências surgiu de experimentos em que um pulso de bromodesoxiuridina 
(BrdU), um análogo da timidina, é dado a animais jovens, nos quais a epiderme está cres-
cendo rapidamente, ou a animais maduros após uma lesão que provoca reparo rápido. En-
tão, espera-se por muitos dias ou semanas antes da fixação do tecido e a coloração com um 
anticorpo que reconheça o DNAno qual a BrdU tenha sido incorporada. A BrdU é captada 
por qualquer célula que esteja em fase S do ciclo de divisão no momento inicial do pul-
so. Como é esperado que a BrdU seja diluída à metade a cada divisão celular subsequente, 
quaisquer células que permaneçam marcadas fortemente no momento da fixação são con-
sideradas como tendo sofrido poucas ou nenhuma divisões desde a replicação de seu DNA 
no momento do pulso. Tais células que conservam marcação podem ser vistas entre células 
não-marcadas ou levemente marcadas na cama da basal da epiderme mesmo após um pe-
ríodo de vários meses, e são vistas em grande número em folículos pilosos, em uma região 
chamada de dilatação bulbosa ou bulbar (ver Figura 23-2). Procedimentos de marcação en-
genhosos indicam que as células que conservam marcação, ao menos no folículo piloso, são 
na verdade células-tronco: quando um novo ciclo de crescimento do pelo inicia após um 
pelo velho ter sido perdido, as células que conservam marcação na dilatação bulbar final-
mente se dividem e contribuem com as células que vão formar o folículo piloso regenerado. 
Diferenciação
definitiva
Diferenciação
definitiva
Células amplificadoras
transitórias
Célula em diferenciação
Células-
tronco
Tecido conectivo da derme
EP
ID
ER
M
E
D
ER
M
E
Figura 23-7 A distribuição de células-
-tronco na epiderme humana e o 
padrão de produção de células epi-
dérmicas. O esquema tem como base 
amostras nas quais a localização das 
células-tronco foi identificada por colo-
ração para �1 integrina, e a das células 
diferenciadas, por coloração para quera-
tina-10, um marcador de diferenciação 
de queratinócitos; as células em divisão 
foram identificadas por marcação com 
BrdU, um análogo da timidina que é in-
corporado em células na fase S do ciclo 
de divisão celular. As células-tronco pa-
recem estar agrupadas perto das pontas 
das papilas dérmicas. Elas raramente 
dividem-se, dando origem (por um mo-
vimento lateral) a células amplificadoras 
transitórias, que ocupam as regiões en-
tre elas. As células amplificadoras transi-
tórias dividem-se frequentemente, mas 
por um número limitado de ciclos de 
divisão, ao fim do qual elas começam a 
se diferenciar e deixam a camada basal. 
A distribuição precisa das células-tronco 
e das células amplificadoras transitórias 
varia de uma região da epiderme para 
outra. (Adaptada de S. Lowell et al., Curr. 
Biol. 10:491-500, 2000. Com permissão 
de Elsevier.)
Alberts_23.indd 1422Alberts_23.indd 1422 29.07.09 15:53:2729.07.09 15:53:27
Biologia Molecular da Célula 1423
Embora não esteja certo que todas as células do folículo piloso tenham este caráter de con-
servar marcação, algumas claramente o têm, e o mesmo parece ser verdade para as células-
-tronco na epiderme interfolicular. Além disso, as células basais que expressam integrina �1 
em níveis altos – as células que podem dar origem a grandes colônias em cultivo – raramente 
são vistas se dividindo.
Misturadas a estas células há outras que se dividem mais frequentemente – mas apenas 
por um número limitado de ciclos de divisão, depois dos quais elas deixam a camada basal e 
se diferenciam. Estas últimas células são chamadas de células amplificadoras transitórias – 
“transitórias” porque estão em trânsito entre o caráter célula-tronco e o caráter diferenciado; 
“amplificadoras” porque os ciclos de divisão pelos quais elas passam têm o efeito de ampli-
ficar o número da progênie diferenciada que resulta de uma única divisão de célula-tronco 
(Figura 23-8). Desta forma, uma população pequena de células-tronco que se divide apenas 
raramente pode produzir um suprimento abundante de células diferenciadas novas.
Divisões amplificadoras transitórias são parte da estratégia
de controle do crescimento
Células amplificadoras transitórias são uma característica comum nos sistemas de células-
-tronco. Isso significa que na maioria destes sistemas há poucas células-tronco verdadeiras e 
elas estão misturadas com um número muito maior de células da progênie que têm apenas 
uma capacidade limitada para se dividir. Como discutido no Capítulo 20, o mesmo parece ser 
verdadeiro não apenas para a autorrenovação normal de tecidos, mas também para muitos 
cânceres, onde apenas poucas células na população celular do tumor são capazes de servir 
como células-tronco tumorais. Por que aconteceria isto? Há várias respostas possíveis, mas 
uma parte da explicação provavelmente encontra-se na estratégia pela qual animais multice-
lulares grandes (como os mamíferos) controlam os tamanhos de suas populações celulares.
As proporções das partes do corpo geralmente são determinadas precocemente, du-
rante o desenvolvimento, por meio de sinais que agem sobre distâncias do diâmetro de no 
máximo poucas centenas de células: para cada órgão ou tecido, um rudimento pequeno ou 
uma população de células colonizadoras é delimitado desta maneira. As populações de cé-
lulas colonizadoras então devem crescer, mas – ao menos em mamíferos – apenas até certo 
limite definido, no ponto em que elas devem parar.
Uma maneira de deter o crescimento em um certo tamanho é por sinais de feedback 
(retroalimentação) que agem sobre distâncias muito longas no organismo maduro; veremos 
que tais sinais, na verdade, desempenham um papel importante no controle do crescimento 
de pelo menos alguns tecidos. Outra estratégia, no entanto, é dotar cada célula colonizadora 
Figura 23-8 Células amplificadoras 
transitórias. As células-tronco em 
muitos tecidos se dividem apenas rara-
mente, mas dão origem a células am-
plificadoras transitórias – células-filhas 
comprometidas com a diferenciação, 
que passam por uma série limitada de 
divisões mais rápidas antes que comple-
tem o processo. No exemplo mostrado 
aqui, cada divisão de célula-tronco dá 
origem à progênie de oito células dife-
renciadas definitivamente.
Célula-tronco
Células
diferenciadas
definitivamente
Célula
amplificadora
transitória
comprometida
Alberts_23.indd 1423Alberts_23.indd 1423 29.07.09 15:53:2729.07.09 15:53:27
1424 Alberts, Johnson, Lewis, Raff, Roberts & Walter
com um programa interno que ordena que ela deva dividir-se um número limitado de vezes 
e, então, parar. Desta maneira, sinais de alcance curto durante o desenvolvimento podem 
definir o tamanho de estruturas que ao final são grandes (Figura 23-9). Contudo, se esta é 
a estratégia, como o tecido adulto pode ser renovado continuamente? Uma solução é espe-
cificar as células colonizadoras como células-tronco, capazes de continuar dividindo-se in-
definidamente, mas produzindo a cada divisão uma célula-filha que permanece como uma 
célula-tronco e uma que é programada para passar por um número limitado de divisões 
amplificadoras transitórias e, então, parar.
Este certamente é um relato muito simples e incompleto do controle do crescimento e 
da renovação de tecido, mas ajuda a explicar por que células que estão programadas para 
sofrer sequências longas de divisões celulares e, então, parar são uma característica tão co-
mum de desenvolvimento animal e por que a renovação de tecido por meio de células-tron-
co envolve tão frequentemente divisões amplificadoras transitórias.
As células-tronco de alguns tecidos conservam seletivamente
as fitas originais do DNA
As células-tronco em muitos tecidos parecem ser células que conservam marcação. Como ex-
plicado anteriormente, isto em geral tem sido pressuposto porque, tendo incorporado um mar-
cador como a BrdU em seu DNA durante um período de exposição a ela, as células-tronco ra-
ramente se dividem, de maneira que a marcação é diluída lentamente apenas por nova síntese 
de DNA. Entretanto, há outra interpretação possível: independentemente de elas dividirem-se 
rápida ou lentamente, as células-tronco podem segregar suas fitas de DNA assimetricamente, de 
tal maneiraque em cada divisão, e para cada cromossomo, a fita de DNA específica que foi mar-
cada originalmente é conservada na célula-filha que permanece como uma célula-tronco. Essa 
fita original provavelmente deveria ter adquirido algum tipo de marca especial, designando-a 
como uma fita célula-tronco e assegurando que ela segregasse assimetricamente, na célula-
-filha que permanece uma célula-tronco (ver Figura 23-6), juntamente com todas as fitas de 
DNA marcadas de forma semelhante dos outros cromossomos; dessa forma, as fitas mais ve-
lhas marcadas seriam conservadas nas células-tronco de geração celular para geração celular. 
A marca poderia, por exemplo, ganhar a forma de alguma proteína especial do cinetocoro que 
permanece associada à fita de DNA mais velha no centrômero de cada cromossomo durante a 
replicação do DNA e, então, compromete-se com alguma assimetria no fuso mitótico a fim de 
que a célula-tronco filha receba todos os cromossomos-filhos que carregam a marca. Em cada 
geração de células-tronco, as mesmas fitas de DNA marcadas originais serviriam, então, como 
modelos para a produção dos conjuntos novos de fitas de DNA a serem despachados para as 
células amplificadoras transitórias na geração seguinte (Figura 23-10).
Esta hipótese da “fita imortal” pode parecer difícil de se acreditar, dado que nenhum 
mecanismo foi identificado ainda para tal marcação e segregação de fitas de DNA individuais. 
Contudo, há evidências crescentes sugerindo que a hipótese da fita imortal está correta. O 
músculo (descrito mais adiante neste capítulo) proporciona um exemplo. Quando a BrdU é 
Sinais de alcance curto
determinam populações
de células-tronco
colonizadoras durante
o desenvolvimento
Populações de células-tronco colonizadoras permanecem
pequenas; divisões amplificadoras transitórias as levam
a gerar e renovar uma estrutura adulta grande
Figura 23-9 Uma maneira para definir 
o tamanho de um órgão grande. No 
embrião, sinais de alcance curto de-
terminam grupos pequenos de células 
como colonizadoras de populações 
celulares diferentes. Cada colonizado-
ra pode, então, ser programada para 
dividir-se um certo número de vezes, 
dando origem a um grande conjunto de 
células no adulto. Se o órgão adulto está 
sendo renovado enquanto mantém seu 
tamanho adequado, as colonizadoras 
podem ser programadas para dividi-
rem-se como células-tronco, dando ori-
gem em cada divisão, em média, a uma 
célula-filha que permanece como uma 
célula-tronco e outra que é programada 
para passar por um número fixo de divi-
sões amplificadoras transitórias.
Alberts_23.indd 1424Alberts_23.indd 1424 29.07.09 15:53:2829.07.09 15:53:28
Biologia Molecular da Célula 1425
fornecida durante um período de produção de células-tronco musculares e o destino subse-
quente das células é seguido à medida que elas dividem-se e proliferam, é possível detectar 
pequenos clones de células, ou pares de células-filhas, dentro dos quais toda a marcação com 
BrdU está concentrada em uma única célula, embora todas as células compartilhem a mesma 
origem comum de uma célula ancestral única que absorveu inicialmente a marcação. Obser-
vações semelhantes têm sido apresentadas em estudos de outros tipos de células-tronco e, 
significativamente, este comportamento não tem sido observado em populações celulares 
que não contêm células-tronco. A hipótese da fita imortal não explicaria apenas por que as 
células-tronco conservam indefinidamente o DNA marcado, mas implicaria também que a 
divisão assimétrica é uma propriedade fundamental de célula-tronco, com a consequência 
de que qualquer aumento no número de células-tronco deve necessitar de condições espe-
ciais para conferir a marca de imortalidade às fitas de DNA adicionais sintetizadas novamen-
te. A hipótese da fita imortal foi proposta originalmente nos anos de 1970 como um mecanis-
mo para as células-tronco evitarem o acúmulo de mutações promotoras de câncer durante a 
replicação do DNA. A redução do risco de câncer poderia ser um de seus benefícios.
A taxa de divisão de células-tronco pode aumentar dramaticamente 
quando células novas são necessárias com urgência
Qualquer que possa ser o mecanismo de manutenção das células-tronco, a utilização de di-
visões amplificadoras transitórias traz vários benefícios. Primeiro, significa que o número de 
células-tronco pode ser pequeno e sua taxa de divisão pode ser baixa, mesmo quando células 
diferenciadas definitivas têm de ser produzidas rapidamente em grande número. Isso reduz a 
carga cumulativa de dano genético, uma vez que a maioria das mutações ocorre no decorrer 
da replicação de DNA e da mitose, e mutações que ocorrem em células que não são células-
-tronco são eliminadas no processo de renovação do tecido. Assim, a probabilidade de câncer 
é reduzida. Se a hipótese da fita imortal estiver correta, de maneira que células-tronco sem-
pre conservam as fitas de DNA modelo “imortais” originais, o risco é ainda mais reduzido, 
uma vez que a maioria dos erros de sequências introduzidos durante a replicação do DNA 
ocorrerá nas fitas novas sintetizadas, as quais as células-tronco finalmente descartam.
Segundo, e talvez mais importante, uma taxa de divisão baixa de células-tronco em 
circunstâncias normais permite um aumento dramático quando há uma necessidade 
urgente – por exemplo, a reparação de uma ferida. Então, as células-tronco podem ser 
Coloração para DNA
Marcação BrdU
10 �m
(A) (B) (C)
Fitas de DNA
“imortais” marcadas
Fitas de DNA
“imortais” marcadas
REPLICAÇÃO DO DNA
DIVISÃO
ASSIMÉTRICA
Todas as cromátides que
herdam fitas marcadas
se juntam através de seus
cinetocoros ao mesmo
polo do fuso.
Células (comprometidas)
amplificadoras transitórias
Célula-
-tronco
Célula-
tronco
Célula-
-tronco
Figura 23-10 A hipótese da fita imor-
tal. (A) Evidência experimental. Aqui, 
células-tronco de músculo esquelético 
(membros da população de célula saté-
lite de músculo, discutido mais adiante 
neste capítulo) foram colocadas em 
cultivo e mantidas durante quatro dias 
para que se dividissem, em presença 
de BrdU para marcar as novas fitas de 
DNA sintetizadas. Então, as células foram 
mantidas em cultivo por um dia para se 
dividirem na ausência de BrdU. As foto-
grafias mostram um par de células-filhas 
no final deste processo: uma herdou 
BrdU, a outra não. Isto implica em que 
os cromossomos-filhos carregando fitas 
de DNA sintetizadas durante as divisões 
celulares que ocorreram na presença 
de BrdU foram todos herdados por uma 
célula, enquanto aqueles carregando 
apenas fitas de DNA preexistentes ou 
sintetizadas subsequentemente foram 
herdados pela outra. Este fenômeno, 
no qual fitas de DNA velhas e novas são 
distribuídas assimetricamente para cé-
lulas-filhas diferentes, é visto apenas em 
populações celulares que incluem célu-
las-tronco. (B) O padrão de herança de fi-
tas de DNA em células-tronco de acordo 
com a hipótese da fita imortal. Uma fita 
em cada cromossomo na célula-tronco 
é marcada de alguma forma como a fita 
imortal, sendo conservada pela célula-
tronco filha. (C) Esta fita de DNA original 
permanece disponível durante todas as 
gerações de células-tronco subsequen-
tes como um modelo para a produção 
de cromossomos de células amplifi-
cadoras transitórias. (A, de V. Shinin, B. 
Gayraud-Morel, D. Gomès e S. Tajbakhsh, 
Nat. Cell Biol. 8:677-687, 2006. Com per-
missão de Macmillan Publishers Ltd.)
Alberts_23.indd 1425Alberts_23.indd 1425 29.07.09 15:53:2829.07.09 15:53:28
1426 Alberts, Johnson, Lewis, Raff, Roberts & Walter
estimuladas a dividir rapidamente, e os ciclos de divisão adicionais podem tanto ampliar 
o estoque de células-tronco quanto aumentar abruptamente a produção de células com-
prometidas com a diferenciação definitiva. Dessa forma, por exemplo, quando um peda-
ço de pele compelos é cortado, as células-tronco que se dividem lentamente na região 
bulbosa dos folículos pilosos que sobreviveram próximo à ferida são submetidas a uma 
proliferação rápida, e algumas células de sua progênie saem como células-tronco novas 
para formar uma epiderme inter-folicular sadia para cobrir o pedaço ferido da superfície 
do corpo.
A interação de muitos sinais dirige a renovação da epiderme
A renovação celular na epiderme parece um caso simples à primeira vista, mas a simplici-
dade é ilusória. Há muitos pontos no processo que têm que ser controlados de acordo com 
as circunstâncias: a taxa de divisão das células-tronco; a probabilidade de que uma célula-
-tronco filha permanecerá como célula-tronco; o número de divisões celulares das células 
amplificadoras transitórias; o momento de saída da camada basal e o tempo que a célula 
leva para completar seu programa de diferenciação e ser descamada da superfície. A regula-
ção dessas etapas deve possibilitar que a epiderme responda à abrasão, tornando-se grossa 
e calosa, e que repare a si própria, quando ferida. Em regiões especializadas da epiderme, 
como aquelas que formam os folículos pilosos, com seus próprios subtipos especializados 
de células-tronco, mais controles ainda são necessários para organizar o padrão local.
Cada um dos pontos de controle tem sua própria importância, e uma grande quantida-
de de sinais moleculares é necessária para regular a todos, de modo a manter a superfície 
do corpo sempre adequadamente coberta. Como sugerimos anteriormente, uma influência 
importante é o contato com a lâmina basal, sinalizado através de integrinas na membrana 
plasmática das células. Se os queratinócitos basais cultivados são mantidos em suspensão, 
em vez de permitir-se que se apoiem e se prendam ao fundo da placa de cultivo, todos pa-
ram de se dividir e se diferenciam. Para permanecer como uma célula-tronco epidérmica, 
aparentemente é necessário (embora não seja o suficiente) que ela esteja ligada à lâmina 
basal ou à outra matriz extracelular. Esta necessidade ajuda a assegurar que o tamanho da 
população de células-tronco não aumente sem limites. Caso se aglomerem fora de seu nicho 
normal sobre a lâmina basal, as células perdem sua qualidade de célula-tronco. Quando esta 
regra é quebrada, como em alguns cânceres, o resultado pode ser um tumor de crescimento 
constante.
A maioria dos outros mecanismos de comunicação celular descritos no Capítulo 15 
também está envolvida no controle da renovação da epiderme, na sinalização entre as célu-
las dentro da epiderme ou na sinalização entre a epiderme e a derme. As vias de sinalização 
EGF, FGF, Wnt, Hedgehog, Notch, BMP/TGF� e integrina estão envolvidas (e veremos que o 
mesmo é verdade em muitos outros tecidos). A superativação da via Hedgehog, por exem-
plo, pode fazer com que as células da epiderme entrem em divisão após terem deixado a ca-
mada basal, e mutações em componentes desta via são responsáveis por muitos cânceres de 
epiderme. Ao mesmo tempo, a sinalização Hedgehog ajuda a orientar a escolha do caminho 
de diferenciação: uma falta de sinalização Hedgehog leva à perda de glândulas sebáceas, 
enquanto um excesso pode fazer com que glândulas sebáceas se desenvolvam em regiões 
onde elas nunca se formariam normalmente. De maneira semelhante, a perda da sinaliza-
ção Wnt leva à falha no desenvolvimento do folículo piloso, enquanto a ativação excessiva 
desta via faz com que folículos pilosos extras se formem e cresçam excessivamente até que 
deem origem a tumores.
A sinalização Notch, ao contrário, parece limitar o tamanho da população de células-
-tronco, inibindo células-tronco próximas a permanecerem como células-tronco e fazendo 
com que elas se tornem células amplificadoras transitórias. A TGF� tem uma função-chave 
em sinalização para a derme durante o reparo de ferimentos na pele, promovendo a forma-
ção de tecido cicatricial rico em colágeno. As funções individuais precisas de todos os vários 
mecanismos de sinalização na epiderme estão apenas começando a ser desvendadas.
A glândula mamária sofre ciclos de desenvolvimento e de regressão
Em regiões especializadas da superfície do corpo, vários outros tipos de células desenvol-
vem-se a partir da epiderme embrionária. Particularmente, secreções como suor, lágrimas, 
Alberts_23.indd 1426Alberts_23.indd 1426 29.07.09 15:53:2829.07.09 15:53:28
Biologia Molecular da Célula 1427
saliva e leite são produzidas por células segregadas em glândulas situadas mais profunda-
mente que se originam como invaginações da epiderme. Essas estruturas epiteliais têm fun-
ções e padrões de regeneração bastante diferentes daqueles das regiões queratinizadas.
As glândulas mamárias são os maiores e mais notáveis desses órgãos secretores. Elas 
são a característica que define os mamíferos e são um assunto importante por muitos mo-
tivos: não servem apenas para o sustento de bebês e atração do sexo oposto, mas também 
como a base para uma grande indústria – a indústria leiteira – e como o local de algumas das 
formas mais comuns de câncer. O tecido mamário ilustra de forma dramática que os proces-
sos de desenvolvimento continuam no organismo adulto, mostrando também como a morte 
celular por apoptose permite ciclos de crescimento e regressão.
A produção de leite deve ser ativada quando um bebê nasce e desligada quando o bebê 
é desmamado. Durante a gestação, as células produtoras da fábrica de leite são produzidas; 
no desmame, elas são destruídas. Uma glândula mamária adulta “em repouso” consiste em 
sistemas de ductos ramificados imersos em tecido conectivo adiposo; esta é a futura rede 
de tubos que conduzirá o leite até o mamilo. Os ductos são revestidos com um epitélio que 
inclui células-tronco mamárias. Estas células-tronco podem ser identificadas por um teste 
funcional, no qual as células do tecido mamário são dissociadas, selecionadas de acordo 
com os marcadores de superfície celular que elas expressam e transplantadas de volta para 
um tecido hospedeiro adequado (um bloco de gordura mamária). Este ensaio revela que um 
subgrupo pequeno do total de células epiteliais tem o potencial de célula-tronco. Uma úni-
ca destas células, estimada em cerca de uma em 5.000 da população epitelial mamária to-
tal, mas mais concentrada dentro de uma população que expressa certos marcadores, pode 
proliferar indefinidamente e dar origem a uma glândula mamária completa com todos os 
seus tipos celulares epiteliais. Esta glândula reconstituída é capaz de prosseguir pelo pro-
grama de diferenciação completo necessário à produção de leite. Na primeira etapa que leva 
à produção do leite, os hormônios esteroides que circulam durante a gestação (estrógeno e 
progesterona) promovem a proliferação das células do ducto, aumentando seu número em 
várias centenas de vezes. Em um processo que depende da ativação local da via Wnt, as re-
giões terminais dos ductos crescem e se ramificam, formando pequenas bolsas dilatadas, ou 
Glândula virgem
ou em repouso
Gestação
Lactação
Ducto
(A)
Alvéolos dilatados
com leite
Célula
alveolar
(B)
Célula
mioepitelial
Aparelho
de Golgi
Lâmina basal
Processos das
células mioepiteliais 10 �m
(C)
Leite liberado dentro
do ducto
Grânulo secretor de
proteína do leite
Gotícula de
gordura
do leite
Figura 23-11 A glândula mamária. (A) 
O crescimento dos alvéolos a partir dos 
ductos da glândula mamária durante 
a gestação e a lactação. Somente uma 
parte pequena da glândula é mostrada. 
A glândula “em repouso” contém uma 
quantidade pequena de tecido glandu-
lar inativo imerso em uma grande quan-
tidade de tecido conectivo adiposo. 
Durante a gestação ocorre uma enorme 
proliferação do tecido glandular às 
custas do tecido conectivo adiposo, 
com as porções secretoras da glândula 
se desenvolvendo preferencialmente 
para criar alvéolos. (B) Um dosalvéolos 
secretores de leite com a rede de células 
mioepiteliais contráteis (verde) envol-
vendo-o (ver também Figura 23-47E). 
(C) Um único tipo de célula alveolar 
secretora produz tanto as proteínas 
como a gordura do leite. As proteínas 
são secretadas da maneira normal 
por exocitose, enquanto a gordura é 
liberada como gotículas envolvidas por 
membrana plasmática que se destacam 
da célula. (B, após R. Krstić, Die Gewebe 
des Menschen und der Säugetiere. Ber-
lin: Springer-Verlag, 1978; C, de D.W. Fa-
wcett, A Textbook of Histology, 12th ed. 
New York: Chapman and Hall, 1994.)
Alberts_23.indd 1427Alberts_23.indd 1427 29.07.09 15:53:2829.07.09 15:53:28
1428 Alberts, Johnson, Lewis, Raff, Roberts & Walter
alvéolos, contendo células secretoras (Figura 23-11). A secreção do leite começa somente 
quando estas células são estimuladas pela combinação de diferentes hormônios circulan-
tes no sangue da mãe após o nascimento do bebê, especialmente a prolactina da glândula 
hipófise (ou pituitária). A prolactina liga-se a receptores sobre a superfície das células epi-
teliais mamárias e, por isso, ativa uma via que ativa a expressão de genes de proteínas do 
leite. Como na epiderme, sinais da matriz extracelular, mediados por integrinas, também são 
essenciais: as células produtoras de leite só podem responder à prolactina se elas também 
estiverem em contato com a lâmina basal. Um outro nível de controle hormonal comanda a 
real ejeção do leite da mama: o estímulo de sucção faz com que as células do hipotálamo (no 
cérebro) liberem o hormônio ocitocina, que percorre a corrente sanguínea para agir sobre 
células mioepiteliais. Estas células musculares se originam da mesma população precursora 
epitelial das células secretoras da mama e têm uma teia de processos longos que envolvem 
os alvéolos. Em resposta à ocitocina, elas contraem, esguichando o leite dos alvéolos para 
dentro dos ductos.
Por fim, quando o bebê é desmamado e a amamentação cessa, as células secretoras 
morrem por apoptose, e a maior parte dos alvéolos desaparece. Rapidamente, os macrófa-
gos fagocitam as células mortas, metaloproteinases da matriz degradam a matriz extrace-
lular excedente e a glândula reverte ao seu estado de repouso. Esta finalização da lactação 
parece ser induzida pelo acúmulo de leite, ao invés de por um mecanismo hormonal. Se 
um grupo de ductos mamários é obstruído de modo que nenhum leite possa ser expelido, 
as células secretoras que o abastecem cometem suicídio em massa por apoptose, enquanto 
outras regiões da glândula sobrevivem e continuam a funcionar. A apoptose é desencadeada 
por uma combinação complexa de fatores que se acumulam onde a secreção de leite está 
bloqueada.
A divisão celular na glândula mamária em crescimento é regulada não somente por 
hormônios, mas também por sinais locais que passam entre as células dentro do epitélio 
e entre as células epiteliais e o tecido conectivo, ou estroma, no qual as células epiteliais 
estão infiltradas. Todos os sinais listados anteriormente como importantes no controle da 
renovação celular na epiderme também estão implicados em eventos que os controlam na 
glândula mamária. Novamente, os sinais liberados via integrinas desempenham um papel 
crucial: privadas das adesões de lâmina basal que ativam a sinalização por integrinas, as 
células epiteliais deixam de responder normalmente aos sinais hormonais. As falhas nesses 
sistemas de controle interativos são a base de algumas das formas mais comuns de câncer, e 
precisamos entendê-las melhor.
Resumo
A pele consiste em um tecido conectivo resistente, a derme, revestido por um epitélio estratificado 
impermeável, a epiderme. A epiderme é continuamente renovada a partir de células-tronco, com 
um tempo de renovação, em humanos, de cerca de um mês. Por definição, as células-tronco não 
estão diferenciadas definitivamente e têm a capacidade de se dividir ao longo do tempo de vida do 
organismo, produzindo algumas células-filhas que se diferenciam e outras que permanecem como 
células-tronco. As células-tronco da epiderme encontram-se na camada basal, presas à lâmina ba-
sal; sob condições normais, sua taxa de divisão é baixa. A progênie que se torna comprometida com 
a diferenciação passa por várias divisões amplificadoras transitórias rápidas na camada basal e, 
então, para de se dividir e desloca-se em direção à superfície da pele. Essas células diferenciam-se 
progressivamente, trocando da expressão de um grupo de queratinas para a expressão de outras até 
que, finalmente, seus núcleos degeneram, produzindo uma camada externa de células queratiniza-
das mortas que são continuamente descamadas da superfície.
O destino das filhas de uma célula-tronco é controlado por interações com a lâmina basal, me-
diadas por integrinas e por sinais das células vizinhas. Alguns tipos de células-tronco também po-
dem ser programados internamente para se dividir assimetricamente de maneira a criar uma filha 
com característica de célula-tronco e uma filha comprometida com a diferenciação final; isso pode 
envolver segregação seletiva de fitas de DNA modelo “imortais” originais dentro da célula-tronco fi-
lha. Entretanto, os controles ambientais permitem que duas células-tronco sejam produzidas a partir 
de uma durante processos de reparo de ferimentos e podem desencadear etapas de aumentos na taxa 
de divisão de células-tronco. Fatores como as proteínas-sinal Wnt e Hedgehog regulam não somente 
a taxa de proliferação celular de acordo com o necessário, mas também podem dirigir a especializa-
Alberts_23.indd 1428Alberts_23.indd 1428 29.07.09 15:53:2929.07.09 15:53:29
Biologia Molecular da Célula 1429
ção de células epidérmicas para formar estruturas como folículos pilosos e glândulas sebáceas. Estes 
e outros órgãos ligados à epiderme, como as glândulas mamárias, têm suas próprias células-tronco 
e seu próprio padrão distinto de renovação celular. Nas mamas, por exemplo, os hormônios circu-
lantes estimulam as células a proliferar, diferenciar-se e produzir leite; o término da amamentação 
desencadeia a morte por apoptose das células secretoras de leite, em resposta a uma combinação de 
fatores que se formam quando o leite deixa de ser drenado.
EPITÉLIO SENSORIAL
Nós sentimos os odores, os sons e as imagens do mundo externo por meio de uma outra clas-
se de especializações do epitélio que cobre a superfície de nosso corpo. Os tecidos sensoriais 
do nariz, dos ouvidos e dos olhos – e, na realidade, se observarmos a origem dos tecidos no 
embrião, os do sistema nervoso central inteiro – todos surgem do mesmo folheto de células, 
o ectoderma, que dá origem à epiderme. Essas estruturas têm várias características em co-
mum, e seu desenvolvimento é comandado por sistemas de genes afins (discutido no Capí-
tulo 22). Todas conservam uma organização epitelial, mas que é muito diferente daquela da 
epiderme ou das glândulas derivadas dela.
O nariz, o ouvido e o olho são órgãos complexos, com dispositivos elaborados para cole-
tar sinais do meio externo e distribuí-los, filtrados e concentrados, para o epitélio sensorial, 
onde podem atuar sobre o sistema nervoso. O epitélio sensorial em cada órgão é o compo-
nente-chave, embora seja pequeno em relação a todo o aparelho auxiliar. Ele é a parte que 
tem sido mais altamente conservada durante a evolução, não apenas de um vertebrado para 
outro, mas também entre vertebrados e invertebrados.
Dentro de cada epitélio sensorial encontram-se células sensoriais que atuam como 
transdutores, convertendo sinais do meio externo em um potencial elétrico que o sistema 
nervoso pode interpretar. No nariz, os transdutores sensoriais são neurônios sensoriais ol-
fatórios; no ouvido, células pilosas auditivas; e no olho, fotorreceptores. Todos esses tipos 
celulares são neurônios ou células semelhantes a neurônios (células neuroepiteliais). Cada 
umpossui em sua extremidade apical uma estrutura especializada que detecta o estímulo 
externo e o converte em uma modificação no potencial de membrana. Em sua extremidade 
basal, cada um faz sinapses com neurônios que retransmitem a informação sensorial para 
locais específicos no cérebro.
Os neurônios sensoriais olfatórios são continuamente substituídos
No epitélio olfatório do nariz (Figura 23-12A), um subgrupo de células epiteliais se diferen-
cia como neurônios sensoriais olfatórios. Essas células têm cílios imóveis, modificados na 
sua superfície livre (ver Figura 15-46), contendo proteínas receptoras de odor, e um único 
axônio que se estende de sua extremidade basal em direção ao cérebro (Figura 23-12B). Cé-
lulas de sustentação que se estendem pelo epitélio engrossado e têm propriedades seme-
lhantes àquelas das células da glia no sistema nervoso central mantêm os neurônios no lugar 
Figura 23-12 Epitélio olfatório e 
neurônios olfatórios. (A) O epitélio 
olfatório consiste em células de susten-
tação, em células basais e em neurônios 
sensoriais olfatórios. As células basais 
são as células-tronco para a produção 
de neurônios olfatórios. Seis a oito cílios 
modificados se projetam do ápice do 
neurônio olfatório e contêm os recep-
tores de odor. (B) Esta fotomicrografia 
mostra neurônios olfatórios no nariz de 
um camundongo geneticamente modi-
ficado no qual o gene LacZ foi inserido 
no lócus de um receptor de odor; assim, 
todas as células que normalmente 
expressariam este receptor específico 
agora também produzem a enzima 
�-galactosidase. A �-galactosidase é 
detectada pelo produto azul da reação 
enzimática que ela catalisa. Os corpos 
celulares (azul-escuro) dos neurônios 
olfatórios marcados, que se encontram 
dispersos no epitélio olfatório, enviam 
seus axônios (azul-claro) em direção ao 
cérebro (fora do desenho à direita). (C) 
Um corte transversal dos bulbos olfa-
tórios esquerdo e direito, corados para 
�-galactosidase. Os axônios de todos 
os neurônios olfatórios que expressam 
o mesmo receptor de odor convergem 
para os mesmos glomérulos (setas 
vermelhas) localizados simetricamente 
dentro dos bulbos nos lados direito e 
esquerdo do cérebro. Outros gloméru-
los (não-corados) recebem seus impul-
sos de neurônios olfatórios que expres-
sam outros receptores de odor. (B e C, 
de P. Mombaerts et al., Cell 87:675-686, 
1996. Com permissão de Elsevier.)
Cílios modificados
Neurônio olfatório
Célula de sustentação
Axônio (para o cérebro)
(A)
(B) (C)
Célula basal
(célula-tronco)
200 �m 500 �m
Alberts_23.indd 1429Alberts_23.indd 1429 29.07.09 15:53:2929.07.09 15:53:29
1430 Alberts, Johnson, Lewis, Raff, Roberts & Walter
e separados uns dos outros. As superfícies sensoriais são mantidas úmidas e protegidas por 
uma camada de fluido secretado por células sequestradas em glândulas que se comunicam 
com a superfície exposta. Entretanto, mesmo com esta proteção, cada neurônio olfatório 
sobrevive apenas por um mês ou dois e, assim, uma terceira classe de células – as células 
basais – está presente no epitélio para produzir substitutos para os neurônios olfatórios que 
são perdidos. A população de células basais, situadas em contato com a lâmina basal, inclui 
células-tronco para a produção dos neurônios.
Como foi discutido no Capítulo 15, o genoma contém um número extraordinariamente 
grande de genes de receptores de odor – cerca de 1.000 em um camundongo ou um cão, e 
cerca de 350 (mais muitos outros que estão degenerados e não-funcionais) em um humano. 
Cada neurônio olfatório expressa, muito provavelmente, apenas um desses genes, habilitan-
do a célula a responder a uma classe específica de odores (geralmente moléculas orgânicas 
pequenas) que compartilham alguma característica estrutural que a proteína receptora de 
odor reconheça. Contudo, não importa qual seja o odor, cada neurônio olfatório responde 
da mesma forma – ele envia uma série de potenciais de ação ao longo do seu axônio para 
o cérebro. Essa sensibilidade discriminadora de um neurônio olfatório individual, portan-
to, só é útil se o seu axônio envia sua mensagem ao centro específico de retransmissão no 
cérebro que é dedicado à gama específica de odores que o neurônio sente. Esses centros 
de retransmissão são chamados de glomérulos. Estão localizados em estruturas chamadas 
de bulbos olfatórios (um de cada lado do cérebro), com cerca de 1.800 glomérulos em cada 
bulbo (no camundongo). Os neurônios olfatórios que expressam o mesmo receptor de odor 
estão dispersos por todo o epitélio olfatório, mas todos os seus axônios convergem para o 
mesmo glomérulo (Figura 23-12C). À medida que novos neurônios olfatórios são produzi-
dos, substituindo aqueles que morrem, eles devem por sua vez enviar seus axônios para o 
glomérulo certo. Assim, as proteínas receptoras de odor têm uma segunda função: direcio-
nam as extremidades em crescimento dos novos axônios ao longo do caminho específico 
para os glomérulos-alvo apropriados nos bulbos olfatórios. Se não fosse pelo funcionamento 
contínuo deste sistema de orientação, em um mês uma rosa poderia cheirar como um limão 
e, no próximo, como um peixe podre.
As células pilosas auditivas têm de durar a vida toda
O epitélio sensorial responsável pela audição está organizado da forma mais precisa e mi-
nuciosa entre todos os tecidos no corpo (Figura 23-13). Suas células sensoriais, as células 
pilosas auditivas, estão retidas em uma estrutura rígida de células de sustentação e cobertas 
por uma massa de matriz extracelular (a membrana tectória), em uma estrutura chamada de 
órgão de Corti. As células pilosas convertem estímulos mecânicos em sinais elétricos. Cada 
uma tem um arranjo característico em forma de órgão de tubos de microvilosidades gigan-
tes (chamadas de estereocílios) que se sobressaem de sua superfície como bastões rígidos, 
preenchidos com uma trama de filamentos de actina, e dispostos em fileiras por ordem de 
altura. As dimensões de cada uma destas fileiras são especificadas com uma exatidão extra-
ordinária, de acordo com a localização da célula pilosa no ouvido e a frequência de som à 
qual ela tem que responder. As vibrações sonoras balançam o órgão de Corti, fazendo o feixe 
de estereocílios inclinar (Figura 23-14) e, mecanicamente, abrir ou fechar canais de íons na 
Membrana basilar Fibras do nervo
Células de sustentação Membrana tectória
(A)
Estereocílios
(B)
Células
pilosas externas
Célula pilosa
interna
5 �m
Figura 23-13 Células pilosas auditi-
vas. (A) Um corte transversal esquemá-
tico do aparelho auditivo (o órgão de 
Corti) no ouvido interno de um mamí-
fero mostra as células pilosas auditivas 
sustentadas em uma elaborada estru-
tura epitelial de células de sustentação 
e cobertas por uma massa de matriz 
extracelular (a membrana tectória). O 
epitélio que contém as células pilosas 
assenta-se sobre a membrana basilar – 
um folheto de tecido fino e elástico que 
forma um tabique longo e estreito de 
separação entre dois canais preenchi-
dos de fluido. O som provoca ondas de 
pressão nestes canais e faz a membrana 
basilar vibrar para cima e para baixo. 
(B) Esta eletromicrografia de varredura 
mostra a superfície apical de uma célula 
pilosa auditiva externa, com o arranjo 
característico em forma de órgão de 
tubos de microvilosidades gigantes 
(estereocílios). As células pilosas inter-
nas, das quais há somente 3.500 em 
cada ouvido humano, são os principais 
receptores auditivos. Acredita-se que 
as células pilosas externas, aproxima-
damente quatro vezes mais numerosas, 
formem parte de um mecanismo de 
retroalimentação que regula o estímulo 
mecânico liberado para as células pi-
losas internas. (B, de J. D. Pickles, Prog. 
Neurobiol. 24:1-42, 1985. Com permis-
são de Elsevier.)
Alberts_23.indd 1430Alberts_23.indd 1430 29.07.09 15:53:2929.07.0915:53:29
Biologia Molecular da Célula 1431
membrana dos estereocílios (Figura 23-15). O fluxo de cargas elétricas transportado para 
dentro da célula pelos íons altera o potencial de membrana e, desse modo, controla a libe-
ração de neurotransmissores na porção basal da célula, onde a célula faz sinapse com uma 
terminação nervosa.
Figura 23-14 Como um movimento 
relativo da matriz extracelular que 
recobre os estereocílios (a membrana 
tectória) inclina os estereocílios das 
células pilosas auditivas no órgão de 
Corti, no ouvido interno de um mamí-
fero. Os estereocílios comportam-se 
como bastões rígidos, dobráveis na 
base e formando um feixe nas pontas.
SOM CAUSA
VIBRAÇÃO DA
MEMBRANA
BASILAR
Membrana tectória
Membrana basilar
Estereocílios
(B)
(A)
Canal
fechado
Canal
aberto
FEIXE NÃO-
-INCLINADO
FEIXE
INCLINADO
100 nm
Figura 23-15 Como funciona uma célula pilosa sensorial. (A) A célula funciona como um transdutor, gerando um sinal elétrico 
em resposta às vibrações sonoras que balançam o órgão de Corti e, assim, fazem os estereocílios inclinarem-se. Um filamento 
fino passa mais ou menos verticalmente por cima da ponta de cada estereocílio menor para ligá-lo a um ponto mais elevado em 
seu vizinho adjacente mais alto. A inclinação do feixe faz tensão sobre os filamentos, que distendem mecanicamente o “portão” 
dos canais de íons na membrana dos estereocílios. A abertura desses canais permite um influxo de carga positiva, despolari-
zando a célula pilosa. (B) Uma eletromicrografia dos filamentos que se estendem do alto de dois estereocílios. Cada filamento 
consiste, ao menos em parte, em membros de moléculas de adesão célula-célula da superfamília das caderinas. Indivíduos mu-
tantes que carecem destas caderinas específicas não têm os filamentos e são surdos.
Por medidas automáticas extraordinariamente delicadas, correlacionadas a registros elétricos de uma única célula pilosa quan-
do o feixe de estereocílios é desviado pelo toque com uma sonda de vidro flexível, é possível detectar um “ceder” extra do feixe, 
produzido mecanicamente pela força aplicada, e os canais puxados são abertos. Dessa maneira, pode ser mostrado que a força ne-
cessária para abrir um único desses canais hipotéticos é de cerca de 2 × 10–13 newtons e que seu “portão” se move a uma distância 
de cerca de 4 nm quando ele se abre. O mecanismo é espantosamente sensível: calcula-se que os sons mais fracos que podemos 
ouvir estendem os filamentos por uma média de 0,04 nm, o que está quase abaixo da metade do diâmetro de um átomo de hidro-
gênio. (B, de B. Kachar et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 97:13336-13341, 2000. Com permissão da National Academy of Sciences.)
Alberts_23.indd 1431Alberts_23.indd 1431 29.07.09 15:53:2929.07.09 15:53:29
1432 Alberts, Johnson, Lewis, Raff, Roberts & Walter
Nos humanos e em outros mamíferos, as células pilosas auditivas, ao contrário dos neu-
rônios olfatórios, têm que durar a vida toda. Caso sejam destruídas por doenças, toxinas ou 
ruído excessivamente alto, elas não são regeneradas, e a perda de audição resultante é per-
manente. Porém, em outros vertebrados, quando células pilosas auditivas são destruídas, as 
células de sustentação são acionadas para que se dividam e comportem-se como células-
-tronco, gerando uma progênie de células que podem se diferenciar como substitutas das 
células pilosas que foram perdidas. Com melhor compreensão de como este processo de 
regeneração é regulado, um dia poderemos ser capazes de induzir o epitélio auditivo a se 
recuperar por si próprio também em humanos.
Até aqui, é conhecido um tratamento que pode produzir a regeneração parcial das cé-
lulas pilosas auditivas em um mamífero adulto. A técnica utiliza um vírus (um adenovírus) 
construído para conter uma cópia do gene Atoh1, que codifica para uma proteína reguladora 
de gene conhecida por guiar a diferenciação de células pilosas durante o desenvolvimento. 
Porquinhos da Índia que foram ensurdecidos por exposição a uma toxina que destrói células 
pilosas podem ser tratados por injeções com esta construção viral dentro do ouvido lesio-
nado. Então, muitas das células de sustentação sobreviventes tornam-se infectadas com a 
construção viral e expressam Atoh1. Isto as converte em células pilosas funcionais, e o ani-
mal recupera parcialmente sua audição no ouvido tratado.
A maioria das células permanentes renova suas partes:
as células fotorreceptoras da retina
A retina neural é o mais complexo dos epitélios sensoriais. Ela consiste em várias camadas de 
células organizadas de uma maneira que parece insensata. Os neurônios que transmitem si-
nais do olho para o cérebro (chamados de células ganglionares da retina) encontram-se mais 
próximos do mundo externo, de modo que a luz, focada pela lente, deve passar através deles 
para atingir as células fotorreceptoras. Os fotorreceptores, que são classificados como cones 
ou bastonetes, de acordo com sua forma, ficam com suas extremidades fotorreceptoras, ou 
segmentos externos, parcialmente embutidas no epitélio pigmentar (Figura 23-16). Os basto-
netes e os cones contêm diferentes pigmentos visuais – complexos fotossensíveis da proteína 
opsina com molécula retinal, uma molécula pequena que absorve luz. Os bastonetes, nos 
Figura 23-16 A estrutura da reti-
na. Quando a luz estimula os fotorre-
ceptores, o sinal elétrico resultante é 
retransmitido via interneurônios para 
as células ganglionares, que, então, 
transportam o sinal para o cérebro. Uma 
população de células de sustentação 
especializadas (não-mostradas aqui) 
ocupa os espaços entre os neurônios 
e os fotorreceptores na retina nervosa. 
(Modificada de J. E. Dowling e B. B. 
Boycott, Proc. R. Soc. Lond. B Biol. Sci. 
166:80-111, 1966. Com permissão da 
Royal Society.)
Axônios
projetando-se
para o cérebro
Célula ganglionar
(neurônio)
Interneurônios
C
am
ad
a 
ne
rv
os
a 
da
 re
tin
a
Bastonete
fotorreceptor
Cone
fotorreceptor
Células do
epitélio
pigmentar
Luz incidente
Alberts_23.indd 1432Alberts_23.indd 1432 29.07.09 15:53:2929.07.09 15:53:29
Biologia Molecular da Célula 1433
quais o pigmento visual é chamado de rodopsina, são especialmente sensíveis a níveis baixos 
de luz, enquanto os cones (dos quais há três tipos em humanos, cada um com uma opsina di-
ferente, originando uma resposta de espectro diferente) detectam cores e detalhes precisos.
O segmento externo de um fotorreceptor parece ser um cílio modificado com um arran-
jo de microtúbulos característico de cílio na região conectando o segmento externo ao resto 
da célula (Figura 23-17). O restante do segmento externo está quase inteiramente preen-
chido com uma pilha densa de membranas (discos membranosos) na qual os complexos 
fotossensíveis estão embebidos; a luz absorvida aqui produz uma resposta elétrica, como 
discutido no Capítulo 15. Em suas extremidades opostas, os fotorreceptores formam sinap-
ses em interneurônios, os quais retransmitem o sinal para as células ganglionares da retina 
(ver Figura 23-16).
Nos humanos, os fotorreceptores, como as células pilosas auditivas humanas, são cé-
lulas permanentes que não se dividem e não são substituídas se destruídas por doenças ou 
por raio laser mal-direcionado. Entretanto, as moléculas fotossensíveis de pigmento visual 
não são permanentes, mas são continuamente degradadas e substituídas. Nos bastonetes 
(embora, curiosamente, não nos cones), esta renovação está organizada em uma linha de 
produção ordenada, que pode ser analisada seguindo a passagem de moléculas de proteína 
marcadas radiativamente através da célula, após um pulso breve de aminoácido radiativo 
(Figura 23-18). As proteínas marcadas radiativamente podem ser seguidas desde o aparelho 
de Golgi, no segmento interno da célula, até a base da pilha de discos membranosos noseg-
mento externo. Daí elas são gradualmente deslocadas em direção à extremidade apical, na 
forma de material novo que é incorporado na base da pilha de discos. Por fim (após cerca de 
dez dias, no rato), quando alcançam a extremidade apical do segmento externo, as proteínas 
marcadas e as camadas de membrana nas quais elas estão embebidas são fagocitadas (cap-
tadas e digeridas) pelas células do epitélio pigmentar.
Este exemplo ilustra um ponto geral: mesmo que células individuais de certos tipos ce-
lulares persistam, pouco do organismo adulto consiste nas mesmas moléculas que foram 
estabelecidas no embrião.
Resumo
A maioria das células receptoras sensoriais, como as células da epiderme e as células nervosas, de-
riva do epitélio que forma a superfície externa do embrião. Elas convertem estímulos externos em 
sinais elétricos, que elas retransmitem para neurônios por meio de sinapses químicas. As células 
receptoras olfatórias no nariz são neurônios treinados, que enviam seus axônios para o cérebro. 
Elas têm um tempo de vida de apenas um ou dois meses, e são continuamente substituídas por 
Segmento
externo
Segmento
interno
Discos de
membrana
fotorreceptora
Membrana
plasmática
Cílio de
conexão
Núcleo
Região sináptica
Figura 23-17 Um bastonete fotorre-
ceptor.
Figura 23-18 Renovação de proteína 
de membrana em um bastonete. Após 
um pulso de H3-leucina, a passagem 
de proteínas marcadas radiativamente 
através da célula é acompanhada por 
autorradiografia. Os pontos vermelhos 
indicam locais de radiatividade. O mé-
todo revela somente a H3-leucina que 
tenha sido incorporada em proteínas; o 
restante é retirado por lavagem durante 
a preparação do tecido. (1) A leucina in-
corporada é vista primeiro, concentrada 
nas vizinhanças do aparelho de Golgi. 
(2) Daí ela passa para a base do segmen-
to externo em um disco de membrana 
fotorreceptora recém-sintetizado. (3-5) 
Novos discos são formados em uma taxa 
de três ou quatro por hora (em um ma-
mífero), deslocando os discos mais ve-
lhos em direção ao epitélio pigmentar.1 2 3 4 5
Célula do epitélio pigmentar
Alberts_23.indd 1433Alberts_23.indd 1433 29.07.09 15:53:3029.07.09 15:53:30
1434 Alberts, Johnson, Lewis, Raff, Roberts & Walter
novas células derivadas de células-tronco no epitélio olfatório. Cada neurônio olfatório expressa 
apenas uma das centenas de diferentes proteínas olfatórias receptoras para as quais existem genes 
no genoma, e os axônios de todos os neurônios olfatórios que expressam a mesma proteína recepto-
ra navegam para os mesmos glomérulos nos bulbos olfatórios do cérebro.
As células pilosas auditivas – as células receptoras do som – ao contrário das células receptoras 
olfatórias, têm que durar por toda a vida, pelo menos em mamíferos, embora a expressão artifi-
cial de um gene de diferenciação de células pilosas, Atoh1, possa converter células de sustentação 
funcionais em células pilosas no local onde estas células tenham sido destruídas. As células pilosas 
não têm axônios, mas fazem contato sináptico com terminações de nervos no epitélio auditivo. Elas 
têm esse nome em função do feixe de estereocílios (microvilosidades gigantes) semelhantes a pelos 
sobre a sua superfície externa. As vibrações sonoras inclinam o feixe, distendendo mecanicamente 
os “portões” de canais de íon sobre os estereocílios em uma configuração aberta para excitar eletri-
camente a célula.
As células fotorreceptoras na retina do olho absorvem fótons em moléculas de pigmento visual 
(proteína opsina mais retinal) mantidas em pilhas de discos membranosos nos segmentos externos 
dos fotorreceptores, disparando uma excitação elétrica pela via mais indireta de sinalização in-
tracelular. Embora as células fotorreceptoras sejam elas próprias permanentes e insubstituíveis, os 
discos membranosos ricos em opsina que elas contêm sofrem renovação contínua.
AS VIAS AÉREAS E O INTESTINO
Os exemplos que discutimos até agora representam uma pequena seleção de tipos de teci-
dos e de células que derivam do folheto externo do embrião – o ectoderma. Entretanto, eles 
são suficientes para ilustrar o quão diferentes estas células podem ser com relação à forma, à 
função, ao modo de vida e ao padrão de substituição. O folheto mais interno do embrião – o 
endoderma, que forma o tubo digestivo primitivo – dá origem a outra população inteira de 
tipos celulares que revestem o sistema digestivo e seus órgãos acessórios. Começamos com 
os pulmões.
Os tipos celulares adjacentes colaboram nos alvéolos dos pulmões
As vias aéreas dos pulmões são formadas por ramificações repetidas de um sistema de tubos 
que se originam no embrião de uma evaginação em forma de bolsa (divertículo) do revesti-
mento do intestino, como discutido no Capítulo 22 (ver Figura 22-92). As repetidas fileiras de 
ramificações terminam em várias centenas de milhares de sacos cheios de ar – os alvéolos. 
Os alvéolos têm paredes finas, intimamente justapostas às paredes dos capilares sanguíneos, 
de modo a permitir a troca de O2 e de CO2 com a corrente sanguínea (Figura 23-19).
Para sobreviver, as células que revestem os alvéolos devem permanecer úmidas. Ao 
mesmo tempo, elas devem servir como um balão de gás que pode expandir e contrair a cada 
inspirar e expirar. Isso cria um problema. Quando duas superfícies molhadas se tocam, elas 
tornam-se aderidas uma à outra pela tensão na superfície da camada de água entre elas – um 
efeito que exerce influência mais forte quanto menor a proporção da estrutura. Portanto, há 
um risco de que os alvéolos possam colapsar e ser impossível reexpandirem. Para solucionar 
o problema, dois tipos de células estão presentes no revestimento dos alvéolos. As células 
alveolares tipo I (ou pneumócitos tipo I) recobrem a maior parte da parede: elas são delgadas 
e planas (pavimentosas) para permitir a troca gasosa. As células alveolares tipo II (ou pneu-
mócitos tipo II) estão distribuídas entre elas; estas são cúbicas e secretam surfactante, um 
material rico em fosfolipídeo, que forma um filme de interface sobre as superfícies de água 
livre e reduz a tensão superficial, tornando fácil a reexpansão dos alvéolos, mesmo que eles 
colapsem. A produção de quantidades adequadas de surfactante no feto, que inicia em torno 
dos cinco meses de gestação nos humanos, marca o início da possibilidade de vida indepen-
dente. Os bebês prematuros que nascem antes desse estágio são incapazes de encher seus 
pulmões de ar e respirar; aqueles que nascem depois disso podem fazê-lo e, com cuidados 
intensivos, podem sobreviver.
Células caliciformes, células ciliadas e macrófagos colaboram
para manter as vias aéreas limpas
Nas vias aéreas superiores encontramos diferentes combinações de tipos celulares, que ser-
vem a diferentes propósitos. O ar que respiramos está cheio de poeira, sujeira e micro-orga-
Alberts_23.indd 1434Alberts_23.indd 1434 29.07.09 15:53:3029.07.09 15:53:30
Biologia Molecular da Célula 1435
nismos em suspensão. Para manter os pulmões limpos e saudáveis, esses materiais devem 
ser removidos constantemente. Para desempenhar essa tarefa, um epitélio respiratório rela-
tivamente espesso reveste as vias aéreas mais amplas (Figura 23-20). Este epitélio consiste 
em três tipos celulares diferenciados: células caliciformes (assim chamadas por causa de sua 
forma), que secretam muco; células ciliadas, com cílios móveis; e um pequeno número de 
células endócrinas, que secretam serotonina e peptídeos que atuam como mediadores lo-
cais. Estas moléculas-sinal afetam terminações nervosas e outras células vizinhas no trato 
respiratório, de modo a ajudar na regulação da taxa de secreção de muco e batimento ciliar, 
na contração das células musculares circundantes que podem fazer a constrição das vias aé-
reas, e em outras funções. As células basais também estão presentes e servem como células-
-tronco