BIOLOGIA CELULAR LANEC

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BIOLOGIA CELULAR
 Membranas Celulares
      As membranas celulares são cruciais para a vida de uma célula, uma vez que determinam o que entra, o que sai e mantém a diferença elétrica e composicional do citosol (parte interna da célula) para o meio extracelular. São fundamentais para informar o interior da célula do que precisa ser feito ou modificado, através de sinais recebidos do meio extracelular que são captados pelos receptores (proteínas que atuam como sensores de sinais externos, encontradas na membrana). As membranas celulares são compostas basicamente por hidratos de carbono, lipídeos e proteínas. Estas proteínas de membrana são responsáveis por muitas funções especializadas; alguns são receptores, alguns são responsáveis pelo transporte seletivo de moléculas através da membrana e outros participam no transporte de elétrons e fosforilação oxidativa.
Membrana plasmática: membrana circundando a célula total.
Endomembranas: membranas envolvendo o retículo endoplasmático, complexo de Golgi e mitocôndria.
O modelo do mosaico fluído:
             A disposição das moléculas na membrana plasmática foi elucidada recentemente, sendo que os lipídios formam uma camada dupla e contínua, no meio da qual se encaixam moléculas de proteína. A dupla camada de fosfolipídios é fluida, de consistência oleosa, e as proteínas mudam de posição continuamente, como se fossem peças de um mosaico. Esse modelo foi sugerido por dois pesquisadores, Singer e Nicholson, e recebeu o nome de Modelo Mosaico Fluido. 
          Os fosfolipídios têm a função de manter a estrutura da membrana e as proteínas têm diversas funções. As membranas plasmáticas de um eucariócitos contêm quantidades particularmente grandes de colesterol. As moléculas de colesterol aumentam as propriedades da barreira da bicamada lipídica e devido a seus rígidos anéis planos de esteróides diminuem a mobilidade e torna a bicamada lipídica menos fluida. 
 Todos os tipos de membrana possuem/são compostas por:
Lipídeos, proteínas e hidratos de carbono 
Estruturas dinâmicas, fluidas (mosaico fluido)
Bicamada lipídica (proporciona a fluidez)
Funções:
Proteção (barreira seletiva) 
Suporte fixo para atividade enzimática (sinalização celular)
Formação de vesículas transportadoras
Endocitose e Exocitose 
Reconhecimento e adesão (entre a própria membrana e entre membrana-matriz)
Composição:
Lipídeos 
        As moléculas lipídicas constituem cerca de 50% da massa da maioria das membranas das células animais, e quase todo o restante são proteínas. Os lipídeos presentes na membrana formam os fosfolipídeos, que são moléculas anfipáticas, isto quer dizer, elas têm uma parte apolar-hidrofóbica, com aversão à água (a longa cadeia de ácidos graxos) e uma parte polar-hidrofílica, com afinidade à água (relacionada ao grupo fosfato), estes formam a dupla camada lipídica de uma membrana.  Os principais fosfolipídeos da maioria das membranas das células animais são fosfoglicerídeos.
Os fosfolipídeos se movimentam na membrana, e esse movimento pode ser lateral, rotacional ou flip-flop. 
     A membrana plasmática possui moléculas de colesterol e fosfolipídeos em igual proporção e estas se intercalam. O colesterol diminui a permeabilidade da dupla camada lipídica, aumenta sua viscosidade e mantéma fluidez ante uma diminuição na temperatura.
Proteínas 
        Seguindo o modelo do mosaico fluído, as proteínas também são capazes de se deslocar por toda a membrana. Elas são componentes funcionais das membranas, atuam na permeabilidade (proteínas canais e transportadoras) e também são receptores.          
        As proteínas que existem nas membranas plasmáticas podem ser integrais ou periféricas, dependendo se elas estão imersas/atravessam a bicamada lipídica ou se estão somente em um dos seus lados.
-Proteinas periféricas: Está associada a membrana, mas não é imersa nela; não atravessa a bicamada. Ligadas por outras proteínas, lipídeos ou carboidratos.
-Proteínas integrais: estão imersas, podendo atravessar a bicamada. As proteínas transmembranas são proteinas integrais que atrevessam toda a bicamada, um exemplo são os canais ionicos. As funções das transmembranas são: transporte de íons, âncoras (suporte fixo para outras proteinas, como as periféricas), receptores.
Carboidratos 
       Correspondem de 2 a 10 por cento da membrana.  Se encontram ligados a lipídios sob forma de glicolipídios ou ligados a proteínas da membrana sendo chamados de glicoproteínas.   
        Os glicolipídios e as glicoproteínas que se localizam na face externa da membrana plasmática formam uma cobertura chamada glicocálice. Este tem papel fundamental no reconhecimento entre células e a adesão celular, que permite que as células unam-se umas às outras e também a outras moléculas. 
Glicolipídeos: Carboidratos ligados aos lipideos.
Glicoproteínas: Carboidratos ligados a proteinas.
Glicocálice: Glicídeos presos na membrana. Responsáveis pela proteção celular (danos químicos e mecânicos), captação de íons e reconhecimento celular.
Transporte pela membrana:
         A capacidade de algumas substâncias atravessarem a membrana e outras não,define sua permeabilidade da membrana. Classificam-se as membranas, de acordo com a permeabilidade, em 4 tipos:
                1. Permeável: permite a passagem do solvente e do soluto;
  2. Impermeável: não permite a passagem do solvente nem do soluto;
  3. Semipermeável: permite a passagem do solvente, mas não do soluto;
  4.Seletivamente permeável: permite a passagem do solvente e de alguns tipos de soluto.
        Essa passagem aleatória de partículas ocorre, em geral, de um local de maior concentração para outro de concentração menor (a favor do gradiente de concentração). Isso se dá até que a distribuição das partículas seja uniforme. A partir do momento em que o equilíbrio for atingido, as trocas de substâncias entre dois meios tornam-se proporcionais.         
         Existem vários mecanismos de trocas, organizados em:
Transporte Passivo – Ocorre a favor do gardiente de concentração (maior concentração para menor concentração).
Transporte Ativo- Ocorre contra o gradiente de concentração(menor concentração para maior concentração), gastando energia para realizar esse processo.
Entre os tipos de transporte passivo, temos:
Osmose
              A água se movimenta livremente através da membrana, sempre do local de menor concentração de soluto para o de maior concentração. A pressão com a qual a água é forçada a atravessar a membrana é conhecida por pressão osmótica.
              Quando se comparam soluções de concentrações diferentes, a que possui mais soluto e, portanto, maior pressão osmótica é chamada hipertônica, e a de menor concentração de soluto e menor pressão osmótica é hipotônica. Separadas por uma membrana, há maior fluxo de água da solução hipotônica para a hipertônica, até que as duas soluções se tornem isotônicas.
Difusão Simples
               Difundem-se rapidamente pela membrana, sem muita dificuldade. Não precisa de ajuda de canais.
                Ocorre com moléculas hidrofóbicas (lipossolúveis) e moléculas apolares pequenas.      
                A velocidade de passagem é sempre proporcional à diferença entre as concentrações.  
               Obs: moléculas hidrofílicas também podem se difundir, desde que não tenham carga elétrica e sejam pequenas. 
Difusão Facilitada
               Para ocorrer a passagem de moléculas é necessário o auxílio de canais iônicos (passagem de íons- condutos hidrófilos) e permeases (passagem de íons e outros- proteína transmembrana).
                A velocidade de difusão é controlada e limitada pela disponibilidade das permeases, e não pela concentração do soluto (como na difusão simples), ou seja, se todas as enzimas membranares estiverem com seus sítios ocupados, em atividade máxima de transporte, a concentração do soluto não terá influencia na velocidade de difusão da substância para o interior ou exterior da célula.Quanto ao transporte ativo:
       Usam-se também as permeases, porém a passagem ocorre contra o gradiente de concentração. Ocorre através da membrana celular com gasto de energia, geralmente resultante da hidrólise de ATP.
        Dentre as substâncias que podem ser transportadas ativamente através da membrana estão: íons sódio, potássio, ferro, hidrogênio, cálcio e alguns tipos de açúcares e de aminoácidos.
        Um exemplo clássico de transporte ativo é a bomba de sódio e potássio.
  O transporte ativo pode ser classificado de duas formas:
               1.Transporte ativo primário: A energia usada é o ATP. Ex: Bomba de sódio e potássio.
               2.Tranporte ativo secundário: A energia para a realização desse tipo de transporte depende da energia gasta pela bomba de sódio e potássio.
 Endocitose e Exocitose:
          Enquanto que a difusão simples e facilitada e o transporte ativo são mecanismos de entrada ou saída para moléculas e íons de pequenas dimensões, as grandes moléculas ou até partículas constituídas por agregados moleculares são transportadas através de outros processos.
          Endocitose: transporte de substâncias do meio extra para o intracelular, através de vesículas limitadas por membranas, a que se dá o nome de vesículas de endocitose. Estas são formadas por invaginação da membrana plasmática, seguida de fusão e separação de um segmento da mesma.
        Exocitose: A exocitose permite a excreção e secreção de substâncias. 
CITOESQUELETO
O que aconteceria se alguém entrasse sorrateiramente durante a noite e roubasse o seu esqueleto? Só para deixar claro, não é provável que isso aconteça, biologicamente falando. Porém, se isso realmente acontecer, a ausência do seu esqueleto poderia fazer com que seu corpo perdesse grande parte de sua estrutura. Sua forma externa mudaria, alguns de seus órgãos internos se deslocariam e, muito provavelmente, seria bem difícil andar, falar ou se mover.
As células eucariotas possuem uma rede de filamentos de proteína, formando uma estrutura chamada citoesqueleto composta por filamentos de actina, filamentos intermediários, microtúbulos e proteínas reguladoras.
Da mesma forma que necessitamos da ação conjunta de nossos ligamentos, ossos e músculos, os três sistemas de filamentos do citoesqueleto devem atuar coletivamente para fornecer a uma determinada célula sua resistência, forma e capacidade de locomoção. 
Filamentos de actina (microfilamentos)
Filamentos de actina são estruturas que se organizam em feixes ou redes, situados na parte mais próxima da membrana plasmática, o córtex. Os filamentos de actina – ou microfilamentos – são formados por duas fitas entrelaçadas em hélice com 5 a 9 nm de diâmetro, sendo os mais finos filamentos do citoesqueleto.
Dentre as funções dos filamentos de actina podemos citar a determinação da forma celular, a formação de estruturas envolvidas na migração celular, a formação de microvilosidades, a participação na contração muscular e a formação do anel contrátil ao final da citocinese.O anel se forma durante a citocinese, etapa da mitose quando ocorre a separação das duas células filhas. O anel tem a função de contrair e assim estreitar a ponte intercelular e aproximar a membranas, facilitando a ruptura das mesmas.
O anel se forma durante a citocinese, etapa da mitose quando ocorre a separação das duas células filhas. O anel tem a função de contrair e assim estreitar a ponte intercelular e aproximar a membranas, facilitando a ruptura das mesmas.
O anel se forma durante a citocinese, etapa da mitose quando ocorre a separação das duas células filhas. O anel tem a função de contrair e assim estreitar a ponte intercelular e aproximar a membranas, facilitando a ruptura das mesmas.
A actina e miosina também são abundantes nas células musculares, onde elas formam estruturas organizadas de sobreposição de filamentos chamados de sarcômeros. Quando os filamentos de actina e miosina de um sarcômero deslizam um sobre o outro, ocorre a contração muscular. (modelo de filamento deslizante)
Obs: Os filamentos de actina também podem servir como rodovias para o interior das células para o transporte de cargas, incluindo vesículas contendo proteínas e ainda organelas. Estas cargas são transportadas pelos motores individuais de miosina, que "andam" ao longo de pacotes de filamento de actina.
​ A miosina é conhecida como um motor molecular - uma proteína que converte energia química na forma de ATP em energia mecânica, gerando força e movimento. A variedade mais marcante desse movimento é a contração muscular, que forneceu o modelo para a compreensão das interações de actina - miosina e a atividade motora das moléculas de miosina. No entanto, as interações da actina e da miosina são responsáveis ​​não só pela contração muscular, mas também por uma variedade de movimentos de células não musculares, incluindo a divisão celular, de modo que essas interações desempenham um papel central na biologia celular.
Diversas proteínas acessórias aos filamentos de actina foram descritas, e são responsáveis por regular a formação e proporcionar arranjos bidimensionais e tridimensionais dos filamentos, organizando-se em feixes e redes.
Interligam os feixes de filamentos intermediários (FI) formando arranjos fortes e estáveis.
Micrografia eletrônica de um fibroblasto. Em vermelho, os microtúbulos; em azul, os filamentos intermediários; verde, fibras de conexão de plectina e, em amarelo partículas de ouro ligadas a anticorpos que reconhecem a plectina.
As proteínas responsáveis por organizar os filamentos nessas estruturas são divididas em duas classes: 
proteínas formadoras de feixes: formina, que regula a formação de filamentos se ligando a extremidade positiva dos filamentos em crescimento; fimbrina, fascina e a alpha-actinina, que se ligam aos filamentos já formados e os organizam paralelamente, formando feixes maiores e mais resistentes
proteínas formadoras de géis/redes: complexos ARP que auxiliam a nucleação de microfilamentos perpendiculares a filamentos já existentes, propiciando a formação de redes e as filaminas que conectam filamentos já existentes formando redes, que dão à célula forma e estrutura.
Além disso, dependendo das ligações entre os filamentos de actina, várias projeções de microvilosidades que auxiliam na locomoção podem ser formadas sob a célula: filopódios, lamelipódios e pseudópodes.
Filamentos intermediários
Diferentemente dos filamentos de actina, que podem crescer e desmontar-se rapidamente, os filamentos intermediários são mais permanentes e atuam essencialmente na função estrutural da célula. Além disso, estão presentes, particularmente, em células que sofrem estresses mecânicos, como as células epiteliais.
Existem várias famílias de filamentos intermediários, a mais diversificada delas é a família da queratina: existem aproximadamente 20 queratinas encontradas em diferentes tipos de células epiteliais humanas, além de aproximadamente 10 outras que são específicas do cabelo e das unhas; a análise do genoma humano revelou que devem existir aproximadamente 50 queratinas distintas.
Micrografia de fluorescência de uma célula de fibroblasto corada para evidenciar filamentos intermediários de queratina
Mutações nos genes de queratina podem levar a vários tipos de doenças que apresentam como característica a ruptura de células em consequência de trauma mecânico e a desorganização ou o acúmulo do citoesqueleto de filamentos de queratina.
Outra família de filamentos intermediários são os neurofilamentos sendo encontrados em corpos celulares, dendritos e, principalmente, no citoplasma dos axônios. O nível de expressão do gene de neurofilamento parece controlar diretamente o diâmetro do axônio, o qual, por sua vez, influencia a velocidade de transporte dos sinais elétricos pelo axônio.
Resumidamente, os filamentos intermediários são especializados em suportar tensão, e sua função inclui manter a formada célula e ancorar o núcleo e outras organelas em seus lugares.
Microtúbulos
Apesar do "micro" em seu nome, os microtúbulos são os maiores entre os três tipos de fibras do citoesqueleto, com um diâmetro de cerca de 25 nm. Um microtúbulo é composto de proteínas tubulinas organizadas na forma de um tubo oco, como um canudo, e cada proteína tubulina formada por moléculas alternadas de α-tubulina e β-tubulina. Pares destes dois polipeptídeos formam heterodímeros. A associação desses heterodímeros forma fileiras, os protofilamentos, os quais se reúnem paralelamente em grupos de 13 para formar os microtúbulos.
Além disso, os microtúbulos formam “rodovias” para o deslocamento dos elementos citoplasmáticos e núcleo, entre o centro e a margem da célula, permitindo as trocas de vesículas e conteúdo entre as organelas e com o meio extracelular. Conferem resistência mecânica quando formam feixes. Organizam-se em arranjos complexos, denominados axonema, que dão sustentação à membrana plasmática na formação dos cílios e flagelos: Os flagelos são estruturas longas que parecem cabelos que se estendem da superfície da célula e são usados para mover a célula inteira, tal como num espermatozoide. 
Cílios motores são similares, mas são mais curtos e normalmente aparecem em grande quantidade na superfície celular. Quando as células com cílios motores formam tecidos, a sua batida ajuda a mover materiais pela superfície do tecido. Por exemplo, os cílios de células do seu sistema respiratório superior ajudam a mover poeira e partículas para fora de suas narinas. 
Nos flagelos e cílios motores, proteínas motoras chamadas dineínas se movem ao longo dos microtúbulos, gerando uma força que faz o flagelo ou cílio bater. As conexões estruturais entre os pares de microtúbulos e a coordenação do movimento das dineínas permitem a atividade dos motores para produzir um padrão regular de batida.
Além disso, os microtúbulos são os formadores dos centríolos e formam o fuso mitótico.
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Na biologia, afirma-se que a rigidez de um filamento pode ser caracterizada pelo seu comprimento de persistência, uma propriedade do filamento que descreve quão longo ele pode ser sem que variações de temperatura aleatórias provoquem sua quebra. O comprimento de persistência de um microtúbulo é de vários milímetros, o que os torna os elementos estruturais mais rígidos e resistentes, sendo encontrados na maioria das células animais.
Centros organizadores de microtúbulos
Os microtúbulos apresentam, em geral, um local comum de origem, na região dos centríolos, denominada, por isso, centrossomo. Um centríolo consiste em um pequeno cilindro de microtúbulos modificados, acrescido de uma grande quantidade de moléculas acessórias. A partir desse ponto focal, os microtúbulos citoplasmáticos emanam radialmente, em uma conformação em forma de estrela. Os microtúbulos são nucleados no centrossomo a partir de suas extremidades negativas e, consequentemente, suas extremidades positivas estão posicionadas para fora, crescendo em direção à periferia celular. Os microtúbulos originados no centrossomo sofrem um contínuo crescimento e encurtamento por instabilidade dinâmica, abarcando todo o volume tridimensional da célula.
Referências:
Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., and Walter, P. (2007). Molecular motors. In Molecular biology of the cell (5th ed).
Khan Academy – citoesqueleto – 2015 – https://pt.khanacademy.org/science/biology/structure-of-a-cell/tour-of-organelles/a/the-cytoskeleton – acesso em: 22/12/2017 
MATRIZ EXTRACELULAR (MEC)
Definição e conceito
O que é a MEC?
Já é de conhecimento básico que as células constituem em tecidos, que por sua vez formam órgãos, até chegar a nível de sistemas.
 No entanto, esta visão linear nos limita a crer em que os tecidos de fato são formados somente de células. O que não é verdade, pois só as células não conseguiriam manter o tecido.
 Agora, você deve esta se perguntando: “Se não é composto somente de células. O que mais teria?".
 A resposta é simples e composta por duas palavras: Matriz Extracelular (MEC).
Para a definição de uma função e coposição mais especidfica podemos ramificar a MEC em duas formas básicas: Matriz Extracelular intersticial e a Membrana basal.
Membrana Basal: E uma fina camada entre o tecido espitelial e o conjuntivo. Possui um grande leque de funções dentre elas: de suatentação, nutrição e renovação do tecido epitelial, além de filtra a pasagem de macromoléculas para o tecido econjuntivo, Esta membrana é secretadas pelas células epiteliais e mesenquimais (Fibroblastos). Tem como composição básica glicoproteínas, glicosaminoglicanos e proteínas.
Conjuntivo
Intersticial: É a parte maisexessivo da MEC. Secretada pelas células mesenquimais (Fibroblastos). Assim como a membrana basal, a intersticial também possui uma grande variedade de funções, sendo as mais importantes: o de suporte ao tecido conjuntivo, preenchendo os espaços intra celulares, armazenamento de produtos sintetizados pelas células do local como citocinas e fatores de crescimento. Tem como composição principal: Colágeno fibrilar e não fibrilar, elastina e outros componentes. 
A MEC é uma rede de proteínas (Colágeno e Elastina) e substância fundamental (Glicosaminicanas, proteoglicanas, e glicoproteínas), que são secretados pelas células. Cada tipo de tecido possui sua própria matriz com suas próprias características. 
Tendo conhecimento da composição podemos definir a funcionalidade especifica de cada uma. 
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	Detalhando a composição
	Substancia fundamental
	Fibras
	Glicosaminoglicanos
Dermatanasulfato
Condroitina-sulfato.
Entre outras substâncias 
	Colágeno
Fibrilares: colágenos I, II, III, V e XI.
Não fibrilares: colágenos IV, VI-X, XII-XIX, XXV, e XXVI
	Proteoglicanos
Agrecana.
Sindecanas. 
Entre outras substâncias
	Elásticas
Elastina.
Fibrilina.
	Glicoproteínas de adesão
Fibronectina. 
Laminina.
Entre outras.
	
Com base nas informações acima podemos verificar como de fato a interação célula a célula é bastante complexa e necessita de uma cascata de fatores para que ocorra. 
Referências: 
Albert, Bruce et al. Biologia Molecular da Célula. 6 Ed, Porto Alegre: Artmed, 2017.
JUNQUEIRA, L. C.; CARNEIRO, J. Biologia celular e molecular. 5 Ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 1991..
JUNQUEIRA, L.C.U. & CARNEIRO, J. Histologia Básica. 12ª Ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2013.
Kierszenbaum, A. L. Histologia e Biologia Celular: uma Introdução à Patologia. 2.Ed. Editora Elsevier, 2008.