A Célula e Suas Funções Guyton

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Guyton – Capitulo 2
A Célula e Suas Funções
Organização da Célula
As principais partes da célula são o núcleo e o citoplasma. O núcleo é separado do citoplasma pela membrana nuclear, enquanto o citoplasma é separado do meio extracelular pela membrana plasmática.
Substâncias que formam a célula: protoplasma.
Componentes do protoplasma:
Água: principal meio líquido das células, 70 a 85% da sua composição, exceto das células adiposas.
Íons (eletrólitos): componentes inorgânicos para reações celulares, necessários para a operação de mecanismos de controle celular (ex: íons que agem na MP são necessários para a transmissão de impulsos eletroquímicos nos nervos e fibras musculares. Principais íons: K+, Mg++, PO4-, SO4--, HCO3-; em menor quantidade: Na+, Cl-, Ca++.
Proteínas: substâncias mais abundantes depois da água (10 a 20% da massa celular)
Proteínas Estruturais: forma de longos filamentos (polímeros); intracelularmente: microtúbulos que formam o citoesqueleto das organelas (cílios, axônios, fusos mitóticos, além de manter as organelas em seu devido lugar); extracelularmente as proteínas tubulares existem na forma de fibras colágenas e de elastina no tecido conjuntivo, tendões, paredes de vasos sanguíneos, ligamentos, etc.
Proteínas Funcionais: compostas pela combinação de poucas moléculas na forma túbulo-globular, são principalmente enzimas, móveis no LIC. (ex: catalisação da reação de clivagem da glicose).
Lipídios: substâncias lipossolúveis; principais: fosfolipídios e colesterol (2% da massa celular), utilizados na formação das membranas internas e externa da célula. Células que contém grandes quantidades de triglicerídios (gordura neutra): adipócitos (até 95% da massa celular), principal reserva de nutrientes do organismo.
Carboidratos: pouca função estrutural, exceto como parte das moléculas de glicoproteínas; nutrição celular; cerca de 1% da massa da célula, armazenamento na forma de glicogênio, 3% da massa das células musculares, até 6% nas células hepáticas; Glicose dissolvida sempre presente no LEC, disponível para as células.
Estrutura Física da Célula
Estruturas Membranosas da Célula
Membrana plasmática, membrana nuclear, membrana do retículo endoplasmático, membrana das mitocôndrias, membrana dos lisossomos e do complexo de Golgi.
Composição das membranas: proteínas e lipídios.
Lipídios: barreira para o movimento da água e substâncias hidrossolúveis;
Proteínas: vias especializadas (poros); enzimas.
Membrana Celular (Plasmática)
Estrutura fina e flexível, 7,5 a 10nm de espessura.
Proteínas 55%, fosfolipídios 25%, colesterol 13%, outros lipídios 4%, carboidratos 3%.
Bicamada fosfolipídica: uma extremidade da molécula é hidrofílica (fosfato), fica em contato com o interior e com o exterior da célula; as outras extremidades são hidrofóbicas (ácidos graxos), repelem a água mas se atraem entre si, compondo a parte interna da membrana plasmática.
A camada interna (lipídica) é impermeável a substâncias hidrossolúveis (íons, glicose, uréia); enquanto compostos lipossolúveis passam com facilidade (O2, CO2, álcool).
As moléculas de colesterol estão dissolvidas na bicamada lipídica, e auxilia na fluidez e seletividade da membrana.
Dispersas na bicamada lipídica estão proteínas globulares, muitas glicoproteínas
Proteínas Integrais: podem formar canais (poros) para passagem de água e íons; propriedades seletivas; Proteínas carreadoras: transporte de substâncias que não são capazes de penetrar na bicamada lipídica, transporte ativo; Enzimas; Receptores para substâncias químicas hidrossolúveis (ex: hormônios): a interação com ligantes específicos causa alterações estruturais na proteína, estimulando a atividade enzimática intracelular, interação entre a proteína receptora e proteínas citoplasmáticas (transmissão de informações de fora para o interior da célula).
Proteínas periféricas: ancoradas à superfície da membrana, frequentemente ligadas a proteínas integrais, quase sempre funcionam como enzimas ou como controladoras do transporte de substâncias através dos poros.
Carboidratos da membrana (Glicocálice):
Geralmente em combinação com proteínas (glicoproteínas) e lipídios (glicolipídios): maioria das proteínas integrais e 1/10 dos lipídios da MP.
Proteoglicanos: carboidratos ligados ao núcleo de pequenas proteínas, superfície externa da célula.
Toda a superfície externa da célula apresenta um revestimento frouxo de carboidrato: o glicocálice.
Muitos têm carga negativa, repelindo ânions;
O glicocálice de uma célula se une ao de outras;
Agem como receptores de hormônios.
Participam de reações imunes.
O Citoplasma e suas Organelas
Partículas dispersas+organelas.
Parte líquida: citosol, contém proteínas dissolvidas, eletrólitos e glicose.
Dispersos no citoplasma: glóbulos de gordura neutra, grânulos de glicogênio, ribossomos, vesículas secretórias e organelas.
Retículo Endoplasmático
Formado por túbulos e vesículas achatadas, suas paredes são constituídas por membranas de dupla camada lipídica (similar à MP), a área da sua membrana pode ser de até 30 a 40 vezes maior que a da MP. Espaço interno: matriz endoplasmática; contectado ao interior da membrana nuclear. 
Condução de substâncias produzidas em outras partes da célula.
Ribossomos e Retículo Endoplasmático Granular
Parte do retículo endoplasmático que apresenta Ribossomos (RNA+proteínas) aderidos, os quais sintetizam novas moléculas de proteína.
Retículo Endoplasmático Agranular
Síntese de substâncias lipídicas e outros processos promovidos por enzimas intrarreticulares.
Complexo de Golgi
Relacionado ao RE, é composto por 4 ou mais camadas de vesículas fechadas, finas e achatadas empilhadas. Destaca-se em células secretórias, no polo da célula onde se dá a secreção.
Funciona em associação ao RE: vesículas de transporte (ou vesículas do RE) se destacam do RE para, em seguida, se fundir ao Complexo de Golgi, e as substâncias contidas nelas são processadas para a formação de Lisossomos, vesículas secretórias e outros.
Lisossomos
Organelas vesiculares formadas separando-se do Complexo de Golgi. Dispersos no citoplasma, constituem o sistema digestivo intracelular: estruturas celulares danificadas, partículas de alimento, materiais indesejados.
Diâmetro de 250 a 750 nm.
Limitado por uma membrana de dupla camada lipídica, contém diversos grânulos (agregados proteicos) com até 40 enzimas diferentes da classe das hidrolases (quebra de compostos orgânicos).
Proteína → Hidrólise → Aminoácidos
Glicogênio → Hidrólise → Glicose
Lipídios → Hidrólise → Ácidos Graxos e Glicerol
A membrana do Lisossomo impede que as enzimas hidrolíticas entrem em contato com outras substâncias da célula, mas em condições específicas essa membrana é rompida, havendo liberação das enzimas digestivas que clivam substâncias orgânicas, tais como glicose e aminoácidos.
Peroxissomos
São fisicamente parecidos com os lisossomos, mas diferem em dois aspectos.
Origem: se formam por autorreplicação ou brotamento do REl.
Contém oxidases em vez de hidrolases, capazes de combinar o oxigênio com hidrogênios para formar o peróxido de hidrogênio, que em combinação com a catalase (também presente em grande quantidade nessas organelas) são capazes de oxidar substâncias potencialmente tóxicas. Ex: álcool nas células hepáticas.
Vesículas Secretórias
Quase todas as substâncias secretadas por uma célula são originadas pelo sistema RE-Complexo de Golgi, liberadas no citoplasma pelo Complexo de Golgi na forma de vesículas secretórias. Ex: vesículas secretórias nas células acinares pancreáticas, que armazenam proenzimas (que só são ativadas no duodeno para realizar funções digestivas).
Mitocôndrias
“Casa de força” da célula, presentes em todas as áreas do citoplasma, o número total de mitocôndrias varia de 100 a vários milhares, possuem tamanho e forma variáveis.
Composta por duas membranas (interna e externa), ambas formadas por bicamada lipídica e proteínas. As diversas dobras da membrana interna formam as cristas mitocondriais,onde se localizam as enzimas oxidativas. A cavidade interna é preenchida pela matriz mitocondrial, com grande quantidade de enzimas.
As enzimas oxidativas operam em associação com as enzimas da matriz mitocondrial liberando água, CO2 e ATP.
São estruturas autorreplicantes que contém DNA.
Citoesqueleto Celular – Filamentos e Estruturas Tubulares da Célula
As proteínas tubulares geralmente são organizadas em túbulos/filamentos. As moléculas precursoras das proteínas (sintetizadas pelos ribossomos) se polimerizam formando filamentos.
Ectoplasma: região mais externa do citoplasma, com grande quantidade de filamentos de actina (suporte elástico para a MP).
Células musculares: actina e miosina.
Microtúbulos de tubulina: estruturas muito fortes em todas as células. (Ex: flagelo do espermatozoide)
Centríolos e fusos mitóticos.
Núcleo
Centro de controle da célula, contém grandes quantidades de DNA, que determinam as características das proteínas das células (proteínas estruturais, enzimas, etc), além de controlar a reprodução da própria célula: genes se replicam em 2 conjuntos idênticos, depois a célula se divide por mitose (2 células filhas)
Partes do núcleo: poros, nucleoplasma, nucléolo, envelope nuclear (membranas externa e interna), cromatina (DNA).
Membrana Nuclear (Envelope Nuclear)
São, na verdade, duas membranas, cada uma formada de uma bicamada lipídica. A membrana externa é contínua com o RE, e o espaço entre as duas membranas é contínuo com o interior do RE.
É vazada por milhares de poros, com diversas proteínas ancoradas nas bordas. Moléculas de peso 44000 podem passar com razoável facilidade.
Nucléolos e Formação de Ribossomos
Os nucléolos são organelas que não são limitadas por membrana. Trata-se de um acúmulo de RNA e proteínas (como as dos ribossomos). Seu tamanho fica maior quando a célula está ativa (sintetizando proteínas)
A formação dessas estruturas, bem como dos ribossomos, inicia no núcleo: genes específicos do DNA promovem a síntese de RNA, parte fica armazenada no núcleo e parte forma os ribossomos no citoplasma.
Comparação da Célula Animal com Formas Pré-celulares de Vida
Uma célula tem o diâmetro de aproximadamente 1000 vezes o menor vírus existente. O ácido nucleico dos vírus apresenta os mesmos constituintes do RNA e do DNA contido nas células de mamíferos, de modo que o vírus propaga sua linhagem geração após geração, tratando-se de uma estrutura viva.
A célula nucleada se distingue de todas as formas de vida inferiores, sendo assegurada a reprodução exata de novas células.
Sistemas Funcionais da Célula
Ingestão pela Célula – Endocitose
É uma função especializada da MP para que partículas maiores entrem na célula. Existem duas principais formas: fagocitose e pinocitose.
Pinocitose: ingestão de partículas minúsculas (moléculas) que formam vesículas de LEC e componentes particulados no interior da célula.
Ocorre continuamente na maioria das células. Nos macrófagos, cerca de 3% da membrana total são engolfados na forma de vesículas a cada minuto.
É o único meio pelo qual grandes macromoléculas (como a maior parte das proteínas) pode entrar nas células;
A velocidade da formação de vesículas pinocitóticas é aumentada quando as macromoléculas aderem a MP, por meio de receptores, que costumam ficar nas cavidades revestidas da membrana.
Na face interna da membrana, existe uma malha de proteína fibrilar (clatrina, além de filamentos de actina e miosina). Quando a macromolécula adere ao receptor, as propriedades da membrana se alteram no local, formando invaginações, que depois se tornam as vesículas pinocitóticas.
Este processo requer ATP da célula e a presença de Ca+ no LEC. 
Fagocitose: ingestão de grandes partículas (bactérias, células totais, partes de tecido em degeneração); apenas algumas células tem capacidade de fagocitar (macrófagos e alguns leucócitos, especialmente).
Os receptores da MP se ligam aos ligantes da superfície da partícula;
As bordas da membrana ao redor do receptor se invaginam, mais receptores se ligam à partícula enquanto a vesícula fagocítica se forma.
Fibrilas contráteis no citoplasma envolvem a vesícula, empurrando-a para o interior.
As mesmas proteínas contrateis fecham a vesícula, que se separa da MP e fica no interior da célula.
Digestão de Substâncias Estranhas, Pinocitóticas e Fagocíticas Dentro da Célula – Função dos Lisossomos
Quando uma vesícula fagocítica ou pinocitótica aparece no interior da célula, um ou mais lisossomos se ligam a ela, lançando suas hidrolases ácidas no interior da vesícula, formando, então, uma vesícula digestiva (órgão digestivo da célula).
Na vesícula digestiva, proteínas, carboidratos e lipídios são hidrolisados, gerando como produtos pequenos aminoácidos, glicose, fosfatos e outros, que podem se difundir para o citoplasma.
O corpo residual (substâncias indigeríveis) é excretado por exocitose.
Regressão dos Tecidos e Autólise das Células
Os lisossomos são responsáveis por grande parte da regressão de tecidos (ex: regressão do útero após a gravidez). Eles também removem células (ou partes de células) danificadas, pois danos celulares diversos induzem o rompimento dos lisossomos, com liberação das hidrolases.
Quando o dano é muito grave, a célula faz autólise, autodigestão de toda a célula (que será substituída por uma nova formada por mitose).
Agentes bactericidas: os lisossomos podem matar bactérias fagocitadas antes que elas causem dano à célula;
Lisozima: dissolve a MP da bactéria;
Lisoferrina: liga o Fe e outras substâncias antes que auxiliem no crescimento bacteriano;
Ácido em pH próximo a 5,0: ativa as hidrolases e inativa o sistema metabólico das bactérias.
Síntese e Formação de Estruturas Celulares pelo RE e Complexo de Golgi
O sistema membranoso do RE+Complexo de Golgi forma um órgão metabólico capaz de formar novas estruturas intracelulares, além de substâncias a serem secretadas pela célula.
a)Funções Específicas do RE:
O RE e o Complexo de Golgi são formados por membranas de bicamada lipídica, e suas paredes são revestidas por enzimas proteicas que catalisam a síntese de diferentes substâncias. A maioria das sínteses começa no RE
Proteínas são formadas no RE granular; um grande número de ribossomos reveste essa parte do RE; parte das proteínas sintetizadas pelos ribossomos é lançada no citosol, mas a maior parte é transferida para dentro do RE granular (matriz endoplasmática).
Lipídios são sintetizados no RE liso, especialmente fosfolipídios e colesterol, que são incorporados pela membrana do próprio RE; constantemente, vesículas de transporte se desprendem do REL, de modo que seu crescimento não ocorre desmensuradamente.
O RE também fornece as enzimas responsáveis pela quebra do glicogênio (demanda energética;
Fornece grande número de enzimas capazes de desintoxicar a célula, como fármacos; coagulação, oxidação, hidrólise, conjugação com ácido glicurônico, etc.
Funções específicas do Complexo de Golgi
Sua principal função é o processamento adicional de substâncias sintetizadas pelo RE, contudo, ele também sintetiza alguns carboidratos: ácido hialurônico e sulfato de condroitina, que são componentes dos proteoglicanos, são os principais componentes da matriz extracelular (preenchimento entre as fibras colágenas e as células), são os principais componentes da matriz orgânica das cartilagens e ossos, além de serem importantes em atividades celulares como a migração e a proliferação.
À medida que as substâncias são formadas no RE, especialmente proteínas, elas se desprendem na forma de vesículas de transporte, se difundindo para a camada mais profunda do Complexo de Golgi, aonde lançam suas substâncias, havendo adição de porções de carboidratos.
O Complexo de Golgi também compacta as secreções do RE em pacotes concentrados.
Em células de intensa atividade secretora, as vesículas formadas pelo Complexo de Golgi são principalmente vesículas secretórias, que se difundem do Golgi para a MP, sendo enviadas para o LEC por exocitose (estimuladapela entrada de íons Ca+ na célula).
Vesículas intracelulares são utilizadas para repor membranas por meio de fusão, o que aumenta a área das membranas , repondo-as conforme são consumidas.
Extração de Enegia dos Nutrientes – Função das Mitocôndrias
As principais substâncias das quais a célula extrai energia são os nutrientes que reagem quimicamente com o oxigênio: carboidratos, gorduras e proteínas. Todos os carboidratos são convertidos em glicose, as proteínas são convertidas em aminoácidos e as gorduras em ácidos graxos. Quase todas as reações oxidativas acontecem nas mitocôndrias, e a energia liberada é utilizada para formar o ATP.
	O ATP é formado por uma base nitrogenada (Adenina), açúcar pentose (Ribose) e três radicais fosfato, sendo que os dois últimos radicais fosfato são considerados ligações de alta energia. Quando o ATP libera sua energia, um radical de ácido fosfórico é liberado, formando o ADP.
	Cada vez que um ATP é gasto, o ADP e o ácido fosfórico são recombinados em ATP novamente.
O processo de formação do ATP
Ao entrar na célula, a glicose é submetida à glicólise no citoplasma, originando o ácido pirúvico, uma quantidade pequena de ADP é transformada em ATP. 95% da formação de ATP ocorre nas mitocôndrias. 
O ácido pirúvico é convertido em acetil-CoA na matriz mitocondrial.
Ciclo do ácido cítrico/Ciclo de Krebs: série de reações químicas que ocorrem também na matriz das mitocôndrias; ocorre a clivagem da acetil-CoA em átomos de hidrogênio e dióxido de carbono (excretado). Os átomos de hidrogênio são utilizados na conversão do ADP em ATP nas cristas da mitocôndria:
	O evento inicial é a remoção de um eletron do átomo de H;
	O evento final é a combinação dos íons H com os de O para a formação de água, com liberação de energia para as grandes proteínas globulares: ATP-sintetase.
	Essas proteínas usam a energia dos ions H+ para converter o ADP em ATP, que é transportado para fora da mitocôndria.
	Processo geral de formação do ATP: Mecanismo Quimiosmótico.
Usos do ATP no funcionamento celular:
Transporte ativo; (algumas células utilizam 80% do seu ATP no transporte ativo)
Síntese de componentes químicos;
Suprir a energia necessária para contração muscular.
Locomoção Celular
O tipo mais importante de movimento celular que ocorre no corpo humano é o das células musculares dos músculos esquelético, cardíaco e liso (50% da massa corpórea). Nas demais células os principais movimentos são o movimento ameboide e o movimento por meio de cílios.
Movimento Ameboide
É o movimento de toda a célula em relação às suas adjacências, semelhante ao movimento das amebas.
Ocorre com a projeção de um pseudópodo, que se projeta para fora do corpo celular e adere ao tecido adjacente, de modo que o restante da célula é “puxado” na direção do pseudópodo: a membrana dessa extremidade está constantemente se movendo na mesma direção, e a membrana da outra extremidade a segue.
Mecanismo da Locomoção Ameboide
Resulta da formação contínua de nova membrana celular na extremidade do pseudópodo, seguida da absorção contínua da membrana nas partes médias e traseiras.
A aderência do pseudópodo nos tecidos adjacentes é essencial ao movimento, e é efetuada pela presença de receptores proteicos que revestem as vesículas exocitóticas, e depois se evertem para o exterior, aderindo aos ligantes dos tecidos circundantes.
É essencial o suprimento de energia para puxar o corpo celular na direção do pseudópodo (actina+miosina formam uma malha no extoplasma, utilizando ATP).
Tipos de Células que apresentam Locomoção Ameboide
Leucócitos: do sangue em direção aos tecidos para a formação de macrófagos teciduais.
Fibroblastos se movem para a área danificada, células germinativas da pele que se movem em direção a uma área cortada para reparar a lesão.
Importante no desenvolvimento do embrião e do feto: as células embrionárias geralmente migram para longe dos seus locais de origem para o desenvolvimento de estruturas especiais.
Controle da Locomoção Amebóide – Quimiotaxia
Quimiotaxia: iniciador mais importante do movimento ameboide, resulta do aparecimento de certas substâncias nos tecidos (substância quimiotática).
A maioria das células com movimentação ameboide se move em direção à substância quimiotática (quimiotaxia positiva – da área com menor concentração de subst.quimiotática para a de maior), algumas poucas se distanciam da fonte (quimiotaxia negativa): o lado mais exposto à substância desenvolve alterações na MP que resultam no pseudópodo.
Cílios e Movimentos Ciliares
Movimento similar ao batimento dos cílios, só ocorre em dois locais do corpo humano: superfície das vias aéreas do sistema respiratório e na superfície interna das trompas de Falópio.