BIOLOGIA (CITOLOGIA)

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BIOLOGIA (CITOLOGIA)
UNIDADE I
O QUE SÃO CÉLULAS
Célula é a unidade morfofisiológica de todos os seres vivos.
Estrutura das células procarióticas e eucarióticas
Em relação à morfologia e estrutura, existem dois grupos celulares: as células procariontes e as eucariontes.
Células procariontes
São assim designadas devido à ausência de membrana plasmática em sua estrutura total. Não possuem organelas membranosas (retículo endoplasmático liso e rugoso, complexo de Golgi, mitocôndrias, plastos, lisossomos e vacúolos) e muito menos um núcleo delimitado pela cariomembrana (carioteca) envolvendo os cromossomos. Essas células, com estrutura e funcionamento relativamente simples, teriam sido os primeiros organismos do planeta Terra. São as eubactérias e as arqueobactérias, dois grupos de protistas com a ultraestrutura diferente.
Os seres procariontes são unicelulares ou coloniais.
O QUE SÃO CÉLULAS
Células eucarióticas 
São consideradas células verdadeiras, mais complexas em relação às procarióticas por possuírem um desenvolvido sistema de membranas. Esse tipo celular, típico da constituição estrutural dos fungos, protozoários, animais e plantas, apresenta interior celular bem compartimentado, ou seja, uma divisão de funções metabólicas entre as organelas citoplasmáticas: retículo endoplasmático liso e rugoso (RER), mitocôndrias, organoplastos, lisossomos, peroxissomo e complexo de Golgi. O importante aspecto evolutivo das células eucarióticas é a individualização de um núcleo, delimitado por membrana nuclear, restringindo em seu interior o material cromossômico e permitindo que reações químicas que ocorram nessa região sejam parcialmente independentes do meio externo. Sem dúvida, a compartimentalização do núcleo e organelas participou do processo da formação dos seres pluricelulares.
O QUE SÃO CÉLULAS
Evolutivamente, acredita‑se que o surgimento das células eucariontes tenha partido do processo de emissão de prolongamentos ou invaginações (desdobramento de parte de um tecido dentro de outra parte ou estrutura, uma dobradura que cria uma espécie de ‘bolso’) da membrana plasmática em células primitivas, que foram adquirindo crescente complexidade à medida que se multiplicavam. Quanto à existência dos cloroplastos e mitocôndrias no interior dos eucariotos, acredita‑se que as relações de endossimbiose (relação benéfica entre dois organismos celulares) foram retidas entre células procarióticas englobadas por células eucarióticas, mantendo um sistema celular adaptado ao meio ambiente em que se encontravam.
CÉLULA PROCARIÓTICA
CÉLULA EUCARIÓTICA
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Células autotróficas e heterotróficas
Além das diferenças morfológicas das células, também ocorrem disparidades fisiológicas. Os modos de obtenção de energia para ativar o metabolismo das células diferenciam‑nas em dois grupos: as células procarióticas e eucarióticas que transformam a energia luminosa em energia química são denominadas autotróficas, e as células procarióticas e eucarióticas que convertem a energia química proveniente da alimentação em energia mecânica, térmica ou mesmo em outra modalidade de energia química são denominadas heterotróficas.
Isso significa que os vegetais e as cianobactérias não dependem dos outros seres vivos do planeta (são autônomos), enquanto as bactérias, os protozoários, os fungos e os animais formados por células heterotróficas dependem dos seres autótrofos, pois a energia desses heterótrofos é obtida do alimento produzido pelos autótrofos. Isso pode até parecer irrelevante para o profissional de Educação Física, mas se
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lembrarmos que energia não se perde, e sim se transforma, e que para o bom desempenho físico a energia deve ser aproveitada adequadamente, a transferência de energia luminosa para energia química torna‑se essencial, uma vez que alguns autótrofos convertem e armazenam grande quantidade de energia, tornando‑se excelentes alimentos energéticos.
O processo de transformação de energia luminosa em energia química é a fotossíntese. As células autotróficas eucarióticas possuem organelas ricas em clorofila (cloroplastos) e as células autotróficas procarióticas possuem a clorofila ou outro pigmento em seu citoplasma, convertendo por meio de reações bioquímicas a energia luminosa em energia química.
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Tipos de células eucariontes
Como células são estruturas microscópicas, as dimensões celulares estão representadas a seguir, tomando‑se como referência um metro:
1 m (metro) ÷ 1.000 = 1 mm (milímetro)
1 mm (milímetro) ÷ 1.000 = 1 μm (micrômetro)
1 μm (micrômetro) ÷ 1.000 = 1 nm (nanômetro)
O olho humano tem resolução para observar estruturas entre 300 e 200 micrótomos. Quando é realizada uma comparação entre células procarióticas (bactérias) com eucarióticas que formam animais e vegetais, verifica‑se que as características em relação ao tamanho são muito maiores nas eucarióticas animais, que chegam a até 1.000 μm (1 mm) nos óvulos e a muito mais em alguns protozoários, enquanto nas procarióticas o tamanho está compreendido entre 0,5 e 5 μm.
VER QUADRO DOS TIPOS CELULARES – APOSTILA PÁGINA 13
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Ultraestrutura celular
Quando descrevemos as células quanto as suas organelas e respectivas funções, nos referimos à ultraestrutura celular. O mais importante a saber aqui, é o significado e função de cada uma evidenciando‑se o que faz aquela célula entre outras.
Vamos observar os detalhes celulares e relacioná‑los às suas funções.
Membrana plasmática
Envolvendo a célula, aparece a membrana plasmática, uma delgada película através da qual são realizadas as trocas de substâncias entre os meios intra e extracelular. É através da membrana que a célula recebe água, oxigênio e alimento, ao mesmo tempo que elimina substâncias úteis ao organismo ou resíduos provenientes de reações químicas que nela acontecem.
 
O QUE SÃO CÉLULAS
O QUE SÃO CÉLULAS
Citoplasma
O citoplasma é o constituinte celular mais abundante, formado pelo citosol e os organoides celulares. O citosol, principal componente do citoplasma, é um líquido no qual estão mergulhados os organoides celulares, entre os quais destacamos: ribossomos, retículo endoplasmático, mitocôndrias, lisossomos, complexo golgiense, centríolos e citoesqueleto.
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Ribossomos
Os ribossomos são pequenos grânulos que aparecem livremente no citoplasma ou aderidos às membranas do retículo endoplasmático. Constituem a sede de um dos principais processos celulares: a síntese de proteínas.
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Retículo endoplasmático
O citosol é percorrido por um sistema de vesículas e canais que se intercomunicam formando o retículo endoplasmático. Trata‑se de uma estrutura que auxilia a distribuição e o armazenamento de substâncias celulares. Existem dois tipos de retículo endoplasmático: o granular e o liso. O granular ou rugoso apresenta ribossomos aderidos às suas membranas, o que não acontece com o liso.
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Mitocôndrias
As mitocôndrias são corpúsculos esféricos ou alongados, limitados por duas membranas: uma externa ou lisa e outra interna com uma série de expansões chamadas de cristas. Nas mitocôndrias, ocorrem etapas da respiração celular, processo que fornece a energia necessária às atividades vitais da célula.
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Complexo golgiense
Organoide constituído por uma pilha de vesículas circulares e achatado, servindo principalmente para armazenamento de secreções, substâncias úteis produzidas e eliminadas pelas células. 
O QUE SÃO CÉLULAS
Lisossomos
Os lisossomos são pequenas bolsas formadas por uma membrana que envolve enzimas, elementos responsáveis pela digestão de substâncias no meio intracelular.
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Peroxissomos
Semelhantes aos anteriores, contendo a enzima catalase, cuja função é a degradação do íon peróxido de hidrogênio (água oxigenada). São responsáveis por eliminar das células determinados resíduos tóxicos. Podem também participar da conversão de gordura em glicose. 
O QUE SÃO CÉLULASCentrossomo
Organoide situado no centro da célula e constituído por dois centríolos, pequenos cilindros perpendiculares entre si, que exercem importantes funções no processo de divisão celular. 
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Citoesqueleto
A forma celular é mantida pelo citoesqueleto, um conjunto de filamentos de natureza proteica existente no citoplasma.
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Núcleo
Situado geralmente no centro da célula, o núcleo é envolvido por uma dupla e porosa membrana e apresenta no seu interior o nucléolo e a cromatina. O nucléolo é um corpúsculo que origina os ribossomos. Estruturalmente, a cromatina é formada pelo DNA, onde aparecem os genes, por meio dos quais o núcleo coordena as funções celulares.
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Nucléolo
Está presente no núcleo celular, na maioria das vezes são únicos, mas podem ocorrer mais de um, como nos hepatócitos. É responsável pela síntese de subunidades de RNA ribossômico, que se acoplarão no citoplasma, dando origem ao ribossomo.
AS MOLÉCULAS DA CONSTITUIÇÃO CELULAR
Todos os alimentos que ingerimos têm um destino: as células. Portanto, são digeridos por enzimas em partículas e unidades proporcionais às dimensões celulares e absorvidos principalmente pelas células da mucosa intestinal (revestimento intestinal), sendo distribuídos para todas as outras do corpo através do sistema circulatório.
A Biologia Molecular estuda os componentes químicos e suas respectivas funções na constituição e comunicação celular. Assim, para o profissional de Educação Física, é fundamental entender como é a estrutura da unidade funcional dos seres vivos, para assim aplicar esse conhecimento no desempenho e condicionamento físico.
As funções das grandes moléculas dos polímeros orgânicos são basicamente cinco:
• Estruturais, quando participam da arquitetura celular.
• Enzimáticas, quando aceleram reações químicas.
• Informacionais, quando agem na comunicação celular.
• De defesa, quando inativam antígenos (elementos estranhos ao organismo).
AS MOLÉCULAS DA CONSTITUIÇÃO CELULAR
• Energéticas, quando liberam unidades de energia para as células.
As pequenas moléculas, tais como vitaminas, íons e a água, participam, respectivamente, nas reações químicas como fatores, cofatores e solventes metabólicos.
Proteínas
São polímeros de aminoácidos. Existem 20 tipos de aminoácidos que se combinam por ligações químicas (peptídicas). Os aminoácidos se unem formando polipeptídios; estes, por sua vez, se agregam, dando origem às proteínas. Como uma proteína apresenta mais de 70 aminoácidos, eles se repetem ao longo do polímero proteico.
Funções:
• Função estrutural: são proteínas que constituem células e tecidos, fornecendo elasticidade, flexibilidade, rigidez e consistência. São
AS MOLÉCULAS DA CONSTITUIÇÃO CELULAR
exemplos: colágeno, actina, miosina, queratina, fibrinogênio, albumina e muitas outras.
• Função informacional: proteínas formam hormônios e estes são “mensageiros químicos”. As células que produzem essas proteínas formam os órgãos endócrinos (glândulas endócrinas: hipófise, tireoide, paratireoide, ilhotas pancreáticas, suprarrenais).
• Função de defesa: são as proteínas denominadas imunoglobulinas – IgG, IgM, IgE. São produzidas por células denominadas plasmócitos e constituem um dos dois mecanismos de defesa do ser humano, o mecanismo de defesa de base adaptativa, pois as imunoglobulinas são os anticorpos (proteínas de defesa) específicos a cada antígeno (elemento estranho, agente da doença). São formadas a partir do contato com próprio antígeno, mas nem sempre isso ocorre, permitindo a adaptação ou não ao meio em que se encontra o antígeno.
• Função enzimática: catalisam (aceleram) várias reações químicas biológicas. São exemplos: amilase salivar, lípases, fosfatases.
• Função energética: a quebra de moléculas proteicas libera unidades
AS MOLÉCULAS DA CONSTITUIÇÃO CELULAR
energéticas, os ATPs (adenosina trifosfato), que são utilizados para a conversão em energia mecânica, térmica e química novamente.
Carboidratos
A formulação mínima dos hidratos de carbono ou carboidratos ou glicídio é assim representada: CH2O. São exemplos: as pentoses, tipos de açúcares (C5H10O5) e as hexoses, outros tipos de açúcares (C6H12O6). As pentoses importantes são as encontradas nos ácidos nucleicos, ribose no DNA e desoxirribose no DNA. Glicose, frutose e galactose são monossacarídeos; maltose e sacarose são dissacarídeos; celulose, amido e glicogênio são polissacarídeos. Doces (açúcares) são apenas os mono e dissacarídeos; polissacarídeos não são doces, são insolúveis (celulose) ou formam coloides (amido). É válido ressaltar que os carboidratos são utilizados tanto como combustíveis como também para construções de estruturas celulares.
AS MOLÉCULAS DA CONSTITUIÇÃO CELULAR
São divididos em:
• Monossacarídeos: são carboidratos formados de uma molécula cuja fórmula geral é Cn (H2O)n, onde n = 3 – 7. Exemplos mais importantes: pentoses (desoxirribose e ribose) e hexoses (glicose, frutose e galactose).
• Dissacarídeos: formados pela união de duas moléculas de monossacarídeos com a perda de uma molécula de água. Exemplos: sacarose, maltose e lactose.
• Polissacarídeos: compostos pela união de três ou mais moléculas de monossacarídeos. Há síntese por desidratação. Exemplos: amido (centenas de glicoses, é a reserva energética vegetal) e glicogênio (reserva energética animal).
Funções:
• Função estrutural: apenas nos vegetais. A celulose é o principal carboidrato estrutural dos vegetais, e não é digerida pelas enzimas humanas. Nos mamíferos herbívoros, ocorrem bactérias e protozoários
AS MOLÉCULAS DA CONSTITUIÇÃO CELULAR
que vivem em simbiose dentro de estruturas próprias para a digestão da celulose (rúmen e ceco, por exemplo). Quando associadas, as proteínas exercem ações estruturais, tais como os heteropolímeros, que são as glicosaminoglicanas que se combinam com proteoglicanas e glicoproteínas.
• Função informacional: formam o glicocálix, ou glicálice, que é um polissacarídeo associado a proteínas situado na face externa da membrana plasmática celular. Tem o papel de comunicação celular (reconhecimento) e adesão celular. O sistema sanguíneo ABO é um exemplo da ação do glicocálix.
• Função energética: são as gorduras neutras, formadas de ésteres de ácidos mais o glicerol ou glicerina, dando origem aos triglicerídeos (álcool). Ocorrem comumente nos adipócitos.
Lipídios
Lipídios ou gorduras são substâncias que resultam da reação entre um
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álcool (glicerol, álcool etílico, entre outros) e um ácido carboxílico (palmítico, esteárico, oleico). Lipídios isolados apresentam‑se na forma de óleos (líquidos na temperatura ambiental) ou ceras (sólido). Os triglicerídeos são lipídios concebidos pela ligação estérica de três ácidos graxos (iguais ou diferentes) com uma molécula única de glicerol (álcool). São triglicerídeos as gorduras e os óleos. A concentração no sangue humano deve oscilar entre 40 e 150 mg/dl. As estruturas lipídicas são hidrofóbicas (possuem aversão à água).
Funções:
• Função estrutural: constitui a membrana plasmática das células, fundamental na compartimentalização celular, seletividade, semipermeabilidade, flexibilidade, rigidez e consistência da membrana plasmática. São exemplos: esfingomielina, colesterol, fosfatidilcolina e fosfatidiletanolamina.
• Função informacional: lipídios formam os hormônios sexuais. As células que produzem esses lipídios estão nas gônadas masculina e
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feminina, glândulas endócrinas sexuais, ovários e testículos, produzindo principalmente os estrógenos e a testosterona.
• Função energética: são as gorduras neutras, compostas de ésteres de ácidos mais o glicerol ou glicerina, formando os triglicerídeos (álcool). Ocorrem comumente nos adipócitos.
Ácidos nucleicos
Encontrados no núcleo e no citoplasma, esses ácidos geram cadeias de nucleotídeos. São os principais exemplos: ácido desoxirribonucleico (DNA) e ácido ribonucleico (RNA). NoDNA ocorre o armazenamento da carga hereditária/material genético, e ele também é o responsável por transmitir essa carga genética para as células‑filhas. Cada nucleotídeo contém um açúcar (pentose), bases nitrogenadas púricas = adenina (A) e guanina (G) e pirimídicas = timina (T), citosina (C) e uracila (U), além do fosfato.
Localiza‑se no núcleo celular, na mitocôndria em células animais e em
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cloroplastos nas células vegetais e em certos vírus (adenovírus). 
O RNA possui cadeia simples, com funções bem conhecidas: há o RNAr, que é o constituinte dos ribossomos livres ou aderidos no retículo endoplasmático; o RNAm ou RNA mensageiro (é o códon); e o RNAt (anticódon), RNA transportador, que veicula aminoácidos do citoplasma para o ribossomo (RNAr).
As bases nitrogenadas são classificadas em purinas e pirimidinas. As bases purinas são adenina (A) e guanina (G), que possuem dois anéis na sua estrutura; já as bases pirimidinas são citosina (C), timina (T) e uracila (U), que são formadas por apenas um anel.
Funções do DNA:
• Função informacional: transmite a informação genética via cromossomos (herança) para as outras células.
• Função de comando celular: o DNA associado a proteínas e RNA transmite as funções hereditárias para comandar a célula.
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Funções do RNA:
• Função informacional: transmite a informação genética codificada no DNA para as organelas responsáveis pela síntese de proteínas, denominando‑se RNAm (mensageiro).
• Função enzimática: acelera as reações químicas voltadas para síntese de proteínas. O RNAt de transferência (transportador) acelera a combinação de aminoácidos específicos para a formação dos diferentes tipos de proteínas.
• Função estrutural: o RNAr ribossômico forma a estrutura dessa organela, que é o local inicial do processamento de síntese proteica.
Vitaminas
São cofatores metabólicos e coenzimas, ativando uma grande quantidade de enzimas para o bom funcionamento do organismo – portanto, agem no metabolismo geral, mantendo a homeostasia. Avitaminose é o termo empregado para indicar a deficiência de
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vitaminas no organismo, por exemplo, avitaminose C, que causa distúrbio na síntese da proteína colágeno pelas células fibroblastos. Assim, na síntese do colágeno, a ausência de vitamina C não impede esse processo, mas faz com que ele ocorra de forma incompleta. Na época das descobertas continentais por navios à vela, que permaneciam muito tempo no mar, era comum o surgimento do escorbuto, doença que se inicia com quedas dos dentes em decorrência da síntese de um colágeno fraco nos ligamentos periodontais. Isso foi facilmente explicado pela ausência de vitamina C na dieta da tripulação, uma vez que a alimentação era toda à base de organismos marinhos, pobres nessa vitamina.
A expressão provitamina é atribuída à substância precursora de uma determinada vitamina; assim, o caroteno encontrado na cenoura é a provitamina que irá se transformar em vitamina A (ácido retinoico). As vitaminas são classificadas em hidrossolúveis (tiamina/B1, riboflavina/B2, piridoxina/B6, nicotinamida ou niacina/ PP, cobalamina/B12, biotina/H, rutina/P e ácido ascórbico/C) e em
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lipossolúveis (retinol ou ácido ascórbico/A, calciferol/D, tocoferol/E e fitoquinona/K).
Sais minerais
Os sais minerais são os fatores ou participantes diretos nas reações químicas das células e constituem o soluto das soluções verdadeiras. Muitas vezes, são mencionados como seus precursores (ácidos, como o ácido úrico, e bases, como o hidróxido de cálcio).
Quanto às suas funções, a presença dos minerais permite as reações químicas nas células, e a ausência impede absolutamente o processo metabólico. Tomemos como exemplo o cálcio: sem ele não ocorrem inúmeros processos, a fibra muscular não se contrai, os neurônios não transmitem o impulso nervoso, as células de defesa não fagocitam, as células não se dividem etc.
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Água
A água é o componente mais comum, constituindo cerca de 70% do protoplasma (denominação dada para a matéria viva). É solvente de soluções químicas e fase dispersante de coloides. A desidratação do organismo e, consequentemente, das células, é grave. Elevadas quantidades de água ficam retidas entre as células do tecido conjuntivo, na substância intersticial.
Em relação às suas atribuições, a configuração molecular da água a torna bipolar (polo + e –), permitindo que ela se combine com todas as moléculas polares. Assim, é denominada solvente universal, e sem ela as reações químicas dos organismos não ocorrem.
 
AS CÉLULAS FORMAM TECIDOS
Os tecidos são formados por células (embrioblastos) derivadas dos três folhetos embrionários: ectoderme, mesoderme e endoderme. Estas se agrupam e juntas compõem uma estrutura que desempenhará uma determinada função. Portanto, o conceito de tecido deve ser claro: não é um conjunto de células que exercem o mesmo papel.
Um tecido animal é uma estrutura constituída por células de mesma origem embrionária e que juntas desenvolvem uma função, ou seja, as células podem ser funcionalmente diferentes, mas em conjunto desempenham idêntico ofício.
Em algumas situações, poucas células migram de um folheto embrionário para outro, indo constituir o tecido. Os tecidos epiteliais são formados por células dos três folhetos embrionários, mas cada tecido epitelial tem a sua origem em um único folheto embrionário.
AS CÉLULAS FORMAM TECIDOS
Tecido epitelial
O tecido epitelial é constituído por células poliédricas com polaridade basal e apical definidas, intimamente unidas, coesas, com pouca matriz extracelular (material externo às células) e avascular. Tem origem nos três folhetos embrionários (ecto, meso e endoderme).
Esse tecido cria os epitélios de revestimento, que protegem externa e internamente o organismo, formando as mucosas que também podem absorver os alimentos, e produz os epitélios de secreção ou glandular, o qual pode ser endócrino quando libera os seus produtos (hormônios) para os vasos sanguíneo e exócrino, ao secretar os seus produtos (enzimas, saliva, suor, leite etc.) para a superfície dos epitélios.
Existem glândulas mistas, endócrina e exócrina, tais como o pâncreas, que secreta a insulina para os vasos sanguíneos e enzimas para o duodeno. 
AS CÉLULAS FORMAM TECIDOS
A pele é um órgão formado por tecido epitelial estratificado pavimentoso queratinizado na epiderme e tecido conjuntivo frouxo e denso na derme. O atrito contínuo pode promover uma queratinização excessiva, que é vulgarmente chamada de calo.
De acordo com o número de camadas de células que possuem, os epitélios de revestimento são classificados em simples, estratificados e pseudoestratificados. Epitélios simples são formados por uma só camada celular, e, de acordo com a forma das células, ele pode ser classificado em: epitélio simples pavimentoso (o endotélio, epitélio que reveste internamente os vasos sanguíneos); epitélio simples cúbico (epitélio que recobre o ovário) e epitélio simples prismático (epitélio que forma as mucosas do estômago e do intestino). Os epitélios estratificados são constituídos por várias camadas de células e podem ser: pavimentosos (epiderme) e cúbicos (condutos glandulares). Já os epitélios pseudoestratificados são formados por uma só camada de células de tamanhos diferentes, dando a impressão de uma estratificação que, de fato, não existe, pois todas as células estão apoiadas no mesmo plano (traqueia). 
AS CÉLULAS FORMAM TECIDOS
Além desses, há os epitélios de transição, que são epitélios estratificados cujas células superficiais variam de forma, segundo a pressão que recebem. É o epitélio que reveste internamente a bexiga, no qual a variação de forma celular depende de o órgão estar vazio ou distendido pela urina.
AS CÉLULAS FORMAM TECIDOS
AS CÉLULAS FORMAM TECIDOS
Tecido conjuntivo
É o tecido de maior ocorrência no organismo, tendo a função de nutrir,unir e sustentar os demais tecidos. Assim, o tecido conjuntivo apresenta vasos do sistema circulatório e linfático que transportam alimentos e removem excretas por todo o organismo. Nesse mesmo tecido, aparecem elementos encarregados da defesa do organismo contra os agentes infecciosos. O tecido conjuntivo tem como característica a grande quantidade de matriz extracelular.
O termo conjuntivo não é aleatório: entende‑se por conjuntivo o grupo de estruturas conectadas às demais que exercem inúmeras funções. Dentre os principais papéis estão as de sustentação, nutrição, meio de comunicação e defesa dos outros tecidos, e os demais papéis são consequências destes.
Apesar da diversidade funcional, todas as células têm a mesma origem embrionária, a mesoderme. Essa grande variedade de tipos de conjuntivos pode ser verificada em sua classificação.
AS CÉLULAS FORMAM TECIDOS
AS CÉLULAS FORMAM TECIDOS
Matriz extracelular
A matriz extracelular do tecido conjuntivo é formada pelas fibras colágenas e elásticas e por uma porção gel, que é a substância fundamental.
As fibras colágenas são constituídas por uma proteína chamada colágeno e oferecem grande resistência às tensões. O colágeno é a proteína mais abundante do corpo humano. Existe uma série de tipos colágenos, as fibras reticulares (pequenas redes de sustentação celular), que são formadas por fibras colágenas do tipo 3.
As fibras elásticas são predominantemente organizadas por uma proteína, a elastina, e são responsáveis pela elasticidade de certos órgãos, como pulmões, vasos sanguíneos e pele.
A substância vital apresenta‑se no estado gel, transparente e homogênea, formada por proteoglicanas, glicosaminoglicanas (gags) e proteínas multiadesivas. As proteoglicanas criam um eixo central e as gags estão presas a elas como cerdas de escova, lembrando, então, uma escova para lavar tubos de ensaio. Entre as gags encontram‑se
AS CÉLULAS FORMAM TECIDOS
moléculas de água oclusas (presas molecularmente) denominadas água de oclusão e que conferem o estado gel a essa estrutura.
Células
As principais células do conjuntivo são: fibroblastos (que se transformam em fibrócitos, após oclusos na matriz extracelular), macrófagos, mastócitos, células adiposas, plasmócitos e células mesenquimais indiferenciadas.
• Fibroblastos são as células mais frequentes no tecido conjuntivo, sendo responsáveis pela formação das fibras e da substância fundamental. Modificam‑se quando se encontram presos na matriz extracelular, reduzindo o seu metabolismo e se tornando uma célula delgada com poucas organelas.
• Macrófagos locomovem‑se por pseudópodes e caracterizam‑se pela capacidade de realizar fagocitose. Os macrófagos agem como elementos de defesa, digerindo e realizando a fagocitose de micro‑organismos. Podem formar células gigantes, multinucleadas, e também são
AS CÉLULAS FORMAM TECIDOS
apresentadores de antígenos, ativando as outras células de defesa.
• Mastócitos são células grandes e ovoides contendo grande quantidade de grânulos no citoplasma. Eles secretam a heparina e histamina, respectivamente, uma substância anticoagulante e outra vasodilatora.
• Células adiposas uniloculares exibem o hialoplasma reduzido a uma película periférica que envolve uma gota de gordura. São células especializadas no armazenamento de gorduras, usadas como reserva alimentar. Também ocorrem as células adiposas multiloculares, que possuem em seu citoplasma inúmeras gotículas lipídicas e são liberadoras de energia térmica.
• Plasmócitos são ovoides e menores do que os macrófagos, não apresentando grânulos no citoplasma. Atuam na defesa do organismo, produzindo as imunoglobulinas (anticorpos) que inativam os antígenos.
• Células mesenquimais indiferenciadas são multipotentes. Elas conseguem se transformar em células do conjuntivo, produtoras de matriz extracelular.
AS CÉLULAS FORMAM TECIDOS
Conjuntivo propriamente dito
O conjuntivo propriamente dito está classificado de acordo com a sua quantidade de matriz em: frouxo, quando são poucas fibras, sendo encontrado na camada superficial da derme; denso não modelado, quando o tecido apresenta muitas fibras distribuídas aleatoriamente, situando‑se na camada profunda da derme; e denso modelado, quando as fibras estão organizadas e distribuídas paralelamente, sendo encontrado nos tendões e demais ligamentos.
Conjuntivo de propriedades especiais
O tecido conjuntivo de propriedades especiais exibe a sua classificação de acordo com o tipo de matriz. Desse modo, está distribuído em: conjuntivo mucoso, com muita substância fundamental, localizando‑se no cordão umbilical; conjuntivo reticular, com fibras reticulares, sendo encontrado no arcabouço dos órgãos, tais como a medula óssea; adiposo unilocular e multilocular, sendo o primeiro permanente no adulto e o segundo apenas em recém‑nascidos; e conjuntivo elástico, 
AS CÉLULAS FORMAM TECIDOS
com muitas fibras elásticas, situando‑se nos terminais dos tendões, evitando‑se choques mecânicos e o rompimento desses ligamentos, e no interior das artérias que suportam muita pressão.
Sangue
O sangue foi considerado por muitos autores como conjuntivo de matriz líquida, pois o sistema circulatório é intrínseco ao conjuntivo e as células de defesa são todas originadas na medula óssea vermelha (conjuntivo reticular) e transportadas pelo sangue antes de alcançar os respectivos destinos.
Tecidos cartilaginoso e ósseo
O tecido conjuntivo de sustentação é formado pelos tecidos cartilaginoso e ósseo. O tecido cartilaginoso possui rede compacta de fibras colágenas e, em alguns casos, elásticas imersas em substância fundamental consistente e gelatinosa, na qual aparecem os condrócitos
AS CÉLULAS FORMAM TECIDOS
(células cartilaginosas). É um tecido avascular, não sendo percorrido por vasos sanguíneos. A nutrição é feita pelo tecido conjuntivo.
As cartilagens possuem as funções estruturais: formam articulações, coxins, o externo e demais estruturas de sustentação e proteção e participam da criação dos ossos, atuando como um “molde”, denominado ossificação endocondral, que é a formação do tecido ósseo no interior de uma peça cartilaginosa. Não ocorre a transformação da cartilagem em osso, e sim a substituição do tecido cartilaginoso pelo tecido ósseo.
Existem três tipos de cartilagem: hialina, elástica e fibrosa. A cartilagem hialina é a mais comum, de aspecto vítreo, constituída por condroblastos, condrócitos e fibras colágenas. Recobre as extremidades dos ossos e forma uma superfície lisa e lubrificada nas articulações. O condrócito fica no interior de uma cavidade chamada condroplasto (lacuna), e o condroblasto se situa no pericôndrio, tecido conjuntivo frouxo que reveste a matriz cartilaginosa. Além de participar das principais estruturas do organismo, a cartilagem hialina é responsável
AS CÉLULAS FORMAM TECIDOS
Tecido ósseo
O tecido ósseo é constituído por células denominadas osteoblastos, que se modificam em osteócitos após ficarem presas nas lacunas (osteoplastos) e diminuírem o metabolismo. Os osteoclastos são células fagocíticas multinucleadas (com até cinco núcleos) responsáveis pela remoção da matriz óssea e corresponsáveis pela remodelação óssea.
A matriz óssea é formada por duas partes: a orgânica e a inorgânica. Na substância orgânica, aparecem fibras colágenas e pequena quantidade de substância amorfa. A resistência e a rigidez do tecido ósseo são determinadas pela substância inorgânica calcificada formada por cristais de hidroxiapatita de cálcio. Como a calcificação óssea impermeabiliza a matriz, a nutrição dos osteócitos se faz por canalículos que unem os osteoplastos e permitem a comunicação entre os osteócitos.
Na matriz óssea secundária (madura), encontram‑se, longitudinalmente, uma série dos chamados canais de Havers (ou canal central), percorridos por capilares sanguíneos e fibras nervosas. Entre os canais de Havers, estão obliquamente dispostos os canais de Volkmann (ou canal transverso ou perfurante). Os osteócitos ordenam‑se
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concentricamenteem torno de um canal de Havers, no limite entre lamelas circulares, formando um conjunto denominado sistema de Havers. O osso primário ou jovem não apresenta essas estruturas (veja a figura a seguir). As superfícies externas dos ossos são revestidas pelo periósteo e as internas, pelo endósteo, que são membranas do tecido conjuntivo frouxo nas quais se encontram os osteoblastos e os osteoclastos.
O processo de ossificação acontece por dois modos. A ossificação intramembranosa ocorre a partir da deposição de matriz extracelular por osteoblastos situados nas membranas de revestimento, o periósteo e o endósteo. Essa ossificação ocorre ao longo da vida e, de um modo geral, pode‑se dizer que ela aumenta e alarga a espessura dos ossos. Já a ossificação endocondral, como citado anteriormente, ocorre a partir de uma peça formada por tecido cartilaginoso hialino e é responsável pela osteogênese do esqueleto, pois na vida embrionária o esqueleto inteiramente formado por tecido cartilaginoso foi gradativamente substituído por tecido ósseo. Assim, esse tipo de ossificação em geral
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Tecido muscular
O tecido muscular é o responsável pelos movimentos corporais, sendo formado por células excitáveis e contráteis que contêm grande quantidade de filamentos citoplasmáticos. Neste tópico serão demonstradas apenas as características morfológicas desse tecido, pois o mecanismo de contração será descrito no tópico referente ao citoesqueleto.
Os componentes das células musculares recebem nomes especiais. A membrana é chamada de sarcolema; o citoplasma, de sarcoplasma; e o retículo endoplasmático liso, de retículo sarcoplasmático.
De acordo com as características morfológicas e funcionais, podem‑se distinguir três tipos de tecidos musculares: o estriado esquelético, o estriado cardíaco e o liso.
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O músculo estriado esquelético é formado por feixes de células denominadas fibras musculares, cilíndricas, muito longas, multinucleadas, com predominância dos núcleos na periferia celular. Elas apresentam estrias transversais e longitudinais em decorrência, respectivamente, da sobreposição dos miofilamentos (proteínas filamentosas) que compõem as unidades funcionais chamadas de sarcômeros e do alinhamento desses filamentos em disposição paralela. As células possuem contrações rápidas, vigorosas e sujeitas ao controle voluntário. Têm pouca capacidade de regeneração, pois são formadas pela fusão de células periféricas (satélites) que são, na maioria das vezes, utilizadas no desenvolvimento até o fim da adolescência. Isso significa que uma lesão muscular pode ser irreversível, isto é, com redução das fibras musculares, o músculo nunca apresentará a força e o desempenho que antes possuía. Como veremos adiante, para que ocorra a contração, é necessária a presença do cálcio. Assim, o armazenamento do cálcio ocorre em três pequenas vesículas, denominadas sistema T tríade; o aumento do volume celular, hipertrofia; o aumento do número de células ou de fibras musculares, hiperplasia. 
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Esse tipo muscular está associado ao esqueleto e ligamentos, promovendo o movimento e a sustentação corpórea.
O músculo estriado cardíaco é formado por células cilíndricas ramificadas e pouco alongado, que se unem por intermédio dos discos intercalares, constituídos por desmossomos (estrutura proteica que liga duas células adjacentes por ligações aos citoesqueletos) e junções comunicantes, que são hexamêros proteicos que formam diafragmas e modulam a passagem de pequenas moléculas entre células vizinhas. Também contém estrias transversais e longitudinais pelo mesmo motivo do estriado esquelético e possui um ou dois núcleos em posição central. Apresenta contrações involuntárias, rápidas e vigorosas, não se regenera e armazena o cálcio em duas pequenas vesículas, denominadas sistema T díade. O músculo cardíaco ocorre apenas no coração e não está presente na parede dos vasos sanguíneos.
O músculo liso é formado por células fusiformes que não possuem estrias transversais. Os miofilamentos estão distribuídos em disposição aparentemente aleatória e não possuem o sarcômero. Apresenta apenas
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um núcleo em posição central e se regeneram facilmente. Seu processo de contração é lento e involuntário. Estão presentes nas vísceras, na parede dos vasos sanguíneos, no tubo digestório, nas tubas uterinas e útero etc.
Existem membranas que são os envoltórios de tecido conjuntivo. O tecido muscular está organizado em grupos de feixes cobertos por tecido conjuntivo chamado de epimísio, do qual partem septos muito finos de tecido conjuntivo para o interior do músculo, separando os feixes. Esses septos são denominados perimísios. O perimísio contorna cada feixe de fibras musculares. Cada fibra muscular é envolvida por uma fina camada de fibras reticulares (endomísio). O tecido conjuntivo mantém as fibras musculares unidas, permitindo que a força de contração gerada por cada fibra individualmente atue sobre o músculo inteiro. Os vasos sanguíneos penetram nos músculos através dos septos de tecido conjuntivo e formam uma rica rede de capilares que correm entre as fibras musculares.
Tecido nervoso
O tecido nervoso forma a interface do organismo com o meio. Ele é responsável por detectar, transmitir, analisar e utilizar as informações geradas pelos estímulos sensoriais calor, luz, energia mecânica e
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modificações químicas, para então organizar e coordenar, direta ou indiretamente, o funcionamento de todas as funções do organismo: motoras, viscerais, endócrinas e psíquicas.
O tecido nervoso apresenta dois componentes principais: os neurônios, que são as células excitáveis e unidades do sistema nervoso, e as células da glia ou neuroglia, que são acessórias aos neurônios, nutrindo, protegendo e os auxiliando em suas atividades. Os neurônios possuem uma morfologia extremamente complexa, porém a grande maioria apresenta os seguintes componentes:
• Dendritos: prolongamentos numerosos, ramificados e de diâmetro variável. Nas sinapses (transmissão do impulso nervoso) químicas, são especializados em receber estímulos.
• Corpo celular ou pericário ou Soma: é o centro trófico dos neurônios. Contém o núcleo e toda a maquinaria para a síntese proteica. Também é capaz de receber estímulos.
• Axônio: prolongamento único com poucas ramificações e diâmetro constante. É especializado na condução de impulsos que transmitem as
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informações do neurônio para outras células (neurônio, célula muscular ou glândula).
Para que se possa mapear o sistema nervoso, os neurônios estão classificados de acordo com sua morfologia (multipolar, bipolar e pseudonipolar) e com sua função (sensitivo, interneurônio e motor).
• Quanto a sua morfologia:
— os neurônios multipolares apresentam mais de dois prolongamentos celulares, sendo desse tipo a grande maioria dos neurônios;
— os neurônios bipolares possuem dois prolongamentos celulares, um dendrito e um axônio, e estão representados pelos neurônios do nervo coclear e vestibular, da mucosa olfatória e da retina;
— e os neurônios pseudo-unipolares exibem próximo ao corpo celular um prolongamento único, mas este logo se divide em dois, dirigindo‑se um ramo para a periferia (funciona como dendrito) e outro para o sistema nervoso central (funciona como axônio). Os neurônios dos gânglios espinhais possuem essa morfologia.
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• Quanto a sua função:
— os neurônios motores são neurônios que controlam órgãos efetores, tais como glândulas e células musculares;
— os neurônios sensitivos são os que recebem estímulos sensoriais do meio ambiente e do organismo;
— e os interneurônios são os que estabelecem conexões entre outros neurônios, formando circuitos.
Sinapses
Geralmente um neurônio transmite impulsos nervosos através do seu axônio. A transmissão do impulso nervoso de um neurônio para outro depende de estruturas altamente especializadas denominadas sinapses.
Asinapse é uma porção especializada de contato entre duas células. As membranas das duas células ficam separadas por um espaço de 20 a 30 nm, denominado fenda sináptica. No local da sinapse, as membranas são denominadas membrana pré‑sináptica (membrana do terminal axônico) e membrana pós‑sináptica (membrana do dendrito, pericário, 
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axônio ou célula efetora). Na porção terminal do axônio, observam‑se numerosas vesículas sinápticas que contêm substâncias denominadas neurotransmissores, que são mediadores químicos responsáveis pela transmissão do impulso nervoso de um neurônio para outro. Os neurotransmissores são liberados da membrana pré‑sináptica na fenda sináptica e aderem a receptores localizados na membrana pós‑sináptica, promovendo a condução do impulso nervoso através do intervalo sináptico.
A maioria das sinapses se estabelece entre axônio e dendrito, chamada axodendrítica. O axônio também pode estabelecer um contato sináptico com o corpo celular de outro neurônio, denominada axossomática, ou com outro axônio (axoaxômica). Embora os tipos de sinapse citados sejam os mais frequentes, deve‑se ressaltar que existem outras formas de contato sináptico.
Atualmente, há uma tendência de se considerar também como sinapse a terminação axônica em uma célula efetora, como uma célula muscular ou glandular.
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No tecido nervoso, ao lado dos neurônios, há vários tipos celulares, chamados coletivamente de células da glia ou neuroglia. Calcula‑se que há no sistema nervoso central cerca de 10 células da glia para cada neurônio, mas em virtude de seu menor tamanho, ocupam aproximadamente metade do volume desse tecido. Essas células não geram impulsos nervosos nem fazem sinapses. Ao contrário do neurônio, as células da glia são capazes de multiplicação mitótica, mesmo nos organismos adultos. São elas: astrócitos, oligodendrócitos, microglia e células ependimárias, presentes no sistema nervoso central. Consideramos também como células da glia as células de Schwann que estão localizadas no sistema nervoso periférico e estabelecem apenas contato com o axônio dos neurônios.
Os astrócitos são as maiores células da glia, possuindo muitos prolongamentos e núcleo esférico e central. Há dois tipos de astrócitos: os protoplasmáticos, presentes na substância cinzenta, e os fibrosos, encontrados na substância branca. Embora sejam descritas duas variedades, trata‑se de um único tipo celular, com variações morfológicas determinadas por sua localização. Essa célula participa da
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formação da barreira hematoencefálica. Os prolongamentos possuem uma dilatação na porção terminal denominada pé vascular. Os pés vasculares envolvem a parede dos vasos sanguíneos localizados no interior do sistema nervoso central.
Os oligodendrócitos possuem poucos prolongamentos. Sua principal função é formar a bainha de mielina nos axônios mielínicos no interior do sistema nervoso central.
O corpo celular das células da microglia é alongado e pequeno, com o núcleo denso e alongado. Seus prolongamentos são curtos e muito ramificados. As células da microglia possuem função de defesa e apresentam intensa atividade fagocitária.
As células ependimárias são células cilíndricas com base afilada e muitas vezes exibem ramificações. Embora sejam células de origem neural, arranjam‑se como um epitélio simples prismático, revestindo as superfícies do sistema nervoso central.
As células de Schwann são cilíndricas, com núcleo alongado no sentido do eixo celular, e estão localizadas no sistema nervoso periférico. Elas
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estabelecem apenas contato com o axônio dos neurônios, formando a bainha de mielina, e esta é um envoltório proteico.
Os axônios de pequeno diâmetro são envolvidos por uma única dobra de membrana plasmática da célula de Schwann e constituem as fibras nervosas amielínicas. Nos axônios de maior diâmetro, a célula de Schwann forma dobras de membrana plasmática concêntricas em espiral em torno do axônio, a bainha de mielina. Quanto mais calibroso for o axônio, maior o número de envoltórios concêntricos provenientes das células de Schwann. A bainha de mielina é descontínua, pois se interrompe em intervalos regulares, formando os nódulos de Ranvier. O intervalo entre dois nódulos de Ranvier é denominado internódulo.
O tecido nervoso forma um complexo sistema denominado sistema nervoso. O sistema nervoso é dividido em sistema nervoso central (SNC), que é composto pelo encéfalo e pela medula espinhal, e sistema nervoso periférico (SNP), composto pelos nervos, gânglios e terminações nervosas livres.
No SNC distinguem‑se duas substâncias: cinzenta e branca. Na substância cinzenta, situam‑ se os corpos celulares dos neurônios, 
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também chamados de pericários, grande quantidade de fibras nervosas amielínicas, pequena quantidade de fibras nervosas mielínicas, oligodendrócitos, astrócitos protoplasmáticos e células da microglia. Na substância branca, há grande quantidade de fibras nervosas mielínicas, pequena quantidade de fibras nervosas amielínicas, oligodendrócitos, astrócitos fibrosos e células da microglia.
A localização das substâncias no SNC varia conforme a parte que é analisada. Por exemplo, na medula espinhal, a substância cinzenta é central e a substância é branca periférica.
O SNP é composto basicamente pelos nervos e gânglios nervosos. As fibras nervosas agrupam‑se em feixes, formando um nervo. O nervo é revestido por um tecido conjuntivo de sustentação denominado epineuro. Cada feixe nervoso é envolto por um grupo de células conjuntivas achatadas chamado de perineuro, e os axônios com as células de Schwann são envoltos por um tecido conjuntivo rico em fibras reticulares denominado endoneuro.
Os gânglios nervosos são aglomerados de corpos de neurônios
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localizados fora do SNC. Os gânglios podem ser de três tipos: gânglios sensitivos (por exemplo, gânglios espinhais), gânglios parassimpáticos (por exemplo, gânglios intramurais) e gânglios simpáticos (por exemplo, gânglios paravertebrais).
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Como descrito anteriormente, as células autotróficas são capazes de transformar a energia luminosa em energia química e as nossas células heterotróficas usam a energia química produzida por elas. Neste tópico, verificaremos como ocorre essa transferência de energia.
Imagine o quanto existe de energia no interior de um tanque de combustível e logo se perceberá que essa quantidade energética deve ser usada paulatinamente, em etapas, pois se usada em uma única vez, a energia liberada destrói toda a estrutura. As células realizam o mesmo processo, quebrando as moléculas energéticas geradas pelas células autotróficas em fases. Existem reações químicas endotérmicas e exotérmicas, que, respectivamente, necessitam e liberam energia, sendo que a quebra de macromoléculas orgânicas libera muita energia.
Nos mamíferos, as células usam basicamente a glicose, que gradativamente vai sendo “quebrada”, liberando energia para a formação de unidade energética adenosina trifosfato (ATP). Veja a seguir um fluxograma indicando a sequência de quebras das principais moléculas orgânicas e a formação aproximada de ATPs, resultando no
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produto final, que é CO2 e água. Vale lembrar que o fluxograma está simplificado para a compreensão das etapas do processo. Para cada quebra inicial, outra molécula idêntica é formada, isto é, a glicose, por exemplo, quando quebrada (glicólise), resulta em dois ácidos pirúvicos, e não em apenas um.
ATP e ADP
Forma‑se ATP a partir de ADP, por hidrólise de GTP (guanidina trifosfato). ATP é um nucleotídeo, uma molécula denominada trifosfato de adenosina, um transportador universal de energia na célula. Apresenta ligações ricas em energia. Chama‑se trifosfato por ter três fosfatos de adenosina (base nitrogenada = adenina + açúcar = ribose). O ATP é a soma de um nucleosídeo (adenina + açúcar) mais três fosfatos; portanto,torna‑se um nucleotídeo. O ADP é um nucleotídeo com dois fosfatos, e o AMP possui apenas um fosfato.
O ATP é um doador de energia nas diferentes partes da célula. Resumidamente, fornece molécula de alta energia terminal, ficando na
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forma de ADP. Mas pode voltar a ser ATP por ação dos produtores de energia, localizados na membrana interna da mitocôndria. Essa volta, ou reconstrução/regeneração de ADP em ATP, efetua‑se pela degradação da glicose e de ácidos graxos. Os ATPs se difundem por toda a célula.
Em resumo: denomina‑se adenosina o conjunto da base nitrogenada adenina (A) com o açúcar ribose, que possui cinco carbonos (pentose). Assim, A + ribose = adenosina, e quando a adenosina é unida a três fosfatos, adenosina + P + P + P, torna‑se trifosfato de adenosina (ATP). Quando o ATP perde um fosfato, forma‑se o ADP (ATP – P = ADP), e quando o ADP ganha um fosfato, forma‑se novamente o ATP (ADP + P = ATP). Se o ADP perder outro fosfato (ADP – P = AMP), cria‑se o monofosfato de adenosina (AMP). Portanto, AMP + P = ADP + P = ATP. O ácido cítrico possui seis carbonos – é um ácido tricarboxílico. O ácido oxalacético inicia uma série de reações enzimáticas. Ao terminar essa série de reações químicas, surge novamente o ácido oxalacético; portanto, este ácido é o substrato inicial e terminal.
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Estrutura das mitocôndrias
As primeiras células eucarióticas eram anaeróbicas. Há 3,5 bilhões de anos, não existia oxigênio na atmosfera; portanto, as bactérias existentes só faziam a glicólise anaeróbica, processo semelhante à fermentação. Os tipos de células existentes produziam uma pequena quantidade de energia. Provavelmente, num determinado momento, ocorreu a entrada de bactérias (células procarióticas) nas células eucarióticas anaeróbicas. Houve um tipo de invasão ou foram fagocitadas por estas células, desenvolvendo uma relação de simbiose (simbiótica) entre organismos diferentes. Por um lado, estavam as bactérias que haviam desenvolvido a capacidade de utilizar o oxigênio (bactérias que se tornariam mais tarde organelas citoplasmáticas – as mitocôndrias) e, por outro lado, estavam as células eucarióticas anaeróbicas em processo de “evolução”. Assim, em certas formas de bactérias, as mitocôndrias foram englobadas pelas células eucarióticas anaeróbicas, passando estas agora a ser denominadas células eucarióticas aeróbicas.
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Essa hipótese pode ser justificada e é aceita pelas seguintes razões:
• bactérias e mitocôndrias possuem DNA circular;
• DNA mitocondrial apresenta bases nitrogenadas diferentes do DNA do núcleo das células e também não exibe as proteínas histonas;
• bactérias e mitocôndrias apresentam RNAs semelhantes, os quais são diferentes dos RNAs das células eucarióticas;
• DNA e RNA mitocondriais se assemelham ao DNA e RNA bacterianos.
A partir da presença de mitocôndrias no interior das células eucarióticas, estas passaram a ser aeróbicas, e a produção de energia aumentou, possibilitando todo o processo de sua evolução. Nas mitocôndrias, há aproximadamente 700 proteínas diferentes. Cerca de 600 proteínas são provenientes dos ribossomos do citoplasma. As mitocôndrias só produzem cerca de 5% de proteínas, oriundas, portanto, de seus ribossomos.
As mitocôndrias são encontradas nas células eucarióticas dos animais e dos vegetais, nas algas, nos fungos e protozoários. Algas e plantas são organismos autótrofos; animais, fungos, protozoários e certas bactérias
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são heterótrofos. Os seres humanos apresentam mitocôndrias de origem apenas materna.
A palavra mitocôndria pode ser assim traduzida: mitos = filamentos e côndria = grãos. A expressão condrioma é utilizada para designar o conjunto das mitocôndrias. A morfologia (forma) das mitocôndrias pode ser: de grão, bastonete, filamento, arredondada e esférica. A forma é dependente da pressão osmótica e do pH. As mitocôndrias mudam de forma devido à concentração de proteínas e se localizam nas células, no citoplasma. Em células epiteliais, as mitocôndrias, geralmente, estão localizadas no polo basal. Quando o pH for ácido, as mitocôndrias são esféricas. Durante a mitose, cessam os movimentos das mitocôndrias.
O tamanho das mitocôndrias é da ordem de 0,2 a 10 micrômetros em certos tipos filamentosos. O número de mitocôndrias é variável de célula para célula. Assim, no espermatozoide há 25; em hepatócitos (células do fígado), de 500 até 1.600; nas células renais, 300; em uma ameba, 10.000; e em certos ovócitos, 300.000 mitocôndrias. Células vegetais apresentam pequeno número de mitocôndrias.
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Na mitocôndria, são identificáveis: membrana externa e interna, espaço intramembranoso, matriz mitocondrial e cristas mitocondriais. São autorreplicantes, pois são geradas de mitocôndrias preexistentes (mitocôndria possui DNA circular). É de 10 dias, aproximadamente, o seu tempo médio de vida. Podem concentrar proteínas, lipídios e metais, como prata (Ag), ferro (Fe) e cálcio (Ca). Em células cancerosas, o número, a forma, o tamanho e a estrutura ficam alterados.
Respiração anaeróbica e aeróbica
A respiração celular apresenta três momentos: a glicólise, no citoplasma; o ciclo do ácido cítrico ou ciclo de Krebs, na matriz mitocondrial; e a cadeia respiratória e a afosforilação oxidativa, na membrana interna da mitocôndria. Assim, a respiração celular possui etapas no citoplasma (glicólise) e na mitocôndria (ciclo de Krebs, cadeia respiratória e fosforilação oxidativa).
As mitocôndrias produzem energia (ATP) pela degradação da glicose e de ácidos graxos, catalizam a síntese de ácidos graxos e de
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aminoácidos e dão início à síntese de hormônios esteroides. Isto é, na mitocôndria, inicia‑se essa síntese com a separação da cadeia lateral do colesterol, tipo de reação química catalisada por enzimas da membrana interna da mitocôndria. A glicose é degradada (quebrada) parcialmente no citoplasma e na ausência de oxigênio; portanto, trata‑se de um processo anaeróbico.
Há dez diferentes tipos de reações. Nessa degradação, formam‑se quatro ATPs; porém, como são gastos dois ATPs no processo, o saldo será de dois ATPs, quatro hidrogênios e dois ácidos pirúvicos (dois piruvatos/sal). Os dois piruvatos vão se dirigir para a matriz mitocondrial, onde sofrerão processos de reações químicas. Os quatro hidrogênios serão transportados por coenzimas para a membrana interna da mitocôndria. Essas coenzimas são denominadas NAD (nicotinamida adenina dinucleotídeo) e são em número de duas. Cada NAD transporta dois hidrogênios. Portanto, o NAD oxidado passa para a forma NADH2 reduzido. Como são quatro hidrogênios, a representação fica: 2NADH2. Os ATPs serão utilizados no citoplasma.
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A Hipótese do Acoplamento Quimiosmótico está baseada em quatro itens:
• A cadeia respiratória mitocondrial na membrana interna é translocadora de prótons. Ela bombeia H+ para fora do espaço da matriz enquanto os elétrons são transportados ao longo da cadeia.
• A ATP sintase mitocondrial também transloca prótons através da membrana interna. Sendo reversível, pode usar a energia da hidrólise do ATP como uma bomba de H+ através da membrana, mas se um gradiente eletroquímico de prótons estiver presente, os prótons migrarão no fluxo contrário e conduzirão uma síntese de ATP.
• A membrana mitocondrial interna é equipada com um conjunto de proteínas que medeiam a entrada e a saída de metabólitos essenciais e íons inorgânicos essenciais.
• A barreira mitocondrial interna é por outro lado impermeável a H+, OH– e em geral a cátions e ânions.
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A oxidação mitocondrial começa quando grandes quantidades de acetil CoA são produzidas no espaço da matriz a partir de ácidos graxos (que provêm das gorduras) e piruvato (cuja origem se dá a partir da glicose e outros açúcares) que são transportados através da membrana. Os grupos acetil da acetil CoA são então oxidadosna matriz através da via do ácido cítrico, que converte NAD+ em NADH (e FAD em FADH2). O ciclo converte os átomos de carbono da acetil CoA em CO2, que é liberado para fora da célula como excreta. O ciclo também gera elétrons de alga energia que são veiculados por moléculas transportadoras NADH e FADH2. Estes elétrons são então transferidos para as membranas internas mitocôndrias, onde entram na cadeia condutora de elétrons, que passam rapidamente para o oxigênio molecular (O2) para formar H2O (a perda de elétrons regenera o NAD+ e o FAD, que são necessários para dar continuidade ao metabolismo oxidativo). Esse transporte de elétrons gera um gradiente de prótons através da membrana interna que é utilizado para subordinar a produção de APT pela ATP sintase. O processo envolve o consumo de O2 e a síntese de APT através da adição de um grupo fosfato ao ADP chamado fosforilação oxidativa.
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Os elétrons são derivados em última instância da oxidação da glicose e de ácidos graxos, e o oxigênio molecular (O2) atua como receptor final dos elétrons, produzindo água como produto de refugo.
A cadeia transportadora de elétrons ou cadeia respiratória que conduz a fosforilação oxidativa está presente em muitas cópias da membrana mitocondrial interna. Contém mais de 40 proteínas, das quais cerca de 15 estão diretamente envolvidas na condução de elétrons. A maioria dessas proteínas está imersa na bicamada lipídica e funciona apenas em membrana intactas. Grande parte das cadeias mitocondriais de transporte de elétrons está agrupada em três grandes complexos de enzimas respiratórias, cada um contendo múltiplas proteínas individuais. Os complexos incluem proteínas transmembrana, que ancoram firmemente o complexo proteico inteiro na membrana mitocondrial interna.
Os complexos contêm íons metálicos e outros grupos químicos que formam uma via de passagem para elétrons através do complexo. O complexo respiratório é o local da bomba de prótons que pode ocorrer em cada um. A ubiquinona e o citocromo c servem como transportadores
AS CÉLULAS MODIFICAM A ENERGIA
móveis que levam os elétrons de um complexo para outro:
• NADH dehidrogenase.
• Complexo citocromo b‑c1.
• Complexo citocromo oxidase.
O transporte de elétrons inicia‑se com o íon dihídro (H‑), que é removido do NADH e convertido em um próton e dois elétrons de alta energia.
A reação é catalizada primeiro pelos complexos enzimáticos respiratórios, a NADH desidrogenase, que aceita os elétrons. Os elétrons então passam ao longo da cadeia para cada um dos complexos enzimáticos de cada vez, utilizando os transportadores de elétrons. O transporte de elétrons ao longo da cadeia é energeticamente favorável: o elétron começa com um elevado nível de energia e perde energia a cada etapa conforme caminha pela cadeia, eventualmente entrando no citocromo oxidase, onde se combina com uma molécula de O2 para formar H2O. Essa etapa requer oxigênio, que é consumido pela respiração.
AS CÉLULAS MODIFICAM A ENERGIA
As proteínas da cadeia respiratória conduzem os elétrons de forma que eles possam se mover sequencialmente de um complexo enzimático para outro. Cada transferência de elétron é uma reação de óxidorredução. A molécula doadora de elétron se torna oxidada, e o receptor, reduzido. Os elétrons passaram espontaneamente de moléculas que possuem uma afinidade relativamente baixa para elétrons para moléculas com grande afinidade. Um exemplo é o HADH, que com seu elétron de alta energia possui uma baixa afinidade por elétrons, assim os elétrons passam rapidamente para a HADH desidrogenase. Na ausência de captadores dessa energia, ela será liberada como calor.
Em cada um dos complexos enzimáticos respiratórios, há energia liberada pela transferência de elétrons através delas, para um levantamento dos prótons da água na matriz mitocondrial acompanhado pela liberação dos prótons do outro lado da membrana nos espaços intermembranas. Como resultado, o fluxo energeticamente favorável de elétrons ao longo da cadeia transportadora de elétrons bombeia prótons através da membrana para fora da matriz, criando um gradiente eletroquímico de prótons através da membrana mitocondrial interna.
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O bombeamento ativo de prótons tem duas consequências:
• Gera um gradiente de concentração de prótons (H+) (∆pH) através da membrana mitocondrial interna, onde o pH (pH = 8) da matriz (menos íons H+ livres) é maior que o do espaço intermembranoso (pH = 7) (mais íons H+ livres), que é igual ao do citosol, onde as moléculas fluem livremente.
• Gera um gradiente de voltagem ∆V (ou ∆ψ) (potencial de membrana) com o lado interno (lado da matriz) negativo e o externo positivo; como resultado, os prótons (+) são atraídos para o lado (‑) e atravessam a membrana do espaço intermembranoso para a matriz.
O ∆pH conduz os H+ de volta ao interior da matriz e os OH– para fora da matriz, reforçando o efeito do potencial de membrana (∆V), que atua atraindo qualquer íon positivo para dentro da matriz e conduzindo íons negativos para fora. Juntos são chamados de gradiente eletroquímico de prótons.
O mecanismo geral da fosforilação oxidativa ocorre quando um elétron (e‑) de alta energia passa pela cadeia transportadora de elétrons. Parte da energia é liberada e utilizada para conduzir três complexos enzimáticos que bombeiam o H+ para fora da matriz. Isso resulta num
AS CÉLULAS MODIFICAM A ENERGIA
gradiente eletroquímico de prótons através da membrana interna, que conduz o H+ de volta através da ATP sintase – um complexo transmembrana que utiliza a energia do fluxo de H+ para sintetizar ATP de ADP e Pi na matriz.
O mecanismo geral da fosforilação oxidativa ocorre quando um elétron (e‑) de alta energia passa pela cadeia transportadora de elétrons. Parte da energia é liberada e utilizada para conduzir três complexos enzimáticos que bombeiam o H+ para fora da matriz. Isso resulta num gradiente eletroquímico de prótons através da membrana interna, que conduz o H+ de volta através da ATP sintase – um complexo transmembrana que utiliza a energia do fluxo de H+ para sintetizar ATP de ADP e Pi na matriz.
A ATP sintase é um grande complexo enzimático (mais de 500.000 daltons) ancorado na membrana com uma passagem hidrofílica através da membrana mitocondrial interna, que permite o fluxo dos prótons a favor do gradiente eletroquímico. Como esses íons passam com dificuldade através da ATP sintase, eles são utilizados para conduzir
AS CÉLULAS MODIFICAM A ENERGIA
uma energia energeticamente favorável entre o ADP = Pi, que produz ATP.
É composta de uma porção anterior chamada FIATPase e um transportador de H+ de membrana chamado F0. Ambos, FI e F0, são formado por múltiplas subunidades. A base gira com o rotor formado por um anel de 10 a 14 subunidades c de membrana laçando as subunidades externas, que criam um braço alongado. Esse braço fixa o arcabouço a um anel de subunidades 3α e 3β, que forma a cabeça. Três das seis subunidades da cabeça possuem sítios de ligação para o DP e para Pi. Estes são conduzidos para formar ATP assim que a energia mecânica é convertida em energia química (ligação química) através de repetidas mudanças na conformação proteica da rotação. A ATP sintase é capaz de produzir mais de 100 moléculas de APT/s. Três ou quatro prótons são necessários para passar através desse aparelho para produzir cada molécula de ATP.
O gradiente eletroquímico de prótons através da membrana mitocondrial interna é também utilizado para conduzir alguns processos de transporte acoplado. O piruvato, o Pi e o ADP são transportados para dentro da matriz, enquanto o ATP é bombeado para fora. O potencial de
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membrana é negativo do lado de dentro e a membrana externa é permeável a todos esses compostos. Assim, as variações de pH conduzem a importação do piruvato (‑) e a importação do Pi, enquanto a voltagem realiza a troca ADP3– para dentro e ATP4– para fora da membrana mitocondrial interna.
O gradiente de prótons é responsávelpela criação da maior parte do ATP celular. Enquanto a glicólise (fermentação) gera somente duas moléculas de ATPs por molécula de glicose, a fosforilação oxidativa de cada par de elétrons doado por um NADH produzido na mitocôndria conduz a produção de 2,5 moléculas de ATP, uma vez que inclui a energia necessária para transportar esse ATP para o citosol. A fosforilação oxidativa gera também 1,5 moléculas de ATP para cada dois elétrons do FDHA2 ou a partir da molécula de NADH produzida pela glicólise no citosol. Assim, começando com a glicólise e terminando com a fosforlização oxidatativa, há uma produção liquidada de 30 ATPs. A fosforilação oxidativa na mitocôndria cria ainda uma grande quantidade de ATP a partir do NADH e do FADH2 derivados da oxidação das gorduras.
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A ATP sintase é única em sua habilidade de converter energia eletroquímica armazenada em um gradiente iônico transmembrana diretamente em energia de ligação fosfato – ATP.
Fadiga muscular
O conjunto de reações químicas enzimáticas que resultam na produção de pequenas moléculas orgânicas é denominado fermentação.
Como já verificamos anteriormente, a glicólise que ocorre no citoplasma celular é um tipo de fermentação, porem o ácido pirúvico não é uma molécula estável e, desse modo, facilmente convertida em ácido lático. Nessas reações químicas, há pequena liberação de energia.
São tipos de fermentação: alcoólica, lática e acética. Quando ocorrer a fermentação da glicose, há sua ativação pelo recebimento de dois PO4 e, portanto, a glicose passa a ser denominada frutose‑1, 6‑difosfato (apresenta seis carbonos e dois fosfatos). Após essa etapa, a frutose é quebrada, originando duas moléculas de gliceraldeído‑3‑fosfato (exibe três carbonos e um fosfato). Essa molécula agora formada permite o
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acoplamento de mais um fosfato e, portanto, passa a ser chamada de gliceraldeído‑1, 3‑difosfato (possui três carbonos e dois fosfatos). Como são duas moléculas que se originaram, temos então quatro fosfatos que serão transportados para quatro ADPs, os quais formarão em conjunto quatro ATPs. Os gliceraldeídos originaram o ácido pirúvico. Na fermentação, a quebra da glicose (glicólise) irá produzir dois ATPs, pois dois ATPs foram usados para iniciar o processo. Nas fibras musculares (células) estriadas esqueléticas dos mamíferos, também pode ocorrer esse tipo de reação, produzindo o ácido lático, por falta de oxigenação correta (motivo da câimbra).
No processo da fermentação (processo sem a presença de oxigênio), a cadeia respiratória fica inoperante, porque não possui oxigênio. Como se sabe, o oxigênio é o último aceptor de hidrogênio. Assim, sem oxigênio, os hidrogênios são transportados para o NAD e devolvidos para o ácido pirúvico (piruvato), o qual se transforma em ácido lático.
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Durante a atividade intensa e prolongada do músculo, o oxigênio chega em quantidade menor do que a necessária. Quando há deficiência de oxigênio, acumula‑se ácido lático no músculo. Se houver um excesso de ácido lático, os músculos não poderão se contrair ou responder a estímulos. Portanto, o ácido lático age como um tóxico. Quando o oxigênio chega novamente a esse tecido, parte do ácido lático acumulado se converte em ácido pirúvico, que então passa pela série de reações do ciclo de Krebs, havendo uma liberação muito maior de energia. O ácido lático remanescente é conduzido ao fígado pela corrente sanguínea, e aí convertido em glicogênio.
Para cada molécula de glicose utilizada na glicólise, há um lucro final de duas moléculas de ATP. Esse processo libera somente cerca de 5% de energia química potencial da molécula da glicose em relação ao que é obtido na respiração aeróbia. Os íons de cálcio participam da reação de quebra da ligação fosfato da ATP na presença da enzima ATPase, necessária para a liberação da energia para a contração. A fonte primária de energia para a contração é o glicogênio do músculo. A creatina‑fosfato é uma fonte energética utilizada na síntese da ATP no relaxamento muscular.
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Músculos estriados tipo I e tipo II
Nos mamíferos e demais vertebrados, pode‑se observar tipos musculares aeróbicos e anaeróbicos. A distribuição desses tipos musculares é hereditária, isto é, o DNA determina o perfil muscular individual. Portanto, é fácil notar que existem pessoas com melhor desempenho a atividades aeróbicas e outras com melhor desempenho a atividades anaeróbicas, independentemente de treinamentos e de exercícios físicos.
Os tipos de fibras musculares estriadas esqueléticas vermelhas ou tipo I, aeróbica ( slow switch ), apresentam as seguintes características:
• Obtenção de energia a partir de ácidos graxos, principalmente por fosforilação oxidativa.
• Muita mioglobina (proteína de cor vermelha com alta afinidade por oxigênio).
• Muitas mitocôndrias.
• Muito citocromo, pigmentos mitocondriais da cadeia respiratória.
• Contração lenta e contínua.
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• Inervação de condução lenta.
O perfil de predominância desse tipo muscular é encontrado em ciclistas e maratonistas, no músculo do voo de aves e nos membros de mamíferos.
Já os tipos de fibras musculares estriadas esqueléticas brancas ou tipo II (A, B e C), anaeróbica ( fast switch ), têm como características:
• Obtenção de energia a partir da glicose.
• Pouco citocromo, mioglobia.
• Muito retículo sarcoplasmático e túbulos T (alta capacidade de armazenamento de cálcio).
• Contração rápida.
• Pouca resistência à fadiga muscular.
• Inervação de condução rápida de impulso.
O perfil de predominância desse tipo muscular é encontrado em corredores de 100 metros e nos músculos peitorais do peru e da galinha.
BIOLOGIA (CITOLOGIA)
UNIDADE II
A COMUNICAÇÃO E O TRANSPORTE CELULAR
A membrana plasmática é a estrutura que delimita o meio interno e o externo de uma célula, é a interface entre a célula e o meio em que se encontra. Resumidamente, podemos relacionar as principais funções a seguir:
• Constitui uma barreira permeável seletiva que controla a passagem de íons e pequenas moléculas.
• Forma o suporte físico para a atividade ordenada das enzimas nela contidas.
• Possibilita o deslocamento de substâncias no citoplasma através da formação de pequenas vesículas.
• Realiza a endocitose e a exocitose.
• Possui receptores que interagem especificamente com moléculas do meio externo.
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Estrutura da membrana plasmática
A membrana plasmática é uma bicamada de fosfolipídios que contém proteínas e envolve externamente a célula eucariótica. Seu tamanho varia de 0,008 a até 0,01 de um micrômetro (1 µm é a milésima parte do milímetro); portanto, a membrana plasmática só é perceptível no MET. Mantém contato íntimo com o citoplasma e também com alguns de seus componentes (o citoesqueleto).
 A estrutura dessa membrana é responsável pela sua capacidade de permeabilidade seletiva, afirmação que ainda é válida para muitas organelas citoplasmáticas de membrana.
O citoplasma possui uma matriz citoplasmática também denominada citossol. É formado por substância coloidal, a qual é aquosa e contém moléculas químicas simples e complexas, além das organelas citoplasmáticas, do citoesqueleto, de inclusões e pigmentos. No citoplasma, ocorre uma série de reações químicas vitais para o funcionamento celular. Também no citoplasma está o núcleo, que é o coordenador das atividades celulares. Portanto, a membrana plasmática
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envolve, protege, faz comunicações e realiza uma série de atividades, mantendo a integridade celular.
Por ser a estrutura que separa o meio extracelular do intracelular, a membrana plasmática facilita e regula o transporte de substâncias para dentro e para fora da célula, através dos seus constituintes químicos.
A estabilidade dessa estrutura membranosa, como também das demais membranas que formam as organelas citoplasmáticas portadoras de membrana, como o retículoendoplasmático, é devida aos seus constituintes fosfolipídicos. Assim, as proteínas e os carboidratos presentes nessa membrana, desempenham funções como:
• receptar sinais químicos;
• transportar íons e moléculas para os meios intra e extracelular;
• formar complexos de aderências entre células e de aderências com moléculas extracelulares;
• realizar a comunicação com células adjacentes e com o meio extracelular através das proteínas integrinas.
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Há proteínas que atravessam toda a espessura da membrana, comunicando moléculas extracelulares com moléculas intracelulares – são as proteínas transmembranas. A estrutura de bicamada de fosfolipídios (são moléculas anfipáticas) possui a cabeça polar hidrofílica, a qual possui afinidade por água e repele lipídios, e a sua porção alongada, que é hidrofóbica, de hidrocarbonetos repele água e possui afinidade por lipídios.
Hipótese de mosaico fluido
O modelo de mosaico fluido corresponde à disposição das proteínas na bicamada lipídica. Essas proteínas são dinâmicas, porém muitas delas estão presas a outras moléculas do citoesqueleto celular, que também é formado por proteínas. Quando há uma comparação entre a membrana plasmática e a membrana das organelas de membrana, como as que formam o Golgi, entre outras, nestas, há uma quantidade maior de enzimas (proteínas simples). Na superfície externa da membrana plasmática, há hidratos de carbono (HC) ligados a lipídios e a proteínas, que constituem o glicocálice. Essa estrutura é, na realidade, uma
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extensão da membrana, e na sua constituição há porções de açúcar das moléculas de glicolipídeos, glicoproteínas e proteoglicanas.
Comunicação celular
As células se comunicam entre si por sinais químicos (moléculas sinalizadoras) e por sinalização elétrica através da despolarização de membrana associada à alteração de permeabilidade, conferindo uma estabilidade funcional e coordenada entre os diversos tecidos, órgãos e sistemas. Toda a variedade de atividades metabólicas ocorrem de modo integrado, nenhuma é isolada e independente da outra.
Entre os diversos tipos condução de moléculas de sinalização química, os mecanismos mais conhecidos são os sistemas endócrino e a regulação parácrina. Mas é importante lembrar que existem mecanismos difusos internos e externos ao organismo que atuam conjuntamente e com igual importância na manutenção da homeostase:
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[...] a capacidade de sustentar a vida está dependente da constância dos fluidos do corpo humano, e poderá ser afetada por uma série de fatores, como a temperatura, a salinidade, o pH, ou as concentrações de nutrientes, como a glicose, gases, como o oxigênio, e resíduos, como o dióxido de carbono e a ureia. Estes fatores em desequilíbrio (pela falta ou pelo excesso) podem afetar a ocorrência de reações químicas essenciais para a manutenção do corpo vivo. Para manter os mecanismos fisiológicos é necessário manter todos esses fatores dentro dos limites desejáveis (UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE, [s.d.]b).
 
Na sinalização endócrina, as moléculas são os hormônios, que são transportados pelo sangue e podem agir bem distantes dos locais onde foram produzidos. Já na sinalização parácrina, as moléculas produzidas agem bem próximas ao local de origem e são prontamente inativadas.
Cabe registrar que estas duas formas de sinalizações dependem de moléculas sinalizadoras e também dos receptores dessas moléculas, os quais se encontram tanto na membrana plasmática como nas organelas citoplasmáticas. A molécula sinalizadora liga‑se à proteína receptora, ativando uma rota de sinalização intracelular mediada por uma sequência de proteínas sinalizadoras; uma ou várias dessas proteínas interagem com uma proteína‑alvo, alterando‑a e levando, assim, a uma mudança no comportamento da célula.
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A captação de sinais é feita pela proteína G, que é uma proteína associada a receptores e que atua por modificação conformacional do receptor, que, por sua vez, ativa no complexo G –GDP a liberação da subunidade alfa, que atua sobre os complexos efetores. Outro exemplo é a fosfolipase C, que cliva um inositol‑fosfolipídeo do folheto citosólico da membrana plasmática, gerando dois fragmentos: o diacilglicerol, que permanece na membrana e auxilia na ativação da proteína quinase C, e o IP‑3 (inositol trifosfato), que é liberado no citosol e estimula a liberação do cálcio do reticulo endoplasmático. Portanto, o processo é altamente seletivo.
São formas de sinalização celular:
• Parácrina: as moléculas sinalizadoras são secretadas e podem ser levadas para longe, agindo em alvos distantes ou como mediadores locais.
• Sináptica: sinal químico chamado neurotransmissor. Esses sinais são secretados em junções celulares especializadas.
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• Endócrina: essas células secretam suas moléculas sinalizadoras chamadas hormônios na corrente sanguínea, que se encarrega de transportá‑las para células‑alvo distribuídas por todo o corpo.
• Autócrina: célula que secreta moléculas sinalizadoras que se ligam aos seus receptores na própria célula. Por exemplo, quando uma célula decide seguir uma determinada rota de diferenciação, ela começa a secretar sinais autócrinos, o que reforça a sua decisão.
• Elétrica: aqui, são gerados impulsos nervosos com alteração no potencial elétrico da membrana plasmática, pela entrada de íons sódio e saída de íons potássio. Esse processo é muito rápido quando comparado com processos de sinalizações químicas realizadas pelos hormônios, os quais são lentos.
Todos os processos no interior das células envolvem moléculas hidrossolúveis; logo, a membrana deve impedir que a água e outras moléculas fluam descontroladamente para dentro ou para fora das células.
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Assim, a membrana mantém a integridade das células, função diretamente ligada a sua composição de fosfolipídeos. Esses fosfolipídios são denominados fosfatidilcolina, esfingomielina, fosfotidilinositol, fosfatidilserina e fosfatidoletanolamina. Todos são neutros, exceto a fosfatidilserina, que tem carga negativa, e quase sempre estão voltados para a face citosólica (interna). A assimetria dos fosfolipídeos das suas membranas plasmáticas é útil para distinguir células vivas de mortas. Quando as células animais sofrem uma morte celular programada, ou apoptose, a fosfatidilserina, que normalmente fica confinada no folheto citosólico na bicamada lipídica da membrana plasmática, é translocada para o folheto extracelular. A fosfatidilserina serve como um sinal para induzir células adjacentes a fagocitar e digerir a célula morta.
Transporte celular
Pela membrana, há transportes, isto é, ocorrem passagens entre os meios intra e extracelular. Esses transportes são classificados em passivo (quando há difusão de uma substância sem gasto de energia), 
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ativo (quando há gasto energético) e em massa (endocitose, que pode ser de material sólido, a fagocitose, e de material líquido, a pinocitose).
O transporte passivo é a passagem de pequenas moléculas e de íons, feitas a favor de um gradiente e sem gasto de energia, isto é, o acesso dessas moléculas e desses íons do lado de maior concentração para o lado de menor concentração, tendendo a produzir um equilíbrio por um processo físico sem gasto energético. Já o transporte ativo é realizado com ajuda das proteínas existentes na membrana, denominadas proteínas transportadoras. Nesse transporte de entrada ou de saída de material da célula, há gasto de energia proveniente da hidrólise de ATP (adenosina trifosfato ou trifosfato de adenosina). Aqui, o material/ substância pode ser transportado de um lado de menor concentração para o lado de maior concentração, isto é, contra o gradiente. Há ainda outra maneira de transporte pela membrana, denominado transporte facilitado. Esse tipo também se encontra na dependência de proteínas existentesna membrana plasmática, porém sem gasto de energia. É uma difusão que se processa a favor do gradiente, porém com velocidade maior quando comparado com o transporte passivo por
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difusão simples.
A endocitose (transporte de massa) é um processo em que as células transferem para o seu interior moléculas grandes e partículas (micro‑organismos) por meio da fagocitose e até da pinocitose, constituindo atividades endocíticas. A transferência de material do meio intra para o extracelular denomina‑se atividade exocítica – exocitose. Há mais atividades de fagocitose do que de pinocitose.
Conclui‑se que as passagens/transportes anteriormente descritas são dependentes, por exemplo, de proteínas de transporte, como a aquaporina, que permite a passagem da água. Proteínas carreadoras
[...] fixam a molécula a ser transportada, modificando‑a para facilitar o transporte. A presença de uma determinada proteína carreadora na membrana facilita a sua velocidade de passagem. Se comparado com o processo da difusão, este é muito lento; logo, transporte por membranas carreadoras é diferente de transporte por difusão.
O principal solvente encontrado na natureza é a água, considerada solvente universal, pois é dispersante e dispersora, desfazendo e
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dissolvendo os solutos. Portanto, a solução é constituída de um solvente mais um soluto. Substâncias que são dissolvidas em água são denominadas hidrossolúveis, e as que são dissolvidas em lipídios são lipossolúveis.
A seguir, serão descritos detalhadamente os diferentes tipos de transportes realizados pela membrana:
• O transporte passivo não requer consumo de energia e depende do gradiente de concentração (diferença de concentração entre os meios intra e extracelular). Há transporte passivo por difusão simples, por difusão facilitada e por osmose.
— Na difusão simples ocorre a passagem de soluto através da membrana plasmática, obedecendo a um gradiente de concentração, quando se tem um lado da membrana mais concentrado (hipertônico) do que o outro (hipotônico). O lado mais concentrado perde soluto para o menos concentrado, até que ocorra uma igualdade entre eles (isotônicos). Por difusão, temos a passagem de substâncias hidrossolúveis, lipossolúveis e voláteis. Como exemplo, podemos citar O2, CO2, N2, benzeno, H2O e anestésicos.
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— Já na difusão facilitada ocorre o mecanismo da difusão simples, mas com a participação de uma proteína de membrana que atua como proteína transportadora ou carreadora, denominada permease. Como exemplo de substâncias que são transportadas por difusão facilitada, pode‑se citar o transporte de alguns íons e aminoácidos.
— A osmose é um tipo de transporte passivo em que o gradiente de concentração não interfere. Nesse mecanismo de transporte, a membrana é permeável ao solvente e impermeável ao soluto. A passagem de solvente se dá do meio menos concentrado (hipotônico) para o meio mais concentrado (hipertônico), até que as concentrações dos meios fiquem iguais (isotônico).
• O transporte ativo requer consumo de energia que vem da quebra da molécula de ATP (adenosina trifosfato ou trifosfato de adenosina), formando ADP (adenosina difosfato + fósforo). Ocorre contra o gradiente de concentração; aqui, o transporte do soluto é do meio menos concentrado para o meio mais concentrado.
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A bomba de sódio (Na+) e potássio (K+) ocorre por transporte ativo. Na maioria das células, a concentração de sódio (Na+) no meio extracelular é maior que no meio intracelular e a concentração de potássio (K+) no meio intracelular é maior que no meio extracelular. No mecanismo da bomba de (Na+) e (K+), o transporte iônico ocorre através do canal iônico presente na proteína transmembrana e se dá contra o gradiente de concentração; o sódio (Na+) sai da célula e o potássio (K+) entra na célula.
O transporte em quantidade é denominado endocitose, ocorrendo três variações desse transporte: fagocitose, pinocitose e endocitose mediada por receptores.
O processo de fagocitose ocorre quando uma célula realiza o englobamento de partículas grandes ou elementos estranhos para a célula vindo do meio extracelular (material sólido). O reconhecimento do que vai ser fagocitado é feito através dos receptores de membrana presentes na célula fagocitária (células: macrófagos, certos tipos de leucócitos e osteoclastos).
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Durante esse processo, ocorre a composição de projeções intracitoplasmáticas da membrana, criando os pseudópodos, que passam a envolver o material a ser fagocitado.
Nesse processo, participam os filamentos de actina do citoesqueleto celular, presentes no citoplasma e que são os responsáveis pela invaginação da membrana na forma de saco/vesícula, caracterizando a fagocitose, pois quando a invaginação possuir forma de tubo vesicular, ocorrerá a pinocitose (ingestão de material líquido).
O processo da fagocitose é mais comum; já a pinocitose ocorre em poucas células. A partir do englobamento, ocorre a formação de uma bolsa de membrana, contendo no seu interior o material fagocitado, o qual não entra em contato com o citoplasma. Com a fusão dos lisossomos primários, surge o vacúolo digestivo ou fagossomo.
No processo de pinocitose, o material a ser englobado pela célula corresponde a gotículas de líquidos que, graças a projeções citoplasmáticas delgadas, são englobadas para formar bolsas ou vesículas (pinossomo) contendo esse material no seu interior. Em
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algumas células, como no macrófago e nas células endoteliais, dependendo do tamanho da projeção citoplasmática e da gota a ser absorvida (transportada), ocorrem os eventos de micropinocitose e macropinocitose.
A saída do material pela membrana (exocitose) pode ocorrer por secreção (quando o material foi elaborado pela célula) e por clasmocitose (resíduos de processos de endocitoses). Assim, à medida que a atuação dos lisossomos vai ocorrendo no interior da bolsa formada, o material interiorizado vai sendo quebrado em partículas menores para ser utilizado no citoplasma ou, então, para formar o corpo residual e ser eliminado da célula por clasmocitose.
No processo da endocitose mediada por receptores, o caso clássico é o processo de absorção do colesterol, tipo de lipídio importantíssimo para a fabricação de membranas celulares e de muitos esteroides, como cortisol e cortisona, entre outros. Na corrente sanguínea, há lipoproteínas (partículas de colesterol) de baixa densidade (LDL – lipídio + proteína). O LDL funciona como um “ligante”, isto é, se fixa num receptor existente na membrana plasmática e, após esse acoplamento, 
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penetra para o interior da célula por endocitose. Se ocorrer problemas nesse mecanismo de recepção com as lipoproteínas, haverá aumento de lipídios na corrente sanguínea, principalmente se o hábito alimentar for incorreto, proporcionando, num futuro próximo, o acúmulo de colesterol no sangue, ou seja, placas de aterosclerose em vasos importantíssimos, que promovem a diminuição do fluxo sanguíneo e, em consequência final, morte de células, como é o caso do infarto agudo do miocárdio.
As células em meios de diferentes concentrações
Há concentrações denominadas isotônicas, hipertônicas e hipotônicas (respectivamente, de mesma, com maior e com menor concentração de soluto). Portanto, quando esses termos são usados, deve‑se sempre inferir que são entre duas soluções. Homeostase é o equilíbrio entre concentrações do meio interno do organismo e o meio externo, não significando que esse equilíbrio seja isotônico, e sim que as concentrações sejam estáveis. Quando a homeostase é alterada, pode‑se afirmar que o organismo está doente.
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Edemas são alterações dos tecidos por acúmulo de água, e a osmose pode ser um fator determinante na formação de edemas. Por exemplo, em subnutridos é comum a observaçãode regiões edemaciadas no corpo, o que ocorre devido às diferentes concentrações entre o sangue e os tecidos (conjuntos celulares). O sangue de um subnutrido é “ralo”, com baixas concentrações de nutrientes, enquanto os tecidos apresentam maior concentração, pois suas células contêm proteínas, lipídios etc. Portanto, a água sai do plasma sanguíneo por osmose e se acumula nos tecidos, formando o edema.
Hidratantes isotônicos apresentam a mesma concentração dos fluídos corporais humanos (próximo a 0,9%). A velocidade de absorção de água não aumentará, uma vez que as concentrações são as mesmas – se fosse maior (hipertônica), promoveria a desidratação; se menor (hipotônica), seria rapidamente absorvida. A “vantagem” anunciada dos isotônicos é a reposição dos sais minerais (eletrólitos) ao organismo, porém, para que ocorra a reposição, o organismo deve estar sofrendo falhas nutricionais ou tratar‑se de um atleta de alto desempenho que
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perde excessivamente seus eletrólitos em atividades físicas. Portanto, ocorre um sério risco na ingestão desnecessária desse produto: a pressão arterial pode se elevar em decorrência da maior concentração sanguínea, que passou a ter maior pressão osmótica (capacidade de reter líquidos), e ainda pode ocorrer a formação de cálculos renais, devido à sobrecarga de sais que o rim passa a ter para eliminar o excedente.
Em 2003, médicos americanos (MacKinnon e Agre) ganharam o Prêmio Nobel de Química, pois descobriram os canais existentes na membrana plasmática que controlam o fluxo de água e de íons cálcio. Afirmam os pesquisadores que há, na membrana, canais específicos para entrada e saída de água e de íons: cálcio, potássio, sódio, cloro, entre outros. Esses canais são específicos, só reconhecem estes tipos de íons.
Proteínas canais são proteínas integrais que formam poros hidrofílicos, também chamados de canais iônicos. Para a criação dos poros, as proteínas apresentam‑se pregueadas, de maneira que os aminoácidos hidrófobos aparecem internamente, enquanto os hidrófilos compõem o revestimento interno do canal. A maioria das porinas é seletiva, 
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permitindo a passagem de íons de acordo com o tamanho e a carga elétrica. Assim, para exemplificar, canais estreitos bloqueiam íons grandes, enquanto os canais com revestimento interno negativo atraem e permitem a passagem de íons positivos. A aquaporina é uma proteína que forma o canal que permite a passagem da água.
MOVIMENTAÇÃO CELULAR E CITOESQUELETO
Para a manutenção das organelas em locais predeterminados e da própria célula, o citoesqueleto estabelece, modifica e mantém a forma das células. É responsável pelos movimentos celulares como contração, pseudópodos, filopódios e deslocamentos intracelulares de ribossomos, organelas, cromossomos, vesículas e grânulos e pelo próprio tamanho (grande volume) das células dos eucariontes.
O interior celular está em constante movimento intracelular, como o transporte de organelas de um local a outro e a segregação dos cromossomos durante a mitose. É predominante e estruturalmente complexo em eucariontes.
O citoesqueleto é constituído de uma estrutura de três tipos de proteínas filamentosas: filamentos intermediários, microtúbulos e filamentos de actina, sendo a tubulina e a actina muito conservados durante a filogênese.
Os principais elementos são os microtúbulos, os microfilamentos de actina, os filamentos intermediários e as demais macromoléculas diversas que assumem funções diferentes conforme o tipo celular. 
MOVIMENTAÇÃO CELULAR E CITOESQUELETO
Apenas os filamentos intermediários são estáveis, exercendo papel de sustentação.
Os deslocamentos de organelas e outras partículas são devido às proteínas motoras divididas em dois grupos: as dineínas e quinesinas, que causam deslocamentos em associação com os microtúbulos, e as miosinas, que podem formar filamentos e atuam em associação com filamentos de actina. A semelhança estrutural entre a miosina e a quinesina sugere uma origem evolucionária comum.
De maneira geral, os polímeros do citoesqueleto combinam resistência com adaptabilidade porque são constituídos de múltiplos protofilamentos – subunidades cordonais unidas em suas extremidades e uma a outra lateralmente. Tipicamente, podem se enrolar em hélice.
A perda adicional de uma subunidade de um protofilamento faz ou quebra um conjunto de ligações longitudinais e/ou um ou dois jogos de ligações laterais. Em contrapartida, a quebra do filamento composto no meio requer a quebra de uma série de ligações em diversos protofilamentos ao mesmo tempo. Essa diferença permite que o citoesqueleto resista à quebra térmica, enquanto as porções terminais
MOVIMENTAÇÃO CELULAR E CITOESQUELETO
são estruturas dinâmicas nas quais ocorre adição ou subtração de subunidades rapidamente.
Outro tipo de interação proteína‑proteína, as subunidades dos filamentos do citoesqueleto são mantidas juntas por um grande número de interações hidrofóbicas e por fracas ligações não covalentes. A localização e os tipos de contatos entre subunidades são distintas entre os diferentes tipos de filamentos do citoesqueleto.
Os neurônios migram no embrião para localidades especiais utilizando mobilidade baseada na actina. Uma vez no local, emitem uma série de processos longos e especializados em receber sinais elétricos (dentritos) ou transmitir esses sinais para células‑alvo (axônios). Ambos os processos (neuritos) são preenchidos por microtúbulos, que são essenciais para sua estrutura e função.
Microtúbulos
São rígidos, longos, tubulares, cilíndricos e constituídos pela proteína tubulina.
MOVIMENTAÇÃO CELULAR E CITOESQUELETO
Um protofilamento de tubulina é formado por subunidades (α‑β‑heterodímeros) na mesma orientação do filamento, promovendo uma polaridade. Vários protofilamentos se unem para formar o microtúbulo com 13 subunidades distintas.
Estão presentes no citoplasma, com 25 nm de diâmetro e peso de 110 kD, tubulina α e tubulina β (5 nm cada), presentes no citosol, que se juntam para formar dímeros (a molécula GTP da α‑tubulina está tão fortemente ligada, que pode ser considerada uma parte integral da proteína; já a β‑tubulina não está tão firmemente ligada). Em corte transversal, sua parede é constituída por 13 pares de dímeros. Estão em constante reorganização, havendo polarização dos dímeros em uma extremidade (extremidade +) e despolarização na outra (extremidade –). A polarização é mediada por Ca2+ (polarização rápida) e pelas proteínas associadas aos microtúbulos (Maps – microtubule‑associated proteins ) para polarização mais durável.
Também formam o fuso mitótico durante a divisão celular.
Podem ser permanentes nos cílios e flagelos, com a região central bem organizada.
MOVIMENTAÇÃO CELULAR E CITOESQUELETO
Um cílio possui parte central constituída de dois microtúbulos (axionema) circundados por nove duplas de microtúbulos. Nas duplas, o microtúbulo A é complexo e possui 13 subunidades + dois braços de dineína. O microtúbulo B possui dois ou três subunidades comuns com microtúbulo A. Quando ativados na presença de ATP, os braços de dineína ligam‑se ao microtúbulo adjacente, encurvando os microtúbulos.
Há um par de centríolos com ângulo reto entre si, com 150 nm de diâmetro por 200 a 500 nm de comprimento, próximos ao aparelho de Golgi, chamados de centrossomo ou centro celular. São constituídos de nove trincas de microtúbulos unidos por pontes proteicas. O microtúbulo A é complexo, com 13 subunidades; já os microtúbulos B e C têm subunidades de tubulina em comum.
Os centríolos são enigmáticos. Na maioria das células animais, residem nos centrossomos, um complexo macromolecular que organiza o sistema de microtúbulos. Os centríolos mãe e filho possuem um comportamento diferente. Algumas horas após a divisão celular, os centríolos vagam pelo corpo celular separado da mãe por muitos micrômetros. A motilidade gradualmente diminui até parar, coincidindo
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com o início da duplicaçãode DNA no núcleo.
Ao redor dos centríolos, encontramos centenas de estruturas em forma de anel compostas de γ‑tubulina, e cada uma serve como ponto de partida ou centro de nucleação para o crescimento do mictrotúbulo. Os centríolos não possuem papel na nucleação dos microtúbulos no centrossomo (a γ‑tubulina é suficiente).
A concentração de αβ‑tubulina livre é pequena. Por esse motivo, para haver formação de microtúbulos, é necessária uma concentração elevada de αβ‑tubulina livre. Já o alongamento de microtúbulos pré‑existentes é rápido.
Em algumas células, o centrossomo não contém centríolos e é constituído de material amorfo, de onde se originam os microtúbulos. O centrossomo é MTOC ( microtubule organizing center ). São constituídos de material amorfo onde se dispõem 27 microtúbulos em nove feixes, cada um com três microtúbulos paralelos presos entre si. Os corpúsculos basais onde se inserem os cílios e flagelos apresentam a mesma estrutura.
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As drogas que interferem na dinâmica dos microtúbulos são:
• A ureia, que despolimeriza os microtúbulos.
• A colchicina (alcaloide), vincristina e vimblastina, que paralisa a mitose na interfase e se combina especificamente com dímeros de tubulina, impedindo a adição de novas tubulinas à extremidade + (polimerizadora), de modo que a extremidade – (despolimerizadora) continua e o microtúbulo desaparece.
• O taxol (alcaloide), que acelera a formação de microtúbulos e os estabiliza, impedindo a existência de tubulina livre no citoplasma para formar as fibras do fuso mitótico – consequentemente, a mitose também não ocorre. Esse é o princípio de algumas drogas utilizadas no tratamento do câncer.
Há constante troca entre os dímeros de tubulina do citoplasma e os dímeros polimerizados dos microtúbulos, havendo formação e dissoluções permanentes. Há capacidade das moléculas de tubulina hidrolizarem GTP. Cada dímero livre de tubulina contém uma molécula de GTP fortemente ligada que é hidrolizada à GDP (continua fortemente
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ligada, mas não tanto), logo após uma subunidade ser adicionada a um microtúbulo em crescimento. As moléculas de tubulina associadas ao GTP se ligam de modo eficaz na parede do microtúbulo, enquanto as moléculas que possuem GDP exibem uma configuração distinta e se ligam mais fracamente uma à outra.
Quando a polimerização ocorre rapidamente, moléculas de tubulina são adicionadas ao fim do microtúbulo mais facilmente do que o GTP que elas carregam é hidrolizado, assim a porção final do microtúbulo em formação possui subunidades de tubulina‑GTP, chamada de capuz GTP. Nessa situação, como o microtúbulo somente pode se despolimerizar pela perda de subunidades da sua extremidade livre, o crescimento do microtúbulo continuará. Como o processo químico se dá ao acaso, pode ocorrer que a tubulina da extremidade livre do microtúbulo hidrolize seu GTP antes que uma nova tubulina seja adicionada, assim o terminal será constituído de uma tubulina‑GDP, e uma vez iniciada a despolarização, ela tenderá a continuar e o microtúbulo começará a retrair rapidamente, podendo até desaparecer.
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As tubulinas liberadas ficam como estoque no citoplasma (num fibroblasto, cerca de metade das tubulinas se encontram dessa forma), disponíveis para o crescimento de microtúbulos. As moléculas de tubulina no reservatório trocam seu GDP por GTP, tornando‑se novamente competentes para serem adicionadas a outro microtúbulo que esteja na fase de crescimento.
Numa célula normal, como consequência da instabilidade dinâmica, o centrossomo (ou centro organizador) está continuamente emitindo novos microtúbulos num padrão exploratório em diferentes direções e os retraindo. Entretanto, o microtúbulo poderá se estabilizar pela adição de outra molécula ou estrutura celular que impeça a despolimerização da tubulina. O centrossomo pode ser comparável a um pescador que lança sua linha em diversas direções e, quando não é fisgada, é recolhida depressa, mas se é fisgada, a linha permanece no local, segurando o peixe para o pescador.
Os microtúbulos organizam o interior da célula. As células são capazes de modificar dinamicamente seus microtúbulos para diferentes objetivos:
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• Mitose: a princípio os microtúbulos se tornam mais dinâmicos, alternando entre formação e desintegração mais frequentemente que os microtúbulos do citoplasma. Isso permite que se desassociem rapidamente e criem os fusos mitóticos.
• Morfologia celular: a célula é especializada com uma determinada estrutura fixa, de modo que a instabilidade dos microtúbulos é suprimida por proteínas que se ligam no término dos microtúbulos e os estabilizam para a manutenção da forma celular.
• Polarização celular: por exemplo, célula nervosa, com o axônio de um lado e os dendritos de outro (os microtúbulos do axônio apontam para a mesma direção com a terminação + apontada para o terminal axônico. Células secretoras geralmente mantêm o Golgi em direção ao local de secreção. A polarização é decorrente dos microtúbulos, mantendo organelas em determinados locais e direcionando o tráfego de movimento entre uma parte da célula e outra.
Influenciam a distribuição de membrana nos eucariontes através de proteínas motoras associadas a microtúbulos.
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As proteínas motoras se ligam aos filamentos de actina ou aos microtúbulos, utilizam energia derivada da hidrólise do ATP e trafegam sobre o filamento em uma direção. Podem também aderir a outros componentes celulares e transportar suas cargas ao longo dos filamentos.
São duas grandes famílias: as dineínas, que geralmente se movem em direção ao terminal + dos microtúbulos (para longe do centrossomo), e as quinesinas, que se movem em direção ao terminal – (em direção ao centrossomo). As duas possuem duas cadeias pesadas e várias cadeias leves. Cada cadeia pesada forma uma cabeça globular, que interage com o microtúbulo de maneira estéreo específica. Elas são ATP dependente e “caminham” pelo microtúbulo.
O aparelho de Golgi e RE dependem dos microtúbulos para sua localização e posicionamento intracelular. Com o desenvolvimento da célula, o RE cresce e a quinesina aderida do lado de fora da membrana do RE o puxa para fora ao longo dos microtúbulos, alongando‑o como uma rede. A dineína puxa o Golgi na direção contrária para dentro em direção ao núcleo. Se as células forem tratadas com drogas que inibem
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o crescimento dos microtúbulos, as organelas mudam de local.
Os cílios são prolongamentos longos com motilidade presentes nas superfícies de algumas células epiteliais. Com 5 a 10 µm de comprimento por 0,25 µm de diâmetro, são envolvidos por membrana plasmática e contêm dois microtúbulos centrais cercados por nove pares de microtúbulos periféricos unidos entre si. Estão inseridos nos corpúsculos basais, que são estruturas eletrondensas presentes no ápice das células, sob a membrana (análoga aos centríolos). Exibem rápido vaivém, movimento que em geral é coordenado e gera uma corrente de fluído ou de partículas numa determinada direção. Além disso, utilizam ATP.
Uma célula da traqueia pode ter 250 cílios (mais de um bilhão por cm2). Eles são constituídos por um feixe de microtúbulos paralelos envoltos por membrana. Nos mamíferos, são presentes na árvore respiratória (deslocam o muco e partículas a ele aderidas) e oviduto (deslocam o oócito). Nos protozoários, podem ser utilizados para locomoção e alimentação.
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Os microtúbulos são um pouco diferentes dos encontrados nas células. Cada um dos pares de microtúbulos (nove) são constituídos por um microtúbulo A (inteiro) com um microtúbulo B (um pouco maior, que se encaixa como uma orelha no A). Encontramos ainda raios radiais, uma bainha interna que envolve o par de microtúbulos centrais (ambos inteiros e separados entre si). Entre os nove pares encontramos uma ligação de nexina. Cadaum dos microtúbulos possui um braço interno e um externo de dineína ciliar, como se aproximando o microtúbulo adjacente. Essas dineínas fazem contatos periódicos com o microtúbulo adjacente e se movem ao longo dele na presença de ATP, produzindo a força para o batimento ciliar. Outros tipos de proteínas atuam para ancorar e ligar aos microtúbulos juntos e converter o movimento de deslocamento produzido pelas ligações de dineínas.
Os flagelos são mais longos e, em geral, se apresentam individualmente. Nos vertebrados, encontra‑se apenas no espermatozoide, sendo um por células. É diferente do flagelo bacteriano, embora ambos sejam feixes de nove pares de microtúbulos em círculo (fundidos) com um par central (separados).
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A proteína dineína tem atividade ATPásica. Ela forma um par de braços ligados aos microtúbulos dos pares periféricos. É a interação entre a dineína e os túbulos vizinhos, que acarreta num deslizamento entre pares vizinhos e promove a torção de toda estrutura, gerando o movimento ciliar ou flagelar.
Nos axônios os microtúbulos estão orientados na mesma direção, com o terminal – apontando para o corpo celular. Não há um microtúbulo cobrindo todo o axônio, há uma série de sobreposições de microtúbulos paralelos de poucos µm que fazem o transporte pelo axônio mais rápido. Nos dendritos, a polaridade dos microtúbulos é mista. Há muitas proteínas transportadoras de vesículas específicas, e elas são necessárias nos terminais axônicos, onde as sinapses são construídas e mantidas (são produzidas exclusivamente no corpo celular). Muitas mitocôndrias, grande número de proteínas específicas de transporte de vesículas e precursores de vesículas sinápticas realizam sua longa jornada (em neurônios longos) na direção anterógrada. São conduzidas por proteínas da família das proteínas motoras kinesinas (movem‑se um
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metro/dia), muito mais rápido que por difusão (levaria oito anos para uma mitocôndria percorrer a mesma distância). O transporte retrógrado pelo axônio acontece pela dineína.
A estrutura dos axônios depende dos microtúbulos e também dos filamentos de actina e filamentos intermediários. Os filamentos de actina se orientam no córtex do axônio, logo abaixo da membrana plasmática, e as proteínas baseadas na actina, como a miosina V, são também abundantes. Filamentos intermediários especializados das células nervosas fornecem o suporte estrutural mais importante para o axônio.
Os microtúbulos reforçam a direção final do crescimento do cone. Microtúbulos paralelos logo abaixo do cone de crescimento estão em constante expansão e encolhendo por uma instabilidade dinâmica. Sinais adesivos guias estão relacionados de alguma forma com o final dinâmico dos microtúbulos; assim, os microtúbulos dilatando‑se na direção correta são estabilizados contra o desmantelamento. Dessa forma, um axônio rico em microtúbulos é deixado para trás, fazendo o cone seguir sua viagem.
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Dendritos são em geral muito mais curtos que os axônios, e sua função é mais receber sinais que enviá‑los. Os microtúbulos nos dendritos são paralelos uns aos outros, mas suas polaridades são mistas. Todavia, os dendritos são resultantes da atividade do cone de crescimento. Expandindo‑se sozinhos por seus próprios caminhos, os cones de crescimento nas extremidades de ambos, dendritos e axônios, criam uma morfologia intricada e altamente individual de cada célula neuronal madura. Dessa forma, o citoesqueleto fornece o mecanismo para construção de todo sistema nervoso, assim como o suporte e estabilização do fortalecimento das suas partes.
Microfilamentos de actina
É muito abundante no músculo e constitui 5‑30% das proteínas totais do citoplasma. Forma o córtex medular, camada imediatamente abaixo da membrana plasmática, que reforça a membrana e participa dos movimentos da célula (por exemplo, fagocitose). São moléculas muito conservadas filogeneticamente.
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A actina nos eucariontes se concentra, em geral, em uma camada logo abaixo da membrana plasmática, chamada de córtex celular. Os filamentos de actina estão ligados por proteínas de ligação da actina, formando uma rede que suporta a superfície celular externa e fornece resistência mecânica. Nos eritrócitos, são responsáveis pela forma discoide da célula. De maneira geral, o córtex celular é mais espesso e complexo, sendo capaz de uma série de movimentos e formas.
Muitas células rastejam na superfície em vez de nadarem por cílios ou flagelos à procura de alimento, como as amebas carnívoras e células do sangue, que percebem moléculas difusíveis relacionadas com bactérias, migram, fagocitam e destroem (por exemplo, neutrófilos e macrófagos).
Os neutrófilos (leucócitos granulócitos) migram em direção a uma infecção bacteriana. Proteínas receptoras de membrana permitem que os neutrófilos percebam concentrações muito baixas de peptídios N‑formilados que derivam das proteínas bacterianas (percebem diferenças de concentração de 1%), ocorrendo uma polimerização de actina nas proximidades dos receptores, que são estimulados quando os receptores se ligam ao estímulo. Essa reposta de polimerização de
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actina depende da família monomérica Rho de GTPases. Como resposta, a célula estende um prolongamento em direção ao sinal, que indiretamente causa uma reorientação do maquinário gerador de tração, e o corpo da célula segue seu “nariz” e se move em direção ao sinal atrativo.
A direção da migração celular pode também ser influenciada por sinais químicos aderidos à matriz extracelular ou na superfície das células. Receptores a esses sinais podem causar adesão celular em adição à polimerização de actina direcionada. A maioria das migrações de células animais em longas distâncias, incluindo o crescimento da crista neural e crescimentos neuronais através de cones, depende da combinação de sinais difusíveis e não difusíveis.
São instáveis como os microtúbulos, mas podem formar estruturas estáveis, como no músculo ou nos microvilos do epitélio intestinal. Além disso, são associados com um grande número de proteínas que se ligam à actina.
Podem se contrair (músculos das células), emitir prolongamentos, como
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nos fibroblastos, ou formar o anel que se contrai durante a divisão celular.
São flexíveis, sendo formados por uma estrutura quaternária fibrosa composta de actina F (7 nm de diâmetro), constituída de duas cadeias em espiral de filamentos compostos de actina G, lembrando um colar de pérolas. Estão arranjados em forma de hélice, que completa um giro a cada 37 nm. Possuem ainda polaridade com um terminal + e um –. É bastante flexível e em geral menor que os microtúbulos, e a quantidade (comprimento total) de filamentos de actina na célula é cerca de 30 Xs de microtúbulos. Raramente estão isolados nas células: é comum vários filamentos de actina se agregarem para formar feixes mais espessos.
Os filamentos de actina podem crescer pela adição de actina G nas terminações, sendo mais rápida na terminação + que na –.
Um filamento de actina puro, como um microtúbulo, é muito instável e pode se desmontar por ambos os lados. Cada actina G possui um ATP fortemente ligado, que é hidrolizado à ADP após ser incorporado à actina F. A hidrólise reduz a força da ligação (como nos microtúbulos) e reduz a
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estabilidade do polímero. A hidrólise de nucleotídeos promove a despolimerização, ajudando a desmantelar os filamentos de actina após serem formados.
As citocalasinas combinam com actina e impedem a polimerização, e faloidinas combinam externamente com filamentos de actina, estabilizando‑os. Ambas são extraídas de fungos e interferem nos movimentos celulares, o que ocorre mais em células não musculares.
Os filamentos de actina, após formados, duram alguns minutos. O equilíbrio entre os filamentos de actina e a reserva de actina G são essenciaispara a sua função. Cerca de 5% da proteína total de uma célula animal é actina; cerca de metade está na forma de filamentos (actina F), e o restante, no citosol (actina G). A célula possui pequenas proteínas, como timosina (que mantém a actina G como reserva até ser necessária) e profilina. Elas se ligam à actina G no citosol, impedindo que eles se unam às terminações da actina F, e assim regulam a polimerização da actina. Há muitas outras proteínas que se une à actina na célula. A maioria se liga à actina F e controla o comportamento do filamento.
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Citoesqueleto de uma fibra muscular estriada
Em uma fibra muscular, os microfilamentos de actina estão entre os miofilamentos e a associação deles com os miofilamentos de miosina é a peça fundamental para o movimento de contração muscular.
Actina e miosina compõem 55% das proteínas do músculo estriado. A associação dos miofilamentos de actina e miosina forma uma família e hidrolisa ATP, que fornece energia para o movimento ao longo do filamento de actina em direção à teminação –. Há muitas subfamílias, sendo as miosinas I e II as mais abundantes. A miosina I é encontrada em todas as células e é a mais simples, pois possui apenas uma cabeça e uma cauda. A cabeça interage com o filamento de actina, que possui a atividade de hidrolisar o ATP, e assim a miosina se move sobre o filamento de actina em direção à terminação +, transportando a vesícula a ela ligada sobre o filamento de actina em ciclos repetitivos. A cauda pode também se ligar à membrana plasmática e modificar a forma desta.
Os feixes de miofilamentos formam as miofibrilas, que possuem 1‑2 µm de diâmetro, e nessas estruturas estão os sarcômeros (de 2,5 µm de
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comprimento), com um padrão repetitivo que dá o aspecto estriado à célula. Sua composição é de filamentos de actina e miosina II (ou filamentos grossos), que são posicionados centralmente no sarcômero. São as unidades contráteis do músculo.
Os principias miofilamentos são distribuidos da seguinte forma:
• Actina G (globular), com 5,6 nm de diâmetro.
• Actina F (fibrosa), hélice dupla de actina G polimerizada com sítio de ligação para miosina.
• Tropomiosina, molécula cordonal, fina, polarizada e rígida, com 40 nm de comprimento e duas cadeias em forma de α hélice enroladas, que se encaixa na hélice de actina (actina F), cobrindo sete actinas G e impedindo que as cabeças de miosina se associem com o filamento de actina.
• Troponina, que possui três subunidades:
— TnT, que liga na tropomiosina;
— TnC, com afinidade por Ca++ no fim da molécula, que muda sua forma
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após a ligação Ca2+ e causa o deslocamento da molécula de tropomiosina, expondo o sítio de ligação da actina com a miosina; e
— TnI, que cobre o sítio de ligação.
• Miosina, que, dividida em meromiosina leve (filamentosa) e meromiosina pesada (atividade ATPásica), combina com a actina na banda H para fora. Forma um bastão com 2‑3 µm de diâmetro por 20 µm de comprimento PM 500.000 enrolado em hélice. Cada filamento de miosina apresenta cerca de 300 cabeças e cada uma pode se ligar a um filamento de actina numa velocidade de 15 µm/s, o suficiente para um sarcômero passar do estado distendido (3 µm) para completamente contraído (2 µm) em menos de um décimo de segundo.
• Titin, uma molécula elástica que muda sua forma à medida que o sarcômero contrai ou relaxa, ligando o disco z à miosina.
• Tropomodulina, que se liga à terminação – do filamento de actina, estabilizando, e o lado + se ancora no disco Z (Cap Z) – por isso, são muito estáveis. Permite que a fibra muscular se recupere após ter sido estirada em excesso.
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• Disco Z, que também contém α‑actina.
• Nebulina, que determina o tamanho de cada filamento. É uma proteína com 35 aa repetitivos compondo a actina. A nebulina move‑se do disco Z para a terminação – de cada filamento de actina, atuando como uma “régua molecular” para dizer o tamanho do filamento.
Filamentos intermediários
Os filamentos são chamados de intermediários por estarem entre os diâmetros da actina e da miosina. São mais estáveis que os microtúbulos e que os filamentos de actina. Não participam da contração celular nem nos movimentos de organelas. São abundantes em células que sofrem atrito (epiderme), onde se prendem os desmossomos, nos axônios e em células musculares, e ausentes em células de multiplicação rápida (culturas e embriões) e nos oligodendrócitos (produtoras de mielina).
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Um tipo está presente na lâmina nuclear, logo abaixo da membrana nuclear interna. Outros tipos se estendem através do citoplasma, fornecendo à célula resistência mecânica, pois resistem a grandes forças tensoras. São os mais duráveis dos três (resistem a salinas concentradas e detergentes não iônicos). Encontram‑se no citoplasma da maioria das células animais, formando uma rede através do citoplasma, circundando o núcleo e se estendendo até a periferia da célula.
Em geral, ancoram‑se nas junções celulares como desmossomos, dentro do núcleo (lâmina nuclear) que fornece estrutura à carioteca. Também protegem as células de estresse mecânico.
São como cordas trançadas juntas, fornecendo resistência à tensão. Formam ligações em meio às α hélices entre as espirais, proporcionando grande resistência ao estiramento. Nos fibroblastos, os filamentos intermediários são constituídos de proteína vimetina.
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O monômero proteico do filamento intermediário consiste de um domínio em bastão central com regiões globulares nas extremidades. Pares de monômeros se associam para formar dímeros, e pares de dímeros se associam para formar tetrâmeros. Os tetrâmeros se empacotam juntos por suas porções terminais e se associam em uma formação em hélice, contendo oito grupos de tetrâmeros que geram o filamento intermediário.
São exemplos de filamentos intermediários:
• Queratina: exclusiva das células epiteliais, são mais de 30 tipos, formados da combinação de diferentes subunidades de queratina, em geral de uma extremidade da célula epitelial a outra e ancorados nos desmossomos, associando‑se lateralmente com outro compartimento celular através de seus domínios da cabeça e caudas globulares. Esses arranjos distribuíram o estresse entre todas as células.
• Vimetina e filamentos relacionados à vimetina: tecido conjuntivo, células musculares e células de suporte do sistema nervoso (neuroglia).
• Neurofilamentos: nas células nervosas, no corpo celular e dos prolongamentos dos neurônios.
• Lâmina nuclear A, B e C: reforçam a carioteca (intranuclear) das células
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animais.
Muitos filamentos intermediários são posteriormente estabilizados e reforçados por proteínas acessórias que se ligam transversalmente em feixes de fibras (por exemplo, plectina).
A vimetina, por exemplo, liga os filamentos intermediários aos microtúbulos, aos filamentos de actinas e a estruturas adesivas dos desmossomos.
Os envelopes nucleares são apoiados por uma rede de filamentos intermediários. Formam a rede bidimensional de filamentos intermediários chamada de lâmina nuclear na face interna da carioteca, que fornece local de ligação para as cromatinas contendo DNA. São constituídos de lamin, desfazem‑se e se reorganizam a cada divisão celular, quando o envelope nuclear se desfaz e se forma nas células‑filhas.
A dissociação da lamin é controlada pela fosforilação e desfosforilação da lamin pela proteína quinase. Após a fosforilação da lamin, as ligações entre os tetrâmeros se enfraquecem e o filamento desintegra. No final da mitose, a desfosforilação causa a reorganização da lamin.
 
BIOLOGIA (CITOLOGIA)
UNIDADE III
CICLO CELULAR
O ciclo celular deve ser compreendido pela forma pela qual todos os seres vivos trabalham (exercem suas funções) e se reproduzem. Vamos lembrar que existem seres unicelulares; portanto, o seu ciclo de vida não é diversodo ciclo celular: todos nascem, desenvolvem-se, trabalham, reproduzem-se e morrem, com as células não são diferentes.
Podemos condensar esses eventos no ciclo celular em dois momentos: a interfase e a mitose. Na mitose ocorre a divisão da célula, e no período entre duas divisões (entre fases reprodutivas) temos a interfase. O núcleo celular na interfase, que é o período de desenvolvimento e trabalho, é bem diferenciado em relação à atividade celular (profissão), e o núcleo mitótico (reprodução) nem sequer pode ser chamado de núcleo, pois perde sua membrana e torna-se difuso no citoplasma. 
O ciclo celular, desde a formação de uma célula até sua própria divisão em duas células-filhas iguais entre si, apresenta, basicamente, as seguintes passagens: a interfase, em que a célula cresce e se prepara para uma nova divisão, e a divisão, em que se originam duas células-filhas, a qual se inicia pela divisão do núcleo (cariocinese ou mitose) e
CICLO CELULAR
posteriormente do citoplasma (citocinese). Algumas células, como os hepatócitos, não realizam a citocinese e passam a ser binucleadas.
O ciclo tem que se ajustar para que tenha o tempo suficiente para que a célula dobre de tamanho e em seguida se divida, mantendo assim o tamanho das células dentro de um parâmetro.
O controle nos eucariontes é feito por diversos produtos gênicos, que, por sua vez, são também regulados por fatores extracelulares, como nutrientes ou fatores de crescimento, fazendo que ocorra a divisão celular coordenadamente com as necessidades do organismo como um todo.
Em uma das fases do ciclo celular, a interfase (95% do ciclo), ocorre a duplicação dos componentes da célula-mãe, incluindo a duplicação do DNA. As células de mamíferos terminam sua duplicação de DNA, e pelo menos duas horas antes entram em mitose. Assim, dentro da interfase ocorrem os seguintes períodos:
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• G0 (tempo variável): estado quiescente em que a célula não apresenta a programação para entrar em mitose novamente. A maioria dos neurônios estão em G0. A quantidade de DNA é de 2C.
• G1 ( gap = vazio) – 12h em média: é o intervalo de tempo desde a mitose até o início da síntese de DNA. É o período pós-mitótico.
• R (ponto de restrição): quando a célula atravessa esse ponto, entra em mitose novamente. Fica no fim da G0.
• S ( stand ) – 8h em média: é o momento em que ocorre a duplicação ou síntese de DNA. Pode-se afirmar que há um conteúdo intermediário de DNA nessa fase.
• G2 – 4h em média: intervalo entre o término da síntese de DNA e a próxima mitose, pós-síntese de proteínas ou pré-mitótico. A quantidade de DNA é de 4C.
• M – 1h em média: mitose.
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Núcleo interfásico
O núcleo interfásico é constituído por envoltório nuclear, cromatina, nucleoplasma e nucléolo. O número em geral é único, com posição central ou periférico, e representa a forma da célula. O tamanho é variável de acordo com o metabolismo e conteúdo de DNA da célula. A células ativas apresentam maior quantidade de proteínas relacionadas com a transcrição do DNA.
A lâmina nuclear é uma rede fibrosa interna com 10-20 nm de espessura interrompida nos poros. Nos mamíferos, a rede é formada pelas proteínas laminas A, B e C. A lamina dá a forma e suporte estrutural à carioteca e é responsável pela ligação das fibras cromatínicas ao envoltório. Na mitose, ocorre uma fosforilação temporária e desorganização, sendo posteriormente recompostas.
O nucléolo só é observado quando a célula se encontra na interfase do ciclo celular. Portanto, durante o processo da divisão celular, o nucléolo se desestrutura. Podem existir até três nucléolos por núcleo, dependendo da atividade metabólica e do tipo celular estudado. Em
CICLO CELULAR
células pancreáticas exócrinas, secretoras de proteínas, o nucléolo chega a ocupar 25% do volume do núcleo. O nucléolo apresenta pequena quantidade de DNA e é o responsável pela formação dos RNAs: RNAr (um dos constituintes das subunidades maiores e menores dos ribossomos) e do RNAt (transportador de aminoácidos do citoplasma para os ribossomos). No nucléolo, são distintas quatro áreas:
• Área fibrilar, pouco corada, apresenta o DNA inativo. Aqui, não há transcrição.
• Área da porção fibrosa, possui RNAs que estão sendo transcritos. Aqui, o DNA é ativo.
• Área granulosa, local que reúne as subunidades maiores e menores dos ribossomos em fase de maturação (amadurecimento).
• Área da matriz, local da organização do nucléolo.
São outras funções do nucléolo: regular eventos do ciclo celular, como a citocinese; inativar enzimas quinases; e alterar pequenas moléculas de RNAs que vão formar as subunidades do RNAr.
CICLO CELULAR
Os genes são formados por um segmento de DNA que contém as instruções para fazer uma proteína particular (ou, em alguns casos, um grupo de proteínas intimamente relacionadas). Alguns genes comandam a produção de moléculas de RNA como produto final. Eles carreiam a informação genética, que deve ser copiada e transmitida precisamente durante a divisão celular. O DNA codifica a informação de forma sequencial com as quatro letras (A, C, G e T), que variam nos diferentes organismos e irão expressar os diferentes aminoácidos. Há uma correspondência entre a sequência de quatro nucleotídeos e os 20 aminoácidos que irão formar as diferentes proteínas. A informação completa do organismo é chamada de genoma.
O compartimento nuclear possui:
• 46 cromossomos, cada um formado por uma única molécula de DNA combinada com numerosas proteínas.
• Várias classes de RNA.
• Nucléolo.
• Proteínas reguladoras e estruturais.
CICLO CELULAR
• Nucleoplasma.
Já o envoltório nuclear apresenta:
• Duas membranas concêntricas.
• Espaço perinuclear.
• Lâmina nuclear – fina malha de laminofilamentos.
• 3.000 a 4.000 poros.
Síntese proteica
O processo de síntese proteica inicia-se com a transcrição, a qual ocorre quando o DNA origina RNAm. Só ocorre na interfase, nunca na mitose ou na meiose. O RNAm não apresenta tamanho fixo. A expressão gênica começa com a produção do RNAm, tem sua continuidade com a tradução do RNAm e termina com a produção da proteína. Quando o RNAm se dobra, recebe o nome de microRNA. Ao sair do núcleo, o microRNA no citoplasma sofre ação de uma enzima que o picota em pequenos fragmentos.
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Todas as células somáticas de um indivíduo apresentam a mesma informação genética codificada no DNA. Porém, diferentes tipos de células (caso do melanócito, produtor de melanina e da célula beta do pâncreas, produtora de insulina) expressam diferentes combinações de genes. O material genético pode ser expresso de várias formas – é o processo da diferenciação celular, em que, num genoma de uma determinada célula, alguns genes estão “ligados” e outros, “desligados”. Na célula melanócito, genes estão ligados para fabricação da melanina e desligados para a fabricação da insulina; já nas células basófilas do pâncreas, genes estão ligados para a fabricação da insulina e desligados para a fabricação da melanina.
Eucromatina e heterocromatina
Cromatina (do grego croma , que significa cor) = complexo de DNA + proteínas – toda a porção do núcleo que se cora e é visível à microscopia de luz (ML), menos o nucléolo.
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Uma mostra com os 46 cromossomos humanos é o cariótipo. Pelo cariótipo podem-se determinar perdas, inversões ou trocas de pedaços entre os cromossomos. A cromatina dos eucariontes = DNA + proteínas do núcleo interfásico – cromatina compactada e/ou descompactada. O núcleo em divisão (mitose ou meiose) apresenta a cromatina altamente compactada em cromossomos.
A condensação varia conforme o tipo celular, o grau de atividade e o estado de diferenciação que se encontra a célula. Células nervosas e os espermatócitos exibem cromatina pouco condensada em certas fases, já os plasmócitos possuem cromatina com grumos densos em forma de raios, lembrando uma roda de carroça. Nos eritroblastos (hemácias jovens) ocorre a condensação gradual da cromatina durante a maturação, e em mamíferos isso culmina coma expulsão no núcleo.
Um cromossomo funcional, o DNA deve carrear os genes e se duplicar, e as cópias replicadas devem ser separadas igualmente nas células-filhas, completando o ciclo celular, o que é chamado de mitose.
Na interfase, os cromossomos estão estendidos como longas fitas de
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DNA (cromatina) e não podem ser distinguidos no núcleo sob ML – são os cromossomos interfásicos. Há tipos de sequências de nucleotídeos especiais que iniciam a replicação eficientemente – são as origens de replicação. Os cromossomos eucariontes possuem diversas origens de replicação para permitir a rápida duplicação do cromossomo.
A heterocromatina (em grego, heteros significa diferente) exibe coloração mais intensa quando observada na microscopia de luz, não sendo transcrita pelo RNA.
A maior parte do DNA contido na heterocromatina não contém genes, e os genes aí presentes em geral ficam indisponíveis devido ao elevado grau de compactação da heterocromatina. Essa cromatina densa é denominada heterocromatina constitutiva e apresenta sequências gênicas altamente repetitivas que nunca são transcritas.
A eucromatina (em grego, eu significa verdadeiro ou normal) é mais clara e homogêna. Portanto, na interfase, a transcrição só ocorre na eucromatina, que é a cromatina ativa. A ativação acontece pela acetilação (acetila) e ubiquitinação das histonas (a ubiquitina não é uma proteína histônica).
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Expressão gênica
As células regulam seu desenvolvimento através da expressão gênica diferencial. Como bactérias eram os modelos para tal atividade, a expressão em geral significava transcrição de mRNA. Os três postulados da expressão gênica diferencial eram os seguintes:
• Cada núcleo celular contém o genoma completo estabelecido no ovo fertilizado. Em termos moleculares, os DNAs de todas as células diferenciadas são idênticos.
• Os genes não usados das células diferenciadas não são destruídos ou mutados, retendo o potencial de serem expressos.
• Só uma pequena porcentagem do genoma está sendo expressa em cada célula, e uma porção do RNA sintetizado é específica para aquele tipo de célula.
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A diversidade celular permite os organismos a se adaptarem em diferentes meios e atividades. Graças à multiplicação do DNA e a sua recombinação no processo de reprodução sexuada, a evolução das espécies tem acontecido.
Mitose e meiose
Mitose e meiose são divisões celulares. A mitose é equacional (mantém o número de cromossomos constante em todas as células do organismo), e a meiose é uma divisão reducional, na qual a célula-mãe dá origem às células-filhas com a metade do número de cromossomos, os quais irão se restabelecer apenas após a fecundação.
Na interfase, cromossomos interfásicos são chamados de cromatina, que são estruturas cromossômicas individuais invisíveis. Células que não se dividem ficam no estágio G0. No estágio G1, o qual é muito variável no tempo, a célula faz transcrições: o DNA origina os códons – mRNA ou RNAm –; logo há atividades por partes dos ribossomos e do RER, além de outras atividades realizadas pelo REL, Golgi e lisossomos.
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Já no estágio S, o qual leva cerca de oito horas, ocorre a replicação do DNA. Finalmente, o estágio G2, que precede a mitose, possui um tempo médio de quatro horas. A mitose em células eucarióticas, em média, leva uma hora; e é dividida em cinco fases: prófase, prometáfase, metáfase, anáfase e telófase. Na prófase, a cromatina converte-se em filamentos alongados. Ela já sofreu sua duplicação no estágio S da interfase; portanto, esses filamentos são agora denominados cromossomos, os quais, no início da prófase, se encontram fixados na membrana do núcleo e já possuem estrutura dupla. No fim da prófase, contraem-se, tornando-se mais grossos e mais curtos (condensação cromossômica), e a membrana do núcleo desaparece. Na metáfase, torna-se visível o fuso mitótico a partir dos centríolos. Cromossomos se dispõem no centro da célula, na placa equatorial dela, mas os cromossomos homólogos não ficam pareados. No fim da metáfase, durante a transição para anáfase, os cromossomos dividem-se pela região do centrômero. Na anáfase, as duas cromátides de cada cromossomo migram para polos opostos, iniciando-se a derradeira fase, que é a telófase ( telo significa terminal em grego). Na telófase, surge a membrana do núcleo, o nucléolo e a cromatina, e ocorre a divisão do citoplasma (citocinese).
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A meiose difere fundamentalmente da mitose em relação aos aspectos citológicos e genéticos. Em primeiro lugar, os cromossomos homólogos pareiam-se. Em segundo lugar, ocorrem trocas, permutações entre os cromossomos homólogos ( crossing-over ), resultando em segmentos cromossômicos com novas constituições, isto é, com novas recombinações genéticas. Em terceiro lugar, o complemento cromossômico é reduzido à metade durante a primeira divisão celular, que é a divisão I da meiose.
Assim, as células-filhas resultantes na divisão II serão haploides (divisão reducional). Uma meiose completa consiste em duas divisões celulares: meiose I e meiose II (divisão I e II). A meiose começa com a replicação dos cromossomos (do DNA) na interfase. 
Estrutura e tipos de cromossomos
Como já observado, o DNA é um polímero de nucleotídeos (macromolécula) em espiral que se combina com inúmeras proteínas estruturais e enzimáticas de modo que tais arranjos moleculares
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promovem alterações de sua densidade, sequência e expressão.
Aqui não se pretende detalhar cada uma das interações moleculares, mas sim discorrer sobre o significado delas. Quando constatamos os fenômenos moleculares e suas consequências, torna-se mais fácil compreender como podemos usar essas informações. O profissional de Educação Física está longe de exercer a engenharia genética, mas com uma boa noção da maquinaria molecular e do modo operante desse mecanismo, ele passa a ter a base necessária para assimilar que as atividades motoras, comportamentais e fisiológicas que ele aplicar sobre um organismo podem ter os resultados esperados quando se conhece como quase todas as informações vitais desse organismo estão armazenadas em uma molécula, e aprende também como poder alterá-las e interpretá-las para se obter o desempenho adequado do organismo. Portanto, não se prenda à nomenclatura, mas sim ao mecanismo.
A capacidade de armazenar e transmitir as informações fisiológicas do organismo aos descendentes está na sequência e arranjo dos
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segmentos de nucleotídeos que forma os genes. O trecho do DNA responsável ou corresponsável pela síntese de uma determinada proteína e a capacidade de verificar o que pode ser alterado ou se manifestar no organismo está na observação de suas interações moleculares que possam ocorrer entre o organismo e o meio, que não são necessariamente por contato com alimentos, toxinas, transgênicos etc. A aplicação de uma atividade física pode promover a manifestação de genes que estavam quiescentes ou inibir a manifestações deles, e é isso que devemos levar em conta. Atualmente, sabe-se que até as características obtidas no decorrer da vida podem ser transmitidas para as gerações futuras.
Neste item, vamos descrever a morfologia dos cromossomos para se entender que não há a necessidade de exames ultramoleculares e caros para um diagnóstico nem sempre preciso.
É na fase da metáfase da mitose ou meiose que o DNA se encontra em seu estado mais condensado, e justamente por isso é nessa fase que se pode investigar melhor a presença de alterações cromossômicas que
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possam ser deletérias (nocivas).
Entre os 23 pares de cromossomos humanos, 22 são autossomos e um é sexual, e nos 23 pares existem quatro morfologias diferentes de cromossomos: telocêntricos, metacêntricos, submetacêntricos e acrocêntricos.
Os animais e vegetais apresentam um complemento cromossômico característico, denominado cariótipo. Este é o conjunto de características constantes dos cromossomos da espécie em relação ao número, tamanho e morfologia.Graças ao uso da colchicina, alcaloide que impede a polimerização dos microtúbulos do fuso durante a divisão, pode-se realizar o estudo morfológico dos cromossomos metafásicos de um indivíduo.
A divisão mitótica é interrompida na metáfase, período em que a condensação dos cromossomos é máxima. No ideograma, que é a representação do cariótipo, os cromossomos são ordenados aos pares. Nas células somáticas dos eucariontes, os cromossomos ocorrem aos pares, sendo um de origem paterna e o outro de origem materna. Eles
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formam pares homólogos, isto é, para cada cromossomo paterno, existe um homólogo materno, apresentando o mesmo tamanho, a mesma morfologia e a mesma sequência gênica. Desse modo, o número de cromossomos de uma espécie é continuamente mantido durante as mitoses que as células passam. Somente na meiose, na formação dos gametas, ocorre a redução da metade dos cromossomos da célula germinativa.
Diferenciação celular e células‑tronco
O processo de diferenciação celular iniciou-se durante a evolução, com o aparecimento dos primeiros seres multicelulares – a alga pluricelular Volvox é um exemplo. A dissemelhança aumenta a eficiência das células, mas as torna dependentes umas das outras. O corpo de um animal pode ser comparado com uma sociedade: nos mamíferos ocorrem em média 200 tipos celulares diferentes. A distinção inicia-se na fase embrionária de gástrula. Quando as células vão tornando-se cada vez mais diferenciadas, também vão perdendo a capacidade de se
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dividirem por mitose.
As células totipotentes são aquelas que apresentam 100% de potencialidade para se diferenciarem em qualquer outro tipo celular. São as células embrionárias, conhecidas por blastômeros, e ocorrem no ser humano nas primeiras etapas após a fecundação, nas fases embrionárias iniciais do blastocisto com apenas cinco a dez dias de vida em média.
As células-fonte ou células-tronco (stem cell) são as pouco diferenciadas. Elas formam um pool de reposição celular aos tecidos, podendo ser encontradas na medula óssea jovem, e são capazes de se destacar em diversos tipos celulares – no caso da medula, diferenciam-se em todas as células do sangue e do tecido conjuntivo. As células multipotentes se destacam em múltiplas células, mas dentro de uma especificidade celular; é o caso das células linfoides e mieloides, também encontradas na medula óssea, que origina parte das células do sistema imunológico. Já as células progenitoras, que se diferenciam em um ou dois tipos celulares, estão presentes nos tecidos exercendo a
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função de reposição para a manutenção deles. Quando uma célula tem em sua denominação o radical blasto, entenda que ela é uma célula precursora. Alguns exemplos são o fibroblasto, que forma o fibrócito, e o osteoblasto, que origina o osteócito.
Resumindo, pode-se definir que a diferenciação é o grau de especialização, pois as células se destacam progressivamente, atingindo o grau máximo quando chegam ao perfil dos neurônios ou fibras musculares estriadas. A potencialidade é a capacidade de originar outros tipos celulares, e um neurônio tem baixíssima potencialidade quando comparado a uma célula muscular lisa. A modulação, por sua vez, é uma diferenciação reversível, permitindo-nos inferir que as células naturalmente podem retornar aos seus estágios de vida iniciais, desde que recebam os estímulos necessários. A capacidade de modulação é fundamental na regeneração e recomposição dos tecidos.
A diferenciação é controlada por fatores intracelulares e extracelulares, requerendo, portanto, ocorrer intensa comunicação célula-célula e célula-ambiente. Os fatores intracelulares se encontram nas próprias
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células em diferenciação. A capacidade da célula de responder a estímulos extracelulares ou de iniciar modificações depende das vias de sinalização celulares disponíveis no seu repertório, isto é, da diversidade e quantidade de receptores em sua membrana plasmática; por isso, uma célula que não expressa receptor para insulina na sua membrana não seria capaz de receber estímulos dela no meio extracelular. Os fatores intracelulares são decorrentes do código no DNA da célula, ou, no caso do zigoto, de material previamente acumulado no seu citoplasma. A entrada de substâncias no citoplasma é bem conhecida, e os exemplos mais evidentes derivam de estudos realizados nos ovos de invertebrados.
Os fatores extrínsecos provêm de sinais de outras células e da matriz extracelular do organismo em diferenciação (secreções parácrinas, substratos e microclimas etc.), somando-se aos xenobióticos oriundos do meio ambiente (fatores ambientais). Os fatores locais resultam da ação de células que agem enviando, por meio de moléculas, sinais que induzem alguns tecidos a se distinguirem em determinada direção, ou então esses sinais derivam da matriz extracelular.
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A diferenciação celular continua após o nascimento. Quando nascemos, ainda existem vários setores do organismo que se encontram em diversas fases do desenvolvimento e terminam suas diferenciações em outra velocidade. Os rins e o fígado nos primeiros dias após o parto ainda não estão totalmente distintos.
A restrição da potencialidade pela diferenciação pode ser anulada. Em algumas situações, reverte-se a célula para gerar um núcleo totipotente. Essa tecnologia abre as portas para terapias de regeneração dos tecidos que originalmente não possuem a capacidade regenerativa. A técnica é conhecida como desprogramação nuclear e já foram obtidos resultados com ela, o que inclusive permitiu a clonagem da ovelha Dolly.
 
Apoptose
A apoptose, morte celular programada, é uma característica inerente a todas as células, uma vez que o programa está no DNA celular. No experimento com a ovelha Dolly citado no item anterior, o clone r foi um resultado positivo, demonstrando-se a possibilidade da reversão da
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diferenciação celular. Porém, o clone (Dolly) ainda em idade juvenil apresentou doenças típicas dessa espécie em idade idosa, não resistiu e foi a óbito. Verificou-se que, apesar da idade juvenil, a Dolly era formada por células e tecidos em senescência, evidenciando-se a apoptose em seus tecidos. Apesar da idade juvenil, a Dolly foi formada por células com idade avançada, pois o material genético de suas células estava respondendo ao seu programa original, para desativar as células após um número determinado de divisões celulares. Como esse material já era de um doador adulto, o tempo de programação de vida celular já estava se esgotando. Portanto, pode-se não acreditar que o seu tempo de vida (natural) esteja determinado nas linhas da sua mão, mas em seu DNA há essa informação.
Pode ser cruel saber o momento de sua morte, mas a destruição programada celular também é de grande importância funcional, pois sem ela você não estaria vivo. Para que a diferenciação leve à morfogênese de órgãos normais, é necessário que, ao lado da proliferação e da diferenciação celulares, exista também a eliminação das células que não
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são mais necessárias. Por exemplo, o feto humano tem os dedos inicialmente fundidos, como uma nadadeira, e posteriormente as células localizadas entre os dedos morrem e são eliminadas, ficando a mão com os cinco dedos normais. Outro exemplo é o timo, as células T (linfócitos T), com função defensiva, que atacam antígenos (células estranhas ao organismo), tais como bactérias e protozoários invasores, havendo também a formação de grande quantidade de células T que atacam os tecidos do próprio corpo, formando as doenças autoimunes. Essas células são eliminadas antes de saírem do timo, porque causariam grande dano aos tecidos do organismo se fossem lançadas na circulação sanguínea, assim o processo de apoptose é ativado para evitar maiores danos. Mais um exemplo: a remoção da cauda dos girinos, quando realizam a metamorfose (quando eles se transformam em rãs ou sapos adultos). A morte celular programada passa a ser essencial para que ocorra essa etapa da vida,e é por isso que a morte celular acontece pelo processo denominado apoptose.
Morfologicamente, a apoptose é caracterizada por uma compactação da
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célula inteira. O núcleo e o citoplasma diminuem de volume, sendo que no microscópio óptico o núcleo aparece condensado e escuro (núcleo picnótico). A cromatina é fragmentada em trechos regulares por uma enzima (endonucleaseque) que ataca o DNA. As células alteram a superfície da membrana plasmática sinalizando a apoptose e são fagocitadas por macrófagos ou por outras células. Não ocorre síntese das moléculas que participam do processo inflamatório, enquanto as células que morrem por necrose promovem uma resposta inflamatória. A diferença é que em necrose mostram-se hipertróficas (aumento de volume da célula inteira), de modo que na apoptose não ocorre liberação do conteúdo intracelular no meio extracelular.
Pesquisas mostram que a falta de alguns hormônios e fatores de crescimento podem levar as células-alvo à apoptose. Por exemplo, a diminuição do hormônio masculino testosterona promove apoptose nas células da próstata, e mesmo a ausência de alguns nutrientes em meio de cultura celular já foram relatados como indutores da apoptose.
E a apoptose também pode ser vista como um mecanismo de defesa, 
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quando as células penetradas por vírus, bactérias ou protozoários entram nesse processo, ou ainda quando o DNA da própria célula passa por mutação. Sendo uma das causas do câncer as mutações em células somáticas, a apoptose passa a ser vista como uma defesa natural contra células malignas. Portanto, o mesmo mecanismo que um dia te levará à falência dos órgãos ou sistemas é o seu atual defensor, pois a apoptose resulta em benefício para o organismo como um todo.