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DIMENSÕES BIOLÓGICAS E BIOQUÍMICAS DA ATIVIDADE MOTORA Salma Hernandez Células procariontes e eucariontes Objetivos de aprendizagem Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados: Identificar as diferenças entre procariontes e eucariontes. Descrever as estruturas que compõem uma célula procarionte. Reconhecer as características presentes em uma célula eucarionte. Introdução Acompanhando as linhas teóricas que descreveram a origem e a evolução dos organismos vivos na Terra, é impossível não admitir um aumento na complexidade e na organização das células, independentemente da linha teórica a que se fundamenta sua origem. As células indiscutivelmente evoluíram, tornando-se mais complexas e especializadas para executar funções importantes e determinantes para a perpetuação da vida. Nesse sentido, estão situadas as células procariontes e eucariontes, sendo as primeiras mais simples e as outras mais complexas e organizadas. Ambas as células constituem uma grande infinidade de organismos vivos e são, portanto, vitais para nosso ecossistema. O aprofundamento sobre a visão dessas células também nos remete ao processo de evolução dos organismos vivos, passando dos seres mais simples para os mais complexos e especializados como nós mesmos. Portanto, neste capítulo, você entenderá quais são as principais di- ferenças entre as células procariontes e eucariontes, além de ser capaz de reconhecer e descrever suas estruturas e características, realizando relações com os seres representantes dessas características. Organização celular A classifi cação dos seres vivos foi proposta a fi m de facilitar o estudo sobre esses organismos e de se compreenderem suas relações evolutivas. Atual- mente se admite que todos os organismos estão incluídos em três grandes domínios: Bacteria, Archaea e Eukarya. Essa classifi cação foi proposta por Carl Woese (1928-2012), em 1990, e criada por meio de dados de análise de nucleotídeos de RNA ribossômico. O domínio Bacteria agrupa todas as bactérias verdadeiras ou simplesmente bactérias que são seres procarion- tes. O domínio Archaeae inclui todas as arqueas, que anteriormente eram consideradas erroneamente como grupo basal das bactérias e também são procariontes. O domínio Eukarya, por sua vez, é composto de todos os organismos eucariontes existentes, estando inclusos nesse grupo os reinos Protoctista (algas e protozoários), Fungi (fungos), Plantae (plantas e vegetais) e Animalia (animais). Refletindo essas classificações, no estudo segmentado por classificações no ramo da biologia, as células podem ser avaliadas diante de sua estruturação organizacional. Desse modo, aquelas que possuem uma estruturação mais sim- ples, principalmente no quesito material genético, são consideradas procariontes, como os Lactobacillus, uma bactéria presente em nossa flora intestinal, enquanto aquelas que possuem uma estruturação mais complexa e material genético envolto por membrana são consideradas células eucariontes, como animais (incluindo a nós mesmos), plantas, vegetais, fungos, algas e protozoários (BRODY; BRODY, 1999; LOPES; ROSSO, 2013; REECE et al., 2015). O termo procarionte é oriundo dos termos gregos pro = primeiro e ka- ryon = noz ou amêndoa, núcleo, organismos unicelulares na sua vasta maio- ria e que apresentam material genético disperso no citoplasma. Já o termo eucarionte provém do grego eu = bom, perfeito e karyon = noz ou amêndoa, núcleo, organismos que possuem um envoltório para o material genético e diversas organelas citoplasmáticas. Os organismos procariontes não possuem nenhum tipo de divisão interna por membranas, estando ausentes várias organelas. Eles se caracterizam por não apresentarem um envoltório para o material genético e pela presença de ribossomos, estando ausentes outras organelas. Já os organismos eucariontes são caracterizados pela presença de um envoltório que circunda o material genético (a carioteca) e a presença de várias organelas com funções especí- ficas dispostas no citoplasma. Tais características conformam as principais diferenças entre esses organismos. Células procariontes e eucariontes2 As células procariontes surgiram primeiro, bilhões de anos atrás, na era primitiva, e possuem um núcleo mais simples, isto é, o material genético (DNA) fica esparso no citoplasma sem nenhuma separação. Pelo grande processo de seleção natural a que são submetidas essas células, desde a era primitiva, elas possuem grande diversidade de formatos, colorações e características ligadas ao meio em que vivem. As células procariontes são extremamente resistentes às condições extremas, como alta salinidade, radiação, condições climáticas, entre outros. São menores quando comparadas com as células eucariontes (enquanto as procariontes medem, geralmente, entre 1 e 5 µm, as eucariontes medem entre 10 e 100 µm). Em geral, são unicelulares, porém são células extremamente organizadas e realizam funções vitais de um organismo dentro de uma única célula. Outra característica dessas células é que possuem a ca- pacidade da taxia, isto é, mobilidade por meio de uma estrutura denominada flagelo, não sendo, porém, todas que possuem essa capacidade. As trocas de substâncias com o meio externo são realizadas por meio da parede celular, que apresenta permeabilidade. Os procariotos se reproduzem rapidamente por um processo chamado fissão binária, no qual uma célula se divide em duas, depois em quatro, em oito e assim por diante. Além disso, possuem a capacidade de mutação e recombinação gênica, garantindo a perpetuação e a proliferação dessas células. Por fim, é importante ressalvar que as células procariontes não formam seres pluricelulares, mas podem se constituir em colônias. Sua nutrição é realizada por energia proveniente da luz (fototrófica) ou de compostos químicos (quimiotrófica) (AMABIS; MARTHO, 2006; JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2005; LOPES; ROSSO, 2013; REECE et al, 2015). Confira na Figura 1 os formatos e tamanhos diferentes das bactérias. Figura 1. a) Cocos; b) bacilos; c) espiralados. Fonte: Adaptada de Alberts et al. (2017a, p. 13). 3Células procariontes e eucariontes Já as células eucariontes são caracterizadas pela presença de estruturas e organelas ausentes nos procariontes. Seu núcleo é organizado, possuindo uma membrana que circunda o material genético. Além disso, apresenta organelas cujas funções são especializadas e vitais ao organismo vivo, e, por esses motivos, são mais complexas do que as células procariontes. O processo evolutivo das células procariontes para as eucariontes não é totalmente claro, mas acredita-se que ao longo de bilhões de anos as membranas das células procariontes tenham emitido invaginações de sua superfície e, por meio da multiplicação dessas invaginações e do aumento da complexidade, aglomeraram-se ao redor do bloco inicial, formando uma das primeiras estruturas características das células eucariontes: o retículo endoplasmático. A partir desse evento teriam surgido as demais organelas das células eucariontes. Por toda essa estruturação celular, as células eucariontes possuem a capa- cidade de trocar substâncias com o meio externo por meio dos processos de endocitose e exocitose (AMABIS; MARTHO, 2006; JUNQUEIRA; CAR- NEIRO, 2005; LOPES; ROSSO, 2013; REECE et al, 2015). O link a seguir traz uma animação dos processos de endoci- tose e exocitose, ambos processos de troca de substâncias das células eucariontes (MEMBRANA…, 2017). https://goo.gl/Qbhpn9 Por possuírem citoesqueleto, estrutura cuja função proporciona suporte celular, podem apresentar formatos irregulares. Geralmente são unicelulares e possuem reprodução sexuada, isto é, divisão celular, tanto por meio da mitose quanto da meiose (AMABIS; MARTHO, 2006; JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2005; LOPES; ROSSO, 2013; REECE et al, 2015). Células procariontes e eucariontes4 São principais exemplos de células eucariontes os fungos, os protozoários, os animais e asplantas. A Figura 2 ilustra uma célula animal e uma célula vegetal. Repare como ambas são organizadas, complexas e possuem estruturas parecidas. Figura 2. Células animal e vegetal. Fonte: Adaptada de Tefi/Shutterstock.com. No organismo humano, as células procariontes formam mais de 100 tipos de células que dão origem aos tecidos com funções específicas em nosso organismo. Essas células estão presentes em nossos tecidos epitelial, conjun- tivo, muscular, nervoso. De maneira geral, é importante frisar que todos nós possuímos tanto células procariontes como eucariontes e que a relação dessas células ocorre de maneira suficientemente equilibrada para que tenhamos condições de saúde para a sobrevivência. Assim, ambas são importantes para o estabelecimento e a prevalência da vida em nosso ecossistema. Diante disso, acredita-se que as células complexas eucariontes tiveram origem e evoluíram de uma célula mais simples, mas também importante, as células procariontes sobre as quais veremos a função e as características mais detalhadamente a seguir. 5Células procariontes e eucariontes No site a seguir, você encontrará mais detalhes das dife- renças entre as células procariontes e eucariontes (STEIN, [2017?]). https://goo.gl/yxdCyd Organização das células procariontes As células procariontes são células unicelulares dos domínios Bacteria e Archaea, possuem uma organização mais simples em comparação às células eucariontes, seu material genético fi ca espalhado no citoplasma e poucas organelas estão presentes. A seguir, vamos analisar quais são suas principais características. Essas células são revestidas pela parede celular, estrutura localizada no exterior da membrana celular cuja função está ligada com a proteção contra a entrada excessiva de água e agentes patógenos, além de garantir forma e rigidez à célula. Essa estrutura é formada por polissacarídeos, aminoácidos e peptidoglicano, um polímero de açúcares associados e polipeptídeos. A membrana celular é uma camada lipoproteica (bicamada fosfolipí- dica) que separa o conteúdo citoplasmático do meio em que ela se encontra e controla as trocas de substâncias com o meio ambiente. Alguns procariontes ainda possuem uma camada externa à parede celular chamada cápsula, uma estrutura mucosa composta principalmente de polissacarídeos. A cápsula, além de favorecer a adesão às superfícies, impede a desidratação e dá proteção à célula. Assim, estão dispostas de fora para dentro a cápsula (quando presente), a parede celular e a membrana celular. O citoplasma é o espaço correspondente à área intracelular. Nele está contido o citosol, um material gelatinoso formado por água, proteínas, íons, sais minerais, açúcares e aminoácidos. O citoplasma de cada célula varia de acordo não apenas com cada espécie, como também com o tecido do qual a Células procariontes e eucariontes6 célula faz parte, podendo ser dividido, de acordo com a densidade do citosol, em: ectoplasma, mais denso e localizado na região mais externa da célula; ou endoplasma, menos denso, mais fluido, e que fica na região mais interna da célula. Também se sabe que o citoplasma da célula procarionte é bem mais complexo se comparado às células eucariontes, nas quais encontramos um sistema de membranas, citoesqueleto e diversas organelas. No citoplasma, é possível encontrar ribossomos, pequenas unidades res- ponsáveis pela síntese proteica. O nucleoide ou cromatina é a região irregular onde se localiza o material genético; trata-se de uma estrutura semelhante ao núcleo, porém, não é envolta por membrana. É o nucleoide que determina as características da célula e comanda as suas atividades. Os plasmídeos são pequenos fragmentos moleculares de DNA capazes de se reproduzir indepen- dentemente do DNA cromossômico. Para a realização da locomoção celular são utilizados os flagelos ou cílios, estruturas citoplasmáticas anexas à membrana plasmática das célu- las. Os cílios são curtos e finos (semelhante ao fio de cabelo) e podem ser relacionados à locomoção e à remoção de impurezas. A função primária dos cílios consiste em movimentar fluido sobre a superfície celular ou des- locar células isoladas por meio de um fluido. Já os flagelos são longos e relacionam-se basicamente com a locomoção, trabalhando como chicotes que puxam e empurram o organismo pela água. Estruturalmente, cílios e flagelos são idênticos. Ambos são cilíndricos, exteriores às células e cobertos por membrana plasmática. Internamente, cada cílio ou flagelo é constituído por um conjunto de nove pares de microtúbulos periféricos de tubulina, circundando um par de microtúbulos centrais. O movimento dos flagelos é muitas vezes ondulante, enquanto o dos cílios é semelhante a um chicote: uma batida para a frente, na qual o cílio se estende totalmente golpeando o líquido circundante, seguida por uma fase de recuperação, na qual ele retorna à sua posição original com um movimento de enrolamento que minimize o arrasto viscoso (AMABIS; MARTHO, 2006; JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2005; LOPES; ROSSO, 2013). A Figura 3 ilustra uma célula bacteriana com as estruturas características dos seres procariontes. 7Células procariontes e eucariontes Figura 3. Célula bacteriana. Fonte: Adaptada de Designua/Shutterstock.com. Você sabia que vírus não são nem procariontes nem eucariontes? Vírus são parasitas obrigatórios, isto é, para multiplicar seu material genético necessi- tam estar dentro de outro organismo. São constituídos basicamente de uma cápsula proteica que envolve o material genético (DNA ou RNA), não realizam a maioria das funções vitais características dos seres vivos, nem possuem células, tampouco organização celular. Por essas características, alguns estudiosos classificam os vírus como acelulares. Até hoje persiste uma discussão entre os cientistas a respeito do fato de os vírus serem seres vivos ou não. Muitos cientistas os consideram apenas partículas infecciosas, pelo fato de serem acelulares e por não manifestarem nenhuma atividade vital quando se encontram fora de células. Outros defendem que eles são seres vivos extremamente econômicos, já que reduziram ao máximo as funções vitais, mantendo apenas a carac- terística mais típica da vida, que é a capacidade de reprodução, o que lhes possibilita ser classificados como organismos celulares bastante simples. Desse modo, destacamos a importância dos organismos procariontes, pois, ainda que constituam seres mais simples, são importantes para a manutenção do ecossistema e a perpetuação da vida em nosso planeta. Também cabe refletir Células procariontes e eucariontes8 que foi a partir desses seres mais simples que houve intensas modificações permitindo e resultando em seres mais complexos e organizados. A seguir, vamos analisar a constituição dos seres eucariontes. Organização das células eucariontes As células eucariontes pertencem ao domínio Eukaria, são mais complexas que as procariontes, sendo sua principal diferença para com as células procariontes a carioteca, uma membrana que envolve o material genético. Porém, por ser uma célula mais complexa, apresenta outras características que as diferem. Vamos analisá-las as seguir. As células eucariontes apresentam um citoesqueleto composto de micro- túbulos e filamentos intermediários que garantem a estrutura e a organização interna da célula. A membrana plasmática envolve o citoplasma e controla as trocas de substâncias com o meio ambiente; semelhante às células proca- riontes, possui uma bicamada fosfolipídica que separa o interior da célula do ambiente exterior. A facilidade de as moléculas cruzarem a membrana depende de seu tamanho e polaridade. Algumas moléculas pequenas, apolares, como oxigênio, podem passar diretamente pela porção fosfolipídica da membrana, enquanto outras moléculas maiores e mais polares, hidrofílicas, como ami- noácidos, devem cruzar a membrana por canais proteicos, um processo que geralmente é regulado pela célula. No citoplasma (espaçocorrespondente à área intracelular), é possível identificar o retículo endoplasmático (liso ou rugoso) que constitui sacos membranosos ocos distribuídos por toda a célula, os quais se relacionam com a síntese de proteínas e lipídeos. O retículo endo- plasmático rugoso possui ribossomos aderidos à sua membrana e, portanto, está relacionado com a síntese de proteínas, podendo ser encontrado em grande quantidade no fígado, por exemplo. Já o retículo endoplasmático liso relaciona-se com a síntese de lipídeos e hormônios esteroides, desintoxicação de medicamentos e venenos, além de armazenamento de íons cálcio. Nas células musculares, um tipo especial de retículo endoplasmático liso chamado retículo sarcoplasmático é responsável pelo armazenamento de íons cálcio necessários para a ativação das contrações coordenadas das células muscu- lares. As mitocôndrias são responsáveis pela respiração celular, e é por meio dessa organela que é produzida a energia celular (ATP). Muitos dos passos da respiração celular acontecem dentro da mitocôndria, que possui formato oval e duas membranas: uma externa, envolvendo toda a organela, e uma interna, com muitas saliências internas chamadas cristas que aumentam a área de 9Células procariontes e eucariontes superfície. O complexo de Golgi localiza-se próximo ao núcleo, é constituído por vesículas achatas cuja função é concentrar, armazenar e secretar proteínas. Suas funções são modificar, armazenar e exportar proteínas sintetizadas no retículo endoplasmático rugoso e, além disso, originar os lisossomos e os acros- somos dos espermatozoides. O núcleo é formado pela carioteca, cromatina e nucléolo, cujas funções são respectivamente: delimitar o núcleo, armazenar material genético, e síntese de ribossomos. O núcleo é como o “cérebro” da célula, pois é a partir dele que partem as “decisões”. É onde se localizam os cromossomos compostos de moléculas de ácido desoxirribonucleico, DNA, que carrega toda a informação sobre as características da espécie e participa dos mecanismos hereditários. Os ribossomos possuem mesma função que nas células procariontes: são pequenas unidades responsáveis pela síntese proteica. Eles são fundamentais para o crescimento, a regeneração celular e o controle metabólico. Lisossomas ou lisossomos são bolsas esféricas que armazenam enzimas digestivas responsáveis pela digestão celular, degradando substâncias como lipídeos, carboidratos e proteínas. Quando comparados aos ribossomos, esses são bem maiores. A peroxissoma é uma organela esférica semelhantes aos lisossomos quanto à sua função. São estruturas responsáveis por digerir diversas substâncias, visto a quantidade de enzimas que contêm. O que os difere dos lisossomos é o tipo de enzima que apresentam (enzimas oxidases). Os centríolos são pequenos pedaços de microtúbulos que exercem função vital no processo de divisão celular e ajudam no momento da separação. Possuem, portanto, a capacidade de duplicação durante o ciclo da divisão celular, organizando o fuso acromático. Após o processo de duplicação, os centríolos migram em direção aos polos da célula. Além disso, os centríolos auxiliam na formação dos cílios e dos flagelos. Os vacúolos, espaços que conferem volume à célula, além de armazenarem nutrientes e água, tratam-se de espaços preenchidos por solução de água, sais, açúcares etc. Em células animais é rara a presença de vacúolos, só podendo ser vista em células do tecido adiposo, pois estas terão vacúolos que servem como reserva energética, armazenando gordura. Os organoplastos possuem funções variadas, podendo armazenar substâncias para reserva nutritiva, hídrica ou pigmentos, como os cloroplastos nas células vegetais responsáveis pela fotossíntese, ou ainda regular pH, controlar a entrada e saída de água por osmorregulação, fazer a digestão e excretar os resíduos (AMABIS; MARTHO, 2006; JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2005; LOPES; ROSSO, 2013). A Figura 4 representa uma célula animal eucarionte e suas principais características. Células procariontes e eucariontes10 Figura 4. Célula animal eucarionte. Fonte: Alberts et al. (2017b, p. 642). Assim, cabe refletirmos toda a história da concepção da vida na terra e seus diversos e intermináveis processos evolutivos, partindo de células procarióticas, simples como as bactérias, até a formação dos organismos mais complexos e completos, como nós mesmos, por meio das células eu- carióticas também. 11Células procariontes e eucariontes ALBERTS, B. et al. Fundamentos da biologia celular. 4. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017a. ALBERTS, B. et al. Biologia molecular da célula. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017b. AMABIS, J. M.; MARTHO, G. R. Fundamentos da biologia moderna: volume único. 4. ed. São Paulo: Moderna, 2006. BRODY, D. E.; BRODY, A. R. A evolução e o princípio da seleção natural. In: As sete maiores descobertas científicas da história. São Paulo: Companhia das Letras, 1999. p. 221-238. JUNQUEIRA, L. C. U.; CARNEIRO, J. Biologia celular e molecular. 8. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2005. LOPES, S.; ROSSO, S. Bio: volume único. 3. ed. São Paulo: Saraiva, 2013. MEMBRANA Plasmática VI endocitose, exocitose e Pi. Videoaula ministrada por Me Salva. [S. l.], 2017. 1 vídeo (11min04s). Disponível em: <https://goo.gl/Qbhpn9>. Acesso em: 30 out. 2018. REECE, J. B. et al. Biologia de Campbell. 10. ed. Porto Alegre: 2015. STEIN, T. Células procariontes e células eucariontes. Diferença, [S. l.], [2017?]. Disponível em: <https://goo.gl/yxdCyd>. Acesso em: 30 out. 2018. Células procariontes e eucariontes12 Conteúdo:
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