Teoria da Endossímbiose

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OBJETIVO 1 – Definir a teoria endossimbiótica.
A Síntese Moderna estabeleceu que com o tempo, a seleção natural, que age nas mutações poderia gerar novas adaptações e novas espécies. Mas isso significa que novas linhagens e adaptações se formam somente por ramificações das antigas e por genes herdados da linhagem ancestral? Alguns pesquisadores responderam não. A evolucionista Lynn Margulis mostrou que um evento organizacional de grande porte na história da vida provavelmente envolveu a fusão de duas ou mais linhagens através da simbiose. Em 1970 ela publicou sua afirmação no The Origin of Eukaryotic Cells (A Origem da Célula Eucariótica).
A Teoria da Endossimbiose foi desenvolvida ao longo do século XX. Em 1905, Mereschkowsky propôs que os plastídios eram descendentes de cianobactérias. Em 1967, Lynn Margulis consolidou a teoria. No artigo publicado, a pesquisadora propôs que o surgimento de células eucarióticas se deu pela ingestão de um procarioto aeróbico por um procarioto anaeróbico. Margulis também ratificou a hipótese da ancestralidade dos plastídios. Atualmente, a hipótese mais aceita para explicar o processo que deu origem à mitocôndria é a proposta por Martin e Muller, em 1998.
HISTÓRICO
(PORTAL DO INSTITUTO DE BIOCIÊNCIAS – UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO)
A ideia de que a célula eucariótica é um conjunto de microrganismos foi pela primeira vez sugerida na década de 1920 pelo biólogo norte-americano Ivan Wallin, mas a teoria da origem endossimbiótica das mitocôndrias e cloroplastos só foi formulada por Lynn Margulis da Universidade de Massachusetts – Amherst em 1981, com a publicação do seu ensaio Symbiosis in Cell Evolution no qual sugeriu que as células eucarióticas nasceram como comunidades de organismos em interação, que se uniram numa ordem específica. Os elementos procarióticos poderiam ter entrado numa célula hospedeira, quer por ingestão, quer como um parasita. Com o tempo, os elementos originais teriam desenvolvido uma interação biológica mutualmente benéfica que mais tarde se tornou numa simbiose obrigatória.
Margulis também sugeriu que o flagelo e cílio das células eucarióticas pode ter tido origem numa espiroqueta endossimbiótica, mas aqueles organelos não contêm ácido desoxirribonucleico e não têm semelhanças ultraestruturais com os dos procariotas; por estas razões, aquela ideia não tem grande apoio na comunidade científica. A mesma autora sugeriu ainda que as relações simbióticas são uma das principais forças no processo evolutivo, tendo afirmado (em Margulis e Sagan, 1996) que "os seres vivos não ocuparam o mundo pela força, mas por cooperação" e considera incompleta a teoria de Darwin de ser a competição a principal força na evolução.
Christian de Duve (premiado com o Prémio Nobel Medicina, em 1974) considera que os peroxissomas podem ter sido os primeiros endossimbiontes, que permitiram às células adaptar-se à quantidade crescente de oxigénio molecular na atmosfera da Terra, no entanto, como estas organelas também não possuem DNA, esta teoria é considerada especulativa e sem bases sólidas.
BIOLOGIA MOLECULAR DA CÉLULA – Bruce Alberts [et al.]; 6ª EDIÇÃO
As mitocôndrias e os plastídios diferem das outras organelas envoltas por membranas pelo fato de conterem seus próprios genomas. A natureza desses genomas e a forte semelhança das proteínas nessas organelas com aquelas em algumas bactérias atuais sugerem fortemente que as mitocôndrias e os plastídios evoluíram de bactérias que foram engolfadas por outras células com as quais elas inicialmente viveram em simbiose: a membrana interna de mitocôndrias e plastídios presumivelmente corresponde a membrana plasmática original da bactéria, enquanto o lúmen dessas organelas evoluiu do citosol bacteriano. Assim como as bactérias das quais eles se derivaram, tanto as mitocôndrias quanto os plastídios são delimitados por uma dupla membrana e permanecem isolados do enorme trafego vesicular que conecta os interiores da maioria das outras organelas delimitadas por membrana, conectando-os também ao exterior da célula. Os esquemas evolutivos recém-descritos agrupam os compartimentos intracelulares das células eucarióticas em quatro famílias distintas: (1) o núcleo e o citosol, os quais se comunicam por meio dos complexos do poro nuclear e são, assim, topologicamente contínuos (embora funcionalmente distintos); (2) todas as organelas envolvidas em vias secretoras e endolíticas – incluindo o RE, o aparelho de Golgi, os endossomos, os lisossomos, as numerosas classes de intermediários de transporte, como vesículas de transporte que se movem entre elas, e os peroxissomos; (3) as mitocôndrias; e (4) os plastídios (somente em plantas).
Existem evidências de que o genoma nuclear em células eucarióticas evoluiu a partir de uma arqueia ancestral. Por exemplo, homólogos claros entre actinas, tubulinas, histonas e o sistema de replicação do DNA nuclear são encontrados em arqueias, mas não em bactérias. Então, acredita-se agora que as primeiras células eucarióticas surgiram quando uma arqueia anaeróbica ancestral uniu-se com uma bactéria aeróbica cerca de 1,6 bilhão de anos atrás. Tal como indicado, o envelope nuclear pode ter se originado a partir de uma invaginação da membrana plasmática dessa arqueia ancestral – uma invaginação que protegeu seu cromossomo, permitindo ainda o acesso do DNA ao citosol (conforme necessário para o DNA para dirigir a síntese de proteínas). Esse envelope pode ter sido mais tarde completamente comprimido para fora da membrana plasmática, de modo a produzir um compartimento nuclear separado, rodeado por uma dupla membrana. Visto que essa dupla membrana é atravessada por complexos de poro nuclear, o compartimento nuclear é topologicamente equivalente ao citosol. Em contrapartida, o lúmen do RE é contínuo com o espaço entre as membranas nucleares interna e externa e topologicamente equivalente ao espaço extracelular.
As células eucarióticas contemporâneas evoluíram de uma simbiose
Um meio de vida predatório ajuda a explicar outras características das células eucarióticas. Todas essas células contêm (ou em algum tempo contiveram) mitocôndrias. Esses pequenos corpos no citoplasma, envoltos por uma camada dupla de membrana, captam oxigênio e utilizam a energia da oxidação das moléculas do alimento – como açúcares – para produzir a maior parte do ATP que fornece energia para as atividades da célula. As mitocôndrias são similares em tamanho a pequenas bactérias e, como estas, têm seu próprio genoma, na forma de uma molécula de DNA circular; seus próprios ribossomos, que diferem dos demais ribossomos da célula eucariótica; e seus próprios tRNAs. Atualmente, é comum aceitar que as mitocôndrias se originaram de bactérias de vida livre que metabolizam oxigênio (aeróbicas), e que foram engolfadas por uma célula ancestral incapaz de fazer uso de oxigênio (i.e., anaeróbica). Escapando da digestão, essas bactérias evoluíram em simbiose com a célula que a engolfou e com a sua progênie, recebendo abrigo e alimento em troca da geração de energia que predadora anaeróbica primitiva e uma célula bacteriana aeróbica foi estabelecida há aproximadamente 1,5 bilhão de anos, quando a atmosfera da Terra se tornou rica em oxigênio pela primeira vez.
Como indicado na Figura 1-29, análises genômicas recentes sugerem que a primeira célula eucariótica se formou depois que uma célula de arqueia engolfou uma bactéria aeróbica. Isso explicaria por que todas as células eucarióticas atuais, incluindo aquelas que vivem estritamente como anaeróbicas, mostram clara evidência de que alguma vez possuíram mitocôndrias.
Muitas células eucarióticas – especialmente as de plantas e algas – também contêm outra classe de pequenas organelas delimitadas por membrana um tanto parecidas com as mitocôndrias – os cloroplastos. Os cloroplastos realizam a fotossíntese usando a energia da luz solar para sintetizar carboidratos a partir de dióxido de carbono atmosférico e água, e liberam os produtos para a célula hospedeira na forma de alimento. Como as mitocôndrias, os cloroplastostêm seu próprio genoma. Eles quase certamente se originaram como bactérias fotossintetizantes simbióticas adquiridas pelas células eucarióticas que já possuíam mitocôndrias. Uma célula eucariótica equipada com cloroplastos não tem necessidade de buscar.
Outras células como presa; ela é nutrida pelos cloroplastos cativos que herdou de seus ancestrais. De forma correspondente, as células vegetais, apesar de possuírem o citoesqueleto para movimento, perderam a capacidade de alterar sua forma rapidamente e de englobar outras células por fagocitose. Ao contrário, elas criam ao seu redor uma rígida parede celular protetora. Se as primeiras células eucarióticas fossem predadoras de outros organismos, poderíamos ver as células vegetais como células que fizeram a transição da caça para a lavoura.
Os fungos representam ainda outro modo de vida eucariótica. As células fúngicas, assim como as células animais, possuem mitocôndrias, mas não cloroplastos; no entanto, ao contrário das células animais e dos protozoários, elas possuem uma parede externa rígida que limita sua capacidade de se mover de forma rápida ou de engolfar outras células. Aparentemente, os fungos passaram de caçadores a organismos que se alimentam de restos: outras células secretam moléculas nutrientes ou as liberam quando morrem, e os fungos se alimentam desses restos – realizando qualquer que seja a digestão necessária de forma extracelular, pela secreção de enzimas digestivas.
Os eucariotos possuem genomas híbridos
A informação genética das células eucarióticas tem uma origem híbrida – da célula de arqueia anaeróbica ancestral e das bactérias que ela adotou como simbiontes. A maior parte dessa informação é armazenada no núcleo, mas uma pequena quantidade permanece dentro da mitocôndria e, em células de plantas e algas, nos cloroplastos. Quando o DNA mitocondrial e o DNA de cloroplasto são separados do DNA nuclear, e analisados e sequenciados individualmente, descobre-se que os genomas mitocondrial e de cloroplasto são degenerados, versões abreviadas dos genomas bacterianos correspondentes.
Em uma célula humana, por exemplo, o genoma mitocondrial consiste em somente 16.569 pares de nucleotídeos, codificando somente 13 proteínas, dois componentes do RNA ribossômico e 22 tRNAs. Muitos dos genes que estão ausentes nas mitocôndrias e nos cloroplastos não foram perdidos; ao contrário, eles moveram-se do genoma simbionte para o DNA no núcleo da célula hospedeira. O DNA nuclear dos humanos contém muitos genes que codificam proteínas com funções essenciais dentro da mitocôndria; nas plantas, o DNA nuclear também contém muitos genes especificando proteínas necessárias nos cloroplastos. Em ambos casos, as sequências de DNA desses genes nucleares mostram clara evidência de sua origem a partir do ancestral bacteriano das respectivas organelas.
Uma célula eucariótica inicial, que já possuía uma mitocôndria, engolfou uma bactéria fotossintetizante (uma cianobactéria) e a reteve em simbiose. Acredita-se que os cloroplastos de hoje tracem sua ancestralidade até a única espécie de cianobactéria que foi adotada como simbionte interno (um endossimbionte) há mais de1 bilhão de anos.
Indícios da origem endossimbionte das mitocôndrias e cloroplastos
Organização e Diferenciação Celular – Cristiane Elizabeth Costa de Macedo, Naisandra Bezerra da Silva e Juliana Espada Lichston
Os seguintes dados indiciam que as mitocôndrias e cloroplastos tiveram origem em bactérias endossimbiontes:
Tanto as mitocôndrias como os cloroplastos possuem DNA bastante diferente do que existe no núcleo celular e em quantidades semelhantes ao das bactérias;
As mitocôndrias utilizam um código genético diferente do da célula eucariótica hospedeira e semelhante ao das bactérias e Archaea;
Ambos as organelas se encontram rodeados por duas ou mais membranas e a mais interna tem diferenças na composição em relação às outras membranas da célula e semelhanças com a dos procariotas;
Ambos se formam por fissão binária, como é comum nas bactérias; em algumas algas, como a Euglena, os cloroplastos podem ser destruídos por certas substâncias químicas ou por ausência prolongada de luz, sem que isso afete a célula (que se torna heterotrófica); além disso, quando isto acontece, a célula não tem capacidade para regenerar os seus cloroplastos;
Muito da estrutura e bioquímica dos cloroplastos, como a presença de tilacoides e tipos particulares de pigmentos, é muito semelhante aos das cianobactérias; análises filogenéticas de bactérias, cloroplastos e genomas eucarióticos também sugerem que os cloroplastos estão relacionados com as cianobactérias;
A sequência do DNA de algumas espécies sugere que o núcleo celular contém genes que aparentemente vieram do cloroplasto;
Tanto as mitocôndrias como os cloroplastos possuem genomas muito pequenos, em comparação com outros organismos, o que pode significar um aumento da dependência destas organelas depois da simbiose se tornar obrigatória, ou melhor, passar a ser um organismo novo;
Vários grupos de protistas possuem cloroplastos, embora os seus portadores serem, em geral, mais estreitamente aparentados com formas que não os possuem, o que sugere que, se os cloroplastos tiveram origem em células endossimbiontes, esse processo teve lugar múltiplas vezes, o que é muitas vezes chamado “endossimbiose secundária”.
OBJETIVO 2 – Diferenciar células procariotas e eucariotas
As análises genômicas atuais nos proporcionaram uma maneira mais simples, direta e muito mais eficaz de determinar as relações evolutivas. A sequência completa do DNA de um organismo define a sua natureza com precisão quase perfeita e com detalhes minuciosos. Além disso, essa especificação está em forma digital – uma série de letras – que pode ser transferida diretamente para um computador e comparada à informação correspondente de qualquer outro organismo vivo. Como o DNA está sujeito a mudanças aleatórias que se acumulam por um longo período de tempo (como veremos a seguir), o número de diferenças entre as sequências de DNA de dois organismos pode oferecer indicação direta, objetiva e quantitativa da distância evolutiva entre eles.
Essa abordagem mostrou que os organismos que foram tradicionalmente classificados como bactérias podem ser tão divergentes em suas origens evolutivas quanto qualquer procarioto é divergente de um eucarioto. Agora está claro que os procariotos compreendem dois grupos distintos que divergiram cedo na história da vida na Terra, antes dos eucariotos divergirem como um grupo separado. Os dois grupos de procariotos são chamados de bactérias (ou eubactérias) e arqueias (ou arqueobactérias).
O nome bactérias foi originalmente usado como referência para os procariotos em geral, porém mais recentemente foi redefinido para referir-se às eubactérias especificamente. A árvore genealógica mostrada aqui está baseada nas comparações da sequência nucleotídica de uma das subunidades do RNA ribossômico (RNAr) em diferentes espécies, e as distâncias no diagrama representam uma estimativa do número de mudanças evolutivas que ocorreram nesta molécula em cada linhagem. As partes da árvore evolutiva destacadas em cinza representam incertezas sobre detalhes do verdadeiro padrão de divergência das espécies ao longo da evolução: as comparações nas sequências nucleotídicas ou de aminoácidos de outras moléculas que não o RNAr, assim como outros argumentos, pode resultar em árvores genealógicas diferentes. Como indicado, agora se acredita que o núcleo da célula eucariótica tenha emergido de um sub-ramo dentro das arqueias, de forma que, no início, a árvore da vida tinha apenas dois ramos – bactérias e arqueias.
1) Vídeo UFSCAR VIRTUAL (EDUCAÇÃO À DISTÂNCIA)
PROKARYOTIC AND EUKARYOTIC CELLS 
When we survey the living world, we find two basic kinds of cells: prokaryotic and eukaryotic. Prokaryotic cells are usually less than a thousandth of a millimeter long, and they typically lack a complicated system of internal membranes and membranous organelles. Their hereditary material—that is,the DNA—is not isolated in a special subcellular compartment. Organisms with this kind of cellular organization are called prokaryotes. Examples include the bacteria, which are the most abundant life forms on Earth, and the archaea, which are found in extreme environments such as salt lakes, hot springs, and deep-sea volcanic vents. All other organisms—plants, animals, protists, and fungi—are eukaryotes. 
Eukaryotic cells are larger than prokaryotic cells, usually at least 10 times bigger, and they possess complicated systems of internal membranes, some of which are associated with conspicuous, well-organized organelles. For example, eukaryotic cells typically contain one or more mitochondria (singular, mitochondrion), which are ellipsoidal organelles dedicated to the recruitment of energy from foodstuffs. Algal and plant cells contain another kind of energy-recruiting organelle called the chloroplast, which captures solar energy and converts it into chemical energy. Both mitochondria and chloroplasts are surrounded by membranes. 
The hallmark of all eukaryotic cells is that their hereditary material is contained within a large, membrane-bounded structure called the nucleus. The nuclei of eukaryotic cells provide a safe haven for the DNA, which is organized into discrete structures called chromosomes. Individual chromosomes become visible during cell division, when they condense and thicken. In prokaryotic cells, the DNA is usually not housed within a well-defined nucleus. We will investigate the ways in which chromosomal DNA is organized in prokaryotic and eukaryotic cells in Chapter 9. Some of the DNA within a eukaryotic cell is not situated within the nucleus. This extranuclear DNA is located in the mitochondria and chloroplasts. We will examine its structure and function in Chapter 15. 
Both prokaryotic and eukaryotic cells possess numerous ribosomes, which are small organelles involved in the synthesis of proteins, a process that we will investigate in Chapter 12. Ribosomes are found throughout the cytoplasm. Although ribosomes are not composed of membranes, in eukaryotic cells they are often associated with a system of membranes called the endoplasmic reticulum. The reticulum may be connected to the Golgi complex, a set of membranous sacs and vesicles that are involved in the chemical modification and transport of substances within cells. Other small, membrane-bound organelles may also be found in eukaryotic cells. In animal cells, lysosomes are produced by the Golgi complex. These organelles contain different kinds of digestive enzymes that would harm the cell if they were released into the cytoplasm. Both plant and animal cells contain perioxisomes, which are small organelles dedicated to the metabolism of substances such as fats and amino acids. The internal membranes and oganelles of eukaryotic cells create a system of subcellular compartments that vary in chemical conditions such as pH and salt content. This variation provides cells with different internal environments that are adapted to the many processes that cells carry out.
The shapes and activities of eukaryotic cells are influenced by a system of filaments, fibers, and associated molecules that collectively form the cytoskeleton. These materials give form to cells and enable some types of cells to move through their environment—a phenomenon referred to as cell motility. The cytoskeleton holds organelles in place, and it plays a major role in moving materials to specific locations within cells—a phenomenon called trafficking. 
CHROMOSOMES: WHERE GENES ARE LOCATED 
Each chromosome consists of one double-stranded DNA molecule plus an assortment of proteins; RNA may also be associated with chromosomes. Prokaryotic cells typically contain only one chromosome, although sometimes they also possess many smaller DNA molecules called plasmids. Most eukaryotic cells contain several different chromosomes—for example, human sperm cells have 23. The chromosomes of eukaryotic cells are also typically larger and more complex than those of prokaryotic cells. The DNA molecules in prokaryotic chromosomes and plasmids are circular, as are most of the DNA molecules found in the mitochondria and chloroplasts of eukaryotic cells. By contrast, the DNA molecules found in the chromosomes in the nuclei of eukaryotic cells are linear. 
Many eukaryotic cells possess two copies of each chromosome. This condition, referred to as the diploid state, is characteristic of the cells in the body of a eukaryote— that is, the somatic cells. By contrast, the sex cells or gametes usually possess only one copy of each chromosome, a condition referred to as the haploid state. Gametes are produced from diploid cells located in the germ line, which is the reproductive tissue of an organism. In some creatures, such as plants, the germ line produces both sperm and eggs. In other creatures, such as humans, it produces one kind of gamete or the other. When a male and a female gamete unite during fertilization, the diploid state is reestablished, and the resulting zygote develops into a new organism. During animal development, a small number of cells are set aside to form the germ line. All the gametes that will ever be produced are derived from these few cells. The remaining cells form the somatic tissues of the animal. In plants, development is less determinate. Tissues taken from part of a plant—for example, a stem or a leaf—can be used to produce a whole plant, including the reproductive organs. Thus, in plants the distinction between somatic tissues and germ tissues is not as clear-cut as it is in animals. 
Chromosomes can be examined by using a microscope. Prokaryotic chromosomes can only be seen with the techniques of electron microscopy, whereas eukaryotic chromosomes can be seen with a light microscope. Some eukaryotic chromosomes are large enough to be viewed with low magnification (20X); others require considerably more power (>500X). Eukaryotic chromosomes are most clearly seen during cell division when each chromosome condenses into a smaller volume. At this time the greater density of the chromosomes makes it possible to discern certain structural features. For example, each chromosome may appear to consist of two parallel rods held together at a common point (Figure 2.2b). Each of the rods is an identical copy of the chromosome created during a duplication process that precedes condensation, and the common point, called the centromere, becomes associated with an apparatus that moves chromosomes during cell division. We will explore the structures of eukaryotic chromosomes as revealed by light microscopy in Chapter 6. 
The discovery that genes are located in chromosomes was made in the first decade of the twentieth century. In Chapter 5 we will examine the experimental evidence for this discovery, and in Chapters 7 and 8 we will study some of the techniques for locating genes within chromosomes.
FIGURAS – Principles of GENETICS, SIXTH EDITION; D. Peter Snustad and Michael J. Simmons.
THE GENOMES OF CHLOROPLASTS AND MITOCHONDRIA – pg. 426 – 430 (ADDITIONAL TEXT)
Conceitos e Métodos para a Formação de Profissionais em Laboratórios de Saúde - Volume 2; Capítulo 1 - Biologia celular e ultraestrutura
A divergência entre procariontes e eucariontes deve ter ocorrido após serem estabelecidos os mecanismos de replicação e transcrição do ácido desoxirribonucleico (DNA), a tradução, o sistema de códons e os metabolismos energéticos e biossintéticos. O principal critério de distinção entre estes grupos é a sua organização celular. As células procarióticas (do latim pro primeiro e cario núcleo) são relativamente simples e se caracterizam por não apresentarem membrana, segmentando os ácidos nucleicos DNA) e ribonucleicos (RNA) do citoplasma. Além disso, algumas destas células apresentam uma membrana plasmática circundada externamente pela parede celular. As células eucarióticas (do latim eu, verdadeiro e cario núcleo) constituem o tipo celular da constituição dos fungos,protozoários, animais e plantas. Estruturalmente, são células mais complexas, ricas em membranas que formam compartimentos, ou seja, uma divisão de funções metabólicas entre as organelas citoplasmáticas e o núcleo, circundado pelo envoltório nuclear, onde está contido todo seu material genético. Para os eucariontes, a compartimentalização de atividades celulares em organelas circundadas por membranas fosfolipídicas foi decisiva para a homeostase celular. 
Os componentes das células eucarióticas compreendem: a membrana citoplasmática, o citoplasma, o núcleo, o retículo endoplasmático, o complexo de Golgi, os lisossomos, as mitocôndrias, os peroxissomos, as inclusões lipídicas, o glicogênio, o citoesqueleto, os centríolos, o centrossomo, os cloroplastos (encontrados em vegetais) e a parede celular, sendo esta última encontrada em fungos e vegetais. 
OBJETIVO 3 – Descrever a morfofisiologia das organelas eucarióticas.
MEMBRANA CELULAR
A membrana plasmática ou celular atua na manutenção de microambientes, formando uma barreira que impede o conteúdo celular de escapar e se misturar com o meio circundante. Esta membrana confere individualidade a cada célula, definindo os meios intra e extracelulares. Além desta função, a membrana plasmática é o primeiro contato entre esses meios, traduzindo informações para o interior da célula e permitindo que ela responda a estímulos externos que podem influenciar nas suas funções biológicas, participando decisivamente das interações célula – célula e célula – matriz extracelular. 
A membrana plasmática e a membrana das diferentes organelas celulares medem cerca de 7 a 10 µm de espessura e são visíveis somente ao microscópio eletrônico. Trata-se de uma estrutura trilaminar constituída de duas camadas eletrondensas (escuras) e uma camada eletronlúcida (clara) central. Molecularmente são formadas por uma bicamada fluida de fosfolipídios (fosfoglicerídeos e esfingolipídios) e colesterol, onde estão inseridas moléculas de proteínas. A membrana plasmática não é uma estrutura estática, os lipídios movem-se proporcionando fluidez à membrana. 
A membrana plasmática é formada por moléculas de lipídeos (fosfoglicerídeos e esfingolipídios), colesterol, proteínas periféricas (localizadas somente em uma das camadas dos fosfolipídios) e as transmembranares (localizadas nas duas camadas dos fosfolipídios, ligando o meio extracelular ao citoplasma). A cadeia de pequenas moléculas verdes representa os carboidratos localizados somente no lado externo da membrana plasmática.
 Os carboidratos presentes nesta estrutura, como, por exemplo, glicose, manose, fucose e galactose, estão ligados às proteínas, formando as glicoproteínas; ou aos lipídios, resultando nos glicolipídios e nos glicoesfingolipídios. Estes carboidratos estão presentes apenas na face externa da membrana e fornecem identidade à célula. 
A membrana apresenta uma propriedade imprescindível para manutenção da viabilidade celular, que é a permeabilidade seletiva, controlando a entrada e a saída de substâncias da célula. A passagem de moléculas polares maiores e os íons requer canais, formados por proteínas transmembranares. 
O transporte de moléculas para o interior das células pode ser: 
a) transporte passivo – por difusão ou por osmose, quando não envolve o consumo de energia do sistema, sendo utilizada apenas a energia cinética das moléculas. Sendo assim, a movimentação dos íons e moléculas dá-se a favor do gradiente de concentração (do meio hipertônico para o meio hipotônico). A difusão pode ser auxiliada por enzimas (difusão facilitada) ou pode não ter participação de nenhuma delas (difusão simples). A difusão simples ocorre quando moléculas hidrofóbicas pequenas e polares, como O2, CO2, N2 e C6H6, passam pela membrana sem serem bloqueadas; 
b) transporte ativo – é quando o transporte das moléculas envolve a utilização de energia pelo sistema, na forma de adenosina trifosfato (ATP). A movimentação das substâncias se dá contra o gradiente de concentração, ou seja, do meio hipotônico para o hipertônico, como, por exemplo, a bomba de sódio e potássio, que tem função de manter o potencial eletroquímico das células. 
Entretanto, partículas maiores não conseguem atravessar a membrana, mas podem ser incorporadas à célula pela própria estrutura da membrana celular, ocorrendo, assim, a formação de vesículas. A este processo, no qual a membrana celular envolve partículas ou fluido do exterior, dá-se o nome de endocitose. Ele ocorre por dois mecanismos:
a) fagocitose – quando ocorre a captação de moléculas maiores, partículas ou microrganismos. Neste processo, a partícula a ser ingerida toca na membrana celular, formando projeções chamadas de filopódios; 
b) pinocitose – processo utilizado pela célula para englobar porções de fluidos extracelulares e pequenas moléculas. Neste caso, a membrana sofre um processo de invaginação, ocorrendo a formação de pequenas vesículas. Estas são direcionadas para o citoplasma para que ocorra a absorção dos nutrientes. Por outro lado, para eliminar substâncias residuais, a célula utiliza o processo de exocitose, no qual uma vesícula, vinda do citoplasma contendo material que deve ser eliminado, se funde à membrana plasmáticas, lançando o seu conteúdo no meio extracelular. 
Especializações da membrana plasmática 
A comunicação e a coesão entre as células são estabelecidas por meio das membranas, formando três classes funcionais de junções celulares: 
a) junção ancorante ou aderente – célula-célula ou célula-matriz, às quais a força de estresse é transmitida ao citoesqueleto. Existem vários tipos desta junção; destacamos, dentre eles, os desmossomos, os hemidesmossomos e junções que circundam completamente as células, atuando como uma barreira de permeabilidade e tensão;
b) junção apertada ou oclusiva (tight junctions) - é um tipo de junção que liga duas células vizinhas, selando os espaços entre elas e tornando essa região impermeável, não permitindo, assim, a passagem de pequenas moléculas ou íons; 
c) junção mediada por canais proteicos – são as junções comunicantes (gap junctions) que permitem a passagem de moléculas e de íons entre duas células adjacentes.
CITOPLASMA 
O citoplasma ou citosol das células eucariotas é formado por uma solução coloidal, viscosa e de aspecto relativamente uniforme, que contém água (80%), íons diversos, aminoácidos e proteínas. No citoplasma estão localizados o núcleo e as organelas celulares, o retículo endoplasmático, o complexo de Golgi, os lisossomos, as mitocôndrias, os peroxissomos e, ainda, as inclusões lipídicas, os grânulos de glicogênio e os ribossomos. Estas estruturas são responsáveis pelas funções celulares, como digestão, respiração, secreção, síntese e transporte de proteínas. No citoplasma estão também os elementos do citoesqueleto, responsáveis por várias atividades dinâmicas das células, e os centríolos, estruturas geradoras dos microtúbulos.
NÚCLEO 
Estrutura extremamente importante para as células eucarióticas, pois nele estão contidos os ácidos nucleicos (código genético), protegidos pelo envoltório nuclear no seu interior que ocorre a duplicação do DNA e a transcrição dos RNAs. 
O núcleo tem sua localização geralmente no centro da célula e a sua forma pode estar relacionada ao tipo celular. O envoltório nuclear é composto por duas membranas, uma externa e outra interna, com composições proteicas distintas, que delimitam um espaço variável que oscila entre 40 e 70 mm. A membrana interna deste envoltório se encontra associada à lâmina nuclear, que, por sua vez, está ligada fortemente à cromatina. A membrana externa do envoltório circunda a membrana interna e é contínua com a membrana do retículo endoplasmático (RE). Este fato faz com que o espaço existente entre as membranas do envoltório seja também contínuo à luz do RE. Assim como a membrana do RE, a membrana externa do envoltório – face citoplasmática – apresenta ribossomos aderidos que estão envolvidos ativamente na síntese proteica. O envoltório nuclear é interrompido regularmente, formandoos poros nucleares. Eles têm número e densidade bastante variáveis, dependendo do tipo celular e estado metabólico da célula. Pelos poros, ocorre o transporte bidirecional seletivo de proteínas e RNAs entre o citosol e o núcleo. 
No núcleo de células em interfase encontra-se a cromatina não compactada (heterocromatina) ou frouxa (eucromatina) – composta de moléculas de DNA, proteínas histônicas e não histônicas. As histonas, proteínas básicas encontradas nos eucariotos, são importantes componentes da estrutura da cromatina, participando não somente como repressoras, mas também como ativadoras na transcrição do DNA. Por outro lado, as proteínas não histônicas desempenham papel estrutural e enzimático, participando da atividade gênica. No núcleo interfásico também estão os nucléolos, cuja função é sintetizar RNAs e enviá-los para o citoplasma. Os nucléolos podem ter estrutura reticular ou compacta e o tamanho e a forma dependem do estado funcional da célula, variando conforme o tipo celular. Durante o ciclo celular, geralmente os nucléolos desaparecem a partir do final da prófase, reaparecendo no final da telófase. 
A lâmina nuclear está presente no núcleo, tendo papel importante na reorganização nuclear após o término da divisão celular. Ela está ancorada às proteínas integrais da membrana interna do envoltório nuclear e ligada fortemente à cromatina. constituída por proteínas filamentosas intermedirias dos tipos A e B que se polimerizam em uma rede bidimensional.
Da estrutura do núcleo faz parte a matriz nuclear, que forma uma rede proteica fibrogranular alicerçando o núcleo. Ela está associada ao DNA durante os processos de duplicação e regula a transcrição nos eucariotos, juntamente com as histonas. 
RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO 
O retículo endoplasmático (RE) é encontrado na maioria das células, ocupando cerca de 10% do volume celular. É formado por uma rede de membranas interconectadas na forma de tubos ou cisternas. Dois tipos de retículo endoplasmáticos são observados: liso (ou agranular) e rugoso (ou granular), os quais apresentam características morfológicas e funcionais distintas.
 O retículo endoplasmático liso, ou agranular, é caracterizado pela ausência de ribossomos aderidos a sua membrana e apresenta-se como uma rede de delgados túbulos que se anastomosam entre si. As funções desse reticulo são muito variadas, dentre elas a síntese de hormônios e de lipídios, a desintoxicação celular – com a conversão de substâncias nocivas lipossolúveis ou insolúveis em compostos hidrossolúveis – e o armazenamento de cálcio.
O retículo endoplasmático rugoso ou granular é caracterizado pela presença de polirribossomos (ribossomos e RNAm) aderidos ao lado externo da membrana. Esta organela apresenta formas variadas, frequentemente em forma de túbulos achatados e longos ou bem dilatados, podendo estar localizada em vários pontos da célula ou concentrada em determinadas áreas do citoplasma. O RE rugoso, em parceria com os polirribossomos, tem um importante papel na síntese e exportação de proteínas. As proteínas são capturadas pelo RE, por receptores presentes na sua membrana, assim que começam a ser sintetizadas pelo complexo de ribossomos e RNAm. As proteínas sintetizadas podem ter dois destinos: como proteínas transmembranares ou proteínas hidrossolúveis. As proteínas transmembranares podem permanecer na membrana do retículo ou serem destinadas à membrana plasmática e à membrana de outras organelas. Por outro lado, proteínas hidrossolúveis, quando sintetizadas, podem ser direcionadas para o complexo de Golgi ou encaminhadas ao lúmen de alguma organela e secretadas no meio extracelular. 
COMPLEXO DE GOLGI 
O complexo de Golgi, aparelho de Golgi ou simplesmente Golgi foi descrito em 1898 pelo biólogo italiano Camilo Golgi e é formado por vesículas e túbulos achatados empilhados e organizados, chamados de cisternas (cerca de 4 a 8 cisternas). As cisternas voltadas para o retículo endoplasmático são convexas (cisternas cis). As centrais são denominadas cisternas medianas, e as mais próximas ao sítio de secreção são côncavas (cisternas trans). O complexo de Golgi apresenta como principais funções o processamento de lipídeos e proteínas (denominados de glicosilação, sulfatação e fosforilação) e a separação e o endereçamento de moléculas sintetizadas fazendo parte da via biossintética secretora (RE – síntese; Golgi – processamento e seleção; vesículas – transporte). As vias secretoras compreendem o transporte de lipídeos, proteínas e polissacarídeos aos destinos finais e o empacotamento das macromoléculas em diferentes vesículas de transporte. Essas vesículas transportadoras direcionam proteínas, lipídeos, hormônios do retículo endoplasmático para o complexo de Golgi (face cis); o transporte de proteínas, lipídeos (modificados) do complexo de Golgi para o retículo endoplasmático (face cis) e para a superfície celular (face trans) e, ainda, o transporte das moléculas que originam os lisossomos (face trans).
LISOSSOMOS
Os lisossomos são estruturas geralmente esféricas, delimitados por uma membrana, que apresentam uma grande variação no seu tamanho. Eles são formados no complexo de Golgi, e em seu interior se encontram acumuladas cerca de quarenta enzimas hidrolíticas com propriedade de digerir uma grande gama de substratos, incluindo nucleases, proteases, glicosidases, lipases, fosfolipases e sulfatases. Estas hidrolases têm um pH ótimo entre 3 e 6, e, assim, o interior dos lisossomos é ácido. A acidificação é realizada por bombas de H+, que usam ATP. As suas enzimas são glicoproteínas provenientes do Golgi, que saem da sua face trans em vesículas específicas. A compartimentalização destas enzimas impede a lise indiscriminada dos conteúdos celulares. A principal função do lisossomo é a digestão intracelular, permitindo, assim, que a célula seja capaz de degradar partículas, macromoléculas, microrganismos ou outras células provenientes da endocitose. Além disso, os lisossomos agem na eliminação de organelas ou partes danificadas da própria célula, por um processo denominado autofagia. A formação dos autolisossomos se inicia quando uma porção de RE envolve uma organela que deve ser destruída, formando uma vesícula em seu redor. Esta vesícula é posteriormente acidificada e funde-se com um lisossomo primário, que inicia a degradação. Na heterofagia, os lisossomos fundem-se com endossomos (provenientes da endocitose) ou fagossomos (provenientes da fagocitose). 
MITOCÔNDRIAS 
As mitocôndrias estão presentes no citoplasma das células eucarióticas, sendo caracterizadas por uma série de propriedades morfológicas, bioquímicas e funcionais. Geralmente, são estruturas cilíndricas, podendo ser esféricas, ovoides e alongadas, com aproximadamente 0,5 mm de diâmetro e vários micrômetros de comprimento. Possuem grande mobilidade, localizando-se em sítios intracelulares onde há maior necessidade de energia, pois sua função principal é a produção de ATP. Uma célula hepática normal pode conter de 1.000 a 1.600 mitocôndrias, enquanto alguns ovócitos podem conter até 300 mil. Possuem organização estrutural e composição lipoproteica características, e contém um grande número de enzimas e coenzimas que participam das reações de transformação da energia celular. Esta organela é caracterizada pela presença de um envoltório formado por duas membranas estrutural e funcionalmente distintas, as quais delimitam dois espaços. Existe um espaço intermembranar separando as membranas interna e externa, e um segundo gerado pela membrana interna, delimitando a matriz mitocondrial. A membrana interna apresenta uma série de invaginações para o interior da mitocôndria, gerando as cristas mitocondriais, onde estão presentes os componentes da cadeia respiratória responsáveis pela síntese de ATP. As mitocôndrias apresentam uma molécula de DNA circular, semelhante àquelas encontradas nas bactérias. Além disso, contém todo mecanismo necessário para replicação e transcrição do DNA e tradução de proteínas. Entretanto, apenas uma pequena quantidade de proteínasé codificada pelo DNA mitocondrial. Com base nessas evidências, surge a teoria endossimbiótica. 
A mitocôndria é considerada a usina da célula, uma vez que esta é capaz de processar oxigênio e glicose e convertê-los em energia na forma de ATP, por meio do ciclo de Krebs e da cadeia respiratória.
PEROXISSOMOS 
Os peroxissomos são organelas envolvidas por apenas uma membrana e não contém DNA e nem ribossomos; todas as suas proteínas devem ser importadas do citosol. Apresentam em seu interior um conteúdo granuloso fino e são geralmente arredondadas, medindo cerca de 0,5mm de diâmetro. No seu interior, é comum se observar a presença de uma porção fortemente eletrodensa, o nucleoide. Dentre as enzimas encontradas nos peroxissomos destacam-se a catalase, a urato oxidase, a D-aminoácido oxidase e as enzimas responsáveis pela beta oxidação dos ácidos graxos. Os peroxissomos assemelham-se ao retículo endoplasmático porque se autorreplicam sem possuir genomas próprios. Nas células animais, os peroxissomos participam da biossíntese de precursores de glicerolipídeos, do colesterol e do dolicol. O número relativo de peroxissomos na célula pode variar rapidamente em resposta às mudanças ambientais e às condições fisiológicas. Os processos de sequestro e degradação dos peroxissomos são denominados macroautofagia e microautofagia.
INCLUSÕES LIPÍDICAS 
Inclusões lipídicas (também chamadas de corpos lipídicos, gotas lipídicas ou adipossomas) são organelas ricas em lipídios presentes em todos os organismos, incluindo fungos, procariotos e eucariontes. Elas variam de tamanho, têm aspecto circular e estão distribuídas por todo o citoplasma das células. Os corpos lipídicos são circundados não pela clássica bicamada de membrana, mas por uma monocamada de fosfolipídios, a qual, no mínimo em algumas células, deve ter uma única composição de ácidos graxos. O núcleo interno dos corpos lipídicos é rico em lipídios neutros, mas estudos com leucócitos tem demonstrado que os corpos lipídicos não são simples sacos de lipídios neutros. Considera-se atualmente que sejam organelas funcionalmente ativas, altamente reguladas e dinâmicas. Pelo uso de técnicas para identificação subcelular de frações enriquecidas de corpos lipídicos, combinado com imunodetecção de proteínas por microscopia eletrônica e de luz, tem sido demonstrado que corpos lipídicos compartimentalizam enzimas envolvidas na biossíntese, transporte e catabolismo de lipídios, caveolina e de proteínas envolvidas no transporte vesicular. A formação regulada de corpos lipídicos, seus conteúdos proteico e lipídico, e sua associação com outras organelas intracelulares, em algumas células especializadas, atuam na sinalização e ativação celulares, regulação do metabolismo de lipídios, tráfego de membrana e controle da síntese e secreção de mediadores inflamatórios. 
GLICOGÊNIO 
O glicogênio é um polissacarídeo constituído por subunidades de glicose com uma ramificação a cada oito ou dez unidades. Ocorre internamente, na forma de grandes agregados ou grânulos no citoplasma. É o meio de armazenamento mais importante nas células animais, servindo de reservatório de glicose. Os hepatócitos são responsáveis pela manutenção da glicemia, ao mesmo tempo em que fornecem glicogênio para outras células do organismo. Principal fonte de energia no cérebro, os glicogênios produzidos pelos astrócitos são mobilizados para atividade neuronal.
CITOESQUELETO 
O citoesqueleto confere às células eucarióticas a manutenção da diversidade de formas, a realização de movimentos coordenados e direcionados e sua estruturação interna. Esse citoesqueleto depende de uma complexa rede de filamentos de proteínas que se estende por todo o citoplasma, sendo constituído por três principais tipos de estruturas: os microtúbulos, os filamentos intermediários e os filamentos de actina. 
Os microtúbulos são formados por subunidades: b-tubulina e a-tubulina, as quais se associam umas às outras, conferindo-lhe assim uma forma cilíndrica, com o diâmetro de 25 mm. Os microtúbulos direcionam o deslocamento de vesículas, participam da divisão celular com a formação do fuso mitótico para o deslocamento dos cromossomos e estão presentes na manutenção da estrutura celular e na morfologia dos cílios e flagelos. 
Os filamentos intermediários recebem esta denominação por apresentarem um diâmetro intermediário entre filamentos de actina e microtúbulos (10 mm de diâmetro). Sua composição é proteica, formando uma rede estrutural por toda a célula. Os filamentos de actina estão distribuídos por todo o citoplasma das células eucarióticas e apresentam diâmetro de 5 mm. Eles são formados por uma proteína globular, a actina, que apresenta as isoformas: alfa, beta e gama. Estes filamentos, nas células epiteliais, estão concentrados nos prolongamentos citoplasmáticos, participando, juntamente com os desmossomos, do contato com outras células e com a membrana basal, mantendo, assim, a integridade organizacional do epitélio. Nos miofibroblastos, importantes células do tecido muscular, os filamentos de actina estão organizados paralelamente à membrana plasmáticas, mantendo estas células tensionadas ao substrato e são, então, denominadas fibras de estresse. 
CENTROSSOMO 
O centrossomo, principal centro organizador de microtúbulos, est· localizado próximo ao núcleo da célula em interfase e contém um par de formações cilíndricas e curtas dispostas perpendicularmente entre si e envolvidas por material pericentriolar, denominadas centríolos. Estas estruturas são formadas por nove triplex de microtúbulos, semelhantes aos corpos basais de flagelos e cílios. Estão presentes na maioria das células animais, porém ausentes nas células vegetais.
BASE DE APROFUNDAMENTO – HISTOLOGY: A TEXT AND ATLAS WITH CORRELATED CELL AND MOLECULAR BIOLOGY, SEVENTH EDITION. (CAP. 2 – Citoplasma celular)
OBJETIVO 4 – Descrever o processo de endereçamento das proteínas.
Biologia molecular da célula; Bruce Alberts [et al.]; Cap. 12, 13 e 14.
As proteínas podem mover-se entre os compartimentos de diferentes maneiras:
A síntese de todas as proteínas começa em ribossomos no citosol, exceto as poucas proteínas que são sintetizadas nos ribossomos das mitocôndrias e dos plastídios. Seu destino subsequente depende da sua sequência de aminoácidos, a qual pode conter sinais de endereçamento que direcionam seu envio a locais fora do citosol ou a superfícies de organelas. Algumas proteínas não possuem um sinal de endereçamento e, consequentemente, permanecem no citosol como residentes permanentes. Muitas outras, todavia, apresentam sinais de endereçamento específicos, que direcionam seu transporte do citosol ao núcleo, ao RE, as mitocôndrias, aos plastídios ou aos peroxissomos; os sinais de endereçamento também podem orientar o transporte de proteínas do RE a outros destinos na célula.
Para entender os princípios gerais pelos quais os sinais de endereçamento operam, é importante distinguir três caminhos fundamentalmente diferentes pelos quais as proteínas se movem de um compartimento a outro. Esses três mecanismos são descritos a seguir, e os passos de transporte nos quais eles operam são delineados na Figura 12-5. Discutimos os primeiros dois mecanismos (transporte fechado e transporte transmembrana) neste capitulo, e o terceiro (transporte vesicular, setas verdes na Figura 12-5), no Capitulo 13.
1. No transporte controlado por comportas, proteínas e moléculas de RNA se movimentam entre o citosol e o núcleo através de complexos do poro nuclear no envelope nuclear. Os complexos do poro nuclear funcionam como canais seletivos que auxiliam o transporte ativo de macromoléculas especificas e conjuntos macromoleculares entre os dois espaços equivalentes topologicamente, embora também permitam a difusão livre de pequenas moléculas.
2. Na translocação de proteínas, translocadores de proteínas transmembrana transportam diretamente proteínas especificas através da membrana do citosol para um espaço que é topologicamente diferente. A molécula de proteína transportada emgeral precisa desdobrar-se para passar pelo translocador. O transporte inicial das proteínas selecionadas do citosol para o lúmen do RE ou para a mitocôndria, por exemplo, ocorre dessa forma. Proteínas integrais da membrana costumam usar os mesmos translocadores que deslocam apenas parcialmente essas proteínas através da membrana, tornando-se então incorporadas a bicamada lipídica.
3. No transporte vesicular, intermediários de transporte envoltos por membrana – vesículas de transporte esféricas que podem ser pequenas ou grandes, fragmentos de organelas com forma irregular – levam proteínas de um compartimento topologicamente equivalente a outro. As vesículas e os fragmentos de transporte são carregados com uma leva de moléculas derivadas do lúmen de um compartimento à medida que se desprendem da sua membrana; o conteúdo e descarregado em um segundo compartimento por fusão com a membrana que o envolve (Figura 12-6). A transferência de proteínas solúveis do RE ao aparelho de Golgi, por exemplo, ocorre dessa maneira. Devido ao fato de as proteínas transportadas não cruzarem uma membrana, o transporte vesicular pode mover proteínas somente entre compartimentos topologicamente equivalentes (ver Figura 12-4).
Cada uma das formas de transferência de proteínas normalmente e guiada por sinais de endereçamento na proteína transportada que são reconhecidos pelos receptores de endereçamento complementares. Se uma proteína grande deve ser importada pelo núcleo, por exemplo, ela deve possuir um sinal de endereçamento que é reconhecido por proteínas receptoras que a guiam ao longo do complexo do poro nuclear. Se uma proteína deve ser transferida diretamente através da membrana, ela deve ter um sinal de endereçamento que é reconhecido pelo translocador. Da mesma forma, se uma proteína deve ser carregada em um certo tipo de vesícula ou retida em certas organelas, um receptor complementar na membrana apropriada deve reconhecer seu sinal de endereçamento.
Compartimentos topologicamente equivalentes nas vias secretora e endocítica em uma célula eucariótica. Os compartimentos são tidos como topologicamente equivalentes se puderem comunicar-se uns com os outros no sentido de que as moléculas podem circular de um para outro sem precisar atravessar a membrana. Os espaços topologicamente equivalentes são mostrados em vermelho. (A) As moléculas podem ser transportadas de um compartimento para outro topologicamente equivalente por vesículas que brotam de um compartimento e se fundem com outro. (B) Em princípio, os ciclos de formação de membrana e fusão permitem ao lúmen de qualquer organela mostrada comunicar-se um com o outro e com o exterior celular por meio de vesículas de transporte. As setas azuis indicam a extensa rede de vias de tráfego para o exterior e para o interior (discutido no Capítulo 13). Algumas organelas, em particular as mitocôndrias e (em células vegetais) os plastídios, não estão envolvidas nessa comunicação e estão isoladas do tráfego vesicular entre as organelas aqui mostradas.
Um roteiro simplificado do tráfego de proteínas em uma célula eucariótica.
As proteínas podem mover-se de um compartimento a outro por transporte controlado por comportas (vermelho), por translocação de proteínas (azul) ou por transporte vesicular (verde). Os sinais que direcionam o movimento de uma dada proteína ao longo do sistema e, portanto, determinam sua localização final na célula estão contidos na sequência de aminoácidos de cada proteína. A jornada começa com a síntese de uma proteína em um ribossomo no citosol e, para muitas proteínas, termina quando a proteína alcança seu destino final. Outras proteínas trafegam entre o núcleo e o citosol. Em cada estação intermediária (retângulos), uma decisão é tomada quanto à retenção da proteína naquele compartimento ou à continuação do seu transporte. Um sinal de endereçamento pode direcionar tanto a retenção como a saída de um compartimento. Iremos nos referir a esta figura frequentemente como um guia neste capítulo e no próximo, destacando em cor a via particular sendo discutida.
RESUMO
As células eucarióticas contêm organelas delimitadas por membranas intracelulares que totalizam quase metade do volume total das células. As principais que estão presentes em todas as células eucarióticas são o retículo endoplasmático, o aparelho de Golgi, o núcleo, as mitocôndrias, os lisossomos, os endossomos e os peroxissomos; as células vegetais também contêm plastídios, como cloroplastos. Essas organelas contêm distintos conjuntos de proteínas, as quais medeiam cada função única das organelas.
TRANSPORTE DE PROTEÍNAS PARA MITOCÔNDRIAS E CLOROPLASTOS
Mitocôndrias e cloroplastos (uma forma especializada de plastídios em algas verdes e células de plantas) são organelas delimitadas por dupla membrana. Elas se especializaram na síntese de ATP, utilizando energia oriunda do transporte de elétrons e da fosforilação oxidativa nas mitocôndrias, e da fotossíntese nos cloroplastos (discutida no Capitulo 14). Embora ambas as organelas contenham seu próprio DNA, os ribossomos e outros componentes necessários a síntese de proteínas, a maioria das suas proteínas é codificada no núcleo celular e importada do citosol. Cada proteína importada deve atingir o subcompartimento organelar especifico no qual exerce sua função.
Existem diferentes subcompartimentos na mitocôndria (Figura 12-19A): o espaço da matriz interna e o espaço intermembrana, que é continuo ao espaço das cristas. Esses compartimentos são formados pelas duas membranas mitocondriais concêntricas: a membrana interna, que envolve o espaço da matriz e forma extensas invaginações, as cristas, e a membrana externa, que está em contato com o citosol. Complexos proteicos fornecem ligações nas junções onde as cristas invaginam e dividem a membrana interna em dois domínios: um domínio da membrana interna que envolve o espaço da crista e outro domínio que encosta na membrana externa. Os cloroplastos também tem uma membrana interna e externa, que delimita o espaço intermembrana e o estroma, que e o equivalente em cloroplastos ao espaço da matriz mitocondrial (Figura 12-19B). Eles possuem um subcompartimento adicional, o espaço tilacoide, que é circundado pela membrana tilacoide. A membrana tilacoide deriva da membrana interna, que, durante o desenvolvimento do plastídio, e comprimida, tornando-se descontinua. Cada um dos subcompartimentos nas mitocôndrias e nos cloroplastos contém um conjunto distinto de proteínas.
Novas mitocôndrias e cloroplastos são produzidos pelo crescimento de organelas preexistentes, seguidos de fissão (discutido no Capitulo 14). Seu crescimento depende principalmente da importação de proteínas do citosol. Isso requer que as proteínas sejam translocadas através de várias membranas sucessivas e terminem no local apropriado. O processo de movimento de proteínas através de membranas e chamado de translocação de proteínas. Esta seção explica como isso ocorre.
RESUMO
Embora as mitocôndrias e os cloroplastos tenham seus próprios sistemas genéticos, eles produzem apenas uma pequena porção de suas proteínas. As duas organelas importam do citosol a maioria das suas proteínas utilizando mecanismos semelhantes. Em ambos os casos, as proteínas são importadas no estado desenovelado tanto através da membrana externa quanto da membrana interna simultaneamente para o espaço da matriz ou estroma. A hidrólise de ATP e um potencial de membrana através da membrana interna dirigem a translocação para a mitocôndria, enquanto a translocação em cloroplastos é dirigida somente pela hidrólise de GTP e de ATP. As proteínas chaperonas da família hsp70 citosólica mantêm as proteínas precursoras em um estado desenovelado, e um segundo conjunto de proteínas hsp70 no espaço da matriz ou no estroma puxa a cadeia polipeptídica importada para a organela. Apenas as proteínas que contêm uma sequência-sinal específica são translocadas. A sequência-sinal em geral está localizada na região N-terminal e é clivada depois de ser importada ou internalizada e retida.Os transportes para a membrana interna algumas vezes usam uma segunda sequência-sinal hidrofóbica que é exposta quando a primeira sequência-sinal é removida. Em cloroplastos, a importação do estroma para o tilacoide pode ocorrer por várias vias, que diferem pelas chaperonas e pela fonte de energia usadas.
PEROXISSOMOS
Os peroxissomos diferem das mitocôndrias e dos cloroplastos em muitos aspectos. Mais notavelmente, eles são envolvidos por uma única membrana e não possuem DNA ou ribossomos. Assim, por não serem dotados de genoma, todas as suas proteínas são codificadas no núcleo. Os peroxissomos obtém muitas das suas proteínas por importação seletiva do citosol, embora algumas delas entrem na membrana dos peroxissomos por meio do RE.
Uma vez que não discutiremos os peroxissomos em outro local, consideraremos algumas das funções dessa família distinta de organelas antes de discutir sua biossíntese. Quase todas as células eucarióticas possuem peroxissomos. Eles contem enzimas oxidativas, como catalase e urato oxidase, em concentrações tão elevadas que, em algumas células, os peroxissomos salientam-se em micrografias eletrônicas por causa da presença de um núcleo cristaloide (Figura 12-27).
Assim como as mitocôndrias, os peroxissomos são os principais sítios de utilização de oxigênio. Uma hipótese e que os peroxissomos sejam um vestígio de uma organela ancestral que realizava todo o metabolismo de oxigênio nos ancestrais primitivos das células eucarióticas. Quando o oxigênio produzido pelas bactérias fotossintéticas começou a se acumular na atmosfera, ele pode ter sido fortemente toxico a maioria das células. Os peroxissomos podem ter servido para reduzir a concentração de oxigênio intracelular, enquanto também usavam sua reatividade química para fazer reações oxidativas uteis. De acordo com esse ponto de vista, o desenvolvimento posterior das mitocôndrias tornou os peroxissomos bastante obsoletos, porque muitas das mesmas reações – as quais foram inicialmente conduzidas nos peroxissomos sem produção de energia – foram agora acopladas com a formação de ATP, por meio da fosforilação oxidativa. As reações oxidativas realizadas pelos peroxissomos nas células atuais poderiam parcialmente ser, portanto, aquelas cujas funções importantes não foram incorporadas pelas mitocôndrias.
RESUMO
Os peroxissomos são especializados em promover reações de oxidação usando oxigênio molecular. Eles geram peróxido de hidrogênio, que é empregado em reações oxidativas – e contêm catalases para destruir o excesso do mesmo. Assim como as mitocôndrias e os plastídios, os peroxissomos são organelas autorreplicativas. Pelo fato de não conterem DNA ou ribossomos, toda sua proteína é codificada no núcleo da célula. Algumas dessas proteínas são repassadas aos peroxissomos via vesículas precursoras peroxissômicas que brotam do RE, mas muitas são sintetizadas no citosol e importadas diretamente. Uma sequência específica de três aminoácidos próxima à região C-terminal de muitas proteínas funciona como um sinal de importação peroxissômica. O mecanismo de importação de proteínas difere daquele de mitocôndrias e cloroplastos, no qual mesmo proteínas oligoméricas são importadas do citosol sem estarem desenoveladas.
RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO
Todas as células eucarióticas possuem retículo endoplasmático (RE). Sua membrana em geral constitui mais do que a metade da membrana total de uma célula animal. O RE está organizado em um labirinto de túbulos ramificados e de vesículas achatadas que se estendem através do citosol. Os túbulos e sacos são interconectados, e suas membranas são contiguas com a membrana nuclear externa; o compartimento que elas encerram, portanto, também e contiguo com o espaço entre as membranas nuclear externa e interna. Dessa forma, o RE e as membranas nucleares formam uma folha continua envolvendo um espaço interno único, chamado de lúmen do RE ou espaço cisternal do RE, que costuma ocupar mais de10% do volume celular total.
Como mencionado no início deste capitulo, o RE tem um papel central na biossíntese de lipídeos e proteínas, servindo também como um local de armazenamento intracelular de Ca2+, que é usado em muitas respostas de sinalização celular (discutido no Capitulo 15). A membrana do RE e o sitio de produção de todas as proteínas transmembrana e lipídeos para a maioria das organelas celulares, incluindo o próprio RE, o aparelho de Golgi, os lisossomos, os endossomos, as vesículas secretoras e a membrana plasmática. A membrana do RE e também o local onde e feita a maioria dos lipídeos para as membranas mitocondriais e peroxissomas. Além disso, quase todas as proteínas que serão secretadas para o exterior celular – acompanhadas daquelas destinadas ao lúmen do RE, ao aparelho de Golgi ou aos lisossomos – são enviadas inicialmente ao lúmen do RE.
Papel da glicosilação ligada ao N no enovelamento da proteína do RE. A proteína chaperona ligada à membrana do RE, calnexina, liga-se a proteínas incompletamente enoveladas contendo uma glicose terminal nos oligossacarídeos ligados ao N, mantendo a proteína no RE. A remoção da glicose terminal por uma glicosidase libera a proteína da calnexina. Uma glicosiltransferase é a enzima fundamental que determina se a proteína está enovelada de forma adequada ou não: se a proteína ainda está incompletamente enovelada, a enzima transfere uma nova glicose da UDP-glicose para o oligossacarídeo ligado ao N, renovando a afinidade da proteína pela calnexina e retendo-a no RE. O ciclo se repete até a proteína ter se enovelado completamente. A calreticulina atua de modo semelhante, exceto pelo fato de que é uma proteína solúvel residente no RE. Outra chaperona do RE, a ERp57 (não mostrada), colabora com a calnexina e a calreticulina na retenção de proteínas enoveladas incompletamente no RE. A ERp57 reconhece grupos sulfidrila livres, que são um sinal de formação de pontes dissulfeto incompletas.
RESUMO
A extensa rede do RE serve como uma fábrica para a produção de quase todos os lipídeos das células. Além disso, a maior porção da síntese de proteínas celulares ocorre na superfície citosólica do RE rugoso: quase todas as proteínas destinadas à secreção ou ao próprio RE, o aparelho de Golgi, os lisossomos, os endossomos e a membrana plasmática são importadas, primeiramente, do citosol para o RE. No lúmen do RE, as proteínas enovelam-se e se oligomerizam; ligações dissulfeto são formadas, e oligossacarídeos ligados ao N são adicionados. A glicosilação ligada ao N é utilizada para indicar o grau do enovelamento proteico, de tal modo que as proteínas deixam o RE apenas quando estão adequadamente enoveladas. As proteínas que não se enovelam ou oligomerizam corretamente são transportadas de volta ao citosol, onde são desglicosiladas, poliubiquitinadas e degradadas em proteassomos. Se as proteínas mal enoveladas se acumularem extensivamente no RE, elas desencadeiam uma resposta à proteína desenovelada, que ativa genes apropriados no núcleo para auxiliar o RE a contornar o problema.
Apenas as proteínas que portam uma sequência-sinal especial do RE são importadas para ele. A sequência-sinal é reconhecida por uma partícula de reconhecimento de sinal (SRP), que se liga à cadeia polipeptídica crescente e ao ribossomo e os direciona a uma proteína receptora na superfície citosólica da membrana do RE rugoso. Essa ligação à membrana do RE inicia o processo de translocação que força uma alça da cadeia polipeptídica através da membrana do RE, pelo poro hidrofílico de uma proteína translocadora.
As proteínas solúveis – destinadas ao lúmen do RE para secreção ou transferência ao lúmen de outras organelas – passam completamente para o lúmen do RE. As proteínas transmembrana destinadas ao RE ou a outras membranas celulares são transportadas parcialmente através da membrana do RE e permanecem lá ancoradas por um ou mais segmentos de a-hélice em sua cadeia polipeptídica que atravessam a membrana. Essas porções hidrofóbicas da proteína podem atuar como sinais de início ou de parada da transferênciadurante o processo de translocação. Quando um polipeptídio contém múltiplos sinais alternantes de início e de parada da transferência, ele passará múltiplas vezes para trás e para a frente através da bicamada como uma proteína transmembrana de passagem múltipla.
A assimetria da inserção da proteína e da glicosilação no RE estabelece a assimetria das membranas de todas as outras organelas que o RE supre com proteínas de membrana.
OBJETIVO 5 – Citar os principais tipos de microscópios e suas funcionalidades.
1632-1723 Microscópio óptico Anton van Leeuwenhoek of Holland 
1635-1703 Microscópio composto por duas lentes Robert Hook 
1932 – Microscópio Eletrônico de Transmissão (MET ou TEM) Max Knoll e Ernst Ruska
1935 – Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV ou SEM) Max Knoll 
1938 – Microscópio Eletrônico de Varredura (STEM) Von Ardenne 
1955 – Microscopia Óptica Confocal Marvin Minsky 
1981 – Microscópio de Tunelamento (STM) Gerd Binning and Heinrich Rohrer 
1984 – Microscópio Óptico de Campo Próximo (NSOM) 
1985 – Microscópio de Força Atômica (AFM) Binning, Gerber, Quate
TIPOS DE MICROSCÓPIO
(Todos os microscópios têm baixa voltagem)
	BIOLÓGICO
	Um microscópio biológico pode ter tanto uma cabeça monocular como binocular.
Este microscópio permite grandes aumentos e por isso é adequado para observar espécimes ou secções de organismos e tecidos, colocados sobre um slide transparente que é iluminado através de um espelho ou através de um iluminador de luz direta.
	 
ESTEREOSCÓPIO
	Um microscópio estereoscópico é uma unidade binocular ou triocular e possibilita uma visualização tridimensional.
É utilizado para observar objetos opacos por onde a luz não passa, tais como: cristais, fósseis e moedas.
O seu poder de aumento é mais baixo do que um instrumento biológico (desde 5x a 100x) e o seu sistema de iluminação normalmente opera com uma luz direta, embora em alguns casos o iluminador de luz direta também possa ser utilizado se estiver a observar espécimes transparentes (por exemplo cristais).
1) LUZ (ÓPTICO/ FOTÔNICO/ COMPOSTO) - Lentes condensador + ocular + objetiva 
2) POLARIZAÇÃO – filtros polarizadores; colágenos fibrilares, celulose, tubulina.
3) CONTRASTE DE FASE – BIDIMENSIONAL; 
Estruturas sem coloração prévia
• Imagem possui pequenas alterações no comprimento do trajeto óptico (índice de refração)
• Análise de estruturas vivas
• Culturas de células
• Exames parasitológicos
• Esfregaços sanguíneos
• Raspagens de mucosas
4) CONTRASTE DE FASE DE INTERFERÊNCIA – TRIDIMENSIONAL
Estruturas sem coloração prévia
5) FLUORESCÊNCIA – LUZ UV + filtros especiais
• Usados para verificar a fluorescência natural (ex: vitamina A) ou induzida com
corante artificial
• Moléculas que se quer visualizar → marcação com corantes fluorescentes →
absorção da energia luminosa em um comprimento de onda
• DNA, RNA, citoquímica normal e patológica; imunocitoquímica; hibridação “in
situ” (FISH).
6) ELETRÔNICO DE TRANSMISSÃO – FEIXE DE ELÉTRONS
• Imagem preto e branco (BIDIMENSIONAL)
• Ampliação de 400.000 X
• Ultraestrutura celular (organelas, bactérias e vírus)
7) ELETRÔNICO DE VARREDURA - FEIXE DE ELÉTRONS
• Imagens preto e branco (TRIDIMENSIONAIS)
• Imagens da topografia superficial de amostras
Microscópio fotônico comum
O microscópio fotônico comum, também designado por microscópio de câmera clara consiste num conjunto de técnicas sequenciais e complementares que visam não só a observação de células ou tecidos de seres vivos, mas, também a preparação prévia desses materiais, e ainda a captura de imagens para posterior observação.
Microscópio de contraste de fase
O microscópio de contraste de fase é uma variante do microscópio fotônico, dotado de um sistema óptico especial que transforma diferenças de fase dos raios luminosos em diferenças de intensidade. Deste modo, acentuando pequenas diferenças de índice de refracção e de espessura existentes entre vários componentes celulares, o microscópio de contraste de fase possibilita o estudo de materiais vivos e não corados. O microscópio de contraste de fase é utilizado sobretudo para observar células vivas, nomeadamente células cultivadas.
Microscópio de fluorescência
O microscópio de fluorescência permite estudar os constituintes celulares que manifestem autofluorescência, como por exemplo o caroteno, ou fluorescência secundária a eles transmitida por corantes especiais (fluorocromos). Denomina-se fluorescência a propriedade de certas substâncias que, ao serem excitadas por uma luz de comprimento de onda curto, emitirem luz de um comprimento de onda maior. Emprega-se para tanta luz ultravioleta de comprimento de onda inferior a 350 nm, de forma a obterem-se radiações emitidas na gama de 400 a 700 nm, isto é, dentro do espectro da luz visível.
É com recurso a esta técnica que se evidenciam, por exemplo, os antígenos quando associados a anticorpos acoplados a moléculas fluorescentes.
O que se pode observar em um microscópio eletrônico hoje?? 
• Aumentos de mais de 16.000.000x 
• Resolução sub-angstron 
• Morfologia 
• Elementos químicos 
• Composição química 
• Valência 
• Cristalografia 
• Determinação de estrutura cristalina 
• Condutividade 
• Características das bandas de energia 
• Experimentos in-situ (medidas mecânicas, elétricas, magnéticas, reações químicas)