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Fisiologia celular 1 Sumário 2 1. Células humanas 2. Estrutura das células a. Organelas 3. Permeabilidade seletiva 4. Transporte através da membrana 5. Líquidos intracelulares e extracelulares 6. Digestão celular 7. Liberação de produtos celulares 8. Ligações celulares 9. Obtenção de energia da célula 10. Meios hipotônicos, hipertônicos e isotônicos 11. Morte celular Sugestão de leitura Referências bibliográficas Aqui você pode observar todos os conteúdos abordados nesse slide, além das referências que utilizamos e nossas recomendações de leitura. Bons estudos! 1. Células humanas Podemos classificar os seres vivos através de suas células e as características delas, como: Número de células: unicelulares ou pluricelulares Produção de alimentos: autótrofos ou heterótrofos Presença de carioteca: procariontes ou eucariontes Utilização de oxigênio: anaeróbico ou aeróbico As características das células nos dizem muito sobre a fisiologia de cada ser. Os humanos por exemplo, possuem as características demarcadas em vermelho. 3 1.1 Organização biológica Essas características celulares nos permite realizar uma organização, a qual chamamos de níveis de organização biológica. Os humanos são seres pluricelulares, por isso, possuem mais de uma célula. Quando essas células se associam, formam um tecido. Quando esses tecidos se associam, formam um órgão. Esses órgãos associados formam os sistemas. Esses sistemas formam o organismo. Célula Formada por um conjunto de organelas Tecido Formado pelo conjunto de células Órgão Formado pelo conjunto de tecidos Organismo Formado por um conjunto de sistemas Sistema Formado por um conjunto de órgãos 4 2. Estrutura da célula As células são envolvidas por uma membrana formada de proteínas e gorduras, que recebe o nome de membrana plasmática. O espaço em seu interior recebe o nome de citoplasma e é preenchido por um líquido chamado hialoplasma. Também possuem núcleo, onde está o DNA. As células possuem diversas organelas e cada uma delas irá desempenhar uma importante função. Seja na digestão, na reprodução, na excreção ou até mesmo na produção de hormônios, as organelas celulares estão presentes. Veja a seguir cada organela e sua respectiva função. 5 2.1 Membrana plasmática A membrana plasmática recobre a célula e é formada por proteínas e gorduras. As proteínas mantêm a forma e cuidam dos transportes entre a parte interna e externa, enquanto as gorduras estabelecem uma barreira hidrofóbica. Tem a função de permeabilidade seletiva, ou seja, transporta para dentro ou fora da célula apenas o que é necessário. (POLTRONIERI e cols, 2016) 6 2.2 Nucléolo Encontra-se no interior do núcleo. Participa na formação de ribossomos. Presente nas células eucariontes, possui um envoltório membranoso denominado carioteca. Lá está presente o material genético da célula, o DNA. Do núcleo se originam todas as informações genéticas para a geração de novas organelas e células. 2.3 Núcleo 7 2.4 Ribossomos Apresentam duas subunidades que se juntam para a síntese de proteínas. É uma vesícula membranosa derivada do complexo golgiense. Armazena várias enzimas presentes da digestão celular. Sua ação é voltada tanto para substâncias capturadas no meio, quanto para estruturas celulares velhas e sem funcionamento. 2.5 Lisossomos 8 2.6 Retículo Endoplasmático Rugoso Os retículos endoplasmáticos são formados por dobras de membrana e constituem uma rede de tubos e canais por onde substâncias são transportadas. O R.E. Rugoso participa na síntese e exportação de proteínas e possui ribossomos aderidos à sua superfície. O R.E. Liso, diferente do rugoso, não possui ribossomos em sua superfície. Este participa da síntese de lipídeos, dentre eles os hormônios esteróides (estrógeno, progesterona e testosterona). Também possui enzimas que atuam no processo de detoxicação, ou seja, metabolização de substâncias tóxicas, como o álcool. 2.7 Retículo Endoplasmático Liso 9 2.8 Centríolo Os centríolos são estruturas proteicas constituídas de microtúbulos. Participam na formação de cílios, como os presentes na traqueia, e flagelos, como nos espermatozoides. Participam também na divisão celular. Uma vesícula parecida com o lisossomo, entretanto suas enzimas estão envolvidas no processo de detoxicação, a metabolização de substâncias tóxicas. Por exemplo, 75% do álcool é metabolizado pelas enzimas do retículo não granuloso e 25% pelas enzimas do peroxissomo, principalmente em células do fígado (hepatócitos) e renais. (POLTRONIERI , 2016) 2.9 Peroxissomo 10 2.10 Mitocôndria Participam do processo de fornecimento de energia, através da respiração celular. Utilizam oxigênio em suas reações para a geração de ATP. Possuem o próprio DNA e RNA e a capacidade de se autoduplicar. É um conjunto de sacos membranosos e achatados que se sobrepõem uns aos outros. Deste complexo brotam vesículas com substâncias em seu interior. Está envolvido com a secreção celular e o armazenamento de substâncias na célula. Por exemplo, hormônios formados a partir de proteínas são armazenados em seu interior até o momento da liberação. 2.11 Complexo de Golgi 11 Resumo das organelas Membrana Plasmática Permeabilidade seletiva Nucléolo Formação de ribossomos Ribossomo Síntese de proteínas Retículo endoplasmático rugoso Síntese de proteínas e transporte de substâncias Retículo endoplasmático liso Síntese de lipídeos, detoxicação e transporte de substâncias Complexo golgiense Secreção celular Mitocôndria Respiração celular Lisossomo Digestão celular Peroxissomo Detoxicação Centríolo Formação de cílios e flagelos; Divisão celular 12 3. Permeabilidade seletiva A permeabilidade seletiva é o nome que damos ao processo de transporte através da membrana de alguns íons. Um íon é um átomo ou grupo atômico eletricamente carregado. A membrana plasmática precisa de energia elétrica para desempenhar certas funções e, para isso, escolhe muito bem cada átomo que entra ou sai da célula. Para entender melhor como funciona esse processo, vamos revisar a composição da membrana plasmática. 13 3.1 Composição da membrana plasmática A membrana é formada principalmente por lipídios e por proteínas. Na imagem ao lado pode-se ver como os lipídios estão organizados e como as proteínas se apresentam. As proteínas são poros, por onde ocorre a permeabilidade seletiva. Já que a camada lipídica é hidrofóbica, ou seja, os líquidos externos e internos não podem atravessar a membrana. Os canais de proteína controlam a entrada e saída de fluidos e íons entre o meio externo e o citosol. 14 Este modelo que conhecemos possui o nome de mosaico fluido, proposto por Singer e Nicholson. Caracteriza-se pelo livre movimento de proteínas e gorduras em volta da membrana. 3.1.1 Fosfolipídios Correspondem a cerca de 75% da membrana plasmática das células animais. É formado por uma cabeça [parte superior] hidrofílica, formada por álcool glicerol e fosfato, e uma cauda [parte inferior] hidrofóbica, formada por ácidos graxos. Em sua organização, as cabeças dos fosfolipídios da bicamada são voltadas diretamente para o meio externo e para o meio interno, respectivamente, enquanto que as caudas são voltadas para a parte medial da membrana. 15 3.1.2 Colesterol O colesterol é um importante componente da membrana plasmática. Sua função é controlar a fluidez da membrana plasmática através do aumento ou redução de sua espessura e densidade. 16 3.1.3 Proteínas As proteínas exercem 4 funções principais na membrana plasmática, são: transporte, recepção de sinais químicos, enzimas e âncora. Transporte: Leva íons do hialoplasma (líquido que preenche o citoplasma celular) para o meio externo e vice-versa. Recepção: Quando neurotransmissores ou hormônios atingem a membrana, as proteínas são responsáveis por levar o comando para a célula. Enzimas: Catalisador queune ou separa moléculas. Âncora: Mantém a aderência entre duas ou mais células para que não se separem. 17 3.1.4 Glicocálix Os carboidratos também participam da formação da membrana plasmática, estes recebem o nome de glicocálix (em amarelo, na imagem). Ligam-se com as proteínas e fosfolipídios na face externa da membrana, exercendo funções de: proteção, retenção de nutrientes e enzimas e reconhecimento celular. O reconhecimento celular funciona a partir da recepção de mediadores químicos (proteínas e hormônios) que vão ser recebidos pelo glicocálix. Este, por sua vez, passará a informação para as proteínas e, por fim, essa informação alcança o interior da célula. 18 CURIOSIDADE Os carboidratos que formam o glicocálix são diferentes de pessoa para pessoa. Por exemplo, no sistema sanguíneo ABO, quem possui o sangue do tipo A possui carboidratos, na membrana plasmática das hemácias, diferente dos que possuem o tipo sanguíneo B. A transfusão errada de sangue leva o sistema imunológico a combater essas hemácias que possuem glicocálix diferentes, fato conhecido como hemólise. 3.2 Resumo das funções por Silverthorn Em seu livro, a autora elabora uma planilha que resume todo o conteúdo previamente apresentado, de forma rápida e simples. 19 (SILVERTHORN, 2010) 4. Transportes através da membrana Ao processo de passagem de íons pela membrana, damos o nome transporte através da membrana. Há uma diversidade de íons presentes tanto dentro como fora da membrana, além disso, encontram-se em concentrações diferentes dentro e fora da célula. Para realizar esse transporte a célula pode usar ou não energia proveniente do ATP (trifosfato de adenosina). Quando esse transporte usa energia, é chamado de ativo. Este acontece, geralmente, do meio menos concentrado para o mais concentrado. Quando esse transporte não usa energia, é chamado de passivo. Ocorre, normalmente, do meio mais concentrado para o menos concentrado. Vejamos os exemplos de transportes ativos e passivos. 20 4.1 Difusão simples A difusão simples ocorre quando há o movimento maior de moléculas ou íons de uma região de maior concentração para uma região de menor concentração, até que as moléculas estejam igualmente distribuídas atingindo o equilíbrio. Nesse tipo de transporte há a passagem direta da molécula pela barreira ou por um canal especializado. Sabemos que as membranas são formadas principalmente por lipídios, não permitindo a passagem de fluidos hidrofílicos. Entretanto, a gordura presente na membrana permite a passagem de outros lipídios, já que possuem a mesma composição química. Observe na imagem ao lado que os lipídios (partículas em amarelo) atravessam facilmente a membrana plasmática. A este transporte damos o nome de difusão simples. 21 (PEARSON EDUCATION, 2008) 4.1 Transportes ativos e passivos 22 ● Transportes ativos ○ Primário ■ Ocorre por ação direta do ATP; Atua contra o gradiente de concentração. ○ Secundário ■ Depende indiretamente do ATP; Atua no controle do gradiente de concentração estabelecido pelo transporte ativo primário. ○ Em bloco ■ Ocorre com a absorção (fagocitose ou pinocitose) e excreção de várias partículas da célula. ● Transportes passivos ○ Difusão simples ■ Substâncias que atravessam diretamente a membrana plasmática; Substâncias lipossolúveis. ○ Difusão facilitada ■ Utiliza as proteínas de transporte para levar as partículas para dentro da célula; Substâncias hidrossolúveis. 4.2 Difusão facilitada A difusão facilitada ocorre quando há o movimento de moléculas grandes e insolúveis em lipídios de uma região de maior concentração para uma região de menor concentração, até que as moléculas estejam igualmente distribuídas atingindo o equilíbrio. Nesse tipo de transporte, a célula não utiliza energia da quebra do ATP e a passagem das moléculas é mediada por proteínas transportadoras, também conhecidas como proteínas carreadoras, permitindo uma rápida troca de moléculas entre ambos os meios. 23 (PEARSON EDUCATION, 2008) 4.3 Transporte ativo primário O transporte ativo primário utiliza energia de forma direta, levando os íons contra o seu gradiente de concentração. Um exemplo característico desse tipo de transporte é a bomba de sódio e potássio, que apesar de a concentração facilitar a entrada de sódio e a saída de potássio da célula, a bomba funciona como transporte ativo e leva-os para lados opostos. Observe na imagem ao lado a bomba de sódio e potássio, que faz a hidrólise do ATP e com sua energia consegue transportar 3 íons de sódio (amarelos) para fora da célula e 2 íons potássio (vermelho) para dentro da célula. 24 (PEARSON EDUCATION, 2008) 4.4 Transporte ativo secundário O transporte ativo secundário utiliza energia de forma indireta e seu movimento está associado à diferença de concentração de íons provocada pelo transporte ativo primário. Este tipo de transporte classifica-se em: co-transporte ou simporte (os íons que atravessam a membrana celular levam outras substâncias consigo) e contra-transporte ou antiporte (os íons realizam o movimento de mão-dupla, onde, uma substância entra e a outra sai. Observe na imagem ao lado o co-transporte de íons sódio (pequenos amarelos) e uma molécula de glucose (grande amarelo). Há também o contra-transporte, que segue o mesmo princípio, mas as substâncias seguem caminhos opostos, ou seja, enquanto uma entra, a outra sai da célula. 25 (PEARSON EDUCATION, 2008) 4.5 Transporte ativo em bloco Ocorre quando há endocitose (entrada de blocos de nutrientes) ou exocitose (saída de bloco de nutrientes da célula). A entrada ou liberação é feita através do transporte de vesículas, que é feito a partir da entrada de determinado íon na célula. Observe na imagem ao lado o processo de endocitose, que é o processo de entrada de várias partículas através da formação de uma vesícula. 26 (PEARSON EDUCATION, 2008) Revisão de transporte através da membrana 27 Vimos nos slides anteriores cada tipo de transporte através da membrana e suas características. Aqui vamos revisar de forma rápida por meio de uma visualização breve de todos os processos. Devemos lembrar que o transporte passivo age de acordo com o gradiente de concentração - que é o quanto uma substância está concentrada seja dentro ou fora da célula -, enquanto que o transporte ativo utiliza energia proveniente do ATP e age, principalmente, de forma contrária ao gradiente de concentração. 28 5. Líquidos intracelulares e extracelulares A membrana plasmática possui a função de isolamento físico, regulação das trocas com seu meio externo, comunicação entre a célula e seu meio externo e suporte estrutural. Com o isolamento e a regulação das trocas, ou seja, o controle de entrada e saída de solvente e soluto da célula, esta pode desempenhar determinadas funções que conheceremos mais adiante. Por enquanto, vejamos as diferenças entre o líquido intracelular (LIC) e o líquido extracelular (LEC). (S IL V E R T H O R N , 2 0 1 0 ) 29 Líquido presente dentro da célula. Constitui 40% do fluido corporal. Contém grandes quantidades de potássio, magnésio e íons fosfato. Líquido presente fora da célula e no meio interno do corpo humano. Constitui 20% do fluido corporal. Contém grandes quantidades de sódio, cloreto, íons bicarbonato e dióxido de carbono, além de nutrientes para as células como oxigênio, glicose, ácidos graxos e aminoácidos. 5.1.1 Líquido Intracelular - LIC 5.1.2 Líquido Extracelular - LEC OBSERVAÇÃO Não confundam meio intracelular e extracelular (dentro e fora da célula, respectivamente) com meio interno e externo (dentro e fora do corpo humano). 5.2 Diferenças entre os líquidos intracelulares e extracelulares As diferenças entre os líquidos intracelulares e extracelulares estão em sua composição de substâncias como o sódio, potássio, cloretos, íons bicarbonatos, nutrientes para as células, gases,glicose, ácidos graxos e aminoácidos (GUYTON; HALL, 2011. p. 4). 30(GUYTON; HALL. 2011) 5.2 Diferenças entre os líquidos intracelulares e extracelulares Passando para uma tabela, para uma visualização mais rápida e fácil, observe ao lado. Os destaques em verde mostram uma maior concentração, enquanto que os detalhes em vermelho mostram uma menor concentração. 31 Extracelular Intracelular Na+ (Sódio) + - K+ (Potássio) - + Ca++ (Cálcio) + - Mg++ (Magnésio) - + Cl- (Cloro) + - HCO3- (Bicarbonato) + - Fosfatos - + Glicose + - Aminoácidos - + 5.3 Tipos de transportes dos íons Foi visto nos slides anteriores o transporte através da membrana, com seus tipos (ativo ou passivo, difusão ou osmose), e as concentrações de íons no meio externo à célula e no meio intracelular. A imagem ao lado une os dois conteúdos, de forma que se pode observar a passagem de cada íon e o tipo de transporte. Essa imagem é uma revisão dos conteúdos de transporte através da membrana e concentrações iônicas. 32 K o ep p en ; S ta n to n . B er n e e Le vy : F is io lo gi a. 6 ed E ls ev ie r, R io d e ja n ei ro 2 0 0 9 6. Digestão celular A célula obtém nutrientes para seu funcionamento normal através da digestão e absorção realizadas em seu interior. A princípio a digestão celular se divide em heterofágica e autofágica. Ambas estão relacionadas diretamente com a substância digerida e seu processo. Na digestão heterofágica a célula engloba partículas externas e realiza sua digestão e posterior excreção, enquanto que na digestão autofágica a célula degrada partes mortas ou defeituosas da célula. A digestão heterotrófica ainda se divide em fagocitose e pinocitose, que serão apresentadas mais à frente. 33 Di ge st ão Heterofágica Autofágica Fagocitose Pinocitose 6.1 Digestão heterofágica Todas as células precisam de nutrientes, que são obtidos através da digestão celular. Por meio dessa captação de nutrientes, as células conseguem realizar diversas funções, tais como: geração de novas proteínas, síntese de hormônios e, em nível macroscópico, a contração muscular, por exemplo. Para absorver a partícula de algum nutriente, a célula a envolve com seus prolongamentos celulares, também chamados de evaginações. Após ser envolvida pela membrana plasmática, a partícula fica presa em uma vesícula, onde serão liberadas enzimas digestivas através da ação dos lisossomos. 34 6.1.1 Processo digestivo da célula Nesta imagem observamos a ação dos lisossomos descrita no slide anterior. Leia atentamente o passo-a-passo descrito na imagem e observe as figuras. Após a liberação das enzimas digestivas, os nutrientes desejados são absorvidos, e os demais são encaminhados para a excreção. p86 (100) 35 6.1.2 Processo de excreção de resíduos Também chamado de clasmocitose, o processo de excreção dos resíduos ocorre após a digestão ser feita pelas enzimas encontradas nos lisossomos e a posterior absorção dos nutrientes. Após esses eventos, a vesícula é encaminhada de volta à membrana plasmática, onde ocorre uma fusão e seu conteúdo é extravasado para fora da célula. 36 6.1.3 Visualização do processo completo Na imagem ao lado vemos o processo completo de digestão celular e a excreção celular. 37(POLTRONIERI. 2016) 6.1.4 Fagocitose e pinocitose A principal diferença entre a fagocitose e a pinocitose é a diferença de material absorvido. Enquanto na fagocitose a partícula é SÓLIDA, durante a pinocitose a partícula é LÍQUIDA. 38 6.2 Digestão autofágica Ao contrário da digestão heterofágica, a digestão autofágica degrada partes mortas ou sem utilização da célula. Tais partículas são colocadas em vesículas onde são liberadas as enzimas digestivas presentes no lisossomo. Depois de digeridas, as partículas restantes na vesículas são liberadas através da clasmocitose [defecação celular] Por exemplo, as hemácias, quando jovens. possuem núcleo e organelas. Seu núcleo é eliminado e suas organelas são digeridas para abrir espaço para a hemoglobina, responsável pelo transporte do oxigênio. 39 7. Liberação de produtos celulares. O complexo golgiense é um conjunto de vesículas achatadas, que servem para armazenamento e liberação de várias substâncias. Uma dessas substâncias são os hormônios. A insulina, por exemplo, é sintetizada no R.E. rugoso e depois mantida em vesículas do complexo de Golgi para ser liberada quando necessário. Assim, o complexo de Golgi atua como o “correio” celular, levando substâncias do interior para o meio extracelular. 40 (P O LT R O N IE R I. 20 16 ) 7.1 Outras atuações do complexo de Golgi O complexo golgiense atua na formação dos lisossomos, quando recebe enzimas do Retículo Endoplasmático Rugoso e as envolve em uma vesícula. Também atua na formação de carboidratos, como o que recobre a parede do intestino (mucopolissacarídeo). 41 8. Ligações celulares As células precisam de estruturas específicas para garantir a sua união e a estrutura do tecido. Na imagem ao lado temos as imagens representativas dessas estruturas. Zônula ocludente: Ligação bloqueadora; Sua função é fazer a justaposição das extremidades celulares, impedido que líquidos ou substâncias invadam os espaços intercelulares. Zônula aderente: Ligação de ancoragem; Garante a aderência celular, envolvendo as células em forma de cinturão; Formada por actina. Desmossoma: Ligação de ancoragem; Aumenta a resistência mecânica da região. Hemidesmossa: Ligação de ancoragem; Faz a ligação entre a célula e a membrana basal. ,p118 (132) 42 8.1 Junções GAP Ao todo temos três tipos diferentes de estruturas, as bloqueadoras, as de ancoragem [vistas no slide anterior] e as comunicantes. Sem dúvidas, as junções comunicantes ou GAP são as mais importantes para entendermos os processos fisiológicos que ocorrem entre células justapostas, como nos músculos, por exemplo. As junções GAP, são tubos que conectam duas células adjacentes. É um canal de comunicação e transporte direto entre as células. Sua função é permitir a passagem de água e íons entre as células e a passagem de um pulso elétrico, que chamamos de potencial de ação celular. 43 Sabendo desses detalhes, você se sairá muito bem na prova! 9. Obtenção de energia da célula As células obtêm energia através da respiração celular feita pela organela mitocôndria. Essa organela utiliza os nutrientes que consumimos [carboidratos, gorduras e proteínas] para gerar energia em forma de ATP. 44 O processo ocorre da seguinte forma: 1. A mitocôndria utiliza um tipo de nutriente e oxigênio (por isso é conhecida como função aeróbica). 2. A energia é gerada a partir da liberação do fosfato (P) que se associará ao ADP livre na célula, transformando-o em ATP. Esse processo recebe o nome de fosforilação. 3. Os produtos da reação química são: Água, dióxido de carbono (CO2) e o fosfato, já citado. 10. Meios hipotônicos, hipertônicos e isotônicos Estudamos nos tópicos anteriores que encontramos íons tanto no meio intracelular quanto no meio extracelular. Para entender essa imagem, precisamos compreender a osmose. A osmose é o tipo de transporte de solvente [líquido dispersante] a partir da concentração do soluto [partícula dispersa]. Quanto maior a concentração de soluto, maior será a “atração” provocada no solvente. O solvente busca o meio mais concentrado em soluto. 45(SEELEY; STEPHENS; TATE. Anatomia e fisiologia. 6 ed. Lusociência 2006. p.) 72. 11. Morte celular As células morrem diariamente em nosso corpo, desde o nosso nascimento. Dando lugar às células mais novas. Existem 2 processos de morte celular e ambos possuem nomes e características específicas: A apoptose e a autólise. Apoptose é a morte celular programada. Realizada por genes específicos do DNA, devido ao processo de desenvolvimento, maturação e envelhecimento celular. Autólise é a morte celular provocada por fatoresexternos. Pode ser desencadeada a partir de agentes patogênicos ou por substâncias nocivas. 46 Sugestão de leitura Tratado de fisiologia médica - Guyton & Hall: Capítulos 1 ao 5. Livro de biologia (citologia) do ensino médio: Capítulos de “Organização celular”, “ Membrana celular”, “Secreção e digestão celular” e “Bioenergética”. 47 48 Não confundam meio intracelular e extracelular (dentro e fora da célula, respectivamente) com meio interno e externo (dentro e fora do corpo humano). Lembrete Obrigado pela atenção. 49 Referências Bibliográficas GUYTON; HALL. Tratado de fisiologia médica. 12ª ed. Saunders Elsevier, 2011. KOEPPEN; STANTON. Berne e Levy: Fisiologia. 6ª ed Elsevier, Rio de janeiro, RJ, 2009. POLTRONIERI. Biologia: Citologia. COC, Ribeirão Preto, SP, 2016. SEELEY; STEPHENS; TATE. Anatomia e fisiologia. 6 ed. Lusociência 2006. SILVERTHORN. Fisiologia humana: uma abordagem integrada. 5 ed. ARTMED, 2010. 50
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