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CEDERJ A refl exão teórica em relação com a prática cotidiana 7 A U LA 5 10aula OBJETIVOS A célula nervosa Ao fi nal desta aula, você deverá ser capaz de: • O aluno deve ser capaz de: estabelecer analogia entre a forma e a função dos neurônios. • Relacionar as atividades de síntese, transporte e secreção à transmissão nervosa. • Descrever as etapas de geração e propagação da despolarização da membrana do neurônio. • Relacionar a polarização e despolarização do neurônio à bomba de Na+/K+ e aos canais iônicos. Aulas de transporte através da membrana plasmática, de Biologia Celular I (7, 8, 9 e 10). Aula de endocitose, de Biologia Celular I (20). Aulas de citoesqueleto, de Biologia Celular I (21 a 24). Aula de tráfego de vesículas, de Biologia Celular I (25). Pré-requisitos CEDERJ8 Biologia Celular II | A célula nervosa Corpo cellular Dendritos Axônio Ramifi cações INTRODUÇÃO Normalmente, tanto os animais quanto os vegetais se originam a partir de uma única célula – o zigoto –, que se multiplica repetidamente, dando origem aos diversos tipos celulares que se associam, de modo a constituir o organismo complexo, como um pé de couve ou um peixinho dourado. As células de um organismo são de diferentes tipos porque em cada um deles diferentes genes estão sendo expressos. Isso é o resultado de quatro processos: (1) proliferação celular (a partir do zigoto); (2) especialização, criando diferentes tipos de células a partir de um tipo menos diferenciado; (3) interações entre as células, em que o comportamento de uma célula infl uencia o comportamento das vizinhas; (4) movimentos celulares, levando à estruturação dos tecidos. Ao longo do processo evolutivo, as pressões sobre animais e vegetais foram de natureza diversa: os animais desenvolveram um sistema nervoso e, pelo menos a maioria deles, move-se em resposta a estímulos ambientais (perigo, busca por alimento etc.). Na verdade, há uma perfeita correlação entre a complexidade do sistema nervoso e a posição na escala evolutiva: quanto mais desenvolvido o sistema nervoso, mais evoluído é o animal. As células nervosas, ou neurônios, são das mais antigas entre as células especializadas; mesmo metazoários muito primitivos, como as planárias, já possuem um sistema nervoso rudimentar. Os neurônios são células excitáveis, responsáveis por receber, conduzir e transmitir estímulos. Para que essas funções sejam corretamente executadas, além de sua estrutura característica (Figura 10.1), é essencial que durante o desenvolvimento eles façam conexões com outras células (veja o boxe). Abordaremos nesta Aula, a estreita correlação entre estrutura e função dos neurônios motores, isto é, aqueles que transmitem seu estímulo a uma célula muscular. Figura 10.1: O neurônio motor é uma célula dotada de muitos prolongamentos. Os mais curtos são os dendri- tos, por onde o estímulo inicial geralmente chega; depois é conduzido através de um longo axônio. Próximo à célula efetora (vide boxe), o axônio se ramifi ca, distribuindo o sinal por vários pontos simultaneamente. As setas indicam o sentido de propagação do estímulo nervoso. CEDERJ 9 A U LA M Ó D U LO 3 1 0Neurônios: nunca sozinhos Como células especializadas em receber e transmitir estímulos, os neurônios estão sempre ligados a outras células. Estas podem ser: • Outros neurônios – no sistema nervoso central. Nossa relação com o mundo é feita através da atividade e transmissão de impulsos entre os bilhões (isso mesmo, bilhões) de neurônios existentes no cérebro. • Células glandulares – o sistema nervoso autônomo regula, por exemplo, a secreção de enzimas digestivas no estômago e no intestino. • Células musculares – tanto a musculatura lisa quanto o músculo cardíaco se contraem sob comando do sistema nervoso autônomo (VASOCONSTRIÇÃO x VASODILATAÇÃO, TAQUICARDIA x BRADICARDIA), enquanto os músculos esqueléticos obedecem ao sistema nervoso voluntário. Como essas são as células que efetivamente vão responder ao estímulo, são chamadas células efetoras. VASOCONSTRIÇÃO Contração da musculatura lisa que envolve os vasos, causando diminuição do seu calibre e conferindo palidez à pessoa. VASODILATAÇÃO Efeito oposto ao da vasoconstrição. O relaxamento da musculatura lisa leva ao aumento do calibre dos vasos; a pessoa fi ca com a pele avermelhada. TAQUICARDIA Taqui, do grego tachos, no sentido de batimentos cardíacos rápidos, acelerados. BRADICARDIA O oposto à taquicardia. Também do grego, bradi, lento. O QUE É QUE O NEURÔNIO TEM? Tem tudo aquilo que estudamos até agora. Os neurônios se diferenciam a partir de células chamadas neuroblastos. Possuem formatos diversos conforme sua especialização mas, a princípio, todos obedecem à estrutura básica ilustrada na Figura 10.1. Essa forma é mantida por um citoesqueleto muito bem organizado, formado por microfi lamentos de actina, microtúbulos e um tipo específi co de fi lamentos intermediários, os neurofi lamentos, mais longos e com tabiques laterais que mantêm uma certa distância entre eles, impedindo que obstruam o espaço por onde devem trafegar vesículas e organelas. Esses últimos, você lembra (Aula 22 de Biologia Celular I), possuem um formato diferenciado, que ajuda a manter livre o axônio, por onde trafegam vesículas e organelas. No corpo celular, além do núcleo, estão presentes e funcionais organelas e estruturas que são nossas velhas conhecidas: mitocôndrias, lisossomas, retículo endoplasmático e complexo de Golgi. As mitocôndrias dessas células são numerosas e extremamente ativas: os neurônios utilizam apenas, e em grande quantidade, glicose em seu metabolismo, não sendo capazes de utilizar lipídeos. CEDERJ10 Biologia Celular II | A célula nervosa Embora nossos neurônios sejam sempre os mesmos (não se dividem e não são repostos caso venham a morrer), há neles uma constante reciclagem de membranas e moléculas, o que requer atividade do retículo endoplasmático e do complexo de Golgi. Além disso, há a síntese constante de substâncias, os neurotransmissores, que são transportados em vesículas até o ponto de exocitose, na extremidade do axônio, por proteínas motoras que se deslocam sobre microtúbulos. Esses microtúbulos se polimerizam a partir do centrossomo, mas, ao atingir determinado tamanho, acabam se desprendendo e navegam, como toras de madeira num rio, ao longo do axônio. Como os axônios podem chegar a medir mais de um metro, esse rio seria equivalente ao Nilo ou ao Amazonas! A membrana plasmática dos neurônios possui, entre outras, proteínas de reconhecimento para moléculas da matriz extracelular e para outras células, propiciando a interação entre elas, o que pode resultar na formação, manutenção ou desaparecimento de contatos entre elas, um fenômeno conhecido como neuroplasticidade. É graças a isso que, com os mesmos neurônios que você tinha quando nasceu, foi possível aprender tanta coisa, formar memórias e desenvolver habilidades variadas. Maravilha! Eu não sei se você já está maravilhado com os neurônios, células que, utilizando as mesmas moléculas, processos e organelas que as demais, são capazes de receber, conduzir e enviar sinais para outras células, mas confesso que pensar nisso sempre me deixa assim (maravilhada). Como será que elas fazem isso? O mecanismo básico é simples, universal e nós o aprendemos ainda em Biologia Celular I: polarização e despolarização da membrana plasmática. POLARIDADE DA MEMBRANA, UM MINIFLASHBACK Vimos na Aula 10 de Biologia Celular I que o meio intracelular é sempre mais rico em solutos (açúcares,