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que diz que todos os seres vivos são constituídos por uma ou mais células. Sabemos que os vírus não são constituídos por células, mas esses organismos vivos só foram descritos no século XX. Em 1858, Virchow demonstrou que toda célula provém de outra pré-existente, o que explica melhor a
ITAPECURSOS
continuidade da vida. Em 1927, Brush inventou o microscópio eletrônico que, eletrônico que, ao invés de luz, utiliza feixes de elétrons, permitindo ampliações superiores a 1.500 vezes. Com isso, a Citologia apresentou grandes avanços como ciência.
2 - ORGANIZAÇÃO CELULAR Uma célula típica apresenta três partes fundamentais: membrana citoplasmática, citoplasma e núcleo. Em tipos diferentes de células, podemos encontrar algumas variações relacionadas a essas
porções fundamentais. Quanto à organização, existem dois tipos celulares básicos: Célula Procariota e Célula Eucariota.
2.1 - Célula Procariota ou Protocélula É o tipo mais simples quanto à organização. O que caracteriza uma célula procariota é a ausência de um núcleo verdadeiro. verdadeiro. Essas células possuem uma estrutura dispersa no citoplasma denominada nucleóide ou núcleo difuso, que difuso, que não é envolvido por uma membrana. As únicas organelas presentes no citoplasma desse tipo celular são os ribossomos ribossomos,, responsáveis pela síntese protéica. O citoplasma das células procariotas não apresenta organelas delimitadas por membrana.
Ribossomos Núcleo Difuso (Nucleóide) Parede Celular
Em algumas células procariotas, a membrana citoplasmática citoplasmá tica sofre uma invaginação que penetra no citoplasma, formando o mesossomo.. Acredita-se que o mesossomo contenha enzimas mesossomo que participam do processo de respiração celular aeróbica. aeróbica.
Mesossomo
A forma das células procariotas é mantida pela presença de uma parede externaemrelaçãoà membranacitoplasmática,denominadaparedecelular.
Citoplasma
Membrana Citoplasmática
As células procariotas caracterizam caracterizam os representant representantes es do Reino Monera, que Monera, que se denominam procariontes. procariontes.
Célula Procariota
2.2 - Célula Eucariota ou Eucélula Apresenta um padrão de organização mais complexo em relação à célula procariota. O que caracteriza uma célula eucariota é a presença de um núcleo verdadeiro, verdadeiro, isto é, delimitado por uma membrana denominada carioteca ou membrana nuclear. nuclear. Esse nucléolo tipo celular apresenta grande quantidade núcleo de organelas delimitadas por membrana no citoplasma, como podemos observar mitocôndrias carioteca na figura ao lado. ergastoplasma As células eucariotas animais caracterizam todo o Reino Metazoa e alguns representantes do Reino Protista Protista,, enquanto as células eucariotas vegetais caracterizam todo o Reino Metaphyta e alguns representantes do Reino Protista Protista.. Organismos que apresentam células eucariotas são caracterizados como eucariontes.
suco nuclear retículo endoplasmático liso
ou retículo endoplasmático rugoso centríolo complexo de Golgi
ribossomos
membrana citoplasmática
lisossomos
Célula Eucariota Animal Biologia - M1
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ITAPECURSOS
parede celular
vacúolo tonoplasto
ribossomos suco nuclear
retículo endoplasmático cloroplasto membrana citoplasmática complexo de Golgi
carioteca nucléolo plasmodesmo
mitocôndrias
gotícula de lípide
Célula Eucariota Vegetal Nos próximos itens desse capítulo, será feito o estudo morfológico e funcional das partes fundamentais de uma célula: membrana citoplasmática, citoplasma e núcleo. Nas células eucariotas vegetais observamos, externamente à membrana citoplasmática, uma parede rígida com função protetora denominada parede celular.
3 - MEMBRANA CITOPLASMÁTICA Também denominada membrana plasmática, membrana celular ou plasmalema, é a estrutura que envolve todos os tipos de células, protegendo-as e controlando as trocas metabólicas com o meio extracelular.
3.1 - Composição Química A membrana citoplasmática é de constituição lipoprotéica. Os principais lípides encontrados são os fosfolípides e o colesterol, enquanto a principal proteína é a estromatina.
3.2 - Espessura A espessura da membrana citoplasmática é muito pequena, oscilando entre 75 a 100 Ângstrons (1A = 10-10 m), não sendo visível ao microscópio óptico. A invenção do microscópio eletrônico permitiu a elucidação de aspectos muito importantes a respeito dessa membrana.
3.3 - Organização Molecular A organização molecular da membrana citoplasmática ainda não está totalmente esclarecida. Na década de 50, Davson e Danielli propuseram um modelo que explicava como as moléculas de lípides e proteínas estariam dispostas na estrutura da membrana. Segundo esse modelo, a membrana seria constituída de uma camada central bimolecular de lípides recoberta por duas camadas externas monomoleculares de proteínas. A membrana apresentaria ainda poros permanentes. 20
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Esse arranjo trilaminar se estende a todas as outras estruturas membranosas celulares como núcleo, retículo endoplasmático, complexo de Golgi, mitocôndrias, cloroplastos, etc, sendo por isso denominado UNIDADE DE MEMBRANA.
ITAPECURSOS
Proteínas
Lípides Na década de 70, surgiu um novo modelo proposto por Singer e Nicolson que difere em alguns aspectos do modelo de Davson e Danielli. Segundo Singer e Nicolson, a membrana citoplasmática seria constituída de uma Proteínas dupla camada lipídica entre as quais estariam encaixadas as moléculas de proteínas. As proteínas ESTRUTURA DA MEMBRANA CITOPLASMÁTICA SEGUNDO não teriam posição fixa, e sim se deslocariam nessa DAVSON E DANIELLI. dupla camada lipídica. Com a mobilidade das proteínas, muitas substâncias podem entrar e sair da célula com mais facilidade, pois essas proteínas podem funcionar como poros funcionais. Esses poros surgem como resultado da movimentação das proteínas na dupla camada lipídica. O modelo de Singer e Nicolson é o mais aceito atualmente e é denominado modelo do mosaico fluido, já que a dupla camada lipídica seria fluida com um mosaico de proteínas encaixadas.
Lipídios Proteína ESTRUTURA DA MEMBRANA CITOPLASMÁTICA SEGUNDO SINGER E NICOLSON (MODELO DO MOSAICO FLUIDO) Enquanto a estrutura da membrana é determinada pelos lípides, a maioria das propriedades da membrana são determinadas pelas proteínas. Algumas proteínas atuam como carreadoras ou transportadoras de substâncias para dentro ou para fora da célula. Outras proteínas atuam como enzimas e outras como receptoras de membrana, reconhecendo substâncias próprias da célula ou vindas do meio extracelular.
3.4 - Propriedades As principais propriedades da membrana citoplasmática são: a) Permeabilidade Seletiva: Consiste na capacidade da membrana em selecionar substâncias que devem entrar ou sair da célula. b) Porosidade: Apresenta poros diretamente relacionados com as trocas de muitas substâncias entre a célula e o meio extracelular. c) Elasticidade: A elasticidade se deve às proteínas da membrana, sendo importante para a manutenção da sua integridade. d) Regeneração: Desde que a lesão não seja muito extensa, a membrana pode se regenerar. e) Resistência Mecânica: Ocorre pelo fato de a membrana revestir e proteger o conteúdo celular. f) Alta Resistência Elétrica: Propriedade atribuída aos lípides pelo seu papel isolante. Biologia - M1
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ITAPECURSOS
3.5 - Transportes através da Membrana A célula necessita adquirir substâncias do meio e eliminar os resíduos do seu metabolismo. Assim, a membrana citoplasmática não isola completamente a célula do meio extracelular. Diversas substâncias entram e saem da célula atravessando a membrana. O transporte de substâncias através da membrana celular pode ser de dois tipos: passivo e ativo.
Transporte Passivo Ocorre a favor de um gradiente de concentração e não exige gasto de energia pela célula. São conhecidas duas modalidades de transporte passivo: difusão e osmose. - DIFUSÃO Consiste em um fluxo de moléculas de um meio mais concentrado para um meio menos concentrado. No nível da membrana citoplasmática, a difusão representa a passagem de soluto de um meio hipertônico (mais concentrado) para um meio hipotônico (menos concentrado). Para que ocorra a difusão, a membrana deve ser permeável ao soluto em questão. Em geral, partículas menores se difundem mais rapidamente pela membrana. Observamos que monossacarídeos, aminoácidos e sais minerais iônicos apresentam maior velocidade de difusão, ao contrário das proteínas e polissacarídeos que necessitam ser capturados pela célula. Substâncias solúveis em lípides também atravessam a membrana com mais facilidade por difusão. É o caso do oxigênio, gás carbônico, álcoois e outras substâncias. Observe que as soluções I e II apresentam concentrações diferentes e foram separadas por uma membrana representada pela letra M. Percebe-se claramente que a solução II é hipertônica em relação à solução I, que é hipotônica. Admitindo ser a membrana M permeável à sacarose, ocorrerá difusão do soluto (sacarose) de II para I, até que se atinja a isotonia, ou seja, um estado de equilíbrio. Difusão
Certas substâncias, como a glicose, são insolúveis em lípides e atravessam a membrana citoplasmática por um tipo especial de difusão denominado difusão facilitada. No processo de difusão facilitada, a substância a ser transportada associa-se a uma substância transportadora, formando um complexo solúvel em lípides. Ocorrida a difusão, a substância transportadora se desliga da substância transportada, estando apta a promover uma nova difusão facilitada. As substâncias transportadoras são proteínas denominadas permeases por aumentarem a permeabilidade da membrana celular, facilitando a difusão de algumas substâncias. A difusão facilitada não envolve gasto de energia, sendo considerada um tipo de transporte passivo. Assim, observamos que enquanto a difusão simples não envolve substâncias transportadoras, estas substâncias são imprescindíveis à ocorrência da difusão facilitada. - OSMOSE Consiste na difusão do solvente através de uma membrana semipermeável. Representa a passagem de solvente (em geral água) de um meio hipotônico (menos concentrado) para um meio hipertônico (mais concentrado). Observe que as soluções I e II apresentam concentrações diferentes e foram separadas por uma membrana representada pela letra M. Percebe-se claramente que a solução I é hipotônica em relação à solução II, que é hipertônica. O fluxo de água ocorrerá de I para II até que se atinja a isotonia. Osmose
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Por definição, membrana semipermeável é aquela que permite a passagem de solvente, mas impede a passagem de soluto. Podemos perceber que a membrana citoplasmática não é uma membrana semipermeável perfeita, já que permite a passagem de água (solvente universal) e de soluto. No entanto, é importante perceber que a velocidade do fluxo de água por osmose é muito maior que a velocidade do fluxo de qualquer soluto. Células animais e vegetais colocadas em meio hipotônico ganham água por um processo denominado endosmose. Ao ganhar água do meio, a célula se torna túrgida, daí o termo turgescência aplicado a esse tipo de endosmose. Células animais podem sofrer lise (rompimento) em função da pressão da água exercida
sobre a membrana citoplasmática, enquanto células vegetais não sofrem lise devido à resistência oferecida pela parede celular. Nesse último caso, a entrada de água força a parede celular para fora, de modo que a turgescência exerce uma força contrária cada vez maior à entrada de água. Células animais e vegetais colocadas em meio hipertônico perdem água por um processo denominado exosmose. Ao perder água para o meio, a célula se torna plasmolisada, daí o termo plasmólise aplicado a esse tipo de exosmose. Colocando-se uma célula plasmolisada em um meio hipotônico, ela ganha água do meio, tornando-se túrgida. Esse tipo de endosmose denomina-se deplasmólise.
Colocada em solução hipertônica, a célula perde muita água, Vacúolo
ITAPECURSOS
Colocada em água pura ou em solução de
tornando-se plasmolisada.
Célula túrgida
pequena concentração, a célula recebe água tornando-se túrgida novamente. PLASMÓLISE Célula plasmolisada DEPLASMÓLISE Célula túrgida
Plasmólise e Deplasmólise em células vegetais
Transporte Ativo Ocorre contra um gradiente de concentração e exige gasto de energia pela célula. São conhecidas quatro modalidades de transporte ativo: fagocitose, pinocitose, clasmocitose e bomba de sódio e potássio. - FAGOCITOSE Consiste no englobamento de partículas sólidas volumosas pela célula. A célula emite expansões citoplasmáticas denominadas pseudópodos (gr: pseudo = falso; podos = pés) que englobam gradativamente o material do meio externo. Com o englobamento da partícula sólida, forma-se uma vesícula denominada fagossomo. O fagossomo é revestido por membrana lipoprotéica e contém a partícula englobada.
partícula sólida
pseudópodes
fagossomo
Fagocitose
A fagocitose ocorre em alguns protozoários com finalidade alimentar e em macrófagos e leucócitos como mecanismo de defesa nos animais superiores. - PINOCITOSE Consiste no englobamento de partículas líquidas pela célula. Ocorre a formação de um sulco denominado canal de pinocitose, que recolhe o líquido que penetra no interior da célula. Com o englobamento da partícula líquida, forma-se uma vesícula denominada pinossomo. O pinossomo é revestido por membrana lipoprotéica e contém a partícula englobada. A pinocitose é utilizada pelas células para englobar proteínas do meio extracelular.
partícula líquida
canal de pinocitose
pinossomo
Pinocitose
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- CLASMOCITOSE Consiste na eliminação de restos formados no interior da célula, daí esse processo ser também denominado defecação celular. Forma-se uma estrutura denominada corpo residual, que se funde à membrana citoplasmática, eliminando os restos para o meio extracelular. Enquanto fagocitose e pinocitose são tipos de endocitose, isto é, processos que promovem entrada de substâncias na célula, a clasmocitose é um tipo de exocitose, já que ocorre eliminação de substâncias do interior da célula. Clasmocitose
BOMBA DE SÓDIO E POTÁSSIO (BOMBA DE ÍONS) De uma maneira geral, a concentração de íons sódio (Na +) é maior no meio extracelular, enquanto a concentração de íons potássio (K+) é maior no meio intracelular.
Na+
K+ Célula Célula
K+
Na + Meio extracelular
Assim, observamos que íons sódio entram na célula e íons potássio saem por difusão, já que passam, passivamente, de um meio mais concentrado para um meio menos concentrado. No entanto, não se atinge a isotonia entre os meios intra e extracelulares devido a um tipo de transporte ativo denominado bomba de sódio e potássio. A bomba de sódio e potássio consiste em um sistema carregador que bombeia íons contra um gradiente de concentração. Existem substâncias transportadoras que se associam ao sódio no meio intracelular e o transportam ativamente para o meio extracelular. Ao mesmo tempo, substâncias transportadoras se associam ao potássio no meio extracelular e o transportam ativamente para o meio intracelular. Assim, com a energia liberada na quebra de cada molécula de ATP, íons sódio são bombeados para fora e íons potássio são bombeados para dentro da célula. Meio extracelular Meio intracelular Energia Na+
K+
Difusão
Difusão Na+
K+
Difusão e Bomba de íons 24
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Assim, temos: Entrada de Na+ na célula Saída de K+ da célula Saída de Na+ da célula Entrada de K+ na célula
}
Transporte Passivo (Difusão)
}
Transporte ativo (Bomba de íons)
3.6 - Especializações da Membrana Em certos tipos de células, a membrana citoplasmática pode apresentar diferenciações relacionadas à fisiologia do tecido. São mais numerosas nos epitélios, mas podem estar presentes em outros tecidos. As principais especializações da membrana são:
- MICROVILOSIDADES São evaginações digitiformes da membrana citoplasmática que aumentam a superfície de absorção do ápice das células. São muito numerosas nas células do intestino delgado.
- DESMOSSOMOS São diferenciações laterais da membrana citoplasmática que apresentam material denso do lado interno de cada membrana, onde estão inseridos microtúbulos. Os desmossomos aumentam a aderência entre as células vizinhas. São muito freqüentes em células epiteliais.
- INTERDIGITAÇÕES São diferenciações laterais da membrana citoplasmática constituídas por invaginações das membranas de células vizinhas. Essas dobras das membranas se encaixam umas nas outras aumentando a aderência entre as células. São muito freqüentes em células epiteliais.
- PREGAS BASAIS São invaginações da membrana citoplasmática situadas na base de alguns tipos celulares. No nível das pregas basais, ocorre um transporte ativo muito intenso favorecido pela grande quantidade de mitocôndrias presentes nessa região. São muito freqüentes no epitélio renal. Microvilosidades
Desmossomos
Interdigitações
Especializações da Membrana Citoplasmática
Pregas Basais e Microvilosidades em detalhe Biologia - M1
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4 - PAREDE CELULAR A parede celular representa um envoltório rígido que se localiza externamente à membrana citoplasmática, conferindo proteção e sustentação à célula. É uma estrutura típica de células procariotas e eucariotas vegetais. A substância mais abundante da parede celular é a celulose, que se deposita na parede, exercendo importante função estrutural. Em certos pontos desse revestimento não há depósito de celulose, determinando o aparecimento de pequenas interrupções (poros) denominadas plasmodesmos. Eles representam elos de ligações entre células vizinhas e possibilitam um maior intercâmbio de substâncias entre as células que se unem. As principais propriedades da parede celular são:
Parede celular
Lúmen Celular
Plasmodesmo
Parede Celular com Plasmodesmos
- Alta resistência, sendo rompida com dificuldade. - Permeabilidade, possibilitando a entrada e a saída de substâncias na célula.
5 - CITOPLASMA É toda a região da célula compreendida entre a membrana citoplasmática e o núcleo. O citoplasma é dividido em duas porções:
5.1 - Hialoplasma ou Matriz Citoplasmática É um colóide que preenche espaços no interior da célula. É dividido em ectoplasma e endoplasma. O ectoplasma é a porção que se localiza próximo à membrana celular, apresentando-se em estado GEL, mais viscoso. O endoplasma é a porção mais interna, apresentando-se em estado SOL, mais fluido. Os dois estados do colóide, GEL e SOL podem se interconverter, o que explica a emissão de pseudópodos por alguns tipos celulares. Essa interconversão dos estados do colóide denomina-seTIXOTROPISMO. O hialoplasma pode se movimentar na célula, criando uma corrente que distribui todo o conteúdo celular sem modificar a forma da célula por um processo conhecido como CICLOSE. No hialoplasma, encontram-se mergulhadas as organelas citoplasmáticas e as inclusões. As organelas representam estruturas que se destacam funcionalmente, enquanto as inclusões representam o material biologicamente inativo que se acumula no meio intracelular.
5.2 - Citoplasma Diferenciado É representado pelas organelas citoplasmáticas e pelas inclusões.
5.2.1 - Organelas Citoplasmáticas - RIBOSSOMOS Também denominados grânulos de Palade, são as únicas organelas presentes em todos os tipos celulares. São também as únicas organelas presentes em células procariotas. São constituídos por duas sub-unidades de RNA ribossômico (RNAr) e proteínas, sem membrana lipoprotéica envolvente.
Subunidades Ribossômicas Os ribossomos podem ser encontrados livres no hialoplasma, associados às membranas do retículo endoplasmático e ligados a uma fita de RNA mensageiro (RNAm). Nesse último caso, ocorre a formação dos polirribossomos ou polissomos. Os ribossomos realizam o processo de síntese de proteínas. Polirribossomo 26
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