BIOLOGIA

      A ORGANIZAÇÃO CELULAR DOS SERES VIVOS

A CÉLULA - SUA ESTRUTURA E SEU FUNCIONAMENTO

Com exceção dos vírus, todos os demais seres têm as suas estruturas fundamentadas na célula. Muitos são apenas unicelulares, outros são multicelulares. Mas, a despeito de algumas diferenças, a arquitetura fundamental da célula se repete com impressionante semelhança em todos os níveis de organização, o que justifica considerarmos a célula como a unidade biológica. A parte da Biologia que estuda a célula se chama Citologia.

Células Procariotas e Eucariotas

Em alguns organismos mais simples a célula não apresenta um núcleo individualizado, bem visível, em cujo interior se concentra o material genético. Falta-lhe a membrana nuclear, carioteca ou cariomembrana; o conteúdo nuclear se apresenta espalhado por todo o interior celular, dando a impressão de que a célula não possui núcleo. Ela o possui, apenas não está individualizado; encontra-se disperso ou difuso no citoplasma. Esse tipo de célula é chamado de procariota e, os organismos que são formados por células desse tipo são os procariontes. Bactérias e cianobactérias são procariontes e estão agrupadas no reino Monera.Todos os demais seres possuem células com núcleo bem individualizado, dotadas de cariomembrana e são chamados eucariontes, e suas células, visivelmente nucleadas, são qualificadas de eucariotas. São os protistas, fungos, vegetais e animais.

   - Dêem uma olhada nas células abaixo, cujas fotos são de um microscópio eletrônico: 

Estruturas Celulares dos Eucariontes

Existem algumas diferenças notáveis entre células animais e vegetais, mas, a arquitetura e o padrão geral de funcionamento são os mesmos para todas. As células vegetais costumam ter contornos prismáticos, com grandes vacúolos centrais, deixando o citoplasma comprimido na periferia. A sua membrana plasmática é protegida por uma parede celular formada de celulose. A célula animal costuma ser arredondada ou achatada, sem ângulos acentuados, revelando ausência de grandes vacúolos, bem como de parede celular.

A maior parte dos orgânulos intracelulares é delimitada por membranas lipoprotéicas. São os orgânulos membranosos como o retículo endoplasmático, complexo golgiense, mitocôndrias, cloroplastos, lisossomos e núcleo que, juntamente com a membrana plasmática, formam o sistema de membranas da célula. Alguns poucos orgânulos não são delimitados por membranas como os ribossomos, centríolos e cromossomos que formam o sistema não-membranoso.

Célula vegetal. O número 1 representa o retículo endoplasmático, o número 2 corresponde ao cloroplasto e o número 3 refere-se à estrutura responsável por organizar ribossomos.

MEMBRANAS CELULARES: OS PORTÕES DAS CÉLULAS

A membrana plasmática é o envoltório celular, regula a entrada e saída de substâncias e impede que o conteúdo celular se derrame para o exterior. Ela se apresenta ao ME com duas camadas escuras, mais densas, separadas por uma camada mais clara, menos densa. Atualmente se admite que a membrana plasmática é formada por uma dupla camada lipídica (fosfolipídios) e mergulhadas nessa matriz lipídica encontram-se as moléculas de proteínas com ampla capacidade de movimentação e deslocamento, cabendo-lhes papel de relevante importância na retenção e no transporte de outras moléculas através da membrana, entre os meios intra e extracelulares.

1- camada de fosfolipídios.

2- proteína responsável pelo transporte de certas substâncias que atravessam a membrana.

3- carboidrato 

Esquema ultra-estrutural da membrana celular. A natureza  química dos componentes 1, 2 e 3,

respectivamente, é: lipídeos; lipídeos; proteínas.

As substâncias lipossolúveis atravessam a membrana, passando diretamente através da dupla camada lipídica. As demais são transportadas pelas moléculas protéicas que se movimentam, recolhendo-as de um lado e largando-as do outro. Íons e pequenas moléculas hidrossolúveis, inclusive a própria água, atravessam a membrana por minúsculos canais formados pelas moléculas protéicas.

A Parede Celular

Aparece nas células dos vegetais, das algas protistas, dos fungos e dos organismos procariontes (bactérias e cianofíceas) como um envoltório rígido e espesso, que serve de proteção e suporte. Não existe nas células dos animais ou dos protozoários. Sua composição química varia segundo o tipo celular. Assim, nas bactérias é composta de glicoproteínas; nas algas diatomáceas compõe-se de sílica; nos fungos é constituída de quitina, etc.

As células vegetais que permanecem em contato direto com a atmosfera apresentam uma cobertura de substâncias de natureza graxa (cutina ou cera), cujo objetivo é evitar a perda excessiva de água. Geralmente a parede celular não é contínua, deixa uns poros ou pontuações em certas regiões por onde o citoplasma de uma célula se comunica com o citoplasma de células vizinhas,esses poros são denominados plasmodesmos.

Atividades da Membrana Plasmática

O que caracteriza a vida da célula é a sua inalterável constituição físicoquímica, e compete à membrana celular manter um controle rígido do intercâmbio de substâncias entre os meios intra e extracelular. O conjunto de substâncias que formam a matéria viva e ativa da célula recebe o nome de protoplasma e compõe-se de soluções coloidais, soluções químicas e suspensões. As soluções coloidais não atravessam as membranas semipermeáveis, entretanto a água e as soluções químicas podem atravessar facilmente a membrana pelo processo de difusão simples que compreende a osmose e a diálise.

A osmose é a passagem de moléculas de água através de uma membrana semipermeável sempre no sentido do meio hipotônico para o meio hipertônico. Se a célula não se mantiver em isotonia com o meio extracelular pode ocorrer a turgescência ou a plasmólise. Na turgescência a célula absorve um excesso de água que a faz aumentar de volume, podendo ocorrer a ruptura da membrana e a morte celular. Na plasmólise a célula perde água para o meio e se desidrata. Seu volume sofre retração, podendo ocorrer à morte celular. Recolocada em meio isotônico ela volta ao volume normal.

A figura ao lado representa uma hemácia (A) que sofre plasmólise quando mergulhada em um meio hipertônico (1), e turgescência quando mergulhada em um meio hipotônico (2).

A diálise é a difusão de partículas do soluto das soluções químicas através da membrana plasmática sempre no sentido da solução mais concentrada para a solução menos concentrada.

Na difusão facilitada participam moléculas de natureza protéica que recolhem pequenas moléculas e íons do meio extracelular e os descarregam no meio intracelular e vice-versa.

A osmose, a diálise e a difusão facilitada são consideradas como transporte passivo, pois em nenhuma delas ocorre dispêndio de energia pela célula. Em função dessas atividades, dizemos que a membrana plasmática é dotada de permeabilidade seletiva, controlando as substâncias que entram ou saem do meio celular.

A membrana realiza ainda o transporte ativo e o transporte em bloco.

No transporte ativo já se observa o consumo de energia pela célula. Ele consiste na passagem de moléculas de um lado para o outro da membrana plasmática sempre contra um gradiente de concentração, contra as leis da difusão. A absorção de sais pelas raízes das plantas e a passagem da glicose para o interior das células são exemplos de transporte ativo.

Figura representativa de transporte ativo

1 - Captura de íons Na+   2 - Liberação de íons Na+    3 - Captura de íons K+   4 - Liberação de íons K+

O transporte em bloco compreende o englobamento de substâncias cujo volume não poderia atravessar a membrana sem rompê-la. A célula promove modificações na sua superfície no sentido de englobar o material a ser recolhido ou eliminado. Compreende a endocitose (fagocitose e pinocitose) e a exocitose. A fagocitose é o englobamento de partículas sólidas. Amebas, leucócitos e macrófagos (tecido conjuntivo) realizam fagocitose emitindo pseudópodos (expansões citoplasmáticas) que abraçam o material a ser englobado. A pinocitose é o englobamento de partículas líquidas. As células da mucosa intestinal absorvem os nutrientes resultantes da digestão por pinocitose. A exocitose ou clasmocitose é um movimento contrário à endocitose destinado à expulsão de substâncias.

O CITOPLASMA E SUAS ESTRUTURAS

O citoplasma tem uma estrutura complexa com uma emaranhada rede de canalículos, e os espaços que permeiam essa rede são preenchidos por um material que constitui o hialoplasma ou citoplasma fundamental.

No espaço entre a membrana plasmática e a nuclear encontram-se: retículo endoplasmático, mitocôndrias, complexo ou aparelho golgiense, cloroplastos, centríolos, ribossomos, lisossomos, vacúolos e microtúbulos.

O retículo endoplasmático é um sistema de canalículos que confluem para pequenos vacúolos ou se abrem em bolsas achatadas ou cisternas, formando uma emaranhada rede que ocupa a maior parte do citoplasma. Todo esse sistema é delimitado por membranas lipoprotéicas. Ele só é encontrado nas células dos eucariontes, estendendo-se muitas vezes desde a membrana plasmática até a carioteca, aumentando grandemente a superfície interna celular.

Quando o retículo endoplasmático apresenta membranas lisas, sem ribossomos, é chamado de retículo endoplasmático nãogranuloso (RENG), funcionando na síntese de lipídios e como via de transporte de substâncias de um ponto para outro do citoplasma.

Em alguns pontos observa-se a presença de grande número de ribossomos aderidos à face externa das membranas do retículo endoplasmático. Os ribossomos são grânulos formados de proteínas e RNA que atuam na síntese protéica. As regiões do retículo endoplasmático onde se acumulam os ribossomos caracterizam o retículo endoplasmático granuloso (REG). Nas células glandulares e naquelas onde a síntese protéica é intensa, o REG se mostra muito desenvolvido.

O RENG desempenha as seguintes funções:

. Transporta substâncias através da formação de vesículas;

. Armazena substâncias por meio de vacúolos;

. Sintetiza lipídios como o colesterol, a lecitina e os hormônios sexuais.

Além dessas funções, sintetiza proteínas graças à presença dos ribossomos.

 O complexo golgiense é uma região especial do RENG que se mostra como um

empilhamento de bolsas achatadas ou cisternas, rodeadas de pequenos vacúolos ou vesículas

que se desprendem da bolsa por brotamento. Existe em todas as células eucariotas.

Desenvolve as seguintes atividades:

• Acúmulo de proteínas sintetizadas no REG para posterior eliminação por clasmocitose;

• produção de glicoproteínas e de esteróides.

As mitocôndrias são encontradas em todas as células eucariotas. O seu contorno é delimitado por uma dupla membrana lipoprotéica.A externa é lisa e a interna é pregueada ou franjada, com numerosas dobras perpendiculares ao eixo do orgânulo chamadas de cristas mitocondriais. Essas cristas dividem o interior da mitocôndria em áreas que fazem continuidade entre si. O interior do orgânulo é preenchido por um material homogêneo, a matriz mitocondrial.

Desenvolvem importante atividade nos processos metabólicos celulares. Reprocessam a energia contida nas moléculas dos compostos orgânicos obtidos pela alimentação (respiração celular),transferindo o acúmulo energético para outras moléculas especializadas para armazenamento e liberação rápida de energia. Elas produzem moléculas de ATP (adenosina trifosfato). Possuem DNA e ribossomos, assim, sintetizam suas próprias proteínas e se auto-reproduzem.

Plastos são orgânulos de estrutura membranosa encontrados em todas as células vegetais e em alguns protistas como as euglenófitas e diatomáceas. São inexistentes nas moneras, nos fungos e nos animais.

Os plastos são dotados de uma dupla membrana de natureza lipoprotéica. A externa é lisa e a interna faz dobras ou franjas que se dispõem como lâminas paralelas no sentido do maior eixo do plasto. Essas dobras se chamam lamelas e na sua estrutura química se encontra a clorofila, substância extremamente importante para a realização da fotossíntese. São portadores de DNA, RNA, ribossomos e se auto-reproduzem.

Compreendem algumas variedades que se distinguem essencialmente pela cor, em função dos pigmentos de que são portadores. Cloroplastos (verdes - com clorofila), leucoplastos (brancos - com amido ou lipídios) e cromoplastos (amarelos; pardos; vermelhos).

De qualquer cor, todos eles são cloroplastos disfarçados, que acumularam pigmentos diversos, encobrindo a clorofila. Os leucoplastos são brancos pelo acúmulo de amido, lipídios ou proteínas. São abundantes nas células de armazenamento das  raízes, caules e frutos. Os cromoplastos acumulam pigmentos carotenóides que lhes dão a cor amarela, alaranjada ou vermelha. Podem ser vistos nas folhas, nos frutos, na cenoura, beterraba, etc.

Os lisossomos são minúsculas vesículas delimitadas por membrana lipoprotéica e espalhadas pelo citoplasma. Existem sempre nas células animais. Desempenham papel importante na realização da digestão intracelular, pois encerram no seu interior razoável quantidade de enzimas hidrolisantes (proteolíticas, lipolíticas e glicolíticas).

Atuam intensamente na autólise e autofagia. Quando um orgânulo envelhecido é digerido no lisossomo ocorre a autofagia e quando há necessidade da destruição total da célula os lisossomos se rompem e seu conteúdo se derrama no citoplasma, realizando a autólise (metamorfose dos sapos, por exemplo).

  O desenvolvimento de seres multicelulares depende da morte programada de certas células. Esse fenômeno biológico, regulado por genes, é conhecido como apoptose e está ilustrado nestas figuras:

I - Durante a metamorfose, desaparecem as guelras, as nadadeiras e a cauda.

II - No embrião, os sulcos dos dedos das mãos são formados como conseqüência da morte das células das membranas interdigitais a apoptose que ocorre no caso I resulta da ação de enzimas digestivas presentes nos lisossomos.

A ocorrência de alterações nos genes responsáveis pela apoptose, nos casos I e II, pode ser transmitida aos descendentes.

Os vacúolos dividem-se em três tipos essenciais: digestivos, pulsáteis e de suco celular.

Os vacúolos digestivos são resultantes da fusão de fagossomos ou pinossomos com os lisossomos (fagocitose e pinocitose).

Os vacúolos pulsáteis ou contráteis são encontrados nos protozoários e euglenófitas, nos quais contribuem para a manutenção do equilíbrio homeostático, pois eliminam o excesso de água e alguns derivados nitrogenados do metabolismo protéico, como amônia. Os vacúolos de suco celular são observados nas células vegetais. Contêm água com algumas substâncias e pigmentos. Pequenos e numerosos nas células vegetais jovens, crescem e se fundem na célula vegetal adulta, formando poucos e enormes vacúolos repletos de líquidos que deslocam o citoplasma para a periferia.

O centríolo é uma estrutura não membranosa do citoplasma, existente em células de animais e de vegetais inferiores (algas e briófitas). Só é bem visível durante a mitose (divisão celular), quando dele se irradiam os microtúbulos que orientam a distribuição dos cromossomos para as células-filha. São importantes também na formação de flagelos e cílios.

Os ribossomos são grãos formados por RNA e proteínas. Estão presentes em todos os seres vivos. Podem ser encontrados dispersos no citoplasma (procariontes) ou ligados ao REG (eucariontes)

O NÚCLEO CELULAR

O botânico escocês Robert Brown (1773 - 1858) verificou que as células possuíam um corpúsculo geralmente arredondado, que ele chamos de núcleo (do grego nux: 'semente'). Ele imaginou que o núcleo era uma espécie de "semente" da célula.

O núcleo é a maior estrutura da célula animal e abriga os cromossomos. Cada cromossomo contém vários genes, o material genético que comanda as atividades celulares. Por isso, dizemos que o núcleo é o portador dos fatores hereditários (transmitidos de pais para filhos) e o regulador das atividades metabólicas da célula. É o "centro vital" da célula.

Envoltório nuclear (carioteca)- É a membrana que envolve o conteúdo do núcleo, ela é dotada de numerosos poros, que permitem a troca de substãncias entre o núcleo e o citoplasma. De maneira geral, quanto mais intensa é a atividade celular, maior é o número de poros na carioteca.

Nucleoplasma - É o material gelatinoso que preenche o espaço interno do núcleo.

Nucléolo - Corpúsculo arredondado e naõ membranoso que se acha imerso na cariolinfa. Cada filamento contém inúmeros genes. Numa célula em divisão, os longos e finos filamentos de cromatina tornam-se mais curtos e mais grossos: passam, então, a ser chamados cromossomos.

Os cromossomos são responsáveis pela transmissão dos caracteres hereditários.

Durante a interfase (fora do período de divisão), não se observam os cromossomos. O material que os forma está desenrolado, constituindo-se em pequenos filamentos de cromatina. Durante a divisão celular, esses filamentos se enrodilham e individualizam os cromossomos.

As numerosas moléculas de DNA encerradas no cromossomo representam os seus genes, o material genético responsável pela transmissão dos caracteres hereditários de pais a filhos. Cada cromossomo contém um grande número de genes.

Cariótipo e Genoma

Os cromossomos são responsáveis pela transmissão dos caracteres hereditários, ou seja, dos caracteres que são transmitidos de pais para filhos. Os tipos de cromossomos, assim como o número deles, variam de uma espécie para a outra. As células do corpo de um chimpanzé, por exemplo, possuem 48 cromossomos, as do corpo humano, 46 cromossomos, as do cão, 78 cromossomos e as do feijão 22.

Note que não há relação entre esse número e o grau evolutivo das espécies.

Cariótipo é a constante cromossômica diplóide (2n) das células somáticas. É o conjunto de cromossomos da espécie. Nos seres humanos 2n = 46.

Na espécie humana, os cromossomos são classificados em 7 grupos, compreendendo 22 pares de cromossomos autossômicos, e mais um par de cromossomos sexuais que, no homem, é XY e, na mulher, XX. A partir da análise de cariótipos, informações valiosas podem ser obtidas, tais como a existência de cromossomos extras ou de quebras cromossômicas, auxiliando no diagnóstico de certas anomalias genéticas.

Genoma é a constante cromossômica haplóide (n) dos gametas. É a metade dos cromossomos da espécie. Nos seres humanos n = 23.

Células haplóides e diplóides

Para que as células exerçam a sua função no corpo dos animais, elas devem conter todos os cromossomos, isto é dois cromossomos de cada tipo: são as células diplóides. Com exceção das células de reprodução (gametas), todas as demais células do nosso corpo são diplóides. Porém, algumas células possuem em seu núcleo apenas um cromossomo de cada tipo. São as células haplóides. Os gametas humanos - espermatozóides e óvulos - são haplóides. Portanto os gametas são células que não exercem nenhuma função até encontrarem o gameta do outro sexo e completarem a sua carga genética.

Nos seres humanos, tanto o espermatozóide como o óvulo possuem 23 tipos diferentes de cromossomos, isto é, apenas um cromossomo para cada tipo. Diz-se então que nos gametas humanos n= 23 (n é o número de cromossomos diferentes). As demais células humanas possuem dois cromossomos de cada tipo. Essas células possuem 46 cromossomos (23 pares) no núcleo e são representadas por 2n = 46.

Nas células diplóides do nosso corpo, os cromossomos podem, então, ser agrupados dois a dois. Os dois cromossomos de cada par são do mesmo tipo, por possuírem a mesma forma, o mesmo tamanho e o mesmo número de genes. Em cada par, um é de origem materna e outro, de origem paterna.