Ultraestrutura da Membrana Celular e Organelas: Funções e Importância na Célula

DESCRIÇÃO A ultraestrutura da membrana do citoplasma e das organelas citoplasmáticas e seus papéis na célula como unidade morfofuncional básica dos seres vivos PROPÓSITO Conhecer a ultraestrutura da membrana do citoplasma e seus componentes e a associação das suas funções com o funcionamento da célula OBJETIVOS MÓDULO 1 Descrever a estrutura as funções e as especializações da membrana plasmática MÓDULO 2 Reconhecer os mecanismos de transporte e sinalização celular transmembrana MÓDULO 3 Identificar as organelas citoplasmáticas MÓDULO 4 Descrever a matriz extracelular e o citoesqueleto INTRODUÇÃO A partir de agora estudaremos os componentes que formam a ultraestrutura das membranas celulares e compreender a sua importância como barreira limitante e de comunicação entre o meio externo e o meio intracelular para que a vida possa ser sustentada Aprenderemos como se caracterizam as organelas e o citoesqueleto presentes no citoplasma e suas respectivas funções nos processos do metabolismo celular MÓDULO 1 Descrever a estrutura as funções e as especializações da membrana plasmática COMPOSIÇÃO DA MEMBRANA PLASMÁTICA A membrana plasmática é uma estrutura delgada que envolve a célula medindo entre 75 e 10nm de espessura visível apenas em microscopia eletrônica É composta por lipídios proteínas e hidratos de carbono e sua estrutura básica é semelhante à encontrada nas demais membranas celulares sistemas de endomembranas organelas e envoltório nuclear ATENÇÃO As membranas celulares não representam somente barreiras de compartimentalização da célula mas são estruturas de atividades complexas São barreiras reais com permeabilidade seletiva que controlam a entrada e a saída de íons e pequenas moléculas o que impede a troca indiscriminada de elementos das organelas entre si e dos componentes internos da célula com o meio extracelular bem como dá suporte físico para toda atividade organizada das enzimas dentro da célula Por meio da formação de pequenas vesículas de transporte essas membranas permitem o deslocamento de substância através do citoplasma Ainda participam dos processos de incorporação de substâncias presentes no meio extracelular chamado endocitose e de secreção de substâncias para o meio extracelular denominado exocitose ULTRAESTRUTURA DA MEMBRANA As membranas celulares possuem a mesma estrutura básica e são formadas pelos componentes apresentados a seguir Imagem Shutterstockcom Estrutura da bicamada lipídica das membranas FOSFOLIPÍDIOS Os lipídios são substâncias insolúveis em água mas solúveis em solventes orgânicos Os fosfolipídios são os mais abundantes nas membranas constituídos por uma cabeça polar ou hidrofílica e duas caudas de hidrocarbonetos apolares ou hidrofóbicas Existem diferentes tipos de fosfolipídios encontrados nas membranas As cadeias de hidrocarbonetos dos fosfolipídios podem ser saturadas ou não Nas cadeias saturadas o fosfolipídio adota uma configuração plana criando assim conjuntos bem compactos Nas cadeias não saturadas são formadas angulações que separam os fosfolipídios e dão à bicamada uma configuração menos compacta Essa conformação dos fosfolipídios com uma região hidrofílica e outra hidrofóbica os caracteriza como moléculas anfipáticas Em meio aquoso os fosfolipídios tendem naturalmente a formar bicamada com as caudas apolares voltadas para a região hidrofóbica e as cabeças hidrofílicas em contato com a água na área citoplasmática ou não citoplasmática A bicamada lipídica proporciona fluidez à membrana e forma uma barreira de permeabilidade seletiva Imagem Shutterstockcom Esfingomielina componente da membrana importante nas células nervosas ESFINGOLIPÍDIOS São componentes de membrana encontrados em menor quantidade Possuem a mesma estrutura dos fosfolipídios entretanto com diferenças químicas na formação da cabeça hidrofílica e das caudas hidrofóbicas Imagem Shutterstockcom Colesterol em membrana plasmática COLESTEROL É um esterol presente nas células animais relacionado à fluidez da membrana pela sua localização entre as caudas hidrofóbicas alterando a compactação dos ácidos graxos Ele reforça a bicamada lipídica tornandoa mais rígida e menos permeável Os lipídios correspondem aproximadamente a um teor de 40 nas membranas celulares mas esse teor pode variar em outros tipos de membranas Quanto mais moléculas de colesterol na membrana mais rígida ela é enquanto menos moléculas fazem com que a membrana fique mais fluida Imagem Shutterstockcom adaptada por Regina Braga PROTEÍNAS São as moléculas responsáveis pela maioria das funções específicas das membranas como transporte de íons e moléculas polares transdução de sinais interação com hormônios neurotransmissores e fatores de crescimento entre outros indutores químicos As proteínas de membrana se associam aos lipídios de duas formas PROTEÍNAS INTRÍNSECAS OU INTEGRAIS PROTEÍNAS EXTRÍNSECAS OU PERIFÉRICAS PROTEÍNAS INTRÍNSECAS OU INTEGRAIS Atravessam a membrana ficando com uma porção voltada para o citoplasma uma parte mergulhada na bicamada lipídica e outra parte voltada para a região não citoplasmática Canais iônicos proteínas transportadoras e receptoras são exemplos de funções dessas proteínas As proteínas integrais estão inseridas entre os lipídios da bicamada podendo ir da zona hidrofóbica até a face externa ou até mesmo atravessar a bicamada de um lado ao outro nesse caso quando podem atravessar a bicamada mais de uma vez são chamadas de proteínas transmembrana Essa disposição das proteínas está relacionada à hidrofilia e à hidrofobia de seus aminoácidos As regiões hidrofóbicas ficam dispostas entre os ácidos graxos dos fosfolipídios PROTEÍNAS EXTRÍNSECAS OU PERIFÉRICAS Não interagem diretamente com a região hidrofóbica da bicamada lipídica ficando voltadas para a região citoplasmática ou para a não citoplasmática A assimetria apresentada pelas proteínas é bem maior do que a encontrada nos lipídios Proteínas periféricas podem ser encontradas nas duas faces da membrana plasmática aderidas aos fosfolipídios ou a proteínas integrais por meio de ligações covalentes A proporção de proteínas nas membranas pode variar de acordo com a atividade funcional da membrana As membranas plasmáticas possuem teor de cerca de 50 de proteínas a bainha de mielina das células nervosas possui proteínas correspondendo a 25 do peso total enquanto nas membranas internas de mitocôndrias e cloroplastos as proteínas correspondem a 75 Imagem Shutterstockcom Carboidratos voltados para a região não citoplasmática CARBOIDRATOS São encontrados na região não citoplasmática das membranas isto é na membrana plasmática Estão voltados para o meio extracelular em organelas citoplasmáticas estão voltados para o lúmen Na membrana ainda encontramos os glicolipídios que resultam da ligação entre um glicídio carboidrato e a porção hidrofílica dos fosfolipídios Possui uma forte tendência de ligação devido às ligações de hidrogênio que se formam entre as moléculas de açúcar A disposição somente na face externa aumenta ainda mais a assimetria da bicamada Os glicolipídios servem de proteção para a membrana contra ácidos e enzimas além de participarem dos processos de reconhecimento celular A combinação dos diferentes glicolipídios na superfície celular forma o glicocálix com uma espessura de cerca de 10 a 20nm que é o principal responsável pela carga negativa da superfície celular e confere proteção à célula EXEMPLO Para que uma bactéria entre numa célula é necessário que essa célula apresente um determinado tipo de glicolipídio na sua superfície A PRINCIPAL FUNÇÃO DOS CARBOIDRATOS LIGADOS ÀS MEMBRANAS É O RECONHECIMENTO MOLECULAR PERMITINDO A COMUNICAÇÃO INTERCELULAR MODELO DO MOSAICO FLUIDO O modelo estrutural da membrana plasmática considerando sua fluidez foi proposto por Singer e Nicolson em 1972 Esse modelo ficou conhecido como modelo do mosaico fluido e foi o resultado de anos de pesquisas e experimentos considerando estudos físicos químicos e biológicos Imagem Shutterstockcom Modelo do mosaico fluido Como vimos a natureza anfipática do fosfolipídio é responsável pela organização da membrana plasmática em duas camadas Nas faces externas das células e na parte voltada para o citoplasma existe água que faz com que as cabeças dos fosfolipídios fiquem direcionadas a esses ambientes Entre as camadas onde não há água são encontradas apenas as caudas de cadeias de hidrocarbonetos As duas faces da membrana plasmática não são exatamente idênticas em suas composições Por isso dizemos que a membrana plasmática é assimétrica A distribuição dos fosfolipídios na face externa da membrana difere da distribuição da face interna Encontramos também pequenas diferenças ao compararmos a membrana plasmática às endomembranas da célula assim como há diferenças ao compararmos membranas de diferentes tipos celulares ENDOMEMBRANAS Membranas que delimitam as organelas citoplasmáticas FLUIDEZ DA MEMBRANA A membrana plasmática apresenta fluidez em temperaturas fisiológicas porque os fosfolipídios não estão estáticos eles podem se movimentar livremente pela bicamada Imagem Shutterstockcom Com temperaturas mais altas os fosfolipídios se movimentam mais fazendo com que a membrana fique mais fluida Imagem Shutterstockcom Em temperaturas mais baixas eles tendem a formar grupos mais compactos deixando assim a membrana mais rígida Essa fluidez relacionase à capacidade de seus componentes se movimentarem livremente através da superfície da membrana que podem se movimentar lateralmente rodar em seu próprio eixo e ainda trocar de camada embora este último movimento seja menos frequente ATENÇÃO A fluidez da membrana vai variar com o comprimento e o número de duplas ligações das cadeias de ácidos graxos dos lipídios Quanto maior o número de fosfolipídios insaturados com duplas ligações mais fluida a membrana será No entanto quanto mais longas as cadeias carbônicas maior será a rigidez Cadeias longas possuem maior interação limitando a movimentação de cada uma Alguns organismos mais simples podem modular a síntese dos fosfolipídios com mais duplas ligações em situações de temperatura mais baixa garantindo assim a manutenção da fluidez da membrana ESTRUTURA DA MEMBRANA Neste vídeo a professora Mildred Ferreira explica como está organizada a membrana plasmática e suas características que lhe conferem as propriedades de fluidez e seletividade FUNÇÕES DA MEMBRANA PLASMÁTICA A membrana tem como uma de suas funções regular a entrada e a saída de substâncias entre a célula e o meio mediante uma capacidade chamada permeabilidade seletiva que será vista detalhadamente adiante OUTRA FUNÇÃO É A SUA INTERVENÇÃO NOS MECANISMOS DE RECONHECIMENTO CELULAR POR MEIO DE RECEPTORES ESPECÍFICOS O QUE GARANTE QUE A CÉLULA MANTENHA SUAS CONDIÇÕES IDEAIS AO LONGO DE SUA VIDA GARANTINDO A HOMEOSTASE CELULAR A membrana é responsável pelos processos de adesão celular essenciais para a estruturação de organismos multicelulares ESPECIALIZAÇÕES DA MEMBRANA PLASMÁTICA Algumas células possuem modificações ou especializações de certos trechos da membrana plasmática cuja principal função é aumentar a adesão celular Determinadas especializações além de unirem células impedem ou facilitam o trânsito de substâncias de uma célula para outra ou para o meio externo Imagem Shutterstockcom Essas especializações na estrutura da membrana plasmática são MICROVILOSIDADES Projeções citoplasmáticas delgadas imóveis localizadas na região apical da célula que aumentam a superfície de contato e de troca da célula com o meio permitindo que haja maior eficiência na absorção logo estão presentes nas faces que não encostam em outras células vizinhas Podem ser encontradas nas células absortivas do epitélio intestinal e nos túbulos proximais dos rins Imagem Shutterstockcom Esquema de células com microvilosidades em uma das faces CÍLIOS Numerosas projeções cilíndricas curtas com movimentos rítmicos que deslocam muco e outras substâncias na superfície do epitélio como os cílios encontrados no epitélio das tubas uterinas Imagem Shutterstockcom Células ciliadas do epitélio respiratório FLAGELOS Projeções cilíndricas longas móveis que dão movimento à célula como o que encontramos nos espermatozoides As células geralmente possuem um ou pouquíssimos flagelos Imagem Shutterstockcom Espermatozoides e seus longos flagelos INTERDIGITAÇÕES São saliências e reentrâncias da membrana celular que estabelecem a união e a comunicação com as células vizinhas e aumentam a extensão da superfície celular facilitando as trocas entre as células São encontradas por exemplo em células epiteliais Imagem Shutterstockcom Interdigitações DESMOSSOMOS Encontradas nas células epiteliais são especializações em forma de placa arredondada que aumentam a adesão entre células vizinhas constituindose pelas membranas de duas células vizinhas São locais onde o citoesqueleto se prende à membrana celular e ao mesmo tempo as células aderem umas às outras como ancoradas Esse tipo de adesão é dependente de íons de cálcio A face das duas células epiteliais em contato com a lâmina basal apresenta estruturas parecidas com os desmossomos chamados hemidesmossomos por não possuírem a metade correspondente à outra célula epitelial Imagem Shutterstockcom Esquema de desmossomo ZONAS DE ADESÃO Também chamadas de junções aderentes são responsáveis pela adesão entre as células São estruturas semelhantes às estruturas dos desmossomos que formam um cinto contínuo em volta da célula São formadas por filamentos de actina e miosina e encontradas em células epiteliais ZONAS OCLUSIVAS Também denominadas junções de oclusão são responsáveis pela vedação entre as células Formam um cinturão ao redor das células epiteliais por meio da união entre as células vizinhas de forma a impedir a passagem e o armazenamento de substâncias nos espaços intercelulares vedando a comunicação entre os meios JUNÇÕES COMUNICANTES Têm como função a sinalização celular por meio de íons e moléculas sinalizadoras que atravessam do citoplasma de uma célula diretamente para o citoplasma da célula seguinte sem necessidade de passagem pelo meio extracelular A passagem do sinalizador se dá pelo interior de um poro formado pelas extremidades de duas proteínas cada uma proveniente de uma célula em junção Esse transporte é muito rápido tornando essa especialização juncional a mais eficiente forma de comunicação entre células animais O tamanho e a forma da junção comunicante são variáveis e mudam de acordo com o momento funcional da célula É o tipo de junção mais frequente entre as células e é encontrado em praticamente todas as células dos vertebrados exceto em células sanguíneas espermatozoides e músculo esquelético VERIFICANDO O APRENDIZADO 1 A MEMBRANA PLASMÁTICA É O ENVOLTÓRIO CELULAR QUE TEM FLUIDEZ E PERMEABILIDADE SELETIVA MARQUE ENTRE AS OPÇÕES A SEGUIR AQUELA QUE DESCREVE CORRETAMENTE A COMPOSIÇÃO BIOQUÍMICA DA MEMBRANA PLASMÁTICA A A membrana plasmática é composta por uma camada lipídica e outra camada proteica com carboidratos inseridos em ambas as faces B A membrana plasmática é composta por uma bicamada fosfolipídica contendo proteínas integrais e periféricas além de carboidratos apenas na área não citoplasmática C O colesterol é um lipídio que fica preso à cabeça hidrofílica da bicama fosfolipídica e às proteínas periféricas enquanto os carboidratos ficam voltados para a área citoplasmática D A bicamada lipídica da membrana plasmática é composta por uma camada de fosfolipídios e outra de colesterol contendo proteínas e carboidratos periféricos E A membrana plasmática é formada por uma bicamada de colesterol onde fosfolipídios estão ancorados junto com proteínas e carboidratos 2 A DOENÇA DA INCLUSÃO DAS MICROVILOSIDADES É UM DISTÚRBIO CONGÊNITO DAS CÉLULAS EPITELIAIS DO INTESTINO QUE SE MANIFESTA ESSENCIALMENTE POR DIARREIA AQUOSA PERSISTENTE DESDE O PRIMEIRO DIA DE VIDA CARACTERIZANDO UMA DOENÇA GRAVE OS ALIMENTOS NÃO SÃO ABSORVIDOS DEVIDO À SUPERFÍCIE LISA E DESORGANIZADA DAS CÉLULAS DO EPITÉLIO INTESTINAL ADAPTADO DE OLIVEIRA A NASCIMENTO H MONTEIRO J MENDONÇA J DOENÇA DA INCLUSÃO DAS MICROVILOSIDADES A IMPORTÂNCIA DO TRABALHO DE ENFERMAGEM NA DOENÇA CRÓNICA GRAVE REVISTA NASCER E CRESCER PORTO V 16 N 2 P 8183 2007 MARQUE A OPÇÃO QUE DESCREVE CORRETAMENTE AS MICROVILOSIDADES A São especializações da membrana que possuem movimento e auxiliam no deslocamento de muco e outras substâncias B São especializações da membrana que formam um cinturão ligando células adjacentes por meio de canais de passagem C São especializações da membrana que aumentam a superfície de contato absortiva e de troca entre a célula e o meio D São especializações cilíndricas e longas da membrana que possuem movimento e dão mobilidade às células E São especializações da membrana que reforçam a adesão entre células vizinhas na forma de ancoragem GABARITO 1 A membrana plasmática é o envoltório celular que tem fluidez e permeabilidade seletiva Marque entre as opções a seguir aquela que descreve corretamente a composição bioquímica da membrana plasmática A alternativa B está correta A membrana plasmática é formada por uma bicamada de fosfolipídios com colesterol preso à cauda hidrofóbica possui também proteínas integrais e periféricas além de carboidratos voltados para a região não citoplasmática 2 A doença da inclusão das microvilosidades é um distúrbio congênito das células epiteliais do intestino que se manifesta essencialmente por diarreia aquosa persistente desde o primeiro dia de vida caracterizando uma doença grave Os alimentos não são absorvidos devido à superfície lisa e desorganizada das células do epitélio intestinal Adaptado de OLIVEIRA A NASCIMENTO H MONTEIRO J MENDONÇA J Doença da inclusão das microvilosidades a importância do trabalho de enfermagem na doença crónica grave Revista Nascer e Crescer Porto v 16 n 2 p 8183 2007 Marque a opção que descreve corretamente as microvilosidades A alternativa C está correta As microvilosidades são especializações da membrana plasmática caracterizadas por serem projeções citoplasmáticas presentes nas faces livres das células que aumentam a superfície de contato e de troca entre a célula e o meio tendo papel fundamental na absorção de células epiteliais do intestino MÓDULO 2 Reconhecer os mecanismos de transporte e sinalização celular transmembrana PERMEABILIDADE DA MEMBRANA A membrana plasmática limita a célula separando o conteúdo citoplasmático do meio extracelular No entanto as células passam sua vida interagindo com o ambiente externo seja pelas trocas gasosas por conta da respiração celular seja pela obtenção de íons e outras moléculas necessárias para a sua manutenção metabólica Imagem Shutterstockcom Dizemos que a membrana possui permeabilidade seletiva isto é possui a capacidade de controlar quais moléculas atravessam seus domínios Isso ocorre pela natureza lipídica da estrutura da membrana e todos os elementos que acessam a membrana respeitam critérios universais independentemente do tipo de célula e função que executa Para que os elementos possam atravessar a membrana é necessário corresponder a alguns critérios que envolvem tamanho polaridade e carga Moléculas menores têm mais facilidade de atravessar a bicamada da membrana Pelo fato de a membrana ser apolar moléculas apolares atravessam com mais facilidade do que moléculas polares Moléculas com carga mesmo muito pequenas não conseguem atravessar a bicamada lipídica Esses critérios atuam em conjunto de modo que as moléculas pequenas apolares e sem carga atravessam com mais facilidade a bicamada lipídica Dois bons exemplos são as moléculas de oxigênio e gás carbônico A água e o glicerol que são moléculas polares mas ainda pequenas e sem carga também conseguem atravessar a membrana Os íons como Na K e Cl mesmo sendo moléculas muito pequenas são hidrofílicos ligandose à grande quantidade de moléculas de água o que aumenta em muito o seu tamanho impossibilitando os de atravessar a bicamada ATENÇÃO Um outro ponto a se considerar é a concentração algumas moléculas atravessarão a membrana somente quando a concentração for maior de um lado do que do outro O oxigênio por exemplo entra na célula quando sua concentração no meio extracelular é maior do que no meio intercelular Isso vale para a saída de moléculas da célula também MECANISMOS DE TRANSPORTE TRANSMEMBRA NARES Como foi dito a permeabilidade seletiva está relacionada à natureza das moléculas seja física ou química e não tem relação com a função dessa molécula Basicamente dividimos os transportes transmembranares em dois tipos Imagem Shutterstockcom adaptada por Carolina Burgos e Angelo Souza Esquema de transportes passivo e ativo através da membrana plasmática É importante saber que as substâncias se movem naturalmente segundo um gradiente de concentração da região de alta concentração para a de mais baixa concentração ou do meio hipertônico para o meio hipotônico MEIO ISOTÔNICO É aquele em que a concentração de soluto está em equilíbrio entre os dois meios MEIO HIPERTÔNICO É aquele em que a concentração de soluto é maior em um meio do que no outro MEIO HIPOTÔNICO É aquele em que a concentração de soluto é menor em um meio do que no outro TIPOS DE TRANSPORTE PASSIVO Existem 2 tipos de transporte passivo Difusão e Osmose a seguir vamos conhecer mais sobre eles DIFUSÃO É o movimento de substâncias do meio hipertônico para o meio hipotônico até que haja equilíbrio entre os meios Encontramos dois tipos Imagem Shutterstockcom Difusão simples e facilitada transmembrana DIFUSÃO SIMPLES DIFUSÃO FACILITADA DIFUSÃO SIMPLES As substâncias fluem do meio hipertônico para o meio hipotônico respeitandose os critérios de tamanho polaridade e carga A entrada e a saída de moléculas por difusão simples ocorrem de modo que as concentrações de soluto e solvente fiquem equivalentes entre o meio intracelular e o extracelular Da mesma forma dentro da própria célula substâncias podem se difundir dentro do citoplasma DIFUSÃO FACILITADA A difusão facilitada funciona de maneira semelhante à difusão simples No entanto com o auxílio de proteínas que regulam o transporte Os íons e moléculas sem carga precisam de auxílio para atravessar a bicamada através de proteínas transmembranares Inúmeras moléculas podem atravessar a membrana sem gasto de energia seguindo o gradiente de concentração mas a difusão facilitada se realiza em velocidade maior do que a difusão simples Isto ocorre por causa de componentes proteicos os canais iônicos e as permeases que facilitam e regulam o transporte de soluto entre os lados da membrana As proteínas transportadoras atravessam a bicamada lipídica de um lado ao outro e por atravessarem a membrana mais de uma vez são do tipo multipasso Elas podem ser formadas por duas ou mais cadeias de proteínas diferentes e são altamente específicas transportando somente um tipo de molécula COMO FUNCIONAM AS PROTEÍNAS TRANSPORTADORAS São conhecidos dois grandes grupos de proteínas transportadoras de acordo com o tipo de transporte Imagem Shutterstockcom PROTEÍNAS CARREADORAS Ligamse à molécula em um dos lados da membrana e a liberam do outro lado Imagem Shutterstockcom CANAIS PROTEICOS Funcionam de modo a formarem um canal que permite a passagem de um grande número de moléculas ao mesmo tempo A maioria dos canais proteicos transportam íons por isso são chamados canais iônicos Esses canais são altamente específicos e reconhecem apenas um tipo de íon assim as células apresentam muitos canais iônicos distintos Existe uma proteína transportadora específica para a passagem de moléculas de água são as aquaporinas que estão presentes em muitos tipos celulares como nos eritrócitos mas estão ausentes em ovócitos de anfíbios e peixes OSMOSE É semelhante à difusão simples mas nesse caso as moléculas de água se movimentam do meio mais concentrado para o menos concentrado A passagem de água de um lado para o outro da membrana segue até que haja equivalência nas concentrações Imagem Shutterstockcom Representação da osmose Vimos que o transporte passivo por difusão ocorre do meio hipertônico para o meio hipotônico até que as concentrações extra e intracelular se igualem Mas há casos em que é necessário manter a desigualdade entre os meios intra e extracelular ocorrendo o movimento de moléculas contra o gradiente de concentração Isso ocorre por meio do transporte ativo TRANSPORTE ATIVO É o movimento de substâncias ou moléculas contra o gradiente de concentração com gasto energético geralmente na forma de ATP Esse tipo de transporte se dá somente por meio de proteínas carreadoras TRANSPORTES ATIVO E PASSIVO Neste vídeo a professora Mildred Ferreira demonstra as diferenças entre os transportes ativo e passivo O transporte ativo mais conhecido é a bomba de sódio e potássio Nele o sódio Na é bombeado para fora da célula enquanto o potássio K é bombeado para dentro É chamado de transporte ativo porque ocorre contra o gradiente de concentração e com gasto de energia a partir da quebra de uma molécula de ATP em ADP Pi Isto porque normalmente há mais Na no espaço extracelular do que K enquanto no espaço intracelular há mais K do que Na Em resumo o sódio entra na célula passivamente e é bombeado para fora ativamente enquanto que com o potássio ocorre o inverso Imagem Shutterstockcom Funcionamento da bomba de sódio e potássio As proteínas carreadoras podem ser classificadas em três grupos Imagem Shutterstockcom ANTIPORTE Transportam duas moléculas de cada vez mas em sentido opostos UNIPORTE Transportam apenas um tipo de molécula de cada vez SIMPORTE Transportam duas moléculas de cada vez no mesmo sentido TRANSPORTE DE MACROMOLÉCULAS Os tipos de transporte até agora discutidos servem apenas para que pequenas moléculas e íons atravessem a membrana celular entrando ou saindo da célula No entanto as células são capazes de transferir para o seu interior macromoléculas como as proteínas e até mesmo outros organismos Nesse caso tornase necessária a alteração na morfologia da membrana celular formando dobras que englobam o material a ser transportado para o interior da célula Esse tipo de transporte é chamado de endocitose e pode ocorrer por dois processos a fagocitose e a pinocitose Imagem Shutterstockcom Representação de endocitose e exocitose FAGOCITOSE A célula forma projeções chamadas pseudópodes que englobam partículas sólidas Pela natureza das partículas a serem transportadas e suas dimensões esse tipo de processo pode ser facilmente observado em microscopia óptica A fagocitose é um processo de alimentação de muitas células Para os animais representa o mecanismo de defesa no qual suas células do sistema imune englobam e destroem partículas estranhas ao organismo recebendo o nome de células fagocitárias PINOCITOSE Inicialmente descrita como englobamento de partículas líquidas é observada em praticamente todas as células e ocorre a partir da invaginação da membrana plasmática o que leva à formação de pequenas vesículas de tamanho uniforme 200nm que são puxadas para o interior da célula pelo citoesqueleto De maneira geral a pinocitose é seletiva ocorrendo somente quando a substância adere a receptores de membrana entretanto pode ser não seletiva quando as vesículas englobam todo tipo de fluido presente no meio extracelular ATENÇÃO No caso de o transporte ser no sentido do citoplasma para o meio extracelular esse processo recebe o nome de exocitose MECANISMOS DE SINALIZAÇÃO CELULAR TRANSMEMBRANA Em organismos multicelulares a comunicação entre células é fundamental permitindo que cada região do organismo execute determinada função Essa comunicação ocorre por meio de sinais químicos o que torna necessária a presença de estruturas receptoras na membrana das células Na membrana plasmática estão presentes moléculas receptoras capazes de se ligar como moléculas sinalizadoras ou simplesmente ligantes As moléculas receptoras são específicas para determinado tipo de ligante e desencadeiam uma resposta na célula correspondente ao estímulo do ligante ImagemShutterstock ATENÇÃO Nem sempre o ligante vai ser encontrado no meio ele pode fazer parte da membrana das células sinalizadoras e para isso a membrana precisa estar perto da célulaalvo para que tenha contato com o receptor Há alguns tipos de sinalização de acordo com o tipo de molécula sinalizadora e com as células que possuem receptores para esse fim Vamos conhecêlas a seguir Imagem Shutterstockcom SINALIZAÇÃO AUTÓCRINA As moléculas têm vida curta e atuam na própria célula Imagem Shutterstockcom SINALIZAÇÃO PARÁCRINA As moléculas atuam nas células vizinhas e possuem vida curta sendo inativadas logo após executarem as suas funções Imagem Shutterstockcom SINALIZAÇÃO ENDÓCRINA A molécula sinalizadora possui vida longa Os hormônios são liberados no espaço intercelular e carregados pela circulação sanguínea Imagem Shutterstockcom SINALIZAÇÃO NEURONAL Ocorre por intermédio da molécula sinalizadora chamada de neurotransmissor Essa secreção ocorre especificamente nas células nervosas nas sinapses região onde ocorre a comunicação entre um neurônio e outro Podemos encontrar neurotransmissores nas conexões entre células nervosas e células musculares ou secretoras Na sinalização dependente de contato o sinalizador não é liberado fica disposto na membrana da célula sinalizadora sendo necessário o contato com o receptor da célulaalvo para que ocorra a ligação Ao ser liberado no meio celular o ligante pode se conectar a um vasto número de células porém um número restrito de células possui o receptor para ele A resposta ao ligante vai variar de acordo com as características do receptor A maioria das células possui um conjunto específico de receptores para diferentes sinais químicos que podem ativar ou inibir suas atividades O tipo de resposta emitido por cada célula depende da estrutura molecular de seu receptor EXEMPLO Um bom exemplo dessa variação é o efeito que a acetilcolina tem em músculos esqueléticos e no músculo cardíaco No primeiro estimula a contração e no segundo diminui o ritmo e a força das contrações A comunicação através de hormônios tende a ser lenta porque leva um tempo para os hormônios se distribuírem pela corrente sanguínea Somente após deixarem os vasos por difusão podem ser captados pelas células com receptores A especificidade do hormônio depende da sua natureza química e do tipo de característica da célulaalvo Os hormônios ficam bastante diluídos na corrente sanguínea e o líquido extracelular é fundamental para que os receptores se liguem aos hormônios Os receptores podem ser intracelulares no caso de a molécula sinalizadora ser pequena ou hidrofóbica suficiente para deixar a membrana plasmática Para moléculas sinalizadoras que não podem atravessar a membrana os receptores são extracelulares expostos na superfície da membrana VERIFICANDO O APRENDIZADO 1 A MEMBRANA PLASMÁTICA POSSUI COMO UMA DE SUAS PRINCIPAIS FUNÇÕES O CONTROLE DA ENTRADA E SAÍDA DE SUBSTÂNCIAS DA CÉLULA POR CAUSA DA SUA PERMEABILIDADE SELETIVA HÁ MOLÉCULAS QUE PODEM SE MOVER LIVREMENTE ATRAVÉS DO ENVOLTÓRIO CELULAR SEGUNDO UM GRADIENTE DE CONCENTRAÇÃO DA REGIÃO MAIS CONCENTRADA PARA A MENOS CONCENTRADA SEM GASTO DE ENERGIA O TIPO DE TRANSPORTE EM QUESTÃO É A o transporte bilateral B o transporte unilateral C o transporte ativo D o transporte passivo E o transporte em bloco 2 ALÉM DE ÍONS E MOLÉCULAS AS CÉLULAS SÃO CAPAZES DE ENGLOBAR E EXPULSAR MACROMOLÉCULAS E ATÉ MESMO ORGANISMOS MICROSCÓPICOS ATRAVÉS DO SEU ENVOLTÓRIO OBSERVE A IMAGEM A SEGUIR E IDENTIFIQUE QUAL O PROCESSO QUE ESTÁ OCORRENDO NA CÉLULA A E NA CÉLULA B A Em A está ocorrendo endocitose e em B está ocorrendo fagocitose B Em A está ocorrendo fagocitose e em B está ocorrendo endocitose C Em A está ocorrendo exocitose e em B está ocorrendo pinocitose D Em A está ocorrendo pinocitose e em B está ocorrendo exocitose E Em A está ocorrendo fagocitose e em B está ocorrendo pinocitose GABARITO 1 A membrana plasmática possui como uma de suas principais funções o controle da entrada e saída de substâncias da célula Por causa da sua permeabilidade seletiva há moléculas que podem se mover livremente através do envoltório celular segundo um gradiente de concentração da região mais concentrada para a menos concentrada sem gasto de energia O tipo de transporte em questão é A alternativa D está correta Os materiais entram e saem da célula por transporte passivo como difusão simples e difusão facilitada sem gastar energia já que o deslocamento ocorre naturalmente seguindo o gradiente de concentração 2 Além de íons e moléculas as células são capazes de englobar e expulsar macromoléculas e até mesmo organismos microscópicos através do seu envoltório Observe a imagem a seguir e identifique qual o processo que está ocorrendo na célula A e na célula B A alternativa D está correta A pinocitose é um tipo de endocitose em que a célula engloba partículas e caracterizase pela formação de uma invaginação A exocitose é o processo de expulsão de partículas de dentro da célula para o meio extracelular MÓDULO 3 Identificar as organelas citoplasmáticas SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS Vimos que a célula possui uma alta complexidade e que está envolta por uma membrana que tem papel fundamental na seletividade do que entra ou sai da célula Conheceremos agora o sistema de membranas internas chamado de endomembranas que formam compartimentos e participam das funções celulares Evolutivamente acreditase que ocorreram dois processos na formação do sistema interno de membranas dos eucariotos O sistema de membranas internas se desenvolveu a partir de invaginações da membrana plasmática organizando e compartimentalizando as suas funções Para se ter uma ideia a membrana plasmática representa até 5 de todas as membranas da célula e o restante faz parte das organelas só o retículo endoplasmático tem cerca de 50 de todas as membranas na célula Pelo processo de endossimbiose ocorreram dois eventos em um uma célula procariótica englobou outra célula procariótica originando uma organela de membrana chamada mitocôndria no outro evento endossimbiótico uma célula eucariótica com mitocôndrias englobou uma célula procariótica fotossintetizante originando outra organela de membrana o cloroplasto As células procariontes são pequenas simples e não possuem nenhum sistema de endomembranas ou organelas membranosas Já as células eucariontes caracterizamse por apresentarem um sistema de endomembranas e organelas especializadas para as suas funções Imagem Shutterstockcom Célula procarionte e eucarionte QUAL A VANTAGEM EVOLUTIVA DA COMPARTIMENTALIZAÇÃO A individualização do núcleo trouxe como vantagem a separação dos processos de transcrição e tradução da síntese de proteínas no tempo e no espaço Para os processos metabólicos como síntese produção de energia e digestão surgiu a especialização por compartimento Quando consideramos o ambiente interno da célula localizamos duas regiões de compartimento a do meio intracelular e a do meio extracelular Os espaços internos das organelas das vesículas de secreção ou ingestão correspondem ao meio extracelular O meio intracelular corresponde ao citoplasma São vários os tipos de organelas e cada uma está sempre trocando informações com as outras pelos diferentes mecanismos de transporte como vimos anteriormente FORMAÇÃO DAS ORGANELAS Neste vídeo a professora Mildred Ferreira vai abordar como se formam algumas das organelas membranares O CITOPLASMA E SEUS COMPARTIMENTOS NÚCLEO O núcleo é um compartimento delimitado pelo envoltório nuclear também constituído de dupla membrana A comunicação com o citoplasma se faz a partir de complexos proteicos que permitem a troca entre o núcleo e o citoplasma No núcleo está abrigado o genoma da célula e é nele que ocorre a síntese de ribossomos e de ácidos nucleicos DNA e RNA Imagem Shutterstockcom Núcleo celular CITOPLASMA Nos procariontes o citoplasma corresponde a todo o conteúdo limitado pela membrana plasmática Nos eucariontes é todo o conteúdo compreendido entre a membrana plasmática e o núcleo O citoplasma é o maior compartimento celular estruturado em citosol citoesqueleto e organelas O citosol também chamado de matriz citoplasmática e hialoplasma é a porção líquida de consistência gelatinosa composta por água íons glicose aminoácidos proteínas lipídios Nele estão mergulhados o citoesqueleto e as organelas No citosol ocorre uma série de reações químicas do metabolismo celular como a glicólise da respiração celular Imagem Shutterstockcom Organelas citoplasmáticas de célula animal RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO No citoplasma de todas as células eucariontes existe uma rede de vesículas achatadas esféricas ou tubulosas que se intercomunicam Essas vesículas são constituídas por um conjunto de membranas que delimitam as cisternas ou o lúmen do retículo plasmático Imagem Shutterstockcom Retículo endoplasmático São reconhecidos dois tipos de retículo endoplasmático RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO LISO REL É responsável pela síntese de ácidos graxos e fosfolipídios não possui ribossomos aderidos à sua membrana e não se comunica com o núcleo Os hepatócitos são ricos em REL RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO RUGOSO RER Participa da síntese de proteínas para o complexo de Golgi é contínuo com o envoltório nuclear e suas membranas possuem ribossomos aderidos Tende a se apresentar mais desenvolvido em células com elevada síntese proteica Ambos os retículos participam do controle da homeostase celular e de processos de desintoxicação Seu desenvolvimento depende do tipo de célula tipo esse relacionado à sua função Os retículos são constituídos por membranas lipoproteicas Na face da membrana voltada para o citoplasma estão aderidos ribossomos que participam da síntese proteica As proteínas aqui produzidas podem ser secretadas pela célula ou direcionadas para outras organelas do citoplasma Eles vão se apresentar como uma grande rede de tubos distribuídos pelo citoplasma desde a camada externa do envoltório nuclear São bastante dinâmicos estando em constante reorganização Possuem grande relação com o citoesqueleto que permite essa reorganização além de promover sua sustentação RIBOSSOMOS Os ribossomos são estruturas formadas por RNA ribossomal rRNA e proteínas e são encontrados com algumas diferenças em células procarióticas e eucarióticas Não são envolvidos por membranas e são formados por um conjunto de duas unidades uma menor e uma maior com características estruturais e funcionais distintas Imagem Shutterstockcom Ribossomo que participa da síntese de proteínas a partir dos aminoácidos Nas células eucarióticas essas unidades são denominadas de 80S e são formadas pelas unidades de 40S e 60S A unidade menor 40S é composta por rRNAs 18S mais 20 proteínas a maior 60S por rRNAs 28S mais 58S 5S e 30 proteínas Nas células procarióticas as unidades são 70S formadas pelas subunidades 30S e 50S A menor possui rRNAs 16S e 21 proteína na subunidade maior temos rRNAs 23S mais 5S e 34 proteínas Os ribossomos podem ser encontrados livremente no citoplasma aderidos ao retículo endoplasmático granular ou ainda ligados uns aos outros por uma fita de RNA mensageiro Nesse caso são chamados de polirribossomos Os ribossomos encontrados em mitocôndrias e cloroplastos são iguais aos encontrados nas células procarióticas o que ajuda a explicar a teoria da endossimbiose São estruturas abundantes em células que sintetizam grandes quantidades de proteínas O RNA ribossomal representa 80 dos RNAs da célula S OU SVEDBERG Coeficiente de sedimentação onde 1S 1x1013 cmseg COMPLEXO DE GOLGI Imagem Shutterstockcom Essa organela pode ser reconhecida como uma pilha de sacos membranosos achatados e esféricos Possui composição química de fosfolipídios e proteínas e está presente em quase todas as células eucariontes O complexo de Golgi tem como funções o armazenamento e o empacotamento de substâncias provenientes do retículo endoplasmático além de ser responsável pelo direcionamento dessas substâncias para outras organelas ou para secreção e realizar síntese de polissacarídeos e hormônios sexuais Nas células vegetais participa da formação da parede celular e das lamelas ATENÇÃO A maior parte das proteínas produzidas pelo retículo deve ser direcionada para o complexo de Golgi onde serão finalizadas O complexo de Golgi é responsável pelo endereçamento das proteínas e faz isso por meio da adição de resíduos de açúcar às cadeias proteicas A glicosilação de lipídios e proteínas é uma de suas funções Também faz a adição de grupos sulfato a proteínas participando da síntese de proteoglicanas A distribuição dos produtos vindos do retículo endoplasmático pode ir para A membrana plasmática quando essas substâncias serão secretadas As vesículas de secreção que aguardam no citoplasma a sinalização para serem secretadas E os lisossomos para digestão celular LISOSSOMOS São pequenas vesículas nas quais estão contidas enzimas digestivas de todos os tipos Os lisossomos participam do processo de digestão celular digerindo as moléculas que a célula engloba ou elementos da própria célula São compostos por uma membrana que envolve cerca de 50 enzimas hidrolíticas distintas e possuem o pH ácido em torno de 5 Imagem Shutterstockcom Os lisossomos têm como função a digestão celular hidrolisam moléculas de proteínas polissacarídeos e lipídios celulares que não sejam mais necessárias O processo de digestão celular ocorre quando os lisossomos englobam as macromoléculas celulares e os componentes celulares insolúveis e os degradam em substâncias hidrossolúveis menores que podem se difundir no citoplasma onde serão metabolizados EXEMPLO Enzimas dos lisossomos ribonucleases fosfatases proteases nucleares lipases fosfolipases etc As enzimas dos lisossomos são produzidas no retículo endoplasmático granular passam para o complexo de Golgi onde são empacotadas e liberadas na forma de vesículas lisossomos primários Quando um produto é englobado por endocitose formase um vacúolo alimentar Um ou mais lisossomos fundemse no fagossomo despejando enzimas digestivas nele assim formase o vacúolo digestivo e as moléculas provenientes da digestão se fundem no citoplasma O vacúolo cheio de resíduos é chamado de vacúolo residual SAIBA MAIS Em alguns casos para desenvolvimento de um corpo como o caso da passagem de girino para sapo as células promovem autodigestão por meio do rompimento de seus lisossomos O material conseguido mediante a autodigestão é enviado através da circulação para outras partes do corpo do animal onde é aproveitado para o desenvolvimento Os lisossomos podem estar relacionados a doenças quando se rompem e matam as células É o caso da silicose doença pulmonar causada por inalação regular de pó de sílica que destrói regiões do pulmão perdendo aos poucos sua capacidade respiratória Os lisossomos não ocorrem em células vegetais Quando uma célula morre os lisossomos se rompem liberando suas enzimas e estas vão participar do processo de degradação celular juntamente com a ação de decomposição realizada por bactérias PEROXISSOMOS São estruturas de formato vesicular esférico também conhecidos como microcorpos Semelhantes aos lisossomos apresentam enzimas relacionadas a reações que envolvem o oxigênio Podem ser encontradas tanto em células animais como vegetais principalmente nas folhas Os peroxissomos possuem uma única membrana com muitas proteínas Essa membrana reveste um conjunto de enzimas que formam e usam o peróxido de hidrogênio H2O2 conhecida como água oxigenada Sua composição vai variar de acordo com o tipo de organismo tipo de célula e estágio de diferenciação celular Imagem Shutterstockcom Peroxissomos O peróxido de hidrogênio é altamente tóxico para a célula por isso é decomposto em água e oxigênio por uma enzima do peroxissomo chamada catalase A oxidação dos substratos a partir do oxigênio molecular para a formação de peróxido de hidrogênio é dada pela oxidase Os peroxissomos encontrados nos rins e no fígado têm um importante papel na desintoxicação do organismo destruindo moléculas tóxicas ATENÇÃO O que diferencia os peroxissomos dos lisossomos é a liberação de enzimas responsáveis pela destruição de moléculas tóxicas que possuem oxigênio na composição Comparativamente os lisossomos contêm as enzimas que se relacionam à digestão intracelular Os peroxissomos participam também do metabolismo dos lipídios realizando a degradação de ácidos graxos e produzindo acetilCoA Essa enzima pode ir para as mitocôndrias atuar no ciclo de Krebs ou ficar no peroxissomo para atuar no metabolismo dos lipídios Uma disfunção no funcionamento dos peroxissomos pode ocasionar doenças como a síndrome cérebrohepatorrenal na qual a mutação da enzima peroxissômica causa ausência de enzimas nos peroxissomos causando retardamento psicomotor disfunção hepática e lesão renal GLIOXISSOMOS São estruturas em forma de vesículas normalmente esféricas e são um tipo específico de peroxissomo que ocorre em células vegetais apenas em sementes de oleaginosas algodão girassol e rícino e nas plântulas que se desenvolvem a partir dessas sementes Semelhante aos peroxissomos possui uma membrana única contendo enzimas A composição enzimática depende do organismo do tipo celular e do estágio de diferenciação É no glioxissomo que ocorre o ciclo do glioxilato no qual a acetilCoA entra e participa da formação de um ácido succínico que vai para a mitocôndria onde é convertido em ácido oxalacético que se torna precursor da glicose no citoplasma Essas reações associadas à betaoxidação permitem a síntese de glicídios a partir de lipídios VACÚOLO Imagem Shutterstockcom Célula vegetal com um grande vacúolo É uma organela exclusiva dos vegetais delimitada por uma membrana simples e pode chegar a ocupar até 95 do volume da célula Faz o controle osmótico na célula vegetal além de ter funções de armazenamento e digestão celular MITOCÔNDRIAS São organelas que variam amplamente de tamanho forma número e localização dependendo do tipo de célula Apresentam membrana dupla a externa é lisa e muito permeável devido às porinas proteínas em forma de canais envolve completamente a organela e é rica em colesterol a membrana interna possui dobramentos chamados de cristas mitocondriais que aumentam a superfície da membrana e é rica em cardiolipina não favorece a passagem de íons A quantidade de cristas depende do tecido de que a célula participa EXEMPLO Nas células cardíacas as membranas internas das mitocôndrias apresentam numerosas cristas paralelas Já nas células hepáticas tais membranas possuem poucas cristas O espaço interno das mitocôndrias é preenchido por uma matriz do tipo gel Suas membranas têm composição fosfolipídica com a dupla camada como vemos na membrana plasmática Entre as membranas existe o espaço intermembranoso As mitocôndrias são encontradas no citoplasma de quase todas as células eucarióticas sejam elas animais vegetais fungos algas ou protozoários Não são encontradas em protozoários anaeróbicos Têm um tamanho variável entre 05 e 1µm o que torna sua visualização possível com microscopia óptica No entanto a parte interna das mitocôndrias só pode ser observada com auxílio de microscópio eletrônico e é dessa forma que visualizamos as cristas mitocondriais Imagem Shutterstockcom Estrutura de uma mitocôndria As mitocôndrias funcionam como verdadeiras usinas de energia dentro da célula e possuem como principal função a liberação de energia gradualmente na forma de ATP São encontradas enzimas na matriz e na membrana interna e uma grande quantidade de energia química é liberada durante a oxidação usada para formar ATP molécula transportadora de energia As moléculas de ATP se fundem a todas as partes da célula sendo utilizadas no metabolismo celular Por isso as mitocôndrias tendem a ficar localizadas em regiões com alta demanda de energia SAIBA MAIS Possuem DNA próprio mtDNA RNA ribossomal rRNA RNA transportador tRNA e ribossomos O DNA mitocondrial é uma molécula circular sem histonas como observado nos procariotos e é responsável pela codificação da síntese de proteínas específicas da membrana interna Essas organelas apresentam mais de uma molécula de DNA separadas em grupos pela matriz mitocondrial As várias moléculas de DNA mitocondrial se multiplicam por replicação reguladas pelos próprios mecanismos da mitocôndria Os processos de transcrição e tradução são realizados por enzimas e ribossomos da própria organela Existem algumas doenças mitocondriais por exemplo EXEMPLO A miopatia mitocondrial infantil que é uma doença fatal acompanhada de lesões no músculo esquelético e disfunção renal nas quais as organelas possuem ausência completa ou acentuada das enzimas da cadeia respiratória PLASTÍDIOS São organelas específicas de vegetais também chamados de plastos Assim como as mitocôndrias possuem dupla membrana e um genoma próprio Podemos encontrar diferentes tipos de plastos classificados de acordo com o tipo de pigmento ou a função Quando esses plastos possuem como pigmentos os carotenoides são denominados cromoplastos Se os pigmentos são clorofilas chamamse cloroplastos Na ausência de pigmentação de leucoplastos Os cloroplastos dão coloração verde de algas verdes folhas caules jovens frutos imaturos e sépalas das flores e possuem um importante papel na biologia da célula vegetal neles ocorre a fotossíntese Os carotenoides são responsáveis pelas cores amarelo laranja e vermelho de várias flores frutos raízes e folhas senis principalmente Os leucoplastos são responsáveis pelo acúmulo de substâncias de reserva Estão classificados em três tipos amiloplastos armazenam grãos de amido proteinoplastos são responsáveis pelo armazenamento de proteínas e elaioplastos armazenam lipídios Imagem Shutterstockcom Estrutura do cloroplasto da célula vegetal Em comparação com as outras organelas vegetais são as maiores e mais evidentes Possuem morfologia quantidade e localização diversas podendo variar de um único cloroplasto a vários Essas organelas não ficam estáticas dentro da célula podendo se movimentar em razão da intensidade luminosa ou da corrente citoplasmática Com relação à morfologia são similares às mitocôndrias apresentando duas membranas Entre as membranas encontramos o espaço intramembranoso e na membrana externa encontramos canais proteicos Esses canais as porinas permitem o livre transporte de moléculas pequenas enquanto a membrana interna é impermeável a íons e metabólitos que necessitam de proteínas transportadoras específicas Em seu interior os cloroplastos apresentam uma matriz amorfa chamada de estroma rica em enzimas solúveis No estroma encontramos uma série de estruturas como molécula de DNA circular com características semelhantes às mitocôndrias e bactérias pequenos grãos de amido fitoferritina um complexo formado a partir de ferro e proteína plastorribossomos ribossomos com tamanho e composição distinta dos encontrados no citoplasma O estroma apresenta um sistema de membranas internas em forma de vesículas achatadas ou lamelas chamado de tilacoide Essas vesículas estão dispersas sem contato com a membrana interna Nesse sistema temos um espaço intramembranoso contínuo denominado espaço intratilacoide ATENÇÃO Todos os plastos compartilham a mesma ultraestrutura o que varia é o desenvolvimento dos tilacoides Os tilacoides originam os grana singular granum discos empilhados semelhantes a pilhas de moedas com 10 a 20 lamelas discoides interconectados através do estroma Os grana são regiões verdes que podem ser observadas em microscopia ótica Cada cloroplasto pode apresentar de 40 a 60 dependendo da célula e do tipo de planta observado Imagem Shuttestockcom Por conta dessas organelas as plantas são capazes de realizar a fotossíntese um processo que utiliza a energia luminosa fótons água e CO2 para a síntese de açúcares O oxigênio que encontramos na atmosfera é resultado do processo de fotossíntese Os pigmentos fotossintetizantes ficam organizados na membrana do tilacoide formando fotossistemas capazes de captar e traduzir a energia luminosa Entre as organelas que acabamos de estudar duas não possuem a mesma origem de especialização da membrana plasmática as mitocôndrias e os cloroplastos A seguir conheça a origem delas ORIGEM DAS MITOCÔNDRIAS E CLOROPLASTOS Segundo a teoria da endossimbiose proposta por Lynn Margulis 19382011 em 1967 as mitocôndrias e cloroplastos teriam surgido a partir da fagocitose de procariotos por células eucarióticas que não os digeriram passando a aproveitar o que essas células procarióticas produziam Esses organismos criaram uma relação de simbiose dando origem a um organismo bemsucedido nas condições ambientais da época Imagem Shutterstockcom Origem endossimbiótica de mitocôndrias e cloroplastos As mitocôndrias assumiram a função de produção de energia permitindo à membrana plasmática a possibilidade de outras especializações e contribuindo para o desenvolvimento do sistema de endomembranas encontrados nos eucariotos Essas organelas apresentam um conjunto de características que fomentam a teoria da simbiose Porinas na membrana externa que segundo a teoria teria surgido de um vacúolo fagocítico pois essas proteínas são típicas de organismos procariotos Presença de múltiplas cópias de DNA circular sem histonas RNA transportador e ribossomos com características semelhantes aos procariotos Essas organelas apresentam a capacidade de divisão independente da divisão celular Embora tenham seu próprio DNA necessitam de proteínas e RNAs que são codificados pelo genoma nuclear além dos processos de síntese e transporte da célula Uma explicação para isso é o processo evolutivo de transferência de genes do simbionte para o hospedeiro processo lento e complexo que ocorreu ao longo de milhares de anos Os genes transferidos precisam se adaptar a uma nova dinâmica de funcionamento dos processos de replicação e dos controles de expressão gênica presentes na célula hospedeira de modo que a fixação desses genes seja estável permitindo a produção de RNAm capaz de ser encaminhado para a organela VERIFICANDO O APRENDIZADO 1 CONSIDERE O PROCESSO DE FAGOCITOSE DE PARTÍCULAS ALIMENTARES EM ALGUMAS CÉLULAS APÓS A DIGESTÃO FORMASE O CORPO RESIDUAL QUE PODE SER ELIMINADO PELO PROCESSO DE EXOCITOSE OU PODE FICAR RETIDO NO INTERIOR DA CÉLULA A ORGANELA RESPONSÁVEL PELA DIGESTÃO DAS PARTÍCULAS FAGOCITADAS É A o complexo de Golgi B o lisossomo C o retículo endoplasmático D a mitocôndria E o glioxissomo 2 EM QUAL ORGANELA A CÉLULA REALIZA A SÍNTESE DE LIPÍDEOS A Complexo de Golgi B Mitocôndrias C Citoesqueleto D Retículo endoplasmático rugoso E Retículo endoplasmático liso GABARITO 1 Considere o processo de fagocitose de partículas alimentares em algumas células Após a digestão formase o corpo residual que pode ser eliminado pelo processo de exocitose ou pode ficar retido no interior da célula A organela responsável pela digestão das partículas fagocitadas é A alternativa B está correta A digestão intracelular é realizada pelos lisossomos estruturas globosas ricas em enzimas proteolíticas 2 Em qual organela a célula realiza a síntese de lipídeos A alternativa E está correta O retículo endoplasmático liso tem como uma de suas funções a síntese de ácidos graxos fosfolipídios e esteroides MÓDULO 4 Descrever a matriz extracelular e o citoesqueleto COMPOSIÇÃO DA MATRIZ EXTRACELULAR Nem só de células são formados os tecidos dos animais e vegetais Eles apresentam um espaço extracelular que normalmente é preenchido pela matriz extracelular importante para as funções teciduais Imagem Shutterstockcom A matriz extracelular é constituída por um complexo de proteínas e polissacarídeos em concentrações variáveis integrantes de uma rede que participa da formação morfológica e funcional dos tecidos Serve como base para o crescimento e diferenciação dos diversos tecidos promovendo as condições adequadas para isso Os vegetais apresentam uma matriz extracelular organizada que forma uma estrutura rígida e forte a parede celular A forma como as células e a matriz se relacionam é responsável pela grande diversidade tecidual que podemos encontrar A quantidade de matriz varia de acordo com o tecido podendo ser de abundante a quase inexistente e a relação entre a quantidade de células e de matriz está ligada à função que o tecido executa A matriz é composta também por proteínas fibrosas e elementos não fibrosos Esses componentes são produzidos principalmente por células de tecido conjuntivo O componente fibroso é formado por moléculas proteicas que se agregam e formam fibrilas ou fibras de colágeno ou elastina A parte não fibrosa é formada por glicoproteínas alongadas como as fibronectinas e as lamininas que possuem o papel de adesão entre as células e a matriz e por glicosaminoglicanas e proteoglicanas que formam uma estrutura gelatinosa hidratada onde os demais componentes estão imersos COLÁGENO É parte de uma família de proteínas alongadas com mais de 12 tipos É a proteína mais abundante no homem representando cerca de 25 do total de proteínas É responsável pelo arcabouço estrutural dos tecidos As moléculas de colágeno são formadas por três cadeias peptídicas com aproximadamente mil aminoácidos cada formando uma tripla hélice As triplas hélices podem se associar em diferentes graus de polimerização formando os diferentes tipos de colágeno Vejamos as características dos quatro principais tipos de colágeno Imagem Shutterstockcom COLÁGENO TIPO I É encontrado na derme nos tendões nos ossos e nos pigmentos conhecidos como as fibras de colágeno O colágeno é produzido pelos fibroblastos possui o máximo grau de polimerização de fibras e feixes de fibras formando fibras bastante resistentes à tensão COLÁGENO TIPO II É encontrado nas cartilagens é produzido pelos condrócitos Possui um baixo grau de polimerização formando apenas fibrilas que são resistentes a pressões COLÁGENO TIPO III É encontrado nos músculos lisos órgãos hematopoiéticos e nervos também conhecidos como fibras reticulares Produzido pelo músculo liso e por células reticulares esse tipo de colágeno tem grau de polimerização médio formando fibras finas que podem resistir à tensão com elasticidade COLÁGENO TIPO IV Está presente na lâmina basal e é produzido por células epiteliais endoteliais e musculares Não apresenta grau de polimerização suas moléculas se associam formando uma malha submicroscópica Esse tipo tem como função o suporte a filtração e a formação de barreira ELASTINA É responsável pela elasticidade É o componente principal das fibras elásticas que são abundantes em estruturas de órgãos que precisam de elasticidade como pele artérias e pulmões Tem a capacidade de distensão quando tracionadas voltando depois ao seu estado normal A elastina se junta formando fibras que se anastomosam constituindo uma rede como vemos nos pulmões e na pele Em vasos e artérias a elastina forma lamelas paralelas umas às outras FIBRONECTINA Responsável pela adesão das células não epiteliais à matriz faz parte de uma família com cerca de 20 glicoproteínas com locais de adesão a células a outras fibronectinas e a componentes não fibrosos da matriz Forma uma ponte matrizcélula LAMININA Responsável pela adesão das células epiteliais à lâmina basal GLICOSAMINNOGLICANAS E PROTEOGLICANAS Formam um gel semifirme que permite a circulação de nutrientes hormônios e outros sinais químicos no tecido conjuntivo Através de proteínas integrais da membrana plasmática ocorre a continuidade entre os meios intra e extracelulares As moléculas do citoesqueleto se ligam às proteínas da membrana criando uma conexão entre o citoesqueleto e a matriz extracelular PAREDE CELULAR DE CÉLULAS VEGETAIS Neste vídeo a professora Regina Braga de Moura apresenta um tipo de matriz extracelular a parede celular que será descrita em sua ultraestrutura relacionada às suas propriedades e funções ESTRUTURA E FUNCIONAMENTO DO CITOESQUELETO O CITOESQUELETO É COMPOSTO POR UM CONJUNTO DE PROTEÍNAS QUE FORMA ESTRUTURAS FIBRILARES OU TUBULARES DISTRIBUÍDAS PELO CITOPLASMA E PELO INTERIOR DO NÚCLEO ESSES ELEMENTOS FORMAM UM TIPO DE ESQUELETO CELULAR CUJA FUNÇÃO É MANTER A ESTRUTURA DA CÉLULA COMO VIGAS QUE SUSTENTAM UMA PONTE Tal estrutura participa de praticamente todos os eventos celulares por exemplo da movimentação de organelas e vesículas da manutenção da morfologia celular dos eventos de divisão celular Nos movimentos de interação da célula com o meio extracelular como nos processos de endocitose e exocitose o citoesqueleto contribui para a organização da célula Os principais elementos do citoesqueleto são os microfilamentos os microtúbulos e os filamentos intermediários Os microfilamentos são formados da polimerização da proteína actina os microtúbulos por tubulina os filamentos intermediários por um grupo de diferentes proteínas para cada tipo de célula Imagens Shutterstockcom À direita Filamentos do citoesqueleto de células eucarióticas e à esquerda Distribuição do citoesqueleto no citoplasma de célula eucariótica MICROFILAMENTOS São fibras alongadas com cerca de 10nm de diâmetro formadas por diferentes proteínas e encontrados em grande quantidade no núcleo Constituem junções celulares no tecido epitelial e podem formar uma rede que se distribui pelo citoplasma dando resistência mecânica à célula Imagem Shutterstockcom Os filamentos de actina microfilamentos podem associarse a outras proteínas promovendo INTERAÇÕES COM A MEMBRANA PLASMÁTICA FORMAÇÃO DE FEIXES OU MALHAS DE FILAMENTOS DESLOCAMENTO DE UM FILAMENTO SOBRE OUTRO E AUMENTO OU DIMINUIÇÃO DA ESTABILIDADE ESSES FILAMENTOS SÃO RESPONSÁVEIS PELAS MOVIMENTAÇÕES MEMBRANARES DE PROCESSOS DE MIGRAÇÃO CELULAR E ENDOCITOSE E PARTICIPAM DA ESTRUTURAÇÃO DAS MICROVILOSIDADES AINDA SÃO PARTE DA DETERMINAÇÃO DA MORFOLOGIA E DA DIVISÃO CELULAR Os microfilamentos são o segundo componente em importância na composição do citoesqueleto das células eucarióticas e possuem diâmetro menor que os microtúbulos cerca de 7nm Os filamentos de actina são polímeros polarizados organizados por arranjos de dupla hélice de moléculas globulares da proteína actina associados a moléculas de ATP Nas células musculares os feixes de filamentos de actina participam da contração juntamente com os feixes de miosina quando ocorre o deslizamento de um em relação ao outro promovendo assim o encurtamento contração da célula MICROTÚBULOS São polímeros longos e rígidos com formato de cilindro oco de aproximadamente 25nm de diâmetro e mais de 20µm de comprimento Formado pela polimerização de duas proteínas tubulares a alfa e beta tubulina a partir dos dímeros de tubulina Os microtúbulos estão presentes somente em células eucariontes organizados na maioria das células no centrossomo Devido à sua organização os dímeros de tubulina apresentam uma extremidade positiva e a outra negativa Imagem Shutterstockcom Os processos de polimerização e despolimerização que participam dos movimentos gerados pelo citoesqueleto são dependentes da energia contida em moléculas de guanosina trifosfato GTP A velocidade de polimerização dos microtúbulos depende da extremidade o lado positivo tende a se polimerizar mais e em sentido à membrana plasmática enquanto a extremidade negativa tende a se despolimerizar A extremidade está sempre inserida num centro organizador que normalmente é o centrossomo Com essa organização é possível o envio de moléculas do centro para a periferia e da periferia para o centro por esses túbulos A polimerização e despolimerização é um processo contínuo dentro da célula Os microtúbulos encontrados nos centríolos são mais estáveis que os microtúbulos citoplasmáticos Os microtúbulos compõem estruturas como os centríolos fuso mitótico cílios e flagelos sendo bastante estáveis nos dois últimos Apresentam diferentes funções na célula são o principal componente do aparelho mitótico fazem a organização dos cromossomos e a manutenção da morfologia celular sustentam as organelas celulares participam da movimentação celular formam a parede celular atuam na diferenciação celular entre outras Temos três tipos de microtúbulos Os polares que se estendem dos polos do fuso Os radiais que ligam o centro mitótico à membrana celular Os cinetócoros que se ancoram aos centrômeros dos cromossomos na metáfase para fazer a separação FILAMENTOS INTERMEDIÁRIOS Os filamentos intermediários possuem um diâmetro que varia de 8 a 10nm e ficam localizados entre os microfilamentos e os microtúbulos Têm um papel importante na sustentação e na estruturação do envoltório nuclear nas junções das células epiteliais e na resistência mecânica SÃO FORMADOS A PARTIR DE UMA GRANDE E DIVERSA FAMÍLIA DE PROTEÍNAS ORGANIZADAS EM SEIS TIPOS QUE NÃO APRESENTAM SÍTIO DE LIGAÇÃO A NUCLEOTÍDEOS DIFERENTEMENTE DAS PROTEÍNAS DOS MICROFILAMENTOS E MICROTÚBULOS AINDA EM COMPARAÇÃO OS FILAMENTOS INTERMEDIÁRIOS SÃO MAIS RESISTENTES QUE OS OUTROS DOIS JÁ ANALISADOS Tais filamentos são encontrados em quase todas as células eucariontes e formam uma rede que envolve o núcleo e se distribui para a periferia da célula São constituídos por dímeros que se dispõem na mesma direção e posteriormente formam tetrâmeros pontacabeça cujas extremidades se alinham de maneira antiparalela retorcida Os tetrâmeros ligamse uns aos outros formando longos filamentos helicoidais semelhantes a cordões muito resistentes Esses filamentos não são polarizados como vemos nos microfilamentos e microtúbulos Imagem Shutterstockcom A quantidade de filamentos varia com o tipo e a função da célula Células que sofrem mais pressão mecânica apresentam uma quantidade maior de filamentos intermediários VERIFICANDO O APRENDIZADO 1 O CITOESQUELETO ESTÁ RELACIONADO À ESTRUTURA CELULAR DANDO SUSTENTAÇÃO E MOVIMENTO O COMPONENTE DO CITOESQUELETO QUE DÁ ESTRUTURA E SUSTENTAÇÃO AO ENVOLTÓRIO NUCLEAR É O A microtúbulo B filamento de miosina C filamento de actina D filamento intermediário E centríolo 2 ANALISE AS AFIRMATIVAS A SEGUIR QUE INDICAM AS FUNÇÕES QUE PODEM SER ATRIBUÍDAS AO CITOESQUELETO I O CITOESQUELETO É RESPONSÁVEL PELA FORMA E SUSTENTAÇÃO DA CÉLULA II O CITOESQUELETO MANTÉM AS ORGANELAS IMÓVEIS NO CITOPLASMA III O CITOESQUELETO PERMITE MOVIMENTOS AMEBOIDES DA CÉLULA IV O CITOESQUELETO PROMOVE A PERMEABILIDADE SELETIVA É CORRETO O QUE SE AFIRMA APENAS EM A I e II B I II e IV C I e III D II III e IV E II e IV GABARITO 1 O citoesqueleto está relacionado à estrutura celular dando sustentação e movimento O componente do citoesqueleto que dá estrutura e sustentação ao envoltório nuclear é o A alternativa D está correta O citoesqueleto é composto por três tipos de estruturas moleculares os microtúbulos os microfilamentos ou filamentos de actina e os filamentos intermediários Este último é o responsável por dar sustentação e estrutura ao envoltório nuclear 2 Analise as afirmativas a seguir que indicam as funções que podem ser atribuídas ao citoesqueleto I O citoesqueleto é responsável pela forma e sustentação da célula II O citoesqueleto mantém as organelas imóveis no citoplasma III O citoesqueleto permite movimentos ameboides da célula IV O citoesqueleto promove a permeabilidade seletiva É correto o que se afirma apenas em A alternativa C está correta A permeabilidade seletiva é a capacidade de selecionar o que entra e o que sai da célula e é uma propriedade da membrana plasmática O citoesqueleto permite o movimento das organelas CONCLUSÃO CONSIDERAÇÕES FINAIS Neste estudo vimos alguns dos principais elementos que fazem parte da ultraestrutura da célula de modo a compreender como toda essa organização faz da célula a unidade básica da vida considerada a unidade morfofuncional dos seres vivos Foi possível compreender a importância dos estudos das células para um melhor entendimento das Ciências Biológicas Aprendemos que cada componente celular por menor que seja tem participação na dinâmica funcional da célula o que permitirá seu funcionamento Assim analisamos a estrutura e a função de cada um desses elementos partindo da membrana plasmática e sua participação na homeostase da célula passando pelos transportes transmembranares pelas organelas pela matriz extracelular e por fim pelo citoesqueleto AVALIAÇÃO DO TEMA REFERÊNCIAS ALBERTS B BRAY D LEWIS J RAFF M ROBERTS K WATSON J D Biologia Molecular da célula 4 ed Porto Alegre Artmed 2004 AMABIS J M MARTHO G R Biologia Biologia das células 4 ed São Paulo Moderna 2015 DE ROBERTIS E M F Bases da Biologia Celular e Molecular 4 ed Rio De Janeiro Guanabara Koogan 2012 JUNQUEIRA L C CARNEIRO J Biologia Celular e Molecular 7 ed Rio de Janeiro Guanabara Koogan 2012 JUNQUEIRA L C CARNEIRO J Histologia básica texto e atlas 12 ed Rio de Janeiro Guanabara Koogan 2013 EXPLORE Para aprofundar o seu conhecimento acerca das estruturas celulares visite o interior de uma célula animal assistindo ao vídeo Biologia estrutura celular disponível no canal Nucleus Medical Media no YouTube Você também pode observar como o transporte através da membrana ocorre Assista ao vídeo Transporte de membrana disponível no canal BioMol I também no YouTube CONTEUDISTA Daniel Motta da Silva CURRÍCULO LATTES