DESCOBERTA DA CÉLULA
O termo célula foi criado em 1665 pelo físico inglês Robert Hooke (1635-1703) para caracterizar pequenas cavidades que ele havia observado em finas fatias de cortiça, usando para isso um microscópio muito simples, criado por ele mesmo, a pedido de cientistas ingleses. Na realidade, o que Robert Hooke observou foi a parede celular de células vegetais mortas.
Posteriormente ficou demonstrada a presença de células em todos os seres vivos, o que permitiu aos biólogos alemães Mathias Schleiden (1804-1882) e Theodor Schwann (1810-1882) enunciarem a Teoria celular: ”Todos os seres vivos são formados por células”.
FORMA E TAMANHO DAS CÉLULAS
A forma das células varia conforme sua função, que é controlada pelos seus genes e influenciada por vários fatores externos (pressão, parede celular, etc.). Células vegetais, por exemplo, são mais ou menos geométricas e angulosas, enquanto que as células animais possuem formas mais curvas.
A maioria das células possui entre 10 a 100 micrômetros (µm), isto é, entre 0,01 e 0,1 mm (1µm = 0,001mm). Esse tamanho é limitado pela relação entre a área da célula e seu volume.
Segundo Spencer, a superfície de uma célula varia de acordo com o quadrado da dimensão linear e o volume com o cubo da mesma.
Quando uma célula cresce, cresce também sua área e volume, porém, a unidade que mais cresce é o volume, então a célula tem que se dividir para não morrer.
Spencer imaginou uma célula cúbica que, inicialmente, possuía aresta de 1 mícrômetro. Calculando a superfície e o volume do cubo temos:
Situação I
S = 6a² > 6(1)² = 6µm²
V = a³ > (1)³ = 1µm³
Se essa célula crescer e a aresta passar a 2 mícrômetros, superfície e volume são diferentes.
Situação II
S = 6a² > 6(2)² = 24µm²
V = a³ > (2)³ = 8µm³
Note-se, portanto que enquanto a superfície aumentou 4 vezes, o volume aumentou 8 vezes. Esse aumento desproporcional do volume faz com que a célula tenha um excesso de citoplasma, que a força a entrar em divisão celular. A Lei de Spencer é um fator mitógeno (leva a célula à divisão).
COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA CÉLULA
Substâncias inorgânicas
As substâncias inorgânicas são, principalmente, água e sais minerais.
ÁGUA
A maioria dos seres vivos possui entre 50% e 95% de sua massa em água. Em nosso corpo a porcentagem de água varia entre 20% nos ossos e 85% no cérebro. A taxa de água varia de acordo com a espécie, idade e metabolismo celular.
A molécula de água é formada por um átomo de oxigênio ligado a dois átomos de hidrogênio (H2O), unidos por uma ligação covalente, formando um ângulo de 104,5°. Apesar de ter carga elétrica igual a zero, a molécula de água é polarizada, isto é, possui carga negativa na região do oxigênio e carga positiva na região de cada hidrogênio.
Por isso a água é considerada um ótimo solvente de substâncias iônicas, como os sais, e de substâncias polares, como os ácidos e bases, o que possibilita a ocorrência de reações químicas necessárias à vida.
Além disso, a água funciona como um regulador térmico. Quando suamos, a água evapora-se da pele, dissipando o calor e reduzindo a temperatura. No frio, ao contrário, a água não evapora, retendo o calor.
Nas articulações a água faz parte do líquido sinovial, que funciona como lubrificante, diminuindo o atrito entre as cartilagens.
Em certas ocasiões a água pode funcionar como agente protetor, como por exemplo, durante a gravidez, em que o feto fica protegido contra choques, pelo líquido amniótico.
SAIS MINERAIS
Os sais minerais representam cerca de 2% da composição celular, atuando principalmente como reguladores das atividades celulares.
Nos seres vivos se encontram, basicamente, sob duas formas: dissolvidos em água e imobilizados (associados a outras moléculas).
Dissolvidos em água, sob a forma de íons, são muito importantes, tanto que, pequenas variações na sua quantidade modificam profundamente as propriedades celulares, como por exemplo, a permeabilidade das membranas, viscosidade do citoplasma e a capacidade de responder a estímulos.
Imobilizados e associados a outras moléculas podem formar estruturas esqueléticas, como por exemplo, cascas de ovos, carapaças de animais e esqueletos.
Sais minerais | Funções | Principais alimentos |
Cálcio | Forma o esqueleto de vários animais e atua na contração muscular, no funcionamento dos nervos e na coagulação do sangue | Laticínios, hortaliças verdes (brócolis, espinafre, etc.) |
Fósforo | Forma o esqueleto de vários animais e participa da transferência de energia no interior da célula e da molécula de ácidos nucléicos | Carnes, ovos, laticínios, feijão, ervilha |
Sódio | Atua no equilíbrio dos líquidos do corpo e no funcionamento dos nervos e da membrana celular | Sal de cozinha e sais naturais dos alimentos |
Potássio | Atua com o sódio no equilíbrio de líquidos do corpo e no funcionamento dos nervos e da membrana celular | Frutas, verduras, feijão, leite, cereais |
Magnésio | Forma a clorofila, atua em várias reações químicas com enzimas | Hortaliças verdes, cereais, peixes, ovos, banana, soja |
Ferro | Participa da hemoglobina e atua na respiração celular | Hortaliças verdes, carnes, ovos, legumes |
SUBSTÂNCIAS ORGÂNICAS
São compostos formados por carbono e hidrogênio, associados ou não a outros átomos ou moléculas. Os compostos orgânicos são: carboidratos, lipídios, proteínas, enzimas, vitaminas e ácidos nucléicos.
CARBOIDRATOS OU GLICÍDIOS
São popularmente conhecidos como açúcares, sendo também denominados de hidratos de carbono, glicosídeos ou sacarídeos. Eles são a principal fonte de energia da célula, também formando a parede celular da célula vegetal e compondo os ácidos nucléicos. São produzidos na fotossíntese. Os animais não são capazes de produzir carboidratos a partir de substâncias mais simples, precisando obtê-los a partir dos alimentos.
Os glicídios são classificados de acordo com o tamanho e organização de sua molécula, basicamente, em três grupos: monossacarídeos, dissacarídeos e polissacarídeos.
Monossacarídeos: são os glicídios mais simples que apresentam entre 3 e 7 átomos de carbono na molécula, tendo como fórmula geral Cn(H20)n. Isso significa que um monossacarídeo com 6 átomos de carbono tem sempre 12 átomos de hidrogênio e 6 átomos de oxigênio em sua molécula. O nome dos monossacarídeos recebe o sufixo ose, que nas denominações genéricas, vem precedido por um prefixo indicativo do número de carbonos da molécula: trioses (C3H6O3), pentoses (C5H10O5), e assim sucessivamente até as heptoses.
Dissacarídeos: são constituídos pela união de dois monossacarídeos, com a perda de uma molécula de água. São exemplos de dissacarídeos: maltose, sacarose e lactose. A maltose é a união de glicose + glicose; a sacarose é a união de glicose + frutose e a lactose é a união de glicose + galactose.
Polissacarídeos: são glicídios formados pela união de centenas e até milhares de moléculas de monossacarídeos. São polissacarídeos: amido, glicogênio, celulose e quitina.
O amido é o glicídio de reserva dos vegetais e se acumula nos plastos. O glicogênio é o glicídio de reserva dos animais e se acumula no fígado e músculos. Quando ocorre falta de carboidratos no organismo, o fígado quebra moléculas de glicogênio, produzindo glicose. A celulose é o principal componente da parede celular nas células vegetais. A quitina participa da estrutura da parede celular de alguns fungos e confere resistência ao exoesqueleto dos artrópodes.
LIPÍDIOS
São substâncias orgânicas de baixa solubilidade em água, porém solúveis em solventes orgânicos, como álcool, clorofórmio, etc. Os lipídios são popularmente conhecidos como óleos ou gorduras. Essas substâncias não dissolvem na água porque suas moléculas são apolares, isto é, não possuem carga elétrica.
Os lipídios possuem função energética e estrutural. Além disso, são isolantes térmicos, impermeabilizam tecidos, protegem órgãos internos contra impactos e originam os hormônios sexuais.
Os mais comuns são: glicerídeos, esteróides, carotenóides, ceras e fosfolipídeos.
Glicerídeos: são moléculas do álcool glicerol ligadas a uma, duas ou três moléculas de ácidos graxos; neste último caso são conhecidos como triglicerídeos. Constituem os óleos e gorduras vegetais e animais, que representam reservas energéticas.
Os ácidos graxos podem ser saturados ou insaturados. Os ácidos graxos saturados são, geralmente, sólidos à temperatura ambiente, como por exemplo, a banha animal; já os insaturados são líquidos à temperatura ambiente, como por exemplo, os óleos vegetais. Os saturados apresentam ligações simples entre os átomos de carbono e os insaturados apresentam ligações duplas.
Além da função energética, os glicerídeos também são importantes na construção de membranas celulares, produção de prostaglandinas, substâncias que regulam, por exemplo, a contração da musculatura lisa e na absorção de vitaminas lipossolúveis (A, D, E e K).
Esteróides: são lipídios especiais formados por quatro anéis de carbono. O mais conhecido é o colesterol, que está presente na membrana das células animais, não existindo nas células vegetais e nas bactérias. O hormônio masculino testosterona e o feminino estrógeno, são produzidos a partir do colesterol. O colesterol também participa na síntese de vitamina D.
Carotenóides: são lipídios de cor laranja, vermelha ou amarela, presentes nas células vegetais, onde desempenham função fotossintética. O caroteno, presente na cenoura e batata-doce, é importante na formação da vitamina A.
Ceras: são insolúveis em água e nos vegetais, sob a forma de cutina, impermeabilizam as folhas, pétalas e frutos, impedindo a perda de água pela evaporação. Nos animais, a cera protege a lã das ovelhas, faz parte da composição de secreções da orelha humana e de alguns insetos.
Fosfolipídios: são lipídios que contêm uma molécula de fósforo. Possuem função estrutural, pois fazem parte da membrana celular. Os fosfolipídios são moléculas anfipáticas, isto é, possuem uma extremidade polar (com carga elétrica) e outra apolar (sem carga elétrica). A extremidade polar é hidrofílica (atrai água) e a extremidade apolar é hidrofóbica (repele a água).
PROTEÍNAS
São moléculas grandes, formadas por dezenas, centenas ou milhares de moléculas menores denominadas aminoácidos. As proteínas são constituintes básicos da vida.
Um aminoácido é uma molécula orgânica formada por átomos de carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio, unidos entre si de uma maneira especial. Certos aminoácidos podem conter átomos de enxofre.
Uma molécula de aminoácido apresenta um átomo de carbono chamado de carbono-alfa, ao qual se ligam um grupo amina (-NH2), um grupo carboxila (-COOH), um átomo de hidrogênio (-H) e um quarto grupo denominado genericamente de radical (-R), que varia nos diferentes aminoácidos. Na glicina por exemplo, o radical é um átomo de hidrogênio, na alanina o radical é o grupamento –CH3.
As proteínas possuem diversas funções:
· Função estrutural – constituem o citoesqueleto, que é formado por filamentos protéicos, dando forma à célula. São componentes estruturais de todas as membranas celulares.
· Função enzimática – proteínas especiais (enzimas) participam das reações biológicas, agindo como catalisadores, isto é, aumentam a velocidade das reações químicas que ocorrem na célula.
· Função de transporte - facilitam a entrada e saída de substâncias através da membrana plasmática e compõem a hemoglobina (transporte de oxigênio).
· Função de defesa – formam os anticorpos, que protegem o organismo contra substâncias estranhas.
Os aminoácidos se ligam, na molécula de proteína, através de ligações peptídicas. Uma ligação peptídica se estabelece sempre entre o grupo amina de um aminoácido e o grupo carboxila do outro.
As moléculas que resultam da união de aminoácidos são denominadas genericamente de peptídios. Dessa maneira, dois aminoácidos formam um dipeptídio, três formam um tripeptídio e assim sucessivamente. Quando a molécula formada apresenta poucos peptídios é chamada de oligopeptídio e quando é formada por muitos peptídios chama-se polipeptídio. As proteínas, geralmente, são formadas por muitos aminoácidos, sendo por isso denominadas de polipeptídios.
Na natureza existem vinte aminoácidos e o que os diferencia é o seu radical. Os vegetais são capazes de fabricar os vinte aminoácidos necessários para a produção de suas proteínas, mas as células animais não sintetizam todos, por isso precisam buscá-los nos alimentos. Denominamos aminoácidos naturais aqueles que a célula animal consegue produzir e aminoácidos essenciais aqueles que devem ser ingeridos, pois são obrigatórios para a síntese de proteínas. Conseguimos produzir doze dos vinte aminoácidos, os outros oito somos obrigados a obter.
Uma molécula de proteína pode ser formada por um ou mais filamentos polipeptídicos. A diferença entre duas proteínas está principalmente na sequência de aminoácidos. A sequência característica responsável pelas propriedades da molécula é chamada de estrutura primária. A troca de apenas um aminoácido pode ser suficiente para alterar as propriedades de uma proteína. Entretanto, uma proteína não é simplesmente um filamento esticado; esse filamento se torce e adquire, geralmente, a forma helicoidal (forma de hélice). O enrolamento da cadeia polipeptídica é denominado estrutura secundária. Em muitos casos a hélice se dobra sobre si mesma, formando então a estrutura terciária. Existem ainda proteínas formadas pela união de várias cadeias polipeptídicas enoveladas; essa estrutura é classificada como estrutura quaternária.
Reação enzimática: as enzimas agem em substratos específicos, isto é, em determinado substrato e em mais nenhum outro, originando produtos. A amilase, por exemplo, só atua sobre o amido, a lípase só atua nos lipídios, etc. Isso ocorre porque a configuração espacial das enzimas é específica para se encaixar em determinado substrato. Para que a reação possa ocorrer o encaixe tem que ser perfeito, até porque, em algumas ocasiões, em vez de atuar quebrando o substrato, certas enzimas atuam unindo substâncias e originando outras. Por isso, enzima e substrato devem estar em perfeita ordem e se encaixar. Esse processo se chama reação chave-fechadura.
Durante as reações químicas as enzimas não são consumidas, pois participam apenas como “aceleradores” das reações.
Alguns fatores alteram a ação das enzimas, entre eles estão a temperatura e o grau de acidez (pH). A temperatura acelera a reação enzimática, praticamente dobrando a velocidade a cada 10°C. A partir de certo ponto, porém, se a temperatura continuar aumentando, a reação enzimática diminui. O ponto onde a velocidade é máxima chama-se ótimo de temperatura. No corpo humano, por exemplo, o ótimo de temperatura situa-se em torno de 36,5°C.
O pH mede a concentração de íons H+ livres em uma solução. Essa concentração indica se o meio é básico ou ácido. Por convenção, o pH varia entre 0 e 14, o ponto 7 é considerado neutro; de 0 a 6,9 o pH é ácido e de 7,1 a 14, o pH é básico. Cada enzima tem um pH ótimo de atuação, no qual sua atividade é máxima. A maioria das enzimas tem pH ótimo ao redor de 7, próximo ao neutro. O pH do sangue humano é cerca de 6,8 (levemente ácido), o da boca em torno de 8 (básico) e o do estômago em torno de 2,0 (ácido).
VITAMINAS
São compostos orgânicos imprescindíveis para algumas reações metabólicas específicas, requeridos pelo corpo em quantidades mínimas para realizar funções celulares. São usualmente classificadas em dois grupos com base na sua solubilidade, estabilidade e ocorrência em alimentos. Agem muitas vezes como coenzimas ou como parte de enzimas responsáveis por reações químicas essenciais à saúde humana. Mantêm a saúde ideal e a prevenção de doenças crônicas.
Apenas os vegetais clorofilados e certos seres unicelulares conseguem sintetizá-las. O organismo humano não produz vitaminas, por isso precisamos obtê-las dos alimentos.
As vitaminas são classificadas em lipossolúveis e hidrossolúveis. As lipossolúveis são A, D, E e K; as hidrossolúveis são as do complexo B e a vitamina C.
ÁCIDOS NUCLÉICOS
Os ácidos nucléicos são assim chamados por seu caráter ácido e por terem sido originalmente descobertos no núcleo da célula, no século XIX. A partir da década de 1940, eles passaram a ser estudados detalhadamente, pois se descobriu que formam os genes, responsáveis pela hereditariedade.
Existem dois tipos de ácido nucléico: o ácido desoxirribonucléico (DNA) e o ácido ribonucléico (RNA). Recebem esses nomes pelo fato de apresentarem, respectivamente, os monossacarídeos desoxirribose e ribose em suas moléculas.
Os ácidos nucléicos são as maiores moléculas existentes na célula e são constituídos por três tipos de componentes: glicídios do grupo das pentoses (desoxirribose e ribose), ácido fosfórico e bases nitrogenadas. Dos cinco tipos de base nitrogenada presentes nos ácidos nucléicos, três ocorrem tanto no DNA quanto no RNA; são elas: adenina (A), citosina (C), e guanina (G). A base nitrogenada timina (T) ocorre somente no DNA, enquanto que a base uracila (U) ocorre exclusivamente no RNA.
Os três componentes dos ácidos nucléicos se organizam de modo a formar um trio molecular denominado nucleotídeo. O nucleotídeo é constituído por uma pentose, unida a uma molécula de ácido fosfórico e a uma base nitrogenada. Dessa maneira, tanto DNA quanto RNA são constituídos por nucleotídeos ligados em sequência, formando longas cadeias polinucleotídicas.
DNA: é um polinucleotídeo constituído por duas cadeias enroladas uma sobre a outra, formando uma longa escada helicoidal. As duas cadeias se mantêm unidas através de pontes de hidrogênio entre pares de bases específicos: a adenina emparelha-se com a timina e a citosina emparelha-se com a guanina.
RNA: é um polinucleotídeo constituído, geralmente, por uma única cadeia que se enrola sobre si mesma pelo emparelhamento entre bases complementares na mesma cadeia. Alguns vírus possuem RNA de dupla fita (mosaico do tabaco). O RNA não possui timina; em seu lugar aparece a uracila. Origina-se do DNA através de um processo que se chama transcrição, por meio de uma enzima chamada RNA-polimerase
Bibliografia
BAILEY, F. R., COPENHAVER, W. M. at all. Bailey’s Text Book of Histology.Baltimore:The Williams & Wilkins Co.1978. 612p.
CÉSAR, S. J., SÉZAR, S. Biologia 1. 8 ed. São Paulo: Editora Saraiva. 2005.399 p.
CHEIDA, L. E. Biologia integrada. São Paulo: FTD. 2003. 565p.
JUNQUEIRA, L. C., CARNEIRO, J. Biologia celular e molecular. 6 ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan. 1997. 271 p.
LINHARES, S., GEWANDSZNAJDER, F. Biologia. 1 ed. São Paulo: Editora Ática. 2008.552p.
Sites
http://ucpel.tche.br/atlas/citologia/ (acesso em 19/01/2009)
http://www.britannica.com/EBchecked/topic/148932/cytology (acesso em 25/01/2009)
