Citologia II

Células procarióticas

         São células em que não há um núcleo individualizado, ficando o material genético disperso no citoplasma. É a célula típica das bactérias e cianobactérias (Reino Monera – Wittaker/Margulis/Schwartz). 

 

 

        A célula procariótica é constituída de uma parede celular (membrana esquelética), sob a qual existe uma membrana plasmática que controla as trocas entre a célula e o meio extracelular. O citoplasma preenche o meio intracelular e é formado pelo citosol (líquido transparente e hialino contendo água, sais minerais, nutrientes e enzimas) e pelos ribossomos, que são as únicas organelas presentes na célula procariótica, sendo responsáveis pela síntese de proteínas. Mergulhado no citosol também encontramos o DNA (cromatina), sendo a região por ele ocupada denominada de nucleóide.

Células eucarióticas

 

    São as células em que o material genético (cromatina) se encontra no interior de um núcleo individualizado. As células eucarióticas são típicas dos protozoários e algas (Reino Protoctista), fungos (Reino Fungi), animais (Reino Animalia) e plantas (Reino Plantae).

  A célula eucariótica apresenta membrana plasmática, citoplasma, núcleo, um grande número de organelas (organóides), além de um citoesqueleto. As organelas celulares são delimitadas por membranas celulares.

   A célula eucariótica vegetal apresenta certas diferenças em relação à célula animal. As principais diferenças são: a presença de um grande vacúolo de suco celular, cloroplastos, parede celular, plasmodesmos e a ausência de centríolos. Algumas células animais podem apresentar pequenos vacúolos digestivos (em protozoários). 

Membrana plasmática

    A membrana plasmática possui estrutura ultramicroscópica, isto é, não pode ser visualizada ao microscópio óptico; sua estrutura só se torna visível ao microscópio eletrônico, inventado por volta de 1945. Entretanto, muito antes disso, já se sabia da existência da membrana plasmática, pois quando células eram observadas ao microscópio óptico, elas mantinham sua individualidade, sugerindo a presença de uma estrutura impedindo que se fundissem. Ao observarmos uma célula através de um microscópio óptico temos a impressão de enxergar a membrana plasmática, isto se deve ao fato de que o citoplasma, próximo à membrana, ser mais denso do que no restante da célula.

   A membrana plasmática é a principal responsável por manter a identidade química da célula, controlando as substâncias que entram e saem. Por isso, os biólogos dizem que a membrana plasmática possui permeabilidade seletiva. É permeável porque deixa substâncias atravessá-la; seletiva, porque seleciona o que entra e o que sai.

 Certas células apresentam, além da membrana plasmática, outro envoltório chamado membrana esquelética. É o caso, por exemplo, da parede celular das células vegetais e de bactérias.

  A membrana plasmática possui uma espessura entre 7 e 9 nm (nanômetro - 1 nm = 0,000001 mm). É constituída principalmente de fosfolipídios, proteínas e uma pequena quantidade de glicídios, da mesma forma que muitas estruturas celulares, como o retículo endoplasmático, o complexo golgiense, lisossomos, mitocôndrias, etc.

 Estrutura da membrana plasmática

  A membrana possui uma dupla camada de moléculas de fosfolipídios, entre as quais há moléculas de proteínas encaixadas. As duas camadas de lipídios são fluidas e possuem consistência semelhante ao óleo. Dessa maneira, as moléculas não ficam fixas, podendo mudar de posição. As proteínas ficam encaixadas em vários pontos, como se formassem um mosaico. Por esse motivo, se diz a membrana possui uma estrutura tipo mosaico fluido.

  As moléculas de fosfolipídios são anfipáticas (uma região polar e outra apolar), com a região polar hidrofílica e a região apolar hidrofóbica. As diferentes afinidades das duas regiões dos fosfolipídios faz com que eles se arrumem espontaneamente na membrana: a região polar dos fosfolipídios da camada externa fica voltada para o meio externo da célula, enquanto a região polar da camada interna fica voltada para o interior da célula. As regiões apolares ficam voltadas uma para a outra.

   Em pontos da célula onde é necessária maior rigidez, encontram-se moléculas de colesterol imersas em meio à camada lipídica.

    As proteínas da membrana desempenham várias funções: algumas são transportadoras de substâncias para dentro ou para fora da célula; outras são receptoras que se ligam a substâncias extracelulares, desencadeando certas atividades dentro da célula.

Transporte através da membrana

   Por possuir permeabilidade seletiva, a membrana plasmática permite a passagem de certas substâncias, mas não de outras. Determinadas substâncias podem atravessar a membrana espontaneamente, sem que a célula gaste energia com isso; esse tipo de processo chama-se transporte passivo. A membrana também é capaz de capturar ou expulsar ativamente certas substâncias, transportando-as para dentro ou para fora da célula, gastando energia para que isso aconteça; esse tipo de processo chama-se transporte ativo.

Tipos de transporte através da membrana

Transporte passivo por difusão

   Difusão é o processo em que ocorre o deslocamento de partículas em uma solução ou em um meio gasoso. Nesse tipo de fenômeno físico, as partículas se deslocam a favor de um gradiente de concentração, isto é, as partículas se movem de uma região de maior concentração para uma região de menor concentração, até atingirem o equilíbrio.

   Esse tipo de transporte passivo pode ser de dois tipos: por difusão simples ou por difusão facilitada. Nos dois casos não há gasto de energia por parte da célula.

Transporte passivo por difusão simples

 

    Nesse tipo de fenômeno ocorre a passagem, através da membrana, de moléculas pequenas e apolares, como o oxigênio e o gás carbônico, por exemplo.

    No caso da entrada de oxigênio e saída de gás carbônico de uma célula, ocorre o seguinte: como há um consumo constante de oxigênio pelas mitocôndrias durante a respiração, a concentração intracelular desse gás é sempre baixa em relação à extracelular. Dessa maneira, existe um gradiente de concentração entre o meio intracelular e o meio extracelular, ocorrendo um deslocamento de oxigênio do meio mais concentrado (extracelular) para o meio menos concentrado (intracelular). Consequentemente, o gás carbônico, resultante da respiração, estará sempre numa concentração mais alta no interior da célula, fazendo com que seja difundido, constantemente, para fora da célula.

    O processo todo sempre ocorre sem gasto de energia por parte da célula.

Transporte passivo por difusão facilitada 

 

    Nesse tipo de fenômeno ocorre a passagem, através da membrana, de moléculas polares e um pouco maiores, como por exemplo, a glicose, alguns aminoácidos e íons (sódio, potássio, etc.). Esse tipo de substância atravessa a membrana passando através de proteínas especiais. Essas proteínas são chamadas proteínas carreadoras (carregadoras ou permeases) e são específicas para cada tipo de substância. Algumas dessas proteínas funcionam como uma enzima, ligando-se à molécula da substância de um lado da membrana e liberando-a do outro lado. Como esse transporte é feito a favor de um gradiente de concentração, não há gasto de energia.

    A passagem de água pela membrana também se dá através de outra proteína, que nesse caso é chamada de proteína canal. Essa proteína, ao contrário da proteína carreadora, que muda de forma durante o transporte da substância, possui uma passagem interna pela qual passa a água. A proteína canal responsável pelo transporte da água se chama aquaporina.

Transporte passivo por osmose

 

    A osmose é um tipo especial de difusão, em que a água se movimenta livremente através da membrana, sempre do local de menor concentração de soluto para o de maior concentração. A pressão com a qual a água é forçada a atravessar a membrana é conhecida por pressão osmótica.

   A osmose não é influenciada pela natureza do soluto, mas pelo número de partículas. Quando duas soluções contêm a mesma quantidade de partículas por unidade de volume, mesmo que não sejam do mesmo tipo, exercem a mesma pressão osmótica e são isotônicas. Caso sejam separadas por uma membrana, haverá fluxo de água nos dois sentidos de modo proporcional.

   Quando se comparam soluções de concentrações diferentes, a que possui mais soluto e, portanto, maior pressão osmótica é chamada hipertônica, e a de menor concentração de soluto e menor pressão osmótica é hipotônica. Separadas por uma membrana, há maior fluxo de água da solução hipotônica para a hipertônica, até que as duas soluções se tornem isotônicas.

Efeitos da osmose em células animais e vegetais

    Quando glóbulos vermelhos são colocados em solução de baixa concentração (hipotônica) ganham água e acabam por romper a membrana plasmática (hemólise); se colocados em solução hipertônica, perdem água por osmose e murcham, ficando enrugados ou crenados (crenação).

 

    As células do corpo humano são banhadas por uma solução isotônica proveniente do sangue, em que a concentração total de solutos é equivalente à concentração interna dos solutos citoplasmáticos. É por isso que nossas células não ganham nem perdem água por osmose. Entretanto, outros seres vivos, como protozoários de água doce, têm o citoplasma hipertônico em relação ao meio externo, fazendo com que a água entre continuamente em sua célula por osmose; os protozoários não “estouram” porque possuem um mecanismo para compensar a entrada excessiva de água, são os vacúolos pulsáteis, que acumulam água e a eliminam periodicamente da célula. Os protozoários marinhos não apresentam problemas osmóticos, pois a água do mar é praticamente isotônica em relação ao seu citoplasma.

  As células vegetais, quando imersas em soluções fortemente hipertônicas, perdem tanta água que a membrana plasmática se afasta da parede celular, acompanhando a redução do volume interno. Esse fenômeno é denominado plasmólise e as células nesse estado são chamadas de plasmolisadas. Se for mergulhada a célula em meio hipotônico, ela volta a absorver água, recuperando, assim a turgescência (torna-se novamente túrgida — cheia de água), fenômeno denominado deplasmólise. A existência da parede celular geralmente impede o rompimento da membrana plasmática da célula.

Transporte ativo

   No transporte ativo as substâncias se deslocam contra um gradiente de concentração, isto é, as substâncias se deslocam de uma região de menor concentração para uma região de maior concentração, com gasto de energia pela célula. Esse tipo de transporte é utilizado para o deslocamento de aminoácidos, açúcares simples e íons (sódio e potássio).

   O transporte ativo depende de proteínas carreadoras especiais que, com grande consumo de energia, se combinam com determinada substância de um lado da membrana e a liberam do outro lado. A proteína carreadora muda de forma, se abre e deixa a substância entrar; em seguida, ela se abre na face oposta e libera a substância do outro lado da membrana. A energia necessária para que isto ocorra é proveniente de moléculas de adenosina-trifosfato (ATP), produzidas na respiração celular. Ao liberar energia, a molécula de ATP se transforma em ADP (adenosina-difosfato) através da liberação de um grupo fosfato (P) para a proteína carreadora.

  Há vários tipos de transporte ativo através da membrana plasmática. O mais conhecido é a bomba de sódio e potássio.

Bomba de sódio e potássio

   A concentração de sódio (Na⁺) fora da célula é maior do que no citoplasma, ocorrendo o oposto com o potássio (K⁺). É de se esperar que, por difusão, esses íons  de deslocassem até que suas concentrações se tornassem iguais dentro e fora da célula, mas isso não ocorre, pois a célula está constantemente gastando energia bombeando-os em sentido contrário ao gradiente de concentração.

  Para cada três íons sódio que saem da célula, entram dois íons potássio. Dessa maneira, surge uma diferença de cargas entre os dois lados da membrana plasmática, que se torna positiva na face externa e negativa na face interna. Essa diferença é extremamente importante para que os impulsos elétricos que percorrem as células nervosas e musculares possam ocorrer.

   A bomba de sódio e potássio também tem a função de compensar o acúmulo de solutos no citoplasma, o que poderia provocar uma entrada excessiva de água, por osmose, na célula, promovendo a sua ruptura.

  O mecanismo da bomba de sódio e potássio também auxilia indiretamente a entrada de glicose e aminoácidos na célula. Isso ocorre porque, quando a concentração de sódio se torna maior no meio extracelular que no intracelular, os íons sódio ao voltarem para o interior da célula, acabam arrastando consigo moléculas de glicose e aminoácidos, fazendo com que eles se desloquem contra um gradiente de concentração.

Transporte de partículas e moléculas grandes

   Grandes moléculas orgânicas, como os polissacarídeos, as proteínas e outras partículas maiores, não conseguem passar através da membrana plasmática, por isso não podem ser absorvidas nem eliminadas pelos processos de difusão ou transporte ativo. A entrada dessas partículas ou substâncias é feita por endocitose e a saída acontece por exocitose.

Endocitose

Esse processo pode ocorrer por fagocitose ou por pinocitose.

   Na fagocitose a célula engloba partículas sólidas, relativamente grandes e visíveis ao microscópio óptico, como fragmentos celulares ou microrganismos. O citoplasma forma expansões denominadas pseudópodes, que envolvem o material, colocando-o em uma vesícula (cavidade) no interior celular. Nessa vesícula ocorre a digestão e a absorção dos produtos obtidos.

  Em protozoários e certos invertebrados, a fagocitose serve como mecanismo para a captura de alimento. Nos vertebrados, a fagocitose tem por função proteger o organismo contra invasores e destruir células velhas. Essas funções são exercidas por células de defesa, como por exemplo, os glóbulos brancos, que fagocitam e digerem bactérias invasoras.

 

  Na pinocitose, a célula captura líquidos ou macromoléculas dissolvidas em água, através de invaginações da membrana, que formam pequenas vesículas (menores que 0,15µm) chamadas pinossomos. É esse processo que as células intestinais utilizam para capturar gotículas de gordura do tubo digestivo. 

 

  Exocitose: é o mecanismo de eliminação de resíduos pela célula. Esses resíduos se encontram dentro de vesículas intracelulares que se desfazem na superfície da membrana, por um processo inverso da endocitose. Um exemplo desse processo é a saída para a circulação das gotículas de gordura capturadas pelas células intestinais.

  Os resíduos provenientes de materiais que entram por fagocitose ou pinocitose são eliminados por um tipo de exocitose chamado clasmocitose ou clasmatose.

Envoltórios e especializações da membrana plasmática

Glicocálix

 

   É o conjunto formado pelas glicoproteínas aderidas à face externa da membrana  e dos glicídios nela existentes.  O glicocálix aparece nas células animais e de alguns protozoários. Sua função é proteger a célula contra danos mecânicos e químicos, além de participar do reconhecimento de uma célula por outra e promovendo a adesão entre elas.

Parede celular

 

   A parede celular é um envoltório formado por celulose que protege e sustenta a célula vegetal. Entre as paredes de células adjacentes há uma camada de pectina  e outras substâncias adesivas, que mantêm as células unidas;  é a lamela média.

Plasmodesmos

 

   São poros com ligações de citoplasma que facilitam a passagem de substâncias de uma célula vegetal para outra.

Desmossomos

 

   São regiões ricas em queratina e substâncias adesivas existentes entre as células dos tecidos epiteliais e no músculo cardíaco. Os desmossomos ajudam na sustentação e adesão das células.

Microvilosidades

 

Bibliografia

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