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A célula – Uma introdução

A célula é a menor unidade funcional de um organismo vivo que pode funcionar de maneira independente. Ela é constituída de vários tipos de organelas que permitem à célula funcionar e se reproduzir. Existem duas classes gerais de células: as células auto-sustentáveis simples conhecidas como procariontes (bactérias e archaea) e as mais complexas e dependentes conhecidas como eucariontes. As células eucarióticas são geralmente encontradas em animais, plantas, algas e fungos. Para o propósito desse artigo, o foco primário será a estrutura e composição da célula animal. As principais diferenças entre as células animais e vegetais também serão exploradas.

Conforme foi dito anteriormente, os componentes fundamentais de uma célula são suas organelas. Essas organelas são constituídas de combinações variáveis de átomos e moléculas. As organelas realizam diferentes funções da célula, como metabolismo, produção de energia e subsequentemente reprodução. Células com funções particulares se juntam para formar órgãos (ex.: parênquima pulmonar). Órgãos com funções relacionadas funcionam em conjunto dentro de um sistema (ex.: sistema respiratório). Esses sistemas, apesar de possuírem funções diferentes, trabalham em sinergia para permitir que o organismo (ex.: humano) sobreviva. Cada aspecto da célula é importante para sua sobrevivência. 

Factos importantes sobre células eucarióticas
Definição de célula A menor unidade funcional dentro de um organismo vivo que pode funcionar de forma independente.
Tipos de células Procariontes (bactérias e archaea) e células eucarióticas (em animais, plantas, algas e fungos).
Membrana plasmática Bicamada fosfolipídica (permeabilidade seletiva, anfipática), colesterol, proteínas (canais, carreadores, receptores).
Endocitose Fagocitose (absorção de sólidos), pinocitose (absorção de líquidos), endocitose mediada por receptores (absorção controlada por receptores celulares de superfície).
Citoplasma Meio semi-sólido que mantém as organelas suspensas e os nutrientes dissolvidos no ambiente celular interno.
Citoesqueleto Responsável pela forma e suporte, composto por microtúbulos, microfilamentos, filamentos intermediários, cílios e flagelos.
Ribossomas Síntese proteica, compostos por duas subunidades, uma pequena e outra grande.
Retículo endoplasmático Liso e rugoso.
Aparelho de Golgi Centro de armazenamento de proteínas, dividido em componentes cis e trans.
Vesículas Exocíticas (para conteúdo que será expelido), lisossomais (digestão proteica e defesa) e secretoras (para uma expulsão regulada de conteúdo em resposta a um estímulo).
Mitocôndria Produção de energia (ATP), consistindo de uma membrana externa, membrana interna e um espaço intermembranoso.
Núcleo Consiste em cromatina (heterocromatina, eucromatina) que é composta por DNA envolvido em torno de proteínas histonas.
Envelope nuclear Bicamada lipídica em torno do núcleo que possui poros nucleares.
Células animais vs Células vegetais

Forma - as células animais são irregulares; as vegetais são retangulares.

Celulose - ausente nas células animais; envolve a membrana celular nas vegetais.

Produção de ATP - mitocôndrias nas células animais; mitocôndria e cloroplastos nas vegetais.

Cílios - presente em células animais; ausente nas vegetais.

Clínica Apoptose, hiperplasia, hipertrofia, metaplasia, displasia

Membrana plasmática (celular)

Componente fosfolipídio (fosfolípidico)

A membrana plasmática é a camada mais externa da célula. A principal função da membrana plasmática é proteger a célula de seu ambiente. Ela é frequentemente referida como um mosaico fluido de duas camadas de fosfolipídios (fosfolípidos) que são hidrofílicos externamente, mas hidrofóbicos em seu interior. A propriedade hidrofílica surge da molécula carregada de fosfato que forma a cabeça do fosfolipídio (fosfolípido), e a natureza hidrofóbica se deve às duas caudas lipídicas que formam seu interior. Essa propriedade permite a permeabilidade seletiva da membrana. Por exemplo, partículas que são hidrofílicas (íons / iões) não são capazes de passar através do centro hidrofóbico, e aquelas que são hidrofóbicas (ex.: gorduras) são repelidas da superfície externa. Como resultado a célula é capaz de isolar seu ambiente interno do ambiente externo.

Membrana plasmática (verde)

Algumas das estruturas fosfolipídicas estão ligadas a moléculas de colesterol. Estas servem como marcadores celulares individuais para permitir que o sistema imunológico do corpo possa distinguir o “self” do “non self”, bem como manter a consistência da membrana plasmática.

Membrana celular

Componente proteico

Como em qualquer organismo vivo, a célula não é completamente auto-suficiente e consequentemente irá precisar de nutrientes do ambiente externo e também de exportar seus produtos para o ambiente externo. Os movimentos controlados de substâncias são realizados por canais proteicos e por proteínas carreadoras ancoradas na membrana plasmática que seletivamente ou não seletivamente permitem que determinadas partículas entrem ou saiam da célula.

Algumas moléculas protéicas são marcadas com cadeias de glicogênio (glicoproteínas), e funcionam como canais recetores que iniciam os processos celulares. Outras proteínas estão restritas à face citosólica (proteínas intracelulares) ou à face extracelular (proteínas extracelulares) da membrana, enquanto outras atravessam toda a membrana (proteínas transmembranares). Esse é o raciocínio atrás do termo “mosaico fluido”, que se refere ao facto de que as proteínas localizadas dentro ou na membrana se movem livremente através da bicamada fosfolipídica.

Absorção de materiais

No caso de substâncias que não podem passar nem através da membrana nem utilizando os canais da membrana, a membrana plasmática possui a capacidade de envolver o material externo em um processo conhecido como endocitose. Esse processo envolve o reconhecimento de microorganismos externos ou substâncias nativas por receptores na membrana celular e subsequente dobra daquela região da membrana ao redor da estrutura a ser transportada para dentro do citoplasma. A endocitose pode ser subdividida em três tipos:

  • Fagocitose envolve a absorção de substâncias não específicas (usualmente sólidas) para dentro da célula.
  • Pinocitose envolve a absorção de substâncias específicas (geralmente fluido extracelular) para dentro da célula.
  • Endocitose mediada por receptores envolve a absorção específica de certas macromoléculas, o que é controlado por receptores celulares de superfície.

Citoplasma

O meio semi-sólido que mantém as organelas suspensas e os nutrientes dissolvidos dentro do ambiente celular interno é o citoplasma. Além das organelas, o citoplasma contém ainda microfilamentos, microtúbulos e grânulos secretores.
Os microfilamentos e microtúbulos são uma parte da arquitetura celular que auxilia na manutenção da estrutura da célula (citoesqueleto) e possuem um papel na replicação celular. Eles contribuem ainda para a formação dos cílios e flagelos em algumas linhagens celulares que requerem mobilidade.

Ribossomos (Ribossomas)

Para que as células cresçam e se repliquem, elas devem produzir os blocos de construção necessários para atingir tais feitos. Além disso, algumas células – como as células β do pâncreas – produzem hormônios (hormonas) baseados em proteínas que ajudam a manter a homeostase. Esse processo é realizado pelos ribossomos (ribossomas). Ribossomos (ribossomas) são moléculas complexas baseadas em ácido ribonucleico (ácido ribonucleico-ribossomal; r-RNA), que são responsáveis pela tradução de sequências de códigos do RNA mensageiro (m-RNA) em proteínas. Eles são constituídos por uma subunidade pequena e uma subunidade grande que se coordenam para traduzir a banda de m-RNA. Alguns ribossomos (ribossomas) são ligados à membrana, enquanto outros flutuam livremente no citoplasma. Enquanto os ribossomos (ribossomas) livres sintetizam proteínas que serão utilizadas dentro da célula, as proteínas sintetizadas pelos ribossomos (ribossomas) ligados à membrana serão exportadas.

Ribossomos (verde)

Retículo endoplasmático

Existem grupos de sacos e vesículas que formam cisternas (túbulos) dentro do citoplasma. Estas estruturas formam o retículo endoplasmático. Existem dois tipos de retículos endoplasmáticos: um que possui ribossomos (ribossomas) ligados à sua superfície – retículo endoplasmático rugoso (RER) e outro que não possui ribossomos (ribossomas) – retículo endoplasmático liso (REL).

Outra propriedade distinta entre os retículos endoplasmáticos lisos e rugosos é que os retículos endoplasmáticos rugosos são uma extensão da membrana nuclear, enquanto os retículos endoplasmáticos lisos podem ser tanto uma coleção independente de sacos ou uma continuação do retículo endoplasmático rugoso. Conforme mencionado anteriormente, o retículo endoplasmático rugoso armazena proteínas que foram sintetizadas pelos ribossomos (ribossomas) em sua superfície. Em contraste, o retículo endoplasmático liso sintetiza fosfolipídios (fosfolípidos), esteróides e lipídios (lípidos), que serão subsequentemente utilizados na síntese de hormônios (hormonas) baseados em esteróides.

Aparelho de Golgi

Nomeado em homenagem ao cientista italiano que o descobriu em 1898, Camillio Golgi, essa organela existe dentro do citoplasma como um centro de armazenamento de proteínas que serão distribuídas para outros locais. O aparelho de Golgi (também chamado de complexo de Golgi ou corpo de Golgi) é estruturalmente subdividido em um componente cis e um trans. O primeiro representa vesículas achatadas do retículo endoplasmático que se fundem para formar cisternas. O aspecto trans da estrutura é a região da qual as vesículas se desprendem para se fundir a outras vesículas, lisossomos (lisossomas) ou à superfície celular (para sofrerem exocitose).

Aparelho de Golgi (verde)

Vesículas e lisossomos (lisossomas)

Algumas proteínas sintetizadas dentro da célula são utilizadas pela célula, enquanto outras serão exportadas para outras áreas do corpo. Para prevenir que esses produtos sejam ativados e interajam de maneira não intencional com a célula de origem, eles são armazenados em sacos envoltos de membranas chamados de vesículas. Existem três tipos básicos de vesículas: exocíticas, lisossomais e vesículas secretoras.

As vesículas exocíticas contém proteínas que serão expelidas da célula via exocitose. Isso ocorre quando as vesículas se fundem à membrana citoplasmática e expelem seu conteúdo para o espaço extracelular. Por exemplo, a liberação de anticorpos de células B ativadas durante a resposta imunológica humoral.

Proteínas armazenadas em vesículas secretoras também serão liberadas para o meio extracelular, mas necessitam de um estímulo; a liberação de acetilcolina (ACh) dos telodendritos dos neurônios na fenda sináptica, seguido de estimulação por um potencial de ação.

Por outro lado, proteases são enzimas desenhadas para digerir proteínas. Essas são proteínas especiais que estão envolvidas na degradação celular de uma maneira apoptótica (morte celular programada), ou como parte do mecanismo de defesa contra patógenos invasivos. Em ambos os casos, essas enzimas são armazenadas nos lisossomos (lisossomas) para liberação subsequente. Quando há uma organela, célula ou microorganismo a ser digerido, uma vesícula se forma ao redor da substância a ser dissolvida e subsequentemente se funde ao lisossoma. Isso é realizado para prevenir dano colateral a outras estruturas citoplasmáticas.

Lisossomos (verde)

Mitocôndria

Frequentemente chamadas de “gerador” da célula, a mitocôndria é uma estrutura alongada, de dupla membrana, com numerosos cristais (cristas) dentro de sua membrana interna. Adicionalmente às proteínas ATP sintetase ligadas à membrana que facilitam a produção de ATP, as mitocôndrias são as únicas organelas que contêm seu próprio DNA e são, por isso, capazes de replicação.

Mitocôndrias (verde)

A membrana externa que envolve toda a organela é equipada com proteínas priônicas que permitem a absorção seletiva por tamanho de algumas substâncias. A membrana interna também possui proteínas específicas, como a ATP sintetase (sintetiza ATP), citocromo C (realiza as reações de oxidação-redução) e proteínas de transporte (para absorção seletiva de material para o interior da matriz mitocondrial). Os constituintes do espaço intermembranoso (entre a membrana interna e a externa) são muito semelhantes aos do citoplasma da célula.

A matriz é o local onde o ciclo do ácido cítrico (ciclo de Krebs – processo de formação do ATP) ocorre. O número de mitocôndrias encontrado em uma célula em particular depende de sua função. Por exemplo, miócitos cardíacos possuem mais mitocôndrias que células epiteliais da pele, porque eles precisam de mais ATP para torná-los resistentes à fadiga.

Núcleo

Essa é a maior estrutura dentro da célula. Ela é circunscrita pelo envelope nuclear e contém um nucléolo, matriz e, mais importante, o material genético hereditário conhecido como ácido desoxirribonucleico (DNA). Existem aproximadamente dois metros de material genético microscópico dentro de cada célula. Esse imenso volume de DNA é mantido no interior da célula por se comprimir ao redor de histonas (andaimes proteicos), que são subsequentemente empilhados como cromossomos (cromossomas). Entretanto, o DNA somente existe como cromossomos (cromossomas) durante os estágios ativos da divisão celular. Quando a célula está na fase de crescimento, o DNA assume a forma de eucromatina ou heterocromatina. DNA que leva a forma eucromática é geralmente mais frequentemente transcrito e expresso pela célula.

Dentro do núcleo existe uma região única conhecida como nucléolo. Essa é uma área onde o DNA que codifica o RNA ribossomal (ou repetições tandem) é encontrado. A sua função primária é fabricar e assimilar o r-RNA que será exportado para o citoplasma para transcrever m-RNA.

Envelope nuclear

Existe outra membrana seletivamente permeável que separa o citoplasma da matriz nuclear. Essa estrutura é conhecida como envelope nuclear; como a membrana plasmática, ela também é constituída de uma dupla camada lipídica. É uma estrutura de dupla camada que envolve o nucléolo e a cromatina no interior da matriz nuclear. O envelope nuclear é contínuo com o retículo endoplasmático rugoso.

Em algumas áreas do envelope as camadas interna e externa se fundem, formando aberturas conhecidas como poros nucleares. Os poros nucleares não somente permitem que nucleotídeos e outros materiais entrem no núcleo, mas também permitem que o m-RNA saia do núcleo para tradução no citoplasma.

Diferenças entre células animais e células vegetais

Para completar, deve ser notado que células animais não são o único tipo de célula eucariótica que existe. Células vegetais também são eucarióticas e possuem componentes que são semelhantes aos das células animais. Contudo, existem algumas diferenças significativas. Enquanto as células animais são mais irregulares em sua forma, as células vegetais possuem frequentemente uma forma retangular fixa. Essa forma fixa é facilitada pela parede celular rígida baseada em celulose que circunda a membrana plasmática da célula vegetal; que também é ausente nas células animais.

Além de possuir mitocôndrias para produzir ATP, células vegetais também possuem cloroplastos. Essas estruturas permitem que as plantas utilizem a energia ultravioleta no processo de fotossíntese para produzir seu próprio alimento. Finalmente, enquanto uma ampla variedade de células animais podem estar equipadas com cílios, essas estruturas são normalmente ausentes na maior parte de células vegetais.

Significado clínico

Morte celular

As células existem por todo o corpo e trabalham de forma sinérgica para executar suas respectivas funções. Essas células participam em transformações mitóticas (e meióticas nas gônadas) para sustentar sua população celular. Quando uma célula é exposta a um estímulo estressante, ela geralmente realiza uma tentativa de adaptação àquele ambiente, até que o estímulo seja removido. Uma vez que não haja dano extensivo à célula, ela geralmente se repara e retorna ao seu estado normal. Entretanto, uma vez que a célula é substancialmente danificada e que a injúria é irreversível, a célula pode  sofrer morte celular programada – um processo conhecido como apoptose. A apoptose ocorre naturalmente, controlada por processos mediados por células através dos quais a célula danificada ou desgastada é auto-fagocitada. Existe ainda outra forma de morte celular que é não programada e pode resultar em mais dano a células adjacentes, conhecido como necrose celular. Neste a morte da célula é devido a um agente externo (ex.: trauma, infecções ou toxinas) que iniciam a morte prematura da célula.

Existem algumas circunstâncias em que o material genético pode codificar uma mutação como resultado de exposição a um estímulo nocivo, herança genética de código equivocado, ou simplesmente devido a um erro na replicação, que desliga funções importantes de manutenção da célula. Esse é um fenômeno observado em células malignas.
Existem várias propriedades marcantes das células cancerígenas, incluindo a habilidade dessas células de se espalhar para locais distantes e crescer (metástases), iniciar angiogênese (criação de novos vasos sanguíneos para aumentar seu suprimento sanguíneo) e, mais importante, as células são “imortais”. Enquanto as células (apesar de dificilmente) poderem ser mortas com vários agentes farmacológicos, radiológicos e imunológicos, a configuração apoptótica inata da linhagem celular é desregulada. Apesar de tais células possuirem várias características que iniciariam a apoptose em uma linhagem celular normal, essas células irão crescer e se reproduzir em uma taxa incontrolável, porque elas são de alguma forma capazes de evitar a morte celular programada.

Mudanças celulares

Existem alguns termos que são especificamente associados com mudanças ao nível celular que são situações comuns no campo médico. Assim, eles devem ser conhecidos para se acompanhar as discussões sobre processos patológicos:

  • Hiperplasia refere ao aumento no tamanho de um órgão como resultado de aumento do número de células dentro do mesmo. Por exemplo, na hiperplasia prostática benigna o número de células prostáticas aumenta, resultando em um aumento das dimensões totais da glândula. Entretanto o tamanho geral das células continua o mesmo.
  • Hipertrofia por outro lado se refere a um aumento do tamanho do órgão devido a um aumento do tamanho de suas células constituintes. Pense sobre o processo de hipertrofia ventricular esquerda, onde os miócitos cardíacos aumentam de tamanho devido a aumento crônico da resistência periférica. No entanto, ao contrário da hiperplasia, o número de células tipicamente continua o mesmo.
  • Metaplasia é um processo reversível através do qual uma célula madura de determinado tipo é substituído por outro tipo celular maduro. Um bom exemplo disso pode ser encontrado no esôfago distal de pacientes com doença do refluxo gastroesofágico (esôfago de Barret). Nesse caso, a exposição crônica do epitélio do tipo colunar aos ácidos gástricos corrosivos promove a mudança celular para o tipo escamoso, que é mais robusto. Quando o estímulo é removido, a linhagem celular irá retornar ao seu estado prévio. Isso não é considerado uma lesão diretamente relacionada a malignidade.
  • Displasia diz respeito à proliferação de linhagens celulares imaturas e um declínio na prevalência de células maduras residentes em determinado local anatômico. Isso é observado nas neoplasias intraepiteliais cervicais, em que a linhagem celular anormal ainda não invadiu a membrana basal. Isso é considerado um precursor de lesões malignas.

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Referências:

  • Eroschenko, Victor P and Mariano S. H. di Fiore: Difiore's Atlas Of Histology With Functional Correlations. 10th ed. Philadelphia: Wolters Kluwer Health/Lippincott Williams & Wilkins, 2008. Print.
  • Hernandez-Verdun, Danièle: "Nucleolus: From Structure To Dynamics". Histochemistry and Cell Biology 125.1-2 (2005): 127-137. Web. 3 Oct. 2016.
  • Kumar, Vinay et al.: Robbins And Cotran Pathologic Basis Of Disease. 9th ed. Philadelphia, PA: Elsevier Saunders, 2015. Print.
  • Lowe, S. W.: "Apoptosis In Cancer". Carcinogenesis 21.3 (2000): 485-495. Web. 5 Oct. 2016.
  • McEvoy, Michael.: "PEMT Gene Mutations: Choline & Phospholipids - Metabolic Healing". Metabolic Healing. N.p., 2015. Web. 3 Oct. 2016.
  • Mironov, A. A and Margit Pavelka.: The Golgi Apparatus. Wien: Springer, 2008. Print.
  • "Molecular Expressions Cell Biology: The Cell Nucleus". Micro.magnet.fsu.edu. N.p., 2015. Web. 3 Oct. 2016.
  • "Structures And Functions Of Microtubules". Ruf.rice.edu. N.p., 2016. Web. 3 Oct. 2016.

Artigo e revisão:

  • Lorenzo Crumbie
  • Francesca Salvador
  • Adrian Rad

Ilustrações:

  • Primeira galeria de imagens - Paul Kim
  • Membrana plasmática - Paul Kim
  • Membrana celular – Crédito da foto: Becky Boone via VisualHunt / CC BY-SA
  • Segunda galeria de imagens - Paul Kim
  • Ribossomos - Paul Kim
  • Terceira galeria de imagens - Paul Kim
  • Aparelho de Golgi - Paul Kim
  • Lisossomos - Paul Kim
  • Mitocôndrias - Paul Kim
  • Quarta galeria de imagens - Paul Kim
  • Núcleo celular – lâmina histológica - Smart In Media
  • Quinta galeria de imagens - Paul Kim 

Tradução para português e layout:

  • Rafael Lourenço do Carmo
  • Catarina Chaves
  • Beatriz la Féria
© Exceto expresso o contrário, todo o conteúdo, incluindo ilustrações, são propriedade exclusiva da Kenhub GmbH, e são protegidas por leis alemãs e internacionais de direitos autorais. Todos os direitos reservados.

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