quinta-feira, 15 de setembro de 2011

A Célula

As células

As células são as unidades estruturais e funcionais dos organismos vivos. A célula representa a menor porção de matéria viva dotada da capacidade de auto-duplicação independente.
As células foram descobertas em 1665 pelo inglês Robert Hooke. Ao examinar num microscópio rudimentar, numa lâmina de cortiça, Hooke verificou que ela era constituída por cavidades poliédricas, às quais chamou de células (do latim cella, pequena cavidade). Na realidade Hooke observou paredes de células vegetais mortas.
As células são envolvidas pela membrana celular e preenchidas com uma solução aquosa concentrada de substâncias químicas, o citoplasma em que se encontram dispersos organelos (por vezes escrito organelas, organóides, orgânulos ou organitos).
As formas mais simples de vida são organismos unicelulares que se propagam por cissiparidade. As células podem também constituir arranjos ordenados, os tecidos.
De acordo com a organização estrutural, as células são divididas em:
  • Células Procariontes
  • Células Eucariontes

Células Procariontes

As células procariontes ou procarióticas, também chamadas de protocélulas, são muito diferentes das eucariontes. A sua principal característica é a ausência de cariomembrana individualizando o núcleo celular, pela ausência de alguns organelos e pelo pequeno tamanho que se acredita que se deva ao facto de não possuírem compartimentos membranosos originados por evaginação ou invaginação. Também possuem DNA na forma de um anel não-associado a proteínas (como acontece nas células eucariontes, nas quais o DNA se dispõe em filamentos espiralados e associados à histonas).
Estas células são desprovidas de mitocôndrias, plastídeos, complexo de Golgi, retículo endoplasmático e sobretudo cariomembrana o que faz com que o DNA fique disperso no citoplasma.
A este grupo pertencem seres unicelulares ou coloniais:

Células incompletas

As bactérias dos grupos das rickettsias e das clamídias são muito pequenas, sendo denominadas células incompletas por não apresentarem capacidade de auto-duplicação independente da colaboração de outras células, isto é, só proliferarem no interior de outras células completas, sendo, portanto, parasitas intracelulares obrigatórios.
Diferem dos vírus por apresentarem:
  • conjuntamente DNA e RNA;
  • parte da máquina de síntese celular necessária para reproduzirem-se;
  • uma membrana semipermeável, através da qual realizam as trocas com o meio envolvente.

Células Eucariontes

As células eucariontes ou eucarióticas, também chamadas de eucélulas, são mais complexas que as procariontes. Possuem membrana nuclear individualizada e vários tipos de organelas. A maioria dos animais e plantas a que estamos habituados são dotados deste tipo de células.
É altamente provável que estas células tenham surgido por um processo de aperfeiçoamento contínuo das células procariontes.
Não é possível avaliar com precisão quanto tempo a célula "primitiva" levou para sofrer aperfeiçoamentos na sua estrutura até originar o modelo que hoje se repete na imensa maioria das células, mas é provável que tenha demorado muitos milhões de anos. Acredita-se que a célula "primitiva" tivesse sido bem pequena e para que sua fisiologia estivesse melhor adequada à relação tamanho × funcionamento era necessário que crescesse.
Acredita-se que a membrana da célula "primitiva" tenha emitido internamente prolongamentos ou invaginações da sua superfície, os quais se multiplicaram, adquiriram complexidade crescente, conglomeraram-se ao redor do bloco inicial até o ponto de formarem a intrincada malha do retículo endoplasmático. Dali ela teria sofrido outros processos de dobramentos e originou outras estruturas intracelulares como o complexo de Golgi, vacúolos, lisossomos e outras.
Quanto aos cloroplastos (e outros plastídeos) e mitocôndrias, atualmente há uma corrente de cientistas que acreditam que a melhor teoria que explica a existência destes orgânulos é a Teoria da Endossimbiose, segundo a qual um ser com uma célula maior possuía dentro uma célula mais pequena mas com melhores características, fornecendo uma o refúgio à mais pequena e esta a capacidade de fotossintetizar ou de sintetizar proteínas com interesse para a outra.
Nesse grupo encontram-se:
  • Células Vegetais (com cloroplastos e com parede celular; normalmente, apenas, um grande vacúolo central)

  • Células Animais (sem cloroplastos e sem parede celular; vários pequenos vacúolos)

Desenho de uma célula (clique para ampliar)
Orgânulos:
  1. Nucléolo
  2. Núcleo celular
  3. Ribossomos
  4. Vesículas
  5. Ergastoplasma ou Retículo endoplasmático rugoso (RER)
  6. Complexo de Golgi
  7. Microtúbulos
  8. Retículo Endoplasmático Liso
  9. Mitocôndrias
  10. Vacúolo
  11. Citoplasma
  12. Lisossomas
  13. Centríolos


Outros componentes celulares:

Cílio (citologia)

Em biologia, cílios são apêndices das células eucarióticas com movimento constante numa única direcção. Este nome provém do latim, com o significado de pestana, pela sua similaridade aparente.
Os cílios são estruturalmente idênticos aos flagelos e, por essa razão, estes termos são muitas vezes usados para as mesmas estruturas. No entanto, geralmente usa-se o termo cílios nos casos em que eles são numerosos e curtos.
Os cílios encontram-se em todas as espécies de animais excepto nos artrópodes e nemátodes. São raros nas plantas, mas ocorrem, por exemplo, nas cicadáceas. Os protozoários com cílios (por exemplo, do filo Ciliophora ou ciliados) usam-nos na locomoção ou simplesmente para moverem o líquido em que se encontram.
O ser humano e os outros mamíferos têm células ciliadas no revestimento interno da traqueia e brônquios, que servem para reter muco e poeira que poderiam prejudicar os pulmões, e também nos ovidutos, onde eles ajudam o óvulo a mover-se do ovário para o útero.
Cada cílio é formado por uma membrana que protege uma matriz de nove microtúbulos que rodeia um núcleo central de dois microtúbulos. Normalmente chama-se a este tipo de organização uma estrutura 9 + 2.

Flagelo

Em biologia, chamam-se flagelos a apêndices das células vivas, em forma de filamentos, que servem para a sua locomoção (no caso de organismos unicelulares - flagelados) ou para promover o movimento da água ou outros fluidos no interior do organismo, quer no processo da alimentação, quer na excreção.
Os diferentes reinos em que se dividem os organismos vivos têm diferentes tipos de flagelos:
  • o flagelo bacteriano;
  • o flagelo arqueano; e
  • o flagelo eucariótico.

Flagelo bacteriano

O flagelo bacteriano é um tubo oco, com 20 nanómetros de espessura, composto pela proteína flagelina, de forma helicoidal com uma dobra à saída da membrana celular chamada "gancho", que faz com que a hélice fique virada apara o exterior da célula. Entre o gancho e a estrutura basal existe uma bainha que passa através de anéis de proteina na membrana celular, que funcionam como “rolamentos”. Os organismos Gram-positivos têm 2 anéis, um na parede celular e outro na membrana, enquanto que os Gram-negativos têm 4 anéis, 2 na parede celular e 2 na membrana.
O flagelo bacteriano é activado por um “motor” rotativo composto de proteínas, localizado no ponto da membrana interna onde o flagelo tem a sua origem, e é movido por um fluxo de protões, causado por um gradiente de concentrações originado pelo metabolismo da célula (nas espécies de Vibrio o motor é uma bomba de sódio). The rotor transporta prótons através da membrana, sendo activado nesse processo e é capaz de operar a 6000 a 17.000 rpm mas, com o filamento normalmente atinge apenas 200 a 1000 rpm.
Nas bactérias, os componentes do flagelo podem organizar-se espontanemente, uma vez que, tanto a estrutura basal como o filamento têm um centro oco, através do qual as proteínas do flagelo se movem para as suas respectivas posições. A estrutura basal tem muitas características em comum com certos tipos de poro secretor, que têm igualmente uma estrutura oca que se estende para fora da célula e pensa-se que o flagelo bacteriano pode ter sido o resultado da evolução destes poros.
Diferentes espécies de bactérias têm diferentes números e organização dos flagelos:
  • As bactérias monótricas possuem um único flagelo;
  • As lofótricas têm múltiplos flagelos localizados num único ponto da superfície da célula e movem-se em sincronia para impelir a bactéria numa determinada direcção;
  • As anfítricas têm um flagelo em cada extremidade da célula, mas apenas um deles opera de cada vez, permitindo à bactéria mudar de direcção rapidamente, operando um flagelo e parando o outro;
  • As perítricas possuem flagelos em toda a superfície da célula.
As espiroquetas possuem ainda flagelos internos entre a membrana interna e a externa, que rodam causando um movimento em forma de parafuso.
O flagelo polar das bactérias monótricas roda geralmente no sentido inverso, empurrando a célula para uma direcção, ficando o flagelo para trás mas periodicamente o sentido da rotação é invertido, causando um "solavanco" que permite a reorientação da célula.

Flagelo arqueano

O flagelo arqueano é um organelo dos procariontes exclusivo dos Archaea superficialmente semelhante ao flagelo bacteriano, uma vez que ambos consistem em filamentos de flagelinas originados na membrana celular que rodam para movimentar a célula. No entanto, há diferenças fundamentais entre o flagelo arqueano e o flagelo bacteriano:
  • O flagelo bacteriano é impulsionado por um fluxo de íons H+ (ou Na+), enquanto que o arquaeano é impulsionado por ATP (a energia química das células vivas);
  • Enquanto que os flagelos bacterianos rodam independentemente uns dos outros, os flagelos arqueanos são compostos defeixes de filamentos que rodam como uma unidade;
  • Os flagelos bacterianos crescem pela adição de unidades de flagelina na extremidade, quando que os arquaeanos crescem pela addição daquelas unidades na base; isto provém do facto dos flagelos bacterianos serem mais espessos que os arqueanos e terem um "tubo" por onde as unidades de flagelina podem chegar à extremidade, enquanto que o flagelo arqueano é demasiado estreito para permitir esta “migração.
Estas diferenças parecem indicar que os flagelos bacteriano e arqueano são um caso de analogia biológica ou evolução convergente e não de homologia.

Flagelo Eucariótico

O flagelo eucariótico, também chamado cílio ou ondulipódio ("pé ondulante") é completamente diferente do flagelo das bactérias, tanto em estrutura como em origem evolucionária. Mas a função é a mesma: criar movimento, quer da célula em si (nos organismos unicelulares), quer do fluido envolvente.
É formado por um conjunto de nove pares de microtúbulos que rodeiam dois outros microtúbulos, o axonema. Na base do flagelo, por dentro da membrana celular, existe um corpo basal ou cinetossoma, com cerca de 500 nanómetros de comprimento. O movimento do flagelo é provocado por energia química, na forma de ATP, que a célula transmite à proteína dineína, que liga os microtúbulos, fazendo-os deslisar uns contra os outros.
Algumas células têm flagelos, geralmente mais pequenos, organizados em filas compactas chamadas cinécias, que são os verdadeiros cílios e que normalmente se movem em sincronia.

Cromossomo



Figura 1:: Cromossomo. (1) Cromatídeo. Cada um dos dois braços idênticos dum cromossomo depois da fase S. (2) Centrómero. O ponto de ligação de dois cromatídeos, onde se ligam os microtúbulos. (3) Braço curto. (4) Braço longo.
Um cromossomo ou cromossoma é uma longa sequência de DNA, que contém vários genes, e outras sequências de nucleótidos com funções específicas nas células dos seres vivos.
Nos cromossomos dos eucariontes, o DNA encontra-se numa forma semi-ordenada dentro do núcleo celular, agregado a proteínas estruturais, as histonas (Fig. 1), e toma a designação de cromatina. Os procariontes não possuem histonas nem núcleo. Na sua forma não-condensada, o DNA pode sofrer transcrição, regulação e replicação.
Durante a mitose (ver divisão celular), os cromossomos encontram-se condensados e têm o nome de cromossomos metafásicos e é a unica ocasião em que se podem observar com um microscópio óptico.
O primeiro investigador a observar cromossomos foi Karl Wilhelm von Nägeli em 1842 e o seu comportamento foi descrito em detalhe por Walther Flemming em 1882. Em 1910, Thomas Hunt Morgan provou que os cromossomos são os portadores dos genes.

Cromossomos dos eucariontes

Os eucariontes possuem múltiplos cromossomos lineares dentro do núcleo celular. Cada cromossomo tem um centrómero e um ou dois braços saindo do centrómero, os cromatídeos. As extremidades dos cromossomos possuem estruturas especiais chamadas telómeros. A replicação do DNA pode iniciar-se em vários pontos do cromossomo.

Cromossomos dos procariontes

Os cromossomos das bactérias podem ser circulares ou lineares. Algumas bactérias possuem apenas um cromossomo, enquanto outras têm vários. O DNA bacteriano toma por vezes a forma de plasmídeos, cuja função não se encontra bem definida.

Cromatina

Conhecem-se dois tipos de cromatina:
  • Eucromatina, que consiste em DNA activo, ou seja, que se pode expressar como proteinas, e
  • Heterocromatina, que consiste em DNA inactivo e que parece ter funções estruturais durante o ciclo celular. Podem ainda distinguir-se dois tipos de heterochromatin:
    • Heterocromatina constitutiva, que nunca se expressa como proteínas e que se encontra localizada à volta do centrómero (contém geralmente sequências repetitivas); e
    • Heterocromatina facultativa, que, por vezes, se expressa.

                    
Figura 2:: Diferentes níveis de condensação do DNA. (1) Cadeia simples de DNA . (2) Filamento de cromatina (DNA com histonas). (3) Cromatina condensada em interfase com centrómeros. (4) Cromatina condensada em profase. (Existem agora duas cópias da molécula de DNA) (5) Cromossoma em metafase
Nos primeiros estados da mitose, os filamentos de cromatina tornam-se cada vez mais condensados. Eles deixam de funcionar como material genético acessível e formam uma estrutura muito condensada. Eventualmente, os dois cromatídeos (filamentos de cromatina condensada) tornam-se visíveis como um cromossoma, ligados no centrómero. Microtúbulos longos associam-se ao centrómero e a dois extremos opostos da célula. Durante a mitose, os microtúbulos separam os cromatídeos e puxan-nos em direcções opostas, de maneira a que cada célula filha herde um conjunto de cromatídeos. Após a divisão das células, os cromatídeos descondensam-se e podem funcionar de novo como cromatina. Apesar da sua aparência os cromossomas têm uma estrutura complexa (Fig. 2). Por exemplo, os genes com funções similares estão muitas vezes juntos no núcleo, mesmo que estejam bastante distanciados no cromossoma. O curto braço de um cromossoma pode ser esticado por um cromossoma satélite que contém informação para codificar RNA ribossómico.

Números de cromossomos em diferentes espécies


Espécie
# de cromossomos

Espécie
# de cromossomos
8

46
14

48
16

54
16

64
24

78
32

104
40

~380
42

~1200


Os membros normais de uma espécie em particular possuem todos o mesmo número de cromossomas (Tabela 1). As espécies que se reproduzem assexuadamente têm um conjunto de cromossomas, que é igual em todas as células do corpo. As espécies que se reproduzem sexuadamente têm células somáticas, que são diplóides [2n] (têm dois conjuntos de cromossomas, um proveniente da mãe e outro do pai) ou poliplóides [Xn] (têm mais do que dois conjuntos de cromossomas), e gâmetas (células reprodutoras), que são haplóides [n] (têm apenas um conjunto de cromossomas). Os gâmetas são produzidos por meiose de uma célula diplóide da linha germinativa. Durante a meiose, os cromossomas correspondestes do pai e da mãe podem trocar pequenas partes de si próprios (crossing-over), e assim criar novos cromossomas que não foram herdados unicamente de um dos progenitores. Quando um gâmeta masculino e um gâmeta feminino se unem (fertilização), forma-se um novo organismo diplóide.

Cariótipo

Para determinar o número (diplóide) de cromossomas de um organismo, as células podem ser fixadas em metafase in vitro com colquicina. Estas células são então coradas (o nome cromossoma foi dado pela sua capacidade de serem corados), fotografadas e dispostas num cariótipo (um conjunto ordenado de cromossomas). Tal como muitas espécies com reprodução sexuada, os seres humanos têm cromossomas sexuais especiais (X e Y), que são diferentes dos autossomas, que tem como finalidade definir as funções corporais. Estes são XX nas fêmeas e XY nos machos. Nas fêmeas, um dos dois cromossomas X está inactivo e pode ser visto em microscópio como os corpos de Barr.

Aberrações cromossômicas

O funcionamento defeituoso quer da segregação cromossômica quer do crossover pode provocar doenças graves. Estas podem ser divididas em dois grupos:
  • Anomalia cromossômica ou displasia cromossômica parcial (malformação), que resultam normalmente de um crossover anormal. Alguns exemplos são:
    • Síndrome Cri-du-Chat, que é causada pela delecção de parte do braço curto do cromossoma 5. As vítimas emitem sons agudos que se assemelham ao miado de um gato. Têm os olhos afastados, cabeça e maxilar pequenos e atraso mental.
    • Síndrome de Wolf-Hirschhorn, que é causada pela delecção parcial do braço curto do cromossoma 4. É caracterizada por crescimento tardio acentuado e deficiência mental.
  • Falta ou excesso de cromossomas, chamada aneuploidia, que resulta de uma segregação cromossómica incompleta e está muitas vezes relacionada com o cancro. Alguns exemplos são:
    • Síndrome de Down (um cromossoma 21 a mais). Também é conhecida como mongolismo ou trissomia 21. Os sintomas são controle muscular diminuído, crânio assimétrico, olhos oblíquos e atraso mental.
    • Síndrome de Klinefelter (XXY). Os homens com síndrome de Klinefelter são normalmente estéreis. Apresentam estatura elevada, membros mais longos que o normal, hipogonadismo e algum desenvolvimento mamário. É comum a presença de atraso motor, de linguagem, problemas de aprendizagem. Outros problemas psiquiátricos podem estar relacionados com a síndrome mas ainda precisam ser mais bem relatados.
    • Síndrome de Turner (X em vez de XX ou XY). Na síndrome de Turner, as características sexuais femininas existem mas subdesenvolvidas. As pessoas que sofrem de síndrome de Turner têm muitas vezes pequena estatura, testa estreita, características oculares e desenvolvimento ósseo anormais, nomeadamente no peito (pectus excavatum).


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