Citoplasma e organelas citoplasmáticas

Citoplasma e Citosol 

Na célula, o citoplasma se encontra entre o núcleo e a membrana plasmática. O citoplasma das células eucarióticas é formado pelo citosol, pelo citoesqueleto e pelas organelas citoplasmáticas, também chamadas de organóides. Nas células procarióticas, o citoplasma não tem citoesqueleto e apresenta apenas ribossomos como organelas. 

Citosol 

O citosol, material gelatinoso no qual as organelas ficam mergulhadas, é composto de água, sais minerais, proteínas, carboidratos, bases nitrogenadas e aminoácidos. No citosol ocorrem diversas reações importantes para o funcionamento celular e, também, o transporte de substâncias.

Para facilitar os estudos as organelas foram agrupadas em organelas relacionadas com a síntese, armazenamento e transporte de substâncias dentro da célula (ribossomos, retículo endoplasmático, complexo golgiense, lisossomos, peroxissomos, glioxissomos e vacúolo) as relacionadas com o metabolismo energético (plastos e mitocôndrias) e as organelas microtubulares (microtúbulos, cílios e flagelos).

Organelas relacionadas com a síntese, armazenamento e transporte.

1. Ribossomos: Responsáveis pela produção (síntese) de Proteínas nas células e podem ser encontrados ligados ao reticulo endoplasmático ou livres no citoplasma. Formado no nucléolo por proteínas em associação com ácido ribonucléico ribossômico (RNAr).

Duas subunidades com tamanhos diferentes (oito).

Presente também em células procariotas e em organelas como plastos e mitocôndrias.

Todos os elementos envolvidos na síntese protéica têm associação temporária e são denominados de polirribossomos quando vários ribossomos associam ao mesmo RNA mensageiros para produzir grande quantidades de proteínas.

Os possíveis destinos das proteínas produzidas são:

2. Retículo Endoplasmático Rugoso (RER): É uma rede de bolsas e tubos membranosos localizados próximo ao núcleo, com ribossomos aderidos. Pode chegar a corresponder entre 50 a 60% do total de membranas das células. Apresenta comunicação com a carioteca. 

Funções: Transporte e a modificação de proteínas produzidas pelos ribossomos aderidos à membrana externa.

3. Retículo Endoplasmático Liso (REL): É uma rede de bolsas e tubos membranosos localizados próximos ao núcleo. Função: Desintoxicação celular (como o álcool, por exemplo, inativando-as e facilitando sua eliminação), síntese de lipídios (como o colesterol). 

O uso contínuo de drogas ilícitas (que agem no cérebro, modificando o comportamento do indivíduo) e de determinados medicamentos pode tornar o retículo endoplasmático liso das células do fígado mais desenvolvido, aumentando a quantidade de membranas e enzimas de desintoxicação. Dessa forma, esses produtos são neutralizados mais rapidamente. Esse processo torna o organismo tolerante à droga, fazendo que sejam necessárias doses cada vez maiores para que o mesmo efeito seja obtido. Além disso, o uso constante de uma droga pode diminuir a eficácia de outros medicamentos, como os antibióticos.

4. Complexo golgiense: Conjunto de sáculos achatados e empilhados. Sua função está relacionada à produção, ao armazenamento e a secreção de substâncias (proteínas, entre outras). Modifica, concentra e elimina vesículas com secreção. Encontrados próximos ao núcleo e ao retículo endoplasmático, são abundantes em células com função secretora. Desempenha importante papel na produção de espermatozóides dos animais, originando o acrossomo. 

Acrossomo é uma vesícula repleta de enzimas digestivas, ocupa o topo da “cabeça” do espermatozoide têm a função de perfurar as membranas do óvulo.

Processo de formação do espermatozoide

5. Lisossomos: Pequenas vesículas com enzimas digestivas. Bolsas membranosas que contêm um conjunto de mais de 80 tipos de enzimas digestivas, capazes de digerir grande variedade de substâncias orgânicas. Contém nucleases (digerem DNA e RNA) e proteases (digerem proteínas); Fosfatases (removem fosfatos de nucleotídeos e de fosfolipídios). 

Função heterofágica: Digerem material capturado do exterior por fagocitose ou por pinocitose. 

Função autofágica: Digerindo partes da própria célula (materiais e organelas da própria célula, stress, doenças reumáticas, silicose, metamorfose em anfíbios).

6. Glioxissomos: Presentes em fungos, protistas e vegetais. Convertem lipídios em açúcares para serem usados no metabolismo. São importantes na germinação de sementes de oleaginosas que apresentam em torno de 40% de reserva de lipídios.

7. Peroxissomos: Decomposição do peróxido de hidrogênio (H2O2). Esse composto é subproduto de reações químicas e extremamente tóxico aos tecidos vivos. A peroxidase ou catalase quebra a água oxigenada em água e oxigênio que são liberados para atmosfera produzindo efervescência em tecido vivos de contato.

Também tem a capacidade de quebra do etanol em produtos menos tóxicos (células do fígado) e quebra de gorduras produzindo Acetil-CoA para processo respiratório.

8. Vacúolos: São estruturas delimitadas por uma membrana existentes no interior do citoplasma e cujas funções variam em diferentes tipos celulares. Alguns protozoários de água doce, por exemplo, possuem vacúolos contráteis, que expulsam a água que entram em excesso na célula. Em células vegetais maduras, geralmente há um grande vacúolo central que ocupa grande parte da célula. Ele é o responsável pelo acúmulo de várias substâncias, como água, sais minerais, enzimas, pigmentos, gotículas de óleo, entre outras. E em células animais os vacúolos são responsáveis pela digestão intracelular.

Vacúolo de célula vegetal

Vacúolo de protista de água doce

Referências:

CURTIS, H. Biologia Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 1985.

DE ROBERTIS, E. D. P e DE ROBERTIS JR. E.M.F. Bases da Biologia Celular e Molecular. 2.ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2006.

JUNQUEIRA, L. C Biologia Celular e Molecular. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2005.

Teoria celular e estrutura da membrana plasmática

Teoria celular

O conceito de célula só pode ser estabelecido após a invenção do microscópio composto, em 1590. A primeira observação de uma célula foi feita em 1665 por Robert Hooke, examinando uma delgada fatia de cortiça (tecido vegetal morto). 

Hooke observou a presença de numerosas cavidades assemelhando-se a uma colmeia. Tais cavidades foram denominadas por ele de células. 

Mas o trabalho de Hooke ficou esquecido até 1838, quando os naturalistas alemães Schleiden e Schwan verificaram a presença de células em todos os tecidos vegetais e animais. Dessa forma, os alemães estabeleceram a Teoria celular que afirma: todo ser vivo é formado por células e essas por pré-existentes. 

Os microscópios mais simples usados para o estudo das células são os ópticos, isto é, microscópios que utilizam a luz par iluminar os objetos a serem analisados. No entanto, o estudo mais detalhado da célula exige o uso de outro tipo de microscópio, que permite aumentos maiores: o microscópio eletrônico ME. 

Membrana Plasmática ou Membrana Celular 

A membrana plasmática, também chamada plasmalema ou membrana celular, é o envoltório flexível e extremamente fino que reveste todas as células. 

As células de qualquer ser vivo apresentam membranas com composição e estrutura semelhantes. Existem, porém, variações que fazem cada tipo de célula ser único e diferente dos demais. 

Composição e Estrutura da Membrana 

A membrana plasmática é composta de lipídios e proteínas. Os lipídios são principalmente fosfolipídios, mas colesterol e glicolipídios também estão presentes, em menor proporção. É comum haver moléculas de carboidratos associadas às proteínas (glicoproteínas) e aos lipídios (glicolipídios) da membrana. 

Além de conhecer a composição da membrana plasmática, os cientistas também pesquisaram sua estrutura, isto é, o modo como essas substâncias estão arranjadas. O modelo de estrutura de membrana aceito atualmente é o Modelo de Mosaico Fluido, proposto em 1972 por Singer e Nicholson. Segundo esse modelo, há um mosaico de moléculas de proteína mergulhadas total ou parcialmente nas duas camadas fluidas de moléculas de lipídeos. 

Os principais tipos de lipídeos presentes nas membranas celulares são: 

O fosfolipídio e o glicolipídio: presentes em todos os seres celulares; O colesterol: presente apenas em protistas e animais. 

As moléculas desses lipídeos possuem porções com afinidades pela água (parte hidrofílica) e porções com rejeição pela água, essas moléculas dispõem-se naturalmente em duas camadas: a parte hidrofílica em contato com a água e a parte hidrofóbica protegida da água. 

A parte hidrofílica fica, então, para fora e a parte hidrofóbica para dentro. As camadas de lipídeos tendem a unir suas extremidades, formando compartimentos fechados. A formação de membranas com duas camadas de lipídeos assim dispostas é, portanto, um processo natural. 

Essas camadas duplas de lipídeos são fluidas, permitindo a movimentação de moléculas no plano da membrana. As proteínas que entram na constituição das membranas são globulares e podem atravessar as camadas de lipídeos. 

São as proteínas que conferem as membranas suas funções especificas. Dependendo da quantidade e do tipo de proteína, a membrana relaciona-se a uma determinada função. 

Funções da Membrana Plasmática 

A membrana celular desempenha diversas funções, dentre as quais se destacam o reconhecimento, transporte de substâncias e a permeabilidade seletiva. 

Reconhecimento: Na membrana plasmática existem proteínas receptoras que reconhecem a presença de determinadas substâncias no meio extracelular. Essas substâncias, chamadas mensageiras ou ligantes, atuam como estímulo, ou seja, como um sinal ao qual a célula responde, modificando seu funcionamento. 

Existem muitos tipos de receptores na membrana. Cada um deles interage com ligantes diferentes, como um mecanismo chave-fechadura. Assim, uma molécula mensageira só poderá interagir com uma célula que possua, em sua membrana, os receptores correspondentes. 

Permeabilidade Seletiva: As trocas de substâncias entre a célula e o meio externo são efetuadas pela membrana celular. Ao mesmo tempo em que atua como uma barreira entre a célula e o meio externo, a membrana celular também permite a passagem de substâncias para dentro e para fora da célula. 

A propriedade da membrana de selecionar algumas substâncias que a atravessam é chamada permeabilidade seletiva. 

Transporte através das Membranas 

A célula, sendo uma estrutura viva, precisa receber alimentos e oxigênio para a realização de suas funções vitais. Precisa, também, eliminar os produtos do seu metabolismo. As membranas permitem essas trocas entre o interior e o exterior da célula. 

A membrana plasmática permite a passagem livre de água e de pequenas moléculas, como o oxigênio, e dificulta, ou mesmo impede a passagem de moléculas grandes, como as proteínas. Os transportes através das membranas podem ser agrupados em três categorias: 

Transporte Passivo: ocorrem sem gasto de energia: difusão, difusão facilitada e osmose; 

Transporte Ativo: ocorrem com gasto de energia: bomba de sódio e potássio; 

Transporte em Bloco: é a entrada e a saída de substâncias grandes demais para atravessarem a membrana. Nesse caso, as partículas são englobadas. Envolve os processos de endocitose (fagocitose e pinocitose) e exocitose. 

Concentração de Soluções 

Solução pode ser definida como uma mistura homogênea (possui fase única) de duas ou mais substâncias. São classificadas de acordo com sua concentração, quanto ao seu estado físico (sólido, líquido ou gasoso) ou quanto à condutividade elétrica. Numa solução encontramos: 

Soluto: a substância dissolvida, ex.: Sal. 

Solvente: a substância que dissolve o soluto, ex.: água.

Conforme a concentração ou tonicidade (quantidade de soluto) dessas substâncias acima podemos ter os seguintes tipos de soluções:

Transporte Passivo 

O transporte passivo, no qual não há gasto de energia, pode ocorrer nas células de três maneiras: difusão simples, difusão facilitada e osmose. 

Difusão Simples: ocorre quando há duas soluções de diferentes concentrações, separadas por uma membrana permeável ao soluto; assim, as partículas deste soluto deslocam-se da solução mais concentrada (hipertônica) para a solução menos concentrada (hipotônica), até que as concentrações dos dois meios fiquem iguais (isotônicas). 

Difusão Facilitada: é muito parecida com a difusão simples, porém o transporte do soluto de um meio mais concentrado para um meio menos concentrado acontece com a ajuda de proteínas especiais presentes na membrana plasmática, facilitando o transporte e, consequentemente, aumentando a velocidade. A difusão facilitada ocorre sem gasto de energia, pois acontece a favor de um gradiente de concentração. Como exemplo, pode citar o papel da insulina, que liberada pelo pâncreas ativa transporta-dores de glicose na membrana plasmática das células, facilitando assim seu transporte para o meio intracelular. 

Osmose: Na osmose, em vez da passagem do soluto, como acontece na difusão, ocorre à passagem de solvente, que desloca de uma solução hipotônica para uma solução hipertônica. Isso ocorre devido à presença de uma membrana semipermeável separando as soluções, ou seja, uma membrana que permite apenas a passagem de solvente. O transporte tende a cessar quando as soluções chegam ao equilíbrio (isotonicidade). 

Na osmose ocorre a passagem do solvente. Observa-se claramente este fenômeno ao temperarmos uma salada de alface com vinagre e sal. O meio externo, por ser mais concentrado que as folhas retiram água destas por osmose, e como consequência as folhas ficam murchas. É o tipo de membrana que promove o tipo de transporte; assim, se a membrana for do tipo permeável, acontecerá à difusão. Já se a membrana for do tipo semipermeável, teremos a osmose.

Transporte Ativo 

Nesse mecanismo de transporte, atuam moléculas carregadoras que também são proteínas. Ocorre contra um gradiente de concentração e com gasto de energia. 

Os mecanismos de transporte ativo agem como "portas giratórias", que recolhem uma substância em uma das faces da membrana e a soltam na outra face. 

Alguns mecanismos realizam uma troca de partículas, levando uma de dentro para fora e outra de fora para dentro. Um exemplo desse tipo de trans-porte é a bomba de sódio e de potássio, que recolhe um íon sódio na face interna da membrana e o solta no lado de fora da célula. Na face externa, prende-se a um íon potássio, que é lançado no meio intracelular. Esse mecanismo permite que a célula mantenha alta concentração de potássio dentro da célula e alta concentração de sódio no meio extracelular. 

A energia empregada pelos mecanismos de transporte ativo vem do ATP, produzido nas mitocôndrias, durante a respiração celular. 

O sentido do transporte pode ser:

Uniporte: quando única molécula é transportada unidirecionalmente. 

Simporte: quando duas moléculas são transportadas em uma mesma direção. 

Antiporte: quando duas moléculas são transportadas simultaneamente em direção opostas. 

Transporte em Bloco 

As células são capazes de englobar grandes quantidades de materiais "em bloco". Geralmente, esses mecanismos são empregados na obtenção de macromoléculas, como proteínas, polissacarídeos, ácidos nucléicos, entre outros. 

O transporte em bloco ou em quantidade para dentro da célula, também chamado endocitose, é feito por dois processos fundamentais: a Pinocitose e a Fagocitose, que, apesar de algumas diferenças superficiais, têm muito em comum nos seus princípios básicos. 

Fagocitose (do grego phagein, comer) 

É o processo pelo qual a célula engloba partículas sólidas, pela emissão de pseudópodos. 

Nos protozoários, a fagocitose é uma etapa importante da alimentação, pois é a forma pela qual esses organismos unicelulares conseguem obter ali-mentos em grandes quantidades de uma só vez. Nos metazoários, animais formados por numerosas células, a fagocitose desempenha papéis mais específicos, como a defesa contra micro-organismos e a remodelagem de alguns tecidos, como os ossos.

Pinocitose (do grego pinein, beber) 

Processo pelo qual a célula engloba gotículas de líquido ou partículas de diâmetro inferior a 1 micrômetro. 

Depois de englobadas por fagocitose ou por pinocitose, as substâncias permanecem no interior de vesículas, fagossomos ou pinossomos. 

Exocitose 

É quando a transferência de macromoléculas é do citoplasma para o meio extracelular. – em que uma vesícula contendo material que deve ser expelido se une à membrana celular, que depois expele o seu conteúdo.

Especializações da membrana plasmática

Uma vez que a membrana plasmática representa a superfície das células, em muitos casos essa superfície necessita de adaptações especiais, denominadas especializações da membrana. São elas: 

Microvilosidades: trata-se de diminutas expansões digitiformes na superfície celular, projetadas para o meio extracelular, ampliando, deste modo, a área de absorção da célula. São encontradas, por exemplo, nas células epiteliais de revestimento da mucosa intestinal. 

Microvilosidades

Interdigitações: propiciam uma melhor conexão das células entre si num tecido, descrevendo saliências e reentrâncias que se encaixam nas reentrâncias e saliências das células adjacentes. 

Desmossomos: são especializações da superfície celular que assim como as interdigitações visam uma maior fixação de uma célula às células circunvizinhas. São dispostas irregularmente ao longo das membranas de separação de células contíguas. Cada desmossomo é composto por duas metades, chamadas de hemidesmossomos, sendo que cada pertence a uma célula. 

Referências:

CURTIS, H. Biologia Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 1985.
DE ROBERTIS, E. D. P e DE ROBERTIS JR. E.M.F. Bases da Biologia Celular e Molecular. 2.ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2006.
JUNQUEIRA, L. C Biologia Celular e Molecular. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2005.