Biologia celular

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Células da cebola - ampliação de 100X

A biologia celular é o estudo da célula e os seus processos moleculares. Uma célula é geralmente definida como uma única unidade ou compartimento, delimitada por uma borda ou parede, que normalmente faz parte de uma estrutura maior. Em termos biológicos, uma célula é a menor unidade viva estrutural e funcional dos organismos.[1] A maioria dos organismos, tais como as bactérias, são unicelulares (consistem em uma única célula).[2] Outros organismos, tais como os seres humanos, são multicelulares ou têm muitas células. Os seres humanos são compostos de cerca de 10 trilhões (mais de 1013) de células[2] [nota 1] e geram algo em torno de 1 milhão de novas células por segundo.[3] Cada célula é um mundo incrível em si mesmo: pode absorver nutrientes, converter esses nutrientes em energia, realizar funções especializadas, e se reproduzir, se necessário. Ainda mais surpreendente é que cada célula armazena seu próprio conjunto de instruções para a realização de cada uma dessas atividades.[4]

Cosmovisões

No início do século XX, a célula foi vista essencialmente como uma bolha de protoplasma (uma coleção de moléculas de gelatina) e, embora os trabalhos internos não fossem ainda totalmente conhecidos, assumiu-se que a primeira célula se desenvolveu através de um processo de evolução química (abiogênese). A seguinte é uma citação de Ernest Haeckel, que era carinhosamente conhecido como o "buldogue de Darwin".

“ ‘não é composta por quaisquer órgãos, mas consistem inteiramente de matéria disforme, simples, homogênea... nada mais do que um disforme, fixo, móvel bocado de muco ou limo, que consiste em combinação albuminosas de carbono.’[5] ”

Por outro lado, a tecnologia do século 21 revela que, embora as menores células bacterianas sejam extremamente pequenas, pesando menos de 10-12 gramas (ou 1 picograma)[6], a célula inteira é incrivelmente integrada e cada parte funciona como parte de uma equipe.

A biologia celular ilustra uma esmagadora evidência de design inteligente, em particular, devido as muitas máquinas moleculares irredutivelmente complexas. As células são tão tremendamente complicadas que estamos apenas começando a compreender os seus mecanismos internos, e de fato muitas funções dentro da célula ainda permanecem um mistério total.

Uma analogia por vezes utilizada é a comparação de uma célula com uma cidade. Por exemplo, os trabalhadores podem ser comparados às proteínas, a usina com a mitocôndria, as estradas com as fibras de actina e os microtúbulos, os caminhões com a Cinesina e a dineína, as fábricas com os ribossomos, a biblioteca ao ácido nucleico, o centro de reciclagem com o Lisossomo, a polícia as Chaperonas, e os correios com o Complexo de Golgi.

Com o aumento da tecnologia, a ciência continuamente abre caixas-pretas dentro de outras que já estão abertas e, à medida que mais e mais destas estão sendo expostas, a complexidade fenomenal de todo o sistema empurra as teorias evolucionistas ao ponto de ruptura.

Tipos de célula

Comparação de uma célula animal típica (eucariota) e de uma célula bacteriana (procarionte).

As células são identificadas como uma das duas grandes categorias; procarionte ou eucariota, que têm várias características em comum.[7] Todos os organismos multicelulares têm células eucarióticas que assumem papéis vastamente diferentes e tecidos de forma especializada. Todos os procariontes são organismos unicelulares (bactérias).

Além disso, cada organismo com reprodução sexuada começa a vida como uma simples célula, unidas pelo espermatozóide masculino com o ovo feminino. Esta única célula contém o código digital necessário para a formação de outras células para realizar as várias funções do corpo. Estas incluem as nossas papilas gustativas, células adiposas e células da pele, células sanguíneas e muitos mais.

Três categorias básicas de células compõem o corpo dos mamíferos: células germinais, células somáticas, e as células-tronco. Cada uma das cerca de 100.000.000.000.000 de células em um ser humano adulto tem a sua própria cópia, ou cópias, do genoma, com a única excepção de determinados tipos de células que não possuem núcleos em seu estado totalmente diferenciado, tais como as células vermelhas do sangue. A maioria destas células são diplóides, ou seja, tem duas cópias de cada cromossomo. Estas células são denominadas células somáticas. Esta categoria de células inclui a maioria das células que compõem o nosso corpo, como pele e células musculares. Células germinais são qualquer linha de células que dão origem aos gametas de ovos e esperma e são contínuas ao longo das gerações. As células-tronco, por outro lado, têm a capacidade de se dividir por períodos indefinidos e para dar origem a células especializadas.[4]

Eucariotos

Ver artigo principal: Eucarioto

Eucariotos incluem fungos, animais e plantas, bem como alguns organismos unicelulares (protistas). As células eucarióticas tem cerca de 10 vezes o tamanho de um procariota e podem ser até 1000 vezes maiores em volume. A principal diferença e extremamente significativa entre procariotas e eucariotas é que as células eucarióticas contêm compartimentos ligados à membranas em que as atividades metabólicas específicas ocorrem. Mais importante entre estes é a presença de um núcleo, um compartimento envolto por uma membrana que abriga o DNA da célula eucariótica. É esse núcleo que dá as células eucariotas seu nome, literalmente, verdadeiro núcleo.

Organismos eucarióticos também ter outras estruturas especializadas, chamadas organelas, que são pequenas estruturas no interior das células que executam funções específicas. Como o nome sugere, você pode pensar em organelas como pequenos órgãos. Há uma dúzia de tipos diferentes de organelas comumente encontradas em células eucarióticas.[4]

Procariotas

Ver artigo principal: Procariotos

As bactérias são procariontes, que diferem dos eucariontes em que o seu ADN não é organizado dentro de um núcleo. Procariotos também tem apenas um cromossomo, que é circular, em vez de linear. Apesar das células procariotas às vezes serem chamadas de "células simples", elas executam a maioria dos mesmos processos metabólicos, que as células eucarióticas. Muitas dessas reações simplesmente não são seqüestradas dentro das organelas. Por exemplo, tanto os procariotas quanto os eucariotas executam a fotossíntese e a respiração celular, mas apenas eucariontes têm cloroplastos e mitocôndrias, respectivamente.

Procariotos são organismos unicelulares que não se desenvolvem ou se diferenciam em formas multicelulares. Algumas bactérias crescem em filamentos, ou massas de células, mas cada célula na colónia é idêntica e capaz de existência independente. As células podem ser adjacentes a uma outra, porque elas não se separaram após a divisão celular, ou porque permaneceram dentro de um invólucro comum ou lodo secretado pelas células. Tipicamente, porém, não há continuidade ou a comunicação entre as células. Procariotos são capazes de habitar quase todas as partes da terra, do oceano profundo, às margens de nascentes de água quente, a praticamente quase toda a superfície de nossos corpos.[4]

Componentes celulares

Estruturas

Anatomia da célula vegetal

Todas as células são rodeadas por uma membrana que é composta de uma camada dupla (bicamada) de fosfolípidos. Dentro desta membrana plasmática está o citoplasma, que consiste de um fluido chamado protoplasma, e contém uma ou mais organelas dependendo do tipo de célula. O protoplasma é composto de água em cerca de 65% e contém cerca de mil milhões de moléculas dissolvidas por célula. A água proporciona um ambiente favorável para as milhares de reações bioquímicas que ocorrem dentro da célula.

  • Citoplasma - Citoplasma é a massa gelatinosa que constitui a maior parte do volume da célula. Ele envolve o núcleo e contém as organelas. Ele contém nutrientes dissolvidos, ajuda a quebrar os resíduos, e move material em torno da célula através de um processo chamado de corrente citoplasmática.[4]
  • Citoesqueleto - O citoesqueleto é uma importante, complexo e dinâmico componente celular. Ele atua para organizar e manter a forma da célula; ancora organelas no lugar; ajuda durante a endocitose, a captação de materiais externos por uma célula; e move partes da célula em processos de crescimento e motilidade. Há um grande número de proteínas associadas com o citoesqueleto, cada uma controlando a estrutura de uma célula, orientando, agrupando, e alinhando filamentos.[4]
  • Membrana plasmática - O revestimento exterior de uma célula eucariótica é chamado a membrana plasmática. Esta membrana serve para separar e proteger uma célula do seu ambiente circundante e é feita principalmente a partir de uma dupla camada de lípidos, proteínas e moléculas semelhantes a gordura.[8] Incorporado dentro desta membrana estão uma variedade de outras moléculas que actuam como canais e bombas, movendo-se diferentes moléculas para dentro e para fora da célula. Uma forma de membrana de plasma também é encontrada em procariotas, mas neste organismo é geralmente referida como a membrana da célula.[4]
  • Ácido nucleico - Dois tipos diferentes de material genético existem: ácido desoxirribonucleico (ADN ou DNA) e ácido ribonucléico (ARN ou RNA). A maioria dos organismos são feitos de ADN, mas alguns vírus têm ARN como seu material genético. A informação biológica contida num organismo é codificada em seu ADN ou sequência de ARN. O material genético procariótico está organizado em uma estrutura circular simples que repousa no citoplasma. O material genético eucariótico está organizado em uma estrutura mais complexa.[4]

Organelas

Anatomia da célula animal
Ver artigo principal: Organelas
  • núcleo - possui ADN genômico em eucariotos. O núcleo é a organela mais evidente encontrada em uma célula eucariótica. Abriga os cromossomas da célula e é o local onde quase toda a replicação de ADN e a síntese de ARN ocorrem. O núcleo tem forma esferóide e é separado do citoplasma por uma membrana chamada o envelope nuclear. O envelope nuclear isola e protege o ADN de uma célula de várias moléculas que podem danificar acidentalmente sua estrutura, ou interferir com o seu processamento. Durante o processamento, o ADN é transcrito, ou sintetizado, em um ARN especial, chamado mRNA. Este mRNA é então transportado para fora do núcleo, onde é traduzido em uma molécula de proteína específica. Em procariotos, o processamento do ADN ocorre no citoplasma.[4]
  • Mitocôndria - executa a respiração celular em eucariotas. As mitocôndrias são organelos capazes de auto-replicação que ocorrem em vários números, formas e tamanhos no citoplasma de todas as células eucarióticas. As mitocôndrias contêm seu próprio DNA que é separado e distinto do genoma nuclear de uma célula. As mitocôndrias têm dois sistemas de membrana funcionalmente distintos, separados por um espaço: a membrana exterior, que circunda a organela inteira, e a membrana interna, que é lançada em dobras ou prateleiras que se projetam para o interior. Estas dobras interiores são chamadas de cristas. O número e forma das cristas na mitocôndria diferem, dependendo do tecido e do organismo em que se encontram, e servem para aumentar a área de superfície da membrana.
  • Cloroplasto - converte a energia da luz do sol em ATP através de um processo chamado fotossíntese. Como as mitocôndrias, eles são cercados por uma membrana dupla com um espaço intermembrana. Eles também têm o seu próprio ADN e estão envolvidos no metabolismo energético, e ambos têm também reticulações, ou muitas dobraduras, enchendo os espaços interiores.[4]
  • Ribossomo - traduz ARNm em polipeptídeos tanto em procariotas quanto em eucariotas. O ribossoma é um grande complexo composto de muitas moléculas, incluindo ARNs e proteínas, e é responsável pelo processamento das instruções genéticas transportadas por um ARNm. O processo de conversão de código genético de um ARNm na seqüência exata dos aminoácidos que compõem a proteína é chamada tradução. A síntese de proteínas é extremamente importante para todas as células, e, por conseguinte, um grande número de ribossomas, às vezes centenas ou mesmo milhares, podem ser encontrados em toda a célula. Os ribossomos flutuam livremente no citoplasma ou, por vezes, se ligam a outra organela chamada de retículo endoplasmático. Os ribossomas são compostos de uma subunidade grande e uma pequena, tendo cada uma uma função diferente durante a síntese de proteínas.[4]
Sistema de endomembranas: retículo endoplasmático, aparelho de Golgi, etc
  • Retículo endoplasmático - uma rede de transporte de moléculas específicas para determinadas modificações e destinos específicos, em relação a moléculas que flutuam livremente no citoplasma. O RE tem duas formas: O RE rugoso e o RE liso. O RE rugoso é rotulado assim porque ele tem ribossomas aderidos à sua parede externa, ao passo que o RE liso não tem. A tradução do ARNm para aquelas proteínas que ou permanecem no RE ou são exportadas (movido para fora da célula) ocorre nos ribossomas ligados ao RE rugoso. O RE liso serve como receptor para as proteínas sintetizadas no RE rugoso.[4]
  • Complexo de Golgi - processa e empacota várias macromoléculas nas vesículas. Proteínas a serem exportadas são passadas para o complexo de Golgi, por vezes chamado de corpo de Golgi ou aparelho de Golgi, para posterior processamento, embalagem e transporte para uma variedade de outras localizações celulares.[4]
  • Lisossomo - realiza a digestão celular. Lisossomos e peroxissomos são muitas vezes referidos como o sistema de eliminação de lixo de uma célula. Ambas as organelas são um pouco esféricas, ligadas por uma única membrana, e ricas em enzimas digestivas, proteínas naturais que aceleram processos bioquímicos. Por exemplo, os lisossomas podem conter mais de três dezenas de enzimas para degradar proteínas, ácidos nucleicos e certos açúcares chamados polissacarídeos. Todas estas enzimas funcionam melhor a um pH baixo, reduzindo o risco de que estas enzimas venham a digerir sua própria célula, elas devem de alguma forma escapar do lisossoma. Aqui podemos ver a importância por trás da compartimentalização da célula eucariótica. A célula não poderia abrigar tais enzimas destrutivas se elas não estivessem contidas em um sistema ligado à membrana.[4]
  • Vacúolo - cavidade de armazenamento.
  • Cílios
  • Flagelo
Organismos multicelulares possuem numerosas células geneticamente customizadas que realizam trabalhos originais no corpo. São mostrados glóbulos vermelhos, uma célula nervosa, uma célula ovo humana, uma célula de esperma e uma célula cone do olho.

Processos

Moleculares


Celulares

Galeria

Ligações externas

Links criacionistas

Links seculares

Notas

  1. ↑ em inglês: 100 trillion
Referências
  1. ↑ Bolsover, Stephen R.; Hyams, Jeremy S.; Shephard, Elizabeth A.; White, Hugh A.; Wiedemann, Claudia G. Cell Biology (em inglês). Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, 2004. 531 p. p. 1. ISBN 0-471-26393-1
  2. ↑ 2,0 2,1 Alberts, Bruce; Johnson, Alexander; Lewis, Julian; Raff, Martin; Roberts, Keith; Walter, Peter. Biologia Molecular da Célula. 5 ed. Porto Alegre: Artmed, 2010. 1268 p. p. 1-194. ISBN 978-85-363-2066-3
  3. ↑ Steve Mack. How many cells does a human lose every second?. MadSci Network. Página visitada em 15 de Abril de 2012.
  4. ↑ 4,00 4,01 4,02 4,03 4,04 4,05 4,06 4,07 4,08 4,09 4,10 4,11 4,12 4,13 What is a Cell?. the National Center for Biotechnology Information. Página visitada em 16 de Abril de 2012.
  5. ↑ Ernst Haeckel, The History of Creation, translated by E. Ray Lankester, Kegan Paul, Trench & Co., London, 1883, 3rd ed., Vol.1, p. 184.
  6. ↑ Mass of a Bacterium by Glenn Elert. The Physics Factbook
  7. ↑ Stansfield, William D.; Colomé, Jaime S.; Cano, Raúl J. Molecular and Cell Biology (em inglês). New York: McGraw-Hill. 122 p. p. 2. ISBN 0-07-139881-3
  8. ↑ Forbes, Michael S.; Ferguson, Donald G.. In: Sperelakis, Nicholas. Cell Physiology Sourcebook: A Molecular Approach (em inglês). 3ª ed. San Diego, California: Academic Press. Capítulo: 6:Ultrastructure of Cells, p. 65-67. ISBN 0-12-656977-0
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