A Biologia celular ou citologia é a
ramificação da biologia que estuda a estrutura e função da célula, também
conhecida como a unidade básica da vida.
A biologia celular abrange ambas as células procarióticas e
eucarióticas, e pode ser dividida em vários sub-tópicos, que podem incluir o
estudo do metabolismo celular, comunicação celular, ciclo celular e a
bioquímica da célula.
O estudo das células
utiliza diversas técnicas como cultura celular, vários tipos de microscopia, e
fracionamento celular.
Eles permitiram e estão sendo usados atualmente para
descobertas e pesquisas relativas ao funcionamento das células, fornecendo, em
última análise, uma visão sobre a compreensão de organismos maiores.
Conhecer os componentes das células e o funcionamento deles
é fundamental para todas as ciências biológicas, além de também ser essencial
para a pesquisa biomédica.
A pesquisa na biologia celular é interconectada com muitos
outros campos tais como a genética, genética molecular. bioquímica, biologia
molecular, microbiologia médica, imunologia e citoquímica.
Técnicas
A pesquisa moderna em biologia celular examina diferentes
maneiras de cultivar e manipular células fora de um corpo vivo para continuar
as pesquisas em anatomia e fisiologia humana e para derivar medicamentos.
As técnicas pelas quais as células são estudadas evoluíram.
Devido aos avanços na microscopia, as técnicas e a
tecnologia permitiram aos cientistas compreender melhor a estrutura e função
das células.
Muitas técnicas comumente usadas para estudar a biologia
celular estão listadas abaixo:
Cultura celular: Utiliza
células de crescimento em um meio, o que permite uma grande quantidade de um
tipo específico de célula e uma maneira eficiente de estudar as células.
Microscopia de fluorescência:
Marcadores fluorescentes como a GTP são usados para rotular um componente
celular específico.
Mais tarde, um certo comprimento de onda de luz é utilizado
para excitar o marcador fluorescente para que seja visível.
Microscopia de contraste de fase:
Utiliza o aspecto óptico da luz para representar as mudanças de fase sólida,
líquida e gasosa, sob diferenças de iluminação.
Microscopia confocal:
Combina microscopia de fluorescência com imagens, focando luz e instâncias de
captura instantânea para formar uma imagem 3D.
Microscopia de transmissão
eletrónica: Envolve a coloração do metal e a passagem de elétrons pelas
células, que serão desviados na interação com o metal.
Em última análise, isso forma uma imagem dos componentes que
estão sendo estudados.
Citometria: As células são
colocadas na máquina que usa um feixe para espalhar as células com base em
diferentes aspectos e, portanto, pode separá-los com base no tamanho e conteúdo.
As células também
podem ser marcadas com GFP e podem ser separadas dessa forma também.
Fracionamento celular: Este processo requer quebrar a célula usando alta temperatura ou sonificação seguida de centrifugação para separar as partes da célula, permitindo que sejam estudadas separadamente.
Classificação e composição celular
Existem dois tipos fundamentais de células, as células
procarióticas e eucarióticas. As células procarióticas são distinguidas das
eucarióticas pela ausência do núcleo celular ou de outra organela delimitada
por membrana.
As células procarióticas são as células dos organismos dos
domínios Archaea e Bacteria, caracterizadas pela ausência de núcleo celular e
de organelas revestidas por membrana.
As células procarióticas são tipicamente menores e mais
simples, se reproduzindo por fissão binária.
As bactérias, o tipo mais proeminentes, têm várias formas
diferentes, que incluem principalmente esféricas e em forma de bastonete.
Existem muitos processos que ocorrem nas células procarióticas que lhes
permitem sobreviver.
Por exemplo, em um processo denominado conjugação, o fator de fertilidade permite que a bactéria possua um pilus que lhe permite transmitir DNA para outra bactéria que não possui o fator F, permitindo a transmissão de resistência permitindo-lhe sobreviver em certos ambientes.
As células eucarióticas podem ser unicelulares ou
multicelulares, e incluem células de animais, plantas, fungos e protozoários,
todas contendo organelas com várias formas e tamanhos.
Essas células são compostas pelas seguintes organelas:
Núcleo: Funciona como o armazenamento de informações genéticas para a célula, contendo todo o DNA organizado na forma de cromossomos.
É circundado por um envelope nuclear, que inclui poros
nucleares permitindo o transporte de proteínas entre o interior e o exterior do
núcleo.
É também o sítio para a replicação do DNA, bem como a
transcrição de DNA para RNA. Posteriormente, o RNA é modificado e transportado
para o citosol para ser traduzido em proteína.
Nucléolo: Esta estrutura
está dentro do núcleo, geralmente de forma densa e esférica. É o local da
síntese do RNA ribossomal (RNAr), que é necessário para a montagem ribossômica.
Retículo endoplasmático (RE):
sintetiza, armazena e secreta proteínas para o Aparelho de Golgi.
Mitocôndria: responsável
pela produção de energia (ATP) dentro da célula. Especificamente, este é o
local onde ocorre o ciclo de Krebs, para a produção de NADH e FADH.
Posteriormente, esses produtos são utilizados na cadeia de transporte de
elétrons (ETC) e na fosforilação oxidativa para a produção final de ATP.
Aparelho de Golgi:
Processa, embala e secreta as proteínas até seu destino. As proteínas contêm
uma sequência de sinal que permite ao aparelho de Golgi reconhecer e
direcioná-lo para o local correto.
Lisossomo: As funções do
lisossoma degradam o material trazido de fora da célula ou organelas antigas.
Este contém muitas hidrolases ácidas, proteases, nucleases e
lipases, que quebram as várias moléculas.
Autofagia é o processo de degradação através dos lisossomas
que ocorre quando uma vesícula se desprende do RE e engolfa o material, e então
se liga e se funde com o lisossoma para permitir que o material seja degradado.
Ribossomos: Traduz RNA em
proteína.
Citoesqueleto: Compõe a
estrutura celular, dá a estabilidade à célula e ancora organelas dentro das
células.
Membrana plasmática: A
membrana plasmática pode ser descrita como uma bicamada fosfolipídica e também
é composta por lipídios e proteínas.
Como o interior da bicamada é hidrofóbico e para que as
moléculas participem das reações dentro da célula, elas precisam ser capazes de
cruzar esta camada de membrana para entrar na célula por meio de pressão
osmótica, difusão, gradientes de concentração e canais de membrana.
Centríolos: Produz fibras
fusiformes que são usadas para separar cromossomos durante a divisão celular.
As células eucarióticas também podem ser compostas dos
seguintes componentes moleculares:
Cromatina: Mistura de DNA
com várias proteínas que constitui os cromossomos.
Cílios: ajudam a
impulsionar substâncias e também podem ser usados para fins sensoriais.
O metabolismo celular inclui muitas vias e é necessário para
a produção de energia para a célula e, portanto, sua sobrevivência.
Para a respiração celular, uma vez que a glicose está
disponível, um processo denominado glicólise ocorre dentro do citosol da
célula, produzindo o piruvato.
O piruvato sofre descarboxilação usando o complexo
multi-enzima para formar acetil-coA, que pode ser prontamente usado no ciclo de
Krebs para produzir NADH e FADH2.
Esses produtos estão envolvidos na cadeia de transporte de
elétrons, para formar um gradiente de prótons através da membrana mitocondrial
interna.
Esse gradiente pode, então, conduzir a produção de ATP e H2O
durante a fosforilação oxidativa.
O metabolismo nas células vegetais inclui a fotossíntese,
que é simplesmente o oposto exato da respiração, uma vez que, em última
análise, produz moléculas de glicose.
Comunicação e sinalização celular
A comunicação celular é importante para a regulação celular
e para que as células processem informações do ambiente e respondam de acordo.
A comunicação pode ocorrer por meio do contato direto com as
células ou por sinalização endócrina, parácrina e autócrina.
O contato direto célula-célula ocorre quando um receptor em
uma célula se liga a uma molécula que está ligada à membrana de outra célula.
A sinalização endócrina ocorre por meio de moléculas
secretadas na corrente sanguínea.
A sinalização parácrina usa moléculas que se difundem entre
duas células para se comunicar.
Um agente autócrino é uma célula que envia um sinal para si
mesma, secretando uma molécula que se liga a um receptor em sua superfície.
As formas de comunicação podem ser por meio de:
Canais iónicos: Podem ser de diferentes tipos, como
canais de íons controlados por voltagem ou ligante. Eles permitem o fluxo e
entrada de moléculas e íons.
Receptor acoplado à proteína G: é amplamente
reconhecido por conter 7 domínios transmembranares.
O ligante se liga ao domínio extracelular e, uma vez que o
ligante se liga, isso sinaliza um fator de troca de guanina para converter GDP
em GTP e ativar a subunidade G-α. G-α pode ter como alvo outras proteínas, como
adenil ciclase ou fosfolipase C, que em última análise produzem mensageiros
secundários, como cAMP, Ip3, DAG e cálcio.
Esses mensageiros secundários funcionam para amplificar
sinais e podem direcionar canais iônicos ou outras enzimas.
Um exemplo de amplificação de um sinal é a ligação de cAMP e
ativação de PKA removendo as subunidades regulatórias e liberando a subunidade
catalítica.
A subunidade catalítica tem uma sequência de localização
nuclear que a avisa para ir para o núcleo e fosforilar outras proteínas para
reprimir ou ativar a atividade do gene.
Receptor tirosina quinase: Ligam os fatores de
crescimento, promovendo ainda mais a tirosina na porção intracelular da
proteína para fosforilar cruzado. A tirosina fosforilada torna-se uma
plataforma de aterrissagem para proteínas contendo um domínio SH2, permitindo a
ativação de Ras e o envolvimento da via da MAP quinase.
Ciclo celular
O processo de crescimento da célula não se refere ao tamanho
da célula, mas sim à densidade do número de células presentes no organismo em
um determinado momento.
O crescimento celular diz respeito ao aumento no número de
células presentes em um organismo à medida que ele cresce e se desenvolve; à
medida que o organismo cresce, aumenta também o número de células presentes.
As células são a base de todos os organismos e a unidade
fundamental da vida.
O crescimento e o desenvolvimento das células são essenciais
para a manutenção do hospedeiro e sobrevivência do organismo.
Para esse processo, a célula Metabolismo celular Comunicação
e sinalização celular Ciclo celular passa pelas etapas do ciclo e
desenvolvimento celular que envolvem crescimento celular, replicação do DNA,
divisão celular, regeneração e morte celular.
O ciclo celular é dividido em quatro fases distintas: G1, S,
G2 e M. A fase G - que é a fase de crescimento celular - representa
aproximadamente 95% do ciclo.
A proliferação de células é instigada por progenitores.
Todas as células começam em uma forma idêntica e podem
essencialmente se tornar qualquer tipo de célula. Célula a sinalização, como a
indução, pode influenciar as células próximas a diferenciar e determinar o tipo
de célula em que ela se tornará.
Além disso, isso permite que células do mesmo tipo se
agreguem e formem tecidos, depois órgãos e, finalmente, sistemas. As fases G1,
G2 e S (replicação, dano e reparo do DNA) são consideradas a parte da interfase
do ciclo, enquanto a fase M (mitose) é a parte da divisão celular do ciclo.
A mitose é composta por vários estágios que incluem prófase,
metáfase, anáfase, telófase e citocinese, respectivamente.
O resultado final da mitose é a formação de duas
células-filhas idênticas. O ciclo celular é regulado por uma série de fatores
de sinalização e complexos, como ciclinas, quinase dependente de ciclina e p53.
Quando a célula completa seu processo de crescimento e se
encontra danificada ou alterada, ela sofre morte celular, por apoptose ou
necrose, para eliminar a ameaça que pode causar à sobrevivência do organismo.
Patologia
O ramo científico que estuda e diagnostica doenças em nível
celular é denominado citopatologia.
A citopatologia é geralmente usada em amostras de células
livres ou fragmentos de tecido, ao contrário do ramo patológico da
histopatologia, que estuda tecidos inteiros.
A citopatologia é comumente usada para investigar doenças
que envolvem uma ampla variedade de locais do corpo, muitas vezes para ajudar
no diagnóstico de câncer, mas também no diagnóstico de algumas doenças
infecciosas e outras condições inflamatórias.
Por exemplo, uma aplicação comum da citopatologia é o
esfregaço de Papanicolaou, um teste de rastreamento usado para detectar o
câncer cervical e lesões cervicais pré-cancerosas que podem levar ao câncer
cervical.
Fonte: Wikipédia, a enciclopédia livre.
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