Célula
A célula (do latim cella, que significa "pequeno
aposento") é a unidade básica e fundamental de todos os organismos
conhecidos.
Uma célula é a menor unidade funcional da matéria viva. As
células são frequentemente chamadas de "blocos de construção da
vida".
O estudo das células é denominado biologia celular ou
citologia.
Todas as células são compostas por citoplasma, constituído
por água e biomoléculas, como ácidos nucleicos e proteínas, envolto por uma
membrana plasmática.
A maioria das células vegetais e animais são visíveis apenas ao microscópio, apresentando dimensões entre 1 e 100 micrômetros.
Os organismos podem
ser classificados como unicelulares (consistindo em uma única célula, como as
bactérias) ou multicelulares (incluindo plantas e animais).
A maioria dos organismos unicelulares são classificados como
microorganismos.
O número de células em plantas e animais varia de espécie
para espécie; estima-se que os humanos contêm algo em torno de 40 trilhões
(4×1013 ) de células.
O cérebro humano contém cerca de 80 bilhões dessas células.
História
As células foram descobertas pelo inglês Robert Hooke entre 1663 e 1665.
Ao examinar em um microscópio rudimentar uma fina fatia de
cortiça, verificou que era constituída por cavidades poliédricas, às quais
chamou de células (do latim cella, pequeno aposento) por sua semelhança com as
celas habitadas por monges cristãos em um mosteiro.
Na realidade, Hooke observou blocos hexagonais que eram as
paredes de células vegetais mortas.
Alguns anos depois, em 1674, Antonie van Leeuwenhoek,
utilizando microscópios de invenção própria, foi o primeiro a analisar células
vivas, sobretudo de algas.
Ele desenhou protozoários, tais como o Vorticella da água da
chuva, e bactérias de sua própria boca.
A teoria celular foi estabelecida em 1839 por Matthias
Schleiden e Theodor Schwann.
A teoria afirma que todos os organismos são compostos por
uma ou mais células, que as células são a unidade fundamental da estrutura e
função de todos os seres vivos, e que todas as células, vem de células pré-existentes.
Estrutura
Células Procarióticas
Procariotos incluem as bactérias e archaeas, dois dos três
domínios da vida.
Células procarióticas foram as primeiras formas de vida na
Terra.
Elas são mais simples e menores do que células eucarióticas,
e não possuem um núcleo celular e nem outras organelas delimitadas por
membrana.
O DNA de uma célula procariótica consiste em um único
cromossomo circular que está em direto contato com o citoplasma.
A região semelhante
ao núcleo no citoplasma é denominada nucleoide.
Os procariotos variam em tamanho, desde células muito
pequenas, com diâmetro de aproximadamente 0,2 μm, até aquelas com mais de 700
μm de diâmetro.
Uma célula procariótica possui três regiões:
Envolvendo a célula está o envelope celular - geralmente
consistindo de uma membrana plasmática coberta por uma parede celular que, para
algumas bactérias, pode ser coberta por uma terceira camada chamada cápsula.
Embora a maioria dos procariontes tenham uma membrana celular e uma parede celular, há exceções como Mycoplasma (bactérias) e Thermoplasma (arqueias), que possuem apenas a camada de membrana celular.
O envelope dá rigidez à célula e separa o interior da célula
de seu ambiente, servindo como filtro protetor.
A parede celular consiste em peptidoglicano em bactérias e
atua como uma barreira adicional contra forças externas.
Também evita que a
célula se expanda e rompa (citólise) pela pressão osmótica devido a um ambiente
hipotônico.
Algumas células eucarióticas (células vegetais e células
fúngicas) também possuem parede celular.
Dentro da célula está a região citoplasmática que contém o
genoma (DNA), ribossomos e vários tipos de inclusões.
A genética o material é encontrado livremente no citoplasma.
Os procariotos podem carregar elementos de DNA
extracromossômico chamados plasmídeos, que geralmente são circulares.
Plasmídeos bacterianos lineares foram identificados em
várias espécies de bactérias espiroquetas, incluindo membros do gênero
Borrelia, em especial Borrelia burgdorferi , causadora da doença de Lyme.
Embora não forme um núcleo, o DNA está condensado em um
nucleoide.
Plasmídeos codificam genes adicionais, como genes de
resistência a antibióticos.
Do lado de fora, flagelos e pili se projetam da superfície
da célula.
São estruturas (não presentes em todos os procariontes)
feitas de proteínas que facilitam o movimento e a comunicação entre as células.
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.
Estas bactérias são diferentes dos vírus por apresentarem:
conjuntamente DNA e RNA (já foram encontrados vírus com DNA,
adenovirus, e RNA, retrovírus, no entanto são raros os vírus que possuem DNA e
RNA simultaneamente); parte incompleta da "máquina" de síntese
proteica celular necessária para reproduzirem-se; uma membrana celular
semipermeável, através da qual realizam as trocas com o meio envolvente.
Células eucarióticas
Plantas, animais, fungos, protozoários, e algas são todos eucariontes.
Estas células são cerca de quinze vezes maiores que uma
célula procariótica típica, e podem ser até mil vezes mais volumosas.
A principal característica distinta de eucariotas em
comparação a procariotas é a compartimentalização: a presença de organelas
delimitadas por membrana (compartimentos) em que atividades específicas
ocorrem.
O mais importante entre eles é um núcleo celular, que contém
o DNA da célula.
Outras diferenças incluem:
A membrana plasmática se assemelha à dos procariotos em
função, com pequenas diferenças na configuração.
As paredes celulares podem ou não estar presentes.
O DNA eucariótico é organizado em uma ou mais moléculas
lineares, chamadas cromossomos, que estão associadas às proteínas histonas.
Todo o DNA cromossômico é armazenado no núcleo da célula,
separado do citoplasma por uma membrana.
Algumas organelas
eucarióticas, como mitocôndrias, também contêm algum DNA.
Muitas células eucarióticas são ciliadas com cílios
primários.
Os eucariotos móveis podem se mover usando cílios móveis ou
flagelos.
As células móveis estão ausentes em coníferas e plantas com
flores.
Os flagelos eucarióticos são mais complexos do que os
procariontes.
Comparação de características de células procarióticas e
eucarióticas
|
|
Procariontes |
Eucariontes |
|
Organismos
típicos |
Bactérias,
archaea |
Protistas,
fungos, plantas, animais |
|
Tamanho
típico |
~ 1–5 μm |
~ 10–100 μm |
|
Tipo de
núcleo |
nucleoide;
nenhum núcleo |
núcleo
verdadeiro com membrana dupla |
|
DNA |
circular
(normalmente) |
Cromossomos
nucleares com histonas |
|
Síntese de
RNA/proteína |
acoplada no
citoplasma |
Síntese de
RNA no núcleo síntese proteica no citoplasma |
|
Ribossomos |
50S e 30S |
60S e 40S |
|
Estrutura citoplasmática |
poucas
estruturas |
altamente
estruturado por endomembranas e um citoesqueleto |
|
Movimento
celular |
flagelo feito
de flagelina |
flagelos e
cílios contendo microtúbulos; pseudópodes contendo actina |
|
Mitocôndria |
nenhuma |
um a vários
milhares |
|
Cloroplastos |
nenhum |
em algas e
Plantas |
|
Organização |
geralmente
unicelular |
células
únicas, colônias, organismos multicelulares com células especializadas |
|
Divisão
celular |
divisão
binária |
mitose
(fissão ou brotamento) meiose |
|
Cromossomos |
único
cromossomo |
mais de um
cromossomo |
|
Membranas |
Membrana
celular |
Membrana
celular e organelas ligadas à membrana |
Componentes subcelulares
Todas as células, sejam procarióticas ou eucarióticas, têm
uma membrana que envolve a célula, regula o que se move para dentro e para fora
(seletivamente permeável) e mantém o potencial elétrico da célula.
Dentro da membrana, o citoplasma ocupa a maior parte do
volume da célula.
Todas as células (exceto glóbulos vermelhos que carecem de
um núcleo celular e da maioria das organelas para acomodar o espaço máximo para
hemoglobina) possuem DNA e RNA.
Membrana plasmática
A membrana plasmática é uma membrana biológica que envolve o citoplasma de uma célula.
Em animais, a membrana plasmática é o limite externo da
célula, enquanto em plantas e procariotos ela é geralmente coberta por uma
parede celular.
Esta membrana serve para separar e proteger uma célula de
seu ambiente circundante e é composta principalmente de uma dupla camada de
fosfolipídios, que são anfifílicos (parcialmente hidrofóbicos e parcialmente
hidrofílicos).
Portanto, a membrana é chamada de bicamada fosfolipídica.
Incorporadas à membrana há uma variedade de moléculas de
proteínas que atuam como canais e bombas que movem diferentes moléculas para
dentro e para fora da célula.
A membrana é dita ser 'semi-permeável', na medida em que
pode deixar uma substância (molécula ou íon) passar livremente, passar através
de uma forma limitada ou não passar de jeito nenhum.
As membranas da superfície celular, também contém proteínas
receptoras que permitem que as células detectem moléculas externas de
sinalização, tais como hormonas.
Citoesqueleto
O citoesqueleto é uma rede de fibras que organizam e dão à célula força mecânica e manutenção da forma, além de controlar seus movimentos, fixar organelas.
Também atua durante a endocitose, a absorção de materiais
externos por uma célula, e na citocinese, a separação de células filhas após a
divisão celular.
Normalmente, 20-35% das proteínas de uma célula estão
ligadas ao citoesqueleto, embora esta quantidade possa variar, sendo
consideravelmente maior nas células musculares.
O citoesqueleto eucariótico é composto por microfilamentos,
filamentos intermediários e microtúbulos.
Há um grande número de proteínas associadas a eles, cada uma
controlando a estrutura de uma célula ao direcionar, agrupar e alinhar os
filamentos.
O citoesqueleto
procariótico é menos estudado, mas está envolvido na manutenção da forma
celular, polaridade e citocinese.
Material genético
Existem dois tipos diferentes de material genético: ácido
desoxirribonucleico (DNA) e ácido ribonucleico (RNA).
As células usam o DNA para o armazenamento de informações de
longo prazo; a informação biológica contida em um organismo é codificada em sua
sequência de DNA.
O RNA é usado para o transporte de informações (por exemplo, RNAm) e funções enzimática (por exemplo, o RNAr).
Moléculas de tRNA são usadas para adicionar aminoácidos
durante a tradução de proteínas.
O material genético procariótico é organizado em uma
molécula de DNA circular simples na região nucleoide do citoplasma.
O material genético eucariótico é dividido em diferentes
moléculas lineares chamadas cromossomas dentro de um núcleo discreto,
geralmente com material genético adicional em algumas organelas como
mitocôndrias e cloroplastos. (ver teoria da endossimbiose).
Uma célula humana possui material genético contido no núcleo
(genoma nuclear) e na mitocôndria (genoma mitocondrial).
Em humanos, o genoma nuclear é dividido em 46 moléculas de
DNA linear chamadas cromossomos, incluindo 22 cromossomos homólogos pares e um
par de cromossomos sexuais.
O genoma mitocondrial é uma molécula de DNA circular
distinta do DNA nuclear e, embora o DNA mitocondrial seja muito pequeno em
comparação com os cromossomos nucleares, ele codifica 13 proteínas envolvidas
na produção de energia mitocondrial e RNAts específicos.
Organelas
Organelas são partes da célula que são adaptadas e/ou
especializadas para realizar uma ou mais funções vitais, análogas aos órgãos do
corpo humano, tais como o coração, pulmão e rim, com cada órgão exercendo uma
função diferente.
As células
eucarióticas e procarióticas têm organelas, mas as organelas procarióticas são
geralmente mais simples e não são ligadas à membrana.
Existem vários tipos de organelas em uma célula. Algumas
(como o núcleo e o aparelho de Golgi) são tipicamente solitárias, enquanto
outras (como mitocôndrias, cloroplastos, peroxissomos e lisossomos) podem ser
numerosas (centenas a milhares).
O citosol é o fluido gelatinoso que preenche a célula e envolve
as organelas.
Célula eucariótica
Núcleo celular: abriga os cromossomos da célula e é o
local onde quase toda a replicação de DNA e síntese de RNA (transcrição)
ocorrem.
O núcleo é esférico e separado do citoplasma por uma
membrana dupla chamada envelope nuclear, que isola e protege o DNA de várias
moléculas do citoplasma que podem danificar acidentalmente sua estrutura ou
interferir em seu processamento.
Mitocôndrias e cloroplastos: geram energia para a
célula.
Mitocôndrias são organelas autorreplicantes que ocorrem em
vários números, formas e tamanhos no citoplasma de todas as células
eucarióticas.
A respiração ocorre nas mitocôndrias celulares, que geram a
energia da célula por fosforilação oxidativa, usando oxigênio para liberar
energia armazenada em nutrientes celulares (tipicamente pertencente a glicose)
para gerar ATP.
As mitocôndrias se multiplicam por fissão binária, como os
procariontes.
Os cloroplastos só podem ser encontrados em plantas e algas,
e eles capturam a energia do sol para produzir carboidratos por meio da
fotossíntese.
Retículo endoplasmático: o retículo endoplasmático (ER) é uma rede de transporte para moléculas direcionadas para certas modificações e destinos específicos, em comparação com moléculas que flutuam livremente no citoplasma.
O ER possui duas formas: o ER rugoso, que possui ribossomos
em sua superfície que secretam proteínas no ER, e o ER liso, que não possui
ribossomos.
O RE suave desempenha um papel no sequestro e na liberação
de cálcio.
Complexo de Golgi: a função primária do aparelho de
Golgi é processar e empacotar as macromoléculas, tais como proteínas e lipídios
que são sintetizados pela célula.
Lisossomos e peroxissomos: lisossomos contêm enzimas
digestivas.
Eles digerem organelas em excesso ou desgastadas, partículas
de alimentos e vírus ou bactérias engolfadas.
Peroxissomos têm enzimas que livram a célula de peróxidos
tóxicos.
A célula não poderia abrigar essas enzimas destrutivas se elas não estivessem contidas em um sistema ligado à membrana.
Centrossoma: o centrossoma produz os microtúbulos de
uma célula - um componente chave do citoesqueleto.
Dirige o transporte através do ER e do aparelho de Golgi.
Os centrossomos são compostos de dois centríolos, que se
separam durante a divisão celular e ajudam na formação do fuso mitótico.
Vacúolos: os vacúolos armazenam produtos residuais e
água nas células das plantas.
Algumas células, mais notavelmente amebas, têm vacúolos
contráteis, que podem bombear água para fora da célula se houver muita água.
Os vacúolos das células vegetais e das células fúngicas são
geralmente maiores do que os das células animais.
Eucariótica e procariótica
Ribossomos: o ribossomo é um grande complexo de
moléculas de RNA e proteína.
Cada um deles consiste em duas subunidades e atuam como uma
linha de montagem onde o RNA do núcleo é usado para sintetizar proteínas a
partir de aminoácidos.
Os ribossomos podem ser encontrados flutuando livremente ou
ligados a uma membrana (o retículo endoplasmático rugoso nos eucariotos ou a
membrana celular nos procariotos).
Estruturas externas à membrana celular
Muitas células também possuem estruturas que existem total
ou parcialmente externas à membrana celular.
Essas estruturas são notáveis porque não são protegidas do
ambiente externo pela membrana celular semipermeável.
Para montar essas estruturas, seus componentes devem ser
transportados através da membrana celular por processos de exportação.
Parede celular
Muitos tipos de células procarióticas e eucarióticas têm uma
parede celular.
A parede celular atua protegendo a célula mecânica e
quimicamente de seu ambiente, e é uma camada adicional de proteção à membrana
celular.
Diferentes tipos de células têm paredes celulares feitas de
diferentes materiais; as paredes das células vegetais são feitas principalmente
de celulose, as paredes das células dos fungos são feitas de quitina e as
paredes das células das bactérias são feitas de peptidoglicano.
Cílios
Em citologia, cílios são apêndices das células eucarióticas
com movimento constante numa única direção. Este nome provém do latim, com o
significado de pestana, pela sua similaridade aparente.
Célula procariótica
Cápsula
Uma cápsula gelatinosa está presente em algumas bactérias
externamente à membrana e parede celular.
A cápsula pode ser
composta por polissacarídeos como em pneumococos e meningococos, por polipeptídeos
como emBacillus anthracis, ou por ácido hialurônico como em estreptococos.
As cápsulas não são marcadas por coloração comum e podem ser
detectadas por coloração especial.
Flagelos
Flagelos são os organelos de mobilidade celular.
Eles surgem a partir do citoplasma por extrusão através da
parede celular.
Eles são longos e grossos apêndices filamentados, proteínas
em sua natureza.
São mais comumente encontrados em células de bactérias, mas
também são encontrados em algumas células animais.
Alguns flagelos atuam como uma hélice rotativa em contraste
aos cílios que agem mais como um remo.
Fímbria
Fímbrias são apêndices em forma de filamentos presentes em
bactérias.
Estes apêndices são menores, mais curtos e mais numerosos
que os flagelos.
Eles são filamentos curtos e finos como cabelos, formados de
proteína chamada pilina (antigénico).
Fímbrias são responsáveis pela fixação das bactérias aos
receptores específicos de células humanas (aderência).
Processos celulares
Replicação
A divisão celular envolve uma única célula (chamada de célula mãe) que se divide em duas células filhas.
Isso leva ao crescimento em organismos multicelulares (o
crescimento de tecidos) e à reprodução assexual em organismos unicelulares.
As células procarióticas se dividem por fissão binária,
enquanto as células eucarióticas geralmente passam por um processo de divisão
nuclear, denominado mitose, seguido pela divisão da célula, chamada citocinese.
Uma célula diploide também pode passar por meiose para
produzir células haploides, geralmente quatro.
As células haploides atuam como gametas em organismos
multicelulares, fundindo-se para formar novas células diploides.
Replicação do DNA, ou o processo de duplicação do genoma de
uma célula, sempre acontece quando uma célula se divide por mitose ou fissão
binária.
Isso ocorre durante a fase S do ciclo celular.
Na meiose, o DNA é replicado apenas uma vez, enquanto a
célula se divide duas vezes.
A replicação do DNA ocorre apenas antes da meiose I.
A replicação do DNA não ocorre quando as células se dividem
pela segunda vez, em meiose II.
A replicação, como todas as atividades celulares, requer
proteínas especializadas para realizar o trabalho.
Reparo de DNA
Em geral, as células de todos os organismos contêm sistemas
enzimáticos que examinam seu DNA em busca de danos e realizam processos de
reparo quando são detectados.
Diversos processos de reparo evoluíram em organismos que
variam de bactérias a humanos.
A prevalência generalizada desses processos de reparo indica
a importância de manter o DNA celular em um estado não danificado, a fim de
evitar a morte celular ou erros de replicação devido a danos que poderiam levar
a mutação.
As bactérias E. coli são um exemplo bem estudado de um
organismo celular com diversos processos bem definidos reparo de DNA.
Estes incluem: (1) reparo de excisão de nucleotídeo, (2)
reparo de incompatibilidade de DNA, (3) junção de extremidade não homóloga de
quebras de fita dupla, (4) reparo recombinacional e (5) reparo dependente de
luz (fotoreativação).
Crescimento e metabolismo
Entre sucessivas divisões celulares, as células crescem por meio do funcionamento do metabolismo celular.
O metabolismo celular é o processo pelo qual as células
individuais processam as moléculas de nutrientes.
O metabolismo tem duas divisões distintas: o catabolismo, em
que a célula quebra moléculas complexas para produzir energia e poder redutor,
e o anabolismo, em que a célula usa energia e poder redutor para construir
moléculas complexas e realizar outras funções biológicas.
Açúcares complexos consumidos pelo organismo podem ser
quebrados em moléculas de açúcar mais simples chamadas monossacarídeos, como
glicose.
Uma vez dentro da célula, a glicose é quebrada para formar
trifosfato de adenosina (ATP), uma molécula que possui energia prontamente
disponível, por meio de duas vias diferentes.
Síntese de proteínas
As células são capazes de sintetizar novas proteínas,
essenciais para a modulação e manutenção das atividades celulares.
Este processo envolve a formação de novas moléculas de
proteína a partir de aminoácidos, com base na informação codificada em DNA/RNA.
A síntese de proteínas geralmente consiste em duas etapas
principais: transcrição e tradução.
A transcrição é o processo em que a informação genética no
DNA é usada para produzir uma fita complementar de RNA.
Esta fita de RNA é então processada para formar RNA
mensageiro (RNAm), que é livre para migrar através da célula.
As moléculas de RNAm ligam-se a complexos de proteína-RNA
chamados ribossomos localizados no citosol, onde são traduzidos em sequências
polipeptídicas.
O ribossomo medeia a formação de uma sequência polipeptídica
com base na sequência de mRNA.
A sequência de RNAm se relaciona diretamente com a sequência
de polipeptídeo por ligação a moléculas adaptadoras de RNA transportador (RNAt)
dentro do ribossomo.
O novo polipeptídeo então se dobra em uma molécula de
proteína tridimensional funcional.
Motilidade
Organismos unicelulares podem se mover para encontrar comida
ou escapar de predadores, com o auxílio dos cílios e dos flagelos.
Em organismos multicelulares, as células podem se mover
durante processos como a desenvolvimento embrionário, assim como na
cicatrização de feridas, na manutenção tecidual, no funcionamento do sistema
imune e na metástase do câncer.
A motilidade celular envolve a atividade coordenada dos
filamentos do citoesqueleto em conjunto a uma série de proteínas acessórias,
como as proteínas motoras, de adesão, receptoras, etc.
Navegação, controle e comunicação
Em agosto de 2020, os cientistas descreveram uma forma como
as células — em particular as células de um fungo viscoso e células derivadas
do câncer de pâncreas de camundongo — são capazes de navegar com eficiência e
identificar as melhores rotas em labirintos complexos, gerando gradientes
depois de quebrar atrativos químicos difusos que lhes permitem detectar as
próximas junções do labirinto antes de alcançá-las, até mesmo em torno dos
cantos.
