CITOLOGIA - 2° SÉRIE DO ENSINO MÉDIO - CONTEÚDO PARA AVALIAÇÃO

CONTEÚDO PARA AVALIAÇÃO 2° SÉRIE DO ENSINO MÉDIO

CITOLOGIA

Área da Biologia que estuda a estrutura e o funcionamento das células, chama-se citologia.

O desenvolvimento dos microscópios trouxe importantes contribuições para o avanço da biologia. A compreensão sobre a origem e a constituição teve de ser completamente revista após as descobertas relacionadas a estrutura e organização das células. O surgimento do microscópio eletrônicos, no século XX, possibilitou descobrir que o interior da célula é ocupado por muitas e variadas estruturas altamente especializadas, responsáveis pelas funções capazes de manter a célula viva.

Na segunda metade do século XVII, dois observadores Antony e Robert construíram seu próprio microscópio e fizeram importantes descobertas, visualizaram as hemácias do sangue, os espermatozóides do sêmen, gotas de água e ainda embora não são soubesse que era bactéria, descreveu assim sua descoberta, “eram incrivelmente pequenos, tão pequenos a meu ver, que acredito que mesmo que cem desses animais fossem postos uma ao lado do outro, não alcançariam sequer o tamanho de um grão de areia”, esse tipo de microscópio recebeu o nome de microscópio simples.

Mathias Schleiden abandonou a advocacia para se dedicar-se aos estudos de botânica. Suas observações permitiram formular um conceito inteiramente novo a respeito das plantas: para ele esse seres eram constituídos por unidades muito pequenas, as células, e seu crescimento seria o resultado da formação de novas células.

Theodor Schwann eram medico e se interessou pelo o estudo da fisiologia doas animais, especificamente das células nervosas e musculares. Durante os anos em que esteve sob a orientação de Muller professor de fisiologia, contribui bastante para a Biologia, quando se encontrou com Mathias Schleiden onde discutiram sobre as semelhanças entre o núcleo das células vegetais e animais, assim tiveram como conclusão que todas as plantas e os animais eram formados por células.

As investigações conduzidas por Schleiden e Schwann tiveram grande impacto na Biologia. para Schwann, as células constituíram a base da organização estrutural dos seres vivos, e estavam presentes em todos os locais, embora variassem na forma e na função. Segundo suas próprias palavras, “a célula é a mola mestra universal do desenvolvimento e esta presente em cada organismo”

Anos mais tarde, Rudolf Virchow, também aluno de Muller, conclui que as doenças, assim com a própria vida em si, ocorriam no nível celular. Virchow descobriu também que todas as células se originavam de outras células preexistentes, e resumi sua conclusão numa frase em latim que se tornou famosa no meio científico: omnis cellula e cellula, que significa “Toda célula vem de outra célula”. Suas descobertas contribuíram para consolidar o que ficou conhecido como TEORIA CELULAR.

OBSERVAÇÕES

Embora as células fossem observadas desde o século XVII, foi durante o século XIX que alguns dos maiores avanços do conhecimento sobre a reorganização celular foram alcançados. Isso se deve principalmente ao desenvolvimento de técnicas de observação que permitiram a visualização de detalhes ate então desconhecidos. Para serem observadas ao microscópio de luz, as células podem estar vivos ou não, mas como as estruturas celulares em geral não apresentam cor, o exame a fresco, como conhecido não revela muitos detalhes, assim para obtermos melhor visualização os matérias precisam ser corados, o uso de corantes, porem, frequentemente mata asa células. Portanto, é preciso que o material seja preparado a fim de preservar melhor suas características. Essa preparação consiste em duas etapas.

Ø  Fixação consiste em matar a célula sem alterar suas propriedades usando um liquido fixador, como o álcool etílico, o formol, entre outros.

Ø  Coloração trata-se de aplicar de um ou mais corantes a fim de tornar mais evidente determinada parte da célula.

O fato de os diferentes corantes terem afinidade por diferentes partes da célula levou a duas descobertas.

ü  Toda célula tem um limite bem definido, responsável pela contenção de tudo que esta em seu interior, os cientistas se basearam nessa observação para prever a existência da membrana celular.

ü  As células apresentam rapidamente inúmeras outras estruturas além do núcleo, espalhadas por todo seu interior, os citologistas rapidamente perceberam que o interior das células eram constituído por um tipo de liquido de aspecto viscoso, que foi chamado de citoplasma.

ü  Em 1833, o pesquisadores escocês Robert Brown propôs a idéia de que essa estrutura seria parte fundamental de todas as células, dando-lhe o nome de núcleo. A partir dessa época, os biólogos passaram a aceitar que todas as células eram constituídas por três patês fundamentais: a membrana, o citoplasma e o núcleo.

CÉLULAS ANIMAIS E VEGETAIS

Os inúmeros estudos e observações de células ao longo do século XIX, bom como a melhoria na qualidade óptica dos microscópios, tornaram evidente que as células vegetais apresentam um padrão de organização bem diferente do das células animas, porem todas contem as mesmas estruturas fundamentais, membrana, citoplasma e núcleo.

CÉLULA VEGETAL

As células vegetais em geral possuem a maior parte do citoplasma ocupado por uma grande estrutura chamada vacúolo central. O vacúolo, é uma espécie de “bolsa” membranosa, é preenchido por uma solução aquosa cuja função principal é regular o equilíbrio de água no interior do citoplasma. Alem do vacúolo, há nas células vegetais um grande numero de estruturas de cor verde, os cloroplastos. Os cloroplastos são responsáveis pela capacidade da célula vegetal de realizar a fotossíntese, graças a presença do pigmento clorofila em seu interior, que absorve energia luminosa. Outra diferença  marcante em relação as células animais é a presença, nas células vegetais, de uma espessa parede, exterior a membrana, constituída de materiais resistentes, como a celulose, que penduram mesmo após a morte da célula.

CÉLULA ANIMAL

As células animais, diferentemente das vegetais, não apresentam parede exterior a membrana. Por essa razão, elas normalmente não têm uma forma predeterminada quando são isoladas dos tecidos de que fazem parte. Os animais são organismos que não tem clorofila nem cloroplasto e não realizam fotossíntese, também não são encontrados grandes vacúolos em suas células, como ocorre nas das plantas. Algumas células animais, como os espermatozóides, têm estruturas locomotoras, como o flagelo, que se prolonga para fora dos limites do citoplasma. Outras podem apresentar cílios, como as células que revestem o interior da nossa traquéia. Células animais também contem um par de centríolos, estruturas relacionados a divisão e ao moimento dos cílios e flagelos. Não existem centríolos em células vegetais.

O CITOPLASMA

Os primeiros citologistas acreditavam que o interior da célula viva era preenchido por um fluído homogêneo e viscoso, no qual estava mergulhado o núcleo. Esse fluido recebeu o nome de citoplasma.

Hoje se sabe que o espaço situado entre a membrana plasmática e o núcleo é bem diferente do que imaginaram aqueles citologistas pioneiros. Além da parte fluida, o citoplasma contém bolsas e canais membranosos e organelas citoplasmáticas, que desempenham funções específicas no metabolismo da célula eucarionte.

 O fluido citoplasmático é constituído principalmente por água, proteínas, sais minerais e açucares. No citosol ocorre a maioria das reações químicas vitais, entre elas a fabricação das moléculas que irão constituir as estruturas celulares. É também no citosol que muitas substâncias de reserva das células animais, como as gorduras e o glicogênio, ficam armazenadas.

O citoplasma das células procarióticas

Os seres procarióticos são representados pelas bactérias, cianobactérias e arqueas.

As células desses organismos não apresentam membrana envolvendo o material hereditário. Esses seres são denominados procarióticos, e suas células são chamadas procarióticas. Outras organelas membranosas também estão ausentes nas células procarióticas, estão presentes, porem, milhares de corpúsculos não membranosos, denominados ribossomos, responsáveis pela síntese de proteínas.

ORGANELAS

O retículo endoplasmático

O citoplasma das células eucariontes contém inúmeras bolsas, canais e tubos cujas paredes têm uma organização semelhante à da membrana plasmática que se estende por todo o citoplasma, desde a membrana plasmática ate a carioteca. Essas estruturas membranosas formam uma complexa rede de canais interligados, conhecida pelo nome de retículo endoplasmático. Podem-se distinguir dois tipos de retículo: rugoso e liso.

Retículo endoplasmático rugoso (RER) e liso (REL)

O retículo endoplasmático rugoso (RER) é formado por sacos achatados, cujas membranas têm aspecto verrugoso devido à presença de grânulos, os ribossomos, aderidos à sua superfície externa (voltada para o citosol). Já o retículo endoplasmático liso (REL) é formado por estruturas membranosas tubulares, sem ribossomos aderidos, e, portanto, de superfície lisa.

Funções do retículo endoplasmático

O retículo endoplasmático atua como uma rede de distribuição de substâncias no interior da célula. No líquido existente dentro de suas bolsas e tubos, diversos tipos de substâncias se deslocam sem se misturar com o citosol.

Ø  Produção de lipídios

Uma importante função de retículo endoplasmático liso é a produção de lipídios. A lecitina e o colesterol, por exemplo, os principais componentes lipídicos de todas as membranas celulares são produzidos no REL. Outros tipos de lipídios produzidos no retículo liso são os hormônios esteróides, entre os quais estão a testosterona e os estrógeno, hormônios sexuais produzidos nas células das gônadas de animais vertebrados.

Ø  Desintoxicação

O retículo endoplasmático liso também participa dos processos de desintoxicação do organismo. Nas células do fígado, o REL, absorve substâncias tóxicas, modificando-as ou destruindo-as, de modo a não causarem danos ao organismo. É a atuação do retículo das células hepáticas que permite eliminar parte do álcool, medicamentos e outras substâncias potencialmente nocivas que ingerimos.

Ø  Armazenamento de substâncias

Dentro das bolsas do retículo liso também pode haver armazenamento de substâncias. Os vacúolos das células vegetais, por exemplo, são bolsas membranosas derivadas do retículo que crescem pelo acúmulo de soluções aquosas ali armazenadas.

Ø  Produção de proteínas

O retículo endoplasmático rugoso, graças à presença dos ribossomos, é responsável por boa parte da produção de proteínas da célula. As proteínas fabricadas nos ribossomos do RER penetram nas bolsas e se deslocam em direção ao aparelho de Golgi, passando pelos estreitos e tortuosos canais co retículo endoplasmático liso.

Os vacúolos

Os vacúolos das células vegetais são interpretados com regiões expandidas do retículo endoplasmático. Em células vegetais jovens observam-se algumas dessas regiões, formando pequenos vacúolos isolados um do outro. Mas, à medida que a célula atinge a fase adulta, esses pequenos vacúolos se fundem, formando-se um único, grande e central, com ramificações que lembram sua origem reticular. A expansão do vacúolo leva o restante do citoplasma a ficar comprimido e restrito à porção periférica da célula. Além disso, a função do vacúolo é regular as trocas de água que ocorrem na osmose.

Aparelho de Golgi

O Complexo de Golgi, homenagem ao citologista italiano Camilo Golgi, está presente em praticamente todas as células eucariontes, e consiste de bolsas membranosas achatadas, empilhadas como pratos. Cada uma dessas pilhas recebe o nome de dictiossomo. Nas células animais, os dictiossomos geralmente se encontram reunidos em um único local próximo ao núcleo. Nas células vegetais, geralmente há vários dictiossomos espalhados pelo citoplasma.

Funções do aparelho de Golgi

O Complexo de Golgi, atua como centro de armazenamento, transformação, empacotamento e remessa de substâncias na célula. Muitas das substâncias que passam pelo aparelho de Golgi serão eliminadas da célula, indo atuar em diferentes partes do organismo. É o que ocorre, por exemplo, com as enzimas digestivas produzidas e eliminadas pelas células de diversos órgãos (estômago, intestino, pâncreas etc.).

Secreção de enzimas digestivas

As enzimas digestivas do pâncreas, por exemplo, são produzidas no RER e levadas até as bolsas do aparelho de Golgi, onde são empacotadas em pequenas bolsas, que se desprendem dos dictiossomos e se acumulam em um dos pólos da célula pancreática. Quando chega o sinal de que há alimento para ser digerido, as bolsas cheias de enzimas se deslocam até a membrana plasmática, fundem-se com ela e eliminam seu conteúdo para o meio exterior.

A produção de enzimas digestivas pelo pâncreas é apenas um entre muitos exemplos do papel do aparelho de Golgi nos processos de secreção celular. Praticamente todas as células do corpo sintetizam e secretam uma grande variedade de proteínas que atuam fora delas.

Lisossomos

Os lisossomos são vesículas que se desprendem do Complexo de Golgi. Apresentam formato esférico e tamanho variável, e estão presentes nas células eucarióticas em geral. São repletas de enzimas digestivas, capazes de degradar diversas substancias.

Os lisossomos promovem a digestão intracelular ou a heterogafia, originados do complexo de Golgi, os lisossomos fundem-se as vesículas de fagocitose e formam os vacúolos digestivos, também de chamados de lisossomos secundários. Após a digestão, os subprodutos das substancias fagocitadas atravessam a membrana do vacúolo digestivo e são incorporadas ao citoplasma. Resíduos não digeridos são eliminados por exocitose do chamado vacúolo residual.

Os lisossomos também atuam na renovação celular, quando a célula digere seus próprios componentes citoplasmáticos ou a autofagia. Nesse caso, as organelas celulares velhas são envolvidas por membrana e funde-se com os lisossomos, originando os vacúolos autofágicos.

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Mitocôndrias

Estrutura e função das mitocôndrias

As mitocôndrias estão imersas no citosol, entre as diversas bolsas e filamentos que preenchem o citoplasma das células eucariontes. Elas são verdadeiras “casas de força” das células, pois produzem energia para todas as atividades celulares.

As mitocôndrias, cujo número varia de dezenas até centenas, dependendo do tipo de célula, estão presentes praticamente em todos os seres eucariontes, sejam animais, plantas, algas, fungos ou protozoários.

 As mitocôndrias são delimitadas por duas membranas lipoprotéicas semelhantes às demais membranas celulares. Enquanto a membrana externa é lisa, a membrana interna possui inúmeras pregas, as cristas mitocondriais, que se projetam para o interior da organela.

 A cavidade interna das mitocôndrias é preenchida por um fluido denominado matriz mitocondrial, onde estão presentes diversas enzimas, além de DNA e RNA e pequenos ribossomos e substâncias necessárias à fabricação de determinadas proteínas.

A respiração celular

No interior das mitocôndrias ocorre a respiração celular, processo em que moléculas orgânicas de alimento reagem com gás oxigênio (O₂), transformando-se em gás carbônico (CO₂) e água (H₂O) e liberando energia.

C6H12O6 + O2 -> 6 CO2 + 6 H2O + energia

A energia liberada na respiração celular é armazenada em uma substância chamada ATP (adenosina trifosfato), que se difunde para todas as regiões da célula, fornecendo energia para as mais diversas atividades celulares. O processo de respiração celular será melhor explicado na seção de Metabolismo energético.

Plastos

Classificação e estrutura dos plastos

Plastos são orgânulos citoplasmáticos encontrados nas células de plantas e de algas. Sua forma e tamanho variam conforme o tipo de organismo. Em algumas algas, cada célula possui um ou poucos plastos, de grande tamanho e formas características. Já em outras algas e nas plantas em geral, os plastos são menores e estão presentes em grande número por célula.

Os plastos podem ser separados em duas categorias:

• cromoplastos (do grego chromos, cor), que apresentam pigmentos em seu interior. O cromoplastos mais freqüente nas plantas é o cloroplasto, cujo principal componente é a clorofila, de cor verde. Há também plastos vermelhos, os eritroplastos (do grego eritros, vermelho), que se desenvolvem, por exemplo, em frutos maduros de tomate.
• leucoplastos (do grego leukos, branco), que não contêm pigmentos.

Funções do cloroplasto

Se as mitocôndrias são as centrais energéticas das células, os cloroplastos são as centrais energéticas da própria vida. Eles produzem moléculas orgânicas, principalmente glicose, que servem de combustível para as mitocôndrias de todos os organismos que se alimentam, direta ou indiretamente, das plantas.

Os cloroplastos produzem substâncias orgânicas através do processo de fotossíntese. Nesse processo, a energia luminosa é transformada em energia química, que fica armazenada nas moléculas das substâncias orgânicas fabricadas. As matérias-primas empregadas na produção dessas substâncias são, simplesmente, gás carbônico e água.

Durante a fotossíntese, os cloroplastos também produzem e liberam gás oxigênio (O₂), necessário à respiração tanto de animais quanto de plantas. Os cientistas acreditam que praticamente todo o gás oxigênio que existe hoje na atmosfera terrestre tenha se originado através da fotossíntese.