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FISIOLOGIA CELULAR
Prof. Ms. RODRIGO A. MONTEZANO V. LACERDA FATEGÍDIO – TEÓFILO OTONI, MG
PRIMEIRA PARTE
INTRODUÇÃO À FISIOLOGIA:
A Fisiologia é o estudo das funções das matérias vivas do corpo humano. Seu objetivo principal é explicar os fatores químicos e físicos que ocorrem nos sistemas, responsáveis por origem, desenvolvimento e continuação da vida.
OBS: O homem é um ser autônomo pq é dotado de sensibilidades, sentimentos e conhecimento, esses atributos fazem parte da seqüência automática da vida, e são esses atributos que nos permitem existir, pois são eles quem nos conduzem à busca de energia vital. Por exemplo a fome nos leva à busca de comida, etc.
A CÉLULA
Def. das cel.
É a unidade básica da vida e do organismo, e cada órgão é um agregado de células. Existem aproximadamente, 75 trilhões de células em nosso organismo, estas com funções, e formas variadas. Ex: cel. Vermelhas → transportam O2 dos pulmões p/ os tecidos.
Todas as células precisam de alimentos, nutrientes p se manterem vivas, essas por sua vez utilizam quase sempre os mesmos nutrientes. E, a principal fonte de alimento das cel. É o O2.
ESEMPLO: O O2 combinado com o Carboidrato, com a gordura, com a Ptn, vão liberar energia. Após feito essa combinação, a cel. lança os produtos finais dessa combinação nos líquidos que as circundam/; membrana citoplasmática e membrana nuclear.
Composição das Cel.:
As cel. são formadas por:
Protoplasma: Águas, Eletrólitos, Ptn; Lipídeos e Carboidratos
Membrana Celular;
Membrana Nuclear;
Retículo Endoplasmático;
- Ret. End. Liso
- Ret. End. Rugoso Citoplasma e organelas; Mitocôndrias; Lisossomos; Núcleo.
PROTOPLASMA:
- Ptn depois da água é a matéria mais abundante, e é dividida em: ptn estruturais: estão presentes na membrana celular, envoltório nuclear, retícuilo endoplasmático e mitocôndrias. Tem a consistência de tecido fibroso, por ser fibrilar, e fornece uma determinada resistência, a resistência têxtil. Exemplo: Cabelo enzimas: são ptn isoladas ou agregadas em formas globurales. São solúveis na maioria das vezes. Em contato com outras ubstâncias catalizam reações químicas. Ex: reações que degradam glicose combinadas com O2 formam CO2 e H2O → ATP.
- Lipídios: Triglicerídeos, fosfolipídios e colesterol, combinam-se com o H2O.
- Carboidratos: Ex: Glicose → Glicogênio → Carboidrato. ↓ ATP.
MEMBRANA CELULAR:
É delgada e elástica, e é composta por ptn, lipídios e polissacarídeos.
A presença de polissacarídeos nas superfícies, torna a membrana hidrolífica, e o centro lipídico torna a membrana impermeável, principalmente em substâncias insolúveis em lipídios.
Os fosfolipídios são a porção gordurosa da mol e é atraída pela parte lipídica central, já a outra parte é atraída pela ptn, que é a parte polar (ionizante) da mol fosfolipídica, ligada eletroquimicamente com as camadas externas e internas das ptn. O fosfolipídeo, fosfato (PO4-3) associado a lipídios(gorduras). São os principais componentes das membranas celulares. A região do fosfato("cabeça") se encontra eletricamente carregada (região polar) enquanto que as duas cadeias de ácidos graxos(pertencentes ao lipídio)não apresentam carga elétrica (região apolar).
formar Glicoproteínas, está envolvido na formação dos lisossomos, organelas citoplasmáticas importantes para a digestão intracelular.
MITOCÔNDRIAS:
É uma Organela formada por duas membranas lipoprotéicas. Dentro delas se realiza o processo de extração de energia dos alimentos que será armazenada em moléculas de ATP (adenosina trifosfato). É o ATP que fornece energia necessária para as reações químicas celulares.
LISOSSOMOS
É uma estrutura que apresenta enzimas digestivas capazes de digerir um grande número de produtos orgânicos. Realiza a digestão intracelular. É importante nos glóbulos brancos e de modo geral para a célula já que digere as partes desta (autofagia) que serão substituídas por outras mais novas, o que ocorre com freqüência em nossas células.
NÚCLEO
Uma das principais características da célula eucarionte é a presença de um núcleo de forma variável, porém bem individualizado e separado do restante da célula:
Ao microscópio óptico o núcleo tem contorno nítido, sendo o seu interior preenchido por elementos figurados. Dentre os elementos distingem-se o nucléolo e a cromatina.
Quando uma célula se divide, seu material nuclear (cromatina) perde a aparência relativamente homogênea típica das células que não estão em divisão e condensa-se numa serie de organelas em forma de bastão, denominadas cromossomos. Nas células somáticas humanas são encontrados 46 cromosssomos.
Há dois tipos de divisão celular: mitose e meiose. A mitose é a divisão habitual das células somáticas, pela qual o corpo cresce, se diferencia e realiza reparos. A divisão mitótica resulta normalmente em duas células- filhas, cada uma com cromossomos e genes idênticos aos da célula-mãe. A meiose ocorre somente nas células da linhagem germinativa e apenas uma vez numa geração. Resulta na formação de células reprodutivas (gametas), cada uma das quais tem apenas 23 cromossomos.
DIVISÃO CELULAR:
Processo pelo qual as células de animais se dividem, produzindo, cada uma, duas células idênticas à original. A reprodução de células-filhas iguais à
original tem como finalidade repor as células mortas no organismo, ou possibilitar o aumento do número delas nos processos de crescimento. Outro processo de divisão celular é a meiose, que produz duas células com metade dos cromossomos da célula-mãe.
No período que antecede a mitose, ocorre a duplicação dos cromossomos, numa fase denominada de interfase. Então, os filamentos simples de cromossomos passam a ser duplos, recebendo o nome de cromátides. Nas células humanas, os 23 cromossomos passam a ser 23 pares, unidos por um ponto denominado centrômero.
A divisão da célula realiza-se em cinco diferentes fases: prófase, prómetafase, metáfase, anáfase e telófase.
MITOSE
Prófase – No núcleo da célula, os cromossomos condensam-se e passam a ser cada vez mais curtos e grossos. No citoplasma, massa fluida dentro da célula na qual o núcleo está mergulhado, os dois centríolos (organóides que se localizam junto ao núcleo e respondem pelo movimento dentro das células) se duplicam e começam a migrar em direções opostas.
Prometáfase – A membrana nuclear rompe-se e os cromossomos espalham- se pela célula. Estes irão se prender no conjunto de fibras, cujas extremidades terminam próximas aos centríolos, agora já localizados em pólos opostos na célula.
Metáfase – O conjunto de fibras, denominado fuso acromático, forma uma "ponte" entre os dois centríolos, que estão localizados nas extremidades da célula. As cromátides permanecem no meio da célula.
Anáfase – Os centrômeros rompem-se, os pares de cromossomos separam- se em lotes idênticos e são puxados para os pólos opostos da célula na direção dos centríolos, indo constituir o núcleo das células-filhas.
Telófase – Os cromossomos de cada pólo entrelaçam-se, de modo que não se pode mais distingui-los separadamente, até ficarem invisíveis e serem envolvidos dentro de um novo núcleo. As fibras do fuso desaparecem e a célula começa então a se dividir, dando origem a duas células independentes.
MEIOSE:
Processo de divisão celular no qual células diplóides, ou seja, com dois lotes de cromossomos, dão origem a quatro células haplóides, com apenas um lote de cromossomos.
Essa forma de divisão possibilita a formação dos gametas (células sexuais). Nas células humanas diplóides existem 46 cromossomos. Através da meiose, elas passam a ter 23 cromossomos. No processo de fecundação humana, ocorre a união de dois gametas dos pais, resultando em um ovo
SEGUNDA PARTE
Membrana e Permeabilidade Celular
A membrana separa a célula do ambiente
Uma célula tem composição química diferente da do ambiente que a rodeia. Tomemos o caso de uma ameba que vive na água de uma lagoa: algumas substancias típicas da ameba, como açucares proteínas e ácidos nucléicos, não se encontram na água da lagoa. No entanto, existem algumas substancias idênticas na ameba e no liquido em que ela vive como, por exemplo, íons de sódio, potássio e magnésio. Mesmo assim, essas substancias estão em concentrações muito diferentes dentro e fora da célula. Quais fatores fazem à ameba manter sua individualidade e continuar claramente diferente em relação ao meio externo, quanto à composição? A resposta é simples: envolvendo a célula amebiana, existe um “envelope especial”, a membrana plasmática, encarregado de regular às trocas de substâncias entre a ameba e o meio. É como se a membrana estivesse constantemente tomando decisões sobre o que deve entrar e o que deve sair. Diz-se que a membrana plasmática tem permeabilidade seletiva. Estrutura e Composição da Membrana Celular As moléculas lipídicas constituem 50% da massa da maioria das membranas de células animais, sendo o restante, constituído de proteínas. As moléculas lipídicas são anfipáticas, pois possuem uma extremidade hidrofílica ou polar (solúvel em meio aquoso) e uma extremidade hidrofóbica ou não-polar (insolúvel em água).
Os três principais grupos de lipídios da membrana são os fosfolipídios, o colesterol e os glicolipídios. Os fosfolipídios possuem uma cabeça polar e duas caudas de hidrocarboneto hidrofóbicas (característica que confere a dupla camada lipídicas). As caudas são normalmente ácidos graxos com diferenças no comprimento, o que influi na fluidez da membrana. As moléculas de colesterol aumentam as propriedades de permeabilidade das duplas camadas lipídicas. Ela torna a bicamada lipídica menos sujeita a deformações, e assim, diminui a permeabilidade da membrana.
Os glicolipídeos auxiliam na proteção da membrana plasmática em condições adversas, como pH baixo. Sua presença altera o campo elétrico através da membrana e das concentrações dos íons na superfície da membrana. Acredita-se que essas moléculas participem dos processos de reconhecimento celular, e alguns glicolipídeos propiciam pontos de entrada para algumas toxinas bacterianas. A membrana plasmática não é uma estrutura estática, os lipídios movem-se proporcionando uma fluidez à membrana. Os lipídios podem girar em torno de seu próprio eixo, podem difundir-se lateralmente na monocamada, migrar de uma monocamada para outra (flip-flop) que acontece raramente, e movimentos de flexão por causa das cadeias de hidrocarbonetos.
A fluidez da membrana plasmática depende também da temperatura e da quantidade de colesterol, pois quanto maior a temperatura e maior quantidade de colesterol, a membrana é menos fluida.
Proteínas da Membrana
As proteínas de desempenham a maioria das funções específicas das membranas. São elas que conferem as propriedades funcionais características de cada tipo de membrana. As proteínas de membrana podem ser: Proteínas transmembrana: atravessam a bicamada lipídica e são anfipáticas. Elas podem atravessar a membrana uma única vez (proteína transmembrana de passagem única) ou então atravessando várias vezes a membrana (proteína transmembrana multipassagem). As proteínas transmembrana podem ser em a hélice ou arranjados como barris b (figura abaixo). Podem ter a função de transportar íons, funcionar como receptores ou como enzimas. A grande maioria das proteínas de membrana multipassagem das células eucarióticas e da membrana bacteriana é formada por a hélices transmembrana, enquanto as barris b se restringem principalmente às membranas externas das bactérias, das mitocôndrias e dos cloroplastos.
Proteínas periféricas: se prende a superfície interna e externa da membrana plasmática através de vários mecanismos.
Estudos realizados com eritrócitos (células vermelhas do sangue) revelaram que a maioria das proteínas periférica ligada à membrana dos eritrócitos, ligada ao lado citozóico da bicamada lipídica é a espectrina , uma proteína longa, fina, em forma de bastão, sendo o principal componente do citoesqueleto subjacente à membrana, mantendo a integridade estrutural e a forma bicôncava desta célula. A glicoforina é uma glicoproteína transmembrana dos eritrócitos, de
pela Membran a Plasmátic a Fagocitose Forma-se um vacúolo alimentar. A célula consome energia.
Partículas sólidas, grandes (restos celulares ou células inteiras).
Transporte Ativo e Passivo
A bicamada lipídica serve como barreira, permitindo que a célula mantenha as concentrações de solutos no citosol, que são diferentes do meio extracelular. Para isso, a membrana desenvolveu mecanismos de transporte (proteínas carregadoras e de canal), ou tornando-se permeável em favor do gradiente de concentração. O transporte passivo ou difusão facilitada ocorre quando as proteínas de transporte (canal) operam para importar moléculas específicas para dentro da célula, orientadas somente por um gradiente de concentração. A difusão pode ocorrer tanto em meios líquidos ou gasosos, em que as moléculas se movimentam umas em relação às outras. Assim, um perfume pode se difundir no ar de uma sala de aula; uma colher de açúcar se difunde em um copo de água; o oxigênio, assim como o gás carbônico, se difunde na água de um aquário. Em todos esses casos, há uma regra geral: Na difusão, as partículas tendem a se mover do local de maior concentração para o de menor concentração, até que as concentrações se igualem. Um exemplo prático é colocar bacalhau ou carne seca na água algumas horas antes de cozinhá-lo, grande parte do sal contido neles irá difundir-se, deslocando na água e diminuindo a concentração de sal da carne.
Difusão nas células
O fenômeno de difusão pode tanto ocorrer no interior das células quanto entre a célula e o meio. No interior de uma célula, varias substancias são constantemente consumidas e outras, são produzidas. Assim por exemplo, as mitocôndrias produzem CO2, isso faz com que a taxa desse gás no interior da mitocôndria seja sempre mais alta que nas outras partes da célula. Dessa forma, o CO2 tende a se espalhar da mitocôndria para o restante da célula. O caso do oxigênio é o inverso: sendo ele consumido na mitocôndria, é nela que sua taxa será mais baixa: isso faz com que o oxigênio aflua das outras partes da célula para a mitocôndria. A difusão também ocorre entre o ambiente e a célula. Aqui, evidentemente, existe uma barreira a ser transposta: a membrana plasmática. De modo geral, quanto menor a molécula que deve passar pela membrana, mais rápida é a passagem. Assim as moléculas de oxigênio, de gás carbônico, de água, de açucares simples, íons minerais, aminoácidos, que são de tamanho
relativamente pequeno, penetram na célula ou saem dela com certa facilidade. Moléculas maiores, como amido, proteínas e lipídios, normalmente não atravessam a membrana. A digestão é importante nos animais justamente devido a isso, moléculas grandes, como o amido e proteínas, que não penetram nas células, são transformados em moléculas menores, que atravessam a membrana plasmática, podendo então participar do metabolismo celular. Veja no caso do oxigênio e do gás carbônico, há difusão não somente no interior da célula mas também entre a célula e o meio. É fácil entender: o meio celular, por produzir gás carbônico, é mais rico nesse gás do que o ambiente. Estabelece-se um gradiente de concentrações entre as células e ambiente, e o gás sai da célula. O inverso ocorre, evidentemente, com o oxigênio. A difusão é um transporte passivo, repare que em todos os casos de difusão, as moléculas entram na célula ou saem dela sem que esta participe ativamente dessa passagem; são somente os gradientes de concentração que permitem a difusão. Por esse motivo, fala-se que a difusão é um transporte físico, ou passivo. Osmose é uma difusão especial, na difusão através de membranas, sempre falamos de substancias que pudessem atravessá-las livremente, devido ao seu pequeno tamanho molecular. Imaginemos, agora, uma situação em que os poros de certa membrana sejam tão pequenos que deixem passar apenas as moléculas de água, mas não permitam a passagem de soluto. Uma membrana nessas condições pode ser chamada de membrana semipermeável.
Conseqüência da osmose nas células: o fenômeno de osmose, embora puramente físico, influencia sistemas biológicos, como as células. Entre a célula e as soluções em que ela vive acontecem fenômenos osmóticos particularmente quando a célula e seu ambiente têm concentrações de solutos diferentes. Embora a membrana plasmática não seja uma membrana semipermeável perfeita, já que deixa passar também solutos, a velocidade de entrada (ou saída) de água é tão grande durante a osmose que a passagem de soluto, muito menor, perde importância. É neste sentido que a membrana plasmática é considerada semipermeável. Os resultados da osmose em células animais podem ser verificados facilmente se colocarmos uma gota de sangue em três soluções de NaCl, de concentrações diferentes, e observamos as hemáceas ao microscópio: A) Numa solução de concentração igual à do interior das células (NaCl a 0,9%), esta células mantêm o mesmo aspecto de quando se encontram na corrente sanguínea. Aqui, as passagens de água nos dois sentidos são equivalentes, e as hemáceas não lucram nem perdem água. As duas soluções (a do exterior e a do interior das hemáceas), por terem forças osmóticas iguais, são chamadas isotônicas. B) Numa solução mais concentrada que a do interior das células, estas
celulósica, tendo chegado ao limite de distensão, resiste à entrada de maior quantidade de água.
Equação da osmose na célula vegetal Vimos que nas células vegetais ocorrem duas pressões que atuam no sentido contrário: Tendência à entrada: a água do meio tende a penetrar na célula, devido à sucção osmótica exercida pelo vacúolo. Tendência à saída: a água da célula tende sair, devido à pressão que exerce sobre a membrana celulósica permeável. Pode-se utilizar, para descrever as duas variáveis desse processo, a seguinte equação: Sc = Si – M, Onde Sc =sucção celular; Si = sucção interna e M = resistência da membrana celulósica. Em outras palavras, a capacidade de a célula ganhar água (sucção celular) depende da sucção osmótica do vacúolo (Si), ou tendência à entrada, da qual se deve descontar a resistência da membrana celulósica (M), que equivale à tendência à saída. Esta equação pode ser expressa assim: D.P.D = P.O. – P.T. , Onde DPD = déficit de pressão de difusão, PO = pressão osmótica e PT = pressão de turgor.
A água e os diferentes aspectos da célula vegetal
Célula flácida: Nessas condições, a quantidade de água no vacúolo é insuficiente para pressionar a membrana celulósica, que permanece “frouxa”. Célula Túrgida: Quando a célula flácida é colocada em água destilada, a água entra na célula e distende a membrana. A membrana distendida tende a impedir o ganho de mais água. A célula se tornou túrgida. Por causa da resistência da membrana celulósica, uma célula vegetal não se romperá como um animal. Célula plasmolisada: Quando a célula flácida é colocada num meio hipertônico, perde tanta água para o meio que seu vacúolo se contrai, arrastando o citoplasma, que se desprende em certos pontos da parede celular. Dizemos que a célula ficou plasmolisada. È claro que esta célula poderá voltar a seu estado inicial se for colocada numa solução hipotônica. Falamos então em deplasmólise. Célula murcha: Em determinadas condições, uma célula vegetal pode perder água, não por osmose e sim por evaporação. O vacúolo se contrai, sendo acompanhado nesta deformação pelo citoplasma e pela membrana celulósica.
Diagrama de Höfler
Este diagrama ilustra muito bem as relações existentes entre o Si da célula, seu M e seu Sc:
Este gráfico mostra claramente três situações: Célula flácida: aqui o volume relativo da célula foi fixado arbitrariamente em 1. Repare que o valor de M (resistência da membrana) é igual à zero atmosfera, ou seja, a membrana não oferece resistência nenhuma à entrada de água. Perceba também que Sc = Si. À medida que a célula ganha água, esta claro que seu volume relativo aumenta. M torna-se positivo (agora, a água começa a pressionar a membrana), Si diminui, já que a concentração da solução vacuolar decresce (por ter entrado água), e Sc também diminui. Célula túrgida: a resistência da membrana (M) torna-se máxima e igual a Si (sucção interna). Perceba que Sc, que é resultante de Si e M, fica igual a zero. Célula murcha: por evaporação, o volume relativo é menor que 1. O valor de M se torna negativo. A equação, desta maneira fica assim: Sc = Si -(-M) ou Sc = Si + M De fato, no gráfico, Sc é maior que Si, no caso da célula murcha.
Difusão facilitada
Em alguns casos, certas substancias que se difundem através da membrana penetram na célula mais depressa do que outras, apesar de terem o mesmo tamanho molecular. Sabemos hoje que existem algumas substancias na membrana plasmática, as proteínas carregadoras , que tem a função de transporte. Esse processo chama-se de difusão facilitada, e é responsável, por exemplo, pela passagem de açucares e aminoácidos. É a difusão, já que as substancias passam do local de maior concentração para o de menor; e é facilitada, porque há moléculas transportadoras que favorecem o processo. As proteínas de transporte são específicas; isto que dizer que existem tipos de transportadores específicos para cada substancia. Elas também mudam de uma célula para outra; isso explica o porquê de células distintas apresentarem permeabilidade diferente em relação a uma mesma substancia. Não se sabe ao certo como funcionam as substancias de transporte. Acredita-se que possam mudar de forma, conforme estejam ligadas ou não àquilo que vai ser transportado. No entanto, pode se afirmar que, na difusão facilitada:
- O transporte ocorre de acordo com o gradiente de concentrações, isto é, do lado de maior concentração para o de menor;
- Há participação de moléculas carregadoras específicas, normalmente proteínas;
- Não ocorre consumo de energia por parte da célula.
