Biologia - A Célula
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A célula é a unidade básica de
qualquer organismo vivo.
Ou seja, todos os organismos vivos são constituídos por células, sejam muitas (organismos
multicelulares), como o ser humano, ou apenas uma (organismos unicelulares), como bactérias,
leveduras e algumas algas (para os que já sabem mais: o vírus pode ou não ser um organismo vivo
- é discutível ;-) falarei deles noutro artigo).
Esta unidade básica é, salvo algumas exceções, microscópica, o que significa que não se consegue
ver a olho nu, apenas com recurso a um microscópio. De um modo geral, a célula é constituída
por uma série de estruturas de diferentes complexidades, em termos de organização. Ou seja,
como se pode ver na Figura 1, uma série de átomos está organizada numa molécula, grupos de
moléculas podem estar organizados numa macromolécula, como uma proteína (das quais falarei
melhor mais tarde), grupos destas macromoléculas podem estar organizados em complexos
moleculares, que, por sua vez, podem estar organizados em organelos (“órgãos” da célula, como
o núcleo, dos quais falarei mais tarde) [1].
Todas as células vivas são delimitadas por uma membrana celular, que contem os seus
componentes. Dentro desta membrana há, em qualquer célula, pelo menos,
um genoma (constituído por ácido desoxirribonucleico, mais conhecido como DNA) e
ribossomas (necessários para a interpretação do genoma), que “flutuam” no citosol (um gel,
constituído principalmente por água), formando o citoplasma [2].
Figura 1 - Níveis de organização biológica. Para formar um organismo é necessário passar por vários níveis
de organização. Ou seja, um átomo é constituído por várias partículas subatómicas associadas entre si, uma
molécula é constituída por vários átomos associados entre si, e assim em diante. Imagem de [3]
Há dois “tipos” de células que se distinguem pelas de estruturas que possuem: as células
procarióticas e as células eucarióticas. Estes dois tipos de células partilham muitas características,
incluindo características estruturais, vias metabólicas semelhantes e linguagem genética idêntica
(mais tarde falarei do código genético).
O facto de partilharem muitas características é uma das razões porque é geralmente aceite a noção
de que os organismos eucariotas evoluíram a partir dos procariotas [1, 4].
No entanto, têm diferentes complexidades e formam estruturas diferentes como será explicado
nas próximas duas secções.
Procariotas:
Os procariotas dividem-se em dois Domínios da vida (classificação taxonómica que compreende
maior numero de seres vivos, representado na Figura 2.), como se pode ver na Figura 3:
o Bacteria, onde se encontram as bactérias mais comuns, que se desenvolvem numa grande gama
de ambientes, e o Archaea, onde se encontram a maior parte das bactérias extremofilas (que
vivem em condições extremas, como nascentes de enxofre, onde as temperaturas são elevadas, à
volta dos 80ºC e o pH é baixo, à volta de 2, ou seja, bastante ácido) [5].
Figura 2- Grupos taxonómicos. A taxonomia classifica e organiza os seres vivos agrupando-os com base nas
suas características comuns. Da classificação menos específica para a mais específica a vida está organizada em
Domínios, Reinos, Filos, Classes, Ordens, Familias, Géneros e Espécies. Imagem de [6].
As células procarióticas são, geralmente, menos complexas que as eucarióticas, na medida em que
não apresentam nenhum organelo (componentes celulares delimitados por uma membrana),
nomeadamente o núcleo, que normalmente envolve o DNA, e as mitocôndrias, que fornecem a
maior parte da energia à célula onde se encontram.
Figura 3 - Árvore filogenética que mostra os 3 Domínios da vida. Mostra, também, que os Domínios
Bacteria e Archaea são constituídos por organismos procariotas e que o Domínio Eukaria é constituído por todos
os eucariotas. Imagem de [7]
Como se pode ver na Figura 4, são constituídas por ribossomas, uma membrana celular, um
citoplasma e um nucleóide (mais tarde explicarei as funções destes componentes celulares com
maior detalhe). Com a exceção dos micoplasmas (um Género específico de bactérias) e as formas
L. (determinadas espécies e estirpes de bactérias, denominadas desta forma por terem algumas
características em comum), todas as bactérias possuem, também, uma parede celular (uma
estrutura rígida que protege a célula). Algumas têm, ainda, uma cápsula que as envolve na sua
totalidade, constituída por polissacáridos, e/ou outras estruturas, como os flagelos (para
locomoção) e os Pili (para troca de material genético com outras bactérias). [1, 2]
A grande generalidade dos seres vivos procariotas é unicelular e pode associar-se em colónias,
mas muito raramente se podem considerar organismos multicelulares (há apenas algumas
colónias que podem, discutivelmente, ser chamadas de organismos multicelulares). Para que uma
colónia de células (procariotas ou eucariotas) seja considerada um organismo multicelular é
necessário que cumpra quatro requisitos: as células têm de se manter juntas (com mecanismos
de adesão); têm de comunicar entre si, de modo a reagirem a estímulos que afetem todo o corpo;
devem depender umas das outras para sobreviver; e, por fim, devem apresentar diferenciação, ou
seja, deve haver células especializadas em determinadas tarefas de tal forma que não consigam
voltar ao estado inicial (não podem, naturalmente, voltar ao estado pluripotente, em que se
podem diferenciar em outras células do organismo) [8].
Figura 4 - Constituição de uma célula procariótica genérica. Possuem uma parede celular, uma
membrana plasmática, ribossomas, citoplasma e um nucleóide. Algumas ainda têm outras estruturas, como
flagelos, pili e uma cápsula. Imagem de [9].
Eucariotas:
Dentro do grupo dos eucariotas estão agrupados todos os animais, fungos e plantas (ou seja, os
Reinos Animalia, Fungi e Plantae), mas estes não são os únicos eucariotas. Neste grupo estão
também incluídos os protozoários (do Reino Protozoa, que basicamente são animais unicelulares
[10]) e o Reino Chromista (que é maioritariamente composto por organismos fotossintéticos,
como o kelp, na Figura 5) [11]. Todos juntos, estes Reinos formam o Domínio Eukarya, onde
estão todos os eucariotas (Figura 2).
Figura 5 - Fotografia de uma espécie de Kelp. Estas algas gigantes, presentes na costa da Nova Zelândia não
são plantas, mas sim chromistas. Imagem de [12]
Como se pode deduzir da secção anterior, as células eucarióticas são, de um modo geral, mais
complexas e maiores que as procarióticas, contendo componentes mais especializados e
complexos (em estrutura e função). Estes componentes incluem: o núcleo, as mitocôndrias, o
complexo de Golgi, os retículos endoplasmáticos, lisossomas, peroxissomas, plástidos (como os
cloroplastos) e vacúolos, ou seja os organelos. Para além disso, contêm também ribossomas
(que são diferentes dos ribossomas procarióticos), membrana plasmática, citoplasma e muitos
outros componentes [1, 13] (Figura 6). As células de plantas e as de alguns fungos são também
envolvidas por uma parede celular rígida, que garante a sua forma e as protege. Algumas podem
também ter flagelos ou cílios para locomoção e outras funções.
Figura 6 - Representação simplificada de uma célula eucariótica. Imagem de [9].
Por exemplo, algumas células do ser humano apresentam cílios à sua superfície (daí se chamarem
células ciliadas, representadas na Figura 7), mas, como devem imaginar, não servem para
locomoção. No sistema respiratório estes cílios têm como função expelir o muco dos pulmões e
da garganta, empurrando-o para a boca e nariz. [14] Estas células existem também noutros
tecidos, mas têm outras funções.
Figura 7 - Cílios em movimento. Esta figura mostra os cílios à superfície de uma célula a movimentar-se.
Imagem de [14]
As células ciliadas são um exemplo das células altamente especializadas, que não conseguem
voltar ao estado pluripotente (como as células estaminais) que formam um organismo
multicelular. Elas dependem de todo o organismo do ser humano para sobreviver: precisam das
células dos pulmões para terem acesso ao oxigénio; precisam do sistema digestivo para receberem
nutrientes e, em conjunto com o sistema urinário, expelirem os produtos do seu metabolismo que
lhes são prejudiciais, etc. Para além disso, são capazes de comunicar com outras células em volta
de várias formas: com as do sistema imunitário através dos complexos de histocompatibilidade,
umas com as outras quando são infetadas com vírus, através da libertação de moléculas como o
interferão-gamma (serve para “avisar” as outras células em seu redor do perigo, de modo a que
elas possam entrar num estado antiviral), entre muitas outras formas de comunicação.
Organelos e componentes celulares:
Como já se pôde ver, as células são constituídas por uma variedade muito grande de componentes
para, como devem imaginar, realizar uma série de funções que permitem a sua sobrevivência. Há
seres vivos em todo o tipo de ambientes no planeta Terra e vou falar de forma generalizada dos
componentes mais genéricos (num contexto mais adequado falarei de outros componentes e
detalhes que, para já, não são muito relevantes).
Membrana plasmática
Um dos principais componentes da célula, a membrana celular (Figura 8), tem uma grande
quantidade de funções, e a sua composição específica varia em cada espécie de modo a acomodar
as necessidades da espécie. No entanto, há algumas funções que são gerais a todas as espécies.
Consiste de uma bicamada de fosfolípidos, moléculas com uma parte hidrofóbica e uma
hidrofílica que, quando dispostas lado a lado (processo que ocorre naturalmente, sem gasto de
energia para a célula), formam uma barreira semipermeável. É semipermeável porque é
permeável a pequenas moléculas (como a água, processo denominado osmose), gases (como o
oxigénio), mas restringe a difusão de moléculas carregadas, como iões, e moléculas grandes, como
açucares. Garantindo que a composição interna da célula seja mais ou menos constante, de modo
a que se possam dar todas as reações necessárias ao funcionamento da célula.
Figura 8 - Membrana plasmática. Esquema representativo da membrana plasmática, apresentando a
complexa composição da mesma, com vários tipos diferentes de proteínas e lípidos, como o colesterol. Nos
procariotas o colesterol não está presente. Imagem de [15].
Os açucares e iões também são essenciais para a célula mas a sua passagem pela membrana
(chamada difusão) é controlada. Para isso, a membrana está “salpicada” de estruturas chamadas
proteínas, que permitem ou facilitam a passagem destes componentes e transmitem sinais para o
interior da célula, para que esta possa reagir a estímulos, etc.
Parede Celular
A parede celular constitui mais uma camada envolvente de muitas células. Pode ter muitas
constituições e diferentes estruturas, dependendo do organismo. Tipicamente, procariotas têm
uma parede celular constituída por peptidoglicano, mas a das células de plantas já é constituída
por celulose. As células animais não têm parede celular, ao contrário das células de fungos, plantas
e a maior parte das células procarióticas. Em bactérias, a parede celular pode ser impermeável a
determinadas substâncias, podendo estar envolvida, por exemplo, em algumas resistências a
antibióticos.
É geralmente aceite que estas estruturas tenham evoluído de organismos procariotas
internalizados por outra célula. Sendo benéfica para a célula, estabeleceu-se uma relação de
simbiose, em que o percursor da mitocôndria ou do cloroplasto produzia energia para a célula
eucariótica e esta lhe fornecia nutrientes.
Genoma
O genoma de uma célula é, de forma simples, a blueprint da célula, o projeto que contem a
informação sobre tudo o que a célula precisa e que é passada de geração em geração. É constituído
por macromoléculas de ácido desoxirribonucleico (o famoso DNA) que codifica toda esta
informação com diferentes sequencias de quatro moléculas, os nucleótidos: Adenina (A),
Guanuna (G), CItosinia (C) e Timina (T), formando genes (constituídos por centenas ou mesmo
milhares de nucleótidos) (Figura 9).
Figura 9 - Representação da cadeia de DNA. Imagem de [16]
Nos procariotas, esta cadeia de nucleótidos está organizada numa só molécula circular, o
cromossoma bacteriano, que se encontra na região central da célula, chamada de nucleoide. Os
eucariotas têm várias destas moléculas, cada uma chamada de cromossoma (os humanos têm 23
pares de cromossomas, na (Figura 10) que estão protegidas pelo núcleo, um organelo que
consiste de uma membrana porosa.
Figura 10 - Cariograma do ser humano. O cariograma representa o cariótipo do ser humano, ou seja, o
número e forma de cada cromossoma. Nos humanos, como somos diploides, temos 23 pares de cromossomas
(outros organismos podem ter um número de cromossomas diferente). Um espermatozoide humano, sendo uma
célula haploide tem apenas 23 cromossomas. O cromossoma sexual define o sexo: XY corresponde a um homem e
XX a uma mulher. Imagem de: [17].
Algumas células também têm outras moléculas de DNA, como os plasmídeos, moléculas
circulares mais pequenas que, muitas vezes, estão na origem de resistências a antibióticos e são
usadas em engenharia genética para dar novas capacidades a uma célula (mais tarde falarei do
DNA com maior detalhe e explicarei estas variações e as suas funções).
Engenharia genética. Imagem de Bob Gonzalez. Em: [18].
Ribossomas
Estes complexos proteicos são essenciais à interpretação dos genes, descodificando as sequencias
de nucleótidos e transformando-as em proteínas.
Presentes apenas em células eucarióticas:
Reticulo endoplasmático
Organelo responsável pela produção de todas as proteínas de membrana e os lípidos das
membranas presentes nas células. Basicamente é uma fábrica de membranas, envolvendo as
proteínas que produz numa membrana lipídica semelhante à plasmática.
Mitocôndrias e cloroplastos
As mitocôndrias e os cloroplastos são, basicamente, as fábricas de energia das células eucarióticas.
Os cloroplastos permitem a produção de energia através da luz solar (só estão presentes em
plantas) e as mitocôndrias através do oxigénio. Sem estas estruturas qualquer célula pode
produzir energia por outras vias metabólicas, como a fermentação láctica e a glicose, que em
conjunto, são todo o processo de degradação da glucose (um açúcar) em ácido láctico (que é
prejudicial à célula e tem de ser excretado).
Aparelho de Golgi
É o organelo responsável pela distribuição das proteínas para diferentes partes da célula,
incluindo para o exterior da mesma, dentro de vesículas (pequenas bolsas) de membrana.
Lisossomas e peroxissomas
Basicamente são vesículas membranares que contêm vários tipos de proteínas responsáveis por
diversas reações químicas. Nos lisossomas as reações são de degradação do que se encontra
dentro deles, ou seja, são “organelos digestivos”.
Referências
1. Karp, G., Cell and Molecular Biology Concepts and Experiments. 7th ed. 2013, United
States of America: John Wiley and Sons.
2. Araújo, J. Células Procarióticas. Biologia I 2002 [cited 2016.
3. Ryan, K. Organization of the Human Body Lecture Notes: Outcomes 1.3 and 1.6. 2015
[cited 2016; Available from: http://slideplayer.com/slide/6374053/.
4. Caldwell, R. Understanding evolution: From procaryotes to eukaryotes. 2008; Available
from: http://evolution.berkeley.edu/evolibrary/article/_0/endosymbiosis_03.
5. Cooper, G.M., The Origin and Evolution of Cells, in The Cell: A Molecular Approach. 2nd
edition. 2000.
6. Taxonomic rank. 2016 [cited 2016; Available from:
https://en.wikipedia.org/wiki/Taxonomic_rank.
7. Dendroaspis Polylepis: The Black Mamba - Classification. 2007; Available from:
bioweb.uwlax.edu.
8. Gould, S.E., Bacteria with bodies - multicellular prokaryotes, in Lab Rat2011, Scientific
American.
9. Shmoop Editorial Team. Prokaryotic Cell Structure And Function. 2008; Available
from: http://www.shmoop.com/biology-cells/prokaryotic-cells.html.
10. Yaeger, R.G., Protozoa: Structure, Classification, Growth, and Development, in Medical
Microbiology, S. Baron, Editor. 1996: Galveston (TX).
11. Gordon, D., Kingdom Chromista in New Zealand. Water & Atmosphere, 2007. 15(4).
12. Macrocystis Pyrifera Extract. Available from:
https://www.truthinaging.com/ingredients/macrocystis-pyrifera-extract.
13. Lodish, H., et al., Organelles of the Eukaryotic Cell, in Molecular Cell Biology.
14. Ciliopathy Alliance. Structure and Function of Cilia: What are cilia? 2014 [cited 2016;
Available from: http://www.ciliopathyalliance.org/cilia/structure-and-function-of-
cilia.html.
15. Biological membrane. 2013; Available from:
https://en.wikipedia.org/wiki/Biological_membrane.
16. Pass My Exam. DNA – DeoxyriboNucleic Acid. Biology 2016; Available
from: http://www.passmyexams.co.uk/GCSE/biology/structure-of-dna-molecule.html.
17. Swafford, A.L. Karyotype: Definition, Disorders & Analysis. Available
from: http://study.com/academy/lesson/karyotype-definition-disorders-analysis.html.
18. Gonzalez, B. THIS COULD HAPPEN! 2010; Available from:
https://oddboxcomics.com/2010/12/27/useful-scientific-discoveries/.