3.9: Revisão do capítulo

3.1 A membrana celular

A membrana celular fornece uma barreira ao redor da célula, separando seus componentes internos do ambiente extracelular. É composto por uma bicamada fosfolipídica, com “caudas” lipídicas internas hidrofóbicas e “cabeças” externas hidrofílicas de fosfato. Várias proteínas de membrana estão espalhadas por toda a bicamada, tanto inseridas nela quanto fixadas a ela perifericamente. A membrana celular é seletivamente permeável, permitindo que apenas um número limitado de materiais se difunda através de sua bicamada lipídica. Todos os materiais que atravessam a membrana o fazem usando processos de transporte passivos (não requerem energia) ou ativos (que requerem energia). Durante o transporte passivo, os materiais se movem por difusão simples ou por difusão facilitada através da membrana, descendo seu gradiente de concentração. A água passa pela membrana em um processo de difusão chamado osmose. Durante o transporte ativo, a energia é gasta para auxiliar o movimento do material através da membrana em uma direção em relação ao seu gradiente de concentração. O transporte ativo pode ocorrer com a ajuda de bombas de proteína ou através do uso de vesículas.

3.2 O citoplasma e as organelas celulares

O ambiente interno de uma célula viva é composto por uma substância gelatinosa e fluida chamada citosol, que consiste principalmente de água, mas também contém vários nutrientes dissolvidos e outras moléculas. A célula contém uma série de organelas celulares, cada uma desempenhando uma função única e ajudando a manter a saúde e a atividade da célula. O citosol e as organelas juntos compõem o citoplasma da célula. A maioria das organelas é cercada por uma membrana lipídica semelhante à membrana celular da célula. O retículo endoplasmático (ER), o aparelho de Golgi e os lisossomos compartilham uma conectividade funcional e são coletivamente chamados de sistema endomembranar. Existem dois tipos de ER: liso e áspero. Enquanto o ER suave executa muitas funções, incluindo síntese de lipídios e armazenamento de íons, o ER bruto é o principal responsável pela síntese de proteínas usando seus ribossomos associados. O ER bruto envia proteínas recém-fabricadas para o aparelho de Golgi, onde elas são modificadas e embaladas para entrega em vários locais dentro ou fora da célula. Alguns desses produtos proteicos são enzimas destinadas a decompor material indesejado e são embalados como lisossomos para uso dentro da célula.

As células também contêm mitocôndrias e peroxissomos, que são as organelas responsáveis por produzir o suprimento de energia da célula e desintoxicar certos produtos químicos, respectivamente. As reações bioquímicas dentro das mitocôndrias transformam moléculas transportadoras de energia na forma utilizável de energia celular conhecida como ATP. Os peroxissomas contêm enzimas que transformam substâncias nocivas, como os radicais livres, em oxigênio e água. As células também contêm um “esqueleto” miniaturizado de filamentos proteicos que se estendem por todo o seu interior. Três tipos diferentes de filamentos compõem esse citoesqueleto (em ordem crescente de espessura): microfilamentos, filamentos intermediários e microtúbulos. Cada componente do citoesqueleto desempenha funções únicas, além de fornecer uma estrutura de suporte para a célula.

3.3 O núcleo e a replicação do DNA

O núcleo é o centro de comando da célula, contendo as instruções genéticas para todos os materiais que uma célula produzirá (e, portanto, todas as suas funções que ela pode realizar). O núcleo está envolto em uma membrana de duas bicamadas lipídicas interconectadas, lado a lado. Esse envelope nuclear está repleto de poros revestidos de proteínas que permitem que os materiais sejam traficados para dentro e para fora do núcleo. O núcleo contém um ou mais nucléolos, que servem como locais para a síntese de ribossomos. O núcleo abriga o material genético da célula: DNA. O DNA é normalmente encontrado como uma estrutura frouxa chamada cromatina dentro do núcleo, onde é enrolado e associado a uma variedade de proteínas histônicas. Quando uma célula está prestes a se dividir, a cromatina se enrola firmemente e se condensa para formar cromossomos.

Há um conjunto de células se dividindo constantemente em seu corpo. O resultado são bilhões de novas células sendo criadas a cada dia. Antes que qualquer célula esteja pronta para se dividir, ela deve replicar seu DNA para que cada nova célula filha receba uma cópia exata do genoma do organismo. Uma variedade de enzimas é incorporada durante a replicação do DNA. Essas enzimas desenrolam a molécula de DNA, separam as duas fitas e auxiliam na construção de fitas complementares ao longo de cada fita parental. As fitas de DNA originais servem como modelos a partir dos quais a sequência de nucleotídeos das novas fitas é determinada e sintetizada. Quando a replicação é concluída, existem duas moléculas de DNA idênticas. Cada um contém um fio original e um fio complementar recém-sintetizado.

3.4 Síntese de proteínas

O DNA armazena as informações necessárias para instruir a célula a realizar todas as suas funções. As células usam o código genético armazenado no DNA para construir proteínas, que, em última análise, determinam a estrutura e a função da célula. Esse código genético está na sequência particular de nucleotídeos que compõem cada gene ao longo da molécula de DNA. Para “ler” esse código, a célula deve executar duas etapas sequenciais. Na primeira etapa, transcrição, o código do DNA é convertido em um código de RNA. Uma molécula de RNA mensageiro que é complementar a um gene específico é sintetizada em um processo semelhante à replicação do DNA. A molécula de mRNA fornece o código para sintetizar uma proteína. No processo de tradução, o mRNA se liga a um ribossomo. Em seguida, as moléculas de tRNA transportam os aminoácidos apropriados para o ribossomo, um a um, codificados por códons trigêmeos sequenciais no mRNA, até que a proteína seja totalmente sintetizada. Quando concluído, o mRNA se desprende do ribossomo e a proteína é liberada. Normalmente, vários ribossomos se ligam a uma única molécula de mRNA de uma só vez, de modo que várias proteínas possam ser fabricadas a partir do mRNA simultaneamente.

3.5 Crescimento e divisão celular

A vida da célula consiste em estágios que compõem o ciclo celular. Depois que uma célula nasce, ela passa por uma interfase antes de estar pronta para se replicar e produzir células-filhas. Essa interfase inclui duas fases de lacuna (G ₁ e G ₂), bem como uma fase S, durante a qual seu DNA é replicado em preparação para a divisão celular. O ciclo celular está sob regulação precisa por mensageiros químicos, tanto dentro quanto fora da célula, que fornecem sinais de “parada” e “partida” para o movimento de uma fase para a próxima. Falhas desses sinais podem resultar em células que continuam a se dividir incontrolavelmente, o que pode levar ao câncer.

Quando uma célula completa a interfase e está pronta para a divisão celular, ela passa por quatro estágios separados de mitose (prófase, metáfase, anáfase e telófase). A telófase é seguida pela divisão do citoplasma (citocinese), que gera duas células-filhas. Esse processo ocorre em todas as células do corpo que se dividem normalmente, exceto nas células germinativas que produzem óvulos e espermatozóides.

3.6 Diferenciação celular

Uma das principais áreas de pesquisa em biologia é a de como as células se especializam para assumir suas estruturas e funções únicas, uma vez que todas as células se originam essencialmente de um único óvulo fertilizado. A diferenciação celular é o processo em que as células se especializam à medida que o corpo se desenvolve. Uma célula-tronco é uma célula não especializada que pode se dividir sem limite conforme necessário e pode, sob condições específicas, se diferenciar em células especializadas. As células-tronco são divididas em várias categorias de acordo com seu potencial de diferenciação. Embora todas as células somáticas contenham exatamente o mesmo genoma, tipos de células diferentes expressam apenas alguns desses genes em um determinado momento. Essas diferenças na expressão gênica, em última análise, ditam as características morfológicas e fisiológicas únicas de uma célula. O principal mecanismo que determina quais genes serão expressos e quais não serão expressos é por meio do uso de diferentes proteínas do fator de transcrição, que se ligam ao DNA e promovem ou impedem a transcrição de diferentes genes. Por meio da ação desses fatores de transcrição, as células se especializam em um dos centenas de tipos de células diferentes no corpo humano.