Teoria celular: estrutura, funções e importância nas células dos seres vivos

Aula 2‑4. Biologia 10‑11.º ano.
Palestra 1. Teoria celular
A célula é um sistema elementar de membrana, capaz de autorregulação, autoconservação e autorreprodução.
A estrutura e as funções da célula, bem como a universalidade de todas as formas celulares, foram refletidas na teoria celular.
Primeiro postulado da teoria celular:
Todos os organismos, excluindo os vírus, são constituídos por células e produtos de sua atividade vital. Entre os produtos da atividade vital incluem‑se: o fluido tecidual, a linfa, o sangue, ou seja, o meio interno do organismo.

Segundo postulado da teoria celular:
Todas as células apresentam similaridade fundamental em relação à sua estrutura e funções. Por exemplo, para todas as células é característico o PAC ou aparelho de superfície da célula; para todas as células eucarióticas são característicos os organoides membranosos internos, como complexo de Golgi, RE etc.; para todas as células são característicos os processos matriciais e para todas as células é característico o estágio anaeróbio do metabolismo energético, expresso na clivagem da glicose ou glicólise. A comunidade de estruturas e funções típica das células indica sua homologação, ou seja, a origem comum.

Terceiro postulado da teoria celular:
Todas as células atualmente existentes provêm da divisão de células já existentes (esta hipótese foi proposta por Rudolf Virchow).

Quarto postulado da teoria celular:
A atividade de um organismo multicelular resulta da soma das atividades de suas unidades constituintes, ou seja, das células, considerando-se ao mesmo tempo a inter-relação entre as células.

Tarefas.
Memorize os postulados da teoria celular.

Palestra 2. Estrutura das biomembranas
À composição das membranas biológicas pertencem componentes proteicos, lipídicos e de carboidratos.

A bicamada lipídica desempenha as seguintes funções:

• estrutural — essa função é demonstrada pela ação de fosfolipases. Por exemplo, a fosfolipase A remove as caudas dos lipídios resultando em lise celular; a fosfolipase A está presente no veneno de várias serpentes. A fosfolipase C pode remover as cabeças dos lipídios, destruindo a bicamada; a fosfolipase C está presente na toxina do vibrio colérico.

• isolante — a bicamada lipídica só permite a passagem de moléculas pequenas não carregadas (álcoois, H₂O, O₂, CO₂), pois moléculas carregadas ficam presas na região das cabeças e moléculas hidrofóbicas na região das caudas. Consequentemente, a bicamada pode criar um gradiente eletroquímico de concentração de íons nos dois lados da membrana. A diferença entre gradientes é chamada de potencial; assim, em todas as células surge o chamado potencial de repouso, no qual o lado externo da membrana adquire carga parcialmente positiva e o lado interno carga parcialmente negativa. A membrana está polarizada, e o MPP (potencial de membrana em repouso) assegura a pressão normal na célula. Se ele for perturbado, a célula morre por fluxo desigual de água.

• os lipídios de membrana regulam a fluidez das membranas. Nos não mamíferos esse parâmetro depende da saturação dos radicais dos ácidos graxos; nos mamíferos depende do colesterol. Além disso, muitas proteínas de membrana só podem funcionar dentro de um ambiente lipídico específico. A fluidez depende de condições externas como temperatura e pressão: com aumento de pressão e diminuição de temperatura, a membrana torna-se mais rígida; com diminuição de pressão e aumento de temperatura, a fluidez aumenta. A fluidez afeta praticamente todos os processos na célula, pois dela dependem o transporte de substâncias para dentro da célula, o transporte de metabólitos para fora, a manutenção do MPP e da pressão osmótica. Distúrbios desse parâmetro em células nervosas podem causar consequências irreversíveis, pois torna-se impossível a transmissão do impulso nervoso.

Proteínas de membrana.
As proteínas da membrana podem exercer funções catalíticas, receptores, marcadoras; podem funcionar como transportadoras e transportadores ativos, podem estabelecer contatos entre células — mas não função estrutural. A localização das proteínas na membrana é descrita por três modelos estruturais, baseados em dados de microscopia eletrônica e experimentos de congelamento-fratura.

1. Modelo “sanduíche”.
   Esse modelo não explicou a entrada de glicose, aminoácidos ou íons na célula; tampouco a função receptora da membrana — por isso foi proposto um novo modelo.

2. Modelo de tapete lipoproteico.
   Esse modelo explicava as funções das membranas biológicas e das proteínas de membrana. Segundo ele, as proteínas devem predominar na membrana. Hoje considera-se que a membrana mitocondrial segue esse modo, com 70 % proteínas e 30 % lipídios.

3. Modelo fluido-mosaico.
   Proposto após o uso do método de congelamento-fratura, que mostrou que as proteínas na bicamada são organizadas em padrão mosaico.

No modelo fluido-mosaico distinguem-se três tipos de proteínas:

• proteínas integrais: atravessam a bicamada lipídica;

• proteínas semi-integrais: imergidas na bicamada;

• proteínas periféricas: em contato com a camada hidrofílica das cabeças dos lipídios de membrana.

A posição de uma proteína na bicamada depende da natureza de seus domínios.
Nas membranas biológicas há determinado movimento de proteínas, permitido pela fluidez da membrana. As proteínas podem mover-se lateralmente, elevar-se ou rebaixar-se na membrana, mas não podem realizar transições “flip‑flop”. O movimento das proteínas cria assimetria relativa às moléculas proteicas na membrana — isto significa que podem formar-se complexos funcionais em dado momento e depois desmembrar-se pela mobilidade proteica. Porém o movimento das proteínas é parcialmente limitado pelo sistema submembranar da célula.

Responda às perguntas.
Como a alteração da fluidez das membranas pode ser usada em fins médicos?
Nomeie os tipos de proteínas.
Quais funções desempenha a bicamada lipídica?

Palestra 3. Estrutura do P.A.C.
PAC é o sistema submembranar da célula, no qual se podem distinguir: membrana externa ou plasmalema, membrana interna ou glicocálice, aparato submembranar de suporte e contração.

PLASMALEMA.
Ocupando a parte central do PAC, é construída segundo o modelo fluido-mosaico típico.

GLICOCÁLICE.
Inclui principalmente o componente de carboidratos: polissacarídeos, oligossacarídeos, glicoproteínas, glicolipídios, bem como domínios externos das proteínas integrais, semi-integrais e periféricas. O glicocálix desempenha função marcadora, de individualização e pode participar da formação de contatos celulares; além disso, como derivado do glicocálice forma-se a parede celular nas plantas, bem como proteínas do tecido conjuntivo como colágeno e elastina. O glicocálice pode exercer funções enzimáticas — por exemplo, a enzima hidrolase incorporada ao glicocálice participa dos processos de digestão de parede celular.

S.O.S.A.
O SOSA inclui:

• a galeoplasma periférica;

• proteínas do sistema de suporte e contração.

A galeoplasma periférica distingue‑se da principal pela concentração de complexos enzimáticos. Ali estão as proteínas e enzimas que favorecem o transporte através da membrana; encontra‑se ali também a adenilato ciclase, que participa dos sistemas receptores de segundos mensageiros; aí localizam‑se enzimas da glicólise. Além disso, na galeoplasma periférica residem grânulos secretórios que podem ser expulsos da célula após um sinal.

Às proteínas do sistema de suporte e contração pertencem:

• filamentos finos

• microfibrilas

• fibras de eixo

• microtúbulos

Filamentos finos.
A estrutura primária dessas proteínas é desconhecida, bem como suas funções. Mas descobriu-se que filamentos finos podem dividir a célula em compartimentos funcionais ou compartimentos.
A complexos enzimáticos, diferentes organoides (ribossomos, mitocôndrias) podem ligar-se aos filamentos finos.

Microfibrilas.
Microfibrilas são constituídas pela proteína actina e têm diâmetro de cerca de 5–7 nm. Na célula, a actina pode existir em duas formas: actina globular (G-actina