Baixe Fisiologia celular e outras Notas de estudo em PDF para Fisioterapia, somente na Docsity! 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; PAGE 23 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). PAGE 23 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 PAGE 23 com 46 cromossomos. A meiose é responsável pela diversificação do material genético nas espécies. A reprodução sexuada permite a mistura de genes de dois indivíduos diferentes da mesma espécie para produzir descendentes que diferem entre si e de seus pais em uma série de características. A meiose ocorre em duas etapas que, por sua vez, se subdividem em prófase, prómetafase, metáfase, anáfase e telófase. A fase que antecede a meiose é conhecida como interfase, quando os cromossomos da célula se duplicam e se apresentam como filamentos duplos, as cromátides. Prófase 1 – Os cromossomos homólogos, ou seja, que possuem a mesma forma e constituição, se juntam formando pares. Cada par de cromossomos é composto por quatro cromátides, ligadas por dois centrômeros, que são pontos que as unem. Nesse estágio existe uma recombinação do material genético, denominado como permuta ou crossing-over. Prometáfase 1 – As cromátides tomam forma espiral. A membrana do núcleo desaparece, fazendo com que elas se espalhem no meio da célula. Metáfase 1 – As cromátides encontram-se presas por um conjunto de fibras, denominadas fuso acromático. Anáfase 1 – Os grupos de quatro cromátides separam-se em grupos de dois, sendo levados cada um deles aos pólos opostos da célula. Telófase 1 – Os cromossomos condensam-se e os pólos da célula reorganizam-se em dois novos núcleos. Logo depois a célula divide-se em duas, dando fim à primeira fase. A segunda fase da meiose é mais simples. Prófase 2 – Os núcleos das duas células desaparecem e as cromátides espalham-se pelo citoplasma. Metáfase 2 – O fuso acromático ocupa as regiões centrais, mantendo presas as cromátides na região equatorial da célula. Anáfase 2 – O ponto que une os pares de cromátides se parte, dividindo-as. Cada um começa, então, a ser puxado para os pólos opostos. Telófase 2 – Os cromossomos condensam-se, os núcleos reaparecem e o citoplasma, massa fluida dentro da célula na qual o núcleo está mergulhado, se divide dando origem a duas novas células. PAGE 23 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. PAGE 23 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 PAGE 23 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 PAGE 23 perdem água, diminuindo do volume e ficando com aspecto enrugado. Falamos que a solução externa é hipertônica em relação ao meio interno, isto é, desenvolve uma força de “sucção” osmótica maior. C) Numa solução de concentração menor que a do interior das células, estas ganham água, incham e podem até se romper. Esse processo é chamado de hemólise (hemo=sangue, lise=quebra). Dizemos então que a solução externa é hipertônica em relação ao interior da célula, já que ela exerce uma força de sucção menor. Esta é a importância dos animais manterem seus líquidos biológicos (sangue, linfa, liquido extracelular) em concentrações compatíveis com as de suas células. Quaisquer desvios nessas concentrações podem ocasionar ora desidratação das células, ora entrada de água em excesso. Vários mecanismos mantém nos animais o equilíbrio osmótico entre as células e os líquidos fisiológicos. Por exemplo, excesso de água ou de sais são corrigidos, no homem, através da excreção pelos rins. Aos mecanismos que controlam o equilíbrio osmótico chamamos osmorreguladores. As trocas de água na célula vegetal – A estrutura da célula vegetal Observe o esquema de célula vegetal proposto a seguir: De fora para dentro, verifica-se a presença de uma espessa parede, a membrana celulósica. Essa membrana é de grande resistência e totalmente permeável, porém as elasticidades são limitadas. A membrana plasmática fica logo abaixo da membrana celulósica. O citoplasma não preenche a célula toda, restringindo-se a uma camada localizada abaixo da parede. Finalmente, nota-se a presença de um grande vacúolo, espaço ocupado por uma solução aquosa de sais, açucares e pigmentos. Na situação de osmose, o conjunto citoplasma+membrana plasmática funciona como membrana semipermeável (lembra-se que a membrana celulósica é totalmente permeável). As trocas de água se dão, dessa forma, entre a solução externa e a solução existente no vacúolo. As conseqüências da osmose na célula vegetal: imaginemos uma célula vegetal cuja membrana celulósica não esteja sob tensão, flácida, portanto. Essa célula é mergulhada em água de torneira, solução salina muito menos concentrada que a solução vacuolar. Evidentemente, penetra água na célula por osmose. No entanto, à medida que a célula se enche de água suas paredes se distendem por sofrerem a pressão hidrostática da água que esta se acumulando internamente. Repare que quanto mais água houver na célula, maior se torna a pressão contra as paredes. Então, a água tende a entrar na célula por osmose e a sair dela por pressão contra as paredes. Enquanto a tendência para entrar for maior do que a tendência para sair, a célula continua ganhando água. Quando as duas forças se equilibrarem, a célula pára de ganhar água. Dizemos que ela ficou túrgida. Porem a célula para de absorver água, não porque sua concentração se tenha igualado à do meio, mas porque a membrana PAGE 23 O transporte ativo ocorre contra um gradiente de concentração e é mediado por carreadoras, chamadas de bombas. A atividade bombeadora consome energia (ATP). As proteínas que transportam somente um tipo de soluto são denominadas uniporte, outras depende do transporte de um outro soluto, atuando como carreadores acoplados, que podem ser simportes (transferência do segundo soluto na mesma direção) ou antiporte (transferência do segundo soluto na direção oposta). Especializações da Membrana Microvilosidades: são prolongamentos da membrana plasmática que aumentam a superfície de absorção das células, contém um glicocálice desenvolvido e filamentos de actina, que dão sustentação. São encontrados nas células epiteliais do intestino delgado e rim. Estereocílios: são prolongamentos da superfície celular, não possuem mobilidade, aumentam a superfície de absorção das células, facilitando o transporte de água e moléculas. São encontradas em células epiteliais do epidídimo e ductos do aparelho genital masculino. Estruturas de adesão celular: desmossomos e junções aderentes Estruturas de vedação entre as células: zônula oclusiva Estrutura de comunicação entre as células: junção comunicante PAGE 23 PAGE 23