Todos os seres humanos começam a vida como uma célula única, o ovo fertilizado, a partir do qual surgem as células do corpo. Logo no início do de- senvolvimento embrionário as células começam a se especializar: algumas tornam-se hepáticas, outras tor- nam-se nervosas e outras, a lente transparente do olho. Toda célula do corpo carrega os mesmos genes (um gene, em termos simples, é um segmento de DNA que dita uma função específica da célula, normalmente
Mitose
F O C U S
D e s t a q u e
As fotomicrografias mostram células do pulmão de um tritão se dividindo. As estruturas da célula são indicadas por marcadores fluorescentes. Os cromossomos aparecem azuis e os microtúbulos em verde. (As fibras vermelhas são filamentos intermediários.) Os desenhos esquemáticos mostram detalhes não visíveis nas micrografias. Para simplificar, somente quatro cromossomos foram desenhados. Centrossomos
(cada um tem dois centríolos) Fuso mitótico inicial Polo do fuso Cinetócoro Microtúbulo cinetócoro Microtúbulo polar Nucléolo Centrômero Membrana plasmática Fragmentos do envoltório nuclear Áster Envoltório nuclear Cromossomo formado por duas cromátides irmãs Cromatina
A interfase é o período da vida de uma célula em que ela realiza duas atividades metabólicas e cresce. A interfase não faz parte da mitose.
rDurante a interfase, o material que contém o DNA está na forma de cromatina. O envoltório nuclear e um dos núcleos, ou mais de um, estão intactos e são visíveis.
rHá três períodos distintos na interfase: G1: Os centríolos começam a se replicar. S: O DNA é replicado.
G2: São concluídas as preparações finais para a mitose e os centríolos terminam de se replicar.
Estágio inicial
rA cromatina se condensa, formando
cromossomos em formato de tiras.
rCada cromossomo duplicado consiste em dois fios idênticos, chamados cromátides
irmãs, unidas no centrômero. (Mais tarde,
quando as cromátides se separarem, cada qual será um cromossomo.)
rÀ medida que surgem os cromossomos, desaparecem os nucléolos e os dois centrômeros separam-se um do outro.
rOs conjuntos de microtúbulos, chama- dos ásters (“astros”), se estendem a partir da matriz do centrossomo.
rOs centrossomos funcionam como núcleo para o crescimento de um conjunto de microtúbulos chamado fuso mitótico. À medida que se alongam, os microtúbulos deslocam os centrossomos na direção dos polos opostos da célula.
Estágio final
rO envoltório nuclear se rompe, permitindo que o fuso interaja com os cromossomos. rAlguns dos microtúbulos do fuso em crescimento ligam-se aos cinetócoros, estruturas proteicas especiais no centrômero de cada cromossomo. Esses microtúbulos são chamados microtúbulos
cinetócoros.
rOs microtúbulos do fuso restantes (não ligados a um cromossomo) são chama- dos microtúbulos polares. Os microtúbu- los passam uns pelos outros, forçando um maior distanciamento entre os polos. rOs microtúbulos cinetócoros puxam cada cromossomo a partir de ambos os polos, como num cabo de guerra que acaba arrastando os cromossomos para o centro, ou equador da célula.
Interfase
Interfase
Início da prófase
Prófase — primeira fase da mitose
Fim da prófase
Figura 2.17 A mitose é o processo de divisão nuclear no qual os cromossomos são distribuídos para dois núcleos -fi lhos. Juntamente com a citocinese, a mitose produz duas células -fi lhas idênticas.
Citocinese — divisão do citoplasma Anel contrátil no sulco de clivagem Formação do envoltório nuclear Formação dos núcleos Fuso Placa
metafisária Cromossomos--filhos
Metáfase
Metáfase — segunda fase da mitose
Anáfase
Anáfase — terceira fase da mitose
Telófase Citocinese
Telófase — fase final da mitose
A telófase começa assim que a movimen- tação cromossômica termina. A fase final é como a prófase ao inverso.
rOs lotes idênticos de cromossomos nos polos opostos da célula começam a se espiralar e retomam seu formato em fita de cromatina.
rForma-se um novo envoltório nuclear em torno de cada massa de cromatina, reaparecem os nucléolos dentro dos núcleos e o fuso se parte e desaparece. rEstá encerrada a mitose. A célula, por um breve período apenas, é binucleada (tem dois núcleos) e cada um dos novos núcleos é idêntico ao núcleo original da célula-mãe.
A citocinese começa durante a parte final da anáfase e prossegue até depois da telófase. Um anel contrátil de microfila- mentos de actina forma o sulco de
clivagem e estrangula a célula até
separá-la em duas. Fase mais curta da mitose, a anáfase
começa abruptamente quando os centrossomos dos cromossomos se dividem simultaneamente. Cada cromátide se transforma em um cromossomo independente. rOs microtúbulos, deslocados por proteínas motoras nos cinetócoros, puxam cada cromossomo gradativa- mente para o polo a sua frente. rAo mesmo tempo, os microtúbulos polares passam uns pelos outros, se alongam e empurram os polos da célula para afastá-los.
rO cromossomo em movimento tem um formato em V. Os centrômeros abrem caminho e os “braços” cromossômicos ficam pendentes para trás.
rA movimentação e a separação dos cromossomos são auxiliadas pelo fato de que os cromossomos são corpos curtos e compactos. Linhas difusas de croma- tina tendem a se enroscar e a se romper, resultando em um “loteamento” impreciso das células-filhas.
rOs dois centrossomos estão nos polos opostos da célula.
rOs cromossomos se juntam na linha média da célula, com seus centrômeros precisamente alinhados ao equador do fuso. Esse plano imaginário entre os polos se chama placa metafásica. rAs enzimas agem de forma a separar as cromátides umas das outras.
através da codificação de uma proteína específica). Se todas as nossas células têm genes idênticos, como é que elas se diferenciam e assumem estruturas e fun- ções especializadas?
As células de cada região de um embrião são ex- postas a vários sinais químicos, que as canalizam em vias específicas de desenvolvimento. O citoplasma de um ovo fertilizado contém gradientes de moléculas e proteí nas do RNA mensageiro (RNAm) produzido pela mãe. Nos primeiros dias de desenvolvimento, enquan- to o ovo fertilizado se divide, o citoplasma de cada célula -filha recebe uma composição diferente dessas moléculas, que influenciam a atividade do genoma embrionário. Assim, genes diferentes são ativados em cada célula, levando à diferenciação celular. Uma vez que tem início a expressão específica do gene na célula, a célula pode produzir moléculas sinalizadoras que in- fluenciem o desenvolvimento das células vizinhas “li- gando” ou “desligando” alguns dos seus genes. Alguns genes são ativos em todas as células; por exemplo, to- das as células devem realizar síntese proteica e produzir ATP. Mas os genes para a síntese de proteínas especia- lizadas, como hormônios ou muco, são ativados apenas em certas populações de células. A chave da especiali- zação celular encontra-se nos tipos de proteínas que são fabricados e reflete a ativação genética diferencial em cada tipo de célula.
A especialização celular, também chamada diferen- ciação celular, leva a uma variação estrutural entre os tipos de célula no corpo. As organelas que predominam em cada célula são diferentes. Por exemplo, as células dos músculos produzem quantidades imensas das proteí- nas actina e miosina, e o lipídio se acumula nas células adiposas (de gordura). As células fagocíticas produzem mais enzimas lisossomais e contêm muitos lisossomos. Existem cerca de 200 tipos de células no corpo, que va- riam bastante de tamanho, forma e função. Entre elas encontram -se as células adiposas esféricas, os hematóci- tos redondos achatados, as células nervosas ramificadas e as células cuboides dos túbulos renais. As formas das células e sua disposição de organelas estão relacionadas à sua função especializada (Figura 2.18). As células se encaixam nos seguintes grupos funcionais:
a) Células que conectam partes do corpo ou reco- brem e revestem órgãos
Fibroblasto. A forma alongada dessa célula se es- tende ao longo das fibras compridas que ela se- creta. Ela também tem RE rugoso abundante e um grande complexo de Golgi que produz e secreta os componentes proteicos dessas fibras.
Célula epitelial. Sua forma permite que uma imen- sa quantidade delas se acumule em uma lâmina
chamada epitélio. A célula epitelial tem abundân- cia de filamentos intermediários resistentes à la- ceração quando o epitélio é arranhado ou puxado. Algumas células epiteliais são glandulares, com RE rugoso abundante, complexo de Golgi e grâ- nulos secretores.
Eritrócito (hemácea). Responsável por transpor- tar os gases respiratórios, oxigênio e dióxido de carbono. Sua forma aerodinâmica de disco côn- cavo propicia uma superfície maior para a capta- ção dos gases respiratórios e também lhe garante maior fluidez para circular na corrente sanguínea. A quantidade de pigmento transportador de oxigê- nio nos eritrócitos é tamanha que todas as outras organelas são retiradas para dar -lhe espaço.
b) Células que produzem movimento e movem as partes do corpo
Células do músculo esquelético e do músculo liso. Essas células são alongadas e cheias de actina e filamentos de miosina, de forma que podem se en- curtar com força.
c) Célula que armazena nutrientes
Célula adiposa. A imensa forma esférica de uma célula de gordura é produzida por uma gotícula de lipídio no seu citoplasma.
d) Célula que combate doenças
Macrófago (célula fagocítica). Essa célula estende longos pseudópodes para se deslocar através dos tecidos de forma a atingir o local da infecção. Os muitos lisossomos em seu interior digerem os mi- crorganismos infecciosos que ela captura.
e) Célula que coleta informações e controla as fun- ções do corpo
Célula nervosa (neurônio). Possui longos proces- sos para receber e transmitir mensagens para outras estruturas do corpo. Os processos são cobertos por extensa membrana plasmática, cujos componentes são continuamente reciclados; está presente um grande RE rugoso para sintetizar os componentes da membrana.
f) Célula da reprodução
Espermatozoide (masculino). De aspecto longo e aerodinâmico, que lhe permite nadar até o ovo para fertilizá -lo. A cauda é um chicote motor chamado flagelo (Capítulo 4, p. 78).
A maior parte dos órgãos já está formada e funcio- nando muito antes do nascimento, mas o corpo conti- nua a crescer formando mais células ao longo de toda a infância e adolescência. Quando se atinge o tamanho adulto, a divisão celular diminui consideravelmente o
Fibroblastos
Eritrócitos
Células epiteliais
(a) Células que conectam partes do corpo, formam revestimentos ou transportam gases
(c) Célula que armazena nutrientes
(b) Células que movem órgãos e partes do corpo
(d) Célula que combate doenças Macrófago Célula nervosa Célula adiposa Espermatozoide
(e) Célula que recolhe informações e controla as funções do corpo (f) Célula de reprodução Célula do músculo esquelético Células do músculo liso
Figura 2.18 Diversidade celular. (Repare que as células
não estão desenhadas na mesma escala.)
ritmo e ocorre primordialmente para substituir tipos de célula de vida curta e para reparar lesões.
Envelhecimento
Não há dúvida de que o envelhecimento celular ocorre e que ele seja responsável pela maioria dos pro- blemas associados à idade avançada. Embora o enve- lhecimento seja complexo e certamente o resultado de muitos mecanismos, a teoria mais bem documentada propõe que os radicais livres desempenham o papel principal. Essas moléculas altamente reativas e, por-
tanto, destrutivas são primordialmente derivadas do metabolismo celular normal, embora também se for- mem em resposta a estímulos externos, como radiação e poluentes químicos. A teoria propõe que os radicais livres se acumulam e vão danificando progressiva- mente as moléculas das células. A grande maioria das evidências disso vem de experimentos com animais menos complexos, tais como vermes e moscas, nos quais a neutralização dos radicais livres e a reparação do dano causado se têm mostrado capazes de aumentar o tempo de vida. Aparentemente, as vitaminas E e C agem como antioxidantes no corpo humano e podem ajudar a evitar a formação excessiva de radicais livres.
A maioria dos radicais livres é produzida na mito- côndria, organela cuja taxa de metabolismo é a mais alta. Segundo os cientistas, uma diminuição na produção de energia por parte da mitocôndria danificada por radicais livres enfraquece e envelhece as células. Essa é a teo- ria mitocondrial do envelhecimento. Já se sabe há muito tempo que, quando os ratos e os camundongos de labo- ratório ficam um pouco malnutridos, seu tempo de vida aumenta em até 30%. O mesmo achado já foi demons- trado também para os primatas. Como a restrição caló- rica diminui a taxa metabólica e aumenta a eficiência do metabolismo, há uma menor produção dos destruidores radicais livres e com isso diminui o envelhecimento.
As teorias genéticas do envelhecimento propõem que o envelhecimento esteja programado nos nossos genes. Essas teorias originaram-se a partir da obser- vação de que o corpo envelhece conforme um padrão previsível, como se fizesse parte regular do desenvol- vimento humano (e sabe -se que o desenvolvimento é controlado pelos genes). É possível gerar ratos e mos- cas que vivam mais do que o normal, e os genes que aumentam ou diminuem a longevidade já foram identi- ficados em animais. Embora alguns desses genes fun- cionem influenciando os radicais livres, outros agem de formas que ainda não são tão bem compreendidos.
A melhor evidência para a senescência planejada (envelhecimento programado) envolve os telôme- ros, estruturas que limitam a quantidade máxima de vezes que as células podem se dividir. Os telômeros são trechos repetidos do DNA, aparentemente sem sentido, que recobrem as extremidades dos cromos- somos (telo = extremidade; mere = parte). Embora não tragam genes consigo, parecem vitais para a so- brevivência cromossômica: toda vez que o DNA é re- plicado, de 50 a 100 desses nucleotídeos se perdem, e os telômeros ficam um pouco mais curtos. Quando os telômeros chegam a um certo comprimento míni- mo, é dado o sinal de “parar a divisão”. A telomerase é uma enzima que evita a degradação dos telômeros acrescentando mais DNA repetido às extremidades.
A telomerase ocorre em nossas células germinativas e cancerígenas, que se replicam infinitamente, mas não em outros tipos de células.
Muitos estudos mostram que telômeros encurtados estão associados a um maior risco de desenvolvimento de doenças relacionadas com a idade, como o diabete, as doenças cardiovasculares, o mal de Alzheimer e cer- tos tipos de cânceres. Em um futuro próximo, os testes para medir o comprimento dos telômeros poderão ser utilizados clinicamente como uma medida para avaliar o estado de saúde de um indivíduo.
Verifique seu conhecimento
◻ 14. Quais estruturas celulares seriam abundantes nas células que se especializam na produção de movimento, como as dos músculos?
◻ 15. Quais organelas seriam abundantes nas células que produzem e secretam hormônios?
◻ 16. Segundo qual teoria do envelhecimento, aqui apresentada, o processo do envelhecimento pode ser alterado pelo comportamento individual? (Veja as respostas no Apêndice B.)