--Figura 5.27 • O desenho esquemático mostra o modelo da junção comunicante ou gap junction, no seu estado aberto (à esquerda) e no estado completamente fe chado (à direita). Há um deslizamento das moléculas proteicas da junção, que fecha o orifício central pelo qual as células contíguas se comunicam.
de macromoléculas como proteínas e ácidos nucleicos. Foi demonstrado que o AMP cíclico (um mensageiro intracelu lar) produzido em uma célula em resposta à ação hormonal passa pelas junções comunicantes, promovendo resposta nas células adjacentes. Isso evidencia que essas junções podem coordenar e ampliar a resposta de grupos celulares a estímu los fisiológicos. As junções comunicantes podem passar de um estado de pouca permeabilidade a um estado de grande permeabilidade e, desse modo, abrem ou fecham a comuni cação entre as células (Figura 5.27).
m Onde se originam as moléculas que
constituem as membranas celulares?
Os diversos sistemas de membranas intracelulares e a membrana plasmática, com suas especializações, são
forma-Biologia Celular e Molecular
dos por diversos tipos de moléculas lipídicas, principalmente fosfolipídios, e por uma grande variedade de proteínas. Essas proteínas têm funções enzimáticas, receptoras, de aderên cia e outras indispensáveis para as atividades funcionais das membranas.
Os lipídios são sintetizados no retículo endoplasmático liso e a transferência das moléculas lipídicas ocorre por mais de um mecanismo. Essas moléculas podem migrar, partindo da membrana do retículo endoplasmático liso para mem branas que sejam contínuas com as desse retículo. É por esse processo que os lipídios passam do retículo liso para o rugoso. Muito frequentemente, a transferência se dá por meio de vesículas que se destacam do retículo liso ou rugoso e são levadas por proteínas motoras apoiadas no citoesque leto para outros compartimentos, com os quais se fundem. Outro meio de transferência é representado por proteí nas especiais do citosol que se combinam com moléculas lipídicas do retículo liso e as transferem para a membrana de outros compartimentos. Um exemplo é o transporte de moléculas de fosfolipídios da membrana do retículo liso para a membrana dos peroxissomos.
As proteínas são sintetizadas no retículo endoplasmá tico rugoso e, geralmente, são transportadas por vesículas que passam pelo aparelho de Golgi (Figura 5.28). Assim, as proteínas chegam à membrana plasmática, e a extremidade da molécula proteica, que estava dentro da vesícula, passa para a superfície da célula.
Ao lado da movimentação das novas moléculas sinte tizadas, existe um intercâmbio de moléculas da membrana plasmática, quando ocorre a endocitose. Muitas moléculas
Vesícula transportadora ,,.-... Ó.Aparelho de Golgi endoplasmático
figura 5.28 • As proteínas da membrana plasmática são sintetizadas no retículo endoplasmático rugoso. O exemplo mostra moléculas de glicoproteínas, cuja cade.
glicídica se inicia no retículo, sendo aumentada no aparelho de Golgi. Note que a vesícula que leva as moléculas de glicoproteínas leva também os fosfolipídios onde eli5
estão inseridas. Observe, ainda, que o interior da vesícula e as cisternas do aparelho de Golgi e do retículo endoplasmático são equivalentes à superfície externa da célul..
5 1 Membrana Plasmática
que chegam à membrana plasmática levadas por vesículas
são moléculas recicladas, e não, necessariamente, moléculas novas. Há um fluxo de moléculas transportadas por vesículas
--- Resumo
Pela atividade da membrana plasmática, as células mantêm estável a composição molecular e iônica do meio intracelu lar, transferindo para fora as moléculas e íons desnecessários e introduzindo no citoplasma aquilo que a célula necessita. A membr-zna contém macromoléculas proteicas específicas com grande afinidade para moléculas produzidas por outras células
e que servem como sinais químicos de comunicação. Isso pos sibilita a vida das células em sociedade, formando organismos
complexos.
Todas as membranas celulares têm estrutura molecular básica semelhante. São constituídas por uma bicamada lipí
dica, com moléculas proteicas inseridas e provocando saliên
cias em uma face ou nas duas faces da membrana. Nas con
dições de temperatura do corpo, a membrana é um fluido
�poproteico, gozando as moléculas proteicas de grande mobi
lidade lateral, no plano da membrana, porém sem mobilidade
em outra direção. Existe nítida assimetria entre as duas faces
das membranas. Na membrana plasmática, a face externa é rica em glicoproteínas receptoras, enquanto a face interna,
no lado citoplasmático, tem proteínas que se ligam de modo reversível aos filamentos do citoesqueleto. Açúcares ligados a proteínas, a glicosaminoglicanas e a lipídios da face externa
da membrana formam uma camada contínua, de espessura variável, em volta das células: o glicocálice. Este é uma parte integrante da membrana e se liga tanto a moléculas intrace lulares como a moléculas do meio extracelular, estabelecendo continuidade entre o interior das células e o ambiente onde elas se localizam.
Muitas moléculas penetram nas células, sem consumo de energia, pelo processo de difusão passiva. Outras são trans portadas ativamente, isto é, com gasto de energia. Existe ainda o processo de difusão facilitada, pelo qual a substância atra vessa a membrana, sem consumo de energia, graças às molé culas de permeases.
A transferência de macromoléculas em quantidade para dentro da célula ou endocitose é feita por fagocitose, pinoci
tose não seletiva e pinocitose seletiva. O trânsito em sentido
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nos dois sentidos: da membrana plasmática para o interior da célula e de compartimentos citoplasmáticos para a mem brana plasmática.
inverso - isto é, para fora da célula - tem o nome genérico de exocitose. Na pinocitose seletiva, as macromoléculas a serem transportadas se prendem a receptores da membrana. Forma-se então uma vesícula encapada que, ao se destacar da membrana, está revestida por uma malha de clatrina e outras proteínas.
As vesículas de endocitose podem-se fundir com lisosso mos, organelas ricas em enzimas digestivas, que atacam as macromoléculas introduzidas nas células. Outra função dos lisossomos é digerir, nos autofagossomos, partes da célula que perderam o significado funcional. Algumas vezes, as enzimas lisossômicas são secretadas e vão digerir macromoléculas da matriz extracelular.
Muitas células animais apresentam expansões digitiformes da superfície: os microvilos ou microvilosidades, que aumen tam muito a superfície celular, sendo numerosos nas células especializadas na absorção, como as do revestimento intesti nal.
Na maioria dos tecidos, as células se prendem umas às outras por meio de modificações de suas membranas, conhe cidas coletivamente como junções celulares. Muitas vezes, a função principal dessas estruturas é apenas a aderência entre as células, como acontece com os desmossomos; outras vezes, seu papel é vedar o espaço intercelular, impedindo o trânsito molecular extracelular de tal modo que a passagem tem que ser feita por via intracelular e, portanto, sob o controle das próprias células. A especialização da membrana para cons tituir essa estrutura de vedação chama-se zônula oclusiva
ou zônula de oclusão. Há também, em alguns locais, modi
ficações das membranas de células adjacentes para permitir a passagem de uma célula para a outra, de íons e moléculas pequenas, que transferem informações por meio desses sinais químicos, integrando a atividade de conjuntos celulares. Esses conjuntos apresentam acentuada unidade funcional, porque todas as células respondem aos estímulos (hormonais, nervo sos) recebidos, mesmo que esses estímulos sejam captados por apenas algumas células do conjunto.
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• Roteiro
ª A comunicação entre as células é feita, principalmente, por meio de moléculas informacionais
.. A troca de sinais químicos entre as células é essencial para: formação dos tecidos, multiplicação celular, fagocitose,
síntese de anticorpos, atração de leucócitos para defesa, coordenação do metabolismo e muitas outras atividades celulares
ª A molécula que constitui o sinal químico chama-se ligante
.. A molécula celular que se combina com o ligante e desencadeia uma resposta na célula,chama-se receptor
• Didaticamente, os sinais podem ser divididos em três categorias: hormônios, secreção parácrina e secreção de neurotransmissores. Os sinais parácrinos podem influir sobre as células que os produziram (secreção autócrina)
• Nas junções comunicantes ou gap junctions, as células se intercomunicam diretamente. Há passagem de íons e
moléculas pequenas por meio de canais entre células adjacentes
ª Moléculas sinalizadoras (ligantes) iguais muitas vezes promovem respostas diferentes, de acordo com as células
alvo
• Um mesmo ligante pode atuar por caminhos diferentes: a epinefrina é um hormônio e, também, um neurotrans
missor
• As moléculas sinalizadoras que são proteínas ou pequenos peptídios, ao se combinarem com receptores da mem
brana, acionam a maquinaria citoplasmática que produz mensageiros intracelulares, como Ca2+ e AMP cíclico
(cAMP)
.. Os hormônios esteroides e os da glândula tireoide penetram nas células e são captados por receptores intracelula
res. Os esteroides são moléculas derivadas do colesterol
• O complexo constituído pelo receptor intracelular mais o hormônio prende-se ao DNA e influencia (geralmente estimulando) a transcrição gênica
.. Entre os mediadores que atuam próximo ao local de produção (secreção parácrina) estão os derivados do ácido araquidônico da membrana celular
.. Os principais mediadores derivados do ácido araquidônico, ou eicosanoides, são as prostaglandinas, os tromboxa
6 J Comunicações Celulares por meio de Sinais Químicos
Nos organismos multicelulares, a troca de informação por
meio de moléculas, que são sinais ou mensageiros químicos,
�omeça na vida embrionária e constitui, durante toda a vida,
o principal meio de comunicação entre as células. Esses sinais
são importantes para que os tecidos e órgãos se formem de
::nodo ordenado e, após a estruturação do corpo, são neces
sários para coordenar o crescimento e o funcionamento das ..::ferentes partes do organismo. Os mensageiros químicos =ifluenciam o metabolismo, a multiplicação celular, a
secre-20, a fagocitose, a produção de anticorpos, a contração e
mui-outras atividades celulares. Praticamente, todas as funções ular,::s e teciduais são reguladas por sinais químicos. Neste
_ ítulo será realizada uma breve descrição do assunto, e serão
içresentados alguns exemplos ilustrativos.
Esse sistema de comunicação atua por meio de moléculas
;.I!alizadoras ou ligantes, que se prendem a locais específi
das moléculas receptoras ou receptores (Figura 6.1 ). Para
caracterizar como receptor, uma molécula deve ser capaz
:z reconhecer especificamente outra molécula (ligante) e de
.:resencadear uma resposta celular, quando unida com o res
"YCtivo ligante. Didaticamente, distinguem-se três tipos de
municação, que serão mencionados a seguir (Figura 6.2).
.. 1º tipo. Pela secreção de moléculas denominadas hormô
,, que são, geralmente, secretados pelas glândulas endó
nas. Os hormônios são lançados no espaço extracelular,
�etram nos capilares sanguíneos e se distribuem por todo o ::po, atuando à distância, nas chamadas células-alvo. Célula
':'() é aquela que tem receptor para o hormônio .
.. 2º tipo. Pela secreção de moléculas que atuam nas células
.iôacentes, sendo retidas pela matriz extracelular no local de
-rodução ou, então, inativadas logo após exercerem suas
fun--es. Nesse modo de comunicação, chamado comunicação
racrina, os sinais químicos atuam nas proximidades do local
nde foram secretados. O usual é que a molécula secretada rum tipo celular atue sobre células de outro tipo. Contudo,
-secreção parácrina, algumas vezes, as moléculas
sinaliza-o •
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� .. ira 6.1 • O desenho esquemático mostra que existe grande variedade de mo e::;!as com potencial informacional no meio extracelular. Os receptores reconhe ::!n. selecionam e interagem especificamente com determinadas moléculas, dentre ,númeras que entram em contato com as células. Observe que as três células "l!p'.esentadas no desenho têm receptores diferentes e, por isso, não reagem aos
,;;smos sinais.
doras produzidas por um tipo celular agem sobre células do mesmo tipo que estão próximas, atingindo também a própria célula que originou o sinal químico. A secreção que atua sobre o mesmo tipo de célula se chama secreção autócrina.
.. 3ºtipo. Pela secreção de moléculas chamadas neurotrans missores. Essa secreção tem lugar nas sinapses, que são locais especializados em que as células nervosas (ou neurônios), por meio de seus numerosos prolongamentos, estabelecem con tato umas com as outras. Os neurotransmissores são libera dos, também, pelos prolongamentos das células nervosas que fazem conexão com células musculares (Figuras 6.2 e 6.3) ou com células secretoras. O neurotransmissor atravessa um espaço muito pequeno, de apenas alguns nanômetros, entre o terminal do prolongamento nervoso (axônio) e a outra célula nervosa, a célula muscular ou a célula secretora, conforme o caso.
Além dos processos mencionados, que envolvem ligantes e receptores, algumas células se comunicam diretamente por meio de moléculas que passam por canais existentes entre células contíguas. Esses canais são constituídos por moléculas proteicas das membranas de duas células, em regiões cha madas junções comunicantes ou gap jzmctions, estudadas no Capítulo 5.
• A resposta a um sinal químico pode variar
conforme as características do receptor
A maioria das células do corpo dos animais contém um conjunto específico e geneticamente programado de recep tores para os numerosos sinais químicos que ativam, ou ini bem, as atividades celulares. As respostas das células diante dos diversos sinais dependem, basicamente, do elenco de receptores que cada célula recebeu durante sua diferencia ção embrionária. A resposta da célula-alvo pode depender também de diferenças na estrutura molecular do receptor. Por exemplo, os receptores para acetilcolina são diferentes no músculo esquelético e no músculo cardíaco, e a acetil colina estimula a contração dos músculos esqueléticos, mas diminui o ritmo e a força das contrações do músculo do coração (miocárdio). Contudo, na maioria das células, os receptores para determinado sinal são iguais, mas as respos tas podem ser diferentes, indicando que a resposta, nesses casos, depende da maquinaria molecular intracelular à qual os receptores estão ligados.
• Os hormônios geralmente são produzidos
pelas glândulas endócrinas
As células produtoras de hormônios geralmente consti
tuem órgãos especializados, as glândulas endócrinas. A comu
nicação hormonal é um processo relativamente lento, porque os hormônios levam algum tempo para se distribuírem pelo corpo, carregados pela corrente sanguínea (Figura 6.2). Depois de deixarem os capilares, por difusão, os hormônios são capta dos pelas células que contêm receptores específicos. A especi ficidade dos hormônios depende não somente de sua natureza
A. Secreção hormonal
Biologia Celular e Molecular
Células sem os receptores Circulação sanguínea B. Secreção parácrina C. Secreção de neurotransmissor :: ... _ .. . · ......... . Neurônio Células-alvo
Célula com receptores
Moléculas
Terminal axônico - ---+i
Fenda de
/'
20 nm Célula muscular
Figura 6.2 • Os desenhos esquemáticos mostram os três tipos principais de comunicação entre as células por meio de moléculas específicas (sinais químicos). A. Comu
nicação pela secreção de hormônio, que é transportado pelo sangue e atua, à distância, sobre as células que contêm receptores com afinidade para o hor nônio (células alvo). 8. Comunicação do tipo parácrino, que se caracteriza, principalmente, pelo fato de que as moléculas informacionais, secretadas no meio extracelulé r, atuam sobre células próximas. As moléculas secretadas atravessam apenas alguns milímetros, no máximo alguns centímetros, até atingirem as células-alvo (células com receptores para a molécula sinalizadora). C. Comunicação por neurotransmissores. Nesse tipo de comunicação, a molécula neurotransmissora é liberada a uma distância de apenas 20 nm da célula que recebe a informação. Os receptores da célula captadora se localizam exclusivamente na área da membrana em frente ao terminal do axônio, que é a
parte final, dilatada, desse prolongamento neuronal. "·
química, mas também da existência de receptores apropriados nas células-alvo. Cada tipo de célula endócrina geralmente secreta um hormônio, e as células que contêm receptores para esse hormônio reagirão de uma maneira correspondente à natureza da célula-alvo (Figura 6.4). Por exemplo, a resposta pode ser a liberação de secreção, ou a inibição da atividade secretória, conforme o hormônio e conforme o tipo de célula alvo. Como os hormônios se diluem muito, no sangue e no fluido extracelular, é indispensável que os receptores os fixem com grande afinidade.
II