Organelas membranosas

O processo de evolução das células eucariontes culminou com a aquisição de membranas que levaram à formação de compartimentos individualizados, com diferentes composições químicas e funções específicas: as organelas. Elas segregam e organizam os processos bioquímicos intracelulares, fornecendo a estrutura ao desenvolvimento e a diferenciação celular.

Mitocôndrias

Produzir energia, ou seja, ATP (trifosfato de adenosina), através da fosforilação oxidativa é a função básica das mitocôndrias. Além disso, são importantes para regulação da apoptose. Nas células eucarióticas, há grandes quantidades de mitocôndrias, cujo número pode variar de uma centena até milhares. Quanto maior for a demanda energética da célula, maior será a quantidade de mitocôndrias. Dessa forma, fica fácil entender por que células muito ativas, e que consomem muita energia, como os neurônios e as fibras musculares estriadas esqueléticas e cardíacas, possuem grandes quantidades de mitocôndrias. A maioria é alongada, com membrana externa lisa; um espaço intermembrana; e uma membrana interna rica em proteínas e arranjada em muitas dobras e, por isso, são chamadas cristas que delimitam um espaço denominado matriz mitocondrial.

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Figura 16 - Mitocôndrias: micrografia em corte transversal com dobramento da membrana interna (A). Representação tridimensional mostra a membrana externa lisa (cinza) e a interna convoluta (vermelho) (B).

Espaço interno da mitocôndria em laranja (C). Fonte: ALBERTS et al., 2017, p. 17.

As mitocôndrias possuem genoma (DNA circular) e ribossomos próprios, fato que corrobora com sua possível origem a partir de bactérias aeróbicas ancestrais. Curiosamente, o DNA mitocondrial, além de ser muito menor que o DNA encontrado no núcleo, produz poucas – mas importantes – proteínas para fosforilação oxidativa.

A seguir, você aprenderá sobre o retículo endoplasmático.

Retículo endoplasmático

O retículo endoplasmático é uma organela membranosa, descrita como uma complexa rede de túbulos profusos interligados com aspecto achatado ou cilíndrico. O retículo endoplasmático se origina a partir da membrana externa do envelope nuclear (aspecto granular devido aos ribossomos). A membrana do retículo endoplasmático rugoso (granular) é contínua, a partir do envelope nuclear, com aspecto granular característico pela presença dos ribossomos. Na sequência, a superfície da organela vai se tornando lisa, sem ribossomos – retículo endoplasmático liso (agranular).

Os retículos endoplasmáticos rugoso e liso cumprem diversas funções importantes para as células eucarióticas.

Retículo endoplasmático rugoso

As principais funções são síntese de proteínas e armazenamento de substâncias. No organismo, é abundante em células secretoras como as células acinosas pancreáticas (enzimas hidrolases), as células de Goblet ou caliciformes nos epitélios (mucina, um componente do muco), pneumócitos II alveolares (surfactante), fibroblastos (contêm protocolágeno), plasmócitos (contêm imunoglobulinas), entre outros.

Ribossomos

Os ribossomos das células eucarióticas são corpúsculos de dimensões que variam entre 15 a 20 nm (em bactérias, são menores), responsáveis pela síntese de proteínas das células. São organelas não-membranosas, eletrodensas, constituídas por ácido ribonucleico (RNA ribossômico ou RNAr) e proteínas. A estrutura dos ribossomos das células eucarióticas é composta por duas subunidades, grande de 60S e pequena 40S, classificadas de acordo com a velocidade de sedimentação em ultracentrífuga. Podem ser encontrados livres e dispersos no citoplasma ou aderidos à membrana do retículo endoplasmático.

Ribossomos livres

Sintetizam a hemoglobina, proteína presente nas hemácias e que transporta oxigênio, e proteínas mitocondriais. No retículo endoplasmático rugoso, produzem proteínas transmembrana, proteínas destinadas ao meio extracelular, proteínas armazenadas no complexo golgiense, enzimas lisossomais, entre outras.

Retículo endoplasmático liso

Tem aspecto cilíndrico e, na superfície de suas membranas, não há ribossomos; dessa forma, não ocorre síntese de proteínas. Porém, há produção de substâncias de origem lipídica importantes para o organismo, como nas células da glândula adrenal (síntese de hormônios esteroides). No retículo endoplasmático liso são sintetizados

VOCÊ SABIA?

Os espermatozoides são os gametas masculinos e possuem na peça intermediária uma grande quantidade de mitocôndrias. Na fecundação, acabam transferindo pouca ou nenhuma quantidade de mitocôndrias para a célula-ovo e, por isso, as mitocôndrias das células dos nossos tecidos e órgãos são quase que totalmente provenientes do óvulo materno. Como visto, as mitocôndrias possuem aparato genômico próprio. Entretanto, sem um mecanismo de reparo eficiente, as taxas de mutação no DNA mitocondrial são mais elevadas quando comparadas às que ocorrem no genoma nuclear. Por isso, uma ampla gama de doenças genéticas raras é conferida por mutações no genoma das mitocôndrias que, normalmente, estão relacionadas à produção do ATP irregular. Um exemplo é a doença de Luft, causada por mutações no genoma mitocondrial, que leva ao aumento da quantidade da organela no tecido muscular esquelético (miopatia mitocondrial). Isso promove uma elevação do metabolismo basal do indivíduo portador, numa condição bastante similar ao hipertireoidismo. Na doença, a produção de ATP é inadequada, pois a fosforilação oxidativa não é eficiente, porém há liberação de muito calor.

células da glândula adrenal (síntese de hormônios esteroides). No retículo endoplasmático liso são sintetizados praticamente todos os lipídios de membranas, incluindo os fosfolipídios e o colesterol. Alguns desses lipídios são inicialmente produzidos no retículo endoplasmático liso, porém são maturados no complexo golgiense (esfingomielina e glicolipídios).

Além disso, o retículo endoplasmático liso tem a função de desintoxicar o organismo, metabolizando substâncias como álcool e fármacos diversos, a exemplo dos barbitúricos. O uso continuado e abusivo dessas substâncias leva ao aumento dessa organela, principalmente nos hepatócitos, o que pode contribuir para aumentar níveis de tolerância ao uso.

Células hepáticas, renais e pulmonares têm uma extraordinária capacidade de converter substâncias nocivas ao organismo em compostos inócuos e facilmente eliminados como excretas. O mecanismo principal de desintoxicação em nível celular ocorre através do citocromo P450, que promove reações de hidroxilação (ver esquema na figura a seguir) da substância tóxica. A hidroxilação torna o tóxico solúvel em água, facilitando sua eliminação do organismo.

Figura 17 - Esquema das reações de hidroxilação catalisadas pelo citocromo P450 e sua redutase. A redutase contém um grupamento Fe-S que recebe os elétrons do NAD ou do NADP e os transfere para o citocromo P450. Essas reações de oxidorredução levam à hidroxilação do substrato orgânico (RH) a R-OH, pela incorporação de

um átomo de oxigênio (O2), e à formação de H2O. Fonte: JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012, p. 215.

Grande quantidade de íons Ca+2 está associada a proteínas solúveis no retículo endoplasmático (chamado sarcoplasmático nas células musculares), como a calsequestrina, principal ligadora de Ca+2 nas fibras musculares estriadas esqueléticas, e a calreticulina, nas demais células do organismo. Nas fibras musculares estriadas esqueléticas, a quantidade de Ca+2 citosólico, normalmente, é baixa, podendo aumentar quando a acetilcolina (neurotransmissor) é liberada nas placas motoras das junções neuromusculares. Como resultado há a abertura de canais deCa+2 do retículo e a liberação dos íons para sinalização da contração das miofibrilas. Ao término do estímulo, os íons Ca+2 são retornados às cisternas do retículo, por bombas de Ca+2.

Complexo Golgiense

O complexo golgiense é formado por um conjunto de cisternas sobrepostas em número de três a oito sáculos. No geral, suas funções são modificar, ordenar (empacotar) e enviar substâncias até seus destinos corretos nas células. Além disso, atuam de forma complementar ao retículo endoplasmático rugoso. Dessa forma, vesículas de proteínas se desprendem do retículo endoplasmático rugoso e se unem às cisternas cis do complexo. Na sequência, as proteínas são transferidas por vesículas até a cisterna trans, de onde são transferidas aos lisossomos. Algumas substâncias importantes para o organismo são processadas no complexo golgiense, como as glicosaminoglicanas, a mucina presente no muco. Além disso, origina o acrossomo dos espermatozoides. Os sáculos em posição convexa constituem a face cis (proximal), normalmente próxima ao núcleo e ao retículo endoplasmático. A posição oposta e côncava constitui a face trans (distal), estando distante do núcleo e do retículo endoplasmático, mas próximas da membrana plasmática. Medialmente, entre a face cis e trans, estão localizadas as cisternas médias.

Proteínas originadas do retículo endoplasmático rugoso são encaminhadas ao complexo golgiense por vesículas transportadoras, e se fundem com a membrana da região cis. As modificações das proteínas vão ocorrendo à medida que são encaminhadas pelas cisternas, processo em que são determinados os destinos celulares corretos nas células. Dessa forma, as vesículas que surgem da região trans contêm proteínas para serem incorporadas às membranas, aos lisossomos ou para comporem secreções diversas.

Figura 18 - Esquema que mostra os vários compartimentos do complexo de Golgi, bem como sua relação com o

VOCÊ QUER VER?

Assista ao vídeo Muscle Contraction Process e veja a liberação de Ca para contração+2 muscular. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=ousflrOzQHc>.

Figura 18 - Esquema que mostra os vários compartimentos do complexo de Golgi, bem como sua relação com o retículo endoplasmático rugoso.

Fonte: JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012, p. 219.

Para aprender mais sobre as organelas celulares, assista ao vídeo abaixo.

https://cdnapisec.kaltura.com/p/1972831/sp/197283100/embedIframeJs/uiconf_id/30443981/partner_id /1972831?iframeembed=true&playerId=kaltura_player_1550516384&entry_id=1_o68v12vz

As alterações pós-traducionais são responsáveis pelas alterações das características funcionais das proteínas, o que eleva a variedade dessas macromoléculas nas células.

As modificações que ocorrem no retículo endoplasmático rugoso, logo em seguida à síntese, influenciam a conformação tridimensional. Porém, nas cisternas do complexo golgiense ocorrem atividades enzimáticas relacionadas à glicosilação (glicosiltransferases), à sulfatação (sulfotransferases) e à fosforilação (fosfotransferases) desses substratos.

As proteínas que serão incorporadas por lisossomos são diferentes daquelas que serão adicionadas às secreções ou à estrutura das membranas plasmáticas. Elas podem ser alteradas por fosforilação do carbono 6 de um resíduo do açúcar manose pela fosfotransferase, estando, dessa forma, marcadas por resíduos de manose--6-- fosfato. Essa marcação é importante para o reconhecimento de receptores que a direcionam para os lisossomos. A seguir, você aprenderá sobre os lisossomos. Vamos lá?

Lisossomos

Os lisossomos são organelas membranosas com funções importantes para célula como renovação de estruturas em desuso e que precisam ser eliminadas. Estão presentes em grande número em células com função secretória e do sistema imunológico.

Para saber mais sobre os lisossomos, clique nas setas abaixo.

No meio interno dos lisossomos são encontradas enzimas como proteases, lipases, glicosidases, nucleases, fosfolipases, fosfatases e sulfatases. Como são proteínas, as enzimas lisossomais são sintetizadas no retículo endoplasmático rugoso. Logo, migram para o complexo golgiense, de onde serão armazenadas nos endossomos, estruturas que irão formar lisossomos.

As enzimas lisossomais são ativas em meio ácido (pH próximo a 5), mantido pela presença de bombas de H+ que importam moléculas de H+ ao lúmen da organela. Pela grande quantidade de enzimas, a membrana dos lisossomos necessita de um sistema de proteção contra danos.

Esse mecanismo está relacionado com a densa constituição de glicoproteínas (proteínas glicosiladas) na porção interna da membrana. Se a organela for rompida e houver a liberação das enzimas, a ação do pH praticamente neutro do citosol, poderá inativá-las, reduzindo os riscos às células.

Em algumas doenças as enzimas lisossomais podem estar ausentes ou com ação incompleta, o que resulta no acúmulo de substratos no lúmen da organela. Essa característica define as doenças de depósito lisossômico. Por exemplo, a deficiência de alfa-galactosidase A provoca a doença de Fabry, enquanto a deficiência de beta- glicocerebrosidade provoca a doença de Gaucher. Todas são doenças raras, graves e potencialmente fatais.

Outro exemplo é a doença de depósito lisossômico, denominada doença de Tay-Sachs, que provoca atraso no desenvolvimento mental e cegueira.

O próximo tópico de estudo abordará um interessante tema: o núcleo e o DNA. Fique atento!