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BIOLOGIA
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Você já deve ter escutado em algum lugar que “a célula é a menor unidade de vida”. Isto é, de fato existem estruturas menores que as células que compõem seres vivos (ex. átomos, moléculas), mas não as consideramos vivas por si sós.
Bom, como podemos ver na imagem ao lado, há vários estratos de organização dos seres vivos e é possível perceber que as células se especializam, organizam em tecidos e órgãos com funções específicas a nível de organismo multicelular e são, portanto, unidades que dependem quase sempre da relação com as outras células e substâncias externas para exercer suas funções.
Quando falamos de bactérias, mesmo que elas se organizem em colônia, ainda são consideradas unicelulares, tá? Existem outros indivíduos unicelulares, como algumas espécies de fungos, por exemplo. Esta questão de um organismo ser multicelular ou unicelular não é necessariamente “melhor ou pior”, “mais evoluído ou menos evoluído”. Na verdade, a gente dispensa esses juízos de valor na evolução por entender que os organismos são adaptados ao meio que vivem e, se estão sobrevivendo através dos séculos, é por que são evolutivamente capazes de fazê-lo. Isto é, possuem um conjunto de características que os permite sobreviver ali. Podemos dizer, entretanto, que a estrutura de um organismo multicelular é muito mais complexa se comparada a de um unicelular, o que de fato vamos observar mais à frente.
Navegue no Menu ao lado para ir para as funções mais específicas das células. As "organelas", como tradicionalmente encontramos nos livros não estão aqui descriminadas, mas sim contextualizadas em atividades celulares, como você poderá ver ao lado.
A menor unidade funcional de vida
Fonte: Descomplica
Hoje não existe qualquer foto de Robert Hooke, já que ele não possuia muitas e a única foto que restou após sua morte foi destruída à mando de Isaac Newton. Sim, ele mesmo. O grande matemático, astrônomo e físico, o detestava tanto que após sua morte mandou queimar o único retrato que existia de Hooke. Então, a artista Rita Greer fez uma espécie de "retrato falado" em 2006, baseado em relatos escritos de pessoas que conviveram com ele.
Mas o que motivava o 'ódio' de Newton? Segundo a BBC, "os dois tiveram graves embates porque ambos queriam ser conhecidos como a mente científica mais brilhante da época. Enquanto Hooke estava vivo, a concorrência entre ele e Newton era equilibrada. Mas, historicamente, Newton foi o vencedor, indiscutivelmente. A tensão entre eles explodiu quando Newton publicou o seu livro "Philosophiæ Naturalis Principia", mais conhecido como Principia, em 1687, que continha sua lei da gravitação universal. O problema era que Newton não foi o primeiro a postular sobre a força que mantinha os corpos celestiais em seu lugar. Tratava-se de uma ideia que a comunidade científica vinha desenvolvendo ao longo de anos. E Hooke tinha sido peça chave nesse desenvolvimento, durante a década de 1670, quando observou que os planetas eram atraídos pelo Sol e que essa força era mais forte quanto mais próximos estivessem os objetos. No entanto, foi Newton que criou a rigorosa prova matemática necessária. Mas Hooke estava convencido de que Principia não existiria sem a sua contribuição pessoal e começou a mais amarga de suas disputa, exigindo o crédito e Newton negando-se a dá-lo. Hooke morreu em 1703 e Newton ocupou seu cargo de presidente da Royal Society. Dizem que Newton se esforçou para manchar a reputação de Hooke. Teria mandado retirar o único retrato que havia de Hooke, que teria sido destruído ou abandonado intencionalmente quando a Royal Society se mudou para outro prédio. O certo é que, à medida que a boa reputação de Newton crescia, a de Hooke se deteriorava, sendo visto como um cientista amargurado que tentava ganhar crédito pelo trabalho dos outros. A disputa contaminou mais de 200 anos de literatura histórica sobre aquele que hoje é chamado por alguns de "Leonardo da Vinci inglês".
Sim, essa é uma pergunta muito relevante. Afinal, muitas das coisas que a biologia estuda não conseguimos sequer ver com os nossos olhos nus. Células do nosso corpo, proteínas, carboidratos, enzimas, DNA, vírus, fungos, bactérias e ácaros, pra ficar em poucos exemplos. Como sabemos que tudo isso existe? Mais que isso, como sabemos detalhes extensos sobre suas funções, estruturas e interações químicas? Devemos isso a um aparato tecnológico muito conhecido, mas pouco reconhecido: o microscópio.
Pra se ter uma noção, o conhecimento sobre citologia sofreu uma desaceleração durante mais de 170 anos e um dos motivos é a ausência de tecnologias capazes de enxergá-las para obtermos mais detalhes de suas estruturas e funcionamento. Hoje, temos microscopia ótica de varredura (MOV) e o mais recente microscópio eletrônico de transmissão (MET), que foi lançado em 2015 pela Hitachi e é capaz de oferecer uma resolução de 43 picômetros (unidade que equivale à trilionésima parte de um metro), ou seja, menos da metade do raio da maioria dos átomos. Vocês vão acompanhar, portanto, um texto muito bacana que fala sobre a história do microscópio e nos lembra que no desenvolvimento científico não existem heróis, super-gênios e muito menos descobertas tiradas do nada. Não foi acordando num dia que uma pessoa inventou o microscópio e vocês verão sua história mais detalhada, a seguir:
Hans era um fabricador de lentes alemão e, seu filho, um rapaz bem inventivo. Entretanto, ambos fizeram história em 1590 quando, ao pegar duas destas lentes -que já sabiam que iriam fornecer uma imagem maior de um objeto- e as colocar em um tubo, deram origem a um aparelho que ficou conhecido como o primeiro microscópio. Seu filho tinha apenas 10 anos, então o crédito é dividido entre os dois. O aparelho era bem rudimentar e com capacidade bem limitada: ampliava 9 vezes o objeto. Mas quero deixar claro que isso não é muito consenso na academia científica e tem outros nomes importantes no debate. Para colocar o Brasil na jogada, podemos citar que provavelmente este microscópio foi dado para o Maurício de Nassau, que foi governador da capitania hereditária de Pernambuco. Ou seja, o primeiro microscópio não teve qualquer fim científico e pode ter até vindo parar no Brasil.
Para darmos um salto para a primeira vez que esse aparelho foi utilizado em prol do conhecimento biológico, temos que chegar na metade do século 17, na Inglaterra. Nessa época, Robert Hooke (1635-1703) -que quando menino, também muito inventivo e muito bom com desenhos, embora tivesse saúde frágil- conseguiu contato com John Wilkins (1614-1672), graças ao diretor da escola em que estudou quando jovem. Wilkins percebeu toda inventividade e capacidade artística de Hooke, e convidou-o para fazer alguns trabalhos para Wilkins, já na Universidade de Oxford, que incluíram até máquinas voadoras.
Com o tempo, Hooke conseguiu certa popularidade e foi trabalhar com Robert Boyle (1627-1691), importantíssimo químico da época. Boyle incentivou Hooke a, por exemplo, aperfeiçoar a bomba de vácuo e ambos construíram uma máquina pneumática para desenvolvimento de pesquisas com gases (1659), especialmente com o ar. Essa bomba permitiu demonstrar a impossibilidade de se obter o vácuo absoluto. Como já disse, Hooke tinha uma grande habilidade manual, e alegou ter inventado mais de 100 dispositivos e contribuir com diversas áreas do conhecimento.
“As reuniões da Royal Society eram semanais, e portanto o encargo de Hooke não era leve: a cada semana deveria não apenas produzir três ou quatro novos experimentos por sua livre iniciativa, como ainda preparar outros solicitados pelos membros da Royal Society, sobre os mais variados temas".
“O sr. Hooke propôs trazer para a próxima reunião os seguintes experimentos: 1. Sobre a sobrevivência de insetos em ar comprimido. 2. Sobre a força de corpos em queda. 3. Sobre a respiração. 4. Sobre as diferentes refrações na água fria e quente”.
(Robinson, 1945, p. 485)
Com esse trecho dá pra perceber o tanto de coisa que ele tinha que fazer para a Royal Society toda semana. A qualidade de seus experimentos era indiscutível e passou a ser imprescindível em várias pesquisas dentro da academia, até que foi eleito um “membro efetivo” em 1663, um ano depois de se tornar curador. Se você não sabe do que se trata a Royal Society, dá uma olhada no trecho a seguir:
“A Royal Society procurava seguir o pensamento de Francis Bacon, fugindo de especulações teóricas vazias e dedicando-se mais ao conhecimento direto da natureza. Os seus membros valorizavam muito a observação e a experimentação. Porém, nem todos tinham a facilidade e interesse em preparar pessoalmente seus experimentos e mostrá-los aos demais participantes. Por isso, logo depois de receberem o aval do rei, surgiu a ideia de contratarem uma pessoa que prestasse esse tipo de serviços ao grupo".
[...]
"A expressão “ordenou-se ao sr. Hooke” [“Mr. Hooke was ordered”] aparece com grande freqüência nos relatos das reuniões da sociedade".
Ah, já ia esquecendo: Hooke sofria um certo preconceito dentro do círculo acadêmico porque só obteve o título de mestre com 28 anos, o que foi considerado bem tardio entre os "colegas". Esse preconceito também se baseava no fato de ele não ser um aristocrata, como os demais membros. Foi na Royal Society que observou inúmeras coisas através do microscópio, e é aqui que eu queria chegar (porém precisei, antes, dar toda uma introduzida na história, para que o contexto do que aconteceu fique entendido). Dentre esses objetos que ele precisou analisar, tomar notas, fazer observações e até desenhar, temos: fios de seda, fios de cabelo, tecidos, grãos de areia, formigas, pulgas, entre outras coisas que você pode ver no próprio livro que ele veio a escrever, que vou falar mais a frente. Ao longo do ano de 1664, Hooke foi encarregado de, a cada semana, levar uma observação nova ao microscópio com sua descrição e desenho. O interesse de Hooke não era especificamente biológico (nem entomológico, embora tenha estudado muitos insetos) e sim microscópico. Só que o microscópio que ele usava inicialmente era bem limitado e ele precisou fazer algumas melhorias para conseguir fazer todo seu trabalho. Assim como o Galileu Galilei não inventou o telescópio, mas fez algumas melhorias no mesmo, Robert Hooke não inventou o microscópio, mas sim fez algumas melhorias nesse aparelho. O que ele modificou foi, por exemplo, colocar uma iluminação melhor para não ter reflexos da luz do Sol, colocou a lente de campo, intermediária entre a ocular e a objetiva, para aumentar o campo de visão, e até aumentou a capacidade de movimentação para todos os lados. O desenho que vocês veem ao lado é uma representação feita pelo próprio Hooke do Microscópio Composto, aparelho que utilizou para observar todos esses organismos e materiais.
Ao observar uma cortiça, uma fina camada de uma rolha de vinho, ele percebeu uma coisa curiosa: ela era feita de umas bolinhas que ele chamou de vários nomes, como bolha, sáculo, bexiga, e até mesmo célula, diminutivo de cella - que significa cavidade-, e também comparou com um favo de mel. Era a primeira vez na história que o nome célula (cell, em inglês) foi mencionado para se referir ao que conhecemos hoje como a menor unidade funcional da vida.
"Mas, voltando à nossa observação. Contei a várias linhas desses poros e descobri que geralmente havia cerca de sessenta dessas pequenas células situadas no final da décima oitava parte de uma polegada de comprimento.
(Hooke, 1665, Micrographia, p. 133)
Em 1665, portanto, Hooke reuniu suas observações e ilustrações no livro chamado “Micrografia, ou algumas descrições fisiológicas de pequenos corpos, feitas com lentes de aumento, com observações e investigações sobre os mesmos”. Mas tenho que avisar que aqui a palavra “fisiológico” quer dizer “estudo da natureza”, não “fisiologia” com o significado atual. E esse livro, Micrographia, é considerado uma das publicações mais importantes da história da ciência. Você pode baixá-lo em PDF ao lado ou ver algumas das pranchas na galeria, também ao lado. Vale muito a pena.
Agora entra um outro personagem muito importante nessa história: Antoni van Leeuwenhoek (1632-1723), um holandês que trabalhava com tecidos, portanto não era propriamente um acadêmico da época, mas era amigo de um homem chamado De Graaff, um anatomista muito importante, que descobriu os ovários humanos. Então, Leeuwenhoek (pronuncia-se "levoúq") pediu algumas das lentes simples que seu amigo usava e, quando examinou um fio de cabelo, ficou maravilhado. Ou seja, não foi por conta de seu comércio de tecidos que Leeuwenhoek se entusiasmou com o microscópio. Foi também seu amigo, De Graaff, que lhe contou sobre o livro Micrografia do Hooke e lhe deu - aqui eu encontrei algumas coisas a mais e talvez ele tenha entrado em contato com o livro quando foi para a Inglaterra, mais especificamente com a 2ª edição do livro, mas enfim.
Leeuwenhoek viu aquelas figuras desenhadas e descritas por Hooke, se entusiasmou tanto com esse estudo que se dedicou à produção de lentes para conseguir ampliar ainda mais as imagens. Estima-se que Leeuwenhoek tenha produzido mais de 500 microscópios da época, chegando a um aumento de 300x. Certa vez, tentando descobrir porque que a noz moscada era picante, a moeu e colocou o pó com água no microscópio. Quando viu, ele percebeu que tinha ali inúmeros "animaizinhos". Ao mostrar para Johannes Vermeer (1632-1675), um pintor muito famoso da época e seu amigo pessoal, ele lhe pergunta se aqueles animaizinhos viviam na água ou na noz moscada. Por isso Leeuwenhoek pegou um pouco de água de um canalzinho ali perto e viu que ela, na verdade, estava cheia daqueles "animais minúsculos", que são o que conhecemos hoje como protozoários. Então sim, Leeuwenhoek descobriu os protozoários. Pôde ver também bactérias e outros microrganismos da ordem de 1 a 2 micra (medida equivalente a um milésimo de milímetro). Ou seja, um comerciante de tecidos foi o primeiro humano a ver microrganismos em um microscópio. E sim, essa foto ao lado, que mais parece a ilustração de um objeto de tortura é o microscópio utilizado por Antony van Leeuwenhoek. Ele descobriu, então, sem querer, a partir de uma intenção, uma outra coisa nada a ver. E claro, morreu sem saber a origem da picância da noz moscada, que são moléculas conhecidas como terpenos, impossíveis de serem visualizadas por seu ainda modesto microscópio.
Um mundo microscópico descrito no século XVII
Muitas das vezes achamos que aparecem alguns cientistas que inovam totalmente na maneira de se pensar pois, com seus grandessíssimos feitos, conseguem mudar os rumos do pensamento humano. Isso não é de todo errado, porém a maneira como olhamos para a História da Ciência está um pouco equivocada. Assim como uma famosa frase de Isaac Newton “Se eu cheguei mais longe foi porque subi nos ombros de gigantes”, para conseguir “ver mais longe”, é preciso entender os caminhos que percorremos para chegar onde chegamos. E com a história por trás da primeira vez que alguém viu uma célula até a formação da Teoria Celular, não é diferente.
Começou há muito tempo, quando os chineses e outros povos perceberam que ao observar algum objeto através de um recipiente com água, a imagem deste é aumentada. Também, bem antes de Cristo pisar nas terras de Belém, lentes já eram utilizadas para corrigir a visão, como a lente de Layard (721 a.C). No século 13, na Alemanha, já eram usadas acopladas em aros de metal, formando os primeiros óculos. Sabendo disso, podemos falar sobre nossos primeiros dois personagens: Zacharias Janssem (aprox. 1580-1638) e seu pai, Hans Janssem (1534–1592).
Após muito trabalho, ganhou um pouco mais de notoriedade e chegou até a Royal Society onde -no começo- não era propriamente um membro, mas um curador (na prática, um “ajudante” ou “assistente”, sem remuneração). Para dar uma noção de quão trabalhoso era seu trabalho, tem esse trecho de um artigo:
Leeuwenhoek, então, escreveu uma carta para a Royal Society contando o que descobriu e, passado um certo tempo, chegou até a se tornar um importante acadêmico. Tem um artigo que conta como Leeuwenhoek examinava os protozoários e descreve até um sistema para descobrir e determinar o tamanho destes, e que era até mesmo de uma maneira "infantil". Ele falava mais ou menos “tal coisa tem o tamanho de 1/40 avos de um grão de areia”. O que estava vivo ele ia lá e tentava ver no microscópio. Mas por quê ele não usava o sistema métrico ou simplesmente o sistema internacional para fazer suas medidas? Por que estamos no século 17 e o sistema métrico só foi instaurado meados da revolução francesa, em 1789 (séc. 18).
Agora vamos dar outro salto no tempo até chegar em Robert Brown (1773-1858), Mathias Schleiden (1804-1881) e Theodor Schwann (1810-1882). Desde a visualização da primeira célula por Hooke, em 1663, até 1839, ano que foi postulada a teoria celular, passaram-se 176 anos. Esse lapso temporal não se deve necessariamente à falta de técnicas de microscopias suficientes para observar as células vivas. Também não se devia exatamente a uma falta de interesse no campo de estudo. É mais justo atribuir isso à interpretação filosófica por trás da ideia do que é uma célula. Repare bem: Hooke foi o primeiro a visualizar as células, em uma cortiça. Na verdade ele viu só a parede celular, porque a cortiça é feita de matéria vegetal e como já estava morta, só viu o contorno da célula. Mas de qualquer forma, Hooke foi o pioneiro na observação da célula e na criação do termo. Mas aqui onde nós estamos, agora, falando depois de Leeuwenhoek mas antes da formulação de uma teoria celular, se acreditava que a unidade básica e funcional da vida eram as fibras. Só que no final do século 18 alguns biólogos começaram a duvidar se esta era, de fato, a menor porção funcional de vida. Quero pontuar outra coisa: Era muito mais difícil ver a célula animal do que a vegetal, porque uma vez que a célula animal morre, ela se desintegra, e a vegetal deixa pra trás a parede celular. A célula animal recebia o nome de “glóbulo” e não é atoa que cientistas como Lorenz Oken (1779-1851) que observaram as células do sangue as chamaram de “glóbulos vermelhos”. Havia, então, a controvérsia do que seria eleita a unidade do mundo orgânico, ou seja, do que que os organismos são compostos, na menor porção. Pensou-se serem as fibras, os tecidos, os glóbulos e até as células. Mas dentro das células ainda tinha a controvérsia de que se ela era oca ou uma entidade propriamente dita, já que não era possível visualizar suas organelas. Leeuwenhoek já tinha observado, dentro das células, uma porção coisa mais escura, mais densa, que ele não compreendia com exatidão. Robert Brown (o mesmo que descreve o Movimento Browniano), em 1833, a denominou de núcleo.
Bem, sobre o desenvolvimento dessa teoria, em específico, ela passou por um intenso debate, como já foi dito, sobre a constituição básica dos seres vivos. O Schleiden, que era um botânico, tentou explicar o que era aquele núcleo e conseguiu generalizar que todas as plantas são feitas de células e, portanto, as células são as unidades básicas das plantas, não sendo portanto nem as fibras, nem os tecidos. Também em 1839, Schwann, um zoólogo, deixando bem claro que utilizou os estudos de Schleiden, conseguiu reduzir os organismos para um única célula que continha toda a informação vital daquele ser vivo. Onde a célula é a origem necessária de todo corpo organizado. Ambos tinham a ideia de uma grande importância do núcleo para a formação dessas células.
Em 1855, Robert Remak (1815 - 1865), enquanto estudava a reprodução de rãs, conseguiu afirmar que todas as células são resultado da divisão de outras células preexistentes. Então aqui já estamos falando de 1855, anos depois de 1839, aquele que é estabelecido como sendo o ano de publicação da teoria celular, aqui já estamos, então, com algumas modificações desta teoria.
Em 1855, Rudolf Virchow (1821 - 1902), um médico e político alemão, disse a famosa frase “Omni cellula e cellula” ou seja, todas as células provêm de outras células. Essa ideia contrariava um pensamento que existia a muito tempo, desde o Aristóteles: a abiogênese, ou seja, geração espontânea. Mas isso tudo sem considerar o papel do núcleo da célula, que só depois de 30 anos a frase foi modificada para “omnis nucleus e nucleus” ou seja, todo núcleo provém de outro núcleo. Isso ocorre quando Schwann e Schleiden observam que o já conhecido núcleo é presente tanto em animais quanto em plantas, o que seria uma evidência da homologia entre esses reinos. Então, eles veem o núcleo não somente como um componente da célula, como os que os precederam imaginavam, mas como uma parte que exerce papel central no seu funcionamento. Por isso, o núcleo da célula ganha papel central na Teoria Celular postulada por eles.
Só que olha que loucura, Virchow era um político e a ideia de que um organismos era formado por inumeras pecinhas, células individuais, que trabalhavam para um bem comum lhe eram bastante socialistas para ele, o que ajudou na aceitação e apoio deste homem. Vale lembrar que o Manifesto Comunista (Das Kommunistische Manifest) foi publicado em 1848 por Friedrich Engels e Karl Marx, dois conterrâneos de Virchow. E com isso vem outro embate: diziam que um organismo não é simplesmente a soma de todas as suas células, mas sim algo a mais, do mesmo jeito que uma sociedade não é apenas a soma de seus indivíduos.
Olha então quanta gente contribuiu ao longo de todo esse tempo para que a célula pudesse ser considerada a unidade morfofisiológica de todo ser vivo, ou seja, a unidade básica da vida. A teoria celular como conhecemos hoje é um agregado de contribuições, e pode se resumir basicamente em:
Esse lapso temporal de 176 anos, portanto, se deve muito à uma mudança na compreensão da importância de uma célula. Enquanto para Hooke aquelas células eram mais um item no seu hall de curiosidades, ao serem estudadas por Schleiden e Schwann, foi atribuída uma grande profundidade teórica que permitiu compreendê-las como princípio gerador da vida. Então, muitas vezes não somente o desenvolvimento tecnológico refreia certas compreensões sobre o conhecimento científico, mas também questões filosóficas e concepções mais amplas daquilo que se estuda. Olhamos para as velhas conhecidas células, com um novo olhar e compreendemos elas de outra forma. Assim nasce a Teoria Celular.
"Quando os biólogos e filósofos falam da vida, no entanto, eles não estão se referindo à vida (quer dizer, ao viver), em oposição à morte, e sim da vida em oposição à falta dela em um objeto inanimado. Elucidar a natureza dessa entidade chamada vida tem sido um dos principais objetivos da biologia. O problema aqui é que vida remete a alguma coisa - uma substância ou uma força - e, durante séculos, os filósofos e os biólogos, tentaram, em vão, identificar essa força ou substância vital"
Ernst Mayr, no livro "Isto é biologia: a ciência do mundo vivo"
1. Todos os seres vivos são formados por células e por estruturas delas derivadas. Assim sendo, as células são as unidades morfológicas dos seres vivos;
2. Na célula são realizados processos que são fundamentais à vida. Isso significa, então, que as células são as unidades funcionais ou fisiológicas dos seres vivos;
3. Todas as células só se originam de outras células preexistentes. Com esse postulado, considera-se que as células realizam divisão celular.
É importante que fique bem entendido que não é caindo uma maçã na cabeça de Isaac Newton que nasce a lei da gravitação universal. Não é observando uma célula ao microscópio que uma pessoa vai sacar três postulados de Teoria Celular do bolso. Um cientista não acorda em um dia e pensa “nossa, é assim tal coisa” e vai lá, anuncia um achado científico, todo mundo aplaude e as cortinas fecham. Um conhecimento científico depende do contexto histórico-filosófico da época, do conhecimento anteriormente acumulado, passa por controvérsias, discussões, brigas de ego, depende, em certa medida, do desenvolvimento tecnológico disponível, passa por muitas contribuições, depende da aceitação da comunidade científica, etc. São muitas pessoas envolvidas e muitos fatores simultâneos na construção de conhecimentos científicos. Não há um “gênio cientista” que fez tudo sozinho. Essa história poderia estar sendo contada de forma bem mais detalhada, com muitos outros personagens, isto é, outros cientistas que agregaram mais detalhes, mais informações, mais melhorias às técnicas e conhecimentos que fomos construindo acerca das células e organismos vivos de uma forma geral. Ocultamos algumas informações para que conseguíssemos sair daqui hoje. Entretanto, espero que tenha ficado claro que o conhecimento científico se constrói de forma coletiva e não é justo atribuir todo avanço a um, três ou cinco pessoas. Deixo abaixo alguns materiais, nos mais diversos níveis de aprofundamento, para quem quiser saber mais.
Esse texto foi escrito em parceria com o incrível Fernando Carmelo, que é biólogo em formação pela UNESP. Ele também é desenvolvedor de um aplicativo muito irado chamado Bioétimo, que fornece a etimologia e uma definição super acessível para nomes que usamos para comunicar o conhecimento biológico. É legal para "que todos consigam entender e passar por essa “barreira” que as palavras difíceis simbolizam e que fazem tantas pessoas desistirem das biológicas por achar “chato”, mas sem perceber que os termos são só os nomes que damos para as coisas". Você pode baixar o app clicando no ícone do Google Play ao lado. Em breve disponível para iOS.
Duas correntes eram fortes na europa nesta época. O mecanicismo materialista quanto e a Naturphilosophie. Ambas tinham adeptos em vários países. A comunidade científica francesa, herdeira de René Descartes, era sobretudo mecanicista e materialista, enquanto a germânica, herdeira de Gottfried Leibniz, tendia a se alinhar com a Naturphilosophie. [...]. Apesar de trabalharem de forma independente, Schleiden e Schwan, tiveram formação similar no contexto germânico. Quando olharam ao microscópio, perceberam que as células não eram apenas um elemento estrutural dos tecidos, mas continha em seu interior uma atividade própria, possivelmente o princípio da vida, preconizada pela Naturphilosophie. Essa corrente dentro da ciência pode ser vista como uma extensão do romantismo alemão, em ascensão nessa época. Os filósofos naturalistas (ou seja, adeptos da Naturphilosophie) acreditavam que deveriam investigar a natureza como um todo organizado, ao contrário dos mecanicistas, os quais a separavam em partes para compreendê-la.
Baixe o "Micrographia: Some Physiological Descriptions of Minute Bodies Made by Magnifying Glasses with Observations and Inquiries Thereupon".
1) Dissertação de Mestrado da Elda Carneiro - A teoria celular em Livros Didáticos de Biologia: uma análise a partir da abrdagem histórico-filosófica da ciência
2) Livro de Maria Elice Prestes - Teoria Celular: de Hooke a Schawnn
3) Livros de Marco Braga, Andreia Guerra e José Reis - Breve história da Ciência, em 4 volumes.
Os vírus, então, são seres vivos?
Bem, é difícil tentar encaixar os vírus na teoria celular inicialmente postulada por Schwann e Schleiden, já que eles só foram descobertos em 1940, 107 anos depois. Hoje, existe uma certa polêmica em relação a isso.
Os vírus são acelulares, o que contraria um dos principais postulados da Teoria Celular. Mas isso nos põe numa posição filosófica complicada, de ter que criar uma terceira categoria, de algo que existe entre coisas vivas e não vivas.
Apesar disso, qualquer pessoa é capaz de admitir que os vírus são estruturas biológicas, compostos de material orgânico, tendo inclusive material genético.
Entretanto, não possuem uma outra premissa básica da vida, que é a capacidade de reprodução. Nenhum vírus é capaz de reproduzir-se sozinho. Para isso, ele necessita do aparato metabólico de replicação de uma célula. Por isso, são entendidos como parasitas intracelulares obrigatórios.
Ou seja, vírus podem ser entendidos de muitas formas, mas sem dúvida estão na fronteira filosófica na qual temos nos debruçado nos últimos dois séculos. Para ajudar a confundir ainda mais, recomendo o artigo de Luis Vilareal, publicado na Scientific American Brasil
Para aproveitar o momento histórico, aqui está uma informação que tem a ver com esse contexto de separar o vivo do não vivo através de uma definição do que constitui o vivo. O termo Biologia foi cunhado simultaneamente por Jean Baptiste Lamarck e Gottfried Treviranius, em 1802, para "diferentes formas e fenômenos da vida, das condições e leis sob as quais eles ocorrem e as causas que os determinam. A ciência que concerne a estes objetos nós vamos designar de biologia ou de ciência da vida" (Treviranius, apud Coleman, 1977, p.2). [...] O termo biologia foi usado pela primeira vez por volta de 1800, quando foi reconhecido que a divisão da história natural em 'três reinos' devia ser substituída por uma divisão em o mundo orgânico e inorgânico. Esse também foi um momento decisivo para a química, graças a Lavoisiser. Assim, os "naturalistas" passaram a se chamar biólogos, como vos conhecemos até hoje. Essas informações tirei do livro "A investigação da natureza no Brasil colônia" de Maria Elice Brzezinski Prestes
Como enxergamos as células?
Todas as células que compõem organismos multicelulares (animais, protozoários, plantas e fungos multicelulares) são eucariotas. Já os organismos unicelulares podem ser eucariotos (no caso daqueles fungos que são unicelulares) ou procariotos (todas as bactérias e arqueobactérias). Essa divisão entre procarioto e eucarioto não existe atoa, mas é uma marcação evolutiva acerca de transformações importantes na estrutura das células.
Vamos começar falando das células procariotas: estas, que só ocorrem no Reino Monera, não possuem nenhuma organela membranosa (nem o núcleo), são comumente menores e possuem apenas um cromossomo. Pelo fato de não possuírem membrana nuclear, que antigamente era conhecida como carioteca, este tipo celular é chamado de procarioto (pro - primitivo e carioto - relativo à carioteca).
O interior da célula procariota pareceu meio vazio, né? Elas, de fato, não possuem compartimentos, mas podem possuir regiões especializadas, além de também terem material genético (cromossômico e às vezes, plasmídeos) e milhares de ribossomos. É comum à várias espécies de bactérias possuirem estruturas de locomoção (ex. cílios e flagelos) ou adesão (fímbrias), para se deslocarem em meios líquidos e fixarem-se em alguns substratos. A principal bactéria associada à cárie, por exemplo, Streptococcus mutans, produz o PEC (polissacarídeo extracelular) que faz com que as bactérias fiquem aglutinadas e aderidas ao esmalte dentário formando a conhecida "placa bacteriana", que pode ser cariogênica (dar origem à cárie).
Os procariotos também possuem uma parede celular quimicamente bem mais complexa do que as encontradas em alguns eucariotos, sendo ricas em peptideoglicanos (mureína), polipeptídeos, ácido micólico (nas micobactérias), entre diversos outros componentes. Essa parede atua como uma proteção química e mecânica para a célula. Bom, que as bactérias possuem diversas estruturas e processos metabólicos incríveis é de se imaginar, pois são um grupo extremamente diverso, com dezenas de funções nos ecossistemas que habitam e possuem relações simbióticas com diversos animais e plantas, mas a pergunta que fica é: como se desenvolveu uma célula compartimentalizada (eucariota) a partir de uma célula sem nenhum compartimento (procariota)?
Procariotos
Navegue com o mouse sobre a animação para descobrir o ambiente interno e externo de uma bactéria do tipo bastão!
Dica: Se na tua animação ela ficar girando, clique no ícone de configuração, clique em Navigation e mude de "Orbit" para "first person".
Todas as células vivas são delimitadas por uma membrana citoplasmática, que separa o ambiente externo do interno. Esta membrana, cuja composição e função vamos ver mais à frente, foi, talvez, um dos mais importantes fatores para o início da vida. Ela não está presente só na delimitação do ambiente interno e externo da célula, mas uma estrutura muito semelhante é vista na membrana de todas as organelas celulares, incluindo o núcleo. Em outras palavras, todas as organelas são membranosas e esta membrana é quimicamente muito semelhante aquela que envolve a célula. Este é o principal fato que levou ao desenvolvimento da teoria da invaginação de membranas, que propõe explicação sobre a origem das organelas celulares, e à teoria da endossimbiose, que se propõe a explicar a origem das mitocôndrias e cloroplastos.
A primeira, postulada por Robertson, vêm dizer que sucessivas invaginações da membrana plasmática vieram a dar origem ao sistema de endomembranas e ao núcleo das células eucarióticas. Invaginação, caso não conheça a palavra, é um processo de dobramento de um tecido no sentido do interior da estrutura. É como as células interiorizam muitas substâncias, outros organismos, fazem fagocitose e se desenvolvem embrionariamente. A invaginação é um processo comum nas células.
Para explicar a origem dos cloroplastos e mitocôndrias, então, Lynn Margulis (1981), supõe que estas organelas são derivadas de procariotos que foram englobados pelos ancestrais de células eucarióticas primitivas. Assim, "independentemente do modo como a relação se iniciou, podemos formular a hipótese de como a simbiose poderia ter se tornado mutuamente benéfica. Por exemplo, em um mundo que se tornava cada vez mais aeróbio, um hospedeiro anaeróbio se beneficiaria de um endossimbionte que utilizaria o oxigênio vantajosamente. Ao longo do tempo, o hospedeiro e o endossimbionte se tornariam um único organismo, com partes inseparáveis". São muitas as evidências acumuladas para suportar essa teoria, cujas principais, deixo a seguir, retirando do livro "Biologia de Campbell":
Margulis morreu em 2011, aos 73 anos
1 - As membranas internas das duas organelas têm enzimas e sistemas de transporte homólogos àqueles encontrados na membrana plasmática de procariotos atuais.
2 - As mitocôndrias e os plastídeos replicam por um processo de divisão semelhante ao de certos procariotos. Além disso, cada uma dessas organelas possui uma molécula de DNA circular que, a exemplo dos cromossomos de bactéria, não está associada a histonas ou grandes quantidades de outras proteínas.
3 - Como esperado em organelas descendentes de organismos de vida livre, as mitocôndrias e os plastídeos também têm uma maquinaria celular (incluindo ribossomos) necessária para transcrever e traduzir o seu DNA em proteínas. Ou seja, eles têm a capacidade de se autoreplicar de forma independente à célula que o contém.
4 - Por fim, em termos de tamanho, sequências de RNA e sensibilidade a determinados antibióticos, os ribossomos das mitocôndrias e dos plastídeos são mais parecidos com ribossomos procarióticos do que com os ribossomos citoplasmáticos das células eucarióticas.
Quando as células ganham compartimentos: os Eucariotos
Recomendo a leitura do artigo "A Terra é Azul", do Ricardo Chaloub, professor do Instituto de Química da UFRJ
"Enzima bacteriana encontrada em grupo de amebas reforça teoria da endossimbiose"
Navegue com o mouse sobre a animação para descobrir o ambiente interno de uma célula animal. Ali dá pra ver bem o citoesqueleto, as membranas internas, núcleo e algumas organelas
Nos próximos quadros, vamos tomar como base uma célula animal e eu irei ressaltando algumas diferenças em relação à células vegetais, fúngicas, bacterianas, etc. Agora que já entendemos a relação evolutiva entre as células procariotas e eucariotas, é hora de entender um pouco como elas funcionam e quais os principais processos metabólicos que ocorrem dentro das células.
Como já dissemos, as bactérias são seres procariotos, unicelulares, mas que podem formar colônias. Muitas vezes essas colônias são estabelecidas por conta de biofilmes, que são conjuntos estruturados, coordenados e funcionais de microrganismos aderidos por uma matriz extracelular que elas mesmas produzem! Essa é uma especificidade de vários tipos de microrganismos, incluindo os procariotos, que é uma forma interessante de se aglomerar para favorecer a sobrevivência. Um bom exemplo de bacterias que se aglomeram em biofilmes são as responsáveis pela cárie. Assim como qualquer célula viva, estão em constante interação com o meio e com outras células por vias químicas e mecânicas. Como também já foi dito antes, todas as células vivas possuem uma membrana celular, que é a estrutura que delimita o ambiente interno e externo da célula. Assim, qualquer comunicação entre esses ambiente envolve de alguma forma a membrana. Vamos ampliar agora para características de seres multicelulares:
1. Transporte de substâncias através da membrana plasmática: Toda membrana possui proteínas transmembrana, que nada mais são do que "proteínas de canal", inseridas na membrana, que a atravessam, permitindo a entrada e saída de determinados compostos e substâncias. Há de se pensar, então, que a entrada e saída é livre e indiscriminada, mas não: normalmente, as proteínas de canais são altamente seletivas e existe uma para cada íon, molécula ou substância. Por isso chamamos as membranas biológicas de seletivamente permeáveis. Por exemplo, a água entra e sai por um canal específico (aquaporinas), assim como a glicose, potássio, cloro, sódio, etc. Muitos deles demandam energia (ATP), como o sódio e potássio, e muitos fazem o que chamamos de transporte passivo de substâncias, como é o caso da água. A célula, através do transporte ativo, consegue manter gradientes eletroquímicos, que são fatores importantes para condução nervosa, contração muscular e outros processos vitais de um organismo. Além disso, ainda existem moléculas que não necessitam de transportadores para entrar ou sair da célula, como é o caso dos gases oxigênio e gás carbônico, que conseguem se difundir através da membrana. Ou seja, nesse caso, a célula não tem controle sobre as concentrações dos gases no ambiente interno e externo. Esses gases se movimentam pelos ambientes de acordo com as concentrações e pressões intra e extracelular. Aqui, vimos que as células controlam a entrada e saída de praticamente todas as substâncias químicas que estão no meio, sendo seletiva de acordo com necessidades metabólicas.
2. Exportação de substâncias: quando estamos falando de um organismo multicelular, estamos falando de algo muito complexo, com milhões de reações químicas simultâneas que de alguma forma se interligam. Os organismos tem muitas formas de comunicar grupos de células que estão perto ou longe, como vimos e veremos. Uma dessas formas é a exportação de substâncias produzidas na célula, que são principalmente proteínas e alguns lipídios. Quando pensamos em hormônios, estamos falando basicamente em proteínas e lipídios produzidos por grupos de células específicas em glândulas, que são exportadas para o ambiente extracelular (graças a uma organela chamada de complexo do Golgi) e levadas à corrente sanguínea. Quando estamos falando de fibroblastos, estamos falando de células que sintetizam e exportam colágeno e elastina (proteínas muito presentes no nosso tecido conjuntivo), além das glicosaminoglicanas e glicoproteínas multiadesivas que farão parte da matriz extracelular, isto é, vão formar tecido conjuntivo fora da célula e regular fatores de crescimento (divisão e diferenciação celular). Há células especializadas no estômago que secretam ácido clorídrico, ou células no intestino que secretam determinadas enzimas digestivas. Então, vimos alguns exemplos de células que exportam substâncias produzidas por elas, que vão interferir no metabolismo de outras células, próximas ou não. Toda ação em uma célula é, na verdade, uma reação à alguma sinalização química ou mecânica dada por outra célula ou substância.
3. Estruturas externas de comunicação:
3.1 Receptores de Membrana: Toda célula possui receptores químicos de membrana, que agem para interpretar sinais químicos do ambiente externo e desencadear determinadas respostas intracelulares. Ou seja, um hormônio como a insulina, produzida no pâncreas, quando passa a circular na corrente sanguínea, vai sinalizando a diversos grupos celulares determinada informação. No caso da insulina, é uma informação de que o corpo está em alta energética. Isso desencadeia diversas ações em células específicas, por exemplo: (i) síntese de glicogênio em grupos de células do fígado e rins, ou seja, ação anabólica de reserva de carboidrato; (ii) inibição das lipases, que são enzimas que quebram moléculas de gordura estocadas no nosso tecido adiposo, entre diversos outros efeitos. Muitos tipos de células humanas tem receptores específicos para a insulina nas suas membranas, assim que o hormônio se liga ao receptor, uma série de reações começa a acontecer no ambiente intracelular. O mesmo ocorre pra diversos outros hormônios e sinalizadores químicos, cada um com uma mensagem altamente específica. Então, em resumo, as células recebem informações através de hormônios, proteínas, substâncias específicas, que quando se ligam nos seus respectivos receptores na membrana, desencadeiam respostas intracelulares. Vale notar que a substância sinalizadora não precisa necessariamente entrar na célula para sinalizar, bastando apenas se ligar temporariamente aos receptores na face externa da membrana celular.
3.2. Glicocálix: As membranas de alguns tipos celulares de animais ainda possuem o que chamamos de glicocálix. Consistem em glicoproteínas que formam um muco gelatinoso que envolve a membrana. Ele pode funcionar como proteção mecânica e química, mas também como uma malha de retenção de nutrientes e enzimas, mantendo um microambiente adequado ao redor de cada célula. Além de tudo isso, pode conferir à célula, também, capacidade de se reconhecerem perante as semelhantes.
4. Junções celulares. Tem células que se comunicam fisicamente por junções comunicantes, aderentes ou de ancoramento, como alguns tipos de neurônios, células do xilema vegetal, tecido muscular cardíaco e em especial, o tecido epitelial. Guardadas as devidas diferenças entre estes três tipos, todas são como "pontes" proteicas que existe entre células que estão encostadas uma na outra, onde é permitida a troca mais facilitada de substâncias entre elas. Há células que são tão comunicadas umas com as outras que não possuem diferenças de composição em um citoplasma e o outro. O nome que damos a isso é "pseudosincício"
Essas são só algumas formas, mas, uma célula que compõe um organismo multicelular se comunicar com outros grupos e com as células arredores é, basicamente, a única forma de conseguir realizar suas funções. Tudo que uma célula que compõe um organismo multicelular faz, tem como objetivo final a homeostase e bom funcionamento do organismo, já que todas as suas ações são coordenadas por sinais fruto da interação com o meio. Esse é um princípio do funcionamento de um organismo multicelular. Nenhuma célula age para simples "benefício" próprio, uma vez que a sua sobrevivência depende da sobrevivência do organismo como um todo. A estrutura chave para toda essa comunicação ocorrer é a membrana plasmática, cujo todos os organismos possuem, mas com diferenças importantes de constituição e tipos de sinalizadores. Se dentro de um mesmo organismo as células de diferentes tecidos possuem vários conjuntos de receptores de membrana diferentes, imagine em diferentes organismos.
Como as células se comunicam com o ambiente externo e entre si?
Existe um hábito em diferenciar os transportes de substâncias passivo e ativo com base em "sem gasto de energia" e "com gasto de energia". Aqui pode residir um pequeno equívoco do ponto de vista físico da questão, vou explicar. Vamos utilizar duas premissas aqui: (i) energia é capacidade de realizar trabalho, (ii) nenhuma energia é jamais criada ou destruída, somente transformada, então não existe de fato "gasto" de energia e sim a sua transformação. Tá comigo?
O transporte passivo ocorre quando uma substância se locomove através da membrana em favor do gradiente de concentração, ou seja, do local mais concentrado para o menos concentrado, afim de "equilibrar". Isso pode significar, no imaginário, algo totalmente espontâneo, onde nenhuma energia é transformada, mas se a molécula se locomove de um lugar para outro, fica difícil sustentar essa ideia. Vamos pegar um exemplo para ilustrar: Se um objeto está no chão e você quer levantá-lo, tem que aplicar uma força para suspendê-lo, né? Mas se você está segurando uma bolinha a um metro do chão e simplesmente solta, sem aplicar nenhuma força, ela cai. Isso acontece por que quando ela estava alta, possuía uma energia potencial proporcional à gravidade, na medida que você solta, essa energia potencial vai sendo gradativamente transformada em energia cinética (de movimento) até que atinge o chão e essa energia cinética se transforma em energia sonora, dentre outras . Ou seja, mesmo que você não tenha aplicado nenhuma força e ela vai se movimentar de forma espontânea realizando uma transformação de energia.
A energia que dirige o transporte passivo é o aumento da entropia. Isso significa dizer que a célula não precisa usar a sua energia química (ATP) para realizá-la, pois segundo a segunda lei da termodinâmica, a entropia sempre tende ao infinito. Ou seja, os eventos espontâneos sempre tendem à maior desordem possível. Então, não é que uma energia não seja mobilizada para que esse transporte ocorra, mas que simplesmente não vem da energia química da célula.
Transporte passivo e ativo: qual a diferença, afinal?
Uma célula animal, modelo que estamos usando por enquanto, às vezes pode parecer um saco de citoplasma e organelas envolto por uma fina membrana. A pergunta que fica é, como essa estrutura se sustenta e não rompe? Na realidade, estas células mais parecem um emaranhado de proteínas de sustentação por dentro, que tem a função de manter a forma, permitir o movimento da célula e o movimento de substâncias dentro da célula. é o CITOESQUELETO. Eu sempre chamo atenção para os nomes né, que na Biologia guardam muito da função que tem. Cito é um prefixo ligado à célula (afinal, o que estamos falando nesta seção de citologia?) e esqueleto, faz referência ao que sustenta. Consiste em uma malha composta por um conjunto de três tipos diferentes de filamentos proteicos fibrosos: microtúbulos, filamentos intermediários e microfilamentos. Fica abrigada no citoplasma, logo abaixo da membrana plasmática das células eucariotas.
Chamamos esta estrutura de citoesqueleto, que assim como o nosso esqueleto, tem a função de sustentação. Os microtúbulos dão formato à célula, guiam o movimento das organelas e separam os cromossomos nas células em divisão. Os filamentos intermediários sustentam o formato da célula e fixam as organelas no local. Os microfilamentos são bastões finos que funcionam na contração muscular, no movimento ameboide, no fluxo citoplasmático e no suporte dos microtúbulos. Ao lado, um vídeo que mostra um pouco do ambiente intracelular na perspectiva do citoesqueleto. Para sustentar a forma da célula, por exemplo, os microfilamentos se acumulam próximos à membrana celular e se ligam às proteínas da membrana, formando uma rede interna de sustentação.
Você deve saber que as células voltadas para o interior (luz) do intestino possuem microvilosidades, que são dobraduras de membrana para aumentar a área de contato para maior absorção de nutrientes. Mas, você sabe como são esses microvilos internamente? Como eles se sustentam? Na imagem ao lado fica claro as estruturas de citoesqueleto que fazem esse trabalho: filamentos de actina paralelos, ligados mais internamente à filamentos intermediários. Assim como os microvilos, diversas outras estruturas na célula, internas ou projetadas para o exterior dependem da sustentação do citoesqueleto. O citoesqueleto também participa muito ativamente dos processos de divisão celular, auxiliando nos movimentos, separação dos cromossomos, citocinese (separação das células-filhas), e outros.
Às células procarióticas falta um citoesqueleto bem desenvolvido, limitando, assim, a extensão na qual elas podem manter formas assimétricas ou alteradas ao longo do tempo. Abaixo, basta dar play para olhar melhor a dinâmica de carregamento de estruturas e partículas dentro da célula através dos microtúbulos.
Como as células sustentam a sua estrutura?
A primeira coisa que parece necessário demarcar aqui é: nem todas as células dependem de oxigênio para viver. Vemos células aeróbias obrigatórias, isto é, que necessitam do gás oxigênio para a respiração celular e não conseguem viver sem ele. Também há anaeróbios obrigatórios, que ao contrário das primeiras, se entrarem em contato com o oxigênio morrem; este gás é como um veneno para seu metabolismo. Estas células obtém energia exclusivamente por fermentação e não por respiração celular. Existem, ainda, células que realizam respiração anaeróbia. Calmaí, como assim? Para entender como isso é possível temos que entender qual é, de fato, a função específica do oxigênio na respiração aeróbica. Ele funciona como molécula aceptora final de elétrons na Cadeia Transportadora de Elétrons (CTE), etapa última da respiração celular. Eu explico melhor esse fenômeno em uma outra seção do site, vai lá depois ver. Desta forma, outras moléculas podem realizar funções semelhantes para um indivíduo realizar respiração independente de oxigênio, como íons Nitrato (NO3) ou íons Sulfato (SO4). Então a respiração anaeróbia consiste em organismos que respiram substâncias que não são oxigênio, como por exemplo o nitrato e o sulfato. Ainda observamos outra situação: os aeróbios facultativos, que em ambientes onde o oxigênio é presente, ele realiza respiração aeróbica; onde é ausente, realizam fermentação ou respiração anaeróbia. Algumas das nossas células musculares são aeróbias facultativas, o que falo em outra seção aqui no site também. Para não confundir os termos você tem que fazer as seguintes distinções: 1) aeróbio x anaeróbio: é algo que depende de oxigênio ou não. 2) respiração: processo que compreende sucessivas oxidações de biomoléculas com o fim de extrair energia química nelas contidas para utilizar em outros processos bioquímicos da célula. Ou seja, a priori nada a ver com o oxigênio. Por isso a respiração celular pode envolver o oxigênio como aceptor final (respiração aeróbia) ou outros compostos (respiração anaeróbia). A vida na Terra já existia quando a concentração de Oxigênio na atmosfera era irrisória, sendo a respiração aeróbica um processo bioquímico que se originou e sofisticou depois do incremento deste gás na composição gasosa da atmosfera (hoje corresponde a aprox. 21%).
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"Por exemplo, algumas arqueobactérias chamadas metanogênicas podem usar dióxido de carbono (CO2) como o aceptor final de elétrons, produzindo metano (CH4) como subproduto. Metanogênicos são encontrados no solo e no trato digestivo de ruminantes, um grupo de animais que inclui vacas e ovelhas. Similarmente, bactérias redutoras de sulfato e arqueobactérias usam o sulfato como aceptor final, produzindo sulfeto de hidrogênio (H2S) como subproduto. A imagem [ao lado] é uma fotografia aérea de águas costeiras e as manchas verdes indicam o crescimento excessivo de bactérias redutoras de sulfato."
Uma vez compreendido que nem todas as células necessitam de oxigênio, vamos focar no contexto da célula animal modelo novamente. Como já dissemos lá em cima, os gases conseguem se difundir pela membrana, não necessitando de nenhum transportador ou gasto de energia para entrar ou sair da célula.
Entretanto, como esses gases sequer chegam às células? Pensando num vertebrado terrestre, como a girafa, rinoceronte ou colibri, estes animais obtém o oxigênio através da hematose que ocorre na respiração pulmonar. Esse oxigênio se
difunde para o sangue e é carregado pelas hemácias por toda a corrente sanguínea. Os vasos sanguíneos irrigam todo o comprimento do corpo, o que é crucial para que o oxigênio seja levado desde o cérebro, até as células da musculatura da patinha. A respiração pulmonar é uma forma de obter, do ar, o oxigênio que as células de todo o corpo necessitam para realizar a respiração celular. Se pensarmos num vertebrado aquático, como um tubarão ou arraia, estes animais obtém o oxigênio através da hematose que ocorre na respiração branquial, que é a sua forma de obter o oxigênio dissolvido na água, para fornecê-lo à todas as células de seu corpo a fim de que elas realizem também a respiração celular. Os anfíbios realizam dois tipos de respiração: pulmonar, como os outros vertebrados, e a cutânea, onde os gases se difundem através da pele úmida do animal quando ele está em ambiente aquático. Esponjas, minhocas e águas-vivas são outros exemplos de animais que realizam respiração cutânea. Ou seja, o que quero dizer até aqui é que existem várias formas de internalizar os gases, seja por órgãos altamente especializados, seja por difusão simples e condução célula a célula dos gases. O objetivo final é sempre o mesmo: fornecer gás oxigênio para toda as células do corpo e eliminar o gás carbônico, que é um subproduto tóxico da respiração celular.
Agora, para que elas precisam do gás oxigênio? Como já adiantei antes, o oxigênio só participa do processo de respiração no final, como aceptor final na Cadeia Transportadora de Elétrons. Ele é um aceptor final excelente, se comparado com outros, pois é bem eletronegativo, então tem uma alta atração pelos elétrons. Dizemos que o O2 tem o maior potencial redutor dentre todos os aceptores finais possíveis. Dessa forma, a oxidação total de uma molécula de glicose na respiração aeróbica rende 34 a 38 ATPs, enquanto a oxidação parcial na fermentação, que é um processo não-respiratório e anaeróbico, rende 2 ATPs. Processos respiratórios anaeróbicos onde são usados outros compostos senão o oxigênio como aceptor final também rendem menos energia que a respiração aeróbica.
Onde os processos da respiração celular aeróbica ocorrem? Todas as reações ocorrem dentro da célula. Os processos de oxidação da glicose ocorrem no citoplasma, enquanto o ciclo de Krebs e a cadeia transportadora de elétrons (CTE) ocorrem dentro das mitocôndrias. Então, por isso, esta organela é conhecida como a "usina de energia" das células: lá, ocorrem a maioria dos processos da respiração celular, processo catabólico onde a célula gera energia (ATP). As células procariotas obviamente não possuem mitocôndrias, então como produzem energia? Nesse caso, todos os processos ocorrem no citoplasma e a cadeia transportadora de elétrons que, nos eucariotos acontece nas cristas mitocondriais, nos procariotos é realizada na membrana plasmática mesmo.
Como as células respiram?
Já caiu no ENEM de 2016 uma poética descrição das mitocôndrias como endossimbiontes. Dá uma olhada:
"Suavemente revelada? Bem no interior de nossas células, uma clandestina e estranha alma existe. Silenciosamente, ela trama e aparece cumprindo seus afazeres domésticos cotidianos, descobrindo seu nicho especial em nossa fogosa cozinha metabólica, mantendo entropia em apuros, em ciclos variáveis noturnos e diurnos. Contudo, raramente ela nos acende, apesar de sua fornalha consumi-la. Sua origem? Microbiana, supomos. Julga-se adaptada às células eucariontes, considerando-se como escrava - uma serva a serviço de nossa verdadeira evolução.
McMURRAY, W. C. The traveler. Trends in Biochemical Sciences, 1994 (adaptado)".
Já deu no ENEM
Como as células digerem?
Bom, já comentamos como os gases, íons e outras moléculas passam através da membrana, mas existem partículas grandes ou potencialmente perigosas que entram de outra forma. Elas entram (endocitose) e saem (exocitose) das células em vesículas, isto é, pequenos sacos membranosos importantes para isolar tal material do conteúdo intracelular. A substância que entra na endocitose (esse nome lembra fagocitose, né? É porque fagocitose é um tipo de endocitose) adentra envolta por uma membrana oriunda da própria membrana celular, já que esse processo é feito por uma invaginação que "engole" o material. Esta vesícula que se forma é chamada de vacúolo alimentar e seu conteúdo, até o momento, é material extracelular, certo? O que ocorre é que este material não pode ficar ali inerte por décadas e precisa ser de fato digerido. Mas como isso vai ser feito dentro do vacúolo alimentar se seu conteúdo é 100% de material extracelular? Então, os lisossomos se fundem com o vacúolo alimentar para liberar enzimas que vão digerir/hidrolisar o conteúdo.
No que consistem os lisossomos e como são formados? Os lisossomos são sacos membranosos que contém enzimas hidrolíticas capazes de digerir macromoléculas. Essas enzimas são sintetizadas a partir do próprio DNA nuclear e "ensacadas" pelo Complexo de Golgi. O interior do lisossomo tem ambiente ácido, diferente do citoplasma, que é neutro. Observe como a todo momento a fisiologia das células nos lembra a importância das membranas: graças a ela é possível distinguir o pH entre esses dois ambientes. Isso é importante pois as enzimas lisossomais tem o pH ácido como ideal, não funcionando bem em pH neutro; ou seja, se o lisossomo se romper, escoando seu conteúdo, as enzimas liberadas têm pouca chance de digerir as macromoléculas da própria célula (autofagia), já que terão sua atividade deprimida devido à mudança de pH. Isso é uma forma de proteger as organelas e moléculas importantes para a célula caso algum lisossomo venha a se romper.
Como ocorre a digestão de fato? Depois que o vacúolo alimentar se forma, mediante processo que explicamos no início, o lisossomo se funde à este vacúolo pra liberar suas enzimas lá dentro. Os produtos de digestão, incluindo açúcares simples, aminoácidos e outros monômeros são "inofensivos" e passam para dentro do citoplasma e tornam-se nutrientes celulares.
Em que situações uma célula realiza digestão intracelular? Diversos organismos unicelulares utilizam a fagocitose para se alimentar, quando englobam organismos menores ou partículas de alimento (primeiro vídeo ao lado). No caso das maioria das células humanas, por exemplo, o "alimento" (açúcares) entra por transportadores específicos, não sendo necessário endocitar. A digestão ainda é vista em células especializadas de multicelulados, como as células de defesa (glóbulos brancos) que conhecemos como macrófagos. Estas engolfam organismos potencial ou iminentemente perigosos e os destrói utilizando os lisossomos (segudo vídeo ao lado).
A célula pode se autodigerir? "Os lisossomos também utilizam suas enzimas hidrolíticas para reciclar o próprio material orgânico da célula, processo chamado de autofagia (fagia é um sufixo relacionado à alimentação, enquanto auto é se refere a infligir algo a si próprio). Durante a autofagia, uma organela danificada ou pequenas quantidades de citosol são envoltas por uma membrana dupla (de origem desconhecida), e ocorre a fusão de um lisossomo com a membrana externa dessa vesícula (segunda imagem). As enzimas lisossomais decompõem o material confinado, e os pequenos compostos orgânicos são liberados para o citosol para reutilização. Com o auxilio dos lisossomos, a célula se renova continuamente. Uma célula hepática humana, por exemplo, recicla metade das macromoléculas a cada semana". Outra maneira da célula entrar e autodigestão é pela ruptura de uma grande quantidade de lisossomos simultaneamente, o que alteraria o pH do citoplasma e manteria enzimas hidrolíticas ativas.
No primeiro vídeo, pare e pense na importante função que o citoesqueleto tem na fagocitose, não é? A célula precisa remodelar sua forma e projetar pseudópodes para envolver o material ou organismo. Essa projeção é sustentada pelo citoesqueleto!
No segundo vídeo, remontamos novamente à importância da membrana como mediadora da comunicação a célula com o meio. Ela também trabalha no reconhecimento do fagócito, como o vídeo comenta aos 45''.
Como as células controlam seus processos?
Direta ou indiretamente, todos os comandos e processos da célula são coordenados por informações genéticas, isto é, contida no DNA. Ao contrário do que muitos acreditam, o material genético presente no núcleo celular não é o único que a célula tem. Existe o que chamamos de DNA extranuclear, presente em organelas como mitocôndria e cloroplastos [a segunda apenas nos vegetais].
Essas organelas possuem DNA próprio, que possuem genes que codificam proteínas e enzimas principalmente relacionados aos processos que elas executam para a célula (respiração celular e fotossíntese, respectivamente). Isso foi explicado pela teoria da endossimbiose, que já citamos lá em cima.
Feita essa ressalva, vamos falar um pouco do núcleo. Esse nome remete, na cultura popular, ao que concentra e controla e essa, de fato, é a missão do núcleo. Isso pois dentro dele se encontra o principal material genético dos organismos vivos: o DNA. O número de cromossomos varia entre os seres de diferentes espécies (maioria das bactérias têm um, porcos têm 40, humanos têm 46, borboletas têm 380, etc).
De todo modo, em todos os eucariotos esse DNA fica organizado e protegido dentro de um espaço delimitado por uma membrana dupla chamada envoltório nuclear. Essa membrana tem constituição muito semelhante à da célula [explicado pela teoria da invaginação de membranas lá em cima], também possuindo receptores e poros, por onde pode trocar substâncias e moléculas com o citoplasma. Falei que o núcleo protege o DNA, né? Toda membrana seletivamente permeável, ao isolar parcialmente os ambientes interno e externo permite que sejam cultivadas diferenças de constituição iônica, pH e processos metabólicos. Os ribossomos, por exemplo, são sintetizados no núcleo e saem por poros específicos para atuar no citoplasma, onde podem ficar livres ou aderidos ao Retículo Endoplasmático Rugoso (RER). No núcleo, o DNA não está organizado na forma condensada do cromossomo (foto ao lado), mas na forma de cromatina, parcialmente descondensada, ou seja, mais "frouxa". Isso ocorre para que este material consiga ser "lido", como explico na sessão de genética, para sintetizar proteínas e enzimas. Estas proteínas e enzimas fazem parte de todas as estruturas e vias metabólicas celulares.
O que eu vou falar em seguida demanda algum conhecimento de genética, então recomendo que se você veio para cá antes de ter estudado e entendido bem o assunto de genética, dá esse stop lá antes.
O processo de transcrição envolve dezenas de enzimas para gerar uma fita de RNA mensageiro (mRNA) moldado a partir de um gene específico no DNA. Esse mRNA depois, sai do núcleo pois necessita ser traduzido, processo realizado pelos ribossomos. Se você perceber, em todos os esquemas de célula eucariótica vemos o Retículo Endoplasmático Rugoso (RER) envolta do núcleo. Ele tem esse nome graças ao aspecto "rugoso" que os milhões de ribossomos aderidos à membrana o fazem ter. Isso não é por acaso: o núcleo, RER e complexo de Golgi formam um sistema complexo de síntese de proteínas de exportação (aquelas que são secretadas pela célula, como insulina e enzimas digestivas). As proteínas e enzimas que vão atuar dentro da célula são sintetizadas pelos ribossomos livres no citoplasma. Então são sempre os ribossomos que vão realizar a tradução, mas se for uma proteína de exportação, do lisossomo ou da membrana plasmática são os ribossomos aderidos à membrana do RER que vão fazê-lo, para depois eles serem ensacados no complexo de Golgi para serem exportados; se for uma proteína intracelular, são os ribossomos livres do citoplasma.
