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I.M.T. – Instituto de Medicina Tradicional DEPARTAMENTO DE ESTUDOS SUPERIORES Rua Alfredo Trindade, N.º 4-A – 1600-407 LISBOA – Tel. 213 304 965/6 – www.imt.pt CURSO GERAL DE NATUROPATIA E CIÊNCIAS TRADICIONAIS HOLÍSTICAS DISCIPLINA DE BIOLOGIA Ano letivo 2014-2015 Profª. Teresa Semedo Lemsaddek

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  • I.M.T. Instituto de Medicina Tradicional DEPARTAMENTO DE ESTUDOS SUPERIORES

    Rua Alfredo Trindade, N. 4-A 1600-407 LISBOA Tel. 213 304 965/6 www.imt.pt

    CURSO GERAL DE NATUROPATIA E CINCIAS TRADICIONAIS HOLSTICAS

    DISCIPLINA DE BIOLOGIA

    Ano letivo 2014-2015

    Prof. Teresa Semedo Lemsaddek

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    BIOLOGIA 1 ano (2014/2015)

    i

    CONTEDO PROGRAMTICO DA CADEIRA DE BIOLOGIA

    1. Organizao funcional do corpo humano A clula entidade bsica da vida Tecidos rgos Sistemas

    2. Citologia (morfologia e fisiologia celulares) Generalidades Tipos de clulas A clula eucaritica

    o Membrana o Citoesqueleto o Especializaes da membrana citoplasmtica o Ncleo e nuclolo o Mitocndrias o Retculos e ribossomas o Sistema de Golgi o Lisossomas o Vesculas e vacolos o Outros organelos

    O ciclo celular mitose e meiose Diferenciao celular Renovao, regenerao e cancro Conceito de apoptose

    3. Embriologia humana Gmetas e fertilizao Segmentao e implantao Formao das camadas germinativas e dos derivados extraembrionrios

    o Estado de blstula o Gastrulao e os 3 folhetos embrionrios o Induo primria do sistema nervoso o Membranas extra embrionrias

    Situaes patolgicas associadas embriognese

    4. Histologia Classificao geral dos tecidos

    o Epitlios o Tecidos conjuntivos o Tecido nervoso o Tecidos musculares

    Tecidos epiteliais o Classificao

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    BIOLOGIA 1 ano (2014/2015)

    ii

    o Membrana basal o Contactos intercelulares o Modificaes da superfcie celular o Glndulas o Histognese o Renovao

    Tecidos conjuntivos o Classificao o Fibras o Matriz extra celular e substncia fundamental o Clulas

    Tecido adiposo o Tecido adiposo branco e sua regulao o Tecido adiposo castanho

    Tecido cartilagneo o Cartilagem hialina o Cartilagem elstica o Fibrocartilagem o Histofisiologia

    Tecido sseo o Classificao e estrutura dos ossos o Tipos de tecido sseo o Remodelao do osso o Fraturas e sua reparao

    Sangue o Plasma o Clulas sanguneas o Hematopoiese o Hemostase e mecanismos de coagulao do sangue

    Tecidos musculares o Tecido muscular estriado

    Mecanismo da contrao muscular Energtica da contrao muscular

    o Tecido muscular cardaco o Tecido muscular liso

    Tecido nervoso o Neurnios o Sinapses o Clulas de suporte o Organizao do tecido nervoso

    Substncia cinzenta Substncia branca Meninges Barreira hemato-enceflica

    o Reparao e regenerao do tecido nervoso

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    BIOLOGIA 1 ano (2014/2015)

    iii

    Doenas associadas aos tecidos

    5. Gentica humana Noo de gene, gentipo e fentipo Expresso da informao gentica o Cdigo Gentico Princpios bsicos da transmisso gentica

    o Hereditariedade autossmica o Hereditariedade ligada aos cromossomas sexuais o Dominncia incompleta e codominncia o Alelos mltiplos

    Alteraes do material gentico mutaes Mecanismos de reparao do DNA Principais doenas genticas O cancro como doena gentica Aconselhamento gentico

    6. Biorritmos Tipos de ritmos biolgicos Os relgios biolgicos e a cincia ocidental A perturbao dos ritmos biolgicos Os relgios biolgicos e a cincia oriental A Naturopatia e os biorritmos

    7. A Autorregulao A nvel celular O corpo humano como sistema biolgico

    8. O Homem em equilbrio com a Natureza

    BIBLIOGRAFIA

    AZEVEDO, Carlos, Editor, Biologia Celular e Molecular, 3 Ed., Lidel, edies tcnicas, 1999

    BERKALOFF, Andr, Bourguet, Jacques, Favard, Pierre & Guinnebault, Maxime, biologia e Fisiologia Celular, Editora Edgard Blcher Ltda, 1972

    BERKALOFF, Andr, Bourguet, Jacques, Favard, Pierre & Lacroix, Jean-Claude, Biologie et Physiologie Cellulaires, Hermann Collection Mthodes, 1981

    BISHOP, J. Michael & Weinberg, Robert A. Editors, Scientific American Molecular Oncology, 1996

    BURKITT, H.G., Young, B. & Heath, J.W., Wheaters Functional Histology A Text and Colour Atlas, 3rd Ed., Churchill Livingstone, 1993

    CARLSON, Bruce M., Human Embriology and Developmental Biology, Mosby, 1994

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    BIOLOGIA 1 ano (2014/2015)

    iv

    CARNEIRO, A. P., Controlo Homeosttico no Organismo Humano, Livraria Escolar Editora, 1987

    DIAS DA SILVA, A., Gramaxo, Fernanda, Santos, Maria Ermelinda, Mesquita, Almira Fernandes & Baldaia, Ludovina, Cincias da Terra e da Vida Terra, Universo de Vida 1 Parte Biologia, 11 ano, Porto Editora, 2000

    FAWCETT, Don W. & Jensh, Ronald P., Concise Histology, 2nd Ed. Arnold, 2002

    GUERNER DIAS, A., Amandi, Dalila, Xavier, Lus, Guimares, Paula, Rocha, Paulo & Almeida da Silva, Rubim, Cincias da Terra e da Vida 10 ano, Areal Editores, 1999

    GUYTON, Arthur C. & HALL, John E., Textbook of Medical Physiology, 10th Ed., Saunders, 2000

    MOORE, Keith L. & Persaud, T.V.N., The Developing Human Clinical Oriented Embriology, 6th Ed., W. B. Saunders Company, 1998

    ROSS, Michael H., Romrell, Lynn J. & Kaye, Gordon I., Histology A Text and Atlas, 3rd Ed., Williams & Wilkins, 1995

    SEELEY, Rod R., Stephens, Trent D. & Tate, Philip, Anatomia & Fisiologia, Lusodidacta, Lisboa, 1997

    STEVENS, Alan & Lowe, James, Human Histology, 2nd Ed., Mosby, 1997 STRYER, Lubert, Biochemistry, W. H. Freeman & Co., 3rd ed., 1988

    A Docente

    Teresa Semedo Lemsaddek

    Nota: O presente programa poder vir a sofrer eventuais alteraes em funo das necessidades do Curso e dos avanos cientficos.

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    BIOLOGIA 1 ano (2014/2015)

    v

    PREMBULO

    Uma Sebenta destina-se a apoiar o estudo do aluno. Embora inclua

    toda a matria do programa da cadeira, no exaustiva, podendo

    ultrapassar, nalguns aspetos, os conhecimentos indispensveis avaliao,

    servindo, mais tarde, como elemento de consulta.

    Uma Sebenta no pretende substituir a assistncia s aulas por um

    lado, algumas rubricas programticas podero, eventualmente, no seguir a

    par e passo a Sebenta. Por outro, torna-se, por vezes, necessrio dar

    matrias complementares que no esto na Sebenta, no deixando, por essa

    razo, de ser indispensveis avaliao.

    A Sebenta poder acompanhar diariamente o aluno, mas no substitui

    os apontamentos pessoais obtidos durante a aula, e constitui um

    complemento de outros materiais de estudo fornecidos pelo docente.

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    BIOLOGIA Ano le t ivo 2014-2015 1

    SEBENTA DE BIOLOGIA

    Introduo Biologia a cincia que estuda os seres vivos. O termo deriva de duas palavras gregas: bos, que significa vida e lgos, que significa estudo de. Na realidade, a Biologia um conjunto de cincias que tm por objetivo estudar os fenmenos vitais. Por exemplo, a Botnica ocupa-se do estudo das plantas, a Zoologia do estudo dos animais, a Microbiologia do estudo dos microrganismos, a Micologia do estudo dos fungos, a Biologia Molecular do estudo das molculas biolgicas, etc. A lista longa, e, por essa razo, um bilogo dever ser, necessariamente, um cientista com uma viso globalizante do mundo vivo, embora possa ser um microbiologista, um botnico, um zologo, etc., em funo da sua especializao. difcil estabelecer fronteiras entre as vrias disciplinas que compem a Biologia, pelo que nela que se incluem todas as reas do conhecimento que contribuem para o estudo dos seres vivos. Aqui, tambm, vamos incluir Citologia (estudo da clula), Embriologia (estudo das primeiras fases do desenvolvimento humano), Histologia (estudo dos tecidos), Gentica (estudo da hereditariedade) e Biorritmos (estudos dos ritmos biolgicos).

    Captulo 1 Citologia A citologia (do grego: ktos, clula + logos) ocupa-se do estudo das clulas, como se deduz da anlise etimolgica. O termo clula deve-se a Robert Hooke que, h mais de 350 anos observou, pela primeira vez, em cortes de cortia, pequenas cavidades a que chamou cellulae. Estas cavidades so, na realidade, clulas mortas e vazias, cuja parede se apresenta espessada. Hooke tambm observou a estrutura celular em partes verdes de plantas.

    Breve Histria da Teoria Celular dos Seres Vivos A teoria da constituio celular dos seres vivos, que representa um dos fundamentos da Biologia, s podia ser estabelecida e introduzida depois de os aperfeioamentos da tica terem permitido ao homem estudar os tecidos dos animais e das plantas. Por isso, a histria da clula e dos tecidos contempornea da histria da microscopia. Foi essencialmente no sculo

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    XVII que teve incio a luta cientfica do conhecimento do infinitamente pequeno e do infinitamente distante. Marcello Malpighi (1628-1694), nascido prximo de Bolonha e um dos primeiros microscopistas, era mdico, anatomista e botnico. Foi o primeiro a observar capilares sanguneos, a descrever os lbulos hepticos e os corpsculos renais que tm o seu nome. Estudou, tambm, a circulao do bao e o desenvolvimento embrionrio do pinto. Outro precursor dos estudos microscpicos foi o holands Anthony van Leeuwenhoek (1632-1723), que nasceu e viveu em Delft. Os seus microscpios eram extremamente simples, mas de difcil manejo devido exiguidade de campo. A lente era uma simples esfera de vidro polido. No entanto, descreveu o olho composto dos insetos, descobriu a partenognese dos pulges, estudou o desenvolvimento de formigas e pulgas, observou algas, protozorios, espermatozoides humanos e, possivelmente, bactrias. Robert Hooke (1635-1703), de nacionalidade inglesa, deve considerar-se um dos fundadores da microscopia, ocupando o primeiro lugar na histria da teoria celular dos seres vivos e da citologia por ter sido, como se disse, quem empregou, pela primeira vez, a palavra clula com aceo cientfica. Quem enunciou, pela primeira vez, a teoria celular dos seres vivos foi Lorenzo Oken (1779-1851), pensador alemo, cujas doutrinas se baseavam na observao, tendo escrito no seu livro Die Zeugung (A Gerao), publicado em 1805: Todos os organismos nascem de clulas e so formados por clulas. Um passo muito importante no conhecimento da clula foi dado por Robert Brown, em 1831, ao descrever, nas clulas vegetais, um corpsculo sempre presente o ncleo. Este j havia sido observado e descrito por outros, nomeadamente Leeuwenhoek, mas foi Brown quem se apercebeu da sua presena constante nas clulas. Os estudos de Mathias Jacob Schleiden (1804-1881) e Theodor Schwann (1810-1882) representam um passo decisivo na evoluo da teoria celular, apesar de ser imperfeita e conter erros fundamentais, principalmente o de se considerar a clula uma cavidade vazia. Hugo von Mohl (1805-1872), professor de Botnica em Tbingen, quem, em 1846, divulga a palavra protoplasma (do grego: protos, primeiro + plasm, forma o que se forma primeiro), empregada, pela primeira vez, em 1839, por Johannes Evangelista Purkinje.

    O ano de 1861 reveste-se de particular importncia na histria da teoria celular. Max Schultze, professor de Anatomia em Bona, deu uma

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    definio de clula que teve grande repercusso cientfica: clula uma pequena massa de protoplasma nucleada. Dois grandes nomes da cincia mdica constituem os pilares sobre os quais se apoia a teoria celular dos seres vivos: Albrecht von Klliker (1817-1905) e Rudolf Virchow (1821-1902). O primeiro, de nacionalidade suia e professor de Anatomia em Wrzburg, estudou a composio celular de todos os tecidos e rgos, considerando-se o fundador da Histologia, tendo publicado o primeiro tratado desta nova cincia em 1852. Virchow estudou a estrutura das leses, sendo o fundador da anatomia patolgica moderna. Demonstrou que aquelas tambm tm estrutura celular e representam a consequncia de alteraes funcionais e morfolgicas das clulas, dos tecidos e dos rgos. Dessa forma, transportou a doena para o nvel celular. dele a lei do desenvolvimento contnuo, segundo a qual toda a clula provm de outra clula (omnis cellula e cellula), da mesma forma que todo o ser vivo provm de outro ser vivo (omne vivum e vivo). Esta ltima frase deve-se a Pasteur (1859).

    A clula generalidades A clula a unidade estrutural e funcional de todos os seres vivos. Cada clula um espao rodeado por uma membrana e ocupado por citoplasma organizado, o qual desempenha vrias funes vitais de uma forma coordenada e sistemtica. Uma clula perpetua-se a si prpria sintetizando novos componentes a partir de nutrientes existentes no meio circundante. Deste modo, cada clula a mais pequena unidade de vida que mantm funes vitais de uma forma relativamente independente. Estas funes incluem respirao, sntese de macromolculas, mobilidade, irritabilidade e reproduo. Em organismos complexos, uma clula pode diferenciar-se para realizar funes altamente especializadas e, por isso, tornar-se dependente de outras clulas, relativamente a funes menos especializadas. As dimenses das clulas variam de 0,5 m (1 micrmetro = 1 milionsimo do metro 10-6m), nas bactrias, por exemplo, a alguns centmetros de dimetro nos ovos das aves. De uma maneira geral, nos organismos pluricelulares, as clulas so microscpicas, tendo, em mdia, 10 a 30 m de dimetro.

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    Tipos de clulas Todas as clulas possuem membrana e citoplasma e, embora a maioria possua ncleo, nalgumas delas esta estrutura no existe individualizada. Por essa razo, uma importante classificao das clulas em funo da presena ou da ausncia de ncleo divide-as em clulas procariticas (do grego: pro, antes + kryon, ncleo) e eucariticas (do grego: eu, verdadeiro + kryon). As clulas procariticas so consideradas mais primitivas as bactrias e as Cianofceas (antigamente designadas algas azuis) so os seres vivos cujas clulas pertencem a este tipo. Os seres vivos compostos por clulas eucariticas podem ser unicelulares (protozorios, algumas algas, por exemplo) ou pluricelulares (plantas, fungos e animais). A figura 1 mostra alguns tipos de clulas. O objeto do nosso estudo ser a clula eucaritica animal.

    Fig. 1 Vrios tipos de clulas procariticas e eucariticas. Notar que se trata de uma representao esquemtica sem qualquer escala.

    A clula eucaritica animal Sempre compostas por membrana, citoplasma e ncleo, as clulas eucariticas gozam de grande polimorfismo, ou seja, apresentam forma

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    variada. Alm disso, nos organismos pluricelulares, as clulas podem estabelecer contacto entre si de diferentes maneiras.

    Para facilitar a compreenso do funcionamento de uma clula, possvel fazer a analogia entre esta e uma fbrica. Todas as fbricas possuem determinadas caractersticas, assim como paredes para proteo, portas de acesso e de sada, maquinaria especializada no fabrico de determinados produtos e seces de embalagem e armazenamento. Por outro lado, tem de haver fornecimento de energia e tratamento de resduos. Todo o sistema controlado pelos escritrios (Fig. 2 A).

    Numa clula, a membrana funciona como proteo e controlo de entradas e sadas, o ncleo como controlador de todo o sistema, sendo as outras tarefas desempenhadas por estruturas especializadas chamadas organelos celulares (Fig. 2 B).

    A B Fig. 2 Esquema de uma fbrica (A) e de uma clula (B) mostrando a analogia dos seus elementos. No diagrama da clula, os organelos correspondem, sensivelmente, localizao ocupada pelos departamentos da fbrica.

    Os organelos celulares ocupam, assim, grande parte do citoplasma de uma clula. Mas, o que , afinal, o citoplasma? Situado entre a membrana e o ncleo e no seio do qual se encontram dispersos os organelos celulares, o citoplasma composto essencialmente por gua (85%), protenas (enzimas e protenas estruturais), vrios tipos de RNA (cido ribonucleico), glcidos, aminocidos, nuclesidos, nucleticos, compostos do metabolismo intermedirio e ies. Tambm podem existir incluses lipdicas e partculas

    Embalagem

    Armazm

    Fornecimento de energia

    Tratamento de desperdcios

    Produo

    Escritrios

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    de glicognio. Para alm de ser um reservatrio de combustveis e materiais de construo, nele se efetuam algumas reaes bioqumicas de anabolismo e catabolismo.

    Ao microscpio tico, o citoplasma tem uma aparncia homognea e transparente, pelo que tambm conhecido pelo nome de hialoplasma (do grego, halos = vidro + plasma). Para alm do ncleo, o citoplasma contm uma rede membranosa chamada retculo endoplasmtico, mitocndrias, complexo de Golgi, ribossomas e outros organelos que a seguir estudaremos. A figura 3 representa uma clula humana num modelo tridimensional.

    Fig. 3 Esquema simplificado de uma clula animal. Seeley et al., 2001.

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    Membranas Biolgicas Tanto a membrana celular como a membrana que envolve os organelos apresenta estrutura e composio qumica semelhantes. So constitudas por uma bicamada de fosfolpidos qual se associam protenas. primeira deve-se a impermeabilidade da membrana gua e a molculas hidrossolveis. As protenas so responsveis pela maioria das funes biolgicas das membranas. Podem atravessar completamente a espessura da bicamada lipdica (protenas integrais) ou estarem associadas apenas a um dos seus folhetos (protenas perifricas). As protenas integrais podem assumir estruturas variadas, formando canais que controlam a passagem de outras molculas, por ao qumica ou eltrica (Fig. 4). A espessura das membranas varia entre 6 e 9 nm (1 nanmetro = 1 milionsimo de milmetro 10-9 m).

    A B

    Fig. 4 Tipos de canais formados por protenas integrais. Notar que em B o canal formado por vrias subunidades. Guerner Dias et al., 1999.

    Os fosfolpidos existentes nas membranas so, principalmente, a fosfatidilcolina, a esfingomielina, a fosfatidiletanolamina e a fosfatidilserina, sendo esta ltima molcula a nica que apresenta carga negativa a pH fisiolgico. Para alm de fosfolpidos, as membranas tambm contm colesterol. Ambos os tipos de molculas apresentam grande mobilidade nas membranas (difuso lateral), podendo tambm sofrer movimentos de flip-flop, isto , saltarem de um folheto para o outro da membrana. As protenas de membrana tambm esto sujeitas a movimentos de rotao e de deslocamento lateral, mas no a movimentos de flip-flop. Ao microscpio eletrnico (m.e.), as membranas biolgicas apresentam aspeto semelhante duas linhas electrodensas negras e paralelas separadas por um fino intervalo electrotransparente. Esta linha

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    clara intermdia corresponde regio hidrofbica da bicamada lipdica. Este perfil trilaminar denominado por unidade de membrana.

    O transporte de substncias atravs das membranas biolgicas pode fazer-se de modo passivo, ou seja, a favor do seu gradiente de concentrao, ou envolver dispndio de energia se a movimentao de substncias se der contra o seu gradiente de concentrao, chamando-se, neste caso, transporte ativo, o qual envolve canais que funcionam como uma bomba (ver adiante).

    Dada a movimentao das molculas e a diferente composio dos dois folhetos das membranas, podemos dizer que fluidez e assimetria so duas caractersticas presentes em todas as membranas biolgicas.

    A membrana citoplasmtica A membrana citoplasmtica apresenta algumas peculiaridades, tanto do ponto de vista qumico como estrutural. Da sua composio fazem parte glicolpidos e glicoprotenas, os quais se encontram apenas no folheto exoplasmtico (Fig. 5), nunca sofrendo movimentos de flip-flop. Existem, tambm, fosfolpidos de inositol que so fundamentais na transmisso de sinais para o interior da clula. Algumas protenas da camada citoplasmtica da membrana esto ligadas a um sistema de protenas filamentosas que, no seu conjunto, se designa por citoesqueleto, que estudaremos a seguir.

    Fig. 5 Esquema da membrana citoplasmtica. Guerner Dias et al., 1999.

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    O transporte passivo de substncias atravs da membrana citoplasmtica pode ocorrer atravs da matriz lipdica, como o caso do oxignio que se difunde do sangue para o interior das clulas. Tambm pode realizar-se atravs de protenas-canal que controlam a entrada ou a sada de ies a favor do seu gradiente de concentrao. As molculas de maiores dimenses, como os aminocidos, ligam-se a protenas transportadoras especficas que sofrem vrias alteraes conformacionais durante o transporte transmembranar. Quando as substncias atravessam a membrana a uma velocidade superior esperada, fala-se em difuso facilitada, como acontece com a glicose nos eritrcitos ou com o io cloro noutro tipo de clulas. O transporte ativo envolve protenas de membrana que funcionam como bombas uma vez que transportam substncias contra o seu gradiente de concentrao. o caso da bomba de sdio-potssio. Esta protena transporta, simultaneamente, ies sdio (Na+) para o exterior da clula e ies potssio (K+) para o interior da mesma. A diferente concentrao de ies dos dois lados da membrana citoplasmtica induz uma diferena de potencial. Os chamados potenciais de membrana so fundamentais para o funcionamento da clula nervosa e da clula muscular, clulas eletricamente excitveis. Este assunto ser abordado com mais pormenor noutras disciplinas. A membrana citoplasmtica uma estrutura altamente dinmica. Para alm de ser dotada de permeabilidade seletiva, a membrana responsvel pelo trfego de substncias entre a clula e o seu meio realizado por vesculas limitadas por uma membrana, as quais sero estudadas mais adiante.

    O Citoesqueleto Antes de estudarmos as especializaes que a membrana citoplasmtica pode apresentar nos diferentes tipos de clulas eucariticas, torna-se necessrio estudar a estrutura filamentosa interior da clula, de natureza proteica, que lhe permite movimento e plasticidade. Existem trs tipos de estruturas filamentosas diferentes dos pontos de vista morfolgico, bioqumico e funcional: microtbulos, microfilamentos e filamentos intermdios.

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    Microtbulos So estruturas tubulares com cerca de 25 nm de dimetro, constitudos por 13 protofilamentos alinhados longitudinalmente. Estes protofilamentos so polmeros de uma protena chamada tubulina, que existe sob a forma de heterodmero (Fig. 6).

    Fig. 6 Esquema da organizao molecular de um microtbulo. De notar que os microtbulos so polarizados, pelo que as suas duas extremidades tm propriedades diferentes. As tubulinas e so protenas globulares. Azevedo, 1999.

    Os microtbulos podem polimerizar-se e despolimerizar-se, formando-se e desmontando-se rapidamente, contribuindo, desse modo, para o deslocamento de estruturas intracelulares. So tambm parte importante de outras estruturas especializadas da membrana.

    Microfilamentos

    So estruturas filamentosas com cerca de 5-7 nm de dimetro, constitudos pela polimerizao de uma protena globular a actina G, originando filamentos de actina F (Fig. 7).

    Fig. 7 - Esquema da organizao molecular de um microfilamento. Duas cadeias de monmeros enroladas helicoidalmente. A actina F um filamento helicoidal formado por uma cadeia simples de monmeros. Berkaloff et al., 1972.

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    A organizao espacial dos microfilamentos muito varivel, podendo formar feixes ou redes de malhas mais ou menos apertadas. Podem interatuar com outras estruturas e adquirir diferentes propriedades atravs de outras protenas, nomeadamente a miosina. O sistema de microfilamentos muito dinmico, estando tambm envolvido no movimento de estruturas intracelulares. mais denso junto da membrana, pelo que est associado a algumas diferenciaes desta em zonas de contacto intercelular, a movimentos da membrana e separao das clulas-filhas aps diviso celular.

    Filamentos intermdios Devem o seu nome ao facto de o seu dimetro ter 10 nm, intermdio entre o dos microtbulos e o dos microfilamentos. Ao contrrio destes, so constitudos por protenas fibrosas em cujas extremidades se encontram protenas globulares. Existe grande variabilidade destas protenas terminais que lhes confere uma elevada especificidade que permite, nomeadamente, identificar tumores atravs de certas tcnicas laboratoriais. Parecem ser essenciais estabilidade mecnica das clulas e tambm fazem parte de algumas especializaes de contacto intercelular. Associam-se a um grande nmero de protenas, o que os torna o elemento mais complexo do citoesqueleto, sendo, ainda hoje, alvo de intensa investigao.

    Microtbulos estveis Estes encontram-se geralmente associados a formaes complexas, sendo as mais tpicas os centrolos e o axonema dos clios e dos flagelos (ver adiante). Cada centrolo formado por um conjunto de microtbulos que constituem a parede de um cilindro de 0,5 m de comprimento e 0,15 m de dimetro. Estes microtbulos esto associados em tripletos, existindo sempre 9 grupos em cada centrolo. As clulas animais possuem, pelo menos, dois centrolos que, de uma maneira geral, se situam perto do ncleo e dispostos perpendicularmente um em relao ao outro. Esta estrutura, o diplossoma, corresponde a uma pequena esfera observada desde os primeiros tempos da microscopia e chamada centrossoma (Fig. 8). O centrossoma desempenha uma funo importante na diviso celular, como estudaremos mais tarde.

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    Fig. 8 Em cima, esquema mostrando a ultraestrutura dos cen-trolos. Em baixo, duas microfotografias: A, dois centrolos vistos em corte longitudinal formando um diplos-soma (glbulo branco de rato; x 60 000); B, Corte transversal de um centrolo mostrando os nove grupos de trs tbulos (clula embrio-nria de pinto; x 110 000). Berkaloff et al., 1972.

    A B

    Especializaes da Membrana Citoplasmtica Em muitos tecidos animais, a membrana citoplasmtica apresenta

    zonas especializadas com elevada importncia funcional, as quais resultam da existncia de protenas integradas na membrana. Algumas dessas especializaes estabelecem contacto entre clulas e chamam-se, no seu conjunto, junes intercelulares. Outro tipo de especializaes aumenta a superfcie celular, conferindo s clulas que as possuem caractersticas funcionais particulares. o caso das microvilosidades, dos clios, dos flagelos e dos estereoclios.

    Junes intercelulares Nalguns tecidos animais, existem estruturas especializadas entre as clulas adjacentes: umas impedem a passagem de ies ou molculas junes impermeveis; outras ligam fortemente as clulas entre si junes

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    de aderncia; e ainda outras permitem a comunicao entre as clulas junes comunicantes. As junes impermeveis designam-se por junes apertadas ou zonulae occludens (na literatura anglo-saxnica podem aparecer designadas por tight junctions). So constitudas por uma rede de pregas formadas por partculas de natureza proteica protenas integrais presentes nas membranas de clulas adjacentes. Existem, por exemplo, no intestino e destinam-se a impedir a passagem do fluido intestinal entre as clulas. As junes de aderncia so de trs tipos: desmossomas circulares ou zonulae adherens, desmossomas pontuais e hemidesmossomas. Os desmossomas circulares situam-se abaixo das junes apertadas. Rodeiam completamente as clulas como se de um cinto se tratasse. As glicoprotenas transmembranares so molculas de adeso celular dependentes do io clcio (caderinas). A membrana mais espessa e paralelamente a ela dispem-se feixes de microfilamentos ligados entre si. Os desmossomas pontuais so constitudos por uma placa densa composta por protenas intracelulares, associando-se algumas delas a uma rede de filamentos intermdios intracitoplasmticos de queratina. Na placa inserem-se glicoprotenas transmembranares, formando uma estrutura complexa, mas facilmente reconhecida ao microscpio eletrnico (ver Fig. 9). O papel dos desmossomas bem evidente numa patologia dermatolgica chamada pnfigo, causada pela disfuno destas estruturas existentes entre as clulas epiteliais. Os hemidesmossomas so morfologicamente semelhantes aos desmossomas, mas diferentes dos pontos de vista qumico e funcional. So estruturas caractersticas da membrana basal das clulas epiteliais. As junes comunicantes, tambm chamadas junes de hiato ou gap junctions, esto presentes em muitos tecidos e so constitudas por molculas transmembranares que formam estruturas chamadas conexes, cada uma constituda por seis protenas idnticas. Estas junes permitem a comunicao entre as clulas, com passagem de pequenas molculas e ies, abrindo-se ou fechando-se sob a ao de modificaes celulares. A sua permeabilidade diminuda quando a concentrao do io clcio aumenta no citoplasma ou o pH intracelular diminui. So da maior importncia na contrao cardaca, nos movimentos peristlticos intestinais e na embriognese.

    A figura 9 representa algumas destas junes intercelulares.

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    Fig. 9 Esquema representando trs dos principais tipos de junes intercelulares. Ao lado, fotografias de microscopia eletrnica. Guerner Dias et al., 1999.

    Estruturas que aumentam a superfcie celular As microvilosidades so extenses citoplasmticas presentes na

    superfcie de muitas clulas animais, particularmente nas que necessitam de uma grande superfcie de absoro clulas presentes no intestino e no rim, por exemplo. Medem cerca de 1 m de comprimento e 0,08 m de espessura, aumentando a rea de absoro 20 vezes. O seu interior contm um feixe de 20 a 30 microfilamentos com a extremidade positiva dirigida para cima e entre estes e a membrana citoplasmtica encontram-se vrias protenas, algumas das quais pertencentes a filamentos intermdios.

    Os clios so projees citoplasmticas mveis, com cerca de 0,25 m de dimetro e 5-10 m de comprimento mdio, contendo no seu interior um

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    citoesqueleto embebido por uma matriz proteica e rodeado por uma diferenciao da membrana celular. De uma maneira geral, existem em nmero elevado por clula, variando entre algumas centenas (300 nas clulas ciliadas) a alguns milhares (nos protozorios). Nos seres vivos unicelulares, a sua funo de locomoo, enquanto, nas clulas de revestimento, deslocam fluidos na sua superfcie. o que se passa, por exemplo, na nossa rvore respiratria que limpa pelo movimento incessante dos clios que empurram as impurezas at faringe, juntamente com muco, para serem eliminadas. Tambm o vulo arrastado em direo ao tero por um processo semelhante.

    Os flagelos das clulas eucariticas possuem estrutura semelhante dos clios e encontram-se nos protozorios flagelados, nos espermatozoides e em certas clulas vegetais. A diferena entre os dois tipos de estrutura diz mais respeito ao seu comprimento e ao movimento dele resultante, que nos clios geralmente de tipo pendular, enquanto nos flagelos de tipo ondulante.

    O citoesqueleto dos clios e dos flagelos chama-se axonema e constitudo por microtbulos e protenas a estes associadas. Os microtbulos dispem-se em crculo de 9 dupletos a rodear 2 microtbulos centrais simples (9d + 2s). A sua estrutura extremamente complexa e o nmero de protenas envolvidas elevado. Ao m.e., distinguem-se algumas destas protenas, destacando-se, por exemplo, os braos de dinena que se projetam de um dos microtbulos do dupleto em direo aos microtbulos seguintes. destes braos que depende o movimento destas estruturas, pois permitem o deslizamento dos microtbulos uns sobre os outros. Entre cada dupleto existem pontes que mantm a circunferncia. Outras protenas so as projees radiais, a ponte central e os filamentos radiais perifricos. Muitas outras protenas no so visveis ao m.e. Os microtbulos do axonema inserem-se num aparelho de ancoragem citoplasmtico chamado corpo basal ou cinetossoma um cilindro oco com 0,2 m, cuja parede constituda por 9 tripletos de microtbulos. O corpo basal tambm assegura a mobilidade da estrutura, para o que dispe de atividade enzimtica, e fixa o axonema ao citoesqueleto e membrana celular atravs de vrios apndices (Fig. 10 e 11).

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    Fig. 10 Esquema muito simplificado da estrutura de um clio. Berkaloff et al., 1972.

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    Fig. 11 Ultraestrutura dos clios e dos flagelos. a e b: clios da brnquia de um molusco a, corte longitudinal (x 32 000); b, corte transversal (x 48 000); Mp, membrana plasmtica, ci, cinetossoma, tc, tbulos centrais, tp, tbulos perifricos. c e d: cortes transversais de cinetossomas e de flagelos de um protozorio (x 100 000). Em d distinguem-se os braos (setas) e as fibrilhas secundrias. Berkaloff et al., 1972.

    Existem algumas patologias humanas associadas imobilidade de clios e flagelos decorrente de alteraes na estrutura do axonema. A sndrome dos clios imveis pode dar origem a bronquite crnica e a infees respiratrias recorrentes, devido acumulao das secrees brnquicas. A imobilidade do flagelo dos espermatozoides pode causar esterilidade, sendo, neste caso, a imobilidade causada por ausncia congnita dos braos de dinena. Por outro lado, as clulas ciliadas esto sob a ao de fatores como hormonas, temperatura, osmolaridade e pH, o que permite que um epitlio se

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    encontre em fase mais ativa ou descilie em presena de substncias nocivas, como a nicotina.

    Os estereoclios so microvilosidades modificadas, mas com um citoesqueleto igualmente constitudo por um feixe de microfilamentos. O nome deriva do facto de serem expanses citoplasmticas com dimenso semelhante dos clios mas, por vezes, ramificadas ou anastomosadas. No homem, conhecem-se dois tipos de estereoclios os do epiddimo e do canal deferente e os do ouvido interno. Os primeiros contribuem para a progresso do esperma para o exterior durante a ejaculao e ajudam a remover os espermatozoides degenerados. Os do ouvido interno fazem parte do rgo de Corti ou papila acstica.

    O Ncleo Celular A maioria das clulas eucariticas possui um nico ncleo, embora possam existir clulas binucleadas (como alguns hepatcitos) ou multinucleadas, como as clulas musculares estriadas. O ncleo o centro coordenador de toda a atividade celular, devido ao facto de possuir, no seu interior, toda a informao contida no DNA (cido desoxirribonucleico), ou seja, o seu patrimnio gentico, ou genoma. O DNA nuclear, que contm a maior parte da informao gentica da clula, nunca abandona o ncleo. No entanto, ele que comanda a atividade celular, atravs da sntese de protenas as quais, por sua vez, iro desempenhar diversas funes na clula. Para que o DNA nunca abandone o ncleo, necessrio criar um molde a partir do qual as protenas sejam sintetizadas segundo a informao contida naquele. A este processo chama-se transcrio do DNA e d origem a um molde o mRNA (cido ribonucleico mensageiro). Este sintetizado e processado no ncleo e atravessa o invlucro nuclear para o citoplasma, onde ir dar origem a uma cadeia polipeptdica, num processo chamado traduo. O mecanismo da sntese de protenas na clula ser estudado na Disciplina de Bioqumica. O ncleo encontra-se rodeado por um invlucro que separa os componentes nucleares dos citoplasmticos, conferindo individualidade ao ncleo como organelo celular. O invlucro nuclear tem uma estrutura complexa e sofre vrias modificaes ao longo do ciclo celular, como veremos quando falarmos da diviso celular. Para j, vamos estudar as suas caractersticas na clula que no se encontra em diviso o ncleo interfsico. O invlucro nuclear composto por trs elementos estruturais distintos: as membranas, os poros e a lmina. Duas unidades de membrana

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    concntricas, uma interna e outra externa, delimitam um espao, a cisterna perinuclear. A membrana nuclear externa est em continuidade com o retculo endoplasmtico (ver Fig. 15), sendo semelhante a este bioqumica e funcionalmente. A membrana nuclear interna tem uma composio qumica especfica quanto a protenas integrais. As duas membranas esto em continuidade nos locais onde existem poros. A membrana nuclear interna est em contacto estreito com a lmina nuclear, estrutura semelhante aos filamentos intermdios do citoesqueleto. O transporte ncleo-citoplasmtico faz-se atravs dos poros nucleares, estrutura altamente complexa, composta por cerca de 100 polipeptidos diferentes, e que mantm o microambiente nuclear. A figura 12 representa uma seco do invlucro nuclear e a estrutura de um poro. No nucleoplasma encontra-se a cromatina (do grego: khroma = cor), uma estrutura fibrosa constituda por DNA associado a protenas bsicas, as histonas, e a protenas no histnicas. A cromatina encontra-se dispersa irregularmente no ncleo interfsico sob a forma de massas mais ou menos densas. Sabe-se, hoje, que a cromatina est topologicamente compartimentada em domnios estruturais, cada uma das quais ir organizar-se de maneira diferente em cromossomas (ver adiante), quando se d a diviso celular. Existem dois tipos de cromatina que se distinguem pelo seu grau de condensao e pela atividade de transcrio do mRNA: a eucromatina e a heterocromatina. A cromatina ativa, ou eucromatina, encontra-se descondensada e corresponde s regies do DNA que podem ser transcritas. A heterocromatina, mantendo o seu grau de condensao durante todo o ciclo celular, visvel sob a forma de regies densas ou crommeros e localiza-se ao longo do interior do invlucro nuclear, enquanto a eucromatina se situa nos bordos dessas regies (Fig. 13). Tambm se encontra cromatina a rodear o nuclolo, chamando-se, neste caso, cromatina perinucleolar.

    Nas clulas surge, por vezes, uma pequena massa condensada junto do invlucro nuclear o corpsculo de Barr que constitudo pela heterocromatina inativada do cromossoma X. a chamada cromatina sexual.

    O Nuclolo O nuclolo uma estrutura mais ou menos esfrica, com 1 a 3 m de

    dimetro que existe nos ncleos interfsicos e onde se d a sntese de RNA ribossomal (rRNA) a partir dos cromossomas nucleolares (ver Fig. 28). Apresenta geralmente um aspeto denso (Fig. 13), mas a morfologia, o tamanho, o nmero e a posio so variveis e dependem do tipo de clula.

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    quimicamente constitudo por rDNA, rRNA e protenas (nucleolina e fibrilarina). Os cromossomas nucleolares apresentam uma regio especfica a que foi dado o nome de regio do organizador nucleolar (NOR Nucleolar Organizer Region), onde se encontram as sequncias do rDNA responsveis pela sntese do rRNA.

    tambm ao nvel do nuclolo que se d a formao dos pr-ribossomas que atravessam os poros nucleares e que, depois, viro a dar os ribossomas no citoplasma .

    Fig. 12 Esquema muito simplificado da estrutura do invlucro nuclear e do poro nuclear. Notar que o anel uma estrutura dupla, existindo entre as duas partes um terceiro anel que liga as oito espculas que irradiam do canal transportador. De ambos os anis projetam-se filamentos citoplasmticos e nucleoplasmticos (no representados).1 Angstrm = 1/10 de nanmetro (10-10m). Berkaloff et al., 1981.

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    Fig. 13 Microfotografia mostrando um ncleo celular e as suas regies. Guerner Dias et al., 1999.

    Mitocndrias As mitocndrias (do grego: mitos = filamento + chondros = grnulo) so organelos celulares delimitados por duas membranas, contm a sua molcula prpria de DNA (mtDNA) e nelas que se d a respirao celular, ou seja, o processo pelo qual as clulas obtm energia. O seu aspeto morfolgico varivel, embora facilmente reconhecvel ao m.e. devido s cristas da sua membrana interna (Fig. 14). Uma clula humana possui entre 3000 e 5000 mitocndrias, podendo estas ser vistas ao microscpio tico, aps colorao especfica, devido s suas grandes dimenses (1-2 m de comprimento e 0,5-1 m de largura). As membranas interna e externa, assim como os dois compartimentos mitocondriais espao intermembranar e matriz mitocondrial (ver Fig. 14), tm composies qumicas e funes diferentes. A membrana externa constituda por cerca de 50% de lpidos e 50% de protenas e contm canais transmembranares que a tornam bastante permevel maioria das pequenas molculas. Deste modo, a membrana interna constitui a verdadeira barreira entre o citoplasma e a matriz mitocondrial. Esta membrana contm a maior percentagem de protenas de todas as membranas celulares (cerca de 76%),

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    sendo a maioria delas responsveis pela sntese de ATP (trifosfato de adenosina), a molcula rica em energia formada na respirao celular. a esta sequncia de reaes que se do na membrana interna que vulgarmente se chama cadeia respiratria. Esta membrana possui uma srie de invaginaes para o interior da matriz as cristas mitocondriais que aumentam bastante a rea da sua superfcie (Fig. 14). Por esta razo, nos tecidos com maior necessidade de energia, as mitocndrias apresentam maior nmero de cristas.

    A B

    Fig. 14 A, esquema tridimensional de uma mitocndria: 1 membrana externa; 2 espao intermembranar; 3 membrana interna; 4 matriz. Azevedo, 1999. B, Microfotografia mostrando a ultraestrutura de uma mitocndria. Guerner Dias et al., 1999.

    A matriz possui a maior parte das protenas mitocondriais (67%), nomeadamente enzimas de oxidao do piruvato e dos cidos gordos e as do ciclo de Krebs, mtDNA, RNA, ribossomas e outras enzimas. O espao intermembranar contm tambm vrias enzimas. As vias metablicas que se do na mitocndria sero estudadas na Disciplina de Bioqumica. Como as mitocndrias possuem uma molcula circular de DNA, responsvel pela sntese de algumas protenas necessrias ao seu funcionamento, ribossomas mais semelhantes aos encontrados nas clulas procariticas e so capazes de se dividirem, alguns cientistas consideram que estes organelos tero sido organismos procariticos que estabeleceram uma relao de simbiose, ou seja, com proveito mtuo, com clulas pr-existentes, eucariticas mas anaerbias, as quais passaram, desse modo, a ser aerbias. A esta teoria chama-se teoria endossimbitica.

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    Descobriu-se, recentemente, que existe uma associao entre defeitos mitocondriais e algumas doenas humanas que afetam os rgos com maiores necessidades energticas, como o crebro, o corao e os msculos.

    Retculo endoplasmtico No citoplasma das clulas eucariticas existe uma rede de estruturas membranares, muitas vezes associadas a grnulos, vesculas e vacolos designada genericamente por retculo endoplasmtico (RE). O RE constitudo por cisternas, canais, vesculas e vacolos, geralmente anastomosados, e liga-se, como j dissemos, ao invlucro nuclear. Ao m.e., o RE apresenta dois aspetos ultraestruturais. Num, as membranas apresentam-se lisas constituindo o RE liso (REL). No outro, as membranas apresentam-se externamente revestidas por partculas densas, pelo que se lhe chamou RE rugoso (RER). Estas partculas foram identificadas como sendo ribossomas (Fig. 15). A quantidade e o tipo de RE variam com as funes desempenhadas pelas clulas. Em muitas clulas, possvel observar um conjunto complexo de cisternas anastomosadas, vacolos e vesculas em ntimo contacto com o complexo de Golgi (ver adiante). Nalgumas clulas especializadas, as cisternas do retculo tomam aspetos caractersticos, como as lamelas aneladas existentes em ovcitos, o retculo sarcoplasmtico existente nas clulas musculares ou os corpos de Nissl existentes nalguns neurnios. O RE est, de uma maneira geral, ligado a vrios processos de biossntese na clula.

    Ribossomas

    Os ribossomas so unidades ultraestruturais citoplasmticas da clula onde so sintetizadas as protenas. Os pormenores deste importante processo sero estudados, como j referimos, na Disciplina de Bioqumica. Cada ribossoma constitudo por 2 subunidades independentes, designadas por pequena subunidade e grande subunidade, que se encontram ligadas entre si e tm coeficientes de sedimentao diferentes. Os ribossomas citoplasmticos so formados a partir de precursores ribonucleicos que foram, como vimos atrs, sintetizados no nuclolo. Para alm de rRNA, os ribossomas tambm contm protenas, sendo, por isso, constitudos por ribonucleoprotena (RNP). Os ribossomas das clulas eucariticas medem entre 25 e 30 nm de dimetro, tendo o conjunto das duas subunidades um coeficiente de sedimentao de 80S. Podem encontrar-se livres no

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    citoplasma, ou, como j dissemos, estar aderentes s cisternas do RER (Fig. 16).

    Fig. 15 Esquema mostrando os aspetos do retculo endoplasmtico e a sua relao com o invlucro nuclear. Berkaloff et al., 1972.

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    Fig. 16 Esquema mostrando a ligao entre um ribossoma e a membrana do retculo endoplasmtico. RER membrana do retculo endoplasmtico rugoso; Pr protena. A linha tracejada delimita dois domnios o superior de traduo e o inferior de secreo. Azevedo, 1999.

    Os ribossomas so os responsveis pela leitura do mRNA (traduo) e pela polimerizao dos aminocidos em cadeias polipeptdicas. Os ribossomas livres podem interligar-se por uma molcula de mRNA, ficando a constituir polirribossomas ou polissomas. Cada polissoma , assim, constitudo por uma organizao ultraestrutural em que os ribossomas se associam ao mRNA formando uma espcie de rosrio. Quando associados em polissomas, sintetizam protenas que ficam no citoplasma ou migram para outros locais da clula, nomeadamente o ncleo. Se esto ligados s membranas do RER, sintetizam protenas que se acumulam nas cisternas deste ltimo, podendo vir a sofrer outras alteraes qumicas, como veremos. Voltando ao RE e s suas funes na clula, podemos agora dizer que no RER se d a sntese de grande parte das protenas. A composio qumica do RE pode considerar as suas membranas e o contedo das cavidades. Quanto s membranas, a composio proteica e fosfolipdica semelhante da membrana celular, encontrando-se, tambm, protenas com atividade enzimtica. As cavidades do retculo contm uma mistura de protenas caractersticas de cada tipo celular. Nas membranas do REL ocorre biossntese de fosfolpidos, colesterol e seus derivados, assim como glicosilao, ou seja, sntese de glicolpidos e glicoprotenas. As cisternas formam um compartimento intracitoplasmtico onde vrias molculas e ies podem acumular-se. Alm disso, as cavidades comunicam entre si, constituindo uma rede pela qual o seu contedo circula.

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    A figura 17 mostra trs microfotografias com vrios aspetos do RE.

    A

    B

    C

    Fig. 17 A, Regio citoplasmtica de uma clula com numerosas cisternas e vesculas do REL e algumas mitocndrias (MI); B, visvel parte do ncleo (Nu) e numerosas vesculas e vacolos do RER; C, Pormenor do RER mostrando os ribossomas presos sua membrana (setas). Azevedo, 1999.

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    Complexo de Golgi Este organelo deve o seu nome ao cientista que o descobriu, Camilo Golgi, em 1898. De estrutura por vezes complexa, pode ser de fcil identificao ao m.e. quando apresenta a configurao clssica em sculos ou cisternas membranares justapostas, na extremidade das quais se formam vesculas e a que se chama dictiossoma (Fig. 18).

    Fig. 18 Aspeto ultraestrutural dos dictiossomas cada dictiossoma comporta cerca de dez sculos empilhados. Entre o retculo endoplasmtico (re) e a face externa dos dictiossomas distinguem-se vesculas de transio (vt). Clula de protozorio (x 20 000). Berkaloff et al., 1978.

    As cisternas podem ser lineares ou encurvadas, caso em que se definem duas faces, uma externa, convexa, ou cis e uma interna, cncava, ou trans. A membrana diferente de cisterna para cisterna e o seu espao interior tambm pode variar de espessura.

    Os vacolos, por vezes de grandes dimenses (de 100-600 nm) e de contedo denso, situam-se na face trans do dictiossoma. Tambm designados por vesculas secretoras.

    Os elementos do complexo de Golgi possuem uma intensa atividade enzimtica relacionada com as suas mltiplas funes. Este organelo armazena protenas para exportao, local de glicosilao de protenas e lpidos, formao de lipoprotenas, sulfatao, processamento proteoltico de proprotenas, biognese de membranas, trfego e secreo de certos

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    produtos e formao de lisossomas (ver adiante). Como veremos mais frente, o complexo de Golgi um organelo que est intimamente relacionado com outros organelos celulares.

    Recentemente, foi possvel relacionar este organelo com alguns processos patolgicos humanos, as chamadas doenas golgianas. o caso da esclerose lateral amiotrfica, na qual se observa fragmentao do complexo de Golgi dos neurnios motores. Tambm na doena de Alzheimer se demonstrou um envolvimento deste organelo na sua patognese. Nalgumas doenas autoimunes, como a sndrome de Sjgren e o lupus eritematoso sistmico foram detetados autoanticorpos contra algumas das protenas do complexo de Golgi. Outras doenas so, por exemplo, a fibrose qustica, a doena autossmica dominante poliqustica do rim, para citar apenas as mais conhecidas.

    Lisossomas

    Descobertos na dcada de 50 do sculo XX por De Duve e seus colaboradores, os lisossomas so organelos celulares limitados por uma membrana simples e caracterizados, principalmente, pela presena de hidrolases cidas, cujo pH timo se situa entre 3 e 6, tendo por funo a digesto intracelular. De acordo com o seu contedo, podem classificar-se em lisossomas primrios, se contm apenas enzimas hidrolticas, e lisossomas secundrios, se contm, tambm, substncias em digesto. Os lisossomas primrios so grnulos densos, com dimetro entre 0,75 e 1 m, de difcil reconhecimento sem estudos que revelem o seu contedo enzimtico. Os lisossomas secundrios apresentam um contedo heterogneo, devido sua atividade digestiva. Podem conter estruturas membranares concntricas ou ter um contedo denso, podendo, por vezes, atingir dimenses razoveis (mais de 10 m de dimetro). No entanto, podem ser confundidos com outros organelos, como peroxissomas (ver adiante), ou com estruturas como grnulos de secreo ou vacolos de fagocitose (ver adiante). O contedo enzimtico dos lisossomas variado, possuindo enzimas (mais de 50 j identificadas) que atuam praticamente sobre todos os tipos de compostos qumicos. Os lisossomas secundrios dividem-se em autolisossomas e heterolisossomas. Nos primeiros, so digeridos organelos e estruturas da prpria clula autofagia (Fig. 19), enquanto os segundos digerem substncias provenientes da endocitose (ver adiante), no pertencendo, por isso, prpria clula. Os lisossomas tambm podem participar na digesto extracelular, como acontece na remodelao dos tecidos sseo e cartilagneo.

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    Fig. 19 Esquema da formao dos autolisossomas: o RE envolve as estruturas celulares a eliminar, dando origem a um vacolo de membrana dupla chamado autofagossoma que acidificado atravs do bombeamento de protes para o seu interior. As vesculas golgianas podero, por outro lado, fundir-se com o autofagossoma provocando a acidificao do seu contedo. O autofagossoma funde-se, ento, com um lisossoma, sendo a membrana interna digerida juntamente com o contedo. Azevedo, 1999.

    Os lisossomas podem estar associados a certas patologias chamadas lisossomais. Estas devem-se ou rotura da membrana lisossomal deixando sair o seu contedo, ou a deficincias enzimticas que impedem a degradao de certas substncias. A gota e a silicose so exemplos de doenas em que ocorre rotura das membranas dos lisossomas. Outras doenas so do foro gentico, como, por exemplo, a doena de Tay-Sachs (Fig. 20) e a glicogenose de tipo II.

    Fig. 20 Lisossomas secundrios no citoplasma de um neurnio de uma criana com doena de Tay-Sachs. No interior dos organelos encontra-se um glicolpido cujas molculas esto dispostas em membranas concntricas. Nos indivduos que sofrem desta doena, uma das enzimas lisossomais necessria degradao deste glicolpido deficiente. (X 17 000). Berkaloff et al., 1978.

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    Vesculas e Vacolos e os Processos de Endocitose e Exocitose Em 1883, Metchnikoff observou a ingesto de partculas alimentares por algumas clulas, tendo dado ao processo o nome de fagocitose (do grego: phagein = comer). Em 1931, Lewis descreveu um outro processo que consistia na entrada de gotculas do meio lquido atravs da vesiculao da membrana, fenmeno a que chamou, por analogia, pinocitose (do grego: pineo = beber). Mais tarde, com o m.e., observou-se a entrada de partculas de dimenses ainda mais reduzidas no visveis ao microscpio tico, micropinocitose, tendo-se concludo que a distino entre os trs termos dizia respeito, essencialmente, s dimenses das partculas que entravam na clula pelo processo de formao de vesculas da membrana. Em 1963, De Duve props um outro termo para englobar estes processos endocitose (do grego: endon = dentro). Com o avanar da investigao, o termo fagocitose passou a ser considerado um caso particular, designando os fenmenos em que partculas de grandes dimenses so englobadas por uma clula e do qual falaremos mais adiante.

    Deste modo, chama-se endocitose ao processo de entrada de substncias na clula atravs de vesculas que se formam por invaginao, estrangulamento e fuso da membrana celular. A exocitose (do grego: exo = exterior), termo que se deve tambm a De Duve, o processo inverso da endocitose e consiste na sada de materiais contidos em vesculas ou vacolos, atravs da sua fuso com a membrana celular. A endocitose inclui as vesculas, revestidas ou no de clatrina, os vacolos de endocitose, os corpos muitivesiculados (endossomas), os lisossomas e, eventualmente, cisternas golgianas, variando com as clulas e as substncias endocitadas. O caminho das molculas sintetizadas pela clula e cujo destino a exocitose inclui o RE, o complexo de Golgi e as vesculas ou os vacolos de secreo. Existem dois tipos principais de endocitose a inespecfica, em que as partculas a endocitar aderem membrana atravs de ligaes eletrostticas, e a especfica, isto , mediada por recetores. A endocitose mediada por recetores envolve, de uma maneira geral, regies especficas da membrana que apresentam um revestimento de clatrina, dando origem a uma vescula revestida ou franjada (em ingls, coated vesicle) (Fig. 21 e 22). O significado da endocitose depende do tipo de clula que estamos a considerar, pelo que iremos falando do processo sempre que necessrio, medida que o nosso estudo for avanando. Quanto exocitose, d-se essencialmente nas clulas secretoras, isto , nas que sintetizam produtos para exportar para o exterior. De salientar, no entanto, o importante papel deste processo na renovao e na sntese das membranas.

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    Fig. 21 Esquema da endocitose mediada por recetores. Quando uma determinada substncia se liga a recetores especficos da membrana, estes difundem-se at uma depresso da membrana forrada de clatrina, formando-se uma vescula rugosa ou franjada que, posteriormente, se funde com um lisossoma primrio. Carneiro, 1987.

    Fig. 22 Sequncia de microfotografias mostrando a formao de uma vescula revestida na endocitose mediada por recetores. Ross et al., 1995.

    Fig. 23 Esquema que representa o mecanismo de sntese da membrana: as protenas sintetizadas no RER so glicosiladas no complexo de Golgi e exportadas atravs de vesculas de exocitose que, ao fundirem-se com a membrana citoplasmtica, deixam o seu contedo para o lado exterior. Carneiro, 1987.

    Todo o processo de transporte de vesculas e vacolos no citoplasma garantido pelas protenas do citoesqueleto (Fig. 24).

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    A B C

    Fig. 24 A, Endocitose: a vescula contendo o material endocitado (endossoma) funde-se com um lisossoma primrio; B, Exocitose: vesculas contendo produtos sintetizados pela clula ou a eliminar fundem-se com a membrana plasmtica libertando o seu contedo. Notar a importncia do citoesqueleto na movimentao destas estruturas; C, Outra forma de exocitose, chamada budding (do ingls bud = rebento), na qual a vescula empurra a membrana at a romper, saindo para o exterior (este ltimo processo frequente na extruso dos vrus). Carneiro, 1987.

    Em resumo, as clulas podem incorporar substncias atravs do processo de endocitose, formando-se, por invaginao e fuso da membrana, um endossoma. Este funde-se, ento, com um lisossoma primrio, dando origem a um lisossoma secundrio. Dependendo do seu contedo e do destino a dar-lhe, o lisossoma secundrio pode, simplesmente, digeri-lo ou vir a fundir-se com vesculas golgianas para processamento bioqumico, aps o que estas podero ser exocitadas. Tambm possvel que os endossomas se fundam diretamente com vesculas golgianas. Por outro lado, as substncias que se destinam a sair da clula esto includas em vesculas do complexo de Golgi ou do RE e so encaminhadas pelo citoesqueleto at membrana citoplasmtica com a qual se fundem. Este processo de trfego intracelular est sob rigoroso controlo atravs de recetores de membrana, de modificaes do ambiente qumico da clula e da ao de estmulos nervosos ou hormonais. Nalgumas clulas, existem pequenas invaginaes cuja membrana no apresenta qualquer revestimento citoplasmtico visvel. Estas estruturas, chamadas cavolas, encontram-se geralmente associadas membrana celular, isoladas ou em grupo. Ainda mal conhecidas, pensa-se que esto relacionadas com o controlo do influxo do io clcio nalguns processos de comunicao celular e com a concentrao intracelular daquele io.

    Para terminar, apenas uma breve referncia ao mecanismo da fagocitose que se encontra representado na figura 25. Este processo tpico de algumas clulas do sangue que mais tarde estudaremos, constituindo, tambm, o modo de alimentao de alguns organismos unicelulares.

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    Fig. 25 Mecanismo da fagocitose. Em cima, esquema mostrando a formao de pseudpodes, ou seja, deformaes da membrana que englobam totalmente a partcula de alimento, dando origem a um vacolo digestivo. Em baixo, sequncia de microfotografias mostrando etapas da fagocitose de um glbulo vermelho por um glbulo branco. Guerner Dias et al., 1999.

    Peroxissomas

    Mais recentemente, tm sido descritos outros organelos cujo estudo aqui inclumos dado o facto de existirem patologias humanas a eles associadas. Os peroxissomas foram descritos, pela primeira vez, em 1954, tendo sido De Duve e Baudhin, em 1966, quem props esta designao para definir o organelo que continha uma oxidase que formava H2O2 (perxido de hidrognio) e catalase que decompunha este composto. Estes organelos existem na maioria das clulas animais (exceto nos eritrcitos), em clulas vegetais e mesmo em microrganismos. Tm entre 0,3 e 0,9 m de dimetro, so rodeados por uma membrana simples muito permevel a molculas pequenas e uma matriz mais ou menos homognea, parecendo ser organelos tubulares e associados ao RE. Para alm das acima mencionadas, que os caracterizam, os peroxissomas contm numerosas enzimas relacionadas com as suas mltiplas funes na clula. Assim, podemos citar, a ttulo de exemplo, -oxidao dos cidos gordos, biossntese de alguns fosfolpidos, colesterol e cidos biliares, gluconeognese, catabolismo de purinas e poliaminas e oxidao do etanol. Alguns destes processos sero

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    estudados na Disciplina de Bioqumica. As protenas enzimticas dos peroxissomas parecem ser sintetizadas nos ribossomas citoplasmticos e transportadas para o interior do organelo. Pensa-se que estes organelos se dividem dando origem a outros. Conhecem-se, atualmente, trs grupos de doenas associadas aos peroxissomas. As doenas do grupo I incluem aquelas em que h ausncia quase total de peroxissomas hepticos sndrome crebro-hepato-renal de Zellweger, adenoleucodiscotrofia neonatal e doena infantil de Refsum. As do grupo II incluem doenas ainda pouco caracterizadas do ponto de vista molecular, mas associadas ausncia destes organelos de alguns hepatcitos ou ao seu aspeto anormal. As doenas do grupo III associam-se a dfices das enzimas peroxissomais. J se conhecem vrias, mas citaremos como exemplo a sndrome de feminizao testicular.

    Proteassomas e ubiquitina Para terminarmos este subcaptulo, referir-nos-emos aos proteassomas, complexos enzimticos existentes no citoplasma e que so responsveis pela eliminao de protenas cuja conformao tridimensional se apresenta com defeitos. Deste processo faz parte uma protena chamada ubiquitina, a qual, aps ligao protena defeituosa, a conduz ao proteassoma onde esta quebrada nos seus aminocidos constituintes. hoje sabido que este sistema falha nalgumas doenas, nomeadamente na doena de Parkinson.

    O Ciclo Celular Mitose e Meiose Muitas clulas so capazes de dividir-se e dar origem as clulas-filhas com as mesmas caractersticas. Chama-se ciclo celular ao espao de tempo que decorre entre duas divises celulares ou mitoses. O termo mitose (do grego: mitos = filamento) foi utilizado, pela primeira vez por Flemming, em 1882, ao estudar o comportamento dos cromossomas durante a diviso celular. Como j vimos, aqueles so compostos por DNA e histonas, sendo o DNA a molcula responsvel por toda a informao gentica da clula. O mecanismo de replicao do DNA ser estudado na Disciplina de Bioqumica. Falaremos, no entanto, no seu significado fisiolgico. Se, sempre que uma clula se divide, o DNA ficasse reduzido a metade, em poucas divises esta molcula desapareceria. Deste modo, necessrio duplic-la para garantir que cada clula-filha ir ficar com uma quantidade igual de DNA. por essa razo que, quando uma clula est

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    prestes a dividir-se, o seu DNA se replica, ficando com uma dose dupla da original, que voltar quantidade normal aps a diviso.

    Por outro lado, o nmero de cromossomas caracterstico de cada espcie existe sempre duplicado nas clulas somticas, ou seja, nas que constituem o seu corpo ou soma. por essa razo que se representa por 2n a quantidade de DNA existente numa clula. Na realidade, s as clulas sexuais, ou gmetas, possuem a quantidade mnima de DNA que corresponde ao nmero n de cromossomas da espcie. O processo de diviso celular que d origem aos gmetas reduz, assim, a metade a quantidade de DNA existente na clula, chamando-se, por isso, meiose. Se assim no fosse, ao haver fecundao, o nmero de cromossomas iria sempre duplicando. Uma clula com n cromossomas diz-se haploide e uma clula com 2n cromossomas diz-se diploide.

    Voltemos ao ciclo celular que se encontra representado na figura 26.

    Fig. 26 A, representao esquemtica do ciclo celular: B, grfico com a variao da quantidade de DNA numa clula durante o ciclo celular. Notar que entre a fase S e a M a clula possui 4n cromossomas, ou seja, tetraploide. Carneiro, 1987.

    Como podemos ver, o ciclo celular possui vrias fases mitose, fase G1, fase S, fase G2 e, de novo, mitose. Ao conjunto das fases G1, S e G2 chama-se interfase, falando-se, como vimos atrs, em ncleo interfsico, pois, como iremos ver ao estudar a mitose, ao nvel do ncleo que se do as principais modificaes durante a diviso celular. Durante a interfase, d-se a replicao do DNA (fase S, de sntese), depois de um intervalo de tempo chamado fase G1 (do ingls: gap, intervalo); tambm durante a fase S que se d a duplicao dos centrolos (ver Fig. 8); aps a replicao do DNA, h outro intervalo de tempo, geralmente mais curto, a que se chama fase G2. Durante a fase G1, as clulas iniciam a sua diferenciao. A fase S

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    precede, de uma maneira geral, uma mitose (fase M), pelo que, em clulas que no se dividem, o DNA no se replica.

    A durao do ciclo celular muito varivel, podendo ser muito rpida em clulas embrionrias, nos tecidos em crescimento e nos que se renovam rapidamente. Noutros, porm, as clulas s se dividem esporadicamente. Os fatores que regulam o ciclo celular so de grande complexidade e ultrapassam o mbito do nosso estudo, embora possamos abordar alguns deles ao longo do nosso estudo.

    Cromossomas Antes de estudarmos o que se passa nestes dois tipos de diviso

    celular, necessrio que analisemos, com algum pormenor, os protagonistas destes processos, ou seja, os cromossomas. Como dissemos atrs, a cromatina, formada por DNA e histonas, aquando da diviso celular, organiza-se em cromossomas. Um cromossoma pode, assim, definir-se como uma poro de cromatina condensada, visvel ao microscpio tico durante a diviso celular sob a forma de filamentos. Como se formam, ento, os cromossomas?

    No ncleo interfsico, a cromatina constituda por subunidades em forma de esfera com dimetro de 10 nm, chamadas nucleossomas, e que se encontram ligadas entre si por DNA de ligao. Os nucleossomas so o primeiro nvel de compactao do DNA. O nvel seguinte consiste na sua concentrao com enrolamento helicoidal, encurtamento e engrossamento das fibras de cromatina. A figura 27 representa esquematicamente o processo de condensao de um cromossoma e as partes que o constituem, ou seja, dois cromatdios, ligados por uma constrio chamada centrmero.

    Nos seres vivos com reproduo sexuada existem dois grupos de cromossomas: autossomas e heterocromossomas ou cromossomas sexuais. Cada espcie possui, como j dissemos, um nmero caracterstico de cromossomas, sendo esse nmero, no homem, de 46 ou 23 pares de cromossomas homlogos - 22 pares de autossomas e um par de heterossomas. Cada par constitudo por um cromossoma materno e outro paterno. A organizao dos cromossomas em grupos, de acordo com normas internacionais, constitui o caritipo. Os cromossomas so descritos em funo do seu tamanho e da posio do centrmero, sendo o caritipo organizado segundo estes parmetros (Fig. 28).

    Se a posio do centrmero for mediana, os cromossomas apresentam braos iguais e chamam-se metacntricos. Quando o centrmero est mais prximo dos extremos [chamados telmeros (ver Fig. 30)], os

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    braos so desiguais e os cromossomas chamam-se submetacntricos e acrocntricos. O brao menor designado pela letra p e o brao maior pela letra q. Se o centrmero terminal, o cromossoma chama-se telocntrico. Estes ltimos no fazem parte do genoma humano normal. Atualmente, os cromossomas so estudados pelo seu bandeamento, isto , bandas alternadamente claras e escuras que correspondem a uma organizao estrutural, molecular e funcional que ultrapassa o nosso estudo.

    Fig. 27 Esquema da formao de um cromossoma a partir de um filamento de cromatina. Em cima esquerda, microfotografia de um cromossoma. Dias da Silva et al., 2000.

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    Fig. 28 Caritipo humano. Notar que os cromossomas homlogos podem ser diferentes entre si. No sexo masculino os cromossomas sexuais so o X e o Y, enquanto no feminino so dois cromossomas X. Nos braos curtos dos cromossomas acrocntricos (13, 14, 15, 21 e 22) encontram-se as NORs (ver p. 19) pelo que estes cromossomas se chamam nucleolares. Dias da Silva et al., 2000.

    Mitose

    A diviso mittica compreende 4 fases: profase, metafase, anafase e telofase, representadas na figura 29.

    A profase , de um modo geral, a etapa mais longa da mitose. O ncleo aumenta de tamanho e observa-se a organizao da cromatina em filamentos. O(s) nuclolo(s) comea(m) a dissipar-se. Os dois pares de centrolos (que haviam sido duplicados na fase S) comeam a deslocar-se para os plos opostos da clula. Segue-se a desorganizao do invlucro nuclear e inicia-se a formao do fuso acromtico constitudo por microtbulos. Nos cromossomas j mais curtos e grossos tornam-se visveis os cinetocoros, estruturas adjacentes ao centrmero e que induzem a polimerizao dos microtbulos (Fig. 30). No final desta fase (prometafase), a ligao entre os cinetocoros e os microtbulos torna-se estvel e os cromossomas migram para a zona equatorial do fuso.

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    Profase Metafase

    Anafase Telofase

    Fig. 29 Fases da mitose. Microfotografia e representao esquemtica. Dias da Silva et al., 2000.

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    Fig. 30 Desenho esquemtico de um cromossoma metafsico. Com dois cromatdios interligados pelo centrmero (Cm) com os respetivos cinetocoros (Cc) onde se ligam os microtbulos cinetocorianos (MtC) que vo permitir a deslocao dos cromossomas ao longo do fuso acromtico. Tambm esto esquematizados os telmeros e as protenas esquelticas, protenas no histonas que contribuem para a estrutura do cromossoma. Azevedo, 1999.

    Na metafase (do grego: meta = entre), os cromossomas localizam-se no plano equatorial do fuso por intermdio dos centrmeros, formando a placa equatorial. Os cromatdios tornam-se bem visveis, apenas ligados na regio do centrmero. nesta fase que, utilizando substncias que inibem o fuso acromtico (colchicina, por exemplo), possvel isolar os cromossomas, manipul-los e arrum-los para se obter o caritipo (ver Fig. 28). Na anafase (do grego: ana = para cima), d-se a ascenso polar dos cromatdios - o centrmero desorganiza-se e os microtbulos puxam os cromatdios (anafase A). No plano equatorial do fuso os microtbulos despolimerizam-se (anafase B). Na telofase (do grego telos = extremidade), reorganiza-se o invlucro nuclear que rodeia os cromossomas, os quais se descondensam progressivamente. O fuso acromtico desaparece e o centrossoma mantm-se na regio perinuclear. Nesta fase de extrema importncia o citoesqueleto da clula na repartio dos organelos celulares. Por fim, o citoplasma das clulas-filhas recm formadas divide-se, processo que tem incio na anafase B e termina antes de as clulas entrarem em interfase. Este processo chama-se citocinese e deve-se a um anel de contrao formado por filamentos de actina e miosina.

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    Aps a telofase, o citoesqueleto das duas clulas reorganiza-se, permitindo refazer a sua morfologia especfica. Quando no ocorre citocinese, a clula pode ficar com dois ou mais ncleos. Meiose

    Como j foi referido, na formao dos gmetas que a quantidade de DNA da clula reduzida a metade, por forma a restaurar o nmero caracterstico de cromossomas da espcie quando se d a fecundao. A meiose , como dissemos, o processo de diviso que se d nas clulas germinais, dando origem a quatro clulas-filhas haploides. Este tipo de diviso celular tambm contribui para a diversidade gentica. A meiose o conjunto de duas divises celulares consecutivas e complementares, com uma nica replicao do DNA. A primeira diviso reducional, por reduzir a metade o nmero de cromossomas da clula, e a segunda equacional, por separar cromatdios irmos das clulas haploides. A primeira diviso meitica divide-se em profase I, metafase I, anafase I e telofase I. A segunda diviso meitica divide-se em profase II, metafase II, anafase II e telofase II. Como na mitose, esta diviso precedida por uma fase S na qual se d a replicao do DNA. Na profase I passam-se os fenmenos j descritos na mitose, mas do-se outros que a caracterizam. Os cromossomas homlogos emparelham, constituindo o que se designa por bivalente, dada cromossmica ou ttrada cromatdica, dado que cada cromossoma constitudo por dois cromatdios. O processo de emparelhamento designa-se por sinapse e surgem os pontos de quiasma que correspondem a locais onde h cruzamento entre dois cromatdios de cromossomas homlogos e nos quais podem ocorrer trocas de material gentico. A este fenmeno chama-se sobrecruzamento ou crossing-over. Esta fase bastante longa e complexa. Na metafase I os bivalentes ligam-se aos microtbulos do fuso acromtico. Os pontos de quiasma localizam-se no plano equatorial e os centrmeros voltados para plos opostos. Na anafase I os cromossomas homlogos de cada bivalente separam-se segregao dos homlogos, e ocorre a migrao de cada um dos cromossomas, constitudos por dois cromatdios, para plos opostos. Esta migrao aleatria, podendo ocorrer vrios tipos de recombinaes de cromossomas paternos e maternos. Na telofase I os cromossomas de cada conjunto, aps atingirem as zonas polares do fuso acromtico, tornam-se mais finos e mais longos.

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    Reorganizam-se o invlucro nuclear e os nuclolos. Cada ncleo formado tem metade do nmero de cromossomas do ncleo diploide inicial. Na profase II os cromossomas constitudos por dois cromatdios tornam-se, de novo, mais curtos e grossos, o invlucro nuclear fragmenta-se e organiza-se o fuso acromtico. Na metafase II os cromossomas dispem-se na zona equatorial do fuso. Na anafase II os centrmeros dividem-se, separando-se, desse modo, os dois cromatdios, migrando estes, de seguida para plos opostos. A telofase II idntica telofase da mitose. No final desta segunda diviso ocorre a citocinese, formando-se quatro clulas haploides independentes, cada uma contendo um membro de cada par de cromossomas homlogos. A figura 31 representa as principais fases da

    meiose.

    Fig. 31 Fases da meiose. Microfotografia e representao esquemtica. Dias da Silva et al., 2000.

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    As quatro clulas haploides resultantes da meiose, apesar de apresentarem o mesmo nmero de cromossomas, so diferentes do ponto de vista gentico, o que se deveu ao facto de a distribuio dos homlogos na metafase I ser aleatria, originando um nmero de combinaes que depende do nmero de cromossomas envolvidos. O nmero de combinaes possveis de 2n, sendo n o nmero de pares de cromossomas. No caso do homem, em que n = 23, o nmero de combinaes possveis de 8 388 608, o que d origem a uma grande variabilidade. Esta ainda se torna muito maior devido ao crossing-over. Voltaremos a falar deste assunto no Captulo sobre Gentica Humana.

    Diferenciao Celular Ao estudar o ciclo celular, dissemos que, durante a fase G1, as clulas podem iniciar a sua diferenciao. Conforme o termo indica, diferenciao o processo pelo qual as clulas se especializam estrutural e funcionalmente. Este processo traduz-se, essencialmente, pela sntese de protenas caractersticas, quer com atividade enzimtica quer estruturais, o que torna a clula especializada numa dada funo.

    A sntese proteica controlada pela informao gentica que, em princpio, a mesma em todas as clulas. Dos genes que constituem o DNA, nem todos se expressam. Cada gene pode ser ativado ou inibido em determinadas condies. A ativao ir permitir a transcrio de apenas certos genes, com a consequente sntese de apenas determinadas protenas. A expresso dos genes depende, assim, das relaes entre o DNA e o meio celular, onde existem certas molculas que provocam a represso de alguns genes, enquanto outras induzem a atividade de outros genes.

    a seleo controlada da expresso dos genes que conduz diferenciao celular. Em consequncia, num mesmo organismo, passam a existir vrios tipos de clulas que, posteriormente, podem vir a organizar-se em tecidos e rgos. Este ser o tema que iremos desenvolver no Captulo sobre Embriologia. Para j, importa ficar com a ideia de que, ao sofrerem divises mitticas sucessivas, haver partes do genoma que se mantm ativas e outras partes que vo sendo progressivamente desativadas, medida que as clulas se vo especializando. Algumas so de tal modo especializadas que perdem a capacidade de se dividir, como o caso dos neurnios e das clulas do msculo esqueltico. Outras, porm, conservam a capacidade mittica durante toda a vida do organismo a que pertencem, dando, no entanto, origem a clulas sempre iguais a si prprias, ou seja, com o mesmo grau de especializao, como o caso de certas clulas da pele, por exemplo. Outras, ainda, mantm-se capazes de dar origem a vrios tipos

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    de clulas, dizendo-se, por isso, multipotentes, como as clulas da medula ssea que iro diferenciar-se nas diferentes clulas que constituem o tecido sanguneo. Por fim, as clulas que podem vir a diferenciar-se em qualquer tipo de clula, como um ovo, chamam-se totipotentes (do latim: totus = inteiro + potencia = poder).

    Os mecanismos que regulam a diferenciao celular so mltiplos e complexos, estando alguns deles ainda em fase de investigao. Na realidade, este um dos temas mais apaixonantes da Biologia Celular, colocando ao investigador grandes desafios.

    Renovao, Regenerao e Cancro Como vimos, muitas clulas so capazes de se renovar, permitindo que o organismo se mantenha em bom funcionamento durante um tempo que vai depender no s das suas prprias autolimitaes, mas tambm da forma como ns o tratamos. Para exemplificar, falemos da pele. , com efeito, um tecido que se encontra em constante renovao, mas tambm um tecido que est em constante contacto com as agresses do ambiente. Se tivermos cuidados com a pele, ela no envelhecer to rapidamente. Por outro lado, a capacidade de diviso das clulas no ilimitada. Vrios estudos laboratoriais levaram concluso de que, ao cabo de umas tantas divises, a clula comea a envelhecer e acaba por morrer, perdendo completamente a capacidade de se renovar. No foi por acaso que falmos em telmeros. Pensa-se que sempre que uma clula se divide, os telmeros dos cromossomas vo diminuindo. Quando ficam muito curtos, os cromossomas perdem a estabilidade e as clulas no voltam a dividir-se. por isso que surge o envelhecimento. Fcil ser perceber que, quanto mais agredido for um tecido, mais solicitadas so as suas clulas a dividir-se. Assim, os tecidos podero envelhecer precocemente se forem maltratados. Alguns dos nossos tecidos so capazes de regenerao, ou seja, o processo que permite substituir partes perdidas. No entanto, outros, devido baixa ou ausente atividade mittica das clulas que os constituem no regeneram, dando origem, em caso de leso, a marcas irreversveis. o caso da cicatriz que resulta de leso do tecido muscular cardaco quando se d enfarte do miocrdio. Outro caso grave o das leses do tecido nervoso. Na realidade, uma paralisia resulta da destruio de alguns neurnios que j no possvel substituir. Mas as agresses constantes tambm podem provocar a revolta das clulas. Com efeito, quando submetida a stresse contnuo, uma clula pode transformar-se e perder o controlo sobre o processo mittico. Os tumores

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    resultam de divises sucessivas descontroladas. Ao transformar-se, a clula perde a sua especializao e adquire propriedades que anteriormente no possua. O seu metabolismo (conjunto das reaes qumicas que se do na clula) fica alterado, adquirindo aquilo a que se chama malignidade. Algumas clulas tumorais so capazes de se evadir do local onde tiveram origem e colonizar outras partes do corpo, processo a que se chama metastizao. As metstases invadem implacavelmente o organismo, destruindo os tecidos e acabando por matar o indivduo. No esquecer que o stresse a que as clulas esto submetidas pode ser causado por produtos qumicos exgenos (tabaco, lcool e outras drogas), m alimentao ou por substncias produzidas pelo prprio corpo em resposta aos desequilbrios. desse modo que o descontrolo emocional, as preocupaes constantes ou a vida pouco saudvel que se leva na sociedade moderna podem conduzir a processos cancerosos.

    Conceito de Apoptose O termo apoptose (do grego: apo = fora + ptosis = queda), que significa morte programada da clula, foi criado em 1972, por um conjunto de cientistas que observaram que algumas clulas pareciam escolher o momento da sua morte e que esse fenmeno se distinguia da morte patolgica da clula ou necrose (do grego: nekrosis = morte). A apoptose importante no desenvolvimento embrionrio e fetal, na atrofia das glndulas que se segue obstruo dos canais excretores e na morte de clulas dependente de processos hormonais, como acontece na mama, nas glndulas suprarrenais, na prstata, no endomtrio e no ovrio, assim como no processo de renovao de alguns tecidos. Observa-se em tumores em crescimento e em regresso e responsvel pela eliminao de clulas anormais (com erros no DNA ou infetadas por vrus). A necrose caracteriza-se pela perda da regulao do volume e das funes de sntese da clula, dando-se rotura da membrana. Pelo contrrio, a apoptose um processo ativo e dependente de energia, marcado pela quebra da cromatina e pela formao de projees em forma de bolha na superfcie celular, facilmente identificvel ao microscpio. A clula acaba por fragmentar-se e ser fagocitada por clulas vizinhas (Fig. 32). As anomalias do processo apopttico, por excesso ou por defeito, podem estar subjacentes a vrios processos patolgicos que vo de malformaes congnitas a doenas neurodegenerativas, disfunes do sistema imunolgico e persistncia de clulas anormais que possam vir a originar tumores.

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    O fenmeno da apoptose est difundido por todo o mundo vivo, incluindo animais inferiores e plantas, encontrando-se sob um rigoroso controlo gentico.

    Fig. 32 Apoptose em clulas epiteliais esquema e microfotografias que identificam o fenmeno. Ross et al., 1995.

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    Captulo 2 Embriologia Humana

    A embriologia ocupa-se do estudo do desenvolvimento de um organismo desde a fecundao at sua forma definitiva. Literalmente, o termo embriologia significa o estudo dos embries, no entanto, refere-se, habitualmente, ao desenvolvimento pr-natal. Este tem vrias fases distintas desde a fecundao at cerca da 8 semana fala-se em embrio e, a partir deste momento, quando j foi atingida a forma definitiva do novo ser, fala-se em feto. Neste captulo iremos apenas falar do desenvolvimento do embrio, at ao incio da organognese.

    O desenvolvimento embrionrio, ou embriognese, inicia-se logo aps a fecundao. A figura 33 representa, esquematicamente, um espermatozoide e um vulo humanos. Estas clulas so, como j sabemos, haploides, pois formaram-se por meiose. O vulo , na realidade, uma clula chamada ocito II que se encontra em metafase II suspensa.

    Fig. 33 Desenho esquemtico dos gmetas humanos. A. Espermatozoide. O acrossoma uma estrutura derivada do complexo de Golgi que se forma na zona apical do ncleo e que contm enzimas que desempenham um importante papel na fertilizao. Na base do flagelo existem os centrolos e, na pea intermdia, elevado nmero de mitocndrias necessrias ao fornecimento de energia para o movimento daquele (x 1250). B. Espermatozoide na mesma escala do vulo. C. vulo (x 200). Moore & Persaud, 2001.

    A fecundao ou fertilizao consiste numa srie de processos e no num nico evento. Tem incio com a penetrao do espermatozoide na zona pelcida do ocito II e termina com a cariogamia, ou seja, a fuso dos ncleos materno e paterno formando-se um ovo ou zigoto. Na figura 34, esto esquematicamente representados os passos da fecundao. Este fenmeno libertou o vulo do seu lento metabolismo e previne a sua desintegrao no trato reprodutivo feminino. Ocorre, como se sabe, na trompa de Falpio.

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    Fig. 34 Fases da fecundao. Os 1 e 2 glbulos polares so clulas no fun