Citoplasma

O citoplasma é composto por organelas (ou “organelles”) com diferentes funções. Entre as organelas mais importantes estão ribossomos, vacúolos e mitocôndrias. Cada organela tem uma função específica na célula e no citoplasma. O citoplasma contém parte do genoma do organismo. Embora a maior parte esteja no núcleo, algumas organelas, incluindo mitocôndrias ou cloroplastos, têm uma certa quantidade de DNA.

RibossomasEditar

Estrutura de um ribossomo. As subunidades maiores (1) e menores (2) estão ligadas.

Ribossomas são grânulos citoplasmáticos encontrados em todas as células, e medem cerca de 20 nm. Eles também carregam RNA ribossômico.

Síntese de proteínas ocorre em ribossomos no citoplasma. Os RNAs mensageiros (mRNAs) e os RNAs de transferência (tRNAs) são sintetizados no núcleo, e depois transmitidos para o citoplasma como moléculas separadas. O RNA riposomal (rRNA) entra no citoplasma sob a forma de uma subunidade ribossomal. Como existem dois tipos de subunidades, as duas subunidades são unidas no citoplasma com moléculas de mRNA para formar ribossomos ativos completos.

RIBossomos ativos podem ser suspensos no citoplasma ou ligados ao retículo endoplasmático rugoso. Os ribossomas suspensos no citoplasma têm a função primária de sintetizar as seguintes proteínas:

1. Proteínas que farão parte do citosol.
2. Proteínas que construirão elementos estruturais.
3. Proteínas que constituirão elementos móveis no citoplasma.

O ribossoma é constituído por duas partes, uma maior e uma menor; estas deixam o núcleo celular separadamente. Por experiência pode ser induzido que eles são mantidos juntos por cargas, uma vez que como a concentração de Mg+2 é reduzida, as subunidades tendem a se separar.

LisossomasEditar

Lisossomas são vesículas esféricas, entre 0,1 e 1 μm de diâmetro. Contêm cerca de 50 enzimas, geralmente hidrolíticas, em solução ácida; as enzimas necessitam desta solução ácida para um funcionamento óptimo. Os lisossomas mantêm estas enzimas separadas do resto da célula, impedindo-as de reagir quimicamente com elementos celulares e organelas.

Os lisossomas utilizam as suas enzimas para reciclar as diferentes organelas da célula, engolindo-as, digerindo-as e libertando os seus componentes no citosol. Este processo é chamado de autofagia, e a célula digere estruturas próprias desnecessárias. O material é engolfado por vesículas do retículo endoplasmático e do aparelho de Golgi para formar um auto-fagosoma. Ao ligar-se ao lisossoma primário, forma um auto-fagossoma e segue o mesmo processo acima.

Na endocitose, os materiais são recolhidos do exterior da célula e engolfados pela endocitose através da membrana plasmática, formando um fagosoma. O lisossoma liga-se ao fagosoma para formar um fagosoma e derrama o seu conteúdo no fagosoma, degradando as substâncias do fagosoma. Uma vez hidrolisadas, as moléculas utilizáveis passam para dentro da célula para entrar nas vias metabólicas, e o que não é necessário pela célula é descartado fora da célula por exocitose.

Os lisossomas também derramam suas enzimas fora da célula (exocitose) para degradar ainda mais outros materiais. Tendo em conta as suas funções, a sua presença é elevada nos glóbulos brancos, pois têm a função de degradar os corpos invasores.

VacuolesEdit

O vacuole é um saco de líquido rodeado por uma membrana. Na célula vegetal, o vacúolo é um vacúolo único, maior; na célula animal, no entanto, existem vários vacúolos menores. A membrana circundante é chamada de tonoplast. O vacúolo da célula vegetal tem uma solução de sais minerais, açúcares, aminoácidos e por vezes pigmentos como a antocianina.

O vacúolo da planta tem várias funções:

• Açúcares e aminoácidos podem actuar como uma loja alimentar temporária.
• Antocianinas têm pigmentação que dá cor às pétalas.
• Possuem geralmente enzimas e podem assumir a função de lisossomas.

A função dos vacúolos na célula animal é agir como um local onde as proteínas são armazenadas; estas proteínas são armazenadas para uso posterior, ou melhor, para exportação para fora da célula através do processo de exocitose. Neste processo, os buracos de vácuo fundem-se com a membrana e o seu conteúdo é movido para fora da célula. O vacúolo também pode ser usado para o processo de endocitose; este processo envolve o transporte de materiais fora da célula, que não são capazes de passar através da membrana, para a célula.

Retículo endoplasmáticoEditar

O retículo endoplasmático é um sistema complexo e uma coleção de membranas interligadas, formando um esqueleto citoplasmático. Eles formam um sistema extensivo de canais e mantêm os ribossomos juntos. A sua forma pode variar, pois a sua natureza depende da disposição das células, que podem ser comprimidas ou pouco organizadas.

Imagem de um núcleo, do retículo endoplasmático e do aparelho de Golgi.
(1) Núcleo (2) Poro nuclear (3) Retículo endoplasmático grosso (RER) (4) Retículo endoplasmático liso (REL) (5) Ribossomo no RER (6) Proteínas sendo transportadas (7) Vesícula (transporte) (8) Aparelho do Golgi (9) Lado Cis do aparelho do Golgi (10) Lado Trans do aparelho do Golgi (11) Cisterna do aparelho do Golgi.

Um conjunto de cavidades fechadas de forma muito variável: folhas achatadas, vesículas globulares ou tubos sinuosos. Estes comunicam entre si e formam uma rede contínua separada do hialoplasma pela membrana do retículo endoplasmático. Consequentemente, o conteúdo fluido do citoplasma é dividido em duas partes: o espaço luminal ou cisternal contido no retículo endoplasmático e o espaço citosólico que compreende o exterior do retículo endoplasmático.

As principais funções incluem:

• Circulação de substâncias que não são liberadas no citoplasma.
• Servir como uma área para reações químicas.
• Síntese e transporte de proteínas produzidas por ribossomos ligados às suas membranas (somente RER).
• Glicosilação de proteínas (apenas RER).
• Produção de lípidos e esteróides (apenas REL).
• Prover um esqueleto estrutural para manter a forma celular.

Rough endoplasmic reticulumEdit

Quando a membrana é rodeada por ribossomos, é chamado de reticulum endoplasmático rugoso (RER). A principal função do RER é a síntese de proteínas, e é precisamente por esta razão que é mais prevalecente nas células em crescimento ou secretoras de enzimas. Da mesma forma, danos na célula podem causar um aumento na síntese de proteínas, e o RER é formado, prevendo que são necessárias proteínas para reparar os danos.

Proteínas são transformadas e movem-se para uma região do RER, o aparelho Golgi. Macromoléculas diferentes de proteínas também são sintetizadas nestes corpos.

Retículo endoplasmático lisoEditar

Na ausência de ribossomos, é chamado de retículo endoplasmático liso (SER). A sua principal função é produzir os lípidos das células, nomeadamente os fosfolípidos e o colesterol, que depois se tornam parte das membranas celulares. Os outros lípidos celulares (ácidos gordos e triglicéridos) são sintetizados no citosol, razão pela qual são mais abundantes nas células que têm secreções relacionadas, tais como uma glândula sebácea. É escasso, contudo, na maioria das células.

Aparelho GolgiEditar

O aparelho Golgi, com o nome do seu descobridor, Camillo Golgi, é semelhante em estrutura ao retículo endoplasmático, mas é mais compacto. É composto por sacos de membrana em forma de disco e está localizado perto do núcleo celular.

Um dicionário é o nome dado a cada pilha de sacos. Eles medem cerca de 1 µm de diâmetro e agrupam cerca de 6 cisternas, embora em eucariotas inferiores o seu número pode ser de até 30. Nas células eucarióticas, o aparelho de Golgi está mais ou menos desenvolvido, dependendo da sua função. Em cada caso o número de dictiosomas varia de poucos a numerosos.

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Diagrama do sistema endomembranoso de uma célula eucariótica.

O aparelho de Golgi consiste em uma ou mais séries de cisternas ligeiramente curvas e achatadas, delimitadas por membranas, e este é conhecido como a pilha de Golgi ou dictiosoma. As extremidades de cada cisterna são dilatadas e rodeadas por vesículas que se fundem com este comportamento, ou se separam dele por geminação.

O aparelho de Golgi é estruturalmente e bioquimicamente polarizado. Tem duas faces distintas: a cis, ou formação, face e a trans, ou amadurecimento, face. O lado cis está localizado perto das membranas das Urgências. As suas membranas são finas e a sua composição é semelhante à das membranas reticuladas. À sua volta estão as vesículas de Golgi, também chamadas vesículas de transição, que são derivadas das Urgências. A face trans costuma estar perto da membrana de plasma. Suas membranas são mais espessas e se assemelham à membrana de plasma. As vesículas maiores, as vesículas secretas, estão localizadas nesta face.

As suas funções são variadas:

• Modificação das substâncias sintetizadas no RER: as substâncias do RER são transformadas no aparelho Golgi. Estas transformações podem ser agregações de resíduos de carboidratos para alcançar a estrutura final ou ser proteolizados para adquirir a sua conformação activa. Por exemplo, no RER das células acinares do pâncreas, sintetiza-se a proinsulina que, devido às transformações que sofre no aparelho de Golgi, adquirirá a forma ou conformação definitiva da insulina. As enzimas encontradas no interior dos dictiosomas são capazes de modificar as macromoléculas por glicosilação (adição de carboidratos) e fosforilação (adição de fosfatos). Para isso, o aparelho Golgi transporta certas substâncias como nucleotídeos e açúcares para a organela a partir do citoplasma. As proteínas também são marcadas com sequências de sinal que determinam o seu destino final, por exemplo, o manose-6-fosfato é adicionado a proteínas destinadas a lisossomas.
• Para produzir as glicoproteínas necessárias na secreção, adicionando um carboidrato à proteína.
• Produzir enzimas secretoras, como as enzimas digestivas no pâncreas: substâncias passam por todos os sáculos do aparelho de Golgi e quando chegam à face trans do dictiosoma, em forma de vesículas secretoras, são transportadas para o seu destino fora da célula, atravessando a membrana citoplasmática por exocitose. Um exemplo disso são os proteoglicanos que compõem a matriz extracelular dos animais. O aparelho de Golgi é a organela de maior síntese de carboidratos. Isto será tratado pelas enzimas no Golgi através de um resíduo de xilose. Outra forma de marcar uma proteína pode ser por sulfatação de uma sulfo-transferase, que ganha uma molécula de enxofre de um doador chamado PAPS. Este processo tem lugar nos GAGs de proteoglicanos, bem como nos núcleos de proteínas. Este nível de sulfatação é muito importante para as funções de etiquetagem de proteoglicanos e dar uma carga líquida negativa ao proteoglicano.

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• Segregação de carboidratos como os usados para restaurar a parede celular.

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• Transportar e armazenar lípidos.

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• Formar lisossomas primários.

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Esboço de uma mitocôndria. (1) membrana interna (2) membrana externa (3) espaço intermembrana (4) matriz.

MitocôndriaEdit

Mitocôndria são uma organela que pode ser encontrada em todas as células eucarióticas, embora em células altamente especializadas elas possam estar ausentes. O número de mitocôndrias varia de acordo com o tipo celular, e seu tamanho geralmente varia entre 5 μm longo e 0,2 μm largo.

Cercado por uma membrana dupla. A membrana mais externa controla o movimento das substâncias que entram e saem da célula e separa a organela do hialoplasma. A membrana externa contém proteínas de transporte especializadas que permitem a passagem de moléculas do citosol para o espaço intermembrana.

Mitocondrial membranas são feitas de fosfolípidos e proteínas. Ambos os materiais estão ligados entre si para formar um retículo lipídico-proteico. As Mitocôndrias têm funções diferentes:

• Oxidação do piruvato para CO2m acoplado à redução dos portadores eletrônicos nad+ e fad (para nadh e fadh2)
• Transferência de elétrons de nadh e fadh2 para o2, acoplado à geração de força próton-motiva
• Utilização da energia armazenada no gradiente de prótons eletroquímicos para síntese de ATP pelo complexo f1 f0.

A membrana interna é dobrada em direcção ao centro, dando origem a extensões chamadas cristae, algumas das quais estendem todo o comprimento da organela. A sua principal função é ser principalmente a área onde ocorrem os processos respiratórios. A superfície destas cristais tem grânulos ao longo do seu comprimento.

O espaço entre as duas membranas é o espaço intermembrana. O resto da mitocôndria é a matriz. É um material semi-rígido contendo proteínas, lipídios e pouco DNA.

MatrixEdit

A matriz consiste em uma composição de material semi-fluido. Tem uma consistência gelatinosa devido à presença de uma alta concentração de proteínas solúveis em água, é 50% água, e inclui:

• Duas moléculas de DNA circulares (o DNA mitocondrial), que contêm informação para sintetizar um número de proteínas mitocondriais.
• Moléculas de RNA mitocondrial formando os mitorribossomos, que são distintos do resto dos ribossomos celulares.
• Ribossomos (os mitorribossomos), que estão localizados tanto livres como ligados à membrana mitocondrial interna. São semelhantes aos ribossomos bacterianos.
• Iões, cálcio e fosfato, ADP, ATP, coenzima A e um grande número de enzimas.

Membrana internaEditar

Esta membrana mitocondrial tem uma área de superfície maior devido às cristas mitocondriais. É mais rico em proteínas do que outras membranas celulares. Seus lipídios não incluem colesterol, e é rico em um raro fosfolipídeo, a cardiolipina.

As proteínas Its são variadas, mas distinguem-se por:

• As proteínas que formam a cadeia que transporta os elétrons para o oxigênio molecular (cadeia respiratória)
• Um complexo enzimático, ATP synthase, que catalisa a síntese de ATP e consiste em três partes: Uma esfera de cerca de 9 nm de diâmetro. É a parte catalítica do complexo e é chamada fator F.
• Proteínas de transporte, que permitem a passagem de íons e moléculas através da membrana mitocondrial interna, que é bastante impermeável à passagem de íons.

Membrana externaEditar

A membrana externa das mitocôndrias assemelha-se a outras membranas celulares, especialmente a do retículo endoplasmático. Seus componentes incluem:

• Proteínas, que formam grandes “canais ou poros aquosos”, tornando-a altamente permeável, ao contrário da membrana mitocondrial interna.
• Enzimas, como as que ativam ácidos graxos para oxidação na matriz.

Espaço intermediárioEditar

A composição das iscas é semelhante à do hialoplasma. As funções incluem:

• Oxidações respiratórias.
• Síntese de proteínas mitocondriais. Esta função é realizada da mesma forma que a síntese de proteínas no hialoplasma.

PeroxisomasEditar

Estrutura básica de um peroxisoma.

Peroxisomas (ou micro-corpos) são corpos esféricos, ligados por membranas entre 0,5 e 1,5 μm de diâmetro. Eles são formados pelo brotar do retículo endoplasmático liso. Para além de serem granulares, não têm estrutura interna. Possuem uma série de enzimas metabolicamente importantes, em particular a enzima catalase, que cataboliza a degradação do peróxido de hidrogênio. Por causa disso eles são chamados peroxisomas. A degradação do peróxido de hidrogênio é representada em uma equação.

H 2 O 2 + R ′ H 2 ⟶ R ′ + 2 H 2 O {displaystyle H_{2}O_{2}+R’H_{2}{2}longrightarrow R’+2H_{2}O}