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Dentro da Célula
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Capítulo 1

A Célula: Guia do Proprietário

Por Alisa Zapp Machalek

Uma célula animal típica cortada de modo a evidenciar os organelos em secção transversal.
Uma célula animal típica cortada de modo a evidenciar os organelos em secção transversal.
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Bem-vindo! Esperamos que esta transformação não seja assustadora! Encolheste um tamanho cerca de 3 milhões de vezes mais pequeno do que o teu tamanho normal. Tens agora cerca de 0.5 micrómetros de altura (um micrómetro é cerca da 1/1000 de um milímetro). Mas não te preocupes, pois voltarás ao teu tamanho inicial antes de terminares este capítulo.

Nesta escala, uma célula humana de dimensões médias parece tão larga, alta e longa como um campo de futebol. Contudo, do teu ponto de observação, não consegues vislumbrar toda a sua extensão. A vista é obstruída por uma mistura de moléculas, fibras e estruturas celulares variadas chamadas organelos. Os organelos, tal como os orgãos do corpo, têm, cada um, uma função biológica a cumprir.

Agora que os teus olhos já se habituaram à obscuridade, vamos explorar em primeira-mão e de perto, o mundo assombroso dentro de uma célula.


Núcleo: O Cérebro da Célula

Núcleo
Nuclear Pores
Núcleo

Olha para baixo. Notas uma curvatura ligeira? Estás sobre uma estrutura aproximadamente esférica com cerca de 15 m de diâmetro. É o núcleo—basicamente o cérebro da célula.

O núcleo é o organelo mais proeminente e pode ocupar até 10% do espaço interior da célula. Contém o equivalente à hmatéria cinzenta" da célula – o seu material genético ou DNA. Sob a forma de genes, cada um em conjunto com moléculas auxiliares, o DNA determina a identidade da célula, gere as suas actividades e constitui o "livro de receitas" oficial para as proteínasdo corpo.

Agora avança – salta. É um pouco elástico, não é? Isso é porque o núcleo está rodeado por duas membranas, maleáveis sendo o conjunto das duas conhecido por invólucro nuclear. Normalmente o invólucro nuclear está perfurado por aberturas octogonais com cerca de 2,5 centímetros (nesta escala) com bordos levantados. Estas aberturas, os poros nucleares , permitem a entrada e saída de mensageiros químicos do núcleo. Contudo, nós eliminámos os poros nucleares desta área do núcleo, não vás torcer um tornozelo num deles.

Se excluirmos o núcleo, o resto do interior da célula é conhecido por citoplasma.

Células Eucarióticas Células Procarióticas
As células de organismos "complexos", incluindo todas as plantas e animais Organismos "simples", incluindo bactérias e cianobactérias
Contêm um núcleo e muito outros organelos, cada um rodeado por uma membrana (o núcleo e a mitocôndria possuem duas membranas) Não possuem núcleo ou outros organelos rodeados por membranas
Podem especializar-se em determinadas funções tais como absorver os nutrientes dos alimentos ou transmitir impulsos nervosos; grupos de células podem formar grandes órgãos multicelulares e organismos Usualmente existem como células individuais e idênticas
Muitas células animais medem cerca de 10-30 micrómetros e muitas células vegetais 10-100 micrómetros de diâmetro Muitas medem 1-10 micrómetros de diâmetro

Praticamente todas as formas de vida pertencem a uma de duas categorias: eucariotas ou procariotas.

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Membrana Celular: Especialista em Compartimentar e Comunicar

A membrana que rodeia a célula é feita de proteínas 
	  e lípidos. Dependendo da localização da membrana e função no corpo, os lípidos 
	  podem constituir 20 a 80 % da membrana sendo o restante constituído por 
	  proteínas. O colesterol, que não se encontra nas células vegetais, é um tipo 
	  de lípido que contribui para a rigidez das membranas.
A membrana que rodeia a célula é feita de proteínas e lípidos. Dependendo da localização da membrana e função no corpo, os lípidos podem constituir 20 a 80 % da membrana sendo o restante constituído por proteínas. O colesterol, que não se encontra nas células vegetais, é um tipo de lípido que contribui para a rigidez das membranas.
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Podes não te recordar mas atravessaste uma membrana para chegar até aqui. Cada célula está contida numa membrana pontuada por passagens especiais, canais e bombas. Estes dispositivos deixam entrar - ou forçam a saída – de moléculas seleccionadas. O seu objectivo é proteger cuidadosamente o ambiente interno da célula que consiste num caldo espesso (chamado citosol) de sais, nutrientes e proteínas que representa cerca de 50 % do volume da célula (sendo resto representado pelos organelos).

A membrana periférica da célula é constituída por uma mistura de proteínas e lípidos (gorduras). Os lípidos conferem flexibilidade às membranas. As proteínas transmitem mensagens químicas para a célula e também monitorizam e mantêm o ambiente químico da célula. No lado exterior da membrana existem cadeias de moléculas de açúcares que se ligam a algumas proteínas e lípidos que auxiliam cada tipo de célula a realizar a sua tarefa. Se tentasses saltar na superfície exterior da célula como fizeste com o invólucro do núcleo verificarias que todas estas moléculas de açúcares e proteínas protuberantes tornavam essa tarefa complicada (e pegajosa).

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O Retículo Endoplasmático: Costureiro de Proteínas e Fábrica de Lípidos

Se espreitares pelo lado do núcleo notarás grupos de sacos enormes e interligados que se juntam uns aos outros. Cada saco tem apenas alguns centímetros de diâmetro mas o seu comprimento pode estender-se por 30 metros ou mais. Esta rede de sacos, o retículo endoplasmático (RE), pode ocupar frequentemente mais de 10% do volume total da célula.

O retículo endoplasmático existe em dois tipos: o RE rugoso 
	  está coberto de ribossomas e processa as proteínas recém produzidas; o RE liso é 
	  especializado na produção de lípidos e na destruição de moléculas tóxicas.RE liso
O retículo endoplasmático existe em dois tipos: o RE rugoso está coberto de ribossomas e processa as proteínas recém produzidas; o RE liso é especializado na produção de lípidos e na destruição de moléculas tóxicas.

Se observares mais de perto, verificas que os sacos estão cobertos por protuberâncias arredondadas com cerca de 5 cm de largura. Estas protuberâncias, denominadas ribossomas, são máquinas moleculares sofisticadas constituídas por mais de 70 proteínas e 4 cadeias de RNA, uma molécula aparentada com o DNA. Os ribossomas têm uma tarefa fundamental: construir as proteínas da célula. Sem ribossomas, não existiria a vida tal como a conhecemos.

Para construir uma proteína, os ribossomas vão juntando, um a um, blocos químicos de construção. À medida que as novas cadeias proteicas se vão desenrolando a partir dos ribossomas, dirigem-se directamente para o interior do RE. Aí, há enzimas que diligentemente revestem as proteínas com cadeias especializadas de açúcares.

RE Rugoso
RE Rugoso
SUSUMU ITO

Agora, vai trepando a partir do núcleo pelo RE. À medida que te afastas do núcleo verificas que o número de ribossomas diminui. Tem cuidado! Os ribossomas serviam de bons pontos de apoio para as mãos e os pés. À medida que os ribossomas se vão tornado mais escassos até desaparecerem podes escorregar pelo RE liso e não consegues voltar a trepar.

Para além de possuir poucos ribossomas o RE liso tem uma forma e função diferentes do RE rugoso, carregado de ribossomas. Um labirinto de túbulos ramificados, o RE liso, é especializado na produção de lípidos, contendo também enzimas que destroem substâncias prejudiciais. Muitos tipos de células não possuem RE liso mas algumas células, como as do fígado que é responsável por neutralizar toxinas, possuem RE liso abundante.

Seguidamente, observa o citosol. Vês alguns ribossomas flutuando livremente? As proteínas produzidas nestes ribossomas permanecem no citosol. Isto contrasta com as proteínas produzidas nos ribossomas do RE rugoso que são dirigidas para outros organelos ou enviadas para o exterior da célula para exercerem funções noutras partes do corpo. Alguns exemplos de proteínas que saem da célula (chamadas proteínas secretadas) são os anticorpos, a insulina, enzimas digestivas e muitas hormonas.

Rx: Bloqueadores de Ribossomas
Num feito técnico dramático, os cientistas obtiveram a 
		primeira imagem estrutural de um ribossoma em 1999. Esta imagem mais recente 
		capturou um ribossoma bacteriano enquanto produzia uma proteína. (uma espiral 
		longa e rectilínea a azul mais claro). Esta imagem mostra também que, ao contrário 
		das máquinas celulares típicas, que são constituídas por agregados de proteínas (aqui 
		representadas por fitas vermelhas), os ribossomas são constituídos principalmente 
		por RNA (as grandes ansas azuis e cinzentas escadeadas). Estudos mais pormenorizados 
		das estruturas ribossómicas poderão conduzir à obtenção de medicamentos antibióticos mais aperfeiçoados.
Num feito técnico dramático, os cientistas obtiveram a primeira imagem estrutural de um ribossoma em 1999. Esta imagem mais recente capturou um ribossoma bacteriano enquanto produzia uma proteína. (uma espiral longa e rectilínea a azul mais claro). Esta imagem mostra também que, ao contrário das máquinas celulares típicas, que são constituídas por agregados de proteínas (aqui representadas por fitas vermelhas), os ribossomas são constituídos principalmente por RNA (as grandes ansas azuis e cinzentas escadeadas). Estudos mais pormenorizados das estruturas ribossómicas poderão conduzir à obtenção de medicamentos antibióticos mais aperfeiçoados.
IMAGEM CEDIDA POR HARRY NOLLER

Todos os organismos celulares, incluindo as bactérias, possuem ribossomas. Todos os ribossomas são contituídos por proteínas e RNA ribossomal. Contudo, as formas precisas destas máquinas biológicas diferem em características muito específicas entre os humanos e as bactérias. Este aspecto é interessante para os investigadores que desenvolvem medicamentos que matam bactérias, chamados antibióticos, pois significa que os cientistas podem planear terapias que bloqueiam os ribossomas bacterianos (e deste modo, as próprias bactérias) sem afectar os hospedeiros humanos.

Muitos medicamentos antibióticos no mercado funcionam pela inibição dos ribossomas das bactérias que causam infecções. Contudo, muitos microorganismos desenvolveram resistência a estes medicamentos e, por isso, necessitamos urgentemente de novos antibióticos para substituir aqueles que perderam a eficácia na luta contra a doença.

Recorrendo a técnicas de imagem sofisticadas, como a cristalografia de raios-X, os investigadores conseguiram visualizar imagens moleculares dos antibióticos durante a sua ligação a um ribossoma bacteriano. O estudo pormenorizado destas imagens tridimensionais fornece aos cientistas novas ideias sobre o desenvolvimento de novas moléculas, feitas à medida, que se liguem mais fortemente aos ribossomas. Estas moléculas podem conduzir ao desenvolvimento de novos antibióticos, mais eficazes. —Alison Davis

 

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Golgi: Centros de Acabamento, Empacotamento e Expedição

Golgi
Golgi
TINA CARVALHO

Agora vamos tentar andar um pouco pelo citosol. Notaste aquela meia-dúzia de balões achatados, cada um com alguns centímetros de diâmetro, e com cerca de 70 centímetros de comprimento? É o complexo de Golgi também denominado aparelho de Golgi ou, simplesmente, Golgi. Tal como uma loja de presentes em que se etiqueta, embrulha e expede as mercadorias, o Golgi recebe do RE novas proteínas e lípidos, adiciona-lhe os acabamentos, coloca-lhes o endereço e expede-os para os seus destinos finais. Alguns dos locais a que as moléculas se destinam são os lisossomas.

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Lisossomas: Centros de Reciclagem e Camiões de Lixo

Lisossomas
Lisossomas

Vês aquela bolha com cerca de 3 metros de diâmetro? É um lisossoma. Vamos lá ver – acho que vais gostar disto. Talvez mais do que os outros organelos, os lisossomas podem ter um tamanho muito variado – de 13 cm a quase 1 metro de diâmetro.

Vai lá e encosta-lhe o ouvido. Ouves sibilar e gorgolejar? É o som de enzimas poderosas e ácidos desfazendo em bocados tudo o que lá vai ter dentro.

Contudo, as substâncias não se dissolvem apenas dentro do lisossoma e desaparecem para sempre. São decompostas nas suas partes componentes que são quase todas recicladas pela célula como nutrientes ou blocos de construção. Os lisossomas também funcionam como camiões de lixo que recolhem os desperdícios inúteis e lançam-nos no exterior da célula. A partir daí, o corpo possui várias maneiras de os eliminar.

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Mitocôndrias: Centrais de Energia da Célula

Pestaneja. Respira. Mexe os dedos dos pés. Estes movimentos subtis – tal como as múltiplas reacções químicas que ocorrem dentro dos organelos – necessitam de grandes quantidades de energia celular. A maior fonte de energia no teu corpo é uma pequena molécula denominada ATPou adenosina-trifosfato.

Mitocôndria
Mitocôndria
Mitocôndria
D.S. FRIEND, BRIGHAM AND WOMEN'S HOSPITAL

O ATP é produzido em organelos chamados mitocôndrias. Vamos lá ver se encontramos algumas. Elas parecem salsichas, tão compridas como carrinhas de carga mas mais estreitas. Oh, ali estão algumas. À medida que nos aproximamos podes ouvir um zumbido semelhante ao ruído de uma central eléctrica. Isto não é uma coincidência. Tal como as centrais eléctricas produzem electricidade a partir de combustíveis fósseis ou barragens hidroeléctricas, as mitocôndrias convertem a energia dos alimentos em ATP.

Tal como outros organelos, as mitocôndrias estão envolvidas por uma membrana externa. Contudo, também possuem uma membrana interna. É de notar que a membrana interna é quatro ou cinco vezes maior que a membrana externa. Para caber dentro do organelo a membrana interna possui numerosas pregas e protuberâncias em forma de dedo que se prolongam para o centro do organelo. Estas dobras possuem uma importante função: aumentar imensamente a superfície disponível para a maquinaria celular que produz o ATP. Por outras palavras, as pregas aumentam enormemente a capacidade de produção de ATP das mitocôndrias.

O espaço interno das mitocôndrias, semelhante a um labirinto, está preenchido com um caldo espesso com centenas de enzimas, DNA (as mitocôndrias são os únicos organelos a possuírem o seu próprio material genético), ribossomas especiais mitocondriais e outras moléculas necessárias para activar os genes mitocondriais.

  TAMANHO REAL (MÉDIA) TAMANHO PERCEBIDO QUANDO AMPLIADO 3 MILHÕES DE VEZES
Diâmetro celular 30 micrómetros* 90 metros
Diâmetro do núcleo 5 micrómetros 15 metros
Comprimento da mitocôndria Tipicamente 1-2 micrómetros mas podendo atingir 7 micrómetros de comprimento 5,5 metros
Diâmetro do lisossoma 50-3000 nanómetros* 13 centímetros a 9 metros
Diâmetro do ribossoma 20–30 nanómetros 5-7,6 centímetros
Largura do microtúbulo 25 nanómetros 7,6 centímetros
Largura do filamento intermediário 10 nanómetros 3 centímetros
Largura do filamento de actina 5–9 nanómetros 1,3-2,6 centímetros

*Um micrómetro é (10-6) do metro. Um nanómetro é (10-9) do metro.

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As três fibras do citoesqueleto – microtúbulos a azul, filamentos 
	  intermediários a vermelho e actina a verde – exercem inúmeras funções na célula.
As três fibras do citoesqueleto – microtúbulos a azul, filamentos intermediários a vermelho e actina a verde – exercem inúmeras funções na célula.

Citoesqueleto: O Esqueleto da Célula… e Muito Mais

Agora, notamos aqueles tubos, cordões e varetas em que temos vindo a tropeçar. No seu conjunto denominam-se o citoesqueleto—o esqueleto da célula. Tal como os esqueletos ósseos que nos conferem estabilidade, o citoesqueleto confere às células a forma, resistência e capacidade de se movimentar mas executa mais funções além destas.

Pensa por um momento nas tuas próprias células. Neste momento, algumas estão a dividir-se a meio, a mover-se ou a sofrer alterações de forma. Se fores um homem, o teu esperma usa longas caudas, chamadas flagelos, para nadar. Se fores uma mulher, fibras semelhantes a cabelos, chamados cílios, varrem os óvulos libertados dos teus ovários para o útero. Tudo isto graças ao citoesqueleto.

Como podes ver, o citoesqueleto é incrivelmente versátil. É constituído por três tipos de fibras que encolhem e esticam constantemente para ir de encontro às necessidades da célula: microtúbulos, filamentos intermediários e filamentos de actina. Cada tipo de filamento tem um aspecto diferente e funciona de forma diferente.

Nestas células os filamentos de actina aparecem a roxo 
	  claro, os microtúbulos a amarelo e os núcleos a azul esverdeado. Esta imagem, 
	  que foi colorida digitalmente, ganhou o primeiro lugar no Nikon Small World Competition, 2003.
Nestas células os filamentos de actina aparecem a roxo claro, os microtúbulos a amarelo e os núcleos a azul esverdeado. Esta imagem, que foi colorida digitalmente, ganhou o primeiro lugar no Nikon Small World Competition, 2003.
TORSTEN WITTMANN

Os tubos flexíveis com cerca de 7 centímetros de largura em que acabaste de bater com a cabeça chamam-se microtúbulos. São feitos de tubulina, uma proteína forte, e são eles as traves mestras que edificam o citoesqueleto. Eles executam a tarefa árdua de separar os cromossomas duplicados quando as células produzem cópias de si próprias e servem de fortes carris por onde circulam inúmeras moléculas e materiais de um lado para o outro. Eles também mantêm o RE e o Golgi arrumados em pilhas e constituem o componente principal dos flagelos e dos cílios.

Agora agarra uma daquelas cordas com 2,5 centímetros de espessura. Sim, podes baloiçar nela pois não se quebra. Estes fios, chamados filamentos intermediários, têm a particularidade de variar bastante de acordo com a sua localização e função no corpo. Por exemplo, alguns filamentos intermediários formam revestimentos rígidos tais como as unhas, cabelo, e a camada exterior da pele (e ainda as garras e escamas dos animais). Outros encontram-se nas células nervosas, células dos músculos, do coração e órgãos internos. Em cada um destes tecidos, os filamentos são feitos de diferentes proteínas. Assim, se os médicos analisarem os filamentos intermédios dos tumores poderão determinar a origem e possíveis tratamentos para certos tipos de cancro.

Vês um feixe de varetas longas perto do limite da célula? Podes tocar-lhes mas não tentes dobrá-las pois quebram-se facilmente. Estas varetas, ligeiramente mais finas do que os filamentos intermédios, são os filamentos de actina. São constituídos por duas cadeias da proteína actina enroladas uma na outra. Embora os filamentos de actina sejam as fibras do citoesqueleto mais frágeis, são também as mais versáteis em termos de forma. Podem juntar-se em feixes, formar teias ou até geles tridimensionais. Estas fibras encolhem ou aumentam de comprimento para permitir às células movimentar-se ou mudar de forma. Juntamente com umas proteína associada chamada miosina, os filamentos de actina tornam possíveis as contracções musculares necessárias para tudo, desde a actividade desportiva até ao batimento automático do teu coração.

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Espeleologia do Golgi: Saída Por Aqui, Por Ali mas Não Por Qualquer Lado
The endoplasmic reticulum and Golgi
KATHRYN HOWELL

Os cientistas utilizam uma variedade de de técnicas para estudar organelos como o retículo endoplasmático e o Golgi, conseguindo compreender mais detalhadamente estas diminutas mas complexas estruturas. Por exemplo, Kathryn Howell da Escola de Medicina da Universidade do Colorado em Denver, usa um microscópio electrónico de alta-voltagem especial, métodos rápidos de congelação e programas de modelação computacional para obter imagens realistas a três dimensões do Golgi e das vias que as proteínas usam para de lá sair.

Howell começa por submeter as células a congelação rápida, impregnação em plástico e seccionamento em cortes finos. Inclinando a platina do microscópio, pode capturar muitas imagens da mesma região da amostra. As imagens são montadas em computador de modo a formar uma imagem tridimensional, chamada tomograma, do Glogi e de outros organelos. Baseando-se no tomograma, a equipa de investigação de Howell pode produzir um filme de uma viajem virtual através da célula. Podes ver um destes filmes em http://publications.nigms.nih.gov/insidethecell/extras/tomogram.mov.

A investigação de Howell demonstra que existem várias vias para proteínas e outras moléculas saírem do Golgi. Estas descobertas são esclarecedoras pois estudos anteriores, com diferentes técnicas sugeriam a existência de uma única via de saída daquele organelo. Sem dúvida que novos capítulos desta história serão escritos, à medida que os biólogos e os investigadores de ciência dos computadores criarem ferramentas mais sofisticadas para visualizar as células. —A.D.

 

 

A Visita Termina Aqui

Conseguiste visualizar uma boa porção da célula num curto período de tempo. Contudo, esta visita apenas abrangeu os pontos mais relevantes. Ocorrem muitos outros processos fascinantes dentro das células. Cada dia que passa os biólogos aprendem mais mas muito fica por explicar.

Agora vais voltar ao teu tamanho normal. Não deverás experimentar efeitos secundários da miniaturização excepto, talvez, espero eu, um ligeiro formigueiro causado pelo novo conhecimento e por um entusiasmo crescente pelo que os cientistas sabem – e pelo que ainda não sabem – acerca das células.

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Moldando as Mitocôndrias
Nesta célula da mosca do vinagre as mitocôndrias (a vermelho) 
		  formam uma rede através da célula. Os microtúbulos estão marcados a verde.
Nesta célula da mosca do vinagre as mitocôndrias (a vermelho) formam uma rede através da célula. Os microtúbulos estão marcados a verde.
MICHAEL YAFFE

Cientistas como Michael P. Yaffe da Universidade da Califórnia em San Diego, estudam a forma das mitocôndrias e como ela muda ao longo da vida da célula. Para abordar este problema de investigação, Yaffe usa organismos simples – tais como leveduras ou células da mosca do vinagre – os quais, tal como as tuas próprias células, possuem membranas, núcleo e outros organelos. Esta semelhança faz com que estes organismos sejam modelos importantes para compreender a biologia humana.

O trabalho de Yaffe ajudou a alterar a descrição clássica dos livros de texto das mitocôndrias com forma de feijões. Recorrendo a microscopia avançada, Yaffe e outros desvendaram muitas formas diferentes das mitocôndrias desde as formas clássicas de feijões, até compridas cobras e estruturas em forma de rede, pensando-se que todas elas estão em constante alteração. Os investigadores estão a descobrir que as diferentes formas das mitocôndrias acompanham alterações nas necessidades das células como por exemplo durante a maturação das células em crescimento ou na resposta das células a doenças.

Muitos cientistas acreditam que as mitocôndrias – que têm capacidade de se dividir autonomamente, possuem o seu próprio genoma e a sua própria maquinaria de síntese proteica e assemelham-se aos procaróticos em muitos aspectos – são descendentes de microorganismos com afinidade para o oxigénio que foram incorporados em células primitivas. Este acontecimento histórico fundou as bases do desenvolvimento de formas de vida avançadas como as plantas e os animais. —A.D.

 

 

Ferramentas Entusiasmantes Para Estudar as Células

Os biólogos celulares adorariam fazer como tu fizeste – encolher e realmente ver, tocar e ouvir as células a trabalhar no seu interior. Uma vez que isso é impossível, desenvolveram uma colecção crescente de abordagens para estudar o interior das células a partir do exterior. Entre eles estão a bioquímica, a análise física, a microscopia, a análise computacional e a genética molecular. Usando estas técnicas, os investigadores podem inventariar exaustivamente as peças moleculares que constituem as células, espreitar a comunicação celular e espiar as células enquanto estas se adaptam a ambientes em mudança. Em conjunto, estas abordagens fornecem detalhes realistas acerca do modo como as células funcionam em conjunto nos órgãos e tecidos do corpo. Vamos começar por discutir os instrumentos tradicionais desta actividade – os microscópios – e aflorar as novas fronteiras dos pontos quânticos e da biologia computacional.

Microscópios Ópticos: As Primeiras Janelas Para as Células

Robert Hooke, o cientista britânico que cunhou a palavra célula,
		usou provavelmente este microscópio quando preparou a sua Micrographia. Publicada em 1665, 
		a Micrographia foi o primeiro livro a descrever observações feitas por um microscópio. Foi um best-seller.
Robert Hooke, o cientista britânico que cunhou a palavra "célula", usou provavelmente este microscópio quando preparou a sua Micrographia. Publicada em 1665, a Micrographia foi o primeiro livro a descrever observações feitas por um microscópio. Foi um "best-seller".
IMAGE COURTESY OF THE NATIONAL MUSEUM OF HEALTH AND MEDICINE, ARMED FORCES INSTITUTE OF PATHOLOGY, WASHINGTON, DC
Esta explosão colorida de fogo de artifício é uma 
		célula em divisão de pulmão de tritão vista ao microscópio óptico e corada 
		com corantes fluorescentes: cromossomas a azul, filamentos intermediários 
		a vermelho, e fibras do fuso (microtúbulos em feixe para a divisão celular) a verde.
Esta explosão colorida de fogo de artifício é uma célula em divisão de pulmão de tritão vista ao microscópio óptico e corada com corantes fluorescentes: cromossomas a azul, filamentos intermediários a vermelho, e fibras do fuso (microtúbulos em feixe para a divisão celular) a verde.
CONLY RIEDER

Os cientistas observaram pela primeira vez as células recorrendo a microscópios ópticos tradicionais. Na verdade, foi Robert Hooke (1635-1703) quem pela primeira vez cunhou o termo "célula" ao observar um fino corte de cortiça ao microscópio. Ele escolheu a palavra célula para descrever os pequenos compartimentos em forma de caixa das células vegetais porque lhe faziam lembrar as celas dos mosteiros.

Gradualmente, os cientistas aperfeiçoaram as técnicas de polimento do vidro para obter lentes e desenvolveram produtos químicos que coravam selectivamente constituintes celulares de modo a serem mais facilmente observados. Em finais dos anos 1800 os biólogos já tinham identificado alguns dos organelos de maiores dimensões (núcleo, mitocôndrias e Golgi).

Recorrendo a microscópios ópticos de alta tecnologia e marcadores moleculares fluorescentes, os investigadores podem, actualmente, observar os processos biológicos em tempo real. Os cientistas começam por ligar quimicamente um corante fluorescente ou uma proteína a uma molécula de interesse. A fluorescência colorida permite aos cientistas localizar as moléculas em células vivas e acompanhar processos – tais como movimento das células, divisão e infecção – que envolvem as moléculas.

Os marcadores fluorescentes estão disponíveis em muitas cores incluindo vermelho brilhante, magenta, amarelo, verde e azul. Usando um conjunto destes marcadores simultaneamente, os investigadores podem marcar múltiplas estruturas dentro da célula e seguir vários processos ao mesmo tempo. O resultado, multicolorido, permite uma excelente percepção das células vivas – e é uma forma espantosa de arte celular.

Microscópios Electrónicos: Os Mais Poderosos de Todos

Nos anos 1930 os cientistas desenvolveram um novo tipo de microscópio, um microscópio electrónico que permitia ver para além do que alguma vez alguém tinha sonhado que fosse possível. O conceito revolucionário na base desta máquina proveio da percepção que os físicos tinham acerca da natureza dos electrões.

Tal como o nome implica, o microscópio electrónico não assenta no uso da luz mas de electrões. Os microscópios aceleram os electrões no vácuo, disparam-nos por meio de um canhão de electrões e focam-nos por meio de magnetos em forma de rodas. À medida que os electrões bombardeiam a amostra, são absorvidos ou desviados pelas diferentes partes das células formando uma imagem que é detectada num ecrã.

O microscópio electrónico de varrimento permite aos 
		cientistas observarem a superfície das amostras a três dimensões.
O microscópio electrónico de varrimento permite aos cientistas observarem a superfície das amostras a três dimensões.
TINA CARVALHO

Embora os microscópios electrónicos permitam aos cientistas ver objectos centenas de vezes menores do que é possível observar ao microscópio óptico, eles têm uma desvantagem importante: não podem ser utilizados para estudar células vivas. Os tecidos biológicos não sobrevivem aos produtos químicos agressivos desta tecnologia, ao vácuo mortífero e ao poderoso feixe de electrões.

Os microscópios electrónicos estão disponíveis em duas variantes: transmissão e varrimento. Alguns microscópios electrónicos de transmissão podem ampliar objectos até um milhão de vezes permitindo aos cientistas ver vírus e até mesmo algumas moléculas maiores. Contudo, para obter este nível de resolução, as amostras têm de ser cortadas em fatias tão finas que apenas se obtêm imagens bidimensionais. As fotografias obtidas por microscópios electrónicos de transmissão são tipicamente a preto e branco.

Os microscópios electrónicos de varrimento não podem ampliar as amostras tão poderosamente como os microscópios electrónicos de transmissão mas permitem aos cientistas estudar as características das superfícies, por vezes complexas, de amostras de maiores dimensões. Esta característica permite visualizar as superfícies tridimensionais de células intactas, superfícies de materiais, organismos microscópicos e insectos. Por vezes os cientistas utilizam programas informáticos de desenho para realçar, com cores, partes destas imagens.

Estudando Moléculas Individuais: Ligando os Pontos Quânticos

Corantes chamados pontos quânticos podem revelar 
		simultaneamente os pormenores de muitas estruturas celulares. Aqui, o núcleo 
		está a azul, uma proteína específica no interior do núcleo a rosa, as mitocôndrias 
		aparecem a amarelo, os microtúbulos estão a verde e os filamentos de actina a 
		vermelho. Um dia esta técnica poderá ser usada para diagnóstico rápido de doenças, 
		testes de DNA ou análise de amostras biológicas.
Corantes chamados pontos quânticos podem revelar simultaneamente os pormenores de muitas estruturas celulares. Aqui, o núcleo está a azul, uma proteína específica no interior do núcleo a rosa, as mitocôndrias aparecem a amarelo, os microtúbulos estão a verde e os filamentos de actina a vermelho. Um dia esta técnica poderá ser usada para diagnóstico rápido de doenças, testes de DNA ou análise de amostras biológicas.
QUANTUM DOT CORP., HAYWARD, CA

Quer utilizem microscópios, métodos genéticos ou qualquer outra técnica para observar moléculas específicas, tipicamente os cientistas colocam uma marca em todas as moléculas de um determinado tipo e depois estudam-nas como um conjunto. É mais ou menos como tentar compreender uma determinada profissão – por exemplo, ensino, arquitectura ou medicina – colocando uma etiqueta em todos os trabalhadores dessa profissão e observá-los a todos simultaneamente. Embora estas estratégias globais tenham contribuído muito para o nosso conhecimento, muitos cientistas desejam observar as moléculas individualmente, em tempo real – o equivalente a seguir cada professor individualmente através da sua rotina diária.

Actualmente novas técnicas começam a permitir fazer exactamente isso. Uma tecnologia, denominada pontos quânticos, usa cristais microscópicos semicondutores para marcar proteínas e genes específicos. Os cristais, cada um com diâmetro inferior um milhão de vezes a 2 centímetros, irradiam cores brilhantes quando expostos a radiação ultravioleta. Pontos diferindo ligeiramente de tamanho, brilham com diferentes cores fluorescentes – os pontos maiores brilham de vermelho enquanto que os pontos mais pequenos possuem um brilho azul existindo, pelo meio, toda uma paleta de cores. Os investigadores podem criar até 40 000 marcadores diferentes misturando pontos quânticos de diferentes cores e intensidades, tal como um artista mistura as cores. Para além de estarem disponíveis numa vasta gama de cores, os pontos são mais brilhantes e mais versáteis do que os corantes fluorescentes tradicionais. Podem ser usados para visualizar moléculas individuais ou, tal como as técnicas de marcação mais antigas, para visualizar todas as moléculas de um determinado tipo.

Os pontos quânticos prometem um avanço, não só na biologia celular mas num conjunto de outras áreas. Um dia, esta tecnologia poderá permitir aos médicos analisar rapidamente milhares de genes e proteínas dos doentes de cancro e adequar o tratamento ao perfil molecular de cada doente. Estes pontos brilhantes poderão contribuir para melhoramentos na velocidade, rigor e custos de testes de diagnóstico de tudo desde testes para infecção com VIH até alergias. Além disso, uma vez combinados com medicamentos, os pontos quânticos podem dirigir a dose certa de uma substância química directamente para um determinado tipo de célula.

Os Computadores Clarificam a Complexidade

Vamos supor que estás esfomeado e és apanhado no meio de uma tempestade. Se perderes tempo a comer antes de procurar abrigo, corres o perigo de morrer gelado mas se não comeres podes não tem forças suficientes para escapares à tempestade. Isto é análogo às decisões que as células têm de tomar todos os dias para sobreviver.

Durante anos os cientistas observaram, um de cada vez, os comportamentos das células, tal como a resposta ao frio ou à fome. E mesmo assim, tiveram de explorar peça por peça, descortinando laboriosamente as funções específicas de certas moléculas. Com esta abordagem era difícil ou mesmo impossível estudar as contribuições relativas e a inter-relação entre genes que partilham a responsabilidade por certos comportamentos da célula, como por exemplo, os 100 ou mais genes envolvidos na regulação da pressão arterial.

Actualmente, com o uso de computadores, os cientistas podem examinar, simultaneamente, muitos factores envolvidos nos comportamentos e nas decisões das células. O campo da biologia computacional emergiu com o advento de computadores poderosos. Por exemplo, a sequenciação dos 3,2 milhares de milhão de pares de bases do genoma humano, que foi concluída em 2003, só foi possível graças a computadores avançados, capazes de enfrentar este desafio. Hoje em dia, equipamentos avançados e um manancial de dados biológicos provenientes dos projectos de sequenciação de genomas e outras tecnologias estão a abrir inúmeras oportunidades de investigação em análise computacional e modelação. Assim como os microscópios e as técnicas bioquímicas revolucionaram a biologia celular há séculos, os computadores prometem, neste novo século, avanços de impacto equivalente nesta ciência.

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Controvérsias em Ciência
Nas células vivas os materiais movem-se para a 
		frente (setas verdes) e para trás (setas azuis) em cada extremidade do Golgi. Para 
		maior simplicidade ilustrou-se o movimento para a frente apenas na parte superior e 
		o movimento para trás apenas na parte inferior do esquema do Golgi.
Nas células vivas os materiais movem-se para a frente (setas verdes) e para trás (setas azuis) em cada extremidade do Golgi. Para maior simplicidade ilustrou-se o movimento para a frente apenas na parte superior e o movimento para trás apenas na parte inferior do esquema do Golgi.
Clicar para ver a animação do Modelo de Transporte Vesicular

Uma vantagem da ciência é que te permite questionar o teu trabalho.

Para adquirir novas informações os cientistas colocam inúmeras questões. Frequentemente as respostas conduzem a mais questões. Este ciclo interminável não só alimenta a curiosidade como conduz a descobertas importantes e, por vezes, inesperadas. Por vezes, os cientistas que estudam o mesmo assunto mas usando diferentes abordagens experimentais, chegam a diferentes conclusões.

Considera, por exemplo, o Golgi. Pensas que não é um assunto controverso? Os detalhes sobre o modo como este organelo se forma dentro da célula dividiu os investigadores em dois campos de batalha.

Num dos lados do debate está Graham Warren da Yale University School of Medicine em New Haven, Connecticut que argumenta que o Golgi é uma estrutura arquitectónica que não pode ser construída de raiz. Ele acredita que novas proteínas são empacotadas no RE e enviadas para uma estrutura pré-existente com diferentes compartimentos (Golgi) para posterior processamento. Este modelo é chamado modelo de transporte vesicular.

Do outro lado do debate está Jennifer Lippincott-Schwartz do National Institute of Child Health and Human Development (parte do National Institutes of Health) em Bethesda, Maryland. Ela defende que o Golgi se constrói a si mesmo de raiz. De acordo com a sua teoria, pacotes de enzimas e proteínas novas com origem no RE, fundem-se para formar o Golgi. À medida que as proteínas são processadas e adquirem a forma matura, originam o próximo compartimento do Golgi. Este modelo denomina-se modelo de progressão ou maturação cisternal. Podes ver animações dos dois diferentes modelos na secção Extras: Animações, Filmes e Materiais de Estudantes.

Novos dados intrigantes sugerem que talvez nenhum dos modelos esteja completamente correcto. O mais provável é que isto conduza á concepção de outro modelo. Podes não perceber para que serve esta polémica mas as diferentes teorias sobre o Golgi implicam diferentes modos do funcionamento da célula. A compreensão destes mecanismos celulares básicos, como por exemplo o modo de funcionamento do Golgi, pode ter em última análise, um impacto profundo no desenvolvimento de métodos para diagnosticar, tratar e prevenir doenças que envolvam estes processos.

 

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Compreendeste?

O que são células e porque é importante estudá-las?

Faz a lista de cinco organelos diferentes e descreve o que fazem.

Nomeia três técnicas que os cientistas usam para estudar células.

Quais são as diferenças entre células procarióticas e eucarióticas?

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Traduzido e Adaptado
Setembro de 2009