O que todas as partes de uma célula fazem?

As células são os blocos básicos de construção da vida. Menos poeticamente, eles são as menores unidades de seres vivos que retêm todas as propriedades básicas associadas à própria vida (por exemplo, síntese de proteínas, consumo de combustível e material genético). Como resultado, apesar de seu tamanho minúsculo, as células precisam realizar uma ampla variedade de funções, tanto coordenadas quanto independentes. Isso, por sua vez, significa que eles devem conter uma ampla gama de partes físicas distintas.

A maioria dos organismos procarióticos consiste em apenas uma única célula, enquanto os corpos de eucariotos, como você, contêm trilhões. As células eucarióticas contêm estruturas especializadas chamadas organelas, que incluem uma membrana semelhante à que envolve a célula inteira. Essas organelas são as tropas terrestres da célula, garantindo continuamente que todas as necessidades da célula a cada momento sejam atendidas.

Todas as células contêm, no mínimo absoluto, uma membrana celular, material genético e citoplasma, também chamado de citosol. Este material genético é o ácido desoxirribonucléico ou DNA. Nos procariotos, o DNA está agrupado em uma parte do citoplasma, mas não é envolvido por uma membrana, porque apenas os eucariotos têm um núcleo. Todas as células têm uma membrana celular que consiste em uma bicamada fosfolipídica; as células procarióticas têm uma parede celular diretamente fora da membrana celular para maior estabilidade e proteção. As células das plantas, que junto com os fungos e animais são eucariotos, também possuem paredes celulares.

Todas as células também possuem ribossomos. Em procariotos, eles flutuam livremente no citoplasma; em eucariotos, eles estão tipicamente ligados ao retículo endoplasmático. Os ribossomos são frequentemente classificados como um tipo de organela, mas em alguns esquemas eles não se qualificam como tal porque não possuem uma membrana. Não rotular as organelas dos ribossomos torna o esquema "apenas eucariotos têm organelas" consistente. Essas organelas eucarióticas incluem, além do retículo endoplasmático, mitocôndrias (ou nas plantas, cloroplastos), corpos de Golgi, lisossomas, vacúolos e o citoesqueleto.

A membrana celular, também chamada de membrana plasmática, é uma fronteira física entre o ambiente interno da célula e o mundo externo. Não confunda, entretanto, esta avaliação básica com a sugestão de que a função da membrana celular é meramente protetora, ou que a membrana é apenas algum tipo de linha de propriedade arbitrária. Esta característica de todas as células, tanto procarióticas quanto eucarióticas, é o produto de alguns bilhões de anos de evolução e está em fato, uma maravilha multifuncional e dinâmica que sem dúvida funciona mais como uma entidade com inteligência genuína do que uma mera barreira.

A membrana celular é famosa por uma bicamada de fosfolipídios, o que significa que é composta de duas camadas idênticas compostas de moléculas de fosfolipídios (ou mais apropriadamente, fosfoglicerolipídios). Cada camada é assimétrica, consistindo de moléculas individuais que têm alguma relação com as lulas ou com balões com algumas borlas. As "cabeças" são as porções de fosfato, que têm um desequilíbrio líquido de carga eletroquímica e, portanto, são consideradas polares. Como a água também é polar e porque as moléculas com propriedades eletroquímicas semelhantes tendem a se agregar, essa parte do fosfolipídeo é considerada hidrofílica. As "caudas" são lipídios, especificamente um par de ácidos graxos. Em contraste com os fosfatos, eles não têm carga e, portanto, são hidrofóbicos. O fosfato é ligado a um lado de um resíduo de glicerol de três carbonos no meio da molécula e os dois ácidos graxos são unidos ao outro lado.

Como as caudas lipídicas hidrofóbicas se associam espontaneamente em solução, a bicamada é configurada de modo que as duas as camadas de fosfato estão voltadas para fora e em direção ao interior da célula, enquanto as duas camadas de lipídios se misturam no interior do bicamada. Isso significa que as membranas duplas são alinhadas como imagens espelhadas, como os dois lados do corpo.

A membrana não impede apenas que as substâncias nocivas cheguem ao interior. É seletivamente permeável, permitindo a entrada de substâncias vitais, mas excluindo outras, como o segurança de uma boate da moda. Também permite a ejeção seletiva de resíduos. Algumas proteínas embutidas na membrana atuam como bombas de íons para manter o equilíbrio (equilíbrio químico) dentro da célula.

O citoplasma da célula, alternativamente chamado de citosol, representa o ensopado no qual os vários componentes da célula "nadam". Todas as células, procarióticos e eucarióticos, têm um citoplasma, sem o qual a célula não poderia ter mais integridade estrutural do que um balão vazio poderia.

Se você já viu uma sobremesa de gelatina com pedaços de fruta embutidos, você pode pensar na gelatina em si como o citoplasma, a fruta como organelas e o prato contendo a gelatina como uma membrana celular ou célula muro. A consistência do citoplasma é aquosa e também chamada de matriz. Independentemente do tipo de célula em questão, o citoplasma contém uma densidade muito maior de proteínas e "maquinaria" molecular do que a água do oceano ou qualquer ambiente, que é uma prova do trabalho que a membrana celular desempenha em manter a homeostase (outra palavra para "equilíbrio" aplicada a coisas vivas) dentro células.

Nos procariotos, o material genético da célula, o DNA que ela usa para se reproduzir e também para direcionar o resto da célula para fazer produtos proteicos para o organismo vivo, é encontrado no citoplasma. Nos eucariotos, ele está encerrado em uma estrutura chamada núcleo.

O núcleo é delineado a partir do citoplasma por um envelope nuclear, que é fisicamente semelhante à membrana plasmática da célula. O envelope nuclear contém poros nucleares que permitem o influxo e a saída de certas moléculas. Esta organela é a maior em qualquer célula, respondendo por até 10% do volume de uma célula, e é facilmente visível usando qualquer microscópio poderoso o suficiente para revelar as próprias células. Os cientistas sabem da existência do núcleo desde a década de 1830.

Dentro do núcleo está a cromatina, o nome da forma que o DNA assume quando a célula não está se preparando para se dividir: enrolada, mas não separada em cromossomos que parecem distintos à microscopia. O nucléolo é a parte do núcleo que contém o DNA recombinante (rDNA), o DNA dedicado à síntese do RNA ribossomal (rRNA). Finalmente, o nucleoplasma é uma substância aquosa dentro do envelope nuclear que é análogo ao citoplasma da célula propriamente dita.

Além de armazenar material genético, o núcleo determina quando a célula se dividirá e se reproduzirá.

As mitocôndrias são encontradas em eucariotos animais e representam as "usinas de energia" das células, visto que essas organelas oblongas são onde ocorre a respiração aeróbica. A respiração aeróbica gera 36 a 38 moléculas de ATP, ou trifosfato de adenosina (a principal fonte de energia das células) para cada molécula de glicose (a última moeda de combustível do corpo) que ela consome; a glicólise, por outro lado, que não requer oxigênio para prosseguir, gera apenas cerca de um décimo dessa quantidade de energia (4 ATP por molécula de glicose). As bactérias podem sobreviver apenas com a glicólise, mas os eucariotos não.

A respiração aeróbica ocorre em duas etapas, em dois locais diferentes dentro das mitocôndrias. A primeira etapa é o ciclo de Krebs, uma série de reações que ocorrem na matriz mitocondrial, que é semelhante ao nucleoplasma ou ao citoplasma em outro lugar. No ciclo de Krebs - também chamado de ciclo do ácido cítrico ou ciclo do ácido tricarboxílico - duas moléculas de piruvato, uma molécula de três carbonos produzida na glicólise, entra na matriz para cada molécula de glicose de seis carbonos consumido. Lá, o piruvato passa por um ciclo de reações que geram material para novos ciclos de Krebs e, mais importante, portadores de elétrons de alta energia para a próxima etapa no metabolismo aeróbio, o transporte de elétrons cadeia. Essas reações ocorrem na membrana mitocondrial e são os meios pelos quais as moléculas de ATP são liberadas durante a respiração aeróbia.

Animais, plantas e fungos são os eucariotos notáveis ​​que habitam atualmente a Terra. Enquanto os animais usam glicose e oxigênio para gerar combustível, água e dióxido de carbono, as plantas usam água, dióxido de carbono e energia solar para produzir oxigênio e glicose. Se esse arranjo não parece uma coincidência, não é; o processo que as plantas empregam para suas necessidades metabólicas é denominado fotossíntese, e é essencialmente uma respiração aeróbica executada exatamente na direção oposta.

Como as células vegetais não quebram os subprodutos da glicose usando oxigênio, elas não têm ou precisam de mitocôndrias. Em vez disso, as plantas possuem cloroplastos, que de fato convertem a energia da luz em energia química. Cada célula vegetal tem de 15 ou 20 a cerca de 100 cloroplastos, que, como as mitocôndrias em células animais, já existiram como independentes bactérias nos dias anteriores à evolução dos eucariotos após aparentemente engolfar esses organismos menores e incorporar a maquinaria metabólica dessas bactérias em seus ter.

Se as mitocôndrias são as usinas de energia das células, os ribossomos são as fábricas. Os ribossomos não são limitados por membranas e, portanto, não são tecnicamente organelas, mas geralmente são agrupados com organelas verdadeiras por conveniência.

Os ribossomos são encontrados no citoplasma de procariotos e eucariotos, mas nestes últimos estão frequentemente fixados ao retículo endoplasmático. Eles consistem em cerca de 60 por cento de proteína e cerca de 40 por cento de rRNA. O rRNA é um ácido nucléico, como o DNA, o RNA mensageiro (mRNA) e o RNA de transferência (tRNA).

Os ribossomos existem por uma razão simples: para fabricar proteínas. Eles fazem isso por meio do processo de tradução, que é a conversão de instruções genéticas codificadas no rRNA via DNA em produtos proteicos. Os ribossomos reúnem proteínas dos 20 tipos de aminoácidos do corpo, cada um dos quais é transportado para o ribossomo por um tipo específico de tRNA. A ordem em que esses aminoácidos são adicionados é especificada pelo mRNA, cada um dos quais contém as informações derivadas de um único Gene de DNA - ou seja, um comprimento de DNA que serve como um projeto para um único produto de proteína, seja uma enzima, um hormônio ou um olho pigmento.

A tradução é considerada a terceira e última parte do chamado dogma central da biologia em pequena escala: o DNA faz o mRNA, e o mRNA faz, ou pelo menos carrega instruções para as proteínas. No grande esquema, o ribossomo é a única parte da célula que depende simultaneamente de todos os três tipos padrão de RNA (mRNA, rRNA e tRNA) para funcionar.

A maioria das organelas restantes são vesículas, ou "bolsas" biológicas de algum tipo. Os corpos de Golgi, que têm um arranjo característico de "pilha de panquecas" no exame microscópico, contêm proteínas recém-sintetizadas; os corpos de Golgi os liberam em pequenas vesículas, pinçando-as, ponto em que esses pequenos corpos têm sua própria membrana fechada. A maioria dessas pequenas vesículas termina no retículo endoplasmático, que é como uma rodovia ou sistema de ferrovia para toda a célula. Alguns tipos de endoplasmático têm muitos ribossomos ligados a eles, dando-lhes uma aparência "áspera" ao microscópio; consequentemente, essas organelas recebem o nome de retículo endoplasmático rugoso ou RER. Em contraste, o retículo endoplasmático livre de ribossomo é denominado retículo endoplasmático liso ou SER.

As células também contêm lisossomos, vesículas que contêm enzimas poderosas que quebram os resíduos ou visitantes indesejados. São como a resposta celular para uma equipe de limpeza.