A Estrutura e Função de uma Célula

As células representam os menores, ou pelo menos os mais irredutíveis, objetos que apresentam todas as qualidades associadas à perspectiva mágica chamada de "vida", como metabolismo (extração de energia de fontes externas para alimentar processos internos) e reprodução. A esse respeito, eles ocupam o mesmo nicho na biologia que os átomos ocupam na química: eles certamente podem ser divididos em pedaços menores, mas, isoladamente, esses pedaços não podem realmente fazer muita coisa. Em qualquer caso, o corpo humano certamente contém muitos deles - bem mais de 30 trilhões (isso é 30 milhão milhão).

Um refrão comum tanto nas ciências naturais quanto no mundo da engenharia é "a forma se encaixa na função". Esta essencialmente significa que se algo tem um determinado trabalho a fazer, provavelmente parecerá que é capaz de fazer Aquele trabalho; inversamente, se algo parece ser feito para realizar uma determinada tarefa ou tarefas, então há uma boa chance de que seja exatamente o que aquela coisa faz.

A organização das células e os processos que elas realizam estão intimamente relacionados, mesmo inseparáveis, e dominam o noções básicas de estrutura e função celular é gratificante por si só e necessário para compreender totalmente a natureza da vida coisas.

O conceito de matéria - viva e não viva - como consistindo em um vasto número de unidades discretas e semelhantes, existe desde o tempo de Demócrito, um estudioso grego cuja vida abrangeu os séculos V e IV a.C. Mas, uma vez que as células são muito pequenas para serem vistas com o a olho nu, não foi até o século 17, após a invenção dos primeiros microscópios, que alguém foi capaz de visualizar de fato eles.

Robert Hooke é geralmente creditado por cunhar o termo "célula" no contexto biológico em 1665, embora o seu trabalho nesta área se centre na cortiça; cerca de 20 anos depois, Anton van Leeuwenhoek descobriu a bactéria. Demoraria vários séculos, entretanto, antes que as partes específicas de uma célula e suas funções pudessem ser esclarecidas e totalmente descritas. Em 1855, o cientista relativamente obscuro Rudolph Virchow teorizou, corretamente, que as células vivas só podem vir de outras células vivas, embora as primeiras observações da replicação dos cromossomos ainda estivessem a algumas décadas de distância.

Os procariotos, que abrangem os domínios taxonômicos Bactérias e Archaea, existem há cerca de três bilhões e meio de anos, o que é cerca de três quartos da idade da própria Terra. (Taxonomia é a ciência que trata da classificação dos seres vivos; domínio é a categoria de nível mais alto dentro da hierarquia.) Organismos procarióticos geralmente consistem em apenas uma única célula.

Eucariotos, o terceiro domínio, incluem animais, plantas e fungos - em suma, qualquer coisa viva que você possa realmente ver sem instrumentos de laboratório. Acredita-se que as células desses organismos tenham surgido de procariotos como resultado de endossimbiose (do grego de "vivendo juntos por dentro"). Quase 3 bilhões de anos atrás, uma célula engolfou uma bactéria aeróbia (que usa oxigênio), que serviu aos propósitos de ambas as formas de vida porque a bactéria "engolida" forneceu um meio de produção de energia para a célula hospedeira, proporcionando um ambiente de suporte para o endossimbionte.
Leia mais sobre as semelhanças e diferenças das células procarióticas e eucarióticas.

As células variam amplamente em tamanho, forma e distribuição de seu conteúdo, especialmente no reino dos eucariotos. Esses organismos são muito maiores, bem como muito mais diversos do que os procariontes, e no espírito da "forma se ajusta à função "referenciada anteriormente, essas diferenças são evidentes mesmo ao nível das células individuais.

Consulte qualquer diagrama de célula e, independentemente do organismo ao qual a célula pertença, você certamente verá certas características. Isso inclui um membrana de plasma, que envolve o conteúdo celular; a citoplasma, que é um meio gelatinoso formando a maior parte do interior da célula; ácido desoxirribonucléico (DNA), o material genético que as células passam para as células-filhas que se formam quando uma célula se divide em duas durante a reprodução; e ribossomos, que são estruturas que são os locais de síntese de proteínas.

Os procariotos também têm uma parede celular externa à membrana celular, assim como as plantas. Nos eucariotos, o DNA está encerrado em um núcleo, que possui sua própria membrana plasmática, muito semelhante à que envolve a própria célula.

A membrana plasmática das células consiste em um bicamada fosfolipídica, cuja organização decorre das propriedades eletroquímicas de suas partes constituintes. As moléculas de fosfolipídios em cada uma das duas camadas incluem hidrofílico "cabeças", que são atraídas para a água por causa de sua carga, e hidrofóbico "caudas", que não são carregadas e, portanto, tendem a apontar para longe da água. As porções hidrofóbicas de cada camada estão voltadas uma para a outra no interior da membrana dupla. O lado hidrofílico da camada externa está voltado para o exterior da célula, enquanto o lado hidrofílico da camada interna está voltado para o citoplasma.

Crucialmente, a membrana plasmática é semipermeável, o que significa que, mais ou menos como um segurança em uma boate, ele concede a entrada a certas moléculas enquanto nega a entrada a outras. Pequenas moléculas como glicose (o açúcar que serve como fonte de combustível final para todas as células) e dióxido de carbono pode se mover livremente para dentro e para fora da célula, evitando as moléculas de fosfolipídios alinhadas perpendicularmente à membrana como um inteira. Outras substâncias são ativamente transportadas através da membrana por "bombas" alimentadas por trifosfato de adenosina (ATP), um nucleotídeo que serve como a "moeda" de energia de todas as células.
Leia mais sobre a estrutura e função da membrana plasmática.

O núcleo funciona como o cérebro das células eucarióticas. A membrana plasmática ao redor do núcleo é chamada de envelope nuclear. Dentro do núcleo estão cromossomos, que são "pedaços" de DNA; o número de cromossomos varia de espécie para espécie (os humanos têm 23 tipos distintos, mas 46 ao todo - um de cada tipo da mãe e um do pai).

Quando uma célula eucariótica se divide, o DNA dentro do núcleo o faz primeiro, depois que todos os cromossomos são replicados. Este processo, denominado mitose, é detalhado posteriormente.

Os ribossomos são encontrados no citoplasma de células eucarióticas e procarióticas. Nos eucariotos, eles estão agrupados ao longo de certas organelas (estruturas ligadas à membrana que têm funções específicas, como órgãos como o fígado e os rins, desempenham no corpo em uma escala maior). Os ribossomos produzem proteínas usando instruções carregadas no "código" do DNA e transmitidas aos ribossomos pelo ácido ribonucléico mensageiro (mRNA).

Depois que o mRNA é sintetizado no núcleo usando o DNA como molde, ele deixa o núcleo e se liga aos ribossomos, que montam proteínas entre 20 diferentes aminoácidos. O processo de produção de mRNA é denominado transcrição, enquanto a síntese de proteínas em si é conhecida como tradução.

Nenhuma discussão sobre a composição e função das células eucarióticas poderia ser completa ou mesmo relevante sem um tratamento completo das mitocôndrias. Essas organelas que são notáveis ​​em pelo menos duas maneiras: elas ajudaram os cientistas a aprender muito sobre as origens evolutivas da células em geral, e elas são quase exclusivamente responsáveis ​​pela diversidade da vida eucariótica, permitindo o desenvolvimento de respiração.

Todas as células usam a glicose de seis carbonos como combustível. Tanto em procariotos quanto em eucariotos, a glicose sofre uma série de reações químicas denominadas coletivamente glicolise, que gera uma pequena quantidade de ATP para as necessidades da célula. Em quase todos os procariontes, esse é o fim da linha metabólica. Mas nos eucariotos, que são capazes de usar oxigênio, os produtos da glicólise passam para as mitocôndrias e sofrem outras reações.

O primeiro deles é o ciclo de Krebs, que cria uma pequena quantidade de ATP, mas principalmente funciona para armazenar moléculas intermediárias para o grande final da respiração celular, o cadeia de transporte de elétrons. O ciclo de Krebs ocorre no matriz da mitocôndria (a versão da organela de um citoplasma privado), enquanto a cadeia de transporte de elétrons, que produz a esmagadora maioria de ATP em eucariotos, transpira no interior da mitocôndria membrana.

As células eucarióticas possuem uma série de elementos especializados que enfatizam as extensas necessidades metabólicas inter-relacionadas dessas células complexas. Esses incluem:

• Retículo endoplasmático: Essa organela é uma rede de túbulos que consiste em uma membrana plasmática contínua com o envelope nuclear. Seu trabalho é modificar proteínas recém-fabricadas para prepará-las para suas funções celulares descendentes como enzimas, elementos estruturais e assim por diante, adaptando-as às necessidades específicas da célula. Também fabrica carboidratos, lipídios (gorduras) e hormônios. O retículo endoplasmático aparece como liso ou rugoso na microscopia, formas abreviadas de SER e RER, respectivamente. O RER é assim denominado porque é "cravejado" de ribossomos; é aqui que ocorre a modificação da proteína. Já o SER é onde as referidas substâncias são montadas.
• Corpos de Golgi: Também chamado de aparelho de Golgi. Parece uma pilha achatada de sacos ligados à membrana e empacota lipídios e proteínas em vesículas que então se separam do retículo endoplasmático. As vesículas entregam os lipídios e proteínas a outras partes da célula.
  
• Lisossomos: Todos os processos metabólicos geram resíduos e a célula deve possuir um meio de se livrar deles. Esta função é assegurada pelos lisossomas, que contêm enzimas digestivas que decompõem proteínas, gorduras e outras substâncias, incluindo as próprias organelas gastas.
• Vacúolos e vesículas: Essas organelas são sacos que circulam em torno de vários componentes celulares, levando-os de uma localização intracelular a outra. A principal diferença é que as vesículas podem se fundir com outros componentes membranosos da célula, enquanto os vacúolos não. Nas células vegetais, alguns vacúolos contêm enzimas digestivas que podem quebrar grandes moléculas, não ao contrário do que acontece com os lisossomos.
• Citoesqueleto: Esse material consiste em microtúbulos, complexos de proteínas que oferecem suporte estrutural ao se estender do núcleo, através do citoplasma, até a membrana plasmática. Nesse aspecto, são como as vigas e vigas de um edifício, agindo para evitar que toda a célula dinâmica desmorone sobre si mesma.

Quando as células bacterianas se dividem, o processo é simples: a célula copia todos os seus elementos, incluindo seus O DNA, ao mesmo tempo que dobra de tamanho, se divide em dois em um processo conhecido como fissão binária.

A divisão celular eucariótica está mais envolvida. Primeiro, o DNA no núcleo é replicado enquanto o envelope nuclear se dissolve, e então os cromossomos replicados se separam em núcleos filhos. Isso é conhecido como mitose e consiste em quatro estágios distintos: prófase, metáfase, anáfase e telófase; muitas fontes inserem um quinto estágio, denominado prometáfase, logo após a prófase. Depois disso, o núcleo se divide e novos envelopes nucleares se formam em torno dos dois conjuntos idênticos de cromossomos.

Finalmente, a célula como um todo se divide em um processo conhecido como citocinese. Quando certos defeitos estão presentes no DNA graças a malformações hereditárias (mutações) ou à presença de produtos químicos prejudiciais, a divisão celular pode continuar sem controle; esta é a base do câncer, um grupo de doenças para as quais ainda não há cura, embora os tratamentos continuem a melhorar para permitir uma qualidade de vida muito melhor.