Citoplasma

O que é o Citoplasma?

O citoplasma é o espaço intracelular entre a membrana plasmática e a membrana nuclear e é constituído por múltiplos organelos fundamentais para o bom funcionamento celular.

Centríolo

Cada região polar das células é constituída por dois centríolos, formando o centrossoma. Numa célula em interfase, o centrossoma localiza-se no citoplasma, junto ao núcleo no qual se encontra um par de estruturas cilíndricas, dispostas em ângulo recto de modo a formar um L – o centríolo. Os centríolos são estruturas cilindricas com 0,15 micra de diâmetro, cada um formado por nove conjuntos de três microtúbulos e está associado às regiões polares das células, para as quais os cromossomas migram durante a divisão celular (Figura H5).

Citosol

O citosol, ou hialoplasma, é a parte fluída do citoplasma exterior aos organelos com membrana. É constituído por água (70%), proteínas, sais minerais, iões, aminoácidos e glicose.

Complexo de Golgi

Também designado de aparelho de Golgi, é constituído por vesículas membranares (cisternas) achatadas e empilhadas de forma compacta assim como por vesículas redondas. O complexo de Golgi participa nos seguintes processos (funções):

1. armazenamento de proteínas de exportação
2. glicosilação de proteínas e lípidos
3. formação das lipoproteínas
4. sulfatação
5. processamento proteolítico de proteínas
6. biogénese de membranas
7. recuperação de membranas
8. tráfico e segregação de produtos de secreção
9. formação dos lisossomas

Sendo uma estrutura polarizada, o complexo de Golgi tem uma face diferente da outra. Na superfície convexa ou de formação (cis), recebe as vesículas do retículo endoplasmático. Na sua superfície concava ou de maturação (trans), origina os grânulos de secreção.

Lisossoma

Os lisossomas são vesículas limitadas por membrana, que se caracterizam principalmente pela presença de diversas hidrolases ácidas cujo pH óptimo se situa entre 3 e 6 e têm como função a digestão intracelular.
Estes organelos classificam-se em lisossomas primários (contêm apenas enzimas hidrolíticas) e lisossomas secundários (contêm além de enzimas hidrolíticas, substâncias em digestão). Os lisossomas secundários, por sua vez podem dividir-se em autolisossomas (onde são digeridos organelos e estruturas da própria célula) e heterolisossomas (digerem substâncias provenientes da endocitose).

Membrana celular

A membrana celular, ou plasmalema, tem entre 7,5 e 10 nm de espessura. É a estrutura que faz o limite externo da célula e funciona como filtro selectivo na troca de componentes e informação entre esta e o espaço extracelular. As concentrações intracelulares de iões e outras moléculas, estão dependentes da integridade funcional da membrana.
A membrana plasmática é constituída fundamentalmente por lípidos e proteínas. Os lípidos mais comuns da membrana plasmática são:

• fosfolípidos
• colesterol
• glicolípidos

A organização básica da membrana plasmática é feita pela disposição das suas moléculas lipídicas em bicamada.

A porção hidrofóbica dos fosfolípidos está voltada para o centro da membrana celular, enquanto que os seus agrupamentos hidrofílicos ficam voltados para as duas superfícies da membrana. A desigual composição química dos fosfolípidos nos dois folhetos da membrana provoca uma assimetria da mesma, nomeadamente ao nível de carga eléctrica, sendo a camada citoplasmática a de maior carga negativa.

O colesterol é uma molécula anfifática que aparece intercalada entre os fosfolípidos da membrana. Esta molécula aumenta a estabilidade da bicamada lipídica e evita a perda da fluidez da membrana plasmática a baixas temperaturas. Glicolípidos são moléculas anfifáticas, ligadas covalentemente à membrana plasmática. A sua composição varia consideravelmente entre espécies, assim como entre diferentes células da mesma espécie.

A maior parte das funções específicas da membrana são desempenhadas pelas proteínas (que representam cerca de 50% do peso da membrana plasmática), nomeadamente:

• a formação de canais para passagem de água e transporte activo de iões e outras moléculas
• a expressão de receptores envolvidos na activação celular ou na endocitose
• a ancoragem da membrana a elementos do citoesqueleto, entre outras

Muitas das proteínas da membrana são anfifáticas, o que significa que têm domínio hidrofílico e hidrofóbico, definidos pela diferença de aminoácidos na sua constituição.

As proteínas da membrana (glicoproteínas) podem ser divididas em proteínas integrais (estão directamente incorporadas na estrutura da membrana e atravessam o plano hidrofóbico) e em proteínas periféricas (estão apenas fracamente associadas à membrana e não atravessam o plano hidrofóbico). As proteínas integrais podem ser transmembranares (atravessam inteiramente a membrana). Por atravessarem inteiramente a bicamada lipídica, as proteínas integrais são mais difíceis de purificar.

A purificação das proteínas integrais é efectuada apenas após a destruição da estrutura da membrana com o uso de detergentes que se ligam às regiões hidrofóbicas das proteínas integrais, separando-as das extremidades hidrofóbicas (não-polares) dos fosfolípidos. As cadeias hidrofílicas das glicoproteínas projectam-se para o meio extra-celular e contribuem para a carga negativa no exterior da membrana plasmática, onde se encontra o glicocálix (ou glicocálice). O glicocálix é constituído principalmente por glicoproteínas e glicolípidos e está envolvido no reconhecimento inter-celular.

Através de difusão passiva (sem consumo de energia), moléculas pequenas e iões conseguem atravessar a membrana plasmática.

Quando a travessia ocorre através de proteínas de membrana, o processo designa-se de transporte activo (com consumo de energia). Se por outro lado o transporte se efectua através de proteínas de membrana mas sem o consumo de energia, o processo designa-se de transporte facilitado.

No entanto, a entrada de macromoléculas (sólidas ou líquidas) na célula ocorre pelo processo de endocitose, (ainda que o termo pinocitose seja utilizado para a entrada de líquidos) que designa a entrada dessas substâncias através de vesículas de tamanho variado e que se formam por invaginação e estrangulamento da membrana celular.
As principais funções da endocitose consistem em:

• remover e reutilizar excedentes da membrana celular de modo a que o volume da célula seja mantido,
  introdução de hormonas no citoplasma, através de receptores específicos para cada uma delas
• seguida de transferência para corpos multivesiculados, onde pode ocorrer a sua degradação e a dos respectivos receptores, ou são reciclados para a superfície das células
• desencadear a resposta imune, transporte de anticorpos, aquisição de factores de crescimento celular, via de entrada de vírus e toxinas

A saída de grânulos de secreção da célula (exocitose) é efectuada através da fusão da membrana dos vacúolos secretores com a membrana celular.

Sabias que?

• Os fosfolípidos formam espontâneamente bicamada, em ambiente aquoso, pois esta configuração é a que dispende menos energia.
• A concentração de colesterol e fosfolípidos varia em organismos que vivem em condições extremas de temperatura. Se a fluidez da membrana sai de determinado limite, funções vitais como o transporte de moléculas cessa, e a célula morre.
• Diferenças antigénicas entre substâncias do grupo sanguíneo são em parte devidas a diferenças na constituição de glicolípidos da membrana.
• A membrana plasmática dos eritrócitos é constituída por três proteínas fundamentais:
  1. espectrina
  2. glicoforina
  3. banda 3

Microtúbulos e microfilamentos

Os microtúbulos são estruturas ocas com cerca de 25 nm de diâmetro e encontram-se no citoplasma das células eucariotas para formar, juntamente com os microfilamentos e os filamentos intermédios, o citoesqueleto. O seu comprimento é variável, podendo atingir alguns micrómetros e podem ser encontrados nos cílios, flagelos, no fuso mitótico e meiótico, nos centríolos e corpos basais.

Os microtúbulos são essencialmente formados por uma proteína dimérica, a tubulina. A tubulina é constituída por duas subunidades a α tubulina (carga negativa) e a β tubulina (carga positiva), que se associam topo a topo originando um protofilamento. A parede dos microtúbulos é formada por protofilamentos ordenados paralelamente ao seu eixo, geralmente em número de 13.

Os microtúbulos são estruturas polarizadas, cujas extremidades tem propriedades diferentes. À extremidade a que se associam novas unidades dá-se a designação de extremidade mais (+) e à oposta extremidade menos (-). A formação e disposição dos microtúbulos é atribuída à existência de centros de organização, os microtubule organizing center (MTOC), sendo exemplo o centrossoma.

Os microtúbulos e os microfilamentos, além de condicionarem a forma da célula e dos seus prolongamentos, participam na locomoção celular e nos movimentos intracelulares de organitos, vesículas e inclusões.

Os microtúbulos e os filamentos intermediários têm um papel fundamental na organização do citoplasma, nomeadamente na distribuição e posicionamento de organitos celulares, mas também podem determinar a forma de prolongamentos celulares, como acontece nas células nervosas.

Curiosidades:

Os cílios e os flagelos possuem microtúbulos na sua constituição.

Os cílios estão presentes na superfície apical de algumas células epiteliais, nomeadamente no sistema respiratório (retiram muco e outras partículas do organismo), no sistema reprodutor feminino (contribuem para a mobilidade do oocito e de muco ao longo do sistema), em alguns orgãos sensoriais (olfacto, visão e audição, onde colaboram na formação de receptores).

Os flagelos são idênticos aos cílios, mas mais longos. É encontrado no espermatozóide.

Citoqueratinas

Os filamentos intermediários de citoqueratina consistem de uma família complexa de cerca de 20 polipéptidos diferentes com pesos moleculares relativos entre 40 kD a 68 kD. Além destas citoqueratinas epiteliais, acrescem ainda as citoqueratinas específicas do cabelo e das unhas) [1,2,6].

Estes filamentos intermediários citoplasmáticos de 10 nm de diâmetro proporcionam suporte mecânico, funcional e estrutural às células epiteliais [1,2]. Todas as subunidades de filamentos partilham uma organização fibrilar geral comum, que consiste numa haste helicoidal-α central que é flanqueada por domínios N- e C-terminais em cada extremidade[1,4].

As citoqueratinas (CK) foram inicialmente caracterizadas por Moll et al. e o sistema de designação atualmente usado é conhecido como o “catálogo de Moll” [1].

A categorização de Moll foi efetuada com base na migração de gel 2D, que separa as proteínas de acordo com o seu tamanho e carga. Assim, as citoqueratinas foram divididas em duas categorias: citoqueratinas básicas (CK1 a 8) e citoqueratinas ácidas (CK9 a 20). Dentro de cada grupo, as citoqueratinas são numeradas por ordem de tamanho decrescente e de alto peso molecular (HMW) para baixo peso molecular (LMW) [1,2,6] (Tabela H3).

Em tecidos normais, as citoqueratinas existem como heterodímeros constituídos por subunidades de duas citoqueratinas (ácidas + básicas) de tamanho similar. Por este motivo alguns pares de citoqueratinas são expressos em conjunto (exemplo: CK8/18, CK5/6) [6].

As citoqueratinas de alto peso molecular (HMW) são predominantes em epitélio pavimentoso (e em células basais) e são conhecidas como “citoqueratinas pavimentosas”. Estes filamentos de citoqueratinas formam uma rede citoplasmática densa, que conferem resistência ao stress mecânico do epitélio de superfície [3,5,6].

As citoqueratinas de baixo peso molecular (LMW) não se conseguem agrupar e estão distribuídas pelo citoplasma. Encontram-se predominantemente nos órgãos viscerais como fígado e rim, assim como em epitélio glandular, pelo que são expressas em todos os tecidos epiteliais, com exceção do pavimentoso estratificado queratinizado. São também designadas de “citoqueratinas simples” [6].

As citoqueratinas 5, 6 e 17 também são conhecidos como “citoqueratinas basais” porque são expressas preferencialmente em células basais [6].

Mitocôndria

As mitocôndrias são responsáveis pela obtenção da maior parte da energia necessária às células.

Medem de 0,5 a 1,0 micra de largura até 10 micra de comprimento e têm aspecto morfológico variável, desde redonda a oval e em bastonete (ou filamento). A sua distribuição na célula varia não só de acordo com os diferentes tipos de células mas também com o ciclo de vida de uma mesma célula e o seu número por célula varia em função da especialização celular. A título de exemplo, estima-se que uma célula hepática tenha entre 500-1000 mitocôndrias.

As mitocôndrias são constituídas por proteínas, lípidos, ácidos nucleicos e pequenas moléculas. Contêm duas membranas muito diferentes: a membrana externa e a membrana interna, que por sua vez definem dois compartimentos: o espaço intermembranar e a matriz mitocondrial.
A membrana externa é semelhante à membrana plasmática, sendo por isso constituída por uma bicamada fosfolipídica.
A membrana interna, também em bicamada, forma uma série de invaginações denominadas cristas mitocondriais, o que faz aumentar a sua superfície, multiplicando desta forma a sua capacidade de produção de ATP.

A matriz mitocondrial contém a maioria das proteínas, (incluindo as enzimas envolvidas na oxidação dos ácidos gordos e as enzimas do ciclo de Krebs), o ácido nucleico mitocondrial (mtDNA), o RNA mitocondrial (mRNA, tRNA), ribossomas e várias enzimas envolvidas na expressão genética.

A principal função da mitocôndria é a síntese de ATP a partir do ácido cítrico.

Além desta, também participa na biossíntese de esteróides, oxidação dos ácidos gordos e síntese de ácidos nucleicos mitocondriais. De uma forma sintética, a produção de ATP começa com a degradação inicial das moléculas de glícidos, lípidos e proteínas no citosol. O produto final dessa degradação é a acetil-coenzima A, que entra nas mitocôndrias e combina-se com o ácido oxaloacético para formar ácido cítrico, dando início ao ciclo do ácido cítrico (ou ciclo de Krebs). Em condições aeróbias, a glicólise (extramitocondrial) juntamente com o ciclo do ácido cítrico e o sistema transportador de electrões, originam 36 moléculas de ATP por cada molécula de glicose. Isto permite que, por exemplo, o organismo queime açucares e gorduras 5-10 vezes mais rapidamente durante o exercício activo do que durante um período de repouso.

Peroxissoma

Os peroxissomas existem em quase todas as células animais (com excepção dos eritrócitos). São organelos com dimensões de 0,3 – 1,5 micra de diâmetro, rodeados por membrana simples, muito permeável a moléculas pequenas (exemplos: sacarose, iões inorgânicos). Dados morfológicos recentes, não mostram continuidade entre peroxissomas e retículo endoplasmático, pondo de lado a hipótese destes organelos terem origem no retículo endoplasmático.

Vários autores consideram a origem dos peroxissomas no retículo endoplasmático, enquanto que outros defendem que a síntese das proteínas da membrana e das proteínas enzimáticas da matriz peroxissómica se dá nos ribossomas livres, sendo estas proteínas incorporadas nos peroxissomas existentes, os quais por divisão, formam novos peroxissomas.

Os peroxissomas contêm várias enzimas envolvidas na produção (urato-oxidase e outras oxidases) e destruição (catalase) do peróxido de hidrogénio.

São inúmeras as funções dos peroxissomas:

• respiração
• oxidação dos ácidos gordos (metaboliza sobretudo os ácidos gordos de cadeia longa com 24 ou mais átomos de carbono, no fígado, rim, supra-renal e outros)
• biossíntese dos ácidos biliares
• metabolismo do ácido pipecólico
• catabolismo das purinas
• biossíntese do colesterol
• oxidação do etanol, entre outras

À semelhança das mitocôndrias, estes organelos utilizam grandes quantidades de ATP não tendo no entanto a capacidade de efectuar a sua síntese.

Retículo endoplasmático

O retículo endoplasmático (RE) é constituído por um complexo conjunto membranar de cisternas, canais, vesículas e vacúolos, geralmente interligados ente si. Estas membranas podem ligar-se a outras estruturas membranares, nomeadamente com o aparelho de Golgi, a membrana plasmática e o núcleo.

Quando as membranas do RE não apresentam ribossomas aderentes à sua porção externa, é designado de retículo endoplasmático liso (REL) ou agranular. Por outro lado, retículo endoplasmático rugoso (RER) ou granular, é a designação deste organelo sempre que existam ribossomas aderentes à superfície externa da membrana.

A quantidade e o tipo de RE variam nos diferentes tipos de células, consoante a função que a célula desempenha no organismo.

O RER encontra-se em maior quantidade em células secretoras, com produção de proteínas, como por exemplo os ácinos pancreáticos (enzimas digestivas), os fibroblastos (colagénio) e os plasmócitos (imunoglobulinas). A principal função do RER é a síntese das proteínas citoplasmáticas. Estas proteínas são de dois tipos: proteínas transmembranares e proteínas hidrossolúveis. Outras funções são a glicosilação inicial das glicoproteínas, síntese de fosfolípidos, proteólise da sequência de aminoácidos, entre outas.

As proteínas transmembranares vão constituir membranas plasmáticas da célula ou membranas de outros organelos. As proteínas hidrossolúveis são totalmente libertadas no lúmen do RE para serem exportadas para o lúmen de outros organelos sob a forma de pequenas vesículas.

O REL encontra-se em células onde ocorre a síntese de moléculas de lípidos, esteróides (por exemplo testosterona), colesterol, (…). Além disso, o REL metaboliza muitas substâncias xenobióticas, tais como fármacos, pesticidas e substâncias cancerígenas, entre outros, sendo desta forma o mais importante sistema de desintoxicação intracelular.

Ribossoma

Os ribossomas são unidades onde se sintetizam as proteínas.

Medem 20×30 nm e cada ribossoma é constituído por duas subunidades independentes, designadas por pequena subunidade e grande subunidade ribossomal. São compostos por quatro tipos diferentes de RNA ribossomal (rRNA) e quase 80 proteínas diferentes.

A pequena subunidade é quimicamente formada por uma molécula de rRNA de 18S (Svedberg units) rodeada por cerca de 30 proteínas diferentes, constituindo uma estrutura ribonucleoproteica com o coeficiente de sedimentação de 30S. A grande subunidade ribossomal é formada por 3 moléculas de rRNA, com 28S, 5,8S e 5S e cerca de 50 proteínas diferentes, tendo um coeficiente de sedimentação de 50S. No seu conjunto, cada ribossoma constitui uma ribonucleoproteina de 80S.

Na pequena subunidade ribossomal existem três zonas específicas de ligação para as moléculas de RNA, designadas de “centros”.

Um centro para o mRNA, que corresponde à zona ribossomal em que o mRNA penetra no ribossoma e por onde este se desloca. Os outros dois centros (o centro P e o centro A) recebem os tRNA. O centro P (ou centro peptidil) recebe o tRNA que se liga à extremidade da cadeia polipeptídica em síntese. O centro A (ou centro aminoacil) recebe a molécula de tRNA que contém o aminoácido correspondente ao codão do mRNA.

É no nucléolo que a maior parte do rRNA é sintetizado. Depois de sintetizadas, as duas subunidades saem separadas pelos poros da membrana nuclear para o citoplasma e apenas se unem para efectuar a síntese proteica.

Devido à presença de numerosos grupos fosfato do rRNA, os ribossomas são intensamente basófilos e coram pela Hematoxilina.

Existem duas populações de ribossomas:

1. constituida por grupos de ribossomas aderentes à porção externa da membrana do RER, interligados por uma molécula de RNA mensageiro (mRNA). Estas estruturas são responsáveis pela síntese das proteínas que são translocadas para o RE.
2. constituída por grupos de ribossomas livres no citosol (não associadas a qualquer estrutura membranar). No entanto, estes ribossomas podem associar-se por meio de uma molécula de mRNA, constituindo um polirribossoma. Estes polirribossomas sintetizam proteínas livres que migram pelo citosol para o nucleoplasma (atravessam os poros nucleares) onde são incorporadas no DNA e RNA, constituindo as proteínas que integram a cromatina, os cromossomas e o nucléolo.

Inclusões

Por norma, o citoplasma contém depósitos transitórios de reservas de nutrientes ou substâncias de outra natureza.

Embora os lípidos sejam armazenados principalmente em células do tecido conjuntivo (em grandes quantidades formam o tecido adiposo) estão presentes em muitas outras células (por exemplo no fígado, nas células musculares e na supra-renal). Os lípidos são segregados no citoplasma como vacúolos com membrana contendo lípidos neutros (triglicéridos), ácidos gordos e colesterol.

Os hidratos de carbono são absorvidos do intestino principalmente sobre a forma de glucose, que é posteriormente convertida em glicogénio para armazenamento no fígado.
Pigmentos são materiais com cor natural, ou seja, não requerem coloração por corantes como outros componentes celulares. Os pigmentos são classificados em pigmentos exógenos e pigmentos endógenos.

Os pigmentos exógenos são formados fora do corpo e mais tarde acoplados nas células, por exemplo os carotenos, o alcatrão (particularmente detectado nas células do pulmão), minerais (chumbo e prata) e a tinta de tatuagem. Os pigmentos endógenos são formados no organismo e existem dois tipos principais: a melanina e a hemoglobina (assim como os seus produtos de clivagem a hemossiderina – contem ferro e a bilirrubina – não contem ferro). A melanina é encontrada na pele e no olho.

A lipofucsina é um pigmento amarelo / castanho, que se origina dos lisossomas secundários e representa um depósito de substâncias que não foram digeridas. É encontrada principalmente em células que não se renovam (neurónios e músculo cardíaco), assim como em indivíduos mais velhos.

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Referencias bibliográficas

1. Moll, R et al. The catalog of human cytokeratins: patterns of expression in normal epithelia, tumors and cultured cells. Cell 31:11-24, 1982.
2. Schweizer, J. et al., 2006. New consensus nomenclature for mammalian keratins. Journal of Cell Biology, 174(2), pp.169–174.
3. Ross MH, Pawlina W. Histology. Lippincott Williams & Wilkins; 2006.
4. Young B, Woodford P, O’Dowd G. Wheater’s Functional Histology: A Text and Colour Atlas. Elsevier Health Sciences UK; 2013.
5. Kierszenbaum AL, Tres L. Histology and Cell Biology: An Introduction to Pathology. Elsevier Health Sciences; 2011.
6. Rekhtman, N. & Bishop, J.A., 2011. Quick Reference Handbook for Surgical Pathologists. Springer Berlin Heidelberg.