Organelas citoplasmáticas
Principais pontos
- Retículo endoplasmático rugoso e liso
- Complexo de Golgi
- Lisossomo
- Vacúolo
- Mitocôndrias
- Cloroplastos
Introdução
Imagine que você seja uma célula pancreática. Seu trabalho é secretar enzimas digestivas que são transportadas para o intestino delgado e ajudam a digerir os nutrientes do alimento. Para realizar este trabalho, você, de alguma forma, tem que conseguir que essas enzimas sejam enviadas de seu local de síntese - dentro da célula - para seu local de ação - fora da célula. Como você faria isto? Num momento de desespero você poderia até pensar em despachar pelos Correios, mas pensando mais friamente você se lembraria: tenho o sistema endomembranar, e ele é responsável pelo transporte celular.
Agora, lembrando que o seu corpo é feito de trilhões de células. Você pode se perguntar, como manter todos os mecanismos, como por exemplo, o sistema de transporte, de cada uma das células funcionando? Você deve saber que para tudo funcionar é preciso de energia e de nutrientes, ok! Então esse é uma das razões pela qual você precisa de comida, certo? Você se alimenta para que, no nível macroscópico, você tenha energia para fazer coisas como praticar esportes, estudar, andar e até mesmo respirar.
Mas o que acontece no nível celular de seu corpo para transformar a energia armazenada nos alimentos e disponibilizá-la de forma que você consiga usá-la? Mais ainda, como a energia é armazenada nos alimentos?
As respostas para estas perguntas têm muito a ver com duas importantes organelas celulares que estudaremos aqui: as mitocôndrias e os cloroplastos.
Sistema endomembranar
O sistema endomembranar (endo = "dentro") é um grupo de membranas e organelas das células eucariontes que trabalham em conjunto para modificar, empacotar e transportar lipídios e proteínas. Ele inclui uma variedade de organelas, como por exemplo, o envoltório nuclear e lisossomos, o retículo endoplasmático e complexo de Golgi.
Embora não esteja tecnicamente dentro da célula, mas sim separando os meios interno e externo, a membrana plasmática também faz parte do sistema endomembranar. Como veremos, a membrana plasmática interage com outras organelas endomembranares, e é por ela que as proteínas secretadas (como as enzimas pancreáticas da introdução) são exportadas.
Vamos conhecer as diferentes partes do sistema endomembranar e como elas funcionam no transporte de proteínas e lipídios.
Retículo endoplasmático
O retículo endoplasmático (RE) tem um papel chave na modificação de proteínas e na síntese de lipídios. Ele consiste de uma rede de túbulos membranosos e bolsas achatadas. Os discos e túbulos do RE são ocos, e o espaço em seu interior é chamado de lume ou luz.
RE rugoso
O retículo endoplasmático rugoso (RER) recebe seu nome devido aos inúmeros ribossomos aderidos à sua superfície citoplasmática. Os ribossomos sintetizam as proteínas, e as deixam no lume. Algumas proteínas ficam ancoradas na membrana e outras completamente soltas flutuando no interior do RE.
No interior do RE, as proteínas podem passar por algumas modificações como sofrerem dobramentos ou adições de novos compostos. Por fim, estas proteínas modificadas serão incorporadas nas membranas celulares internas ou secretadas para fora da célula.
O transporte das proteínas modificadas se dá por meio de vesículas, que são pequenas esferas de membrana que são usadas especificamente para esse fim. Elas são então enviadas para o complexo de Golgi.
Figura 1: Micrografia e diagrama do retículo endoplasmático. A micrografia mostra o RE rugoso como uma série de dobras da membrana ao redor do núcleo. O diagrama fornece uma representação 3D de RE rugoso e RE liso, juntamente com o núcleo celular. Crédito: esquerda, "Sistema endomembranar e proteínas: figura 2" da Faculdade OpenStax, Biologia (CC BY 3.0), adaptação do trabalho por Lousia Howard; direita, adaptação de "Estrutura celular animal" por Mariana Ruiz, domínio público.
RE liso
O retículo endoplasmático liso (REL) é contínuo com o RER, mas possui poucos ou nenhum ribossomos em sua superfície citoplasmática, por isso o seu nome. As funções do REL incluem:
- Síntese de carboidratos, lipídios e hormônios
- Desintoxicação de medicamentos e venenos
- Armazenamento de íons cálcio
O complexo de Golgi
Quando as vesículas irrompem do RE, para onde elas vão? Antes de alcançar seu destino final, os lipídios e proteínas que estão dentro das vesículas de transporte precisam ser organizados, empacotados e etiquetados para que eles terminem em seus devidos lugares. Esta organização, empacotamento e distribuição ocorrem no complexo de Golgi, organela feita por discos achatados de membrana.
Figura 2: Micrografia do aparelho de Golgi mostrando uma série de discos de membrana achatados em corte transversal. Crédito: "Sistema endomembranar e proteínas: figura 3" da Faculdade OpenStax, Biologia (CC BY 3.0), adaptado por Lousia Howard.
As vesículas de transporte se fundem ao Complexo de Golgi e esvaziam seus conteúdos no lume do mesmo.
Conforme as proteínas e lipídeos viajam dentro do complexo, eles passam por modificações adicionais. Moléculas de açúcares podem ser adicionadas ou removidas, ou outros grupos podem ser incluídos como etiquetas.
A Figura 3 mostra como exemplo o detalhamento do processamento dos carboidratos, conforme o grupo carboidrato (em roxo), ligado à proteína, ganha ou perde ramificações.
Figura 3: A imagem mostra o transporte de uma proteína de membrana do retículo endoplasmático rugoso através do complexo de Golgi para a membrana plasmática. A proteína é inicialmente modificada no RE rugoso; sofre outras modificações no complexo de Golgi. A proteína é então transportada até a membrana plasmática por uma vesícula de transporte onde se funde. Crédito: imagem adaptada de "Sistema endomembranar e proteínas: figura 1" da Faculdade OpenStax, Biologia (CC BY 3.0), adaptado por Magnus Manske.
Finalmente, as proteínas modificadas são empacotadas em vesículas que saem do complexo de Golgi. Algumas destas vesículas despejam seus conteúdos em outras partes da célula onde serão usados. Outras se fundem à membrana plasmática, disponibilizando as proteínas necessárias para a membrana e secretando outras proteínas para o meio extracelular.
As células que secretam muitas proteínas — como células das glândulas salivares secretoras de enzimas digestivas ou células do sistema imunológico secretoras de anticorpos — possuem vários Complexos de Golgi. Nas células vegetais o complexo de Golgi também produz algumas substâncias que são incorporadas na parede celular.
Lisossomos
O lisossomo é uma organela que contém enzimas digestivas e atua como usina de reciclagem das organelas na célula animal. Ele degrada as estruturas obsoletas para reutilizar suas moléculas.
Os lisossomos também podem digerir proteínas externas que são trazidas para o interior da célula. Por exemplo, vamos considerar o macrófago, um tipo de glóbulo branco do sangue que é parte do sistema imunológico humano. Em um processo conhecido como fagocitose, uma parte da membrana plasmática do macrófago invagina-se ou dobra-se para dentro - para engolfar um patógeno, como mostrado na Figura 4.
Figura 4: Diagrama de fagocitose, no qual o fagossomo gerado pelo englobamento de uma partícula se funde com um lisossomo, permitindo a digestão desta. Crédito: adaptada de "Sistema endomembranar e proteínas: figura 4" da Faculdade OpenStax, Biologia (CC BY 3.0).
A seção invaginada com o patógeno em seu interior tem origem na membrana plasmática e forma uma estrutura chamada fagossomo. O fagossomo então se funde a um lisossomo, formando um compartimento combinado onde enzimas digestivas destroem o patógeno.
Vacúolos
As células vegetais não possuem lisossomos. Em vez disso, elas possuem outro tipo de organela chamada vacúolo. O grande vacúolo central armazena água e resíduos, isola materiais indesejados e possui enzimas que podem degradar macromoléculas e componentes celulares, como ocorre no lisossomo (Marty, F., 1999).
Mitocôndrias
As mitocôndrias ficam suspensas no citosol gelatinoso da célula. Elas possuem formato oval e possuem duas membranas: uma externa, envolvendo toda a organela, e uma interna, com muitas saliências internas chamadas cristas que aumentam a área de superfície.
As Mitocôndrias são geralmente chamadas de usinas de energia ou fábricas de energia da célula. A função delas é produzir um suprimento constante de adenosina trifosfato ou ATP, a principal molécula carregadora de energia da célula. O processo de fabricar ATP usando açúcares é chamado de respiração celular, e muitos passos desse processo acontecem dentro da mitocôndria.
Figura 5: Eletromicrografia de uma mitocôndria, mostrando matriz, cristas, membrana externa e membrana interna. Crédito: imagem superior, "Eukaryotic cells: Figure 7," por OpenStax College, Biology (CC BY 3.0). Trabalho modificado por Matthew Britton; scale-bar data from Matt Russell. Image inferior: modificada de "Mitochondrion mini," por Kelvin Ma (public domain).
O espaço entre as membranas é chamado de espaço intermembranar, e o compartimento delimitado pela membrana interna é chamado de matriz mitocondrial.
A estrutura em múltiplos compartimentos da mitocôndria parece complicada para nós. Isso é verdade, mas acaba sendo muito útil para a respiração celular, permitindo que as reações do processo de respiração sejam mantidas separadas e diferentes concentrações de moléculas sejam mantidas em diferentes "cômodos".
Embora as mitocôndrias sejam encontradas na maioria dos tipos celulares dos seres vivos, a sua quantidade é variável, pois depende da função da célula e de sua demanda de energia. Por exemplo, as células musculares possuem tipicamente alta demanda de energia e grande número de mitocôndrias, enquanto que as células vermelhas do sangue, que são altamente especializadas para transporte de oxigênio, não possuem mitocôndrias.
Cloroplastos
Os Cloroplastos são encontrados somente em plantas e algas fotossintetizantes. O papel do cloroplasto é realizar o processo chamado fotossíntese.
Na fotossíntese, a energia luminosa é coletada e usada para construir açúcares a partir do gás dióxido de carbono. Os açúcares produzidos na fotossíntese podem ser usados pela célula da planta, ou podem ser consumidos por animais que comem plantas, como os humanos. A energia contida nestes açúcares é colhida através de um processo chamado respiração celular, que acontece dentro das mitocôndrias das células das plantas e dos animais.
Os cloroplastos são organelas encontradas no citosol da célula que possuem a forma de disco. Eles possuem membranas externa e interna com um espaço entre elas. Se você atravessasse as duas camadas de membrana e alcançasse o espaço no centro, você descobriria que ele contém discos de membrana conhecidos como tilacóides, dispostos em pilhas interconectadas chamadas de grana (granum no singular).
Figura 6: Diagrama de um cloroplasto, mostrando membrana externa, membrana interna, espaço intermembranar, estroma e tilacoides em pilhas, chamadas grana. Crédito: Imagem modificada de "Chloroplast mini," de Kelvin Ma (CC BY 3.0).
A membrana de um disco tilacóide contém complexos de coleta de luz que incluem a clorofila, um pigmento que dá às plantas a sua cor verde.
Referências
Marty, F. "Plant Vacuoles." Plant Physiology 11 (1999): 587, http://dx.doi.org/10.1105/tpc.11.4.587. Acesso em 30/08/2018.
