Procariotos e Eucariotos. Organelas e diferenciação celular.

por Fabio Dias Magalhães

Nosso objetivo aqui é diferenciar a célula eucariota da procariota,  comentando as funções de suas organelas citoplasmáticas.

A célula eucariota é compartimentada

As células apresentam, todas elas, membrana plasmática, limitando o meio interno celular.  A diferença das células eucariotas das procariotas é que as primeiras apresentam, além da membrana plasmática, outras estruturas membranosas, que levam à separação das células eucariotas em compartimentos, as organelas.

FIGURA 1 Célula eucariota animal (A) é compartimentada por organelas, o que não ocorre na célula procariota (B). O que  isso interfere nos fenômenos de transcrição e tradução? Quais são as funções das organelas mostradas na figura?

 

FIGURA 2 :A célula vegetal apresenta cloroplastos e parede celular. Os plasmodesmos permitem  a comunicação entre as células.

 Toda (ou quase toda) célula apresenta DNA como material genético. E esse ácido tem duas propriedades: a duplicação e a transcrição. A duplicação é um pre-requisito para a divisão celular. Já a transcrição é uma etapa fundamental a tradução, quando aminoácidos se ligam formando proteínas, no ribossomo.

Enquanto o DNA é disperso pelo citoplasma bacteriano, nas células eucariotas ele se encontra em compartimentos: núcleo, mitocôndria e cloroplasto.  O  DNA do núcleo é linear, já o das mitocôndrias e cloroplastos é circular, semelhante ao de bactérias. A presença desse ácido permite  a essas organelas se reproduzir.  E como em mitocôndrias e cloroplastos existem ribossomos, essas organelas podem ainda sintetizar as proteinas da respiração e fotossíntese,respectivamente. A síntese protéica de mitocondrias e cloroplastos  pode ser inibida por antibióticos, já que os ribossomos mitocondriais e cloroplásticos se parecem com os de bactérias.

DNA circular, capacidade de reprodução, ribossomos semelhantes aos de bactérias e sensibilidade  a antibióticos evidenciam a ancestralidade procariota de mitocôndria e cloroplastos.

Figura 3 Teoria endossimbiótica: mitocôndrias e cloroplastos são descendentes de bactérias. Quais são as evidências dessa teoria?


Por ter uma célula compartimentada, a síntese protéica nos eucariotos ocorrem em duas fases  fisicamente separadas. A transcrição a partir do DNA cromossômico ocorre no núcleo  e a tradução no citoplasma.  Já em procariotos a transcrição e tradução podem acontecer simultâneamente, por não existir núcleo (da mesma forma como ocorre na mitocôndria e cloroplasto).




Fig 4: Nos Procariotos (a), o RNAm  ainda sendo transcrito pode se ligar a ribossomos e já iniciar a tradução.  Nos eucaritos  (b) isso não é possível por causa da presença do envelope nuclear.  Além disso, perceba que nos eucariotos a transcrição produz um pré- RNAm  que deve ser processado para formar o RNAm , que é menor por não conter trechos chamados de introns. Assim, o splicing , que é o processamento do RNA no qual ocorre retirada de introns, só ocorre nos eucaritos.  O que são polirribossomos?




Os ribossomos são encontrados, nos eucariotos, livres no citoplasma, no retículo endoplasmático,  nas mitocondrias e cloroplastos. Os ribossomos livres sintetizam proteínas que serão utilizadas pelo citoplasma e núcleo, como enzimas ou constituintes do citoesqueleto. Vários ribossomos podem estar ligados ao mesmo RNAm, permitindo que  a partir da informação de uma molécula de RNAm se produzam várias proteínas, são os polirribossomos. Os ribossomos do retículo endoplasmático produzem proteínas que serão enviadas para o complexo de Golgi.

Figura 5: Os polirribossomos permitem a síntese  de várias proteínas iguais a partir de um mesmo RNA mensageiro. Observe na figura o sentido de deslocamento dos ribossomos e veja que o ribossomo com a maior proteína é aquele que está no final do processo da tradução.


O retículo endoplasmático e o complexo de Golgi

O retículo endoplasmático liso (REL), ou seja, aquele que não apresenta ribossomos, é o local do metabolismo de lipídeos, de carboidratos, toxinas e drogas e são, por isso, abundantes nos hepatócitos. Ele armazena e libera cálcio, o que justifica sua alta taxa em miócitos,  nos quais é chamado de retículo sarcoplasmático.

O retículo endoplasmático rugoso (RER) produz proteínas que são enviadas por vesículas para o complexo de Golgi. Participa, ainda, da formação  dos peroxissomos. Os peroxissomos  contém catalase e degradam o peróxido de hidrogênio.

 

Figura 6 O retículo endoplasmático funciona como um sistema de encanamento permitindo um fluxo de substâncias pela célula

Figura 7  O retículo endoplasmático rugoso está intimamente ligado ao núcleo. Assim, o RNAm se difunde do núcleo diretamente para o RER, permitindo a tradução. Além do mais, é o retículo endoplasmático que recompõe o núcleo na  telófase (final da divisão celular).

Síntese proteica no retículo endoplasmático rugoso

O complexo de Golgi recebe as proteínas do RER e as processa, podendo as glicosilar.  Ele empacota essas proteínas, ou seja, ele as dispõe e as concentra em vesículas que serão despachadas para 3 destinos:  secreção, glicocálice ou permanência no citoplasma como lisossomos, relacionados à digestão intracelular.

 

Figura 8 O Complexo de Golgi é como o despachante da célula. Ele recebe e envia substâncias.

Complexo de Golgi

Figura 9 O fluxo de material, da esquerda para direita: proteínas são sintetizadas no RER, enviadas para  o Golgi, que modifica essas proteínas. Essas são empacotadas em vesículas, enviadas para o ambiente extracelular (secreção), ou para constituir  a membrana plasmática (glicocálice) ou permanecem na célula (lisossomo).

Figura 10 Formação do glicocálice através da glicosilação de proteínas e empacotamento feitos pelo Golgi. O glicocálice participa do reconhecimento  e adesão intercelulares.


O complexo de Golgi também participa da formação do acrossomo do espermatozoide e da lamela média na citocinese vegetal.

 

Figura 11 Espermiogênese. O Golgi forma o acrossoma, estrutura com enzimas digestivas que possibilitam a penetração no ovócito.

Figura 12 Nos vegetais  a citocinese é centrifuga, ou seja, ocorre de dentro para fora, com a formação da lamela média, derivada do complexo de Golgi.

 

Figura 13 Digestão intracelular. Partículas fagocitadas se mantém em uma vesícula chamada de fagossomo, que se funde ao lisossomo formando um vacúolo digestivo. Os resíduos são liberados por exocitose.

A diferenciação celular e a distribuição de organelas

No nosso corpo, praticamente todas as células tem o mesmo DNA, entretanto não sintetizam as mesmas proteínas. Isso ocorre porque existem trechos ativos e outros inativos do DNA, o que acaba por levar a produção de proteínas diferentes por cada célula, que terão ainda formatos e distribuição diferente de organelas, o que lhes dará funções diferentes. Esse processo é chamado de diferenciação celular, e ele resulta da expressão diferencial de genes.
A divisão de trabalho de nossas células envolve, então, uma distribuição desigual de organelas e formatos celulares diferentes. Esses formatos resultam de diferentes arranjos de citoesqueleto. Observe alguns exemplos:

O enterócito, célula do intestino, apresenta microvilosidades, que aumentam a superfície absortiva. A grande quantidade de mitocôndrias permite a produção de ATP necessário para processos de transporte ativo.

 

 Célula caliciforme, especializada na secrecão de muco, apresenta  grande quantidade de vesículas de secreção.

 Hemácias: transportam O2 e a ausência de mitocôndrias favorece essa função pois a célula não consome esse gás, produzindo energia apenas por fermentação.  Seu formato bicôncavo permite grande superfície de trocas e a ausência do núcleo (perdido por autofagia) impede, por falta de DNA, tanto a síntese protéica quanto a divisão celular. Isso limita a vida da célula a 120 dias.

 

O hepatócito tem várias funções, o que justifica o grande desenvolvimento tanto do REL ("Smoth endoplasmatic reticulum"), que metaboliza drogas e toxinas, carboidratos (como glicogênio) e lipideos (como colesterol), quanto RER ("Rough endoplasmatic reticulum") , que sintetiza proteínas para exportação como albumina e fatores de coagulação.

 

O plasmócito apresenta grande quantidade de RER, também chamado de reticulo endoplasmático granular  (REG), responsável pela síntese de anticorpos.

O reticulo sarcoplasmático, o REL dos miócitos, armazena e libera cálcio, fundamental para a contração muscular.

 

Detalhe da fibra muscular esquelética (ou célula muscular esquelética). Seu citoesqueleto especializado e a alta porcentagem de mitocôndrias (produção de ATP) e retículo endoplasmático (modulação do cálcio intracelular) permite sua função contrátil.  Nas células musculares, o restículo endoplasmático é chamado de retículo sarcoplasmático.  Veja, abaixo, a miofibrila, contendo os sarcômeros, a unidade contrátil.

Revisão
1.Células procariotas tem DNA cromossômico circular, não apresentam introns e por isso não realizam splicing,não apresentam organelas membranosas e nem citoesqueleto.
2.Células eucariotas são compartimentadas por estruturas membranosas chamadas organelas. O DNA é encontrado no núcleo, mitocôndria e cloroplasto, o que lhes permitem se replicar e sintetizar proteinas. Os ribossomos são encontrados livres no citoplasma, nas mitocôndrias, cloroplasto e retículo endoplasmático.
3. O retículo endoplasmático transporta substâncias. O REL metaboliza toxinas, carboidratos e lipideos, por isso é abundante em hepatócitos. E armazena cálcio, e por isso é rico nos miócitos. O RER produz proteinas para exportação, e é bastante encontrado nos plasmócitos.
4. O complexo de Golgi glicosila proteinas e as empacota enviando para três destinos: 1)secreção; 2) formação do glicocálice; 3)Lisossomos (relacionado à digestão intracelular)


Esses e outros temas serão abordados no curso Por Dentro.

Saiba mais:
Splicing: o processamento do RNAm (em breve)
Síntese protéica ( em breve)
Tecidos Animais e Vegetais