Citologia: entenda a estrutura das células

De acordo com a análise que o Aprova Total faz todo ano, citologia é top 4 dos temas de maior incidência no Exame Nacional do Ensino Médio (Enem).

Nesse campo, está o estudo das células, que são as unidades fundamentais da vida, principalmente na manutenção dos processos vitais dos seres vivos. Entender a estrutura, a função e a diversidade das células é essencial para a compreensão da Biologia, o que vai influenciar de forma positiva no seu desempenho nos vestibulares.

O que é citologia?

A citologia (ou biologia celular) é a disciplina que estuda a estrutura, o metabolismo e o funcionamento das células, incluindo membranas, citoesqueleto, organelas e componentes nucleares.

Nos últimos 100 anos, a citologia avançou graças ao desenvolvimento das novas tecnologias, o que também colaborou com outras áreas da Ciência. Descobertas como sequências de aminoácidos, estruturas tridimensionais, enzimas e o modelo molecular do DNA solidificaram sua importância e, hoje, ela analisa questões em diversos níveis, da escala molecular à organização geral.

📢 Curiosidade
O termo "célula" foi adotado pela 1ª vez em 1665, por Robert Hooke, ao observar uma árvore de cortiça com buraquinhos que lembravam favos de mel. A esses buracos ele deu o nome de célula.

Teoria celular, a base da citologia

Em 1838, Matthias Schleiden notou células em plantas, seguido por Theodor Schwann, em 1839, que as identificou nos animais. Então, eles estabeleceram a Teoria Celular, que diz que "todos os seres vivos são feitos de células".

No século 19, essa teoria evoluiu com três princípios-chave:

• todos os seres vivos são formados por células;
• as reações vitais que sustentam a vida de um organismo dependem do funcionamento das células;
• cada célula tem sua origem a partir de outra célula preexistente, por meio de divisões celulares que compartilham seu material genético com as células-filhas.

Esses princípios fundamentais continuam como a base essencial da citologia e são cruciais para explicar algumas complexidades da vida.

Quais são os tipos de células?

As células podem ser categorizadas em duas principais classes: as procarióticas e as eucarióticas, cada uma com suas próprias características distintivas.

Veja a seguir cada uma delas:

Procariontes

As células procariontes são células consideradas simples e apresentam uma membrana celular que desempenha diversas funções, tais como:

• delimitação celular;
• formação da parede celular;
• presença de uma cápsula bacteriana composta por polissacarídeos;
• abundante citoplasma.

A característica distintiva dos procariontes é a ausência de um núcleo definido. Seu material genético está disperso no citoplasma na forma de DNA circular (ou nucleoide).

Partes de uma célula procarionte

1. Unicelular: os procariontes, como bactérias e Archaea, são geralmente unicelulares, consistindo de uma única célula.
2. Núcleo organizado no nucleóide: apesar da ausência de envoltório nuclear, os procariontes têm uma região específica chamada nucleóide onde seu material genético está concentrado, embora não haja membrana envolvendo o DNA.
3. Ribossomos: procariontes possuem ribossomos, que desempenham um papel na síntese de proteínas.
4. Material genético circular: o DNA dos procariontes é circular e não associado a histonas, não se condensando durante a divisão celular.
5. Plasmídeos: além do DNA genômico, eles possuem DNA complementar chamado plasmídeo, que pode conferir resistência a antibióticos e ser transferido entre células durante a conjugação.
6. Estruturas de membrana: Os procariontes possuem uma cápsula de polissacarídeo, uma parede celular rica em peptidoglicano e uma membrana plasmática que difere da dos animais pela ausência de esteroides.
7. Estruturas: procariontes apresentam estruturas como flagelos para locomoção, fímbrias para adesão e pili (ou pelos sexuais), para transferência de material genético.
8. Mesossomos: membranas internas onde ocorrem processos como a respiração celular e a fotossíntese em bactérias fotossintetizantes.

Eucariontes

As células eucariontes se destacam por sua notável complexidade em comparação às procariontes.

Elas contam com núcleo bem definido, que se destaca como uma das maiores organelas celulares. Sua principal função é armazenar o DNA, que é uma molécula de dupla hélice, linear e cujo núcleo possui uma membrana denominada carioteca.

Além do núcleo, o citoplasma abriga diversas outras organelas, cada uma com sua função biológica específica.

📢 Lembre-se: protozoários, algas, fungos, plantas e animais possuem células eucarióticas.

Partes de uma célula eucarionte

Veja os componentes da célula eucarionte:

1. Membrana plasmática: estrutura presente em todos os tipos celulares. É composta por uma bicamada fosfolipídica que controla a entrada e saída de substâncias da célula.
2. Núcleo celular: está presente apenas em seres eucariontes, é onde fica o material genético da célula. Além de ser o centro de comando da célula, controlando o metabolismo celular e fazendo a síntese de ácidos nucleicos.
3. Mitocôndria: é uma organela com DNA próprio, responsável pela respiração celular.
4. Cloroplasto: está presente em organismos fotossintetizantes, por isso possui pigmentos verdes (clorofila) que possibilitam a realização da fotossíntese.
5. Citoplasma: constitui o interior da célula em procariontes e, em eucariontes, corresponde ao espaço entre a membrana plasmática e o núcleo. É onde se localizam as organelas celulares e ocorrem muitas reações químicas.
6. Ribossomos: são responsáveis pela síntese proteica e estão presentes em todas as células, tanto eucariontes quanto procariontes.
7. Retículo endoplasmático (R. E.): é um sistema de canalículos e bolsas membranosas presente no citoplasma de células eucarióticas. Essas membranas podem ser lisas (R. E. Liso) ou apresentar ribossomos aderidos (R. E. Rugoso). O R. E. Liso é uma região de intensa síntese de lipídios e o R. E. Rugoso de proteínas.
8. Aparelho de Golgi: sistema membranoso localizado no citoplasma de células eucarióticas especializado em armazenamento, transformação e secreção de substâncias.
9. Lisossomos: são vesículas que contêm enzimas digestivas com funções de digerir materiais englobados pelas células (digestão intracelular) e elementos da própria célula (autofagia), quando necessário.

Membrana plasmática

A membrana plasmática é uma estrutura fundamental em todas as células, pois controla a entrada e a saída de substâncias do hialoplasma (porção líquida do citoplasma). Ela tem uma bicamada fosfolipídica com proteínas inseridas.

Além disso, a superfície externa da membrana é coberta pelo glicocálix, que consiste em glicoproteínas e lipoproteínas.

Observe a imagem a seguir:

As células podem apresentar modificações na membrana plasmática para desempenhar funções específicas, como:

• microvilosidades
  aumento da superfície de absorção;
• interdigitações
  trocas entre células vizinhas;
• desmossomos
  ancoragem e junções aderentes para união com várias células vizinhas.

Já a passagem de substâncias através da membrana pode ocorrer de duas maneiras principais, os transportes passivo e ativo.

Transporte passivo:

• difusão simples
  moléculas de soluto se movem do local de maior para o de menor concentração;
• difusão facilitada
  certas substâncias entram na célula com a ajuda de proteínas transportadoras;
• osmose
  é a difusão da água através da membrana semipermeável, movendo-se do local de menor concentração de soluto para o de maior concentração.

Transporte ativo:

• requer gasto de energia (geralmente ATP) para transportar substâncias contra o gradiente de concentração.
• exemplos incluem a bomba de sódio e potássio, a bomba de cálcio e a bomba de hidrogênio.

Citoplasma

O citoplasma possui várias estruturas e substâncias que desempenham funções importantes para que a célula funcione. Vamos sintetizar os principais pontos sobre o citoplasma:

Composição do citoplasma

O citoplasma é composto por organelas e principalmente por hialoplasma, que é uma matriz gelatinosa contendo água, proteínas, glicose, lipídeos, aminoácidos e sais minerais. Ele se divide em duas regiões: o ectoplasma, mais denso, e o endoplasma, mais fluido.

O hialoplasma executa movimentos como a ciclose (movimento circular) e o movimento ameboide, que gera pseudópodes em células como glóbulos brancos e protozoários.

Nesse contexto, a autofagia é um processo celular essencial que degrada e recicla componentes celulares para manter a saúde e renovação dos tecidos e órgãos. Ela age no desenvolvimento embrionário, na resposta ao estresse e na defesa contra patógenos, além de ter relação com doenças genéticas.

Núcleo

O núcleo celular recebeu esse nome por sua semelhança com uma semente (do grego "nux," que significa "semente"). Essa estrutura é de suma importância nas células eucariontes e desempenha as seguintes funções:

• centro de controle genético
  o núcleo age como o maestro das atividades celulares, onde reside o DNA, a molécula portadora da informação genética;
• síntese de RNA
  o núcleo é uma usina de síntese de RNA, que posteriormente se traduz em proteínas. Esse processo é fundamental para as operações celulares;
• hereditariedade
  no núcleo, reside o DNA responsável pelas características hereditárias dos organismos, que transmite informações genéticas;

O estudo do núcleo pode ser conduzido tanto na divisão celular quanto durante a interfase, que é o período entre divisões. Nele, o núcleo está ativamente envolvido em intensa atividade metabólica, incluindo a síntese de DNA, RNA e proteínas.

Estrutura do núcleo

O núcleo é geralmente esférico ou ovoide, envolto por uma membrana nuclear dotada de poros que permitem a troca de macromoléculas com o citoplasma.

Tem na sua composição cariolinfa (ou nucleoplasma), DNA, proteínas, RNA e um nucléolo, além da cromatina, que e uma rede de filamentos de DNA e histonas crucial no controle do metabolismo celular.

Durante a divisão celular, a cromatina se condensa em cromossomos, cujo número, forma e posição do centrômero podem variar entre espécies. Além disso, alguns organismos possuem cromossomos sexuais, como os humanos, que têm XX (fêmea) e XY (macho).

Organelas celulares: conheça as principais

Organelas são estruturas vitais presentes no citoplasma das células, conhecidas também como organelas citoplasmáticas. Cada uma delas desempenha uma função específica crucial para o funcionamento celular.

1. Mitocôndrias: produção de energia celular através da respiração celular.
2. Núcleo: armazenamento do material genético e controle das atividades celulares.
3. Centríolos: auxílio na segregação dos cromossomos durante a divisão celular. E tem participação na formação de estruturas como cílios e flagelos.
4. Citoesqueleto: suporte, movimentação celular e transporte de organelas pelo citoplasma.
5. Ribossomos: síntese de proteínas a partir da ligação de aminoácidos.
6. Citosol: líquido gelatinoso que armazena substâncias utilizadas pela célula. Suporte para organelas e citoesqueleto.
7. Retículo endoplasmático (RE): RE rugoso serve para produção de proteínas; RE liso serve para síntese de esteroides, fosfolipídios e detoxificação celular.
8. Complexo de Golgi: modificação, armazenamento e exportação de proteínas do RE rugoso. E a produção de vesículas que formam os lisossomos primários.
9. Lisossomos: digestão de moléculas orgânicas como lipídios, carboidratos, proteínas e ácidos nucleicos.
10. Peroxissomos: oxidação de ácidos graxos. Síntese de colesterol e fornecimento de substratos para a respiração celular.

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Resumo completo: citologia

Vamos conferir as informações sobre a citologia que você deve priorizar?

• É o campo de estudo que se dedica à investigação detalhada da estrutura, do metabolismo e do funcionamento das células, incluindo suas organelas e componentes nucleares.
  
• A Teoria Celular estabelece que todos os seres vivos são compostos por células, sendo essenciais para as reações vitais e originando-se a partir de outras células preexistentes.
  
• As células se dividem em dois principais tipos: as procarióticas, simples e sem núcleo definido, com DNA circular, presentes em organismos unicelulares; e as eucarióticas, complexas, com núcleo bem definido e diversas organelas, que estão nos protozoários, fungos, animais, nas algas e plantas.
  
• A membrana plasmática regula a entrada e saída de substâncias nas células, e possui modificações para funções específicas, o que permite a passagem de substâncias por mecanismos de transporte passivo e ativo.
  
• O citoplasma é a região onde estão diversas organelas, como o citoesqueleto, ribossomos, mitocôndrias, cloroplastos, retículo endoplasmático, aparelho de Golgi, lisossomos, peroxissomos e vacúolos.
  
• O núcleo, por sua vez, é o centro de controle genético da célula, que abriga o DNA e desempenha funções na síntese de RNA, tornando-se responsável pela hereditariedade. Sua estrutura inclui a cariolinfa, a cromatina, os cromossomos e o nucléolo.
  
• No metabolismo celular, diversas organelas desempenham funções específicas, contribuindo para a manutenção e o funcionamento adequado da célula.

Citologia no Enem: como cai? Exercícios resolvidos

Por ser uma área ampla e complexa, questões de citologia podem ter alternativas que exijam do aluno saber a localização, a função e a importância das principais organelas celulares, da membrana plasmática, além das principais diferenças entre os tipos celulares.

Questões mais difíceis podem contextualizar citologia com bioquímica e bioenergética, cobrando do aluno sobre os processos metabólicos da célula.

Exercício 1

(Enem 2017) A classificação biológica proposta por Whittaker permite distinguir cinco grandes linhas evolutivas utilizando, como critérios de classificação, a organização celular e o modo de nutrição. Woese e seus colaboradores, com base na comparação das sequências que codificam o RNA ribossômico dos seres vivos, estabeleceram relações de ancestralidade entre os grupos e concluíram que os procariontes do reino Monera não eram um grupo coeso do ponto de vista evolutivo.

A diferença básica nas classificações citadas é que a mais recente se baseia fundamentalmente em

a) tipos de células.

b) aspectos ecológicos.

c) relações filogenéticas.

d) propriedades fisiológicas.

e) características morfológicas.

Resposta: [C]
A classificação de Whittaker (1969), dos cinco reinos, agrupa os seres vivos considerando o tipo celular e as propriedades fisiológicas. Já Woese (1990) se baseia, fundamentalmente, nas relações de parentesco evolutivo entre os seres vivos (relações filogenéticas).

Exercício 2

(Enem 2022) Antimicrobianos são substâncias naturais ou sintéticas que têm capacidade de matar ou inibir o crescimento de microrganismos. A tabela apresenta uma lista de antimicrobianos hipotéticos, bem como suas ações e efeitos sobre o metabolismo microbiano.

Qual dos antimicrobianos deve ser utilizado para curar uma infecção causada por um fungo sem afetar as bactérias da microbiota normal do organismo?

a) 1

b) 2

c) 3

d) 4

e) 5

Resposta: [B]
O medicamento indicado para combater a infecção por fungo deve conter agentes que afetem processos metabólicos ou estruturas exclusivas das células fúngicas. As células da microbiota são procariontes, logo, não possuem microtúbulos nem cromátides durante a divisão celular mitótica, por isso, não são comprometidas pelo medicamento. Os outros antimicrobianos vão afetar os processos metabólicos e as estruturas das bactérias que vivem em simbiose com o organismo humano.