Organelle Definição
O termo organelle deriva da palavra ‘órgão’ e refere-se a compartimentos dentro da célula que desempenham uma função específica. Estes compartimentos são geralmente isolados do resto do citoplasma através de membranas intracelulares. Estas membranas podem ser semelhantes à membrana plasmática ou feitas a partir de um complemento diferente de lípidos e proteínas. As propriedades de uma membrana devem-se à sua origem, como por exemplo com mitocôndrias ou plastídeos, ou devido à sua função específica, como se vê com a membrana nuclear. Algumas organelas não são ligadas à membrana e estão presentes como grandes complexos feitos de RNA e proteínas, tais como ribossomas.
Imagens abaixo são representações de células vegetais, animais e bacterianas mostrando organelas comuns.
Existem três grandes desafios para as células à medida que criam organelas. O primeiro é a formação e amadurecimento dos blocos básicos de construção das organelas. Isto inclui a membrana, as suas macromoléculas ligadas à membrana, e a maquinaria citosquelética que molda a organela. Além disso, a organela precisa de conter as substâncias químicas correctas – proteínas, aminoácidos, lípidos, hidratos de carbono ou os seus monómeros, juntamente com co-factores, enzimas e moléculas de sinalização. Estas moléculas têm de ser especificamente, e muitas vezes activamente, transportadas para estes compartimentos subcelulares. Finalmente, as organelas precisam de ser mantidas durante toda a vida da célula e segregadas com precisão durante a divisão celular. Existem várias estratégias diferentes utilizadas pelas células através do mundo vivo para realizar estas tarefas.
Diferentes tipos de células têm frequentemente uma predominância de uma certa organela, dependendo do seu papel primário no corpo. Por exemplo, as células do parênquima em folhas estão cheias de cloroplastos, enquanto as células que formam a raiz são frequentemente privadas desta organela. Um organismo activo unicelular como o paramécio poderia ter um vacúolo em rápida mutação. As células envolvidas na secreção de proteínas têm geralmente uma rede Golgi bem desenvolvida e um retículo endoplasmático rugoso proeminente.
Exemplos de Organelas
Em organismos eucarióticos, quase todas as células têm um núcleo (as excepções incluem glóbulos vermelhos de mamíferos). As outras organelas comuns observadas são mitocôndrias, plastídeos (entre autótrofos), reticula endoplasmática, aparelho de Golgi, lisossomas, e vacúolos. Algumas células especiais como os neurónios também contêm vesículas sinápticas. Todas estas estruturas são ligadas por membranas. Complexos macromoleculares como ribossomas, emendas, centríolos e centrosomas não estão rodeados por uma membrana, mas são organelas importantes na maioria das células, desempenhando funções vitais como a organização do citoesqueleto, sintetização de proteínas e processamento de RNA.
Bactérias contêm tanto organelas ligadas a proteínas como organelas ligadas a lípidos. Estas podem ser feitas de uma membrana monocamada simples (exemplo: carboxissomas) ou de um bileto (magnetosomas). As organelas em procariotas estão a ser estudadas mais extensivamente agora, especialmente com o advento de melhores ferramentas experimentais.
Tipos de organelas
As organelas podem ser classificadas de várias maneiras. A classificação mais simples baseia-se na sua origem: quer estejam presentes em procariotas ou eucariotas. Enquanto muitas vias bioquímicas importantes entre estas duas linhagens celulares partilham uma ancestralidade comum, um plano celular complexo distingue a maioria das células eucariotas. A origem deste tipo particular de complexidade não é bem conhecida. Os eucariotas são capazes de realizar cadeias finamente reguladas de reacções bioquímicas, principalmente devido à sua capacidade de ter especialização subcelular. Além disso, a presença de organelas que podem gerar ATP também fornece a energia para conduzir estas reacções metabólicas e sustentar uma célula maior. Por outro lado, o material genético procariótico está localizado em regiões semi-organizadas chamadas nucleoides que são geralmente vistas como uma parte do citoplasma que contém a maior parte do material genético da célula. Os magnetosomas são outro tipo de organela procariótica, praticamente única em estar ligada por uma camada lipídica. Estas estruturas são formadas por estruturas citoesqueléticas semelhantes à actina que estão envolvidas na formação e localização da organela no interior da célula.
Esta classificação simplista esbarra ocasionalmente em dificuldades, contudo, especialmente com estruturas como as mitocôndrias ou os cloroplastos que são considerados antigos endossímbolos. Contudo, como regra geral, as organelas procarióticas são frequentemente mais simples, com menor complexidade em termos de composição química, e estrutura da membrana.
No interior das células eucarióticas, a presença e natureza da membrana em torno de um compartimento subcelular é um método comum de classificação. Enquanto os principais compartimentos, tais como lisossomas e retículo endoplasmático são ligados por um bocal lipídico, muitas organelas importantes, mas mais pequenas, interagem livremente com o ambiente citoplasmático. Estas organelas não são cheias de fluidos, e em vez disso são massas sólidas de proteínas, RNA ou ambas. Ribossomas e emendas são exemplos comuns de organelas que não são ligadas por membranas. Algumas pessoas classificam as paredes celulares das plantas e bactérias também sob esta categoria, uma vez que elas foram criadas principalmente a partir da celulose. No entanto, estão localizadas fora da membrana celular e, portanto, não podem ser verdadeiramente consideradas uma estrutura intracelular.
Finalmente, algumas organelas podem reproduzir-se independentemente do ciclo celular, porque contêm o seu próprio material genético. Aqui os plastídeos e mitocôndrias são de particular importância. No entanto, enquanto se reproduzem mesmo quando a célula está em repouso na fase G0, precisam de importar a maior parte da maquinaria de duplicação do citoplasma, tornando-as assim intimamente ligadas às necessidades da célula. As mitocôndrias e os cloroplastos contêm material genético único, independente do resto do núcleo, e em muitos casos, o seu número dentro da célula pode mudar. Por exemplo, as fibras musculares que enfrentam um aumento na sua necessidade de ATP, respondem frequentemente aumentando o número de mitocôndrias na célula. As plantas e outros autotrofos podem mostrar adaptações semelhantes com cloroplastos.
Funções de Organelas
As actividades de uma única célula espelham as de um organismo. A célula ingere nutrientes, digere-os e transforma-os, metaboliza-os para formar moléculas maiores, respira e liberta resíduos. A maioria das células contribui mesmo para a manutenção do ambiente extracelular, não muito diferente da existência de muitas espécies dentro das estruturas sociais.
Nutrição
Os organismos unicelulares ingerem alimentos como grandes partículas do ambiente e são submetidos à digestão intracelular. Isto necessita da presença de organelas, tais como vacúolos alimentares ou fagosomas e lisossomas para transportar enzimas digestivas. Para organismos multicelulares, algumas estruturas especializadas fornecem nutrientes à célula, que depois os absorve a granel ou através de transportadores especiais. Na maioria dos animais de grande porte, o sistema digestivo trata da ingestão e da decomposição dos alimentos em unidades monoméricas como a glicose e os aminoácidos. As enzimas necessárias para este processo são sintetizadas no retículo endoplasmático rugoso e secretadas através da rede Golgi. Os alimentos digeridos são entregues a cada célula através do sistema circulatório, o que permite o transporte passivo ou utiliza energia para absorver activamente os nutrientes.
Transporte
Transporte intracelular é muitas vezes gerido através de filamentos citoesqueléticos cruzados que actuam como corredores. Estes filamentos formam uma série de caminhos que posicionam as organelas e os materiais de transporte. Nesta actividade, são auxiliados por proteínas motoras que normalmente contêm dois domínios – um para interagir com a carga e outro para navegar no filamento citoesquelético. Por exemplo, a maioria dos neurónios contém um axónio longo que conduz impulsos eléctricos ao longo do seu comprimento. Vesículas sinápticas contendo neurotransmissores povoam frequentemente a extremidade de um axónio e são necessárias para a transmissão do sinal eléctrico de um neurónio para o seguinte na sinapse. Os componentes destas vesículas são movidos em direcção à sinapse ao longo do caminho criado pelas microtubulas. As proteínas motoras chamadas kinesins impulsionam o seu movimento. Outros materiais tais como enzimas ou hormonas peptídeos são transportados através da Rede Trans Golgi para serem utilizados pela célula ou libertados através de exocitose.
Os eventos mais dramáticos do transporte intracelular ocorrem durante a divisão celular. Os cromossomas são segregados com precisão e transportados para pólos opostos da célula através de maquinaria celular complexa e rigorosamente regulada. Isto envolve centrosomas, arranjos dinâmicos de microtubos e múltiplas alterações na estrutura cromossómica.
Digestão
Os lisossomas são as principais estruturas envolvidas na digestão intracelular. Contêm uma série de enzimas hidrolíticas que são activadas pelo pH ácido destas organelas. Estas enzimas são sintetizadas nas suas formas inactivas no citoplasma antes de serem transportadas para a organela através de canais transmembranosos. Os lisossomas podem fundir-se com outras organelas, tais como os fagosomas, para uma digestão a granel. Isto desempenha também um papel importante na imunidade, quando os microrganismos patogénicos são ingeridos por células do sistema imunitário e destruídos através da acção de potentes enzimas hidrolíticas.
Geração de ATP
Heterotrofos dependem frequentemente de mitocôndrias para a respiração aeróbica e geração de ATP. Os autotróficos canalizam a energia da radiação solar ou outros processos químicos para forjar as ligações de alta energia em ATP. As estruturas membranosas de ambos os organelos são importantes na geração de ATP.
Controlo e Regulação
Organismos grandes e complexos precisam de usar um sistema nervoso e um sistema endócrino para manter a homeostase. Dentro de uma célula, a organela mais importante para o controlo e a regulação é o núcleo. As células recebem informação sobre o ambiente externo através de cascatas de sinalização complexas que frequentemente resultam em alterações ao seu RNA ou conteúdo proteico. Portanto, o ambiente nuclear é rigorosamente regulamentado e a importação e exportação de materiais através do envelope nuclear é um processo importante para a célula. A membrana nuclear tem uma série de estruturas especiais chamadas poros nucleares e proteínas de transporte chamadas importins e exportins medeiam a entrada e saída de macromoléculas. Estas macromoléculas podem induzir um gene particular a ser upregulado, influenciar a emenda do RNA, assinalar o início da divisão celular ou mesmo iniciar o processo de apoptose.
- Apoptose – morte celular programada que ocorre em organismos multicelulares, precedida de alterações distintas na morfologia e bioquímica da célula. Comum durante o desenvolvimento e também utilizado para prevenir doenças.
- Endosimbiontes – Organismos que vivem dentro de outros organismos.
- Proteínas Motoras – Proteínas que funcionam como motores moleculares, convertendo energia química em energia mecânica, enquanto se movem ao longo de uma superfície adequada.
- Upregulação – Em genética, refere-se a um aumento do número de transcrições de ARN produzidas a partir de um gene. Pode também referir-se ao aumento do número de receptores encontrados numa superfície celular.
Quiz
1. Qual destes é uma função da mitocôndria?
A. ATP e GTP geração
B. Divisão celular
C. Transmissão de material genético nuclear
D. Todos os acima mencionados
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2. Qual destas afirmações é verdadeira sobre o transporte intracelular?
A. As proteínas motoras chamadas cininas transportam as vesículas sinápticas ao longo de uma via baseada em actina
B. Os centrosomas são importantes na segregação dos cromossomas durante a divisão celular
C. O retículo endoplasmático liso está envolvido na síntese e secreção de proteínas
D. Todos os acima mencionados
3. Porque é que a importação e exportação nucleares precisam de ser rigorosamente reguladas?
A. Pode influenciar a expressão genética
B. Pode induzir a divisão celular ou apoptose
C. Pode alterar o conteúdo proteico da célula
D. Todos os acima mencionados
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