Biologia Celular)

A célula é a unidade estrutural e funcional básica das formas de vida. Cada célula consiste em um citoplasma fechado dentro de uma membrana e contém muitas biomoléculas, como proteínas, DNA e RNA, bem como muitas pequenas moléculas de nutrientes e metabólitos. O termo vem da palavra latina cellula que significa 'quarto pequeno'.

As células podem adquirir funções específicas e realizar várias tarefas dentro da célula, como replicação, reparo do DNA, síntese de proteínas e motilidade. As células são capazes de especialização e mobilidade dentro da célula. A maioria das células é medida em micrômetros devido ao seu pequeno tamanho.

A maioria das células vegetais e animais só são visíveis ao microscópio de luz, com dimensões entre 1 e 100 micrômetros. A microscopia eletrônica fornece uma resolução muito maior, mostrando a estrutura celular bastante detalhada. Os organismos podem ser classificados como unicelulares (consistindo de uma única célula, como bactérias) ou multicelulares (incluindo plantas e animais). A maioria dos organismos unicelulares são classificados como microorganismos. O número de células em plantas e animais varia de espécie para espécie; foi estimado que o corpo humano contém cerca de 37 trilhões (3,72 × 10¹³) células. O cérebro é responsável por cerca de 80 bilhões dessas células.

O estudo das células e como elas funcionam levou a muitos outros estudos em áreas relacionadas da biologia, incluindo: descoberta de DNA, biologia de sistemas de câncer, envelhecimento e biologia do desenvolvimento.

A biologia celular é o estudo das células, que foram descobertas por Robert Hooke em 1665, que as nomeou por sua semelhança com células habitadas por monges cristãos em um mosteiro. A teoria celular, desenvolvida pela primeira vez em 1839 por Matthias Jakob Schleiden e Theodor Schwann, afirma que todos os organismos são compostos de uma ou mais células, que as células são a unidade fundamental de estrutura e função em todos os organismos vivos e que todas as células vêm de pré- células existentes. As células surgiram na Terra há cerca de 4 bilhões de anos.

Tipos de células

As células são de dois tipos: eucarióticas, que contêm um núcleo, e células procarióticas, que não possuem um núcleo, mas uma região nucleoide ainda está presente. Os procariotos são organismos unicelulares, enquanto os eucariotos podem ser unicelulares ou multicelulares.

Células procarióticas

Estrutura de uma célula prokaryotic típica

Os procariotos incluem bactérias e archaea, dois dos três domínios da vida. As células procarióticas foram a primeira forma de vida na Terra, caracterizada por ter processos biológicos vitais, incluindo a sinalização celular. Eles são mais simples e menores que as células eucarióticas e não possuem núcleo e outras organelas ligadas à membrana. O DNA de uma célula procariótica consiste em um único cromossomo circular que está em contato direto com o citoplasma. A região nuclear no citoplasma é chamada de nucleoide. A maioria dos procariontes é o menor de todos os organismos, variando de 0,5 a 2,0 μm de diâmetro.

Uma célula procariótica tem três regiões:

• Enclosar a célula é o envelope celular – geralmente constituído por uma membrana plasmática coberta por uma parede celular que, para algumas bactérias, pode ser mais coberto por uma terceira camada chamada cápsula. Embora a maioria dos prokaryotes tenha uma membrana celular e uma parede celular, existem exceções como O que se passa? (bacteria) e Termoplasma (archaea) que só possuem a camada da membrana celular. O envelope dá rigidez à célula e separa o interior da célula do seu ambiente, servindo como um filtro protetor. A parede celular consiste em peptidoglycan em bactérias e atua como uma barreira adicional contra as forças externas. Também impede que a célula se expanda e exploda (citólise) da pressão osmótica devido a um ambiente hipotônico. Algumas células eucarióticas (células de plantas e células fúngicas) também têm uma parede celular.
• Dentro da célula está a região citoplasmática que contém o genoma (DNA), ribossomas e vários tipos de inclusões. O material genético é livremente encontrado no citoplasma. Os procariotas podem transportar elementos de DNA extracrossomais chamados plasmídeos, que geralmente são circulares. Os plasmídeos bacterianos lineares foram identificados em várias espécies de bactérias espiroquetas, incluindo membros do gênero Borrelia notadamente Borrelia burgdorferi, o que causa doença de Lyme. Embora não formando um núcleo, o DNA é condensado em um nucleóide. Plasmídeos codificam genes adicionais, como genes de resistência antibiótica.
• No exterior, o projeto flagella e pili da superfície da célula. Estas são estruturas (não presentes em todos os procariontes) feitas de proteínas que facilitam o movimento e a comunicação entre as células.

Células eucarióticas

Estrutura de uma célula animal típica

Estrutura de uma célula típica da planta

Plantas, animais, fungos, bolores limosos, protozoários e algas são todos eucarióticos. Essas células são cerca de quinze vezes mais largas do que um procarioto típico e podem ter um volume até mil vezes maior. A principal característica distintiva dos eucariotos em comparação com os procariotos é a compartimentalização: a presença de organelas (compartimentos) ligadas à membrana nas quais ocorrem atividades específicas. O mais importante deles é o núcleo da célula, uma organela que abriga o DNA da célula. Esse núcleo dá ao eucarioto seu nome, que significa "verdadeiro núcleo (núcleo)". Algumas das outras diferenças são:

• A membrana plasmática assemelha-se à de prokaryotes em função, com pequenas diferenças na configuração. As paredes celulares podem ou não estar presentes.
• O DNA eucariótico é organizado em uma ou mais moléculas lineares, chamadas cromossomas, que estão associados a proteínas histone. Todo o DNA cromossômico é armazenado no núcleo celular, separado do citoplasma por uma membrana. Algumas organelas eucarióticas como mitocôndrias também contêm algum DNA.
• Muitas células eucarióticas são ciliadas com cílios primários. A cília primária desempenha papéis importantes na quimioensação, mechanosensação e termosensação. Cada cilium pode assim ser "visto como uma antena celular sensorial que coordena um grande número de vias de sinalização celular, às vezes acoplando a sinalização à motilidade ciliar ou alternativamente à divisão e diferenciação celular".
• Eukaryotes motile podem mover-se usando cílios motile ou flagella. As células férteis estão ausentes em coníferas e plantas de floração. A bandeira eucariótica é mais complexa do que a dos procariotas.

Formas de células

A forma da célula, também chamada de morfologia celular, foi formulada a partir do arranjo e movimento do citoesqueleto. Muitos avanços no estudo da morfologia celular vêm do estudo de bactérias simples, como Staphylococcus aureus, E. coli, e B. subtilis. Diferentes formas de células foram encontradas e descritas, mas como e por que as células formam formas diferentes ainda é amplamente desconhecida. Algumas formas de células que foram identificadas incluem bastonetes, cocos e espiroquetas. Os cocos têm uma forma circular, os bacilos têm uma forma alongada em forma de bastonete e os espiroquetas têm uma forma espiral. Muitas outras formas também foram determinadas.

Componentes subcelulares

Todas as células, sejam procarióticas ou eucarióticas, possuem uma membrana que envolve a célula, regula o que entra e sai (seletivamente permeável) e mantém o potencial elétrico da célula. Dentro da membrana, o citoplasma ocupa a maior parte do volume da célula. Exceto os glóbulos vermelhos, que não possuem um núcleo celular e a maioria das organelas para acomodar o espaço máximo para a hemoglobina, todas as células possuem DNA, o material hereditário dos genes, e RNA, contendo as informações necessárias para construir várias proteínas, como enzimas, a célula's máquinas primárias. Existem também outros tipos de biomoléculas nas células. Este artigo lista esses componentes celulares primários e descreve brevemente sua função.

Membrana celular

Diagrama detalhado de bicamada lipídica da membrana celular

A membrana celular, ou membrana plasmática, é uma membrana biológica seletivamente permeável que envolve o citoplasma de uma célula. Nos animais, a membrana plasmática é o limite externo da célula, enquanto nas plantas e nos procariontes ela geralmente é coberta por uma parede celular. Essa membrana serve para separar e proteger uma célula do ambiente circundante e é feita principalmente de uma dupla camada de fosfolipídios, que são anfifílicos (parcialmente hidrofóbicos e parcialmente hidrofílicos). Portanto, a camada é chamada de bicamada fosfolipídica ou, às vezes, membrana de mosaico fluido. Embutida dentro dessa membrana está uma estrutura macromolecular chamada porossoma, o portal secretor universal nas células, e uma variedade de moléculas de proteína que atuam como canais e bombas que movem diferentes moléculas para dentro e para fora da célula. A membrana é semipermeável e seletivamente permeável, pois pode deixar uma substância (molécula ou íon) passar livremente, passar de forma limitada ou não passar. As membranas da superfície celular também contêm proteínas receptoras que permitem que as células detectem moléculas de sinalização externas, como hormônios.

Citoesqueleto

Uma imagem fluorescente de uma célula endotelial. Nuclei são manchados azul, mitocôndria são manchados vermelho, e microfilamentos são manchados verde.

O citoesqueleto age para organizar e manter a forma da célula; ancora as organelas no lugar; ajuda durante a endocitose, a absorção de materiais externos por uma célula, e a citocinese, a separação das células-filhas após a divisão celular; e move partes da célula em processos de crescimento e mobilidade. O citoesqueleto eucariótico é composto por microtúbulos, filamentos intermediários e microfilamentos. No citoesqueleto de um neurônio, os filamentos intermediários são conhecidos como neurofilamentos. Há um grande número de proteínas associadas a eles, cada uma controlando a estrutura de uma célula ao direcionar, agrupar e alinhar filamentos. O citoesqueleto procariótico é menos bem estudado, mas está envolvido na manutenção da forma celular, polaridade e citocinese. A proteína da subunidade dos microfilamentos é uma pequena proteína monomérica chamada actina. A subunidade dos microtúbulos é uma molécula dimérica chamada tubulina. Os filamentos intermediários são heteropolímeros cujas subunidades variam entre os tipos de células em diferentes tecidos. Algumas das subunidades de proteínas dos filamentos intermediários incluem vimentina, desmina, lamina (lâminas A, B e C), queratina (múltiplas queratinas ácidas e básicas) e proteínas de neurofilamento (NF–L, NF–M).

Material genético

Ácido desoxiribonucleico (DNA)

Existem dois tipos diferentes de material genético: ácido desoxirribonucléico (DNA) e ácido ribonucléico (RNA). As células usam o DNA para o armazenamento de informações de longo prazo. A informação biológica contida em um organismo é codificada em sua sequência de DNA. O RNA é usado para transporte de informações (por exemplo, mRNA) e funções enzimáticas (por exemplo, RNA ribossômico). Moléculas de RNA de transferência (tRNA) são usadas para adicionar aminoácidos durante a tradução de proteínas.

O material genético procariótico é organizado em um cromossomo bacteriano circular simples na região nucleoide do citoplasma. O material genético eucariótico é dividido em diferentes moléculas lineares chamadas cromossomos dentro de um núcleo discreto, geralmente com material genético adicional em algumas organelas como mitocôndrias e cloroplastos (ver teoria endossimbiótica).

Uma célula humana possui material genético contido no núcleo celular (o genoma nuclear) e na mitocôndria (o genoma mitocondrial). Nos humanos, o genoma nuclear é dividido em 46 moléculas lineares de DNA chamadas cromossomos, incluindo 22 pares de cromossomos homólogos e um par de cromossomos sexuais. O genoma mitocondrial é uma molécula de DNA circular distinta do DNA nuclear. Embora o DNA mitocondrial seja muito pequeno em comparação com os cromossomos nucleares, ele codifica 13 proteínas envolvidas na produção de energia mitocondrial e tRNAs específicos.

Material genético estranho (mais comumente DNA) também pode ser introduzido artificialmente na célula por um processo chamado transfecção. Isso pode ser transitório, se o DNA não estiver inserido no genoma da célula, ou estável, se estiver. Certos vírus também inserem seu material genético no genoma.

Organelas

Organelas são partes da célula adaptadas e/ou especializadas para a realização de uma ou mais funções vitais, análogas aos órgãos do corpo humano (como coração, pulmão e rim, cada órgão desempenhando uma função diferente função). Tanto as células eucarióticas quanto as procarióticas possuem organelas, mas as procarióticas são geralmente mais simples e não estão ligadas à membrana.

Existem vários tipos de organelas em uma célula. Alguns (como o núcleo e o aparelho de Golgi) são tipicamente solitários, enquanto outros (como mitocôndrias, cloroplastos, peroxissomos e lisossomos) podem ser numerosos (de centenas a milhares). O citosol é o fluido gelatinoso que preenche a célula e envolve as organelas.

Eucariótica

Células de cancro humano, especificamente células HeLa, com ADN azul manchado. A célula central e mais direita está em interfase, então seu DNA é difuso e todos os núcleos são rotulados. A célula à esquerda está passando por mitose e seus cromossomas têm condensado.

• Núcleo celular: O centro de informações de uma célula, o núcleo celular é a organela mais visível encontrada em uma célula eucariótica. Ele abriga os cromossomas da célula, e é o lugar onde quase toda a replicação de DNA e síntese de RNA (transcription) ocorrem. O núcleo é esférico e separado do citoplasma por uma membrana dupla chamada envelope nuclear, o espaço entre estas duas membranas é chamado espaço perinuclear. O envelope nuclear isola e protege o DNA de uma célula de várias moléculas que podem danificar acidentalmente sua estrutura ou interferir com seu processamento. Durante o processamento, o DNA é transcrito ou copiado em um RNA especial, chamado RNA mensageiro (mRNA). Este mRNA é então transportado fora do núcleo, onde é traduzido em uma molécula de proteína específica. O núcleo é uma região especializada dentro do núcleo onde subunidades de ribossoma são montadas. Em prokaryotes, o processamento de DNA ocorre no citoplasma.
• Mitocondria e cloroplastos: gerar energia para a célula. Mitochondria são organelas auto-replicantes de membrana dupla que ocorrem em vários números, formas e tamanhos no citoplasma de todas as células eucarióticas. A respiração ocorre nas mitocôndrias celulares, que geram a energia da célula por fosforilação oxidativa, usando oxigênio para liberar energia armazenada em nutrientes celulares (tipicamente pertencentes à glicose) para gerar ATP (respiração aeróbica). Mitochondria se multiplica por fissão binária, como prokaryotes. Os cloroplastos só podem ser encontrados em plantas e algas, e capturam a energia do sol para fazer carboidratos através da fotossíntese.

Diagrama do sistema de endomembrana

• Retículo endoplasmático: O retículo endoplasmático (ER) é uma rede de transporte para moléculas direcionadas para certas modificações e destinos específicos, em comparação com moléculas que flutuam livremente no citoplasma. O ER tem duas formas: o ER áspero, que tem ribossomas em sua superfície que secretam as proteínas no ER, e o ER suave, que carece de ribossomas. O ER suave desempenha um papel na sequestro e liberação de cálcio e também ajuda na síntese de lipídios.
• Aparelhos Golgi: A função principal do aparelho Golgi é processar e embalar as macromoléculas como proteínas e lipídios que são sintetizados pela célula.
• Lysosomes e peroxisomes: Os Lysosomes contêm enzimas digestivas (hidrolases ácidas). Eles digerem o excesso ou as organelas desgastadas, as partículas de alimentos e os vírus engulfed ou as bactérias. Peroxissomas têm enzimas que livram a célula de peróxidos tóxicos, os Lysosomes são otimamente ativos no pH ácido. A célula não poderia abrigar essas enzimas destrutivas se não estivessem contidas em um sistema de membrana.
• Centro: o organizador do cytoskeleton: O centrosso produz os microtúbulos de uma célula – um componente chave do cytoskeleton. Dirige o transporte através do ER e do aparelho Golgi. Centrosomes são compostos de dois centrioles que mentem perpendiculares uns aos outros em que cada um tem uma organização como um carrinho de rodas, que se separam durante a divisão celular e ajudam na formação do eixo mitotic. Um único centrosso está presente nas células animais. Eles também são encontrados em alguns fungos e algas.
• Vacuoles: Vacuoles sequester resíduos produtos e em células vegetais armazenam água. Eles são frequentemente descritos como espaços líquidos e são cercados por uma membrana. Algumas células, mais notavelmente Amo-te, tem vacuoles contrateis, que podem bombear água fora da célula se houver muita água. Os vacuoles de células vegetais e células fúngicas são geralmente maiores do que as de células animais. Vacuoles de células vegetais são cercados por tonoplastias que ajudam no transporte de íons e outras substâncias contra gradientes de concentração.

Eucarióticas e procarióticas

• Ribossomas: O ribossoma é um grande complexo de RNA e moléculas de proteína. Cada um consiste em duas subunidades, e atua como uma linha de montagem onde o RNA do núcleo é usado para sintetizar proteínas de aminoácidos. Ribossomas podem ser encontrados flutuando livremente ou ligados a uma membrana (o retículo endoplasmático áspero em eucariotes, ou a membrana celular em procariotas).

• Plastóides: Plastid são organelle de membrana geralmente encontrado em células vegetais e euglenoids e contêm específicos pigmentos, afetando assim a cor da planta e do organismo. E esses pigmentos também ajuda no armazenamento de alimentos e na gravação de energia leve. Existem três tipos de plastídeos baseados nos pigmentos específicos. Cloroplastos (contém clorofila e alguns pigmentos carotenóides que ajudam na gravação de energia leve durante a fotossíntese), cromoplastias (contém pigmentos carotenóides lipossolúvel como caroteno laranja e xantófilas amarelas que ajudam na síntese e armazenamento), Leucoplastos (são plastídeos não fermentados e ajuda no armazenamento de nutrientes).

Estruturas fora da membrana celular

Muitas células também possuem estruturas que existem total ou parcialmente fora da membrana celular. Essas estruturas são notáveis porque não são protegidas do ambiente externo pela membrana celular semipermeável. Para montar essas estruturas, seus componentes devem ser transportados através da membrana celular por processos de exportação.

Parede celular

Muitos tipos de células procarióticas e eucarióticas têm uma parede celular. A parede celular atua para proteger a célula mecânica e quimicamente de seu ambiente e é uma camada adicional de proteção à membrana celular. Diferentes tipos de células têm paredes celulares feitas de diferentes materiais; As paredes celulares das plantas são compostas principalmente de celulose, as paredes celulares dos fungos são compostas de quitina e as paredes celulares das bactérias são compostas de peptidoglicano.

Procariótico

Cápsula

Uma cápsula gelatinosa está presente em algumas bactérias fora da membrana celular e da parede celular. A cápsula pode ser polissacarídeo como em pneumococos, meningococos ou polipeptídeo como Bacillus anthracis ou ácido hialurônico como em estreptococos. As cápsulas não são marcadas por protocolos normais de coloração e podem ser detectadas por tinta nanquim ou azul de metila; o que permite maior contraste entre as células para observação.

Flagelo

Flagelos são organelas para mobilidade celular. O flagelo bacteriano se estende do citoplasma através da(s) membrana(s) celular(is) e extrude através da parede celular. Eles são apêndices longos e grossos semelhantes a fios, de natureza proteica. Um tipo diferente de flagelo é encontrado em archaea e um tipo diferente é encontrado em eucariotos.

Fímbrias

Uma fímbria (plural fimbriae também conhecida como pilus, plural pili) é um filamento curto e fino semelhante a um cabelo encontrado na superfície das bactérias. As fímbrias são formadas por uma proteína chamada pilina (antigênica) e são responsáveis pela ligação das bactérias a receptores específicos nas células humanas (adesão celular). Existem tipos especiais de pili envolvidos na conjugação bacteriana.

Processos celulares

Os procariotas dividem-se por fissão binária, enquanto eucariotes dividem-se por mitose ou meiose.

Replicação

A divisão celular envolve uma única célula (chamada de célula-mãe) se dividindo em duas células-filhas. Isso leva ao crescimento em organismos multicelulares (o crescimento do tecido) e à procriação (reprodução vegetativa) em organismos unicelulares. As células procarióticas se dividem por fissão binária, enquanto as células eucarióticas geralmente passam por um processo de divisão nuclear, chamado mitose, seguido pela divisão da célula, chamada citocinese. Uma célula diplóide também pode sofrer meiose para produzir células haplóides, geralmente quatro. As células haplóides servem como gametas em organismos multicelulares, fundindo-se para formar novas células diplóides.

A replicação do DNA, ou o processo de duplicação do genoma de uma célula, sempre acontece quando uma célula se divide por meio de mitose ou fissão binária. Isso ocorre durante a fase S do ciclo celular.

Na meiose, o DNA é replicado apenas uma vez, enquanto a célula se divide duas vezes. A replicação do DNA só ocorre antes da meiose I. A replicação do DNA não ocorre quando as células se dividem pela segunda vez, na meiose II. A replicação, como todas as atividades celulares, requer proteínas especializadas para realizar o trabalho.

Um esboço do catabolismo de proteínas, carboidratos e gorduras

Reparo do DNA

Em geral, as células de todos os organismos contêm sistemas enzimáticos que examinam seu DNA em busca de danos no DNA e realizam processos de reparo quando o dano é detectado. Diversos processos de reparo evoluíram em organismos que vão desde bactérias até seres humanos. A ampla prevalência desses processos de reparo indica a importância de manter o DNA celular em um estado não danificado, a fim de evitar a morte celular ou erros de replicação devido a danos que podem levar à mutação. A bactéria E. coli é um exemplo bem estudado de um organismo celular com diversos processos de reparo de DNA bem definidos. Estes incluem: (1) reparo por excisão de nucleotídeos, (2) reparo de incompatibilidade de DNA, (3) junção final não homóloga de quebras de fita dupla, (4) reparo recombinatório e (5) reparo dependente de luz (fotorreativação).

Crescimento e metabolismo

Uma visão geral da síntese de proteínas.
Dentro do núcleo da célula (luz azul), genes (DNA, azul escuro) são transcritas em RNA. Este RNA é então sujeito a modificação e controle pós-transcriptional, resultando em um mRNA maduro (vermelho) que é então transportado para fora do núcleo e para o citoplasma (pêssego), onde passa a tradução em uma proteína. mRNA é traduzido por ribossomas (roxo) que correspondem aos codões de três bases do mRNA aos anti-codons de três bases do tRNA apropriado. Proteínas recentemente sintetizadas (preto) são muitas vezes mais modificados, como por ligação a uma molécula de efeitor (laranja laranja), para se tornar totalmente ativo.

Entre sucessivas divisões celulares, as células crescem através do funcionamento do metabolismo celular. O metabolismo celular é o processo pelo qual as células individuais processam moléculas de nutrientes. O metabolismo tem duas divisões distintas: catabolismo, no qual a célula quebra moléculas complexas para produzir energia e poder redutor, e anabolismo, no qual a célula usa energia e poder redutor para construir moléculas complexas e realizar outras funções biológicas. Os açúcares complexos consumidos pelo organismo podem ser decompostos em moléculas de açúcar mais simples chamadas monossacarídeos, como a glicose. Uma vez dentro da célula, a glicose é quebrada para produzir trifosfato de adenosina (ATP), uma molécula que possui energia prontamente disponível, por meio de duas vias diferentes.

Síntese de proteínas

As células são capazes de sintetizar novas proteínas, essenciais para a modulação e manutenção das atividades celulares. Este processo envolve a formação de novas moléculas de proteína a partir de blocos de construção de aminoácidos com base na informação codificada no DNA/RNA. A síntese de proteínas geralmente consiste em duas etapas principais: transcrição e tradução.

A transcrição é o processo em que a informação genética no DNA é usada para produzir uma fita de RNA complementar. Esta fita de RNA é então processada para dar o RNA mensageiro (mRNA), que é livre para migrar através da célula. Moléculas de mRNA se ligam a complexos proteína-RNA chamados ribossomos localizados no citosol, onde são traduzidos em sequências polipeptídicas. O ribossomo medeia a formação de uma sequência polipeptídica com base na sequência do mRNA. A sequência de mRNA relaciona-se diretamente com a sequência polipeptídica ligando-se a moléculas adaptadoras de RNA de transferência (tRNA) em bolsos de ligação dentro do ribossomo. O novo polipeptídeo então se dobra em uma molécula de proteína tridimensional funcional.

Motilidade

Os organismos unicelulares podem se mover para encontrar comida ou escapar de predadores. Mecanismos comuns de movimento incluem flagelos e cílios.

Em organismos multicelulares, as células podem se mover durante processos como a cicatrização de feridas, a resposta imune e a metástase do câncer. Por exemplo, na cicatrização de feridas em animais, os glóbulos brancos movem-se para o local da ferida para matar os microorganismos que causam a infecção. A motilidade celular envolve muitos receptores, reticulação, agregação, ligação, adesão, motor e outras proteínas. O processo é dividido em três etapas - protrusão da borda de ataque da célula, adesão da borda de ataque e desadesão no corpo celular e na parte traseira e contração do citoesqueleto para puxar a célula para frente. Cada etapa é impulsionada por forças físicas geradas por segmentos únicos do citoesqueleto.

Navegação, controle e comunicação

Em agosto de 2020, os cientistas descreveram que células unidirecionais - em particular células de um mofo limoso e células derivadas de câncer pancreático de camundongos - são capazes de navegar com eficiência através de um corpo e identificar as melhores rotas através de labirintos complexos: gerando gradientes após quebrar quimioatrativos difusos que lhes permitem detectar as próximas junções do labirinto antes de alcançá-los, inclusive nas curvas.

Multicelularidade

Especialização/diferenciação celular

Mancha de um Caenorhabditis elegans destaca os núcleos de suas células.

Os organismos multicelulares são organismos que consistem em mais de uma célula, em contraste com os organismos unicelulares.

Em organismos multicelulares complexos, as células se especializam em diferentes tipos de células que são adaptadas a funções específicas. Nos mamíferos, os principais tipos de células incluem células da pele, células musculares, neurônios, células sanguíneas, fibroblastos, células-tronco e outras. Os tipos de células diferem tanto na aparência quanto na função, mas são geneticamente idênticos. As células podem ser do mesmo genótipo, mas de tipo celular diferente devido à expressão diferencial dos genes que contêm.

A maioria dos tipos celulares distintos surge de uma única célula totipotente, chamada zigoto, que se diferencia em centenas de tipos diferentes de células durante o curso do desenvolvimento. A diferenciação das células é impulsionada por diferentes estímulos ambientais (como a interação célula-célula) e diferenças intrínsecas (como as causadas pela distribuição desigual de moléculas durante a divisão).

Origem da multicelularidade

A multicelularidade evoluiu independentemente pelo menos 25 vezes, inclusive em alguns procariotos, como cianobactérias, mixobactérias, actinomicetos, Magnetoglobus multicellularis ou Methanosarcina. No entanto, organismos multicelulares complexos evoluíram apenas em seis grupos eucarióticos: animais, fungos, algas marrons, algas vermelhas, algas verdes e plantas. Ele evoluiu repetidamente para plantas (Chloroplastida), uma ou duas vezes para animais, uma vez para algas marrons e talvez várias vezes para fungos, fungos limosos e algas vermelhas. A multicelularidade pode ter evoluído de colônias de organismos interdependentes, de celularização ou de organismos em relações simbióticas.

A primeira evidência de multicelularidade é de organismos semelhantes a cianobactérias que viveram entre 3 e 3,5 bilhões de anos atrás. Outros fósseis primitivos de organismos multicelulares incluem o contestado Grypania spiralis e os fósseis dos folhelhos negros da Formação Paleoproterozóica Francevillian Group Fossil B no Gabão.

A evolução da multicelularidade de ancestrais unicelulares foi replicada em laboratório, em experimentos de evolução usando a predação como pressão seletiva.

Origens

A origem das células tem a ver com a origem da vida, que deu início à história da vida na Terra.

Origem da primeira célula

Stromatolites são deixados para trás por cyanobacteria, também chamado algas azul-verde. São os fósseis mais antigos conhecidos da vida na Terra. Este fóssil de um milhão de anos é do Parque Nacional Glacier nos Estados Unidos.

Existem várias teorias sobre a origem de pequenas moléculas que levaram à vida na Terra primitiva. Eles podem ter sido transportados para a Terra em meteoritos (ver meteorito Murchison), criados em aberturas do fundo do mar ou sintetizados por raios em uma atmosfera redutora (ver experimento de Miller-Urey). Há poucos dados experimentais definindo quais foram as primeiras formas auto-replicantes. Acredita-se que o RNA seja a molécula auto-replicante mais antiga, pois é capaz de armazenar informações genéticas e catalisar reações químicas (ver hipótese do mundo do RNA), mas alguma outra entidade com potencial de auto-replicação poderia ter precedido o RNA, como argila ou ácido nucleico peptídico.

As células surgiram há pelo menos 3,5 bilhões de anos. A crença atual é que essas células eram heterotróficas. As primeiras membranas celulares eram provavelmente mais simples e permeáveis do que as modernas, com apenas uma única cadeia de ácido graxo por lipídio. Sabe-se que os lipídios formam vesículas de duas camadas espontaneamente na água e podem ter precedido o RNA, mas as primeiras membranas celulares também podem ter sido produzidas por RNA catalítico ou mesmo exigir proteínas estruturais antes de se formarem.

Origem das células eucarióticas

A célula eucariótica parece ter evoluído de uma comunidade simbiótica de células procarióticas. Organelas portadoras de DNA, como as mitocôndrias e os cloroplastos, são descendentes de antigas Alphaproteobacteria e "Cyanobacteria"

Ainda há um debate considerável sobre se organelas como o hidrogenossomo antecederam a origem das mitocôndrias, ou vice-versa: veja a hipótese do hidrogênio para a origem das células eucarióticas.

História da pesquisa

Desenho de células em cortiça de Robert Hooke, 1665

• 1632–1723: Antonie van Leeuwenhoek ensinou-se a fazer lentes, construiu microscópios ópticos básicos e desenhou protozoários, como Vorticella. de água da chuva, e bactérias de sua própria boca.
• 1665: Robert Hooke descobriu células em cortiça, em seguida, em tecido vegetal vivo usando um microscópio composto precoce. Ele cunhou o termo célula (de latim) célula, que significa "pequeno quarto") em seu livro Micrografia (1665).
• 1839: Theodor Schwann e Matthias Jakob Schleiden elucidaram o princípio de que plantas e animais são feitos de células, concluindo que as células são uma unidade comum de estrutura e desenvolvimento, e assim fundando a teoria celular.
• 1855: Rudolf Virchow afirmou que novas células vêm de células pré-existentes por divisão celular (Célula vulcânica).
• 1859: A crença de que as formas de vida podem ocorrer espontaneamente (espontâneo) foi contraposta por Louis Pasteur (1822-1895) (embora Francesco Redi tivesse realizado uma experiência em 1668 que sugeriu a mesma conclusão).
• 1931: Ernst Ruska construiu o primeiro microscópio eletrônico de transmissão (TEM) na Universidade de Berlim. Em 1935, ele havia construído um EM com o dobro da resolução de um microscópio leve, revelando organelas previamente não resolvidas.
• 1953: Com base no trabalho de Rosalind Franklin, Watson e Crick fizeram seu primeiro anúncio sobre a estrutura dupla de hélices de DNA.
• 1981: Lynn Margulis publicado Simbiose na evolução celular detalhando a teoria endossimbiótica.