Bases da Biologia Celular e Molecular

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BASES DA 
GUANABARA~KOOGAN 
1 
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Revisão Técnica 
Jorge Mamede de Almeida 
Professor (Aposentado) de Histologia e Embriologia do 
Instituto Biomédico da Universidade Federal Fluminense - UFF. 
Ex-Diretor do Instituto Biomédico da Universidade Federal Fluminense - UFF. 
Comenda de Honra ao Mérito do Instituto Biomédico da Universidade Federal Fluminense - UFF. 
Comenda do Mérito Laet César. Member of the New York Academy of Sciences. 
Professor de Neuro-Histologia do Curso de Pós-Graduação em 
Neurofisiologia do Instituto de Medicina e Reabilitação - IBMR. 
Ex-Professor de Embriologia da Faculdade de Castelo - FaCastelo. 
Ex-Professor de Histologia e Embriologia da Faculdade da Universidade do Grande Rio - UNIGRANRIO. 
Ex-Professor de Histologia e Embriologia da Faculdade de Medicina da Universidade de Nova Iguaçu - UNIG. 
Ex-Professor de Histologia e Embriologia da Universidade Estácio de Sá 
Tradução 
Antonio Francisco Dieb Paulo 
Médico 
Eduardo M. F. De Robertis 
É doutor em Medicina e graduou-se com Medalha de Ouro na Faculdade 
de Medicina da República Oriental del Uruguay. Além disso, é doutor em 
Bioquímica da Faculdade de Ciências Exatas da Universidade de Buenos 
Aires. Depois de completar seu doutorado na Fundación Campomar, 
transferiu-se para Cambridge, Inglaterra, a fim de continuar seu treinamento 
com Sir Gurdon em embriologia de anfíbios. Desde 1985, é professor titular 
de Bioquímica da Faculdade de Medicina da Universidade da Califórnia, Los Angeles, onde ocupa 
a Norman Sprague Endowed Chair for Molecular Oncology. Em 1994, foi nomeado Investigador 
do Howard Hughes Medical Institute. Foi eleito membro da European Molecular Biology (EMBO), 
da Organización Iberoamericana de Biología Molecular (IMBO) e é membro correspondente da 
Société de Biologie de Paris. Recebeu distinções da Fundación Konex, do College de France 
de Paris e de outras entidades. É membro de Conselhos Assessores de numerosas organizações 
internacionais. Recentemente, foi eleito membro da American Academy of Arts and Sciences. 
José Hib 
Graduou-se na Faculdade de Medicina da Universidade de Buenos Aires. É 
doutor em Medicina dessa universidade e doutor em Biologia da Universidade 
de Salvador. Desde cedo, dedicou-se à docência e se transferiu - como 
bolsista da Organização Mundial da Saúde - ao Centro Latino-Americano de 
Perinatologia de Montevidéu, dirigido pelo professor Roberto Caldeyro-Barcia. 
Nessa instituição, realizou seus primeiros trabalhos de pesquisa, vinculados 
à contratilidade dos órgãos do sistema reprodutor masculino e sua regulação farmacológica e 
hormonal. Depois, radicou-se em Buenos Aires, onde, como membro do CONICET, continuou 
suas investigações, que foram publicadas em mais de 30 revistas estrangeiras, ou proferidas em 
congressos nacionais e internacionais da especialidade. Em 1986, foi nomeado professor adjunto 
do Departamento de Biologia Celular, Histologia, Embriologia e Genética da Faculdade de Medicina 
da Universidade de Buenos Aires e, desde 1996, é professor titular dessa disciplina na Universidad 
Abierta Interamericana. Foi membro do Comité Científico del Primer Cortgreso Panamericano de 
Andrología e foi premiado pelo Ministerio de Educación de la Nación por seu trabalho Contractilidad 
del epidídimo. É autor dos livros Embriología Médica e Histología de Di Piore -Texto y Atlas-; 
esse último, da mesma forma que Bases, foi traduzido para o português. 
Prólogo 
Em primeiro lugar, desejamos expressar nosso reconhecimento pelas numerosas mensagens 
recebidas de colegas felizes pelo aparecimento da terceira edição deste Bases, celebrando a pos­
sibilidade de que este texto clássico de biologia celular possa continuar sendo consultado pelos 
estudantes. É que, em uma época como a atual , em que importantes descobrimentos sobre a célula 
são publicados quase cotidianamente, os livros que descrevem as estruturas e as funções celulares 
persistem na consideração dos docentes somente se forem atualizados com certa periodicidade. 
Entretanto, antes de somarem informações novas, devem esses dados novos ser selecionados cri­
teriosamente, a fim de que a novidade não prevaleça sobre o essencial e invada o lugar dos conhe­
cimentos .básicos que os estudantes têm que aprender no começo de suas carreiras, já que, com 
freqüência, abordam o estudo da célula com poucas noções sobre seu funcionamento. Além disso, 
ao longo do livro, temos tratado de orientar o interesse dos estudantes para que compreendam que 
o conhecimento das estruturas e funções celulares normais são os fundamentos da maioria dos. 
temas que deverão aprender quando cursarem outras disciplinas. 
Todos os capítulos desta quarta edição foram revisados e atualizados, em especial as seções 
correspondentes à migração celular, os revestimentos das vesículas transportadoras do sistema de 
endomembranas, a incorporação de proteínas à mitocôndria, a transmissão intracelular de sinais, a 
passagem de moléculas através do complexo do poro, a importância do RNAxist, as propriedades 
dos miRNA (microRNA), a influência do enrolamento da cromatina sobre a atividade do? genes 
(código histônico) , o ribossoma, a síntese da cadeia atrasada do DNA, os telômeros, o complexo 
sinaptonêmico, a morte celular, a análise da função dos genes com a ajuda de RNA pequenos de 
interferência etc. 
Do mesmo modo que na edição anterior, procuramos apresentar os temas razoavelmente resu­
midos, apesar de, como dissemos, as publicações derivadas da investigação científica serem cada 
dia mais numerosas. No entanto, cuidamos de não fazê-lo à custa da clareza didática, propósito 
que se viu enonnemente favorecido pelas ilustrações coloridas com as quais conta esta edição. 
Com relação a isso, o leitor observará que, a cada componente da célula, foi atribuída uma cor, 
que se manteve em todas as figuras onde o componente aparece. Além disso, as seções em que se 
dividem os capítulos foram encabeçadas por códigos simples que se repetem cada vez que se faz 
referência a questões vinculadas a seus conteúdos, o que facilitará a busca dos temas e agilizará 
as intenções de integrá-los. 
Como é natural, o preparo de uma nova edição é uma tarefa complexa que depende do esforço 
de muitas pessoas. Entre os colaboradores mais dedicados, destacamos o desenhista gráfico Ale­
jandro F. Demartini, que teve a seu encargo a elaboração das ilustrações, das figuras novas e da 
diagramação das páginas. Desejamos ressaltar o incalculável apoio que nos forneceu, não somente 
por sua experiência editorial, mas também pelo empenho com que enfrentou os problemas advin­
dos, pois não se deu por satisfeito até que a estética e a informação das figuras chegassem ao nível 
que desejávamos. 
Merece uma menção especial o Sr. Arnaldo Saita, de quem dependeu a correção do texto ori­
ginal a fim de alcançar - e não duvidamos que o conseguiu - a maior precisão idiomática pos­
sível. Cabe também mencionar a Srta. Marina von der Pahlen e os Srs. Américo Ruocco, Miguel 
A. Romero e Roque Quinteros, pela colaboração dada às diferenciadas etapas da preparação do 
X • PRÓLOGO 
livro. Finalmente, deixamos registrados nossos agradecimentos à Diretora do Editorial da El Ate­
neo, Srª Luz Henríquez, pela anuência para a publicação desta nova edição de Bases, e ao Editor 
do Departamento de Medicina, Sr. Enrique Lohnnann, pelo generoso e incondicional apoio desde 
a gestão deste projeto. 
ÜS AUTORES 
0 CÉLÚLA 
Introdução, 1 
, Níveis de organização, 1 / 
Características gerais das células, 3 J 
Conteúdo 
c"' 2. OS COMPONENTES QUÍMICOS DA CÉLULA (o~ 
Introdução, 17 
Água e minerais, 18 
Ácidos nucléicos, 18 
Carboidratos, 22 
Lipídios, 24 
Proteínas, 29 
Enzimas, 33 
~origem das células, 36 
. AS MEMBRANAS CELULARES. Permeabilidade das membranas 
Atividades das membranas, 39 v 
v 1 Estrutura das membranas celulares, 39 
\ 
Fluidez das membranas, 43 '-.../ 
Permeabilidade das membranas celulares, 46 '-.../' 
da biologia molecular foi o achado e a inter­
pretação deste código genético (Cap. 13-4). 
Um passo prévio a esse descobrimento - que teve uma grande influência na elucidação 
da estrutura do DNA - foi saber que, em cada molécu la de D A, a quantidade de adenina 
é igual à de timina (A = T) e a de citosina igual à de guanina (C = G). Conseqüentemente, o 
número de purinas é idêntico ao de pirimidinas (A + G = C + T). Como é lógico, a relação 
AT/GC varia entre as espécies (p. ex ., no homem, a relação é de 1,52 e na Escherichia coli é 
de 0,93) . 
2-4. O DNA é uma dupla hélice 
Em 1953, com base nos dados obtidos por Wilkins e Franklin, mediante difração de raios X, 
Watson e Crick propuseram um modelo para a estrutura do DNA que contemplava as proprieda­
des químicas já citadas e, ainda, as propriedades biológicas, em especi al a capacidade de duplica­
ção da molécula. 
A molécula de DNA é ilustrada na Fig. 2.4. Ela é formada por duas cadeias de ácidos nucléi­
cos helicoidais com uma rotação para a direita, que compõem uma dupla hélice em tomo de um 
mesmo eixo central. As duas cadeias são antiparalelas, o que significa que suas ligações 3',5 ' ­
fosfodiéster seguem sentidos opostos. As bases estão situadas no lado interno da dupla hélice, quase 
em um reto perpendicular com relação ao eixo helicoidal. Cada volta completa da dupla hélice 
compreende 10,5 pares de nucleotídeos e mede 3,4 nm. 
Ambas as cadeias estão unidas entre si por pontes de hidrogênio estabelecidas entre os pares 
de bases (seção 2-10). Tendo em vista que entre as pen toses das cadeias opostas existe uma dis­
tância fi xa, apenas certos pares de bases podem se estabelecer dentro da estrutura. Como se nota 
nas Figs. 2.4 e 2.5, os únicos pares possíveis são A-T, T -A, C-G e G-C. É importante observar 
que ente~ as A e as T formam-se duas pontes de hidrogênio , e entre as C e G, três. Conseqüente­
mente, o par C-G é mais estável que o par A-T. A dupla estrutura helicoidal mantém-se estabili­
.zada gray-as às pontes de hidrogênio e às interações hidrófobas existentes entre as bases de cada 
cadeia. 
Apesar de, nas diferentes moléculas de DNA, as seqüências das bases ao longo das cadeias 
variarem consideravelmente, em uma mesma molécula de DNA, as seqüências das duas cadeias 
são complementares, como se percebe no exemplo seguinte: 
Cadeia 1 
Cadeia 2 
5 ' T 
1 
3' A 
G 
1 
e 
T 
1 
A 
G 
1 
c 
A 
1 
T 
c 
1 
G 
G 
1 
c 
T 
1 
A 
3 ' 
5' 
Devido a esta propriedade, quando as cadeias se separam durante a duplicação do DNA, cada 
uma delas serve de molde para a síntese de uma nova cadeia complementar. Deste modo são ge­
radas duas moléculas-filhas de DNA com a mesma constituição molecular que possuía a progeni­
tora (Cap. 17-2). 
2-5. Existem vários tipos de RNA 
A estrutura do RNA é semelhante à do DNA, exceto pela presença de ribose no lugar de deso­
xirribose e de uracila no lugar de timina (Quadro 2. 1). Ademais, a molécula de RNA é formada 
por uma única cadeia de nucleotídeos. 
Existem três tipos principais de RNA: 1) RNA mensageiro (RNAm); 2) RNA ribossômico 
(RNAr); 3) RNA de transferência (RNAt). Os três intervêm na síntese protéica. O RNAm leva 
a informação genética - copiada do DNA - que estabelece a seqüência dos aminoácidos na 
proteína. O RNAr representa 50% da massa do ribossoma (os outros 50% são proteínas) , que é a 
estrutura que proporciona o apoio molecular para as reações químicas que originam a síntese pro­
téica. Os RNAt identificam e transportam os aminoácidos até o ribossoma. 
5' 3' 
5' 3' 
Fig. 2.4 A dupla hélice de DNA. 
As cadeias desoxirribose-fosfato 
foram desenhadas como fitas. 
As bases são perpendiculares ao 
eixo do DNA e , nesta visão 
lateral, as bases aparecem 
representadas por barras 
horizontais. Observa-se que as 
duas cadeias são antiparalelas e 
que a dupla hélice dá uma volta 
completa a cada 10 pares de 
bases (3 ,4 nrn). Além disso, 
observa-se que a dupla hélice 
dá lugar a duas fendÇts externas, 
o sulco maior e o sulco menor 
do DNA. 
22 • OS COMPONENTES QUÍMICOS DA CÉLULA 
Fig. 2.5 Os dois pares de bases 
do DNA. As bases 
complementares são adenina e 
timina (A-T) e citosina e guanina 
(C-G). Observa-se que, no par 
A-T, há duas pontes de 
hidrogênio, enquanto no par C-G 
existem três . A distância entre as 
cadeias de desoxirribose-fosfato 
é de aproximadamente 1, 1 nm. 
(De L. Pauling e R. B. Corey.) 
3' 
Apesar de cada molécula de RNA ter uma única cadeia de nucleotídeos, isso não significa que 
ele seja sempre uma estrutura linear simples. Nas moléculas de RNA podem existir segmentos 
com bases complementares, o que dá lugar a pontes de hidrogênio, quer dizer, à formação de pa­
res de nucleotídeos A-U e C-G entre várias regiões da mesma molécula. As Figs. 14.20, 15.4, ~ .5, 
15.11e16.3 mostram como a molécula de RNA pode dobrar-se sobre si mesma, pareand~-se. 
Nelas pode ser formada uma estrutura helicoidal semelhante à do DNA. As estruturas tridimensi­
onais do RNA têm importantes conseqüências biológicas. 
CARBOIDRATOS 
2-6. Os carboidratos constituem a principal fonte de energia da célula 
Os carboidratos (ou hidratos de carbono), compostos por carbono, hidrogênio e oxigênio, 
representam a principal fonte de energia para célula e são constituintes estruturais importantes 
das membranas celulares e da matriz extracelular. De acordo com o número de monômeros 
que contêm, classificam-se em monossacarídeos, dissacarídeos, oligossacarídeos e polissaca­
rídeos. 
Monossacarídeos. Os monossacarídeos são açúcares simples com uma fórmula geral Cn(H20)n. 
São classificados, com base no número de átomos de carbono que contêm, em triases, tetroses, 
pentases e hexases . 
Como vimos, as pentases ribose e desoxirribose estão presentes nos nucleotídeos (Fig. 2.2). A 
xilose é uma pentase presente em algumas glicoproteínas (Fig. 2.11). A glicose, que é uma hexa­
se (Fig. 2.6), constitui a fonte primária de energia para a célula. Outras hexases muito importantes 
- que podem estar associadas entre si, sob a forma de oligossacarídeos ou polissacarídeos - são 
a galactose , a manose, afrutose, afucose, o ácido glicurônico e o ácido idurônico. Algumas 
possuem um grupo amina e se encontram acetiladas como a N -acetilglicosamina e a N­
acetilgalactosamina. O ácido N-acetilneuramínico (ou ácido siálico) resulta da ligação de uma 
amino-hexose com um composto de três carbonos, o ácido pirúvico. 
Dissacarídeos. Os dissacarídeos são açúcares formados pela combinação de dois monôme­
ros de hexase, com a perda correspondente de uma molécula de água. Portanto, sua fórmula é 
C12H220 11. 
Um dissacarídeo importante nos mamíferos é a lactose (glicose + galactose), o açúcar do 
leite. 
OS COMPONENTES QUÍMICOS DA CÉLULA • 23 
Oligossacarídeos. No organismo, os oligossacarídeos não estão livres , mas sim unidos a lipí­
dios e a proteínas, de modo que fazem parte de glicolipídios e de glicoproteínas. Estes carboidra­
tos são cadeias - às vezes ramificadas - compostas por distintas combinações de vários tipos de 
monossacarídeos. 
Os oligossacarídeos correspondentes aos glicolipídios serão analisados, juntamente com os 
lipídios , na próxima seção. 
Os oligossacarídeos das glicoproteínas conectam-se com a cadeia protéica por intermédio do 
grupo OH (ligação 0-glicosídica ou ligação O) de uma serina ou de uma treonina ou por meio do 
grupo amida (ligação N-glicosídica ou ligação N) de uma asparagina. A serina, a treonina e a 
asparagina são aminoácidos (Seção 2-8). 
No que diz respeito ao oligossacarídeo, nas ligações 0-glicosídicas pode· intervir uma N­
galactosamina e, nos N-glicosídicos, uma N-acetilglicosamina (Figs. 2.7 e 2.8). Portanto, estes 
monossacarídeos são os mais próximos da proteína. Ao contrário, os ácidos siálicos às vezes se 
localizam na periferia do oligossacarídeo. 
Os oligossacarídeos ligados por ligações O (isto é, a uma serina ou a uma treonina) podem possuir 
uma galactose ligada à primeira N-acetilgalactosamina (Fig. 2.7) . Emseguida, os monossacaríde­
os restantes combinam-se de forma diferente, segundo o tipo de oligossacarídeo. 
Os oligossacarídeos ligados por meio de ligações N contêm um núcleo pentassacarídico co­
mum, composto por duas N-acetilglicosaminas (uma delas ligada à asparagina) e três manoses 
(Fig. 2.8). Os monossacarídeos restantes unem-se a este núcleo em combinações distintas, o que 
gera uma extensa variedade de oligossacarídeos e, por conseguinte, uma grande diversidade de 
glicoproteínas. 
Devemos assinalar que o número de cadeias oligossacarídeas que se ligam a uma mesma pro­
teína é muito variável. 
Polissacarídeos-. Os polissacarídeos resultam da combinação de muitos monômeros de hexa­
ses, co1l1 a perda correspondente de moléculas de água. Sua fórmula é (C6H 100 s) 11 • Ao se hidroli­
sar, dão lugar a monossacaiídeos. Os polissacarídeos como o amido e o glicogênio representam 
as substâncias de reserva alimentícia das células vegetais e animais, respectivamente (Fig. 2.9). 
Outro polissacarídeo, a celulose , é 0 elemento estrutural mais importante da parede da célula ve­
getal (Fig. 3.30). 
Esses três polissacarídeos são polímeros de glicose, porém diferem porque exibem distintos 
tipos de ligações entre seus monômeros. Por exemplo, o glicogênio é uma molécula ramificada na 
qual as glicoses estão ligadas por ligações al-4 e a l-6 (Fig. 2.9) . 
· Existem polissacarídeos complexos chamados glicosaminoglicanas (GAG), que são compos­
tos por uma.sucessão de uma mesma unidade dissacarídica na qual um dos dois monômeros é um 
ácido glicurônico, um ácido idurônico ou uma galactose e o outro possui um grupo amina, já que 
é uma N-acetilglicosamina ou uma N-acetilgalactosamina (Fig. 2.10) . 
As GAG mais importantes são o ácido hialurônico , * o sulfato de condroitina, o 
dermatansulfato, o heparansulfato e o queratansulfato. No Quadro 6.1 mencionamos as unida­
des dissacarídicas repetitivas que os integram; como se pode perceber, com exceção do ácido hia­
lurônico, todos os demais são sulfatados. 
Quase todas as GAG estão ligadas às proteínas com as quais formam glicoproteínas complexas 
chamadas proteoglicanas (Fig. 2.11). Estas moléculas prevalecem no meio extracelular (Cap. 6-
3). A GAG liga-se à proteína mediante um tetrassacarídeo composto por uma xilose, duas galac-
NANA Gal - GlcNAc ' 
Gal - GalNAc - o - S·T 
Gal - GalNAc / 
Proteína 
*N.R.T.: Atualmente chamado hialuronana. 
CH,OH 
1 
NH 
1 .. ·- o-vt-º"'-l o l 
~ CH CH 
HNCOCH, co 
GalNAC Serina . 
.. - o VCH,O~ r 7 H 
OH - O - CH - CH 
. 1 1 
HNCOCH, 90 
GalNAC Treonina 
Fig. 2.6 Molécula de glicose. 
Fig. 2.7 Oligossacarídeo ligado a 
uma proteína por meio de uma 
ligação 0-glicosídica. S · T, 
serina ou treonina; NANA, ácido 
N-acetilneuramínico; GalNAc, 
N-acetilgalactosamina; GlcNAc, 
N-acetilglucosamina; Gal, 
galactose. 
/ 
24 • OS COMPONENTES QUÍMICOS DA CÉLULA 
Fig. 2.8 Oligossacarídeo ligado a 
uma proteína por meio de uma 
ligação N-glicosídica. Man, 
manose; A, asparagina. 
Fig. 2.9 O glicogênio é uma 
molécula ramificada que contém 
até 30.000 unidades de glicose. 
As ligações glicosídicas são 
estabelecidas entre os carbonos 1 
e 4 das glicoses, exceto nos 
pontos de ramificação (1 e 6). A 
parte superior da figura mostra a 
molécula com pequeno aumento. 
Na parte inferior, se acha 
representada a composição 
química dil segmento molecular 
ressaltado. 
Fig. 2.10 Representação de um 
pequeno segmento de uma 
glicosaminoglicana (GAG). A, 
ácido glicurônico ou ácido 
idurônico ou galactose; B,N­
acetilgalactosam ina ou N­
acetilglicosamina. 
- o 
NANA - Gal - Man 
" 
NANA - Gal - Man 
/ Man - GlcNAc - GlcNAc - N - A 
Proteína 
~º\7 ~\J ~'\f 
H~~O~Q 
H O H H O H H OH } ~H2 
6 
HcXH2 HO~H2 
~ 1 
o 
H O H H OH H H 
'IH 'IH 
OH 
' ·'" 
HO~H 2 
H 
R 
OH 
NH 
toses e um ácido glicurônico. A xilose liga-se a uma serina da proteína mediante uma ligação O, 
enquanto o ácido glicurônico o faz com a primeira hexose da GAG. 
LIPÍDIOS 
2-7. Os triglicerídios, os fosfolipídios e os esteróides são os 
lipídios mais abundantes da célula 
Os lipídios são um grupo de moléculas caracterizadas por sua insolubilidade em água e solubi­
lidade nos solventes orgânicos. Tais propriedades são devidas às suas longas cadeias hidrocarbo­
nadas alifáticas ou anéis benzênicos, que são estruturas não polares ou hidrófobas. Em alguns li-
OS COMPONE TES QUÍMICOS DA CÉLULA • ?-- :l 
i 
o~º-Grº-Grº~o- CH,- E 
: 1 
-' n 
GAG Tetrassacarídeo 
pídios, estas cadeias podem estar ligadas a um grupo polar que lhes permite unir-se à água. Os 
lipídios mais comuns da célula são os triglicerídios, fosfolipídios, glicolipídios, esteróides e 
poliprenóides. 
Triacilgliceróis. Os triacilgliceróis (ou triglicerídios) são triésteres dos ácidos graxos com 
glicerol. Cada ácido graxo é constituído por uma longa cadeia hidrocarbonada, cuja fórmula 
geral é: 
COOH 
1 
(CH2ln 
1 
CHJ 
Os grupos carboxila destes ácidos reagem com os grupos hidroxila do glicerol da maneira ex­
posta na Fig. 2.12. 
Quando apenas dois carbonos do glicerol estão ligados a ácidos graxos, a molécula é chamada 
diacilglicerol (DAG) (Fig. 2.13). 
Os ácidos graxos têm sempre um número par de carbonos, já que são sintetizados a partir de 
grupos .. acetila de dois carbonos. Por exemplo, o ácido palmítico tem 16 carbonos, enquanto o 
esteárico e o oléico possuem 18. A cadeia hidrocarbonada pode exibir ligações duplas (--C=C- ), 
e, neste caso, o ácido graxo é denominado insaturado. Estas ligações duplas são importantes por­
que produzem angulosidades nas cadeias hidrocarbonadas (Fig. 2.20). 
Os triacilgliceróis servem como reserva energética para o organismo. Seus ácidos graxos libe­
ram grandes quantidades de energia quando são oxidados; mais do dobro da que liberam os car­
boidratos. 
Fosfolipídios. Nas células, existem dois tipos de fosfolipídios, os glicerofosfolipídios e os 
esfingofosfolipídios. 
Os glicerofosfolipídios têm dois ácidos graxos unidos a uma molécula de glicerol, já que o 
terceiro grupo hidroxila deste álcool encontra-se esterificado com um fosfato, ligado por sua vez 
a um segundo álcool (Fig. 2.14). 
A combinação do glicerol com os dois ácidos graxos e o fosfato dá lugar a uma molécula cha­
mada ácido fosfatídico (AF) (Fig. 2.13), que constitui a estrutura básica dos glicerofosfolipídi­
os. Como acabamos de mencionar, estes possuem um segundo álcool, que pode ser a etanolami­
na, a serina, a colina ou o inositol (Fig. 2.14). Com eles , são obtidos os fosfolipídios chamados 
fosfatidiletanolamina (PE),fosfatidilserina (PS),fosfatidilcolina (PC) efosfatidilinositol (PI) 
(Fig. 2.15). 
Como o inositol do PI pode estar combinado com um, dois ou três fosfatos, a célula também 
temfosfatidilinositol 4-fosfato (PIP), fosfatidilinositol 4,5-difosfato (PIP2) e fosfatidilinositol 
3,4,5-trifosfato (PIP3) (Fig. 2.16). 
Por outro lado, na membrana interna das mitocôndrias, existe um glicerofosfolipídio duplo 
denominado difosfatidilglicerol, que comumente tem o nome de cardiolipina (Cap. 8-11). É com­
posto de dois ácidos fosfatídicos ligados entre si por uma terceira molécula de glicerol (Fig. 2.17). 
O esfingofosfolipídio existente nas células é a esfingomielina, que é produzida pela combina­
ção da fosforilcolina com a ceramida (Fig. 2.18). A fosforilcolina (um fosfato ligado à colina) 
encontra-se também na fosfatidilcolina (Fig. 2.1 5) , enquanto a ceramida é formada pela agrega­
ção de um ácido graxo à esfingosina que, como ilustra a Fig. 2.19, é um amino-álcool que possui 
uma cadeia hidrocarbonada relativamente longa. 
CH, -OH + HOOC - (C H2 ln- CH3 
1 
CH - O H + HOOC -(CH2 ln-CH, = 
1 
CH, - OH + HOOC-{CH,ln-CH, 
Glicerol Ácidos graxos 
CH, -0-CO- (CH2}0 - CH, + H, O 
1 
CH,-0 - CO-{CH,>n-CH, + H, O 
1 
CH
2
- 0 - CO - (CH21n- CH3 + H20 
Triacilglicerol Água 
Serina 
Fig. 2.11 Representação de uma 
proteoglicana. É mostrado como 
a GAG se une à proteína. AcGlu, 
ácido glicurônico; Gal, 
galactose; Xil , xilose.Fig. 2.12 Formação de um 
triacilglicerol (triglicerídio) a 
partir de um glicerol e três 
ácidos graxos. 
26 • OS COMPONENTES QUÍMICOS DA CÉLULA 
Fig. 2.13 Fórmulas do 
diacilglicerol (DAG) e do 
ácido fosfatídico (AF). 
Fig. 2.15 Representação dos 
glicerofosfol ipídios 
fosfatidiletanolamina (PE), 
fosfatidilserina (PS), 
fosfatidilcolina (PC) e 
fosfatidilinositol (PI). 
Fig. 2.16 Representação dos 
glicerofosfolipídios 
fosfatidilinositol fosfato (PIP), 
fosfatidilinositol difosfato (PIP,) 
e fosfatidilinositõl trifosfato 
(PIP3). 
Fig. 2.17 Molécula do 
difosfatidilglicerol ou 
cardiolipina. 
CH,- 0 - CO-(CH,}"-CH, 
1 
?H - O- CO - (CH,10 - CH, 
CH, - OH 
Diacilgl ice ro l 
CH, - O - CO - ICH,)
0
- CH, 
1 
CH - O - CO - (CH 1 CH, 
1 ,_ 
,, o­
CH, - 0- P~(]H 
Ácido fosfatídico 
·~H1 
~H2 
CH, 
l 
o 
o:;;;P - o· 
o 
' 
CH~- fH-TH7 
o o 
l 1 
f f 
Fosfatidiletanolamina 
a· 
O= ~-o· H001 
0
0H 
HO OH 
o 
O ::::: ~ - 0~ 
1 
e 
1 
CH, - ~H - · OC:,OH O ?H 
O - CH2 - CH - CH 
1 1 OH NH CH 
Glicose 
ou 
galactose 
1 li O=C CH 
Cerebrosídio 
Fig. 2.21 Representação de um 
cerebrosídio. 
Ácido siálico Galactose Glicose 
Gangliosídio 
Fig. 2.22 Representação de um gangliosídio. 
A estrutura básica dos gangliosídios é similar à dos cerebrosídios, porém o carboidrato não é 
a glicose nem a galactose mas sim um oligossacarídeo composto por vários monômeros, um a três 
dos quais são ácidos siálicos (Fig. 2.22). Os diferentes tipos de gangliosídios diferem entre si tan­
to pelo número quanto pelo ordenamento relativo de seus monômeros. O monossacarídeo unido à 
ceramida é quase sempre uma glicose seguida de uma galactose. Em seguida pode haver uma N­
acetilgalactosamina ou uma N-acetilglicosamina e em seguida outra glicose ou outra galactose. 
Às vezes, existe urna fucose. Geralmente, ela ou os ácidos siálicos localizam-se na parte final do 
oligossacarídeo. 
Esteróides. Os esteróides são lipídios derivados de um composto denominado ciclopentano­
peridrofenantreno. Um dos mais importantes é o colesterol (Fig. 2.23), que é encontrado nas 
membranas e em outra~partes da célula e também fora dela. A hidroxila de seu carbono 3' lhe 
confere propriedades anfipática~. 
Os esteróides assumem funções diferentes de acordo com os grupos químicos que estejam unidos 
a sua estrutura básica. Os principais esteróides do organismo são os hormônios sexuais (estróge­
nos, progesterona; testosterona), os hormônios supra-renais (cortisol, aldosterona), a vitamina D 
e os ácidos biliares. 
Poliprenóides. Os poliprenóides são compostos derivados do hidrocarboneto isopreno (Fig. 
2.24). Entre eles encontra-se o dolicol fosfato, uma molécula pertencente à membrana do re­
tículo endoplasmático desenhada para incorporar oligossacarídeos aos polipeptídeos durante 
a formação das glicoproteínas (Cap. 7-16). Trata-se de urna cadeia de 17 a 21 isoprenos que 
contém entre 85 e 105 átomos de carbono, esterificada com um fosfato (Fig. 2.24 ). Outro 
poliprenóide comum nas células faz parte da ubiquinona, uma molécula da membrana rnito­
condrial interna (Cap. 8-11) que é composta de uma cadeia de 1 O isoprenos e de uma 
benzoquinona (Fig. 2.24). 
CH, CH3 
1 1 
CH-(CH2),-CH 
CH2 
li 
C- CH3 
1 
CH 
li 
CH 
,.-i--- -- 1 
: CH ; 
'li ' 
H 
'1 ' 
: C- CH,: 
'1 ' 
'CH ' 
CH, 1 } f 
:(Glu)( E) 
H 
+ 1 
H 3N-c-coo-
1 
CH2 
1 
CH1 
1 
e 
/)' \ 
o o-
T re onina 
(Th r)(T ) 
H 
+ 1 -
H3N-C - COO 
1 
H-C - OH 
1 
CH, 
Alan ina 
( Ala )(A) 
H 
+ 1 
H,N -c- coo-
1 
CH 3 
Pro!ina 
(Pro) (P) 
H 
+ 1 
H2 N-c- coo-
I 1 
H 2 C CH2 " / CH 2 
NEUTROS NÃO-POLARES 
Histidina 
(His ) (H) 
H 
1 
H 3 N - c - coo-
1 
CH, 
1 
c=CH 
+ 1 
HN 
~ 
BÁSICOS 
Tirosina 
(Tyr) (Y) 
H 
+ 1 
e 
H,N -c-coo-
1 
~ 
OH 
Vali na 
(Val) (V) 
H 
+ 1 
H 3N - C - COO 
1 
CH 
/ '\. 
CH 3 CH 3 
Fen ila!anina 
(Phe) (F ) 
H 
1 
NH 
I 
+ 1 -
H 3N -C-COO 
1 
ó 
Li sina 
(lys) (K) 
H 
+ 1 
H 3 N - C- COO 
1 
CH1 
1 
CH1 
1 
CH, 
1 
CH1 
1 
+NH, 
Asparagina 
(Asn)( N) 
H 
+ 1 
H,N- c-coo-
1 
CH1 
1 
e 
// \ 
O NH1 
Leucina 
(Leu) (l ) 
H 
+ 1 
H,N-c - coo· 
1 
CH, 
1 
CH 
/ '\ 
CH3 CH 3 
Triplofano 
(Trp)(W) 
H 
+ 1 
H,N-c-coo-
1 cdH, 
H 
Arginina 
(A.covalentes que estabilizam a 
estrutura das proteínas: ligação 
iônica (amarelo); interação de 
van der Waals (azul-claro); 
ponte de hidrogênio (rosa); 
interação hidrófoba (verde). 
(De C. B. Anfinsen.) 
~)cooH 
A 
COOH 
B e 
2-1 O. Diversos tipos de ligações químicas determinam a 
estrutura das proteínas 
D 
A disposição espacial de uma molécula protéica se acha predeterminada pela seqüência de seus 
aminoácidos (estrutura primária). Os níveis restantes de organização dependem do estabelecimento 
de diferentes tipos de ligações químicas entre os átomos dos aminoácidos. Desta forma, são pro­
duzidas ligações covalentes - por exemplo, pontes - S-S- entre os grupos -SH de duas 
cisteínas - e vários tipos de interações fracas, isto é, ligações não-covalentes. Entre estas últi­
mas encontram-se (Fig. 2.31): 
NH 3 c~-NH2 
+ NH 2 + 
o /o 
1 
C=O C=O 
OS COMPO ENTES QUÍMICOS DA CÉLULA • 33 
1) Pontes de hidrogênio, que são produzidas quando um próton (H+) é compartilhado entre 
dois átomos eletronegativos (de oxigênio ou de nitrogênio) próximos entre si. Já vimos que as 
pontes de hidrogênio são essenciais para o pareamento específico entre as bases complementares 
dos ácidos nucléicos, o que proporciona a força que mantém unidas as duas cadeias de DNA. As 
Figs. 2.5 e 2.31 mostram as pontes de hidrogênio no DNA e nas proteínas, respectivamente. 
2) Ligações iônicas ou eletrostáticas, que são o resultado da força de atração entre grupos 
ionizados de carga contrária. 
3) Interações hidrófobas, que dão lugar à associação de grupos não-polares na qual se exclui 
o contato com a água. Cabe acrescentar que, nas proteínas globulares, as cadeias laterais mais 
hidrófobas localizam-se no interior das moléculas , enquanto os grupos hidrófilos situam-se na 
superfície. Assim, os resíduos hidrófobos repelem as moléculas de água que rodeiam as proteínas 
e determinam que sua estrutura globular se tome mais compacta. 
4) Interações de van der Waals , que são produzidas quando os átomos estão muito próximos. 
Esta proximidade induz a flutuações em suas cargas, que dão origem a atrações mútuas entre os 
átomos. 
A diferença fundamental entre as ligações químicas covalentes e as não-covalentes reside na 
energia necessária para romper estas ligações. Por exemplo, uma ponte de hidrogênio exige 4,5 
kcal/mo1- 1
, uma cifra bastante menor que as 11 O kcal/mo1- 1 que a ligação covalente 0-H da água 
necessita. Em geral, as ligações covalentes rompem-se pela intervenção de enzimas, enquanto as 
não-covalentes se dissociam por forças físico-químicas. Ainda que individualmente as ligações 
não-covalentes sejam fracas , quando são numerosas fazem com que a estrutura molecular se tome 
estável, como ocorre com a dupla cadeia do DNA. 
2-11. As proteínas têm cargas positivas e negativas, mas no ponto 
isoelétrico sua carga é igual a zero 
A carg; real de uma molécula protéica é o resultado da soma de todas as suas cargas. Uma vez 
que os grupos ácidos e básicos se dissociam em concentrações distintas de íons hidrogênio no meio, 
o pH influi na carga final da molécula. A Fig. 2.32 mostra que, no meio ácido, os grupos amina 
captam H+ e se comportam como bases (-NH2 + H+ ___.,. -NH3 +), enquanto em um meio alcali­
no ocorre o fenômeno inverso e se dissociam· os grupos carboxila (-COOH ___.,.coo- + H+). 
Existe um pH definido para cada proteína no qual a soma das cargas positivas 'e negativas é 
igual a zero (Fig. 2.32). Este pH é denominado· ponto isoelétrico. Nele, as proteínas colocadas em 
um campo elétrico não migram para nenhum dos pólos, enquanto num pH mais baixo deslocam­
se para o catodo e num pH mais alto o fazem para o anodo. O processo que origina estes movi­
mentos é chamado eletroforese (Cap. 23-31). 
~ 
ENZIMAS 
2-12. As proteínas enzimáticas catalisam as reações químicas 
A célula pode ser comparada a um m.inúsculo laboratório no qual ocorre a síntese e a degrada­
ção de grande número de substâncias. Estes processos são efetuados por enzimas (do grego, en, 
dentro, e zyme·e, levedura) que atuam na temperatura do organismo e dentro de limites estreitos de 
pH. As enzimas são os catalisadores biológicos. Um catalisador é uma substância que acelera as 
reações químicas sem se modificar, o que significa que pode ser utilizado mais de uma vez. 
O conjunto das enzimas constitui o grupo de proteínas mais extenso e mais especializado do 
organismo, responsável pela direção da complexa rede de reações químicas que ocorrem na cé­
lula. 
As enzimas (E) são proteínas ou glicoproteínas que têm um ou mais lugares denominados síti- / 
os ativos, os quais se unem ao substrato (S), isto é, a substância sobre a qual a enzima atua. O 
COOH NH,• ~ coo- NH 
"t)'::;;º;::º=H=~·LJ:;;º;::º=-=~·Qcoº-
Em meio ácido 
as proteínas têm 
carga 
Com pH igual ao 
ponto isoelétrico a 
carga é nula 
Em meio alcalino, 
as proteínas têm 
carga -
Fig. 2.32 A ionização das 
proteínas depende do pH do 
meio. 
' l i 
:/11 li 
lt 
H 
tl 
11 
" n 
o 
ll 
34 • OS COMPONENTES QUÍMICOS DA CÉLULA 
Fig. 2.33 Os substratos reagem 
de forma muito precisa com o 
sítio ativo da enzima. Algumas 
enzimas têm um encaixe 
induzido, pois o sítio ativo é 
complementar do substrato 
somente depois que este se liga 
à enzima. 
substrato é modificado quimicamente e convertido em um ou mais produtos (P). Como esta rea­
ção geralmente é reversível, pode ser expressa do seguinte modo: 
E+S [ES] E+P, 
onde [ES] é um complexo enzima-substrato formado transitoriamente. Os diferentes tipos de en­
zimas podem formar ligações covalentes entre átomos do substrato (síntese) ou podem rompê-las 
(degradação). As enzimas aceleram a reação até que seja alcançado um ponto de equilíbrio, e podem 
ser tão eficientes a ponto de a velocidade da reação ser de 108 a 1O 11 vezes mais rápida do que na 
ausência do catalisador. 
Uma característica muito importante da atividade enzimática é sua especificidade, o que sig­
nifica que cada tipo de enzima atua somente sobre um determinado substrato. As enzimas podem 
ser tão específicas que são incapazes de atuar sobre substâncias estreitamente relacionadas, como 
por exemplo sobre uin estereoisômero do mesmo substrato. 
Em geral, as enzimas levam o nome do substrato que elas modificam ou o da atividade que 
exercem mais o sufixo "-ase". Desta forma, existem nucleases ou endonucleases (degradam áci­
dos nucléicos), fosfatases (subtraem fosfatos), cinases (os agregam), sulfatases, proteases, glico­
sidases, lipases, oxidases, redutases, desidrogenases etc. 
É oportuno advertir que na célula existem moléculas com atividade enzimática que não são 
proteínas e sim ácidos ribonucléicos. Recebem o nome de ribozimas e catalisam a formação da 
ruptura de ligações fosfodiéster entre os nucleotídeos (ver Caps. 15-5 e 16-10). 
2-13. Algumas enzimas necessitam de co-fatores 
Algumas enzimas necessitam da presença de substâncias chamadas coenzimas para poder atu­
ar. Por exemplo, as desidrogenases necessitam das coenzimas nicotinamida-adenina-dinucleotí­
deo (NAD+ ou NADP+) ou flavina-adenina-dinucleotídeo (FAD) (Fig. 8.4), já que estas são as 
moléculas que recebem o hidrogênio extraído do substrato. A reação é a seguinte: 
E + S(H2) + NAD+ ~E+ S + NADH + W 
Em alguns casos, a coenzima é um metal ou outro grupo prostético que se encontra ligado de 
forma covalente à proteína enzimática. Em outros casos, as coenzimas associam-se frouxamente 
às enzimas. Numerosas coenzimas são vitaminas pertencentes ao grupo B. 
2-14. Os substratos se ligam ao sít~o ativo das enzimas 
Como vimos, as enzimas têm uma grande especificidade para seus substratos e podem não acei­
tar moléculas relacionadas ou que tenham uma forma ligeiramente diferente. Isto pode ser explicado 
considerando-se que a enzima e o substrato exibem uma interação semelhante à de uma fechadura 
com sua chave. Na Fig. 2.33, observa-se que a enzima possui um sítio ativo, complementar a um dos 
domínios do substrato. Ainda que a imagem da chave da fechaduraseja válida, não significa que as 
enzimas e substratos sejam moléculas estruturalmente rígidas. Assim, o sítio ativo da enzima se faz 
complementar ao substrato somente depois de ter se unido a ele; é o chamado encaixe induzido. 
Como se observa na Fig. 2.33, a ligação com o substrato induz uma mudança de conformação na 
enzima, e somente então os grupos catalíticos entram em contato íntimo com o substrato. 
Na ligação do substrato com o sítio ativo da enzima participam forças químicas de natureza 
não covalente (ligações iônicas, pontes de hidrogênio, forças de van der Waals), cujo raio de ação 
OS COMPONENTES QUÍMICOS DA CÉLULA • 35 
é muito limitado. Isto explica por que o complexo enzima-substrato somente pode ser formado se 
a enzima tiver um sítio exatamente complementar ao exposto na superfície do substrato. 
2-15. O comportamento cinético de muitas enzimas é definido pelos 
parâmetros Vmáx e Km 
As reações enzimáticas são realizadas em duas etapas. A primeira corresponde à ligação da 
enzima com o substrato e pode ser escrita da seguinte maneira: 
K1 
E + S ~ [ES] 
K2 
Na segunda etapa, o complexo ES se desdobra no produto e a enzima, que fica disponível para 
atuar sobre uma nova molécula de substrato: 
K3 
[ES] ~ E+P 
K4 
Os valores K1, K2, K3 e K4 são constantes de velocidade das reações. 
Como está ilustrado na Fig. 2.34, a velocidade da reação depende da concentração do substra­
to. Em baixas concentrações, a velocidade inicial (V) da reação descreve uma hipérbole. Toda­
via, à medida que aumenta a concentração do substrato, a reação se satura e alcança um patamar. 
Nesse ponto - que corresponde a V rnáx - toda enzima intervém na formação do complexo ES. A 
equação da curva é: 
V rnáx [S] 
V =----
Km + [S] 
onde Km é a constante de Michaelis, que pode ser definida como a concentração do substrato na 
qual a metade das moléculas da enzima formam complexos ES. Quanto menor for o valor de Km, 
maior será a afinidade da enzima pelo substrato. Conseqüentemente, o comportamento cinético 
de uma enzima é definido pelos valores de V rnáx e K01 • 
2-16. Algumas enzimas estão sujeitas a regulações alostéricas 
Na seção anterior, dissemos que, se diagramarmos a velocidade da reação de uma enzima em 
função da concentração crescente do substrato, observamos que, para muitas enzimas, a curva 
desenha uma hipérbole (Fig. 2.34). Deste modo, à medida que se agrega mais substrato, aumenta 
a quantidade da enzima no complexo ES e aumenta a velocidade de aparição do produto; porém, 
com altas concentrações do substrato, quase todas as moléculas da enzima se acham no complexo 
ES e se alcança a velocidade máxima (Vmãx) da reação. 
Km 
Concentração de substrato [S] 
Fig. 2.34 Diagrama da velocidade de reação de uma enzima a concentrações 
de substrato cada vez maiores. No texto estão descritas a V'""' e a K01 • A 
curva é uma hipérbole cuja primeira parte segue uma cinética de primeira 
ordem (quer dizer, a reação é proporcional à concentração do substrato); a 
segunda parte corresponde à saturação, que tem uma cinética de ordem zero 
Uá que não depende da concentração de substrato) . 
Concentração de substrato 
Fig. 2.35 Cinética da enzima 
alostérica ATPase que mostra uma 
curva sigmóide característica em 
lugar de uma hipérbole. Observam-se 
os efeitos de um ativador (ATP) e de 
um inibidor (CTP). 
36 • OS COMPONENTES QUÍMICOS DA CÉLULA 
Outras enzimas não obedecem à cinética anteriormente citada, já que mostram cooperativismo 
e estão sujeitas a regulações alostéricas. Por conseguinte, em lugar de uma hipérbole dão lugar a 
uma curva sigmóide (Fig. 2.35). 
2-17. Os inibidores das enzimas são muito específicos 
As enzimas podem ser inibidas reversível ou irreversivelmente. 
A inibição irreversível pode decorrer da desnaturação da enzima ou da formação de uma liga­
ção covalente entre ela e outra molécula. 
Existem duas formas de inibição reversível: competitiva e não-competitiva. Na primeira, um 
composto de estrutura similar à do substrato forma um complexo com a enzima, análogo ao com­
plexo ES; este tipo de inibição pode ser revertido com concentrações altas do substrato. Na inibi­
ção não competitiva, o inibidor e o substrato não se relacionam estruturalmente, porém, da mes­
ma forma, se unem por outros pontos de suas moléculas. 
2-18. As enzimas da célula estão distribuídas em múltiplos compartimentos 
As enzimas catalisam as inúmeras reações químicas que ocorrem nas células. Em alguns ca­
sos, as enzimas de uma via metabólica t ncontram-se no citosol, e o substrato e os produtos suces­
sivos passam de uma enzima para a seguinte em cadeia. Em outros casos, as enzimas que inter­
vêm em uma cadeia de reações estão associadas e atuam juntas sob a forma de um complexo mul­
tienzimático; por exemplo, as enzimas que sintetizam os ácidos graxos se encontram intimamente 
vinculadas. Os sistemas multienzimáticos facilitam as reações sucessivas porque estas ocorrem a 
uma distância mínima entre si. 
As enzimas possuem padrões de distribuição bastante específicos. Por exemplo, algumas enzi­
mas hidrolíticas se localizam nos lisossomos, enquanto outras enzimas são encontradas nas cister­
nas do complexo de Golgi_e outras, como as RNA polimerases e as DNA polimerases, no núcleo. 
A ORIGEM DAS CÉLULAS 
2-19. Os mecanismos de auto-encaixe deram origem às primeiras células 
Na Seção 2-9, vimos que uma proteína complexa (como a hemoglobina) é formada como re­
sultado do auto-encaixe de várias unidades protéicas menores e, na Seção 2-7, estudamos que os 
fosfolipídios dispersos em água desenvolvem espontaneamente uma dupla camada lipídica seme­
lhante à das membranas celulares. Outro exemplo de auto-encaixe é encontrado nos vírus (Cap. 1-
5), que são formados no interior da célula hospedeira a partir de material genético (DNA ou RNA) 
e proteínas (capsômeros). Como podemos observar, mediante estes mecanismos de auto-encaixe 
podem ser formadas tanto macromoléculas quanto estruturas subcelulares de complexidade variada. 
As causas pelas quais se formam nas células estruturas em ordem cada vez mais complexa devem 
ser buscadas na informação contida no DNA. É ela que determina a estrutura das proteínas. Por 
outro lado, a formação de complexos macromoleculares e estruturas de maior complexidade é re­
sultado da interação entre duas ou mais proteínas diferentes e entre proteínas e carboidratos, lipí­
dios e ácidos nucléicos. 
Um problema fundamental é determinar os mecanismos pelos quais se originou em nosso pla­
neta a organização supramolecular que resultou na formação das células procariontes e eucarion­
tes. Qualquer explicação sobre este tema é obviamente especulativa, pois tem a ver com nada menos 
que a origem da vida. 
Apesar de não se saber como se formaram as primeiras células, é possível estabelecer, por meio 
do registro de fósseis , que os organismos procariotas precederam os eucariotas e apareceram há 
três bilhões de anos. Observações recentes demonstraram que somente depois de bilhões de anos 
de a Terra ter se formado apareceram organismos semelhantes às bactérias atuais. Anteriormente, 
deve ter ocorrido o longo período de evolução química, no qual surgiram moléculas providas de 
carbono e os precursores macromoleculares dos organismos viventes, como os aminoácidos, os 
monossacarídeos e as bases dos nucleotídeos. Em seguida, por polimerização, formaram-se mo­
léculas cada vez mais complexas. É possível que, durante este período, tenham entrado em ação 
os mecanismos de auto-encaixe antes mencionados , já que se formou a primeira estrutura 
supramolecular capaz de se auto-reproduzir (Fig. 2.36). 
2- 20. A evolução química produziu moléculas orgânicas com carbono 
Nos tempos pré-bióticos, quer dizer, anteriores ao aparecimento da vida, a atmosfera da Terra 
não tinha oxigênio, da mesma forma que sucede com os outros planetas do sistema solar. Continha 
OS COMPONENTES QUÍMICOS DA CÉLULA • 37 
Evolução 
química 
Evolução 
biológica 
Moléculas biogênicas,água, 
amônia, formaldeído, ácido 
cianídrico , acetonitrilo etc. 
Aminoácidos, 
açúcares, bases 
dos ácidos 
nucléicos 
t 
Proteínas 
Formação do sistema 
solar há 4,6 x 1 O' anos 
Descargas 
elétricas, luz 
ultravioleta, 
calor, pressão 
Polissacarídeos ! 
'..,.. Proteinóides 
Ácidos nucléicos 
\ ! Código genético 
Primeiro procariota J Há 3,5- 3,0 x 1 O' anos 
• + 
Primeiro eucariota Há 0,9 x 1 O' anos 
hidrogênio, nitrogênio, amoníaco, metano, monóxido de carbono e dióxido de carbono; também 
continha água que, em forma de vapor, cobr:ia parte da superfície terrestre. Apesar de, normal­
mente, essas moléculas serem pouco reativas, poderiam ter interatuado graças à energia fornecida 
pela radiação ultravioleta, pelo calor e pelas descargas elétricas dos raios. 
Ness~ época, a atmosfera também não tinha a camada protetora de ozônio, de modo que os raios 
ultravioleta podiam banhar a superfície da Terra com uma intensidade que seria nefasta para a vida 
atual. Isso originou moléculas intermediárias sumamente reativas , como o acetald~ído, o cianeto, o 
formaldeído e outras, a partir das quais foram sintetizadas moléculas cada vez mais complexas. 
Em 1920, Oparin e Haldane consideraram que a polimerização dessas moléculas podia dar 
origem às proteínas, aos ácidos nucléicos e aos carboidratos presentes nos organismos vivos. Em 
1953, Miller conduziu uma experiência fundamental na qual simulou as condições da atmosfera 
no período pré-biótico. Foram produzidas descargas elétricas em um recipiente que continha água, 
hidrogênio, amoníaco e metano. Na água, que se condensou, formaram-se aminoácidos (glicina, 
alanina, ácido aspártico e ácido glutâmico ). Por meio de experiências similares, foram obtidos quase 
todos os aminoácidos presentes nas proteínas. Vários monossacarídeos, ácidos graxos e as bases 
dos nucleotídeos foram obtidos dessa maneira. 
2-21. Os mecanismos de agregação formaram os proteinóides primitivos 
O próximo passo provavelmente foi a polimerização dos aminoácidos para construir proteínas, 
o que foi possível pela ação catalítica das argilas. Todos esses processos podem ter sido produzi­
dos em meios aquosos (lagunas) , nas quais as moléculas orgânicas se concentraram formando uma 
espécie de "caldo" que favoreceu as interações moleculares. 
A partir da formação da primeira proteína podem ter atuados mecanismos de agregação ou auto­
encaixe descritos anteriormente. Desta maneira, poderiam ter se originado as funções enzimáti­
cas. É provável que no "caldo" primordial, as macromoléculas tenham formado complexos mai­
ores, denominados proteinóides ou coacervados , que têm uma parede semelhante à de uma mem­
brana e um interior líquido. Estes proteinóides primitivos podiam ter atividade enzimática e per- . 
meabilidade, como no caso das membranas artificiais que mencionaremos no Cap. 3-2. Entretan­
to, a ausência de ácidos nucléicos impediu sua continuidade, e é possível que tenham tido uma 
vida muito curta, já que não podiam se auto-reproduzir. 
2-22. As células procariontes precederam as eucariontes 
Somente depois do aparecimento dos ácidos nucléicos, foi possível ter se originado um orga­
nismo capaz de se autoperpetuar. Neste momento, teria aparecido a primeira célula procarionte e, 
assim, a vida na Terra. 
É provável que o RNA- e não o DNA - tenha sido o primeiro material genético que surgiu, de 
modo que, do ponto de vista cronológico, as macromoléculas teriam evoluído da seguinte maneira: 
RNA - - --> PROTEÍNAS 
~----> DNA 
Fig. 2.36 Seqüência temporal da 
origem das células. 
1 ~ 
38 • OS COMPONENTES QUÍMICOS DA CÉLULA 
A replicação do RNA é mais simples do que a do DNA, pois exige um menor número de enzi­
mas. Além disso, o RNA pode ser usado como material genético e como RNA mensageiro, e muitas 
das etapas da síntese protéica dependem de interações RNA-RNA (RNAm-RNAt, RNAm-RNAr, 
RNAr-RNAt) . 
Todos os organismos vivos têm o mesmo código genético, que seria uma prova de que a vida 
na Terra teve início a partir de um único organismo precursor. As forças da evolução, ao selecio­
narem as mutações favoráveis das células, levaram mais tarde a uma variedade assombrosa de 
formas de vida. 
É possível que os primeiros procariotas tenham sido heterótrofos (quer dizer, que se tenham 
nutrido de moléculas orgânicas). Mais tarde, apareceram os procariotas autótrofos, como as algas 
azuis. Graças à fotossíntese, ocorreram a produção e o acúmulo de oxigênio na atmosfera, com o 
que foi possível o surgimento de células procariontes aeróbicas. 
A célula eucarionte pode ter se originado depois da aparição de uma célula eucarionte anaeró­
bica. Esta deve ter sido parasitada por uma procarfonte anaeróbica que, mais tarde, converteu-se 
em mitocôndria (Cap. 8-29). 
De acordo com certos restos fósseis , os organismos eucariotas devem ter aparecido cerca de 1 
bilhão e 500 milhões de anos atrás - ao se estabelecer uma atmosfera de oxigênio estável - e, 
como dissemos, esses organismos podiam ser primeiramente anaeróbicos e depois aeróbicos. Até 
então, a vida se encontrava somente na água, de onde as plantas e os animais passaram à terra. 
O surgimento da reprodução sexual, milhões de anos depois, acelerou a evolução das formas 
viventes, que até então era relativamente lenta. Os sexos tomaram possível o intercâmbio de in­
formação genética entre os indivíduos, enquanto a mutação e a seleção produziram as diferentes 
formas de vida que hoje se encontram em nosso planeta. 
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As membranas celulares 
Permeabilidade das membranas 
3-1. As membranas das células exercem diversas atividades 
A célula está rodeada pela membrana plasmática, uma camada delgada de 6 a 10 nm de espes­
sura composta por lipídios, proteínas e carboidratos (Fig. 3.1). Sua estrutura básica é semelhante 
à das outras membranas da célula as quais envolvem as organelas do sistema de endomembranas 
- inclusive o envoltório nuclear - as mitocôndrias e os peroxissomas. 
As membranas celulares não são simples fronteiras inertes que compartimentam a célula, mas 
sim estruturas que exercem atividades complexas, como as seguintes: 
1) Constituem verdadeiras barreiras permeáveis seletivas que controlam a passagem de íons e 
de moléculas pequenas, ou seja, de solutos. Assim, a permeabilidade seletiva das membranas impede 
o intêrcâmbio indiscriminado dos componentes das organelas entre si e dos componentes extrace­
lulares com os da célula. 
2) Fornecem o suporte físico para a atividade ordenada das enzimas que nelas se encontram. 
3) Mediante a formação de pequenas vesículas transportadoras tomam possível o deslocamen­
to de substâncias pelo citoplasma (Cap. 7-1 ). 
4) A membrana plasmática participa dos processos de endocitose e de exocitose. Primeiramente, 
a célula incorpora substâncias do exterior (Cap. 7-29); em seguida, ela as segrega (Cap. 7-22). 
S) Na membrana plasmática existem moléculas mediante as quais as células se reconhecem e 
se aderem entre si e com componentes da matriz extracelular (Cap. 6-1 ). 
6) A membrana plasmática possui receptores que interagem especificamente com moléculas 
provenientes do exterior, como ho1mônios, neurotransmissores, fatores de crescimento e outros 
indutores químicos. A partir destes receptores são desencadeados sinais transmitidos pelo interior 
da célula; seus primeiros elos se situam próximo do receptor, em geral na própria membrana plas­
mática (Cap. 11-8). 
ESTRUTURA DAS MEMBRANAS CELULARES 
3- 2. A estrutura básica das membranas celulares corresponde 
a uma dupla camada lipídica 
Os lipídios fundamentais das membranas biológicas são fosfolipídios de tipos distintos e co­
lesterol. No Cap. 2-7, assinalamos a natureza anfipática dos primeiros; são moléculas que possu-
3 
Fig. 3.1 Desenho tridimensional 
de uma membrana celular 
(membrana plasmática). 
1~1 
40 • AS MEMBRANAS CELULARES 
em uma cabeça polar ou hidrófila e longas cadeias hidrocarbonadas apolares ou hidrófobas. Esta 
dualidade tem grande importância na estruturação das membranas. 
Quando os fosfolipídios são colocados entre um óleo e uma solução aquosa formam uma ca­
mada com uma molécula de espessura (monocamada), na qual todas as cabeças polares se orien­
tam para a solução aquosa e os ácidos graxos se afastam dela, de modo que os fosfolipídios ficam 
perpendiculares ao plano da interfase água/óleo (Fig. 3.2). Além disso, se os fosfolipídios e o óleo 
forem "empurrados" para a solução aquosa, formam-se pequenas vesículas, com as cabeças dos 
fosfolipídios na periferia - em contato com o meio aquoso.....:..... e os ácidos graxos orientados para 
o óleo no interior das vesículas (Fig. 3.2). 
Por outro lado, nas soluções aquosas puras, os fosfolipídios não formam monocamadas e sim 
camadas duplas que se fecham sobre si mesmas, formando vesículas de até 1 µm de diâmetro 
chamadas lipossomos (Fig.J.3). Como é de se esperar, os ácidos graxos hidrófobos se unem no 
interior da dupla camada e as cabeças polares hidrófilas de cada monocamada se orientam para as 
soluções aquosas. Visto que os lipossomos podem se fundir com as membranas plasmáticas, eles 
são utilizados como veículos para incorporar diversos compostos às células; para tanto, são cons­
truídos em meio aquoso ao qual lhes são agregados um ou mais compostos (medicamentos, cos­
méticos), o que assegura suà incorporação ao interior das vesículas. 
Quando os fosfolipídios são colocados entre duas soluções aquosas, separadas por uma parede 
incompleta, formam uma dupla camada lipídica que completa a separação (Fig. 3.4). Aqui, tam­
bém, as cabeças polares dos fosfolipídios se dirigem para as soluções aquosas e os ácidos graxos 
se orientam para o interior da dupla camada que, por esse motivo, é altamente hidrófobo. Estas 
duplas camadas lipídicas artificiais são construídas para estudar a permeabilidade e as proprie­
dades físico-químicas das membranas biológicas, já que exibem estrutura básica e comportamen­
to semelhantes. 
3-3. Os fosfolipídios não são os lipídios mais abundantes 
das membranas celulares 
As membranas celulares são formadas por.duplas camadas lipídicas similares às descritas na 
seção anterior. Na Fig. 3.5 são mostradas quatro duplas camadas lipídicas tal como observadas à 
microscopia eletrônica. 
Estas duplas camadas contêm fosfolipídios e colesterol, mas os primeiros podem ser as molé­
culas lipídicas mais abundantes. 
As estruluras dos diferentes tipos de fosfolipídios presentes nas membranas foram descritas no 
Cap. 2-7. Devemos lembrar que as cadeias hidrocarbonadas dos ácidos graxos podem estar satu­
radas ou não (Fig. 2.20). Nas cadeias saturadas, as ligações simples entre os carbonos conferem 
aos ácidos graxos uma configuração estendida, o que faz com que estes se posicionem perpendi­
cularmente em relação ao plano da dupla camada (bicamada) lipídica e que, em cada monocama­
da, os fosfolipídios fiquem agrupados em conjuntos bastante compactos. Ao contrário, as liga­
ções duplas das cadeias não saturadas produzem angulosidades nos ácidos graxos, o que separa os 
fosfolipídios e confere à dupla camada uma configuração menos compacta (Fig. 3.6). 
O fosfolipídio predominante nas membranas celulares é a fosfatidilcolina. Em seguida, nesta or­
dem, estão a fosfatidiletanolamina, a fosfatidilserina, a esfingomielina e o fosfatidilinositol. Um 
' derivado deste último, o fosfatidilinositol 4,5-difosfato ou PIP2 (Fig. 2.16), quando é hidrolisado pro­
duz diacilglicerol (DAG) e inositol 1,4,5-trifosfato (IP3), duas pequenas moléculas implicadas na trans­
missão de sinais intracelulares (Caps. 11-14 e 11-17). Ao contrário, quando se adiciona ao PIP2 um 
fosfato, este se converte em fosfatidilinositol 3,4,5-trifosfato ou PIP3 (Caps. 11-14 e 11-20). 
Óleo 
Água 
Água 
Fig. 3.2 Esquema que ilustra como se 
ordenam os fosfolipídios quando colocados 
em uma interfase de óleo e água. 
Fig. 3.3 Lipossomo derivado do 
ordenamento espontâneo dos fosfolipídios 
quando são colocados em um meio aquoso. 
-----~-
Fig. 3.4 Dupla camada lipídica artificial 
formada ao se colocar fosfolipídios entre dois 
.meios aquosos. 
AS MEMBRANAS CELULARES • 41 
Fig. 3.5 Eletromicrografia de quatro membranas celulares (MC). Em cada uma observa-se a dupla camada 
lipídica. E!, espaço intercelular. 240.000X . (De E. D. De Robertis .) 
A membrana interna da mitocôndria contém um fosfolipídio duplo chamado difosfatidilgliceroI 
ou cardiolipina (Cap. 2-7) (Fig. 2.17). 
O colesterol é um componente quantitativamente importante das membranas celulares, espe­
cialmente na membrana plasmática. Em virtude de ser anfipático, em cada monocamada se dis­
põe entre os fosfolipídios, com o grupo OH do C3' de seu núcleo cíclico orientado para a solução 
aquosa (Cap. 2-7) (Fig. 3.7). 
Na membrana do retículo endoplasmático ex\ste um lipídio especial chamado dolicol (Figs. 
2.24 e 7 .15), necessário para a incorporação dos oligossacarídeos às moléculas protéicas durante 
a, formação de algumasglicoproteínas (Cap. 7-16). 
Os diferentes componentes lipídicos são mantidos na dupla camada graças as suas interações 
com ô meio aquoso e com os ácidos graxos dos fosfolipídios vizinhos, sem que sejam produzidas 
ligações covalentes entre eles. 
As duas camadas da bicamada lipídica não são idênticas em sua composição, e por esta razão 
se diz que as membranas são assimétricas. A fosfatidiletanolamina, a fosfatidilserina e o fosfatidi­
linositol predominam na camada que está em contato com o citosol, enquanto a fosfatidilcolina e 
a esfingomielina predominam na camada não citosólica (na membrana plasmática, voltada para o 
exterior; em uma organela, voltada para sua cavidade). 
A composição das membranas celulares apresenta diferenças quantitativas e qualitativas se­
gundo a análise da membrana plasmática ou da membrana de alguma organela em particular. Por 
exemplo, a membrana mitocondrial interna possui difosfatidilglicerol e a do retículo endoplasmá­
tico contém dolicol, lipídios que não existem em outras membranas. Ao contrário, o colesterol é 
abundante na membrana plasmática e muito escasso na membrana interna da mitocôndria. Tam­
bém existem diferenças entre as membranas quando são analisados os diferentes tipos celulares. 
Às temperaturas fisiológicas, a dupla camada lipídica comporta-se como uma estrutura fluida. 
A fluidez aumenta quando a proporção de ácidos graxos curtos e não saturados nos fosfolipídios 
se eleva. Vimos que a saturação dos ácidos graxos faz com que os fosfolipídios se agrupem em 
conjuntos mais compactos, o que confere maior rigidez à dupla camada. O colesterol produz con­
seqüências similares. 
Dizer que a dupla camada lipídica se comporta como uma estrutura líquida significa que seus ) 
componentes giram em tomo de seus eixos e se deslocam livremente pela superfície membranosa . 
(Fig. 3.8). Além destes movimentos, os lipídios podem passar de uma camada para outra por meio r 
de um movimento chamado "flip-flop" (por sua semelhança com o mo~mento desenvolvido em 
~ / 
Fig. 3.7 Moléculas de colesterol entre os 
fosfolipídios das membranas celulares. 
Deslocamento lateral 
Fig. 3.8 Movimentos que sofrem os 
fosfolipídios nas membranas da célula. 
Fig. 3.6 Esquemas que ilustram 
como as ligações duplas dos 
ácidos graxos distanciam os 
fosfolipídios nas duplas camadas 
lipídicas. 
42 • AS MEMBRANAS CELULARES 
Fig. 3.9 Posições das proteínas 
integrais e das proteínas 
periféricas nas membranas 
celulares. 
Fig. 3.10 Esquemas de quatro 
proteínas integrais, duas 
transmembranas (uma delas de 
passagem múltipla) e duas em 
posições periféricas. 
uma cambalhota). Este movimento é pouco comum comparado com a rotação e o deslocamento 
lateral. 
Na Seção 3-7 veremos que alguns lipídios da membrana encontram-se associados a carboidra­
tos sob a forma de glicolipídios. 
3-4. As proteínas das membranas celulares são classificadas 
em integrais e periféricas 
As membranas celulares contêm importantes quantidades de proteínas. Em média, a propor­
ção de lipídios e de proteínas é equivalente, embora varie nos diferentes tipos de membranas. Por 
exemplo, a membrana das bainhas de miel.iri__;,possui 80% de lipídios e 20% de proteínas, enquan­
to na membrana interna das mitocôndrias essa relação se inverte. 
As proteínas das membranas celulares exibem uma assimetria maior que os lipídios e são clas­
sificadas em periféricas e integrais (Fig. 3.9). 
As proteínas periféricas encontram-sé sôbre as faces da membrana, ligadas às cabeças dos 
fosfolipídios ou a proteínas integrais por ligações não-covalentes. Assim, podem ser extraídas com 
certa facilidade mediante tratamento com soluções salinas. Da superfície das proteínas surgem os 
resíduos dos aminoácidos polares (Fig. 2.25), que interagem com grupos químicos da própria 
membrana e dos meios que a banham. 
As proteínas integrais encontram-se embutidas nas membranas, entre os lipídios da dupla 
camada, motivo pelo qual, para sua extração, são necessários procedimentos relativamente drás­
ticos, mediante detergentes ou solventes especiais. Algumas se estendem da zona hidrófoba da 
dupla camada até uma das faces da membrana, por onde emergem (Fig. 3.9). Outras, ao contrário, 
atravessam a dupla camada totalmente, daí serem chamadas transmembrana (Fig. 3.9). A extre­
midade carboxila dessas proteínas pode encontrar-se no lado citosólico da membrana e a extremi­
dade amina no lado não-citosólico. Essas extremidades se vinculam aos meios aquosos que ba­
nham as superfícies da membrana, por isso possuem um predomínio de aminoácidos hidrófilos. 
Ao contrário, as partes das proteínas integrais que se encontram entre os ácidos graxos dos fosfo­
lipídios apresentam maior proporção de aminoácidos hidrófobos. Comumente, a zona intramem­
branosa exibe uma estrutura secundária em hélice a, com sua superfície exterior hidrófoba em 
contato com os ácidos graxos , também hidrófobos (Fig. 3.10). 
Muitas proteínas transmembrana atravessam a dupla camada lipídica mais de uma vez - daí 
serem chamadas de proteínas de passagem múltipla - e, por isso, formam uma sucessão de al­
ças cujas curvas emergem por ambas as faces da membrana (Fig. 3.10). 
Algumas proteínas transmembrana se associam a outras para formar estruturas cilíndricas ocas, 
como as mostradas na Fig. 3.21. Seus aminoácidos se distribuem de tal maneira que a parede ex­
terior do cilindro oco - em contato com os ácidos graxos - resulta apolar, enquanto a superfície 
AS MEMBRANAS CELULARES • 43 
interna se acha coberta por grupos polares, os quais delimitam um túnel cujas bocas se abrem em 
ambos os lados da dupla camada. Jviais adiante, analisaremos as características destes túneis e sua 
importâr~g-~J2ara o transporte de solutos através das membranas. 
'-Devemos lembrar também que existem proteínas que se comportam como integrais - pois 
exigem métodos drásticos para serem removidas - porém que têm posições periféricás. Sua es­
tabilidade na membrana decorre do fato de se encontrarem unidas por ligações covalentes a um 
ácido graxo ou a um fosfatidilinositol , quer estejam no lado citosólico ou no lado não-citosólico, 
respectivamente (Fig. 3.10). 
Na Seção 3-7 veremos que muitas proteínas da membrana estão associadas aos carboidratos, 
ou seja, são glicoproteínas. Além disso, na membrana plasmática, quase todas as proteínas per­
tencem a esta categoria. 
3-5. As membranas celulares respondem ao modelo 
chamado de mosaico fluido 
Como os lipídios, as proteínas também podem girar em tomo de seus próprios eixos e se des­
locar lateralmente no plano da dupla camada. Elas foram comparadas com "icebergs" que flutu­
am na dupla camada lipídica. A esta propriedade dinâmica das membranas biológicas chama-se 
mosaico fluido. 
A capacidade de migrar pela dupla camada indicaria que as inter-relações químicas entre pro­
teínas e lipídios são e~. Entretanto, na maioria dos casos elas exibem certa estabilidade. 
Assim, os lipídios que rodeiam uma determinada proteína se mantêm associados a ela, o que pa­
rece ser importante para assegurar a configuração da proteína. Comumente, as proteínas da mem­
brana mostram propriedades diferentes quando sã.o encontradas nas membranas e quando foram 
isoladas e purificadas. Isto levou a reavaliar o ambiente lipídico no qual se encontram e a reconhe­
cer ::.existência de movimentos combinados das proteínas com os lipídios. Ademais, as atividades 
das proteínas poderiam variar por modificações nos lipídios anexos. 
Algumas proteínas da membrana plasmática têm sua mobilidade lateral restringida por esta­
rem unidas a componentes do citoesqueleto, os quais as imobilizam em determinados pontos da 
membrana (Cap. 5-24) (Fig. 5.31). Por outro lado, a junção oclusiva (Cap. 6-11) (Fig. 6.9) impede 
que as proteínas passem de um lado para outro do limite marcado por ela (Fig. 3.27)., 
3-6. A fluidez das proteínas na dupla camada lipídica foi comprovada 
mediante técnicas biológicas diferentes 
Vimos que a fluidez da membrana faz referênciaao deslocamento dos lipídios e das proteínas 
no plano da dupla camada. Esta fluidez foi comprovada mediante anticorpos ligados a fluorocro­
mos, que são fáceis de detectar pela microscopia de fluorescência (Cap. 23-25). Examinemos as 
seguintes experiências: 
Linfócitos foram tratados com anticorpos fluorescentes que se unem a receptores (proteínas) 
localizados em suas membranas plasmáticas e assim foi possível observar o desenvolvimento de 
uma espécie de capuz (Fig. 3.11). Este capuz é formado porque os receptores se deslocam pela 
membrana e se agrupam em um pólo da célula. Ademais, ali a membrana plasmática pode se 
invaginar para o citosol e formar vesículas de endocitose (Cap. 7-29) que também são detectadas 
com o microscópio de fluorescência. 
Se em um cultivo celular duas células de espécies diferentes (p.ex. , uma humana e outra de 
rato) são fundidas, obtém-se uma célula com dois núcleos chamada heterocarionte, que compar­
tilha os citoplasmas, os núcleos e as membranas plasmáticas das células participantes (Fig. 3.12) 
Fig. 3.11 Linfócito tratado com 
anticorpo fluorescente que se 
une a receptores protéicos da 
membrana plasmática. Observar 
o deslocamento dos receptores e 
seu agrupamento em um pólo da 
célula (o próximo ao complexo 
de Golgi), onde podem ingressar 
por endocitose. (De S. de Pretris 
e M. C. Raff.) 
44 • AS MEMBRANAS CELULARES 
Fig. 3.12 Obtenção de um 
heterocarionte ao se unir a duas 
células de espécies diferentes 
mediante o vírus Sendai 
inativado. 
Fig. 3.13 Esquema que ilustra o 
possível mecanismo molecular 
responsável pela fusão de duas 
membranas celulares. (De R. 
Schaier e P. Overath.) 
+ 
Célula humana Célula de rato 
Vírus 
--+ 
Sendai 
Heterocarionte 
(Cap. 21-4). A união das células é obtida com ajuda do vírus Sendai inativado ou do polietileno­
glicol, cujas propriedades fusógenas propiciam o contato e a integração das membranas plasmáti­
cas. Se previamente as células forem marcadas com outros anticorpos fluorescentes de cores dife­
rentes (como a fluoresceína, que é verde, e a rodamina, que é vermelha), após a fusão podem ser 
reconhecidas na membrana plasmática da heterocarionte as partes fornecidas por cada célula. No 
entanto, devido aos receptores marcados se deslocarem pela membrana, logo as duas cores se 
misturam em toda a superfície da célula. 
Na Fig. 3.13 é representado o possível mecanismo molecular de fusão de membranas. Quando 
se acham próximas entre si e sob a influência de elementos fusógenos (neste caso, o vírus Sendai 
ou o polietileno glicol) sucedem-se os seguintes fenômenos: 1) são despejadas as proteínas da mem­
brana, o que deixa as duplas camadas sem outro tipo de moléculas além dos lipídios; 2) as duplas 
camadas estabelecem um contato íntimo através de suas respectivas monocamadas confrontadas; 
3) essas camadas desaparecem e se desenvolve uma interfase de estruturas lipídicas hexagonais 
entre as duas monocamadas restantes (esta interfase parece ser essencial em todos os processos de 
fusão de membranas); 4) finalmente, a interfase desaparece e a fusão se completa. O mecanismo 
descrito ocorre em todos os processos fisiológicos de fusão de membranas e neles intervêm agen­
tes fusógenos presentes no citosol, descritos quando analisamos a dinâmica das vesículas trans­
portadoras no sistema de endomembranas (Cap. 7-41) e a fusão do espermatozóide com o ovócito 
(oócito) durante a fecundação (Cap. 19-19). 
Outro método utilizado para estudar o deslocamento lateral das proteínas no plano das mem­
branas é a técnica de recuperação da fluorescência após o fotobranqueamento, conhecida pela 
sigla FRAP (do inglês, fluorescence recovery after photobleaching). Aqui, certas proteínas da 
membrana são marcadas com fluorocromos e um pequeno setor da membrana é irradiado com 
raios laser. Esse setor "se embranquece", ou seja, fica sem fluorescência. No entanto, logo é inva­
dido por proteínas fluorescentes provenientes das regiões não irradiadas. A velocidade de recupe­
ração da fluorescência pode ser calculada mediante o índice chamado "coeficiente de difusão''. 
3- 7. Os carboidratos das membranas celulares fazem parte 
de glicolipídios e de glicoproteínas 
As membranas celulares contêm entre 2 e 10% de carboidratos. Estes se encontram ligados 
covalentemente a lipídios e a proteínas da membrana, ou seja, sob a forma.de glicolipídios e.gli­
coproteínas (Fig. 3.14). 
Os glicolipídios classificam-se em cerebrosídios e gangliosídios (Cap. 2-7). Os cerebrosídios 
são formados pela união de uma galactose ou de uma glicose com a ceramida (Fig. 2.21). A estru­
tura dos gangliosídios é similar, porém o carboidrato não é um monossacarídeo e sim um oligos­
sacarídeo que contém um a três ácidos siálicos (Fig. 2.22). 
Por outro lado, as glicoproteínas da membrana contêm oligossacarídeos ou polissacarídeos. 
AS MEMBRANAS CELULARES • 45 
Os oligossacarídeos estão ligados às proteínas por ligações N-glicosídicas ou 0-glicosídicas 
(Cap. 2-6) (Figs. 2.7 e 2.8). Habitualmente, os monômeros que se localizam na periferia dos oli­
gossacarídeos são ácidos siálicos. Uma proteína pode conter uma ou várias cadeias oligossacarí­
dicas (Fig. 3.14). 
Os polissacarídeos ligados às proteínas são glicosaminoglicanas (uma ou várias por proteí­
nas) e são formadas glicoproteínas chamadas proteoglicanas (Cap. 2-6) (Figs. 2.10 e 2.11). Nos 
Caps. 6-3 e 7-18, veremos que muitas proteoglicanas são transferidas para o meio extracelular, 
onde são abundantes. No entanto, algumas regressam à célula e se instalam na membrana plasmá­
tica como glicoproteínas periféricas. Assim, podemos dizer que estas proteoglicanas são molécu­
las recuReradas pela célula. 
Fig. 3.14 Presença de 
carboidratos (integrantes de 
glicolipídios e glicoproteínas) 
na face não-citosólica das 
membranas celulares. 
3-8 ... Os carboidratos cumprem funções relevantes nas membranas celulares -.,._;! 
Os carboidratos dos glicolipídios e das glicoproteínas que se localizam na superfície não-cito­
sólica (ou luminal) da membrana das organelas que integram o sistema de endomembranas cum­
prem diversas funções. Os correspo!ldentes à membrana dos lisossomos, por exemplo, a prote­
gem das enzimas hidrolíticas presentes no interior da organela (Cap. 7-33). 
Os cárboidratos dos glicolipídios e das glicoproteínas que se localizam na face externa da 
, membrana plasmática formam uma cobertura chamada glicocálice (Fig. 3.14). Suas funções são 
as seguintes: 
1) Protegem a superfície da célula de agressões mecânicas e químicas. Por exemplo, o glicocá­
lice das células situadas na superfície da mucosa intestinal as protege do contato com os alimen­
tos e dos efeitos destrutivos das enzimas digestivas. 
2) Devido à presença de _ácidos siálicos em muitos dos oligossacârídeos do glicocálice, a carga 
elétrica em sua suµerfície_é.negativa. Isso atrai os cátions do meio extracelular, que ficam retidos 
na face externa da célula. Esta condição é importante particularmente nas células nervosas e nas 
mu_SDllares, já que necessitam incorporar grande quantidade de Na+ de fácil disponibilidade du­
rante a despolarização de suas membranas. 
3) Alguns oligossacarídeos do glicocálice são necessários para os processos de r_ec9nhecimen-
to e de adesão celular (Caps. 6-8 e 6-9). - -
4) A membrana plasmática que circunda várias vezes o axônio de alguns neurônios para for­
mar a bainha de mielina contém quantidade abundante de glicolipídios que contribuem para o iso­
lamento elétrico do axônio. 
' 5) A.._e.sp_ecificidade-do_s~e grupos sangüíneos é determinada por certos oligossa­
carídeos muito curtos e parecidos entre si, presentes na membrana plasmática das hemácias. Estes 
oligossacarídeos somente diferem por seus monômeros terminais e são ligados a uma proteína 
transmembrana: ou a uma ceramida, como mostra a Fig. 3.15. Assim, nas hemácias pertencentes 
ao grupo A, o monossacarídeo terminal da cadeia oligossacarídica é a N-acetilgalactosamina e 
nas do grupo B é a galactose; quando estes monossacarídeosda célula vegetal, 56 
4. O CITOSSOL 
Componentes, 59 
Chaperonas, 61 
Proteassomas, 62 
·*~. O CITOESQUELETO. Forma e motilidade ~ 
Componentes, 65 
Filamentos intermediários, 65 
Microtúbulos, 68 
Centrossoma, 68 
Cílios, 73 
Corpos basais e centríolos, 75 
Filamentos de actina, 77 
Motilidade celular, 82 
Microvilosidades, 86 
Contratilidade muscular, 87 
Citoesqueleto da hemácia, 91 
xii • CONTEÚDO 
.6. A JUNÇÃO DAS CÉLULAS ENTRE SI E COM A MATRIZ 
EXTRACELULAR ' Á 
Matriz extracelular, 95 
Uniões das células com a matriz extracelular, 98 
Uniões transitórias entre as células, 98 
Uniões estáveis entre as células, 100 
As conexões entre as células vegetais , 104 
7. O SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS. Digestão e secreção ('.)" 
Componentes, 107 
Retículo endoplasmático, 108 
Complexo de Golgi, 109 
Funções do retículo endoplasmático e do complexo de Golgi, 111 
Secreção celular. Exocitose, 123 
Endossamos. Endocitose, 125 
Lisossomos. Digestão celular, 129 
Vesículas transportadoras, 131 
O sistema de endomembranas na célula vegetal, 138 
~8. AS MITOCÔNDRIAS. Energia celular I 
Processos bioenergéticos, 141 
Descrição geral e estrutura das mitocôndrias, 146 
Funções das mitocôndrias, 149 
Mitocôndrias das células de gordura parda, 154 
Reprodução das mitocôndrias, 155 
DNA mitocondrial, 156 
Provável origem das mitocôndrias, 157 
9. OS CLOROPLASTOS. Energia celular II 
Tipos de plastídios, 159 
Estrutura dos cloroplastos, 160 
Fotossíntese, 162 
Biogênese dos cloroplastos, 166 
'lt 10. OS PEROXISSOMAS. Desintoxicação celular 
Conteúdo dos peroxissomas, 169 
Funções, 169 
Reprodução, 170 
Os peroxissomas nas células vegetais, 171 
"til. A COMUNICAÇÃO INTERCELULAR E A TRANSMISSÃO 
INTRACELULAR DE SINAIS 
Formas de comunicação entre as células, 173 
Induções celulares mediadas por receptores citosólicos, 175 
Induções celulares mediadas por receptores localizados na membrana plasmática, 177 
Receptores de membrana que adquirem atividade enzimática ou que ativam enzimas, 178 
Receptores de membrana acoplados a proteínas G, 181 
12. O NÚCLEO '~1-\ 
Descrição geral, 193 
Envoltório nuclear (cario teca), 193 
Cromossomos, 198 
Eucromatina e heterocromatina, 202 
Cariótipo, 203 
13. OS GENES 
Introdução, 209 
Código genético, 21 1 
Composição dos genes, 213 
14. A TRANSCRIÇÃO DO DNA 01t-­
Definição, 217 
Transcrição dos genes dos RNA mensageiros, 219 
Regulação da atividade de genes que codificam RNA mensageiros, 220 
Transcrição do gene do RNA ribossômico 45S , 228 
Transcrição do gene do RNA ribossômico 5S, 228 
Transcrição dos genes dos RNA de transferência, 229 
Transcrição dos genes dos RNA pequenos, 229 · 
Transcrição dos genes do RNAxist, do RNAte e dos miRNA (microRNA), 230 
Transcrição dos genes nas células procariontes, 230 
15. O PROCESSAMENTO DO RNA º"" 
Processamento dos RNA mensageiros, 237 
Regulação do processamento dos RNA mensageiros, 241 
• Processamento do RNA ribossômico 45S , 242 
Nucléolo, 243 
Processamento do RNA ribossômico 5S , 244 
Processamento dos RNA de transferência, 245 
Processamento dos RNA pequenos, 245 
'\( 
Processamento do RNAxist, do RNAte e dos miRNA, 246 
16. A TRADUÇÃO DO RNAm. Síntese de proteínas t 0~ 
Descrição geral e código genético, 247 
Tipos de RNA de transferência, 249 
Aminoacil-RNAt sintetase, 250 
Ribossomas, 251 
As etapas da síntese protéica, 253 
Regulação da tradução dos RNA mensageiros e da degradação das proteínas, 258 
17. A REPLICAÇÃO DO DNA. Mutação e reparo e,._, 
Replicação do DNA. Descrição geral, 263 
Origens de replicação, 264 
Replicação contínua e descontínua, 267 
Replicação do DNA nos telômeros, 27 1 
Funções das topoisomerases, 273 
Mutação do DNA, 275 
Reparação do DNA, 277 
Transposição de seqüências de DNA, 279 
, 18. A MITOSE. Controle do ciclo celular 
Mitose, 283 
Descrição geral da mitose, 284 
Fases da mitose, 285 
Centrossomas, 287 
, ,:r 
CONTEÚDO • xiii 
xiv • CONTEÚDO 
Cinetocoros, 288 
Fuso mitótico, 289 
Citocinese, 291 
A mitose nas células vegetais, 291 
Controle do ciclo celular, 293 
Protooncogenes, oncogenes e genes supressores de tumores, 297 
19. A MEIOSE. Fecundação 
A meiose e a reprodução sexual, 301 
Diferenças entre a mitose e a meiose, 301 
Descrição geral da meiose, 302 
Fases da meiose, 304 
Conseqüências genéticas da meiose, 312 
Fecundação, 314 
Fases da fecundação, 315 
A meiose nas células vegetais e a reprodução das plantas, 320 
20. AS BASES DA CITOGENÉTICA 
Leis da herança mendeliana, 323 
Aberrações cromossômicas, 327 
Aberrações cromossômicas na espécie humana, 330 
Pápel dos cromossomos na evolução, 333 
21. A DIFERENCIAÇÃO CELULAR 
Características gerais, 335 
Interações nucleocitoplasmáticas, 336 
Determinantes citoplasmáticos, 338 
Valores posicionais das células embrionárias, 341 
Estabelecimento do plano corporal, 341 
Fenômenos indutivos, 342 
O estabelecimento do plano corporal na Drosophila, 345 
Genes responsáveis pela formação do plano corporal, 346 
22. A MORTE CELULAR 
Definição e características gerais, 349 
Apoptose por supressão de fatores tróficos, 350 
Apoptose por ativação de receptores específicos, 352 
Apoptose devida a mutações no DNA, 353 
23. OS MÉTODOS DE ESTUDO EM BIOLOGIA CELULAR 
Microscopia óptica, 357 
Microscopia eletrônica, 362 
Estudo das células vivas, 366 
€itoquímica, 367 
Imunocitoquímica, 368 
Radioautografia, 369 
Fracionamento celular e molecular, 370 
Análise molecular do DNA e engenharia genética, 373 
Análise da função dos genes, 381 
ÍNDICE ALFABÉTICO, 385 
A célula 
L 
ODUÇÃO 
As cél ulas são as estruturas com as quais os organismos 
vivos são construídos 
O esrudo do universo biológico mostra-nos que a evolução produziu uma imensa diversidade 
= as viventes. Existem cerca de quatro milhões de espécies de animais, vegetais, protozoá­
térias, cujos comportamentos, morfologias e funções diferem entre si. Entretanto, no nível 
~ar e celular, estes seres vivos apresentam um plano mestre de organização único. O cam­
. biologia celular e molecular é, precisamente, o estudo desse plano de organização unifica­
em outri,!S palavras, é a análise das moléculas e dos componentes celulares com os quais se 
;;rroem todas as formas de vida. 
_.\célula é a unidade estrutural e funcional fundamental dos seres vivos, assim como o átomo 
"dade fundamental das estruturas químicas. Se, por algum meio, a organização celular for 
'da, a função da célula também será alterada. 
Os e tudos bioquímicos demonstraram que a matéria viva é composta pelos mesmos elemen­
ue constituem o mundo inorgânico, embora com diferenças em sua organização. No mundo 
- ado, existe uma tendência contínua para o equilíbrio termodinâmico, no curso do qual são 
;::;:;uduzidas transformações eventuais entre a energia e a matéria. Ao contrário, nos organismos 
. existe um ordenamento manifestado nas transformações químicas, de modo que as estrutu­
- e as funções biológicas não se alteram. 
_·o Cap. 23, são descritos ordenadamente os métodos de estudo que proporcionarão os conhe­
entos essenciais sobre a estrutura íntima das células e permitirão descobrir a organização 
lular até um nível molecular. 
O pre ente capítulo tem como objetivos principais oferecer uma introdução ao estudo das es­
e das funções da célula e apresentar a nomenclatura dos componentes celulares. Após 
ionar os níveis de organização concernentes à biologia, descreveremos a organização estru­
do procariotas e dos eucariotas - os dois tipos principais de organismos vivos - e serão 
illlaladas suas semelhanças e diferenças. Também o leitor será introduzido nos processos gerais 
- divi ões mitótica e meiótica das células . 
. .\través da atenta leitura deste capítulo, o leitor obterá uma visão geral da célula, que servirá de 
para a aprendizagem do material apresentado no restante do livro. · 
EIS DE ORGANIZAÇÃO 
-2. Níveis de organizàção em biologia celular e poder 
resolutivo dos instrumentos utilizados 
O estudos modernos da matéria viva demonstram que as manifestações vitaisterminais estão ausentes, as hemáci­
as pertencem ao grupo sangüíneo O (Fig. 3.15). 
6) Nas células tumorais malignas foram observadas alterações em alguns oligossacarídeos da 
membrana, ;-que levou a crer queis to influi na conduta anômala que elas assumem. Acredita-se 
que alterem a r~cg?ção dos sinais que controla~ divi_sões_celulares. 
7) Algumas toxinas, bactérias e vírus se unem a oligossacarídeos específicos presentes na 
membrana plasmática das células que atacam. Por exemplo, sabemos que algumas bactérias unem­
se às manoses de oligossacarídeos da membrana plasmática das células que infectam, como uma 
etapa prévia de sua invasão. Por outro lado, para inici-ar suas ações patogênicas, algumas toxinas 
- como as que são elaboradas pelas bactérias do cólera, do tétano, do botulismo e da difteria -
unem-se seletivamente a oligossacarídeos de gangliosídios presentes na superfície celular. 
46 • AS MEMBRANAS CELULARES 
Fig. 3.15 Oligossacarídeos da 
membrana plasmática da 
hemácia, determinantes dos 
grupos sangüíneos O, A e B. 
• Glicose • • 
• Galactose 
• N-Acetilglicosamina 
'\ f ( • N-Acetilgalactosamina I \ ( 1 
• Fucose 
\ \ 1 \ 1\ ' 1 \ 
GRUPO SANGÜÍNEO: o A 8 
8) Em algumas células, determinadas proteínas do glicocálice têm propriedades enzimáticas. 
Por exemplo, diversas glicoproteínas pertencentes ao glicocálice das células que revestem o in­
testino são peptidases e glicosidases que têm por função completar a degradação das proteínas e 
dos carboidratos ingeridos, iniciada por outras enzimas digestivas. 
PERMEABILIDADE DAS MEMBRANAS CELULARES 
3-9. Os solutos e as macromoléculas atravessam as membranas celulares 
mediante mecanismos diferentes 
Existe um fluxo contínuo de substâncias que entram e saem da célula e circulam por seu inte­
rior. Para tanto, os solutos (ou seja, os íons e as moléculas pequenas) devem passar através das 
membranas celulares; tal fenômeno é denominado permeabilidade e será estudado nas próximas 
seções deste capítulo. 
No que diz respeito às macromoléculas, para atravessar as membranas algumas utilizam ca­
nais protéicos especiais chamados translócons, outras passam por poros de composição sofistica­
da e outras se valem de vesículas pequenas. Estas transferências serão analisadas nos capítulos 
dedicados ao sistema de endomembranas (Caps. 7-1 e 7-12), à mitocôndria (Cap. 8-28), ao 
peroxissoma (Cap. 10-5) e ao envoltório nuclear (Cap. 12-4). 
3-1 O. A passagem de solutos através das membranas celulares 
pode ser passiva ou ativa 
O intercâmbio incessante de solutos entre o meio que rodeia a célula e o citosol e entre este 
e o interior das organelas é realizado através da membrana plasmática e das membranas dessas . 
organelas, respectivamente. Conforme o caso, a passagem ocorre sem gasto de energia ou por 
mecanismos que necessitem de energia. Quando não há consumo de energia, o processo é 
denominado transporte passivo; o processo que depende de energia é denominado transporte 
ativo. 
O transporte passivo ocorre por meio dos componentes da dupla camada lipídica ou pelas 
estruturas especiais, constituídas por proteínas transmembi-anas organizadas para a passagem dos 
solutos (Fig. 3.16); estas estruturas são de dois tipos: os canais iônicos e as permeases, chamados 
também transportadores. O transporte passivo através da dupla camada lipídica é denominado 
difusão simples, e o que é realizado através dos canais iônicos e das permeases leva o nome de 
difusão facilitada. 
O transporte ativo ocorre exclusivamente por meio de permeases (Fig. 3.16). 
- 3-11. O transporte passivo dos solutos ocorre por difusão 
Quando se dissolve o soluto em um solvente, as partículas do primeiro se dispersam de forma 
progressiva por todo o solvente até ficarem uniformemente distribuídas. O movimento do soluto 
- chamado difusão - é realizado dos locais em que está mais concentrado para os de menor 
concentração, com uma velocidade proporcional à diferença entre as concentrações (Fig. 3.17). 
Esta diferença é denominada gradiente de concentração. Se o soluto possui carga elétrica, ainda 
se move pelo gradiente de voltagem ou potencial elétrico que se estabelece entre os diferentes 
pontos da solução. A soma dos gradientes de concentração e de voltagem é conhecida como gra-
AS MEMBRANAS CELULARES • 47 
••• ••••• •••• •••• • • 
Q)i.~ e E 
.~ '5 
"O rr 
~ e 
(.'.) ãí 
Qi 
• • 
Dupla 
camada 
lipídica 
• 
Difusão 
simples 
Canal 
iônico 
• 
Difusão 
facilitada 
••••• ::.::• ----. .... ~ 
º\ \ 
Permease Permease 
• 
Difusão Transporte 
facilitada ativo 
• • • • • 
• • • • • 
• • • • • 
• • • • • 
diente eletroquímico. A difusão a favor desses tais gradientes é um processo que ocorre esponta­
neamente, sem gasto de energia; daí resulta a denominação transporte passivo. 
3-12. A difusão simples ocorre através da dupla camada lipídica 
O transporte ativo de solutos também pode ocorrer entre compartimentos aquosos separados l 
por membranas semipermeáveis, como é o caso das duplas camadas lipídicas das membranas 1 
celulares. Este tipo de transporte é denominado difusão simples. Essas membranas são chamadas 1o 
semipermeáveis porque os solutos são obrigados a "driblar" a peneira fina que representa sua du­
pla camada de lipídios. 
As substâncias que se dissolvem nos lipídios atravessam a zona hidrófoba das membranas com 
certa facilidade. Existe uma relação linear direta entre a solubilidade nos lipídios de uma substân­
cia e sua velocidade de difusão através das membranas semipermeáveis. Tal relação se expressa 
mediante o coeficiente de partição óleo-água, que é medido agitando o soluto em uma mistura de 
ambos os líquidos. Quando as duas fases são separadas, a concentração da substância dissolvida é 
determinada em cada uma delas . A relação concentração do soluto em óleo/concentração do solu­
to em água dá o valor do coeficiente de partição. 
As moléculas não-polares pequenas - como 0 2, C02 e N2 - difundem-se livremente através} 
das duplas camadas lipídicas (Fig. 3.18). Também o fazem compostos lipossolúveis de maior ta­
manho, como, por exemplo, os ácidos graxos e os esteróides. Apesar de serem moléculas polares, 
o glicerol e a uréia· atravessam facilmente as membranas celulares porque são pequenas e não 
possuem carga elétrica. . 
A dupla camada lipídica das membranas celulares permite a passagem de água por difusão 
simples. Como a água constitui o solvente no qual estão dissolvidos os solutos e dispersas as 
N2 Uréia Nucleotídeos 
C~2 
, Esteróides Aminoácidos 
H 0 Acides graxos G\icose 
2 Glicerol lo~ 
HHTIHHTIHTI1HHTITIHTIH~1TIHTITITIHHTITIHHHH 
~~g~~g~gg~gg~gMgg~gg~~Qgg~y~g 
Fig. 3.16 Diferentes mecanismos 
e estruturas membranosas 
utilizados pelos solutos para 
atravessar as membranas da 
célula . 
Fig. 3.17 Difusão de uma 
substância dissolvida em um 
solvente. 
Fig. 3.18 Solutos que atravessam 
as membranas da célula por 
difusão simples. 
.. 
' 
48 • AS MEMBRANAS CELULARES 
Fig. 3.19 Velocidades do fluxo 
dos solutos ao atravessar uma 
membrana por difusão simples e 
difusão facilitada, segundo seus 
gradientes de concentração. 
- Difusão simples 
--- -- --- --:-- - -7''---1 - Difusão facilitada 
Concentração do soluto 
macromoléculas, o sentido do movimento das moléculas aquosas depende do gradiente osmóti­
co entre ambos os lados da membrana. Na Seção 3-16, serão analisados outros aspectos vincula­
dos à passagem de água através das membranas celulares. 
A difusão das moléculas polares através da dupla camada lipídica é tanto menor quanto maior 
for o seu tamanho; as hexoses, os aminoácidos ·e os nucleotídeos, por exemplo, praticamente não 
se difundem. Quanto aos íons, dada a sua carga elétrica, unem-se a várias moléculas de água, o 
que os impede de atravessar a dupla camada lipídica por menor que sejam (no Cap. 2-2 vimos que 
a água se comporta como um dipolo). 
A difusão simples ocorre de forma espontânea, com uma velocidade diretamente proporcional 
à diferença de concentração (ou gradiente)do soluto entre um e outro lado da membrana, como se 
observa no gráfico da Fig. 3.19. Devemos assinalar que a inclinação da reta depende do grau de 
permeabilidade da membrana ao soluto. Como vimos, o sentido da difusão depende do lado em 
que o soluto esteja mais concentrado. 
3-13. A difusão facilitada ocorre através de canais iônicos e de permeases 
A maioria das substâncias que atravessa as membranas celulares a favor dos gradientes - ou 
seja, sem gasto de energia - o faz a uma velocidade maior que a esperada se sua passagem for 
j por difusão simples. A diferença é explicada pela presença de certos componentes protéicos da 
l membrana chamados canais iônicos e permeases,1 pelos quais se facilita - embora também se 
regule - a transferência dos solutos de um lado a outro da membrana. 
O sentido da difusão é realizado sempre a favor dos gradientes de concentração e voltagem. 
~
Assim, diante da intervenção desses gradientes , o sentido da difusão também se inverte. Como 
vemos, na difusão facilitada, a força que impulsiona a mobilização das partículas do soluto é o 
gradiente e, portanto, não consome energia. Desse ponto de vista, a difusão facilitada é similar à 
difusão simples; a diferença reside em que na primeira participam estruturas protéicas regulado­
-as e na segunda não. 
Durante o transporte passivo de solutos por difusão facilitada, os complexos soluto-canal iôni­
co e soluto-permease mostram características de especificidade e saturabilidade similares às do 
complexo enzima-substrato. Assim, se em um sistema de coordenadas representarmos a veloci­
dade do fluxo em função da concentração de soluto, obtém-se uma curva hiperbólica, que marca 
uma notável diferença com a relação linear direta da difusão simples (Fig. 3.19). A hipérbole é 
semelhante à derivada da atividade enzimática em função_;ia concentração do substrato (Fig. 2.34 ). 
lTal comportamento indica que o processo é saturável. Quando em um canal iônic9 ou em uma 
permease se alcança a velocidade máxima de fluxo , esta já não aumenta por mais que se incremente 
a concentração do soluto. / 
Igualmente ao caso das enzimas, pode-se definir a constante Km como a concentração de soluto na 
qual se alcança metade da velocidade máxima do fluxo. Na maioria das circunstâncias, o valor Km 
tem uma relação inversa com a afinidade do transportador pelo soluto. Quanto menor o valor de K111 , 
maior é a afinidade e vice-versa. Em conseqüência, neste tipo de sistema a velocidade de fluxo do 
soluto pode ser expressa mediante uma equação similar à empregada para as enzimas (Cap. 2-15): 
1máx [S] 
] = ----
Km+ [S] 
onde J é a velocidade de fluxo; Jmáx• a velocidade máxima do fluxo; [S] a concentração do soluto 
e Km a concentração de soluto na qual o fluxo é igual à metade do máximo. 
1N.T.: Também conhecidas como transportadoras ou , em inglês, carrier. 
AS MEMBRANAS CELULARES • 49 
Como ocorre com as enzimas, existem substâncias que possuem estruturas moleculares seme­
lhantes às dos solutos e que podem se unir aos canais iônicos e às permeases e produzir inibições 
competitivas (Cap. 2-17). Também ocorrem inibições do tipo não competitivo. 
3-14. Existem dois tipos de canais iônicos, os dependentes de ligante e os 
dependentes de voltagem 
Os canais iônicos são poros ou túneis hidrófilos que atravessam membranas, formados por '\ 
proteínas integrais transmembrana geralmente do tipo passagem múltipla. 
Existem canais iônicos em todas as células, tanto na membrana plasmática como na membrana L 
das organelas. São altamente seletivos , de modo que existem canais específicos para cada tipo de ' 
íon (Na+, K+, Ca2+, c1- etc.). Os mais abundantes nas membranas plasmáticas são os canais 
para K+. _; 
O fluxo de um íon é impulsionado pelo gradiente eletroquímico, resultante, como vimos, do 
r somatório dos gradientes de concentração e de voltagem entre ambos os lados da membrana. No 
Quadro 3.1 estão informadas as concentrações dos principais íons dentro e fora da célula. Nor­
malmente, o lado citosólico da membrana plasmática é eletronegativo com relação ao lado exte­
rior, o que favorece a entrada- ou dificulta o escape- dos íons com carga positiva. Com os íons 
negativos, se dá a situação inversa. Por exemplo, o gradiente de voltagem se opõe à saída de K+ 
da célula, enquanto o gradiente de concentração a favorece. Quando estas forças opostas se equili­
bram, o gradiente eletroquímico é igual a zero e o fluxo do íon é interrompido. 
O potencial de equilíbrio de um íon pode ser calculado ao conhecer sua concentração no inte­
rior da célula e no meio extracelular mediante a equação de Nernst: 
RT Ce RT Ce 
V = --- ln - = 2,303 -- ~ log - ' 
zF Ci zF Ci 
onde V é o potencial de equilíbrio (em volts); R é a constante dos gases (1 .987 cal · mo1- 1 
• ºK- 1
); 
Té a temperatura absoluta; F, a constante de Faraday (2,3 X 10-4 cal· v- 1); z, a carga do íon e Ce 
e Ci são as concentrações extracelular e intracelular do íon. 
A maioria dos canais iônicos não está aberta de forma permanente, pois conta com um dispo­
sitivo de abertura e fechamento semelhante ao de uma "comporta", acionado por dois tipos de 
fatores (Fig. 3.20): alguns canais abrem sua "comporta" em resposta a uma mudança no potencial 
elétrico da membrana e outros quando lhes chega uma substância indutora (ligante) pelo lado ci­
tosólico ou pelo lado não-citosólico (Caps. 11-2e11-18). Aos primeiros dá-se o nome de canais 
dependentes de voltagem; aos segundos, canais dependentes de ligante. A partir do exposto, 
para que seja produzida a passagem de soluto através de um canal iônico não somente é necessá­
ria a existência de um gradiente eletroquímico, mas também um estímulo apropriado, o qual, con­
forme o caso, corresponde a uma alteração no potencial de membrana ou à chegada de uma subs­
tância indutora (ligante). 
A estrutura de um canal iônico assemelha-se a um cilindro oco que atravessa a membrana. Seu l 
dueto central estreita-se e dilata-se de forma semelhante a uma ampulheta, de modo que possui :' 
bocas amplas de acesso e de saída. Em um ponto, o dueto alcança um diâmetro muito pequeno; 0 
esta zona dá especificidade ao canal, uma vez que é nela que se produz o reconhecimento do íon 
segundo seu tamanho e sua carga. 
A parede do cilindro é formada por várias proteínas transmembrana, quatro nos canais regula­
dos por alterações de voltagem e cinco nos canais dependentes de ligante (Fig. 3.21). 
Os canais iônicos mais bem estudados são os das células nervosas; foram inclusive clonados 
os genes que codificam suas proteínas e analisada a seqüência de seus nucleotídeos. Isso permitiu 
Quadro 3.1 Concentração dos principais íons nos meios intracelular e extracelular 
Intracelular Extracelular 
Na+ 12 145 
K + 140 4 
Mg2+ 0,5 1,5 
Ca2+em gradientes eletroquímicos. 
Os transportadores móveis aprisionam o íon em um lado da membrana, englobam-no no inte­
rior de suas moléculas, giram 180º na dupla camada lipídica e o liberam do outro lado da membrana 
(Fig. 3.22A). A este grupo pertence o antibiótico valinomicina, um peptídeo cíclico que transfere 
K+. Outro ionóforo desta classe é o chamado A 23187, que transfere Ca2+ e Mg2+; é utilizado em 
experiências nas quais se deseja aumentar rapidamente a concentração intracelular de Ca2+ . 
Os ionóforos formadores de canais são duetos hidrófobos que permitem a passagem de cátions 
rrionovalentes (H+, Na+, K+). A este grupo pertence a gramicidina A, um antibiótico oligopeptídico 
composto por 15 aminoácidos; tem uma configuração helicoidal e o dueto que se encontra no inte­
rior da hélice constitui o poro. Seu curto comprimento toma necessária a participação de duas molé­
culas consecutivas para "construir" um poro transmembrana contínuo (Fig. 3.22B). 
3-1 Gj As aquaporinas são canais específicos que permitem a passagem 
VLseletiva de água 
Embora não se trate de canais iônicos, é oportuno analisar aqui um dispositivo molecular que 
possibilita a passagem de água através de algumas membranas celulares. 
Em vários tipos de células - particularmente nas hemácias e nas células epiteliais dos plexos 
coróides, da vesícula biliar e do túbulo proximal do néfron - a membrana é excepcionalmente 
permeável à água, muito mais do que o esperado se o seu transporte se realizasse exclusivamente 
AS MEMBRANAS CELULARES • 51 
mediante o mecanismo de difusão simples analjsado na seção 3-12. Isso é devido à presença de 
canais de passagem especiais conhecidos com o nome de aquaporinas. 
As aquaporinas são constituídas por quatro proteínas de 28 kDa iguais entre si (menos uma, 
que é glicosilada), denomjnadas CHIP (do inglês, channel-fo rming integral protein), cada uma 
das quais é composta de seis hélices a -transmembrana. Como mostra a Fig. 3.23, na formação da 
parede do canal intervêm somente as duas a hélices intermediárias de cada CHIP. Embora se sai­
ba que a passagem de água através das aquaporinas é realizada sem a companhia de íons nem de 
outro tipo de solutos, não se conhecem as bases dessa especificidade. 
3-17. Existem diferentes tipos de permeases passivas envolvidas nos 
processos de monotransporte, co-transporte e contratransporte 
Como nos canais iônicos , a parede das permeases é comumente composta por várias proteínas I 
transmembrana de passagem múltipla. Cada permease possui locais de ligação específicos para 
um ou dois tipos de solutos, acessíveis de uma ou de ambas as faces da dupla camada. A fixação 
de soluto produz uma alteração conformacional na permease, graças a qual é transferido um ma-
terial para o outro lado da membrana (Fig. 3.24) . .-1 
Nesta seção analisaremos somente as permeases que permitem a passagem passiva de solutos, 
correspondente ao mecanismo de difusão facilitada. O esclarecimento se deve ao fato de que a 
célula possui proteínas transportadoras similares , porém conformadas para a passagem ativa de 
solutos com gasto de energia (Seção 3-18). 
Existem três tipos de permeases (Fig . 3.25) : 1) a~ue transferem um único tipo de soluto; esta 
forma de transferência chama-se monotransporte (em inglês, uniport); 2) as que transportam c!.2_is 
tipos de solutos.§imultanearn~nte ambos no mesmo sentido; este meca_n_ismo é d~nominado_co­
ffansporte (symport) ; 3) as que transferem dois tipos de solutos em sentidos contrários; este tipo 
de_trans:krência recebe o nome-de contratransporte (antiport) . Devemos assinalar que no co­
transporte e no contratransporte, as transferências de todos os solutos se acham acopladas obriga­
toriamente, quer dizer, uma não ocorre sem a outra. 
São exemplos de-difusão facilitada mediante permeases: 1) o monotransporte de glicose e o 
co-transporte de NQ gliÇ_Qt>e na membrana plasmática das células da mucosa intestinal (Seção ;. 
3-21); 2) o cóntratránsporte de Na+ e H + através da membrana plasmática de quase todos os tipos 
de células; 3) o contratransporte de c1- e HC03- por uma permease da membrana plasmática das 
hemácias, chamada banda 3 (Cap. 5-36); 4) o contratransporte de ADP e ATP pela membrana 
interna da mitocôndria (Cap. 8-16) (Fig. 8. 10). 
3-18. O transporte ativo necessita de energia 
Quando o transporte de soluto é realizado no sentido contrário de seu gradiente de concentra­
ção ou de voltagem, isto só é possível com gasto de energia, motivo pelo qual este tipo de passa­
gem é chamado transporte ativo. 
• • • • 
nm~ 
ggg~ 
~wm 
~ggg 
fimc)mn 
~gg~ ~gg~ 
rrmc)wm 
~~~g ~ggg 
• 
Monotransporte Co-transporte Contratransporte 
• • • • ••• • •••• 
•• • •• ••• • • • • 
Fig. 3.23 Aquaporina. Corte 
transversal passando pelo plano 
da membrana. Observar as 
quatro CHIP e o canal aquoso 
central. Cada ponto representa 
uma hélice a transmembrana. 
Fig. 3.24 Esquema que 
representa uma permease e o 
modo como os solutos a 
atravessam . 
Fig. 3.25 Tipos de permeases 
sendo atravessadas por um ou 
por dois solutos e as direções 
que eles tomam. 
\. 
52 • AS MEMBRANAS CELULARES 
Fig. 3.26 Na+K+-ATPase ou 
bomba de Na+K+. 
O transporte ativo ocorre por meio das permeases chamadas bombas, e neste caso, também 
existem formas de monotransporte, co-transporte e contratransporte. Além disso, o transporte 
ativo de solutos apresenta as mesmas características de especificidade e saturabilidade assina­
ladas para a difusão facilitada , embora difira desta por ser realizado contra o gradiente do so­
luto. 
Existem inúmeros exemplos de permeases envolvidas nos processos de transporte ativo. Nas 
próximas seções descreveremos algumas delas, representativas da maioria. 
3-19. A bomba de Na+K+ é um sistema de contratransporte 
Um dos sistemas de transporte ativo mais importantes é o que estabelece as diferenças nas 
concentracões de Na- e K- entre o interior da célula e o líquido extracelular, que por isso é res­
ponsável pela manutenção do potencial elétrico da membrana plasmática. É denominado bomba 
de Na+K+ ou Na+K+ -ATPase e tem por função expulsar Na+ para o espaço extracelular e intro­
duzir K+ no citosol (Fig. 3.26). Levando-se em conta que transfere solutos diferentes em sentidos 
contrários, trata-se de um sistema de contratransporte. 
A bomba de Na+K+ é um complexo constituído por quatro subunidades - duas a e duas 13 
(a2 132) - que são proteínas integrais da membrana plasmática. Cada subunidade a possui uma 
massa de cerca de 100 kDa e atravessa a membrana umas oito vezes. Ao contrário, cada subuni­
dade 13 é uma glicoproteína de cerca de 45 kDa com várias cadeias oligossacarídicas na extremi­
dade voltada para a face não-citosólica da membrana. Os lipídios da dupla camada vizinhos das 
quatro cadeias polipeptídicas influenciariam no funcionamento da bomba, já que esta é inativada 
quando, após isolada, são extraídos os lipídios que a acompanham. 
As subunidades ex têm locais específicos para fixação do Na+ em suas extremidades citosó­
licas, além de locais reservados para a ligação de K+ em suas extremidades externas. As trans­
ferências de Na+ para o exterior e de K+ para o citosol estão acopladas: uma não pode ser rea­
lizada sem a outra. Conseqüentemente, o funcionamento da bomba provoca o intercâmbio de 
Na+ intracelular por K+ extracelular; ambos os flu xos são realizados contra os seus respectivos 
gradientes. 
O sistema necessita de energia, que é obtida pela hidrólise de ATP. Para tanto , a Na+K+ -
ATPase catalisa essa hidrólise mediante uma reação que necessita da presença não somente de 
Na+ e de K+ mas também de Mg2+ . O ATP se une a um sítio específico da subunidade a na 
face citosólica da membrana e sua hidrólise se encontra acoplada ao transporte dos íons. Cada 
ATP que é hidrolisado possibilita o transporte dê três Na+ para o espaço extracelular e de dois 
K+ para o citosol. O resultado do funcionamento da bomba pode ser resumido mediante esta 
equação: 
onde os subscritos ie e junto aos símbolos Na+ e K+ indicam "intracelular" e "extracelular", res­
pectivamente. 
O sentido do fluxo pode ser revertido se as concentrações de Na\ e de K+i aumentam acima de 
certos limites e ADP e P se agregam; neste caso, a Na+K+ -ATPase atua como uma ATP sintase. 
No entanto, normalmente, a bomba atua de acordo com a equação anteriormente escrita: expulsa 
três Na+ para cada dois K+ que ingressam (Fig. 3.26). Isto cria a diferença de voltagem (ou poten­
cial elétrico) que existe entre ambos os lados da membrana plasmática, onde o lado citosólico é 
normalmente eletronegativo com relação ao lado extracelular (Fig. 3.26). As bombas que geram 
potenciais elétricos de membrana são definidas como eletrogênicas . 
•• • • •••• •• •• • • . K+(x2) • •• 
m-f m 
+ + + + ++ + 
ITITITITITIT~ meitm mf m 
~~~g~~g g~~ ~ . ~gg .. ug~ , g~~ .. ~gQ ~ MU - -- - ---
•• e Na+(x3) • •• •• • •• • •••• 
AS MEMBRANAS CELULARES • 53 
Junção 
oclusiva 
LUZ INTESTINAL 
!\ 
• • 
Durante seu funcionamento, a Na+K+-ATPase atravessa ciclos de fosforilação e desfosforila­
ção que determinam mudanças alternadas em sua forma. Entre os mecanismos propostos para 
explicar como a bomba atua, o que mais se aj usta aos resultados experimentais é o seguinte: 
1) Nas subunidades a existem locais de alta afinidade por três Na+, um ATP e um Mg2+, facil ­
mente acessíveis a partir da superfície citosólica da membrana plasmática. Quando ocorre a hi­
drólise do ATP, é liberado o ADP e o terceiro fosfato é transferido a um ácido aspártico de uma 
das subunidades a, o que propicia a fixação de três Na+ no interior do transportador. 
2) Logo ocorre uma alteração conformacional na estrutura da permease. Como resultado, os 
Na+ ficam expostos para o lado externo da célula. Além disso, diminui sua afinidade pelas subu­
nidades a, motivo pelo qual os Na+ são liberados no meio extracelular. 
3) Entretanto, dois K+ do líquido extracelular se unem à permease e se fixam em seus locais 
nas subunidades a. Esta união provoca a liberação do fosfato ligado ao transportàdor. 
4) Tal desfosforilação faz com que o transportador recupere sua configuração original e por 
isso os K+ ficam expostos para o interior da célula. Visto que, além disso, diminui a sua afinidade 
pelas subunidades a, estes íons entram no citosol, o que completa o ciclo. 
3-20. Alguns fármacos cardiotônicos inibem a bomba de Na+K+ 
A Na+K+ -ATPase é inibida por fármacos do tipo da ouabaína e da digitoxina - amplamen­
te utilizados como cardiotônicos - que bloqueiam oco-transporte de Na+ e K+ em concentra­
ções de 10-s M. Estas substânci as atuam nas superfícies das células unindo-se aos locais da su­
bunidade a reservados para os K+. A inibição da bomba de Na+K+ é devida ao fato de os cardi-
. \ 
otônicos, ao competirem com o K+, impedirem a liberação do fosfato ligado à subunidade a do 
transportador. Como conseqüência, o sistema é bloqueado e diminui a saída de Na+ para o meio 
extracelular. Isto diminui o rendimento de um contratransportador passivo - o de Na+ e de 
Ca2+ - mediante o qual entra Na+ na célula e sai Ca2+. Tendo em vista a menor oferta de Na+ 
desde o líquido extracelular, o seu intercâmbio é inibido com o Ca2 +, que é retido no citosol. A 
maior concentração de Ca2+ citosólico contrai as células musculares cardíacas com mais forç ª 
(Caps . 5-33 e 5-34). 
3-21. Diversos transportadores passivos, embora distantes da bomba de 
Na+K+, funcionam sob sua dependência 
A dependência do contratransportador de Na+ e de Ca2+ da atividade da bomba de Na+K+ é 
somente um exemplo dos muitos que existem durante o funcionamento normal da célula. Com 
efeito, uma ampla variedade de transportadores é impulsionada pelo gradiente de Na+ gerado por 
esta bomba, o qual "arrasta" os demais. Conseqüentemente, se a bomba de Na+K+ for intenompi­
da, os transportadores passivos que dependem dela deixam de funcionar. 
O transportador de glicose e oco-transportador de Na+ e glicose, responsáveis pelo transporte 
transcelular do monossacarídeo através do epitélio da mucosa intestinal, são outros exemplos re­
presentativos de transporte acoplado ao funcionamento da bomba de Na+K+ (Fig. 3.27). 
Fig. 3.27 Transporte transcelular 
de glicose no epitélio intestinal. 
Por conta das junções oclusivas 
entre as células epiteliais (Cap. 
6-11), a glicose deve atravessar 
as células para chegar aos 
capilares sangüíneos situados 
debaixo do epitélio. Embora a 
glicose ingresse na célula contra 
o seu gradiente, o faz 
passivamente. Isto se deve à 
entrada conjunta de Na+ através 
de uma permease co­
transportadora passiva. 
Entretanto, este transporte de 
glicose consome energia, já que 
o Na+ deve ser expulso para a 
matriz extracelular pelo lado 
oposto da célula mediante uma 
permease ativa, a bomba de 
Na+K+. 
if 
54 • AS MEMBRArAS CELULARES 
Fig. 3.28 Fo1mação de HCI na 
cavidade gástrica. Observar as 
junções oclusivas, o transporte 
transcelular de c1- e de que 
maneira a atividade da bomba 
K+H+ combina com as funções 
dos outros transportadores. 
Assim também ocorre com o contratransporte de NaT e H- . O a+ ingressa no citosol a favor 
de seu gradiente e se intercambia por H-, que é expulso da célula. Este mecanismo tem grande 
importância na regulação do pH intracelular e se acha presente em quase todos os tipos celulares. 
3-22. Uma bomba de K+H+ é responsável pela formação do HCI gástrico 
1 a membrana plasmática das células parietais da mucosa gástrica existe uma bomba de K+H+ 
cuja estrutura não é muito conhecida. Dá lugar ao contratransporte de K+ e H+ com gasto de ener­
gia. Faz ~om que sejam aumentados os níveis de K+ no citosol e permite que sejam alcançadas 
elevadas concentrações de H- na secreção gástrica. Secundariamente, o gradiente eletroquímico 
do K- determina sua saída passiva da célula para a cavidade estomacal. Ela é acompanhada pela 
saída de c1- , que na luz do estômago une-se ao H+ e forma HCl (Fig. 3.28). Como podemos ver, 
a formação de HCl no suco gástrico depende da atividade da bomba de K+H+. 
O K- e o c1- saem da célula por outras permeases monotransportadoras. O c1- provém do 
sangue e ingressa na célula pelo lado oposto do epitélio gástrico por meio de um co-transportador 
passivo de c1- e HC03 - similar ao das hemácias (Seção 3-1 7). 
3- 23. Diferentes bombas de Ca 2+ mantêm a concentração do 
íon no citosol em níveis muito baixos 
A concentração de Ca2+ no citosol é mantida em níveis baixíssimos (mais de 1.000 vezes menores 
que os existentes na matriz extracelular) pela existência de um sistema que o expulsa. Assim, tanto na 
membrana plasmática quanto na membrana do retículo endoplasmático (ou do retículo sarcoplasmá­
tico, na célula muscular) existem bombas de Cai+ que transferem o cátion do citosol para o espaço 
extracelular e para o interior desse retículo, respectivamente. A bomba de Ca2+ dispõe de locais espe­
cíficos de alta afinidade para o Ca2+ na face citosólica de ambas as membranas. Do mesmo modo que 
a bomba de NaTK~, a bomba de Ca2+ necessita de Mgz+ e energia que retira do ATP. 
3-24. Uma bomba de H+ diminui o pH dos lisossomos 
Uma alta concentração de H+ no interior dos lisossomos é crucial para a ativação de suas enzi­
mas hidrolíticas, que se encontram em condições de atuar somente quando o pH nessas organelas 
é reduzido a 5,0 (Cap. 7-33). O transporte de H+ desde o citosol para o interior do lisossomo é um 
processo ativo que depende de uma bomba de H+ herdada da membrana do endossomo precursor 
(Caps. 7-28 e 7-30) (Fig. 7.22). 
3-25. Existem dois tipos de transporte de H+ na mitocôndria, 
um ativo e outro passivo 
O transporte de H+ através da membrana interna da mitocôndria durante o avanço dos elétrons 
pela cadeia respiratória é um outro exemplo de transporte ativo , embora nele a energia não seja 
fornecida pelo ATP, mas sim pelo citado percurso de elétrons (Cap. 8- 15). 
t 
Junção 
oclusiva 
CAVI DADE DO ESTÔMAGO 
K+ K+ H+ Ci-
t \ ! t 
HH 
? ! 
H+. 
\v=: ) 
C02+ H20 \ 
C02 
ASMEMBRANAS CELULARES • 55 
Acredita-se que o gradiente eletroquímico entre ambos os lados da membrana mitocondrial 
interna seja utilizado para sintetizar ATP, ao retomarem os H- à matriz mitocondrial por meio de 
um transportador passivo associado à ATP sintase (Figs. 8.10 e 8.12). 
3-26. As proteínas MDR são transportadores que conferem às células 
resistência a certos medicamentos 
As proteínas MDR (do inglês, multidrug resistance) pertencem a uma fanu1ia de transportado­
res ativos que são identificados com a sigla ABC (do inglês, ATP-binding cassette) porque possui 
um par de domínios ou "cassetes" com atividade de ATPase. Esta hidrolisa o ATP que fornece a 
energia necessária para mobilizar determinados solutos contra seus gradientes. 
Os transportadores ABC são encontrados normalmente nas membranas de muitos tipos celula­
res. Foram identificados na membrana plasmática, na membrana do retículo endoplasmático, na 
do peroxissoma e na membrana mitocondrial interna. 
Alguns desses transportadores têm por função eliminar substâncias tóxicas derivadas do meta­
bolismo celular normal. Ao contrário, outros permitem a passagem de moléculas de tamanho maior 
que o esperado, como os polipeptídeos pequenos (Caps. 7-14 e 7-24). 
Às vezes , certos tipos de transportadores ABC aparecem em grande número na membrana plas­
mática de vários tipos de células cancerosas, o que lhes confere uma resistência indesejada contra 
alguns medicamentos citotóxicos. Isto resulta de que as MDR bombeiam esses medicamentos para 
fora das células cancerosas, o que faz com que estas se tomem resistentes à quimioterapia. 
Por outro lado, foi observado um aumento similar de proteínas MDR na membrana plasmática 
dos linfócitos infectados pelo vírus tipo 1 da imunodeficiência adquirida (HIV-1 ), o que contri­
buiria para sua resistência a medicamentos antivirais como o AZT. 
Também ocorre um aumento de proteínas MDR na membrana plasmática das células de al­
guns Jílao eixo maior da célula, cujo conjunto constitui a citada parede primária. 
Somente quando a célula alcança sua maturidade aparece a parede secundária, que compre­
ende materiais agregados sobre a superfície interna da parede primária, seja como espessamentos 
localizados (vasos do xilema) ou como espessamento homogêneo (tubos crivosos do floema). Em 
ambos os casos, a parede secundária é formada por celulose, hernicelulose e poucas substâncias 
pécticas. A diferenciação posterior do xilema ocorre pela infiltração de lignina nos espessamen­
tos localizados. Neste caso, o polímero substitui a água e infiltra a matriz e as microfibrilas celu­
lósicas . Quando a parede se lignifica, a célula morre. 
3-31. Os componentes da parede celular originam- se no complexo de Golgi 
ou em relação com a membrana plasmática · 
Foram descritas duas vias principais para a biogênese da celulose e de outros componentes da 
parede celular. Uma compreende o complexo de Golgi (Cap. 7-44) e a outra está associada à 
membrana plasmática. 
A intervenção do complexo de Golgi é evidente em certas algas cujas paredes são formadas 
por escamas. Estas têm um material amorfo e um retículo fibrilar radial associado a outro espiral. 
As membranas do complexo de Golgi polimerizam cadeias de glicose para formar microfibrilas 
de celulose por meio de glicosiltransferases. Em seguida, as microfibrilas se organizam em esca-
mas e se liberam na superfície. · 
A m~brana plasmática é o sítio mais freqüente para a síntese de celulose. Isto não descarta as 
funções essenciais desempenhadas pelo retículo endoplasmático e pelo complexo de Golgi, já que 
as glicosiltransferases são sintetizadas em ribossomas associados a esse retículo , passam para o 
complexo de Golgi e daí para a membrana plasmática, onde ocorre a síntese das microfibrilas 
celulósicas. 
Anteriormente assinalamos que nos fungos e nas leveduras, a parede celular é composta prin­
cipalmente de quitina. Este polissacarídeo é sintetizado pela enzima quitina sintetase na presença 
de UDP-acetilglicosamina. A enzima é ativada por proteólise e pela luz que acelera a síntese de 
quitina. Foi encontrada quitina transferase nos quitissomas, organelas vesiculares de 40 a 70 nm 
de diâmetro que parecem ser os veículos que entregam a enzima aos locais de síntes'e na superfí­
cie celular. 
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O citosol 
4-1. Introdução 
No Cap. 1-3 vimos que as células eucariontes possuem algumas semelhanças com as procari­
ontes. Assim, o citosol - ou matriz citoplasmática - da célula eucarionte contém muitos dos 
componentes_que se encontram no protoplasma da bactéria, como, por exemplo, complexos enzi­
máticos de diversas ordens e moléculas de RNA ribossômico, mensageiro e de transferência. As 
diferenças entre ambos os tipos celulares são mostradas pela presença na célula eucarionte de várias 
estruturas singulares, como o núcleo, o citoesqueleto, as organelas que integram o sistema de 
endomembranas, as mitocôndrias , os cloroplastos (na célula vegetal) e os peroxissomas. 
\Â célula eucarionte encontra-se dividida em numerosos compartimentos, entre os quais se so­
br~sai o núcleo. A parte da célula que não corresponde ao núcleo - ou seja, o citoplasma - ' 
pode ser subdividida esquematicamente em dois espaços: um correspondente ao citosol e outro 
que se encontra encerrado no interior das organelas. Neste esquema, o citosol é considerado como 
um verdadeiro meio interno celular, que se estende do envoltório nuclear até a membrana.plasmá­
tica e que preenche o espaço não ocupado pelo sistema de endomembranas, pelas mitocôndrias e 
pelos peroxissomas (Fig. 1.7). 
O citosol representa, em média, 50% do volume do citoplasma, cifra que aumenta nas células 
embrionárias e nas menos diferenciadas. 
O pH do citosol é de 7 ,2] 
4-2. O citosol contém componentes muito variados 
Pela técnica do fracionamento celular descrita no Cap. 23-28, obtém-se - além das frações 
nuclear, mitocondrial e microssômica - uma fração fluida sobrenadante que contém os compoc 
nentes citosólicos. 
Nela são detectados os elementos do citoesqueleto - inclusive o centrossomo com os centrí- 1 
o los - um grande número de enzimas (por exemplo, as que intervêm na glicólise ), a maioria das . 
moléculas que conduzem sinais dentro da célula, os elementos que dirigem a síntese das proteínas p 
celulares e extracelulares (ou seja, os ribossomas, os RNA mensageiros e os RNA de transferên-
1 
eia), as chaperonas, os proteassomos, as inclusões, etc. J 
4-3. O citosol pode conter inclusões 
l Quando se acumulam no cito sol, em grandes quantidades, certas macromoléculas formam es­
truturas detectáveis ao microscópio - denominadas inclusões - que não têm membranas. 
Por exemplo, tanto nos hepatócitos como nas células musculares estriadas, é com_um a presen­
ça no citosol de grânulos de glicogênio (Figs. 1.11e4.1). Chamam-se glicoss?mos,/medem en­
tre 50 e 200 nm e são compostos por subpartículas de 20 a 30 nm de diâmetro. E preciso assinalar 
que nas imagens ultramicroscópicas, os glicossomos não correspondem diretamente ao glicogê­
nio; representam as proteínas enzimáticas que intervêm na síntese e na degradação do polissaca­
rídeo, cuja molécula não capta os corantes eletrônicos de uso corrente. Os grânulos de glicogênio 
constituem depósitos de energia para as células; isso é claramente visível na célula muscular, uma 
4 
60 • O CITOSOL 
Fig. 4.1 Eletromicrografia do 
setor do citoplasma da célula 
hepática. No citosol vizinho ao 
retículo endoplasmático liso 
(REL) observam-se numerosos 
grânulos de glicogênio (G/). 
Observar o retículo 
endoplasmático rugoso (RER). 
45.000X (Cortesia de G. E. 
Palade.) 
••• 
Fig. 4.2 Esquema de uma célula 
mamária ativa com numerosas 
gotas de gordura no citosol. 
Observar a saída das gotasde 
gordura por secreção apócrina. 
-~-
vez que os grânulos desaparecem durante as contrações em função da glicogenólise produzida 
para fornecer glicose. Existem doenças congênitas provocadas por mutações nos genes que codi­
ficam as enzimas que regulam a síntese e a degradação do glicogênio, conhecidas como glicoge­
noses. Nelas, as células mostram o acúmulo excessivo de inclusões de glicogênio ou formas anor­
mais do polissacarídeo. 
Diversos tipos de células contêm gotículas de gordura (triglicerídios ou triacilgliceróis) no 
citosol e que também constituem reservas de energia. São muito comuns nos hepatócitos e nas 
células musculares estriadas. Nas células musculares , as inclusões de gorduras estão localizadas 
próximo_ das mitocôndrias, para as quais se dirigem os ácidos graxos dos triglicerídios para sua 
oxidação (Cap. 8-8). As células chamadas adipóc~tos contêm uma grande gota de gordura- com 
numerosas gotículas ao seu redor - que ocupa quase todo o citosol (Fig. 1.8). 
No citosol das células secretoras da glândula mamária em atividade são produzidas gotículas 
de gordura que se convertem em elementos importantes do leite. Durante a secreção mamária, 
cada gota sai da célula envolvida por uma fina camada de citosol rodeada por uma fração da mem­
brana plasmática (secreção apócrina) (Fig. 4.2). 
Em alguns tipos celulares, o citosol contém pigmentos (substâncias com cor própria) que se 
elaboram na mesma célula ou que provêm do exterior. O mais importante é a lipofuscina, de cor 
marrom, composta por fosfolipídios combinados com proteínas. Pelo fato de aumentar com a ida­
de, é conhecido como pigmento de desgaste (Cap. 7-33). 
Finalmente, no citosol de algumas células, há cristais de proteínas, de significado geralmente 
desconhecido. 
4- 4. No citosol, os ribossomas sintetizam proteínas 
A síntese de proteínas celulares ocorre nos ribossomas, de cujo estudo nos ocuparemos no Cap. 
"'16. Trata-se de estruturas ribonucleoprotéicas muito complexas, a maioria das· quais está localiza­
da no citosol (nos Caps. 8-11 e 9-15 veremos que também existem ribossomas nas mitocôndrias 
e !1-ºs cloroplastos). 
Somente uma parte das proteínas sintetizadas nos ribossomas citosólicos permanece no cito­
j sol, já que as restantes emigram para o núcleo, para o sistema de endomembranas, para as mito­
côndrias e para os peroxissomas (Fig. 4.3). 
L-
' Como é compreensível, para que as proteínas possam chegar a esses destinos, é necessário o 
J, sistema de sinais específicos que sejam capazes de discriminá-los a fim de assegurar a chegada de 
cada proteína ao lugar c01Tespondente. Tais sinais são encontrados nas mesmas moléculas protéi-
'--- . . 
CITOSOL 
l~~~ 
Retículo endoplasmático 
Núcleo 
/~ 
Peroxissoma 
Mitocôndria 
cas que consistem em uma ou várias seqüências de alguns poucos aminoácidos , denominados 
peptídeos sinalizadores e sinais de ancoragem (Cap. 7-12). 
Segundo o destino da proteína que surge do ribossoma, essas seqüências se localizam na extre­
midade amina, na extremidade carboxila ou em um ou mais pontos intermediários da cadeia pro­
téica. O Quadro 4.1 informa sobre os sinais mais comuns achados nas proteínas que se dirigem ao p 
núcleo, ao sistema de endomembranas, às mitocôndrias e aos peroxissomas. Naturalmente, as 
proteínas que não emigram e permanecem no citosol não necessitam de nenhum tipo de sinal. 
-r-
4- 5. As chaperonas ajudam as proteínas a se dobrar de 
forma oportuna e adequada 
Embora as proteínas adotem formas tridimensionais que dependem da seqüência linear dos 
aminoácidos que as compõem (Cap. 2-9) , nem sempre se dobram corretamente. Para que suas 
dobraduras sejam corretas é necessário, entre outros requisitos, a sua produção no lugar adequado " 
e no momento oportuno, o que é obtido pela intervenção de estruturas chamadas chaperonas, assim , 
designadas porque acompanham as proteínas e - sem exercer ações diretas sobre elas_:__ previ-
nem suas dobraduras prematuras cuidando para.que sejam corretas. . / 
Existem três famílias de chaperonas, denominadas hsp60, hsp70 e hsp90 (do inglês, heat shock 
protein). A sigla hsp é usada pelo fato de que nas células submetidas a golpes de calor a dobradura 
das proteínas é perdida (elas se desnaturam) e aumenta consideravelmente o número d~chapero­
nas que ajudam as proteínas desnaturadas para que voltem a se dobrar. O número que acompanha 
. - -·--- --- 'l 
a sigla hsp corresponde ao peso molecular da primeira chaperona descoberta em cada grupo.,_ 
As chaperonas hsp70 são monoméricas e possuem um sulco no qual cabe apenas uma parte da 
proteína assistida, de maneira que são necessárias várias chaperonas hsp70 para cada proteína (Fig. 
4.4). Ao contrário, as chaperonas hsp60 são poliméricas e são compostas por 14 ou 18 polipetídeos 
denominados chaperoninas, que compõem uma estrutura cilíndrica em tomo de um espaço cen­
tral, _onde ingressa a proteína que vai ser assistida (Fig. 4.4). 
Para exemplificar como as chaperonas hsp70 e hsp60 atuam analisaremos seus efeitos sobre as 
proteínas do citosol. À medida que emana do ribossoma, cada proteína citosólica se associa às 
sucessivas chaperonas hsp70, cuja função é prevenir a ~obradura prematur;~ às vezes e1Tada- 1~ 
dos segmentos protéicos que vão saindo do ribossoma. Além disso, evitam que a proteína nascen-
te combine com moléculas inapropriadas. Quando acaba de ser sintetizada e sua dobradura é con- "' 
Chaperonina 
hsp70 hs60 
O CITOSOL • 61 
Fig. 4.3 Destinos das proteínas 
sintetizadas nos ribossomas 
citosólicos . 
Fig. 4.4 Esquemas das 
chaperonas hsp70 e hsp60. O 
mecanismo de ação das 
chaperonas hsp90 está ilustrado 
na Fig. 11.3. 
1 
62 • O CITOSOL 
Quadro 4.1 Exemplos de peptídeos sinalizadores e sinais de ancoragem 
Peptídeo sinalizador para o retículo 
endoplasmático 
Sinal de ancoragem para o retículo 
endoplasmático 
· Peptídeo sinalizador para o núcleo 
Peptídeo sinalizador para a mitocôndria 
Peptídeo sinalizador para o peroxissoma 
- H31 - Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Leu-Leu-Val-Gly-Ile-Leu- Phe-Trp-Ala-
Thr-Glu-Ala-Glu-Gln-Leu-Thr-Lys-Cys-Glu-Val-Phe-Gln -COO-
+H3 N- Lys-Ile-Ile-Thr-Ile-Gly-Ser-Ile-Cys-Met-Val-Val- Gly-Ile-Ile-Ser-
Leu-Ile-Leu-Gln-Ile-Gly-Asn-Ile-Ile-Ser-Ile-Trp-Ile-Ser-His -COO-
+H3 - --Lys-Arg-Pro-Ala-Ala-lle-Lys-Lys-
Ala-Gly-Gln-Ala-Lys-Lys-Lys-Lys -COO-
+H3 -Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-Arg-Phe-Phe-Lys-Pro-Ala-
Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser-Ser-Arg-Tyr-Leu-Leu--- coo 
+H3 1- Ser-Lys-Leu-COO 
cluída, a proteína se desprende do ribossoma e das chaperonas hsp70 e fixa residência no citosol. 
No entanto, se algumas de suas partes não se dobraram ou se dobraram mal, ela ingressa tempo­
rariamente em uma chaperona hsp60, dentro da qual - isolada dos demais componentes citosó­
licos - termina de se dobrar ou desfaz sua dobradura incorreta e se dobra novamente, tratando de 
fazê-lo sem erroV 
As proteínas ' destinadas ao sistema de endomembranas, diferentemente das citosólicas, por 
ingressarem no retículo plasmático à medida que saem do ribossoma, dobram-se na cavidade des­
ta organela, que conta com chaperonas hsp7Õ (Cap. 7-12). 
,-com relação às proteínas destinadas às mitocôndrias, desde o momento que saem do ribosso­
ma são assistidas por chaperonas hsp70 citosólicas, que as mantêm desdobradas até que cheguem 
a seu destino. No Cap. 8-28, veremos que se dobram depois de se incorporar às mitocôndrias, em 
cuja matriz há chaperonas hsp70 e hsp60. 
Contrariamente, as proteínas destinadas aos peroxissomas os abordam depois de ter se dobra­
do no citosol (Cap. 10-5), de onde se deduz que se dobram com assistência de chaperonas hsp70 
e hsp60 citosólicas e que os peroxissomas não possuem chaperonas. 
O mesmo ocorre com as proteínas destinadas ao núcleo, que tampouco possuem chaperonas. 
No Cap. 11-6 analisaremos como estas proteínas - dobradas no citosol - atravessam os poros 
do envoltório nuclear. Além disso, veremos que algumas ingressam no núcleo associadas a cha­
peronas da família hsp90.!Devemos acrescentar que as chaperonas consomem energia derivada do A TP e que podem ser 
utilizadas após concluírem suas funções .' 
4- 6. No citosol, os prº"t~a.s.somos degradam as proteínas 
que devem desaparecer 
No citosol existem estruturas que desempenham funções opostas às dos ribossomas, já que 
destroem as proteínas. Assim, quando uma proteína deve desaparecer - porque se dobrou mal, 
porque foi danificada ou sua função foi concluída - é degrada por um complexo enzimático de 
cerca de 700 kDa chamado proteassomo. 
O proteassomo é de forma cilíndrica e composto de várias proteases dispostas em tomo de uma 
cavidade central, onde ingressa a proteína que vai ser degradadã_(Fig. 4.5). Sua estrutura é mais 
complexa, já que junto a cada extremo do cilindro acha-se um "capuz" protéico integrado por 20 
polipeptídeos reguladores. 
Para poder ingressar no proteassomo, as proteínas destinadas a desaparecer devem ser previa­
mente "marcadas" por um conjunto de polipetídeos citosólicos iguais entre si, de 76 aminoácidos 
cada um, chamados ubiquitinas. Na Fig. 4.5 está resumido o ciclo seguido por essas moléculas. 
A primeira ubiquitina é ativada pela enzima El , que a transfere para a enzima E2. Em seguida, 
com a ajuda da ligase E3, o complexo ubiquitina-E2 une-se à proteína que deve ser degradada. Já 
que o processo de transferência entre as enzimas El e E2 se repete várias vezes, a proteína fica 
conectada a uma curta cadeia de ubiquitinas·~ 
O CITOSOL • 63 
--+ §-O --+ ~ 
Fig. 4.5 Degradação de proteínas 
no proteassomo. 
Oligopeptideos r..J 
~~ 
~ ~ 
PROTEASSOM·o 
i 
h~~~S,.1 Polipeptídeos 
reguladores 
i 
~ 
Proteína 
i 
o 
Ubiquitina 
De imediato, este complexo é reconhecido pelos polipeptídeos reguladores de um dos dois 
capuzes , que separam as ubiquitinas, desfazem a dobradura da proteína e a introduzem na cavida­
de do proteassomo, onde é degradada pelas p.ro1eas~O.riginarn--s@-0li-§Gf>~f>t-Íàees-euFtBs-que-s.aem 
do_prQte_as.s.om0-~ã0-l.ançados..no_cito.sol. 
( O processo descrito consome energia. Esta é fornecida por moléculas de ATP, cuja hidrólise é 
, levada a· cabo por seis A TPases situadas nos capuzes do proteassomo. 
Ao finalizar a degradação da proteína, o proteassomo e as ubiquitinas ficam disponíveis para a 
sua reutilizacão. 
'-.___, , 
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O citoesqueleto 
Forma e motilidade 
5-1. O citoesqueleto é composto por três tipos de filamentos e 
numerosas proteínas acessórias 
As células eucariontes possuem uma armação protéica filamentosa espalhada por todo o cito­
sol, que recebeu o nome de citoesqueleto. O citoesqueleto é composto por três tipos de filamen­
tos - os filamentos intermediários, os microtúbulos e os filamentos de actina'(Fig. 5.1 ) - e um 
conjunto de proteínas acessórias classificadas como reguladoras, ligadoras e motoras. 
As proteínas reguladoras controlam o nascimentó , o alongamento, o encurtamento e o desa­
parecim_rnto dos três filamentos principais do citoesqueleto. Estes processos se baseiam nas pro­
priedades moleculares dos filamentos, já que são polímeros integrados por unidades monoméri­
cas - dispostas linearmente - que podem somar-se ou subtrair-se. 
As proteínas ligadoras conectam os filamentos entre si ou. com outros componentes da célula. 
As proteínas motoras servem para transladar macr_9.Il10léculas e O_!ganelas de um ponto a outro 
do citoplasma. Também fazem com que c!oi§_ fitim~ntos contíguos e IJaralelos _entre_si_~em 
em sentidos opostos, o que constitui a base da motilidade, da contração e das mudanças de forma 
da célula. Esta propriedade confere uma função adicional ao citoesqueleto, a de ser o "sistema 
muscular" da célula, ou seja, a citomusculatura. O exemplo mais estruturado de interação entre 
filamentos e proteínas motoras encontra-se na miofibrila da célula muscular esquelética, na qual 
compõem uma armação macromolecular adaptada para a contratilidade. 
O citoesqueleto dá forma - estável ou mutante - às células, como resultado da interação dos 
três tipos de filamentos com diferentes proteínas acessórias. 
Em primeiro lugar serão analisados os filamentos intermediários; em seguida, os microtúbulos 
e, finalmente, os filamentos de actina, cada um com suas respectivas proteínas acessórias. 
FILAMENTOS INTERMEDIÁRIOS 
5-2. O diâmetro dos filamentos intermediários é de 1 O nm 
No citoesqueleto da maioria das células existem filamentos de 10 nm de diâmetro; são deno­
minados intermediários porqu«_ têm uma es essura menor que a dos microtúbulos e maior que a 
dos filamentos de actina (Fig. 5.1). 
Filamentos intermediários 
Microtúbulos 
Filamentos de actina 
Fig. 5.1 Os três tipos de filamentos do citoesqueleto. 
5 
66 • O CJTOESQUELETO 
Fig. 5.2 Etapas na form ação dos 
filamentos intermediários e sua 
organização estrutural definitiva. 
Fig. 5.3 A. Distribuição dos 
filamentos inte1mediários no 
núcleo e no citoplasma. Os 
filamentos nucleares, chamados 
laminofilamentos, formam uma 
malha sobre a face interna do 
envoltório nuclear. B. 
Fotomicrografia de uma célula 
tratada com anticorpos 
antiqueratina fluorescentes. (De 
R. D . .Goldman.) 
"'?!' abcdefgabcdelgabcde·gabcdefgabcdefg abcdelgabcdelgabcdelg 
0 
Monômero 
NH2 COOH 
fN:;----------- ------.:;;êl 
~-N_T-__ -- ----------- -- _ !Lsete amino­
ácidos cada uma ( ... abcdefgabcdefgabcdefg ... ), o que lhes permite combinar entre si lado com 
lado e compor dímeros lineares. Em virtude dos dímeros voltarem a se combinai entre si - tam­
bém de dois em dois, porém' de forma defasada e antiparalela - são gerados tetrâmeros como os 
ilustrados na Fig. 5.2. Em seguida, os tetrâmeros se conectam por suas extremidades e dão lugar 
a estruturas cilíndricas alongadas chamadas protofilamentos. Os filamentos intermediários são 
formados com o concurso de quatro pares de protofilamentos, que se aderem por seus lados e com­
põem uma estrutura de fibrilas de 10 nm de espessura (Fig. 5.2). 
Apesar das diferenças entre os monômeros dos diferentes tipos de filamentos intermediários, 
todos se organizam da forma que acabamos de descrever. Os monômeros são codificados por 
multigenes que se expressam de maneira diferente nos diferentes tipos de células. Além disso, às 
vezes, em uma linhagem celular são expressos sucessivamente vários desses genes conforme sua 
diferenciação avança. 
Os filamentos intermediários formam uma rede contínua estendida entre a membrana plasmá­
tiç_a_e_p enyoltório nuclear, ao redor da qual compõem uma malha-filamentosa compacta (Fig. 5.3A). 
Outra malha como esta cobre a face interna do envoltório nuclear, de modo que se trata de fila­
mentos intermediários não localizados no citoplasma e sim no interior do núcleo. A distribuição 
dos filamentos intermediários pode ser vista na Fig. 5.3B, que mostra uma célula epitelial tratada 
com anticorpos antiqueratina fluorescentes. 
" 
r 
s 
a 
l-
). 
l­
o 
.a 
Os filamentos intermediários contribuem para a manutenção da forma celular e estabelecem as 
pos ições das organelas no interior da célula. Todavia, sua função principal é de natureza mecâni­
ca, por isso são encontrados filamentos muito mais desenvolvidos nas células submetidas a gran­
des tensões. 
5-3. Os diferentes tipos de filamentos intermediários são 
caracterizados por diversas propriedades 
A seguir oferecemos uma breve descrição das características principais dos seis tipos de fila­
mentos intermediários: 
Laminofilamentos. Em todas as células, apoiada sobre a face interna do envoltório nuclear, 
existe uma malha delgada de fil amentos intermediários conhecida como lâ~i~a nuclear, com­
posta por filamentos intermediários chamados larninofilainentos, que são os únicos que nãó se 
localizam no citosol (Cap. 12-2) (Fig. _12. 1 ). Os laminofilamentos contêm três tipos de monôme­
ros com pesos moleculares que variam de 65 a 75 kDa. Esses monômeros possuem domínios fi­
brosos mais longos que os dos filamentos intermediários citosólicos, e seu encaixe gera uma malha 
achatada e não uma rede tridimensional. A lâmina nuclear é responsável pela forma e resistência 
do envoltório nuclear. 
----------Filamentos de queratina. Os filamentos de queratina (ou ceratina*) - chamados também 
tonofilamentos - são encontrados nas ~_pjteliais, particularmente na epiderme e seus de­
ri vados (pêlos, unhas etc.), nas mucosas e nas glândulas. Nos Caps. 6-7 e 6-13 veremos que se 
associam aos hemidesmoss;mos e aos desmossomos, com os quais compõem uma trama filamen­
tosa q;:mtínua espalhada por todo o epitélio , aó qual conferem grande parte de sua resistência 
mecânica. 
Uma proteína ligadora denominada filagrina une os fil amentos de queratina no seu ponto de 
cruzamento. 
Os monômeros de filamentos de queratina são chamados cit()queratinas. Existem çerca de 30 
citoqueratinas diferentes classificadas em dois grupos: as de classe l , que são ácidas, e as de clas­
se II, que são neutras ou básicas. 
Os diferentes tipos de células epiteliais contêm filamentos de queratina diferentes já que cada 
um fabrica citoqueratinas de qualidade distinta. Por exemplo, as células epiteliais da bexiga con­
têm uma combinação particular de citoqueratinas, pertencentes às classes I e II. Algo similar ocorre 
nos outros epitélios. Estas combinações particulares são apróveitadas para diagnosticar a origem 
de alguns tumores cancerígenos e suas metástas"ês, já que as citoqueratinas não se modificam com 
a formação cancerosa e podem ser identificadas com a ajuda de anticorpos específicos (Cap. 23-
26). 
Filamentos de vimentina. Os filamentos de vimentina (do latim vimentus, ondulado) apre­
sentam um aspecto ondulado e seus monômeros têm um peso molecular de 54 kDa. São muito 
_,,_-- ----
comuns nas células embrionárias. No organismo desenvolvido localizam-se nas ~las de ori-
gem mesodérmica, como os fibroblastos, células endoteliais, células do sangue etc. 
- A proteína ligadora que une os filamentos de vimentina no seu ponto de cruzamento é a plactina. 
Uma vez que os anticorpos contra os monômeros de vim,entina mostram reações cruzadas em 
células de mamíferos, aves e anfíbios, podemos afirmar que são proteínas que se conservaram no 
decorrer da evolução. 
Filamentos de desmina. Os filamentos de desmina são formados por monômeros de 53 kDa e 
se encontram no citoplasma de todas as células musculares , sejam estriadas (voluntárias e cardí­
acas) ou lisas. Nas células estriadas ligam ás miofibrilas por seus lados (Seção 5-33). Nas.células 
cardíacas também se associam aos desmossomas dos discos intercalares (Seção 5-34 e Cap. 6-
13). Nas células musculares lisas associam-sé aos filam\!n tos de actina (Seção 5-35). 
Os filamentos de desmina unem-se entre si mediante uma proteína ligadora específica denomi­
nada sinamina. 
*N.R.T.: Alguns autores preferem utilizar o termo ceratina, mas a maioria opta por queratina. 
O CITOESQUELETO • 67 
' . ,, 
~ . 
r • IJ 
~ . 
68 • O CITOESQUELETO 
Neurofilamentos. Os neurofilamentos são os principais elementos estruturais dos neurônios, 
incluindo dendritos e axônio. este formam uma rede tridimensional que converte o axoplasma 
(o citosol do axônio) em um gel extremamente resistente e estruturado. Nos neurofilamentos são 
reconhecidos três tipos de monômeros, com pesos que vão de 68 a 200 kDa. 
Filamentos gliais. Os filamentos gliais encontram-se no citosol dos astr~citos e d~ alg_!!mas 
células de Schwann. São compostos por monômeros ácidos de 50 kDa. Os oligodendrócitos não 
contêm este tipo de filamentos intermediários . 
MICROTÚBULOS 
5- 4. O diâmetro dos microtúbulos é de 25 nm 
Os microtúbulos são filamentos do citoesqueleto encontrados em quase todas as células euca­
riontes e possuem um diâmetro de 25 nm (Fig. 1.9). São caracterizados por seu aspecto tubular e 
porque são notavelmente retilíneos e uniformes. Nos cortes transversais apresentam uma confi­
guração anular, com uma parede de 6 nm de espessura e uma luz central uniformemente clara (Fig. 
5.1 ). 
De acordo com sua localização, os microtúbulos se classificam em: 1) citoplasmáticos, pre­
sentes na célula em interfase; 2) mitóticos , correspondentes às f~bras do fuso m!!ótico; 3) ciliares, 
localizados no eixo dos cílios e 4) centriolares, pertencentes aos corpúsculos basais e aos_centrí­
olos. Embora todos tenham as mesmas características morfológicas, diferem em algumas propri­
edades. Por exemplo, os microtúbulos ciliares e os centriolares são muito estáveis comparados 
com os citoplasmáticos e os mi.tóticos, :que mudam permanentemente de comprimento. 
As proteínas acessórias dos microtúbulos (reguladoras, ligadoras e motoras) recebem o nome 
de MAP (do inglês, microtubule-associated proteins). 
5-5. Os microtúbulos citoplasmáticos têm origem no centrossomo, que 
contém um par de centríolos e Lima matriz 
Os microtúbulos citoplasmáticos nascem. em uma estrutura contígua ao núcleo chamado 
centrossomo. Daí, estendem-se por todo o citoplasma para alcançar a membrana plasmática, na 
qual se fixam; conseqüentemente, exibem um aspecto de raios de roda que partem do centro para 
a pe1iferia da célula (Fig. 5.4A). Esta disposiçã'o dos microtúbulos pode ser vista na Fig. 5.4B, que 
mostra uma célula cultivada tratada cóm anticorpos antitubulina fluorescentes . 
O centrossomo também é chamado centro organizador de niicrotúbulosou MTOC (do in­
glês, microtubule-organizing centre). É composto por um par de centríolos ou diplossomo (do 
grego, diplóos , duplo , e sôma, corpo) e uma substância, aparentemente amorfa, que os circunda, 
a matriz centrossômica (Figs. 5.4 e 5.23). Esta matriz contém uma rede de fibras muito delgadas 
e um complexo de proteínas reguladoras denominadas ')'-tubulinas. 
Devido à semelhança dos centríolos com os corpúsculos basais dos cílios, estes serão descritos 
juntos na: Seção 5-14. 
Fig. 5.4 A. Distribuição dos microtúbulos no citoplasma. Todos nascem na matriz centrossôinica que, 
além disso, contém o par de centríolos do diplossomo. B. Fotomicrografia de uma célula cultivada tratada 
com anticorpos antitubulina fluorescentes. (De M. Osborn e K. Weber.) 
) 
l , 
s 
la 
5-6. A tubulina é o componente monomérico dos microtúbulos 
Os microtúbulos são polímeros compostos por unidades protéicas chamadas tubulinas. Por 
sua vez, cada tubulina é um heterodímero de 110 a 120 kDa, cujas duas unidades -denominadas 
a-tubulina e {J-tubulina- são proteínas do ti o globular (Fig. 5.5). Existem seis tipos diferentes 
de a-tubulinas e seis tipos diferentes de 13-tubulinas, porém sempre uma a -tubulina é combinada 
a uma 13-tubulina e nunca duas a -tubulinas nem duas 13 -tubulinas entre si . 
No Cap. 16-21 serão analisados os mecanismos que regulam a produção das a-tubulinas e das 
13-tubulinas nos ribossomas. 
Além de serem distintas, as duas subunidades das tubulinas são muito afins, o que permite que 
a subunidade a de cada tubulina possa se combinar não apenas com a subunidade 13 do próprio 
heterodímero, mas também - por meio de sua extremidade livre - com a subunidade 13 de outra 
tubulina (Fig. 5.5). Além disso, os heterodímeros podem se unir entre si por seus flancos, e o fa­
zem de modo tal que se fecham em círculo. Estas particularidades levam à formação de uma es­
trutura tubular cuja parede parece estar integrada por vários fil amentos que percorrem o eixo lon­
gitudinal do microtúbulo e são conhecidos como protofilamentos. Quando o ínicrotúbulo é ob­
servado em um corte transversal, podemos ver que ele contém 13 protofilamentos (Fig. 5.5). 
A Fig. 5.5 permite comprovar que existe defasagem entre as a -tubulirías e as 13-tubulinas dos 
protofilamentos contíguos. É por isso que nos cortes transversais dos microtúbulos não se obser­
va uma alternância regular entre as a-tubulinas e as 13 -tubulinas e sim duas ou três subunidades 
contíguas (Fig. 5.5). 
Graças à polaridade das tubulinas , o próprio microtúbulo acaba polarizado, já que em uma de 
suas extremidades ficam expostas as subunidades a e na outra - as subunidade;:s 13. Os heterodí­
meros podem se agregar (polimerizar-se) ou se afastar (despolimerizar-se) por ambas as extremi­
dades. Como é óbvio, durante a polimerização, o rnicrotúbulo se alonga e, durante a despolimeri­
zação ele se encurta. 
Uma das extremidades do microtiibulo é chamada mais [ + ]; a outra, menos [ - ] (Fig. 5.6). 
Estas designações são devidas ao fato de o microtúbulo se alongar pela extremidade [ + ] e se en­
curtar mais rapidamente pela extremidade [ - ] (Fig. 5.6). 
+ e:J --+ 
Protofilamento 
Fig. 5.5 Formação e organização estrutural dos microtúbulos. É ilustrado o modo como se combinam as 
cx-tubulinas e 13-tubulinas para formar a parede tubular, composta por 13 protofilamentos. 
[-] [+] 
O CITOESQUELETO • 69 
Fig. 5.6 Polimerização 
(alongamento) e 
despolimerização 
(encurtamento) dos microtúbulos 
por suas duas extremidades. 
70 • O CITOESQUELETO 
• 
Fig. 5.7 Surgimento de um 
microtúbulo a partir da matriz 
centrossômica, enquanto outros 
se alongam, se encurtam ou 
desaparecem. 
Fig. 5.8 Representação do 
complexo anelar de ')'-tubulinas. 
Numerosos complexos como 
este se localizam na matriz 
centrossômica, onde atuam como 
modelos para a gestação dos 
microtúbulos. 
Fig. 5.9 Intercâmbio das 
tubulinas-GDP e das tubulinas­
GTP entre os microtúbulos e o 
citosol. 
5-7. Os microtúbulos citoplasmáticos são estruturas dinâmicas 
r--..... 
l.AE tremidade [-] dos microtúbulos se localiza no centrossomo. Ali , os processos de polime-
ri zação e de despolimerização se acham bloqueados por influência de um componente 
centrossôrnico (mais adiante veremos que se trata do complexo protéico de -y-tubulinas) . 
Os microtúbulos citoplasmáticos são estruturas dinâmicas, já que incessantemente'se formam 
microtúbulos novos, quando alguns se alongam e outros se encurtam até desaparecer (Fig. 5.7). 
Os rnicrotúbulos se desenvolvem a partir da matriz centrossômica. Para isso,,algumas poucas 
tubulinas (provenientes do depósito de tubulinas livres que se acham no citosol) conéorrem para 
a matriz centrossômica e se nucleiam (polirnerizam-se). Esse núcleo constitui o primeiro esboço 
do rnicrotúbulo e se forma por infl uência do complexo protéico de ')'-tubulinas, que promove o 
encaixe das primeiras 13 tubulinas da extremidade [-].Os centríolos não desempenham nenhum 
papel neste processo. De imediato, o_rnicrotúbulo começa a cres~er or sua extreJ.Q_iQ_ade [+ ],ao 
serem agregadas novas tubulinas provenientes do depósito de tubulinas do citosol.j 
O complexo de -y-tubuliniS"tem forma anular, seu diâmetro é similar ao do~icrotúbulos, ~ 
comporta como um molde a partir do qual se nucleiam as primeiras 13 tubul§ . Sua forma Seria 
como a da Fig. 5.8, que permite a defasagem existente entre as tubulinas dos protofilamentos con­
tíguos. 
z Além disso, o complexo de -y-tubulinas se comporta como um capuz que bloqueia o cresci­
mento e o encurtamento do microtúbulo por sua extremidade [ - ]. 
Quando as tubulinas se despolimerizam dos microtúbu!os, passam a fazer parte do depósito de 
tubulinas livres do citosol. Inicialmente, cada tubulina contém um GDP em sua subnidade 13, que 
não tarda em se intercambiar por um GTR no mesmo citosol (Fig. 5 .9)'~ seguida, as tubulinas 
com GTP são atraídas pelas extremidades + ] dos microtúbulos em crescimento e se unem a eles . 
Diferentemente do que , ocorre no citosol, a polimerização faz com que o GTP das tubulinas se 
hidrolise em GDP e fosfato. Como vemos, a formação dos microtúbulos é um processo que con­
some energia. 
As tubulinas com GDP tendem claramente a se despolimerizar da extremidade [+]dos própri­
os filamentos (Fig. 5.9), o que se deve ao encurvamento que essa extremidade sofre por influência 
precisamente do GDP (Fig. 5.10). 
Assim descrito, o processo de polimerização e despolimerização das tubulinas compreenderia 
um círculo vicioso, já que a polimerização - com a conseqüente formação de GDP - levaria à 
imediata despolimerização dos monômeros. Isto não ocorre, já que as tubulinas recém-incorpora­
das demoram um tempo para hidrolisar seu GTP e formam um capuz de tubulinas-GTP em uma 
extremidade do microtúbulo, o que impede a saída das tubulinas chegadas com antecedência, apesar 
de que, nelas , o GTP já se converteu em GDP (Fig. 5.1 O). 
Por causa desta part'Ícularidade - denominada instabilidade dinâmica - quando um micro­
túbulo alcança o comprimento desejado, para mantê-lo deveria alternar breves períodos de poli­
merização com outros de despolimerização. Tendo em vista que em termos energéticos isso seria 
muito oneroso, desconta-se a existência de proteínas regu ladoras que se unem à extremidade [-PJ 
do microtúbulo para evitar esta instabilidade. 
1 
['-] [+] 
(- ] 
(-] 
Tubulina-GTP «) Tubulina-GDP 
,. 
CJ Tubulina-GTP C) Tubulina-GDP 
Capuz ,_.___..... 
Mespolimerização do mkrotúbulo é muito mais rápida_do_qm~_ª-J20limerizacão. A diferença 
de velocidade se toma evidente quando o microtúbulo passa de uma fase de alongamento para 
outra de encurtamento e vice-versa. No primeiro caso, a despolimerização é tão abrupta que é 
conhecida como "catástrofe". Por óutro lado, quando o encurtamento cessa, e o microtúbulo co­
meça a se alongar, o processo - por ser relativamente lento - le"'.a o nome de "salvamento". 
No citosol existe uma ·roteína recruladora - chamada càtastrofinado organismo 
illltam de uma série de níveis de organização integrados. O conceito dos níveis de organização 
~lica que; em todo o universo, tanto no mundo inerte como no mundo dos seres vivos, existem 
-erentes níveis de complexidade,. de maneira que as leis ou regras que são cumpridas em um 
, ·el podem não se manifestar em outros. 
O Quadro 1.1 mostra os limites que separam o estudo dos sistemas biológicos em diferentes 
'·ei . Os limites são impostos artificialmente pelo poder de resolução dos· instrumentos utiliza­
-_ O olho humano só pode distinguir d.ois pontos separados por mais de 0,1 mm (100 µm). A 
· oria das células é muito menor e, para estudá-las, é necessário o poder de resolução do micros-
1 
2 • ACÉLULA 
Quadro 1.1 Ramos da morfologia 
Dimensão 
>0,lmm 
100-lO µ,m 
10-0,2 µ,m 
Ramo 
Anatomia 
Histologia 
Citologia 
Estrutura 
Órgãos 
Tecidos 
Células 
Método 
Olho e lente simples 
Vários tipos de microscópios ópticos 
Vários tipos de microscópios ópticos 
200-0,4 nm Morfologia submicroscópica 
Ultra-estrutura 
Bactérias 
Componentes celulares 
Vírus 
Microscopia eletrônica 
- que detém o éresci­
mento dos microtúbulos e causa sua despolimerização depois da perda do capuz de tubulinas-GTP. 
A colchicina, um medicamento utilizado para o tratamento da gota, atua de forma semelhante, 
já que se une às tubulinas e impede sua polimerização; o que leva - pelo fato de o capuz não se 
formar - ao desaparecimento dos microtúbulos. A colcemida é um derivado da colchicina que 
possui os mesmos efeitos. 
5-8. Os microtúbulos citoplasmáticos são necessários para o 
transporte das organelas e das macromoléculas 
Os microtúbulos citoplasmáticos constituem verdadeiras vias de transporte pelas quais se mo­
bilizam ~acromoléculas e organelas (mitocôndrias, vesículas transportadoras etc.) de um ponto a 
outro do citoplasma. Esta função é realizada com a assistência de duas roteínas f!10toras, a cine­
sina e a dineína. Quando elas estão "carregadas" com o material a transportar, a ci11~sina desliza 
Q_ara a extremidade [±] do microtúbulo e a_d~a pª ril a extremidade [ - ]_(Fig. 5.11 ). 
Estas Jlroteí11~s motoras são compostas por quatro cadeias _polipeptídicas, duas pesadas· e duas 
l~ves (Fig. 5.12). Cadá cadeia pesada contém um domínio globúlar (ou cabeça) e~ fibroso (ou 
cauda) . Q_fib.roso se: conecta com o material a transportar e o globular se_une ao.__!):l~bulo . 
Na membrana das organelas celulares e das vesículas transportadoras foram identificadas as 
pJoteínas transmen}Qranas cinectina e dinactina, com as quais se unem a cinesina e a dineína, 
respectivamente. 
A energia consumida pelo transporte é conhecida pelo A TP depois de sua hidrólise por ATPases 
presentes nas cabeças das prote_ínas motoras. Foi calculado que a cinesina se desloca cerca de 8 
nm por cada ATP hidrolisado. 
Um exemplo de transporte através destas proteínas é observado nos melanócitos da pele, cujos 
grânulos de melanina, diante de determinados ~stír11ulos, de_sliz'l.m à.o longo dos microtúbulos tanto 
centrípeta como centrifugamente. Outro exemplo corresponde aos axônios , onde as cin~sinas 
c;onduzem moléculas e vesículas dQ_COfP-2 ~ai para a terminaç!o axônica, e as dineínas as 
retomam. 
O CITOESQUELETO • 71 
Fig. 5.10 Formação de capuzes 
de tubulinas-GTP na 
extremidade do microtúbulo. 
Observe-se que quando o GTP 
se converte em GDP e não se 
remove o capuz, as tubulinas se 
desprendem. 
Fig. 5.11 Utilização dos 
microtúbulos como vias sobre as 
quáis se deslocam as proteínas 
motoras dineína e cinesina para 
transportar materiais entre 
diferentes pontos do citoplasma. 
72 • O CITOESQUELETO 
! ! 
.. -~Dineína_ Cinesina~.11. .. 
[-] [+] [-] - [+] 
Fig. 5.12 União das vesículas transportadoras com a cinesina e a dineína mediante as proteínas 
transmembrana cinectina e dinactina, respectivamente. 
Os neurônios contêm outra proteína motora ligada aos microtúbulos. Chama-se dinamina e, -----ªº contrário da cinesina e da dineína, possui atividade de GTPaS°B. Ademais, como veremos no 
\ ' 
Cap. 7-37, em todos os tipos celulares a dinamina provoca o desprendimento das vesículas trans-
portadoras que são geradas através de envoltórios de clatrina. 
5-9. Os microtúbulo.s citoplasmáticos contribuem para 
estabelecer a forma celular 
Os microtúbulos contribuem para o estabelecimento das formas que as células adquirem. Além 
disso, mediante as proteínas acessórias, mantêm o retículo endoplasmático e o complexo de Golgi 
em suas posições no citoplasma, o que determina a polaridade celular. Ficou comprovado que na 
estabilização dessas organelas intervêm, respectivamente, a cinesina e a dineína, duas proteínas 
motoras. 
Nos neurônios, os microtúbulos se acham também nos dendritos e nos axônios (Fig. 5.13). Além 
disso, o crescimento do axônio de ende do alongamento dos seus microtúbulos. Durante esse alon­
gamento, ao nível do cone de crescimerito do axônio, foi descoberta, entre os microtúbulos, a 
anteriormente mencionada dinamina que provoca o deslizamento de alguns microtúbulos sobre 
outros, o que seria necessário para o processo de avanço do cone pela matriz extracelular (Seção 
5-28). 
No corpo neuronal e no axônio foi identificada U.!!la MAP reguladora chamada tau (em vista 
da letra grega T) que !nibe a despolimerização das tubulinas nas extremidades dos microtúbulos e 
que também exerce uma função ligadora, já que estabelece pontes entre os microtúbulos contí­
guos e lhes confere estabilidade. Outras MAP ligadoras, chamadas MAPl e MAP2, criam pontes 
similares desses microtúbulos neuronais. 
As tau contêm um número determinado de fosfatos, cujo aumento altera seu funcionamento 
normal. O~o_dos fosfatos QQ.d.eria se produzir pela presença de cin.ases superativas ou de 
fosfatases hipoativas. Isto ocorre na doença de Alzheimer, caracterizada por deterioração neuro­
nal progressiva como conseqüência da instabilidade dos microtúbulos. Como vimos na seção 
anterior, estes microtúbulos são imprescindíveis para o transporte intracelular de organelas e de 
outros materiais vitais para a célula. 
Fig. 5.13 Distribuição dos microtúbulos nos neurônios. 
a 
e 
o 
:a 
e 
í­
~s 
to 
:!e 
0-
io 
je 
5-10. Os microtúbulos mitóticos mobi lizam os cromossomos 
durante a mitose e a meiose 
A função dos microtúbulos mitóticos será analisada detalhadamente no Cap. 18-14. 
A célula em mitose e em meiose conta com dois centrossomos em lugar de um, e os microtú­
bulos citoplasmáticos obser\lados na interfase são substituídos pelos microtúbulos mitóticos, cha­
mados também fibras do fuso ·mitótico (Fig. 5.14). Ao contrário dos citoplasmáticos ri0s micro­
túbulos mitóticos , a ~dade [ - J não se acha bloqueada pela matriz centrossômica, cfe modo 
que os microtúbulos podem se polimerizar e se despolimerizar também por essas extremidades. 
Os microtúbulos mitóticos podem desaparecer mediante o uso de vimbtastina e de vincristina. 
Esses medicamentos atuam de forma semelhante à colchiciria (Seção 5-7), embora não o façam 
quase seletivamente sobre as fibras do fuso, daí a sua utilização para bloquear as divisões das células 
neoplásicas no tratamento do câncer. O taxo[ (Paclitaxel) é um outro medicamento para tratar o 
câncer, pois impede a despolimerização das fibras do fuso e induz seu crescimento descontrolado, 
incompatível com a divisão celular. 
5-1 1. Os microtúbulos cilia res formam o eixo dos cílios e dos flagelos 
Os cílios são apêndices delgados - de 0,25 µ,m de diâmetro e vários micrômetros de compri­
mento - que surgem da superfície de diversos tipos celulares (Fig. 1.7). Os de maior comprimen­
to chamam-se flagelõs. Cada um é composto por um eixo citosólico - a matriz ciliar - envolto 
por um prolongamento da membrana plasmática. Em meio a essa matriz, seguindo o eixo longitu­
dinal,. do cílio, encontra-se uma armação filamentosa regular chamada axonema, o qual é com­
posto por vários microtúbulos paralelos entre si associados com proteínas acessórias (Figs. 5 .15 e 
5.16). Mais adiante descreveremos sua composição e suas funções. 
Cada cílio nasce em um corpúsculo basal ou cinetossoma (do grego, kineetós, móvel, e sôma, 
corpo) , que é uma estrutura idêntica a um centríolo do diplossomo. Os corpúsculos basais e os 
centríolos serão analisados na Seção 5-14. 
5-12. Os cílios se movem 
Os cílios são estruturas que se movem. Segundo as células em que se encontram, seus movi­
mentos servem para arrastar líquidos e partículas (como ocorre na árvore respiratória), para des­
locar outras células (por exemplo, os espermatozóides, o ovócito (oócito) ou o zigoto na tuba ute­
rina) ou para mobilizar as células autonomamente (por exemplo, os espermatozóides). 
O movimento ciliar pode ser pendular, unciforme, infundibuliforme ou ondulante. No movi­
mento pendular, o cílio parece rígido e se flexiona em sua base. No unciforme (o mais comum nos 
metazoários) o cílio se dobra e adquire a forma de uma forquilha. No infundibuliforme, o cílio 
gira, descrevendo uma figura cônica. No ondulante, característico dos flagelos , o movimento se 
desloca da extremidade proximal à extremidade distaldo cílio. 
Nas superfícies epiteliais cobertas por cílios pode se ver que estes se movem coordenadamente 
e dão lugar a verdadeiras ondas que se deslocam pelo epitélio em uma determinada direção. Estas 
ondas são produzidas porque cada cílio se move com pequeno atraso (ou adiantamento) com rela­
ção ao situado à frente (ou atrás) dele. A passagem da onda de uma célula à vizinha derivaria da 
passagpm de certos solutos (sinais) através das junções comunicantes que regulam as células epi­
teliais entre si (Cap. 6-14) (Fig. 6. 12). 
O movimento ciliar é produzido pelo axonem_a (Figs. 5 .1 5 e 5.16). Observados em um corte 
transversal, os microtúbulos do axonema mostram uma configuração especial conhecida como "9 
+ 2". Isso obedece ao fato de que na parte periférica dessa estrutura observam-se nove pares de 
microtúbulos - os quais formam um círculo - e na parte central, dois microtúbulos mais. Diz­
se "9 + 2" porque os dois microtúbulos de cada par periférico estão firmemente unidos entre si -
formam uma dupla - e os do par central estão separados. Um dos microtúbulos de cada par pe­
riférico, identificado com a letra A, é complexo, quer dizer, possui 13 protofilamentos; o outro, 
chamado B, é incompleto, pois conta com 10 ou 11 protofilamentos (Fig. 5.17). As duplas se dis­
põem em forma oblíqua, de modo que o microtúbulo A encontra-se mais próximo do centro do 
O CITOESQUELETO • 73 
Fig. 5.14 Distribuição dos 
microtúbulos mitóticos (ou 
fibras do fuso mitótico) durante 
a divisão celular. 
Fig. 5.15 Microtúbulos ciliares. 
Observar sua origem no 
corpúsculo basal ou 
cinetossoma. 
·I' 
:1. 
11' ... 
11 
~ 
... 
•' 
1r 
~ 
~· 
74 • O CITOESQUELETO 
Fig. 5.16 Acima. Esquema de 
um corte transversal do axonema 
que mostra a configuração 9 + 2 
característica dos microtúbulos 
do cílio. A visão se dirige da raiz 
para a ponta do cílio. Devemos 
ressaltar a disposição dos 
microtúbulos periféricos, que se 
acham associados entre si em 
pares, chamados duplas. 
Observar os distintos tipos de 
proteínas ligadoras e como as 
proteínas motoras de dineína 
formam "braços" orientados na 
direção dos ponteiros do relógio. 
Abaixo. Eletromicrografia de 
um axonema revelado mediante 
ácido tânico. (De D. W. 
Fawcett.) 
Fig. 5.17 Disposição em dupla 
de um par de microtúbulos 
periféricos do axonema. 
Dupla 
Proteína 
radial 
Microtúbulo B 
Dupla 
Proteína 
radial 
~---- Nexina 
Braço 
externo 
Bainha 
interna 
Microtúbulo A 
Braço 
externo 
Braço 
interno 
Bainha 
interna 
cílio que o microtúbulo B. Além disso, as extremidades [ - ] de ambos os microtúbulos apontam 
para o corpúsculo basal (Fig. 5.18). 
l:Q axonema contém proteínas ligadoras e proteínas motoras (Fig. 5.16). 
As proteínas ligadoras unem as duplas entre si e as sustentam em suas posições no interior do 
cílio, o que mantém a integridade do axonema durante o movimento ciliar. Assim, as nexinas unem 
o microtúbulo A de uma dupla ao microtúbulo B da dupla vizinha; a bainha interna envólve os 
microtúbulos centrais, e as proteínas radiais unem os microtúbulos A com essa bainha. 
As proteínas motoras são representadas pela dineína ciliar. Esta se diferencia da dineína cito­
plasmática porque é maior e tem três cadeias pesadas e três cadeias leves, em lugar de duas de 
cada uma (Seção 5-8). As caudas da dineína ciliar estão ancoradas no microtúbulo A de uma du­
pla, enquanto as cabeças globulares - com suas respectivas ATPases - estabelecem junções 
iD;-termitentes com o microtúbulo B da dupla vizinha. Assim, as dineínas formam pontes instáveis 
entre as duplas contíguas. 
As dineínas também são denominadas braços internos e externos do axonema (Fig. 5 . .16), o 
que indica a origem de algumas no microtúbulo A em posições mais periféricas em relação a ou-
- - ~---=---- - - - - -
[+! 
tras. Se olharmos o axonema da raiz do cílio, esses braços se orientam no sentido dos ponteiros do 
relógio. 
O movimento ciliar ocorre porque as cabeças das dineínas percorrem um pequeno segmento 
do microtúbulo B até sua extremidade [ - ] (Fig. 5 .18) (na Seção 5-8 assinalamos que esse tipo de 
proteína motora se move sempre nessa direção). Como os microtúbulos do axonema se acham 
fixos em suas posições dentro do cílio (mediante as proteínas ligadoras) e suas extremidades pro­
ximais estão ancoradas no corpúsculo basal, o deslocamento das dineínas sobre o microtúbulo B 
faz com que ambas as duplas se curvem, uma vez que não podem deslocar-se linearmente em di­
reções contrárias. Como isso ocorre com as dineínas localizadas entre várias das nove duplas, a 
soma das forças faz com que todo o axonema se dobre, o que gera o movimento ciliar (Fig. 5.19). 
O deslocamento das dineínas ocorre como conseqüência da formação e da ruptura alternadas das 
pontes transversais de dineína. Esse processo necessita de energia, que é retirada do ATP. 
Durante o movimento ciliar, nem todas as duplas operam de uma vez. Além disso, suspeita-se 
que as duplas situadas de um lado do axonema flexionam o cílio e as do lado oposto intervenham 
no movimento de retorno. 
5- 13. Na síndrome de Kartagener, os cílios são imóveis 
A síndrome de Kartagener é devida a uma ou mais mutações dos genes que codificam a dineína 
ciliar ou outras proteínas acessórias do axonema. Em conseqüência, os cílios e os flagelos são 
imóveis, o que provoca quadros de bronquites crônicas e esterilidade na mulher e no homem (os 
cílios da árvore respiratória e das tubas uterinas e o flagelo dos espermatozóides são desprovidos 
de movimento) . 
5-1 4. A estrutura dos corpúsculos basais é idêntica à dos centríolos 
Os microtúbulos ciliares nascem no corpúsculo basal, que se localiza por baixo da membrana 
plasmática, na altura da raiz do cílio (Figs. 5.15 e 5.22). A quantidade de corpúsculos basais e de 
cílios é a mesma. 
Os corpúsculos basais são estudados junto com os centríolos do centrossomo porque são estru­
turalmente idênticos. Constituem cilindros ocos abertos em suas extremidades e medem 0,2 µm 
de diâmetro por 0,4 µm de comprimento. A parede do corpúsculo basal ou do centríolo é formada 
por 9 unidades microtubulares , cada uma composta por três microtúbulos, fundidos entre si, cha­
mados A, B e C (Figs. 5.20, 5.21e5.22). 
O CITOESQUELETO • 75 
Fig. 5.18 Origem do movimento 
ciliar. Está baseada no 
deslocamento das cabeças das 
dineínas ciliares sobre o 
microtúbulo B das duplas, na 
direção da raiz do cílio. 
Fig. 5.19 Movimento ciliar. 
Ocorre diante da impossibilidade 
de deslizamento das duplas do 
axonema entre si, por isso, se 
dobram. 
76 • O CITOESQUELETO 
Fig. 5.20 Esquerda. Esquema 
de um centríolo ou de um 
corpúsculo basal, com sua 
configuração característica 9 + 
O. Direita. Está ilustrada a tripla 
associação característica dos 
microtúbulos centriolares, 
conhecida como trinca. 
Fig. 5.22 Esquerda. 
Eletromicrografia de um corte 
longitudinal da raiz do cílio (Ci) 
com seu corpúsculo basal ou 
cinetossoma (CB). Direita. 
Cortes transversais de cílios e 
corpúsculos basais. 70.000X. 
(Cortesia de J. André e E. 
Fauret-Fremiet.) 
Proteína ligadora 
e 
B 
A 
Fig. 5.21 Esquerda. Esquema de um corte transversal do centríolo no qual se ilustram as nove trincas e as 
proteínas ligadoras. Direita. Eletromicrografia de um corte transversal de um centríolo revelado mediante 
ácido tânico. (De V. Kalnins.) 
O microtúbulo A é completo, pois dispõe de 13 protofilamentos; ao contrário, os microtúbulos 
B e C são incompletos, já que contêm 11 protofilamentos cada um (Fig. 5.20). Como as duplas no 
axonema, estas trincas estão dispostas de forma oblíqua, de maneira que o microtúbulo A se acha 
mais próximo do centro do centríolo do que o microtúbulo c (Fig. 5.21 ). 
As nove trincas do corpúsculo basal estão conectadas entre si por dois tipos de proteínas liga­
doras. Umas são fibras curtas que enlaçam o microtúbulo A de uma trinca com o microtúbulo C 
da trinca vizinha. As outras são fibras longas que se unem às trincas de forma semelhante aos rai­os de uma roda (Fig. 5.21). 
Vimos que cada cílio nasce de um corpúsculo basal que, como o cílio, situa-se perpendicular­
mente à membrana plasmática (Fig. 5.15). Cabe lembrar que os microtúbulos A e B das duplas do 
cílio continuam com os microtúbulos A e B das trincas do corpúsculo basal. O significado do 
microtúbulo C das trincas e o sítio de origem dos microtúbulos centrais do axonema ainda não 
foram determinados. 
Às vezes, a extremidade livre do corpúsculo basal mostra uma raiz fibrilar curta que se intro­
duz no citoplasma e que tem por função sustentar o cílio. 
Os corpúsculos basais se diferenciam dos centríolos do diplossomo pelas seguintes particula­
ridades: 1) os primeiros localizam-se próximo da superfície celular (na raiz dos cílios) e os segun­
dos próximos do núcleo (Figs. 5.4A e 5.15); 2) os corpúsculos basais não possuem a matriz 
centrossômica que envolve os centríolos (Fig. 5.23); 3) os corpúsculos basais podem ser forma­
dos por apenas uma unidade, enquanto os centríolos apresentam-se de dois a dois, ambos perpen­
diculares entre si (Fig. 5.23). 
5- 15. N.a ciliogênese, os microtúbulos do _axonema se desenvolvem a 
partir do corpúsculo basal 
Na ciliogênese, os microtúbulos A e B do corpúsculo basal cumprem a função da :y.::Jubulina 
do centrossomo, ou seja, atuam como moldes para a nucleação (polimerização) das primeiras tu­
bulinas dos microtúbulos A e B do axonema. As tubulinas do axonema nascente se unem às extre­
midades [+ ]dos microtúbulos A e B do corpúsculo basal, que apontam para a superfície da célu­
la. Portanto, as extremidades [ - ] dos microtúbulos dos cílios se localizam junto ao corpúsculo 
basal. Depois da nucleação inicial , novas tubulinas são agregadas, alongando os microtúbulos do 
axonema até que o cílio alcance o seu comprimento definitivo. 
5-16. Os corpúsculos basais se derivariam dos centríolos 
do centrossomo 
Pelo que foi dito na seção anterior, deduzimos que antes que os cílios nasçam, formam-se os 
respectivos corpúsculos basais. Estes apareceriam como conseqüência de uma reprodução dico­
cfunica por parte dos centríolos do diplossomo, mediante um processo baseado no desenvolvimento 
de procentríolos similar ao que é mostrado na Fig. 18.5 . Outra teoria sugere que os corpúsculos 
basais se formariam de novo, sem a participação dos centríolos. 
FI LAMENTOS DE ACTINA 
5- 17. O diâmetro dos filamentos de actina é de 8 nm 
Os filamentos de actina ou microfilamentos possuem um diâmetro de 8 nm e são mais flexí­
Yeis que os microtúbulos. Podem estar associados em feixes ou redes , de modo que raramente são 
Yistos isolados (Fig. 1.9). 
Com base na sua distribuição na célula, os filamentos de actina classificam-se em: 1) corti­
cais, que se localizam por baixo da membrana plasmática, onde coRstituem o componente citosó­
lico mais importante (Fig. 5.24) , e 2) transcelulares, visto que atravessam o citoplasma em todas 
as direções (Fig. 5.25A). Da mesma forma que os microtúbulos tratados com anticorpos 
antitubulina, os filamentos de actina podem ser localizados com a ajuda de anticorpos antiactina 
fluorescentes (Fig. 5.25B). 
O CITOESQUELETO • 77 
Matriz 
centrossômica Centríolo 
Fig. 5.23 Representação 
esquemática do centrossomo, 
que inclui a matriz 
centrossômica e o par de 
centríolos ou diplossomo. 
Fig. 5.24 Distribuição dos 
filamentos de actina corticais em 
uma célula epitelial. 
78 • O CITOESQUELETO 
Fig. 5.25 A. Distribuição dos 
filamentos de actina 
transcelulares (fibras de tensão) 
em uma célula conjuntiva. B. 
Célula cultivada tratada com 
anticorpos antiactina 
fluorescentes. 
Fig. 5.26 Formação e 
organização estr!-Jtural do 
filamento de actina. Também 
estão ilustradas a polimerização 
(alongamento) e a 
despolimerização 
(encurtamento) do filamento por 
suas duas extremidades . 
Como será descrito na parte final do capítulo , os filamentos de actina também formam o es­
gu~leto das microvilosidades e fazem Rarte da a~ação contrátil das células musculares. 
Os filamentos de actina são polímeros constituídos pela soma linear de monômeros, cujo en­
caixe dá aos filamentos uma configuração helicoidal característica (Figs. 5.1e5.26). Os monô­
meros encontram-se livres no citosol, onde formam um depósito ao qual a célula recorre quando 
necessita. Cada monômero é um polipeptídeo de 375 aminoácidos que se encontra associado a 
um ADP ou a um ATP; sua estrutura terciária é globular, daí receber o nome de actina G. 
Igualmente aos microtúbulos, os filamentos de actina possuem uma extremidade [ + ] e uma 
extremidade [ - ] (Seção 5-6); pela primeira, alongam-se e se encurtam mais rapidamente que pela 
segunda (Fig. 5.26). Esta bipolaridade deve-se a que os próprios monômeros a possuem. 
5- 18. Os filamentos de actina se formam a partir de trímeros de actinas G 
Cada filamento de actina começa a se formar a partir de um núcleo de três monômeros de ac­
tina G que se combinam entre si, em qualquer ponto do citosol onde a constituição de filamentos 
de actina seja necessária (Fig. 5.26). O alongamento do núcleo original ocorre como conseqüên­
cia da agregação sucessiva de novos monômeros nas extremidades [ +] e [ - ] do filamento ainda 
inacabado. Para a polimerização é necessário que as actinas G contenham um ATP. 
Pouco tempo depois da polimerização, este ATP se hidrolisa em ADP e P, condição que induz 
os monômeros a se despolimerizar. Entretanto, isso não acontece porque nas extremidades dos 
filamentos de actina ocorre um fenômeno de instabilidade dinâmica análogo ao descrito para os 
microtúbulos (Seção 5-7), derivado da formação de um capuz cujos monômeros demoram um tempo 
para converter seus ATP em ADP. 
Já que a manutenção desta instabilidade tem um alto custo em ATP, quando o filamento alcan­
ça o comprimento desejado, várias proteínas reguladoras se colocam em suas extremidades para 
estabilizá-lo. 
Supõe-se que, a polimerização dos monômeros de actina depende de uma proteína reguladora 
chamada rofllina, embora isso provoque a hidrólise dos ATP nos monômeros já polimerizados. 
No processo de despolimerização participam várias proteínas reguladoras, entre as quais se 
destacam a t!wosina e o ADF (do inglês, actin-depolymerizingfactor). A timosina inibe a nucle­
ação do trímero inicial de actinas G e sua polimerização no filamento em crescimento. Ao contrá­
rio, o ADF une-se ao filamento de actina e o despolimeriza prog~sivamente . 
O medicamento citocalasina B provoca a despolimerização dos filamentos de actina porque se 
une aos seus dois extremos e bloqueia _o seu crescimento, com o conseqüente desaparecimento 
dos capuzes de actina com ATP. 
Nucleação 
• •• 
5-19. Os filamentos de actina contribuem para estabelecer 
a forma celular 
Mencionamos que existem feixes de filamentos de actina que se concentram sob a membrana 
plasmática (corticais) (Fig. 5.24) e outros que cruzam o citoplasma de lado a lado da célula 
(transcelulares) (Fig. 5.25). Ambas as localizações contribuem, em outras funções , para o estabe­
lecimento da forma celular. 
As concentrações e as funções de ambos os filamentos diferem de acordo com as células, isto 
é, se epiteliais ou conjuntivas. Nas primeiras, prevalecem os filamentos corticais, que são os que 
estabelecem a forma celular. as segundas, tal prevalência e função correspondem às fibras 
transcelulares. 
Em ambos os tipos, os filamentos corticais são também responsáveis pela morfologia da parte 
periférica da célula. Além disso, na Seção 5-32, veremos que eles formam o eixo das microvilo­
sidades. 
5-20. Nas células epiteliais os filamentos de actina corticais formam uma 
malha sob a membrana plasmática 
Nas células epiteliais, os feixes de filamentos de actina corticais se dispõem nas mais variadas 
direções e compõem uma malha contínua por baixo da membrana plasmática. Os filamentós se 
unem entre si e à membrana plasmática mediante a proteína ligadora fodrina (Fig. 5.27). Por sua 
vez, esta se conecta a proteínas integrais da membrana - uma das quais é nadamenos que o con­
tratrarisportador de Na+ e K+ visto no Cap. 3-19 - por intermédio de outra proteína ligadora, a 
anquirina. A fodrina é semelhante à espectrina que se encontra na membrana terminal das mi­
crovilosidades (Seção 5-32) e no citoesqueleto das hemácias (Seção 5-36). 
5-21 . Nos epitélios, uma franja de microfilamentos de actina corticais 
participa na formação do cinturão de adesão 
O cinturão de adesão, que será analisado, no Cap. 6-1 2 é uma forma de junção intercelular 
presente próxima da superfície apical das células epiteliais. Trata-se de uma franja reforçada de 
filamentos de actina corticais, que compõem uma espécie de anel que circunda cada célula (Fig. 
6.10). Estes filamentos se conectam com proteínas da membrana plasmática chamadas caderinas, 
por meio das proteínas ligadoras placoglobina, catenina, cx-actinina e vinculina. O cinturão de 
adesão é composto pelos filamentos de actina, pelas caderinas e pelas proteínas ligadoras. 
5-22. Em alguns epitélios embrionários, o cinturão de adesão 
tem funções morfogenéticas 
Nas células de alguns epitélios embrionários, os filamentos de actina do cinturão de adesão se 
encurtam, motivo pelo qual, a esta altura, as células reduzem o seu diâmetro. Conseqüentemente, 
as células perdem sua forma éilíndrica e adquirem um aspecto piramidal, o que gera uni sulco e, 
em seguida, um tubo separado do epitélio de origem (Fig. 5.28). 
Fig. 5.27 Esquema dos filamentos de actina corticais nas células epiteliais , e de proteínas Jigadoras que os 
sujeitam à membrana plasmática. 
O CITOESQUELETO • 79 
Cinturão de adesão 
.,_ .,_ ~-:;:-:;:_ ~ __ l-.;: .,_ ·~ ~ .,_-.;:-~ 4 
~- ~ -'!· 
:'-j( Tubo , __ .. 
Fig. 5.28 Filamentos de actina 
do cinturão de adesão (ver Fig. 
6.10). Graças a esses filamentos, 
durante o desenvolvimento 
embrionário alguns epitélios 
pavimentosos originam 
estruturas tubulares (por 
exemplo, o tubo neural 
primitivo). 
80 • O CITOESQUELETO 
Fig. 5.30 Esquemas que ilustram 
o deslocamento das miosinas I, 
II e V sobre os filamentos de 
actina. 
5-23. Nas células epiteliais, os filamentos de actina transcelulares 
transportam organelas 
Como em todas as células, nas epiteliais, os filamentos de actina transcelulares se acham es­
tendidos entre pontos opostos da membrana plasmática e entre esta e o envoltório nuclear, de modo 
que atravessam o citoplasma em várias direções (Fig. 5.25). Entretanto, próximo ao envoltório 
nuclear, existe uma rede de filamentos de actina que descansa sobre a malha perinuclear de fila­
mentos intermediários (Seção 5-2); a essa rede ligam-se os filamentos de actina que partem do 
envoltório. Ao contrário, ao nível da membrana plasmática, os filamentos transcelulares se co­
nectam com os filamentos de actina corticais ou se unem a proteínas de membrana especiais. 
Os filamen_tos de actina transcelulares atuam como vias para transportar organelas pelo cito­
plasma. Este trans orte é mediado elas proteínas motoras mio sina I e mio sina V. 
A miosina 1 tem uma cabeça e uma caud;,p;;is uma de suas extrem1 ades é globular e a outra, 
fibrosa (Fig. 5.29). Quando esta proteína motora funciona , sua cauda se liga à membrana da orga­
nela que vai ser transladada - em geral, uma vesícula do sistema de endomembranas (Cap. 7-1) 
- e sua cabeça se une intermitentemente a um filamento de actina vizinho, este último porque a 
cabeça da miosina I muda de posição repetidamente. As junções e disjunções alternadas fazem 
com que a miosina I deslize na direção da extremidade [+]do filamento de actina (Fig. 5.30). 
As mudanças de posição da cabeça - responsáveis por esse deslizamento - consomem A TP, 
que é hidrolisado a ADP e P por uma ATPase dependente de Ca2+ situada na própria cabeça. A 
miosina I desloca-se, aproximadamente, 10 nm por cada ATP que consome. 
A miosina V "caminha" sobre o filamento de actina e cada "passo" que dá avança cerca de 37 
nm. Sua composição é analisada na Seção 5-28. 
Miosina 1 
Fig. 5.29 Representação esquemática da miosina I e da miosina II. 
MiOsina 1 
Miosina 1 
Miosina li 
Miosina V 
5-24. Nas células conjuntivas, os filamentos de actina transcelulares são 
chamados fibras de tensão 
Nas células con 'untivas a distribuicão dos filamentos de actina transcelulares -denominadas 
f~ras de te~ão - é semelhante à indicada na seção anterior, embora componham feixes mais 
espessos e mais numerosos . Em cada feixe, a proteína ligadora cx-actinina une os filamentos de 
actina entre si. 
Ademais, cada filamento se liga à membrana plasmática mediante uma estrutura conhecida com 
o nome de contato focal (Fig. 5.31 ). A ~remidade do filamento se conecta com uma proteína 
transmembrana heterodimérica chamada integrina , por meio das proteínas ligadoras talina, cx­
actinina, paxilina e vinculina. O conjunto , composto pela extremidade do filamentó de actina, 
as proteínas ligadoras e a integrina, constitui o contato focal. No Cap. 6-6 veremos que, por seu 
domínio externo, a integrina se liga a uma proteína da matriz extracelular chamada fibronectina , 
~esta_.a..11ma fibra de colágeno. 
Entre os filamentos de actina das fibras de tensão encontram-se numerosas unidades da proteí­
na motora miosina II, composta de dois polipeptídeos pesados , cada um combinado com dois 
polipeptídeos leves (Fig. 5.29). Os seis polipeptídeos geram uma molécula fibrosa com duas ca­
beças em uma de suas pontas, já que nelas os polipeptídeos pesados têm uma estrutura globular. 
Como na miosina I, as cabeças da miosina II possuem atividade de A TPase e são responsáveis 
pelas propriedades mecânicas da molécula. 
As miosinas II não funcionam isoladas. Para poder atuar associam-se e formam conj untos bi­
polares com as caudas das moléculas fundidas entre si e as cabeças dirigidas para outra extremi­
dade 1_o conjunto (Fig. 5.30). As cabeças estabelecem junções intermitentes com filamentos de 
actina adjacentes. Vi~to_que deslizam sobre eles em sentidos opostos - para as respectivas extre­
mjda®s [ +] - os tensionam e geram forças mecânicas nos contatos focais, o que, além de pro­
duzir deformações leves, porém contínuas, da superfície celular, contribui para o estabelecimento 
da forma global da célula. É por estas propriedades que nas células conjuntivas os filamentos de 
actina transcelulares levam o nome de fibras de tensão. O mecanismo molecular que toma possí­
vel o deslizamento das miosinas II sobre os filamentos de actina será analisado na Seção 5-33 , 
que se refere à contratilidade muscular. 
Devemos lembrar que as fibras de tensão e os contatos focais se form~_m mediante a indução 
, a roteína Rh~ (da letra grega p) , que é membro da família das GTPases que atuam associadas às 
proteínas reguladoras GEF e GAP, de cuja análise nos ocuparemos no Cap. 7-38. 
Da mesma forma que nas células epiteliais, as fibras de tensão servem como vias para trans­
portar organelas pelo citoplasma, com intervenção da miosina I e da miosina V (Seções 5-23 e 
5-28). 
Colágeno 
----Paxi lina 
----Vinculina 
~--u-Actinina 
CITOSOL 
Fig. 5.31 Contato focal e sua conexão com elementos da matriz extracelular mediante a proteína 
transmembrana integrina. 
O CITOESQUELETO • 1 
i 
82 • O CITOESQUELETO 
Fig. 5.32 Intervenção das 
proteínas filamina e gelsolina na 
montagem e desmontagem, 
respectivamente, dos andaimes 
de actina .no córtex das células 
conjuntivas. 
5-25. Nas células conjuntivas, os filamentos de actina corticais sofrem 
repetidas modificações 
Nas células conjuntivas, os filamentos de actina corticais se distribuem de maneira caracterís­
tica e, além disso, mutante. Esta última origina modificações cíclicas na consistência da zona 
periférica das células, o que, juntamente com as tensões nos contatos focais, produz os movimen­
tos incessantes que são observados na superfície celular. 
Assim, os filamentos de actina formam uma espécie de andaime que aumenta a viscosidade do 
citosol e que diminui quando o andaime se desmonta por causa da despolimerização dos filamen­
tos de actina(Fig. 5.32). Assim, na zona periférica das células conjuntivas se alternam estados de 
maior viscosidade (gel) com outros de menor viscosidade (sol), o que provoca mudanças contínu­
as na forma da superfície celular. 
a montagem do andaime intervém - além da profilina (Seção 5-18) - uma proteína ligado­
ra chamada filamina ou ABP (do inglês, actin-binding protein), que une os filamentos de actina 
entre si (Fig. 5.32). O andaime se desmonta sob ação da gelsolina - antes que o façam as prote­
ínas despolimerizantes timosina e ADF. A gelsolina é uma proteína dependente de Ca2+ que 
fragmenta os filamentos de actina (Fig. 5.32). 
5-26. Os filamentos de actina desempenham importantes funções 
durante a motilidade celular 
A migração celular é um fenômeno muito comum durante o desenvolvimento embrionário, 
decisivo não somente para a formação dos tecidos e dos órgãos, mas também para o ordenamento 
e orientação espacial da maioria das estruturas corporais. No organismo desenvolvido, a migra­
ção celular cumpre importantíssimas funções vinculadas com sua defesa e com o reparo tecidual. 
Ao contrário das células musculares, nas quais os filamentos de actina não se encurtam nem se 
alongam, nas células locomotoras, o citoesqueleto apresenta um grande dinamismo, já que a mo­
tilidade celular é contínua em seus componentes, que incluem polimerizações e despolimerizações 
por parte dos filamentos de actina. 
A entrada em movimento das células epiteliais é algo mais complicado do que a das células 
conjuntivas, pois para adquirir motilidade, as primeiras devem se tomar independentes do epité­
lio original e redistribuir seus filamentos de actina corticais e transcelular~ como 
nas células conjuntivas. 
Antes de se pôr em marcha, a célula mi ratória adquire ~aspecto poligonal. Em seguida, 
co~giien~ápid~ e extensas modificações nos filamentos de actina corticais formam-se, na 
extremipara 
um lugar de maior concentração da substância solúvel. Ficou comprovado que as substâncias qui­
miotáticas estimulam - na membrana plasmática das células em movimento - receptores que 
põem em marcha sinais intracelulares que ativam a proteína Arp2/3 . O fenômeno oposto à quimi­
otaxia, ou seja, a quimiorrepulsão, depende de uma proteína denominada semaforina. 
Os mecanismos pelos quais as células migratórias reconhecem outras células em seus lugares 
de destino e se estabelecem neles são analisados nos Caps. 6-8 e 6-9. 
5-28. O avanço dos axônios apresenta algumas semelhanças com a 
motilidade celular 
Como sabemos, os neurônios se acham conectados entre si e com as células musculares e se­
cretórias por meio de prolongamentos citoplasmáticos chamados axônios. As células assim co­
nectadas podem estar separadas por distâncias consideráveis, e a maioria das conexões é estabe­
lecida durante o desenvolvimento embrionário. 
Qualquer que seja a distância que as separe, geralmente o neurônio não necessita migrar para 
entrar em contato com a outra célula; somente cresce seu axônio, motivo pelo qual seu corpo per--­
manece no sítio inicial. Para poder se alongar e avançar, o axônio desenvolve em sua extremidade 
distal (que é a área que entra em contato com a outra célula) uma especialidade chamada cone de 
crescimento, análoga à região frontal das células migratórias, porém com filopódios bastante mais 
Microtúbulos 
1 IIl-Vm Fdas 
próteínas ligadoras, a vilina e a fimbrina (Fig. 5.38) . Além disso, os filamentos de actina mais 
periféricos se conectam com proteínas integrais da membrana plasmática por intermédio de mo­
léculas de miosina 1. Não se sabe ainda por que esta proteína motora se localiza em uma estrutura 
celular imóvel. 
5-33. Na contratilidade das células musculares estriadas intervêm 
filamentos de actina e várias proteínas acessórias 
O músculo estriado é constituído por células (ou fibras) cilíndricas de 10 a 100 µ,m de diâme­
tro e vários milímetros ou centímetros de comprimento . Os componentes do citoesqueleto com­
prometidos na atividade mecânica destas células formam estruturas regulares e estáveis, adapta­
das para encurtar-se durante a contração e alongar-se nos períodos de repouso. 
O músculo constitui um dos exemplos mais claros de associação morfofuncional e de como, 
em uma célula, a energia química pode ser traduzida no trabalho mecânico. O desenho das células 
musculares estriadas é tão eficiente que elas são capazes de contrair-se e de relaxar-se cem ou 
mais vezes por segundo e de produzir um trabalho mil vezes superior ao seu próprio peso. 
A maquinaria contrátil das células musculares é representada por estruturas regulares deriva­
das do citoesqueleto, as miofibrilas (Fig. 5.39). Estas são tão longas quanto as próprias células e 
se dispõem paralelamente uma ao lado da outra. A espessura de cada miofibrila é de 1 a 2 µ,m. Seu 
comprimento e seu número dependem do comprimento e do diâmetro da célula muscular, respec­
tivamente. 
A miofibrila é composta por uma sucessão linear de unidades contráteis denominadas sarcô­
meros (Figs. 5.40 e 5.41), de 2,2 µm de comprimento e largura equivalente à da miofibrila, de 1 
a 2 µ,m. Ao microscópio eletrônico observa-se que entre os sarcômeros existe uma estrutura ele-
O CITOESQUELETO • 87 
Fig. 5.39 Fibras do músculo 
estriado onde se ilustram as 
miofibrilas com seus sarcômeros 
(observar as bandas A e I e os 
discos Z), o retículo 
sarcoplasmático e a membrana 
plasmática. Os túbulos T são 
invaginações da membrana 
Membrana 
plasmática 
Retículo sarcoplasmático plasmática, que se vinculam ao 
A ... . 
~r ; ...... .. 
.,,....... ili ............ y .. ...,.. 
-~t't"•t•'•ª~H • · i!I AA~ '•' t,,'N 
'li .... , ................ . 
z L__~__J z 
e. 
Uma alteração na forma das 
cabeças faz com que o filamento 
de actina corra para o centro do 
sarcômero. D. No final deste 
movimento, as cabeças se 
desprendem, se endereçam e 
novamente entram em contato 
com o filamento de actina, agora 
com monômeros mais próximos 
do disco Z. 
90 • O CITOESQUELETO 
Fig. 5.45 Esquema que mostra a 
estrutura molecular do filamento 
de actina do sarcômero, junto a 
algumas proteínas reguladoras 
da contração muscular. 
Fig. 5.46 Deslocamento da 
tropomiosina antes da união da 
cabeça da miosina II com o 
filamento de actina (ver Fig. 
5.44B). 
seguintes fenômenos moleculares (Fig. 5.44): 1) cada cabeça de miosina adere a um filamento de 
actina; 2) ao se flexionar avança um pequeno segmento para a extremidade [+]deste filamento , o 
qual se desloca - arrastando o disco Z de seu lado - para o centro do sarcômero; 3) em seguida, 
a cabeça da miosina se desconecta do filamento de actina e recupera sua posição de repouso; 4) 
em seguida, se une ao mesmo filamento de actina, porém em um ponto mais próximo do disco Z; 
5) como volta a se flexionar, o filamento de actina corre um pouco mais para a parte central do 
sarcômero, depois do que volta a se separar. Graças à bipolaridade da fibra de miosina e ao fato de 
os episódios anteriormente mencionados se repetirem várias vezes, os filamentos de actina de ambas 
as metades do sarcômero se aproximam mutuamente e, por isso, o sarcômero encurta seu compri­
mento (Fig . 5.43). A contração da célula muscular resulta da soma dos encurtamentos de todos os 
seus sarcômeros. 
A energia necessária para a atividade mecânica das cabeças da miosina II é proporcionada pelo 
ATP que é hidrolisado por uma ATPase presente nessas cabeças. Calcula-se que a energia forne­
cida por um A TP seja suficiente para deslocar os fil amentos de actina entre 5 e 10 nm. 
A fl exão das cabeças de miosina II é desencadeada pelo Ca2+ , cuja concentração aumenta no 
citosol quando a célula muscular é induzida a se contrair (Cap. 7-26). Essa flexão é controlada 
pelas proteínas reguladoras tropomiosina, troponina 1, troponina C e troponina T, que se en­
contram junto aos filamentos de actina (Fig. 5.45). As três troponinas formam um complexo que 
se mantém unido graças à troponina T. 
No músculo em repouso, a tropomiosina se encontra sobre os filamentos de actina em uma 
posição tal que impede a união das cabeças de miosina II com esses fil amentos (Fig. 5.46). Esta 
posição é controlada pela troponina 1, assim chamada porque inibe o deslocamento da tropomio­
sina. 
O aumento da Ca2+ no citosol faz com que o íon se una à troponina C (esta é semelhante à 
proteína calmodulina, que analisaremos no Cap. 11-18). O complexo Ca2+ -troponina C bloqueia 
a ação da troponina 1, o que permite à tropomiosina mudar de posição com relação aos filamentos 
de actina e, assim, as cabeças da miosina II podem se unir a eles. A Fig. 5.46 mostra essa reação; 
observa-se a molécula de tropomiosina em suas duas posições, correspondentes aos estados de 
relaxamento e de contração do músculo. 
Nos discos Z, se encontra a proteína ligadora a-actinina. Nela se ancoram não somente os fi­
lamentos de actina, mas também os de titina, uma proteína ligadora que se estende até o centro do 
sarcômero, ou seja, até a linha M (Fig. 5.47). A titina desempenha duas funções: mantém a fibra 
de miosina II em sua posição e, por ter um segmento que se comporta como uma mola, restabele­
ce o comprimento de repouso da célula durante o relaxamento muscular. A titina é a maior prote­
ína detectada no organismo humano; pesa nada menos que 3.000 kDa e é composta por uma ca­
deia linear de quase 27.000 aminoácidos. 
T C o • • 
Actina Tropomiosina Troponinas 
Fi lamento de actina 
o 
Q 
o 
- 1 A ------+--- 1 -
~-- H --~ 
Actina Miosina li Titina 
z 
1 
1 
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z ,, 
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I 
J \. 
li I 
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Ili 7 , 
"' Comprimento da 
I• molécula de nebulina "I 
Comprimento da 
molécula de titina 
Cada filamento de actina se acha associado a outra proteína gigante chamada nebulina, que 
tem por função determinar o comprimento do filamento durante a rniogênese e conferir-lhe rigi­
dez (Fig. 5.47). 
As miofibrilas se acham unidas por seus lados mediante filamentos intermediários de desmina 
(Seção 5-3). Graças a eles, evita-se a perda do alinhamento dos sarcômeros no interior das células 
musculares diante de fortes tensões mecânicas a que estão submetidas . 
Finalmente, por baixo da membrana plasmática, a célula muscular possui a proteína ligadora 
distrofina, que é semelhante à espectrina (Seção 5-32) e conecta os filamentos de actina, locali­
zados na periferia da célula com um complexo de proteínas membranosas chamadas distroglicanas 
e sarcoglicanas. Por sua vez, este complexo se une à laminina da lâmina basal que rodeia a célu la 
(Cap. 6-1). Diversas anomalias na distrofina ou em alguma das proteínas associadas - como 
conseqüência de alterações genéticas - dão lugar a enfermidades conhecidas como distrofias 
musculares, que se caracterizam pela degeneração progressiva dos músculos, o que pode fazer 
claudicar as funções cardíaca e pulmonar e levar à morte. 
5- 34. Na contratilidade das células musculares cardíacas participam 
estruturas similares às do músculo estriado 
Uma das diferenças mais notáveis entre as células musculares esqueléticas e as células muscu­
lares cardíacas é a presença nestas dos discos intercalares, encarregados de unir as células cardí­
acas por suas extremidades. Estes discos se comportam como se fossem discos Z, pois deles sur­
gem os filamentos de actina e de titina. 
Os discos intercalares contêm desmossomas (Cap. 6-13) ; estes se associam aos filamentos 
intermediários de desmina, que se derivam daqueles que unem as miofibrilas entre si, menciona­
dos na seção anterior. Além disso , possuem junções comunicantes (Cap. 6-14), necessárias para 
sincronizar as contrações das células miocárdicas . 
5-35. Nas células musculares lisas, o aparelho contrátil e 
relativamente simples 
O aparelho contrátil das células musculares lisas se assemelha ao conjunto de fibras de tensão 
transcelulares presentes nas células conjuntivas (Seção 5-24), com a diferença de que nas muscu­
lares os feixes de filamentos de actina são muito mais grossos e mais numerosos . Além disso, as 
partes intermediárias dos filamentos de actina são substituídas por filamentos intermediários de 
desmina (Fig. 5.48), cuja presença impede que seja comprimida a zona central da célula, onde se 
encontra o núcleo e se refugiam os componentes citoplasmáticos mais delicados para se proteger 
da contração. 
5-36. O citoesqueleto da hemácia (eritrócito) possui 
características singulares 
A composição do citoesqueleto da hemácia apresenta diferenças na comparação com o citoes­
queleto das outras células. 
O CITOESQUELETO • 91 
Fig. 5.47 Representação 
esquemática parcial do 
sarcômero, que inclui as 
moléculas de titina. Assinalamos 
o comprimento relativo das 
moléculas de nebulina. 
92 • O CITOESQUELETO 
Fig. 5.48 Citoesqueleto da célula 
muscular lisa. Observar de que 
maneira os filamentos 
intermediários de desmina, 
situados entre os filamentos de 
actina, protegem o núcleo e os 
componentes citoplasmáticos 
durante a contração. 
Fig. 5.49 Ilustração dos 
componentes principais do 
citoesqueleto e da membrana 
plasmática da hemácia. 
BIBLIOGRAFIA 
Como mostra a Fig. 5.49, imediatamente por baixo da membrana plasmática da hemácia, exis­
te uma malha fibrilar integrada principalmente por filamentos de espectrina, que é uma proteína 
similar à fodrina (Seção 5-20). Trata-se de um heterodímero composto por dois polipeptídeos lon­
gos entrelaçados, chamados ex e [3 (ou banda 1 e banda 2, respectivamente). Visto que os dímeros 
se conectam por suas pontas, formam-se tetrâmeros cujas extremidades se unem a filamentos de 
actina curtos (ou banda V) . 
A Fig. 5.49 permite ver que cada filamento de actina se conecta com várias espectrinas 
tetraméricas; tais conexões sãomediadas pela proteína ligadora aducina. Vê-se também que os 
filamentos de actina se ligam a uma glicoproteína transmembrana chamada glicoforina mediante 
a proteína ligadora banda 4.1. 
Além disso, o filamento de actina se acha associado a outras duas proteínas, a tropomodulina, 
que determinaria seu comprimento, e a tropomiosina, cuja função se desconhece. 
Próximo de sua parte média, cada tetrâmero de espectrina se conecta com a proteína transmem­
brana banda 3, que é o contratransportador de c1- e HC03- descrito no Cap. 3-17. Nesta união 
intervém a proteína ligadora anquirina. 
É preciso assinalar que o conjunto deste sistema de proteínas citoesqueléticas e membranosas 
confere à hemácia sua forma bicôncava e a flexibilidade necessária para poder circular pelos ca­
pilares sangüíneos de diâmetros menores que o seu. 
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A junção das células 
entre si e com a matriz 
extracelular 
6-1. As células se unem entre si e com elementos da matriz extracelular 
Os organismos multicelulares são compostos não somente por células , mas também por ele­
mentos intercelulares . Estes últimos se agrupam sob o nome de matriz extracelular. Os tecidos 
- e, por extensão, os órgãos e sistemas - são o resultado de associações de tipos diferentes de 
célula~ e matrizes extracelulares; assim, para poder reconhecer um tecido devemos levar em con­
ta tanto suas células quanto a qualidade e a quantidade de seus componentes intercelulares. 
Nos tecidos conjuntivos, as células se encontram dispersas em meio de abundante matriz ex­
tracelular. Ao contrário, nos epitélios, as células podem estar aderidas sem que nenhum elemento 
extracelular, praticamente, as separe. No entanto, nos epitélios de revestimento, existe uma delga­
da matriz extracelular, chamada lâmina basal, interposta entre as células e o teci_do conjuntivo 
sobre o qual se apóiam. Lâminas basais similares se encontram em outros tecidos, como, por exem­
plo, em tomo das células musculares. 
Neste capítulo analisaremos os componentes da matriz extracelular, como as células se vincu­
lam a eles e os diferentes tipos de junções que existem entre as células. 
MATRIZ EXTRACELULAR 
6-2. A matriz extracelular contém elementos fluidos e fibrosos 
As funções mais importantes da matriz extracelular são: 1) preencher os espaços não ocupa­
dos pelas células; 2) conferir aos tecidos resisJência _~ com_pressão e ~_ti['!.lpento; 3) constituir 
um meio por onde cheguem os nutrientes e sejam eliminados os dejetos celulares; 4) fornecer 
pontos fixos a diversos tipos de células pará que elas possam se ancorar; 5) ser um veículo por 
onde migram as células quando se deslocam de um ponto a t:iutro no organismo; 6) ser um meio 
pelo qual chegam às células as substâncias indutoras (sinais) provenientes de outras células (Cap. 
11-2). 
Quadro 6. 1 Principais glicosaminoglicanas e suas unidades dissacarídicas repetitivas 
Glicosaminoglicanas 
Ácido hialurônico (hialuronana) 
Condroitinsulfato 
Dermatansulfato 
Heparansulfato 
Queratansulfato 
Unidade dissacarídica 
Ácido glicurônico; N-acetilglucosamina 
Ácido glicurônico; N-acetilgalactosamina sulfato 
Ácido idurônico; N-aceti lgalactosamina sulfato 
Ácido idurônico; N-acetilglucosamina sulfato 
Galactose; N-aceti lglucosamina sulfato 
6 
1 1 
96 • A JUNÇÃO DAS CÉLULAS ENTRE SI E COM A MATRIZ EXTRACELULAR 
Fig. 6.1 Esquema de um agregado molecular composto por numerosas proteoglicanas ligadas a um ácido 
hialurônico. 
Os componentes da matriz extracelular podem ser classificados em fluidos e fibrosos. Os flui­
dos correspondem principalmente a glicosaminoglicanas e proteoglicanas (Cap. 2-6), enquanto 
os fibrosos se dividem em proteínas estruturais (colágeno) e proteínas adesivas (fibronectina, la­
minina). 
6-3. As glicosaminoglicanas e as proteoglicanas são componentes 
fluidos da matriz extracelular 
A fase líquida da matriz extracelular contém um tipo especial de polissacarídeos chamados gli· 
cosaminoglicanas, que podei;n estar associados entre si e às proteínas, com as quais compõem 
grandes complexos glic.opro.téic9s denominados proteoglicanas (Cap. 2-6) (Figs. 2.10 e 2.11). 
Mais de 100 cadeias de glicosaminoglicanas podem se associar a uma só proteína e, ocasional­
mente, várias destas proteoglicanas se unem a uma molécula dehialuronana (ácido hialurônico) 
- que é a glicosaminoglicana de maior tamanho - o que dá origem a agregados moleculares de 
enormes proporções (Fig. 6.1 ). 
As glicosaminoglicanas são carboidratos compostos por uma sucessão de unidades dissacarídicas 
repetidas e alternadas, nas quais um dos monossacarídeos possui um grupo amina, posto·que é 
uma N-acetilglicosamina ou uma N-acetilgalactosamina e o segundo é um ácido glicurônico, um 
ácido idurônico ou uma galactose (Cap. 2-6). 
No Quadro 6.1 mencionamos as principais glicosaminoglicanas e suas unidades repetitivas. 
Como podemos perceber, à exceção do ácido hialurônico, todas são sulfatadas. Por causa dos 
sulfatos e do fato de possuírem numerosos grupos carboxila, as glicosaminoglicanas são molécu­
las muito ácidas, com numerosas cargas negativas que atraem grandes quantidades de Na+- e, 
portanto, de H20 - , o que aumenta a turgidez da matriz extracelular. 
6-4. As proteínas estruturais mais abundantes da matriz 
extracelular são as fibras colágenas 
Na matriz extracelular, as proteínas estruturais mais importantes correspondem às fibras· colá­
genas, que são compostas por fibrilas que apresentam uma estriação característica, com uma-pe­
riodicidade de 67 nm (Fig. 6.2). 
A unidade molecular básica da fibrila é o tropocolágeno, que é uma molécula protéica fibrosa 
de cerca de 300 nm de comprimento e 1,5 nm de espessura (Fig. 6.2). O tropocolágeno é compos­
to por três cadeias polipeptídicas do mesmo tamanho trançadas em forma helicoidal. A periodici­
dade de 67 nm nas estrias das fibrilas colágenas é porque tropocolágenos se agregam em paralelo 
e se sobrepõem em uns três quartos do seu comprimento (Fig. 6.2). 
Existem cerca de 25 tipos de cadeias polipeptídicas. Em todas elas, um terço dos aminoácidos 
são glicinas, outro terço pode ser de prolinas e hidroxiprolinas, e o terço restante são aminoácidos 
de tipos distintos. 
A JU1 ÇÃO DAS CÉLULAS ENTRE SI E COM A MATRIZ EXTRACELULAR • 97 
~--Tropocolágeno--==&ii 
Fig. 6.2 Fibras colágenas. São compostas de fibrilas e estas de tropocolágeno. A eletromicrografia pennite 
ver sua estria característica, derivada da disposição escalonada das moléculas de tropocolágeno nas 
fibrilas. 
Estas cadeias polipeptídicas se combinam de diversas maneiras, o que dá lugar a cerca de 15 
tipos de colágenos. Estes são identificados por algarismos romanos e os principais correspondem 
aos colágenos dos tipos I, II, III, IV, VII, IX e XI. 
O colágeno do tipo I encontra-se na derme, na cápsula dos órgãos, no tendão, no osso, na cór­
nea e na dentina; os do tipo II, IX e XI na cartilagem; e o do tipo III na derme fetal, no tecido 
conjuntivo frouxo , na parede dos vasos sangüíneos, no útero, no rim e nos tecidos hematopoético 
e linfático; os do tipo IV e VII são encontrados na lâmina basal e no tecido conjuntivo subjacente. 
No Cap. 5-27, vimos que as fibras de colágeno (fibras colágenas) desempenham um papel cru­
cial na migração das células , já que fornecem os pontos fixos de sustentação para a ancoragem 
temporária dos filopódios. 
6-5. A fibronectina e a laminina são proteínas adesivas da matriz 
extracelular 
A fibronectina é uma glicoproteína fibrosà de 440 kDa, composta por duas sub_unidades poli­
peptídicas ligadas entre si por uma ponte dissulfeto próxima às suas extremidades carboxila. Cada 
subunidade possui dois domínios; como veremos na próxima seção, um se conecta a uma proteína 
da membrana plasmáJ.ica da célula e o outro à fibra colágena (Fig. 5.31 ). 
No Cap. 5-27 assinalamos que as moléculas de fibronectina estabelecem os itinerários segui­
dos pelas células migratórias e medeiam a conexão temporária dos filopódios com as fibras colá­
genas. 
A laminina é uma glicoproteína fibrosa de cerca de 900 kDa, composta de três subunidades 
polipeptídicas unidas por pontes dissulfeto . Tem forma de cruz, com um braço longo e três braços 
curtos. 
A laminina é abundante nas lâminas basais, onde se acha associada ao colágeno do tipo IV e a 
uma proteoglicana rica em heparansulfato (Fig. 6.3). É a primeira proteína adesiva que aparece na 
matriz extracelular do embrião, já que foi detectada nas últimas fases da segmentação da célula 
ovo, quando a mórula se forma (Cap. 21-7). 
~---L--+~-r-.. ,,..-.-..,,...c...__,..,,(..1--- --------- Laminina 
'fllíliii!lllíiililllllll&.../ .. _..,,,_~•u-+------ Colágeno IV 
/ 
Fig. 6.3 Representação 
esquemática de um 
hemidesmossoma. 
,~ 1 .. 
;t 
1 
98 • A JUNÇÃO DAS CÉLULAS ENTRE SI E COM A MA TRIZ EXTRA CELULAR 
Fig. 6.4 Passagem de uma célula 
sangüínea entre duas células 
endoteliais de um capilar e sua 
saída para a matriz extracelular. 
UNIÕES DAS CÉLULAS COM A MATRIZ EXTRACELULAR 
6-6. Os contatos focais unem as células de alguns tecidos 
conjuntivos com componentes da matriz extracelular 
As células de alguns tecidos conjuntivos, embora possam se mobilizar, podem permanecer em 
seus locais por estabelecerem uniões mais ou menos duradouras com componentes fixos da ma­
triz extracelular. Nessas uniões, intervêm, do lado das células, os contatos focais (Cap. 5-24), 
enquanto os componentes fixos na matriz extracelular correspondem às fibras colágenas. 
Devemos lembrar que cada contato focal consiste em_Q__ma proteína transmembrana ch_amada 
~egrina, cujo domínio interno está unido - mediante várias proteínas ligadoras - a feixes de 
filamentos de actina deno_!1Ünados fibras de tensão (Cap. 5-24 ). É precisamente a integrina- através 
de seu domínio externo - o componente do contato focal que se conecta com a fibra colágena da 
matriz extracelular. Como mostra a Fig. 5.31 , esta conexão se faz com a ajuda da proteína adesiva 
fibronectina. 
No Cap. 5-27 vimos que uniões similares a estas - porém fugazes - são estabelecidas duran­
te a migração celular, quando os contatos focais dos filopódios se aderem a fibras colágenas pre­
sentes na rota da célula que se desloca pela matriz extracelular. 
6-7. Os hemidesmossomas ancoram as células epiteliais na lâmina basal 
As células da camada basal dos epitélios ligam-se a uma parte especializada da matriz extra­
celular conhecida como lâmina basal (Seção 6-1). A conexão entre a célula e a lâmina é bastan­
te firme, já que ocorre através de certas estruturas denominadas hemidesmossomas (Figs. 6.3 e 
6.7). 1 
Como os contatos focais, o~ hemide~mossomas possu~m ~~t~grinas, porém estas encontram­
se agrupadas, seus domíQios citosólicos se un~m a filamentos intermedjários de queratina (ou 
ceratina) (não a fibras de tensão de actina) e seus domínios externos se ligam a uma rede de1;o­
l_~g~!!Q_~ip_o_IY_qu~e.xiste_som~nt~a lâmina basal. Esta última conexão é realizada por meio 
da laminina (Fig. 6.3). Além disso, entre as integrinas e os filamentos de queratina interpõe-se 
uma placa discóide de 12 a 15 nm de espessura que contém uma proteína ligadora similar às 
desmoplaquinas do desmossoma (Seção 6-13). 
UNIÕES TRANSITÓRIAS ENTRE AS CÉLULAS 
6-8. Em vários processos biológicos ocorrem adesões transitórias 
entre tipos celulares diferentes 
Durante as respostas imunes, o reparo das feridas e a cessação das hemorragias é necessário 
que alguns tipos celulares estabeleçam junções transitórias com outros tipos de células. As liga­
ções ocorrem graças aos fenômenós biológicos chamados reconhecimento e adesão celular. 
Ambos ocorrem quando determinadas células do sangue (neutrófilos, monócitos, linfócitos, 
plaquetas) se conectam transitoriamente com as células endoteliais dos capilares sangüíneos, o 
que é um pré-requisito para poderem sair do sangue e passar aos tecidos (Fig. 6.4). A adesão ocor­
re porque na membrana plasmática das células sangüíneas existem glicolipídios e glicaproteínas 
que interagem especificamente com glicoproteínas complementares - chamadas selectif!aS -
presentes na membrana plasmática das células endoteliàis. Inversamente, em outras ocasiões, os 
Neutrófilo Capilar sangüí;;e~ ~} " 
O } Matriz extracelular 
n 
l-
), 
la 
le 
la 
ra 
n­
e-
:a-
m-
3 e 
m­
ouclasse - denominados autótrofos (p. ex., os vegetais verdes) 
- utilizam o processo de fotossíntese para transformar C02 e H20 em carboidratos simples, a 
partir dos quais podem produzir moléculas mais complexas. Os pertencentes à segunda classe-:­
chamados heterótrofos (p. ex. , os animais) - obtêm energia dos carboidratos, das gorduras e das 
proteínas sintetizados pelos organismos autótrofos . A energia contida nessas moléculas orgânicas 
_ é liberada mediante a combustão de 0 2 atmosférico (quer dizer, por oxidação), por um processo 
denominado respiração aeróbica. A liberação, pelos organismos heterótrofos , de H20 e C02, ge­
rados por esse processo, completa o ciclo energético (Fig. 1.2). 
Estes ciclos energéticos mantiveram-se relacionados entre si ao longo da evolução. Entre os 
procariotas existem algumas espécies autótrofas e outras heterótrofas. Os vegetais (com exceções) 
são autótrofos, enquanto os animais e os fungos são heterótrofos. 
-
Fótons 
1t 
Células 
fotossintéticas 
Glicose 
Células 
heterótrofas 
1- 5. Organização geral das células procariontes 
Bactérias. Embora este livro seja dedicado às células eucariontes dos organismos mais com­
plexos, grande parte do conhecimento sobre biologia celular provém de estudos realizados em vírus 
e bactérias. Uma célula bacteriana como a da Escherichia coli apresenta a vantagem do cultivo 
fácil a 37º C em soluções aquosas de íons inorgânicos, glicose, aminoácidos e nucleotídeos, onde 
duplica sua massa e se divide em aproximadamente 20 minutos. Devemos assinalar que a Esche­
richia coli pertence à classe de bactérias que não se coram pelo método de coloração desenvolvi­
do pelo microbiólogo H.C. Gram e, por isso, são conhecidas como bactérias Gram-negativas. 
Tanto a eletromicrografia quanto o esquema na Fig. 1.3 mostram que a membrana plasmática 
dessas bactérias é circundada por uma parede celular que serve de proteção mecânica, é rígida e 
consiste em duas camadas: uma interna de peptidoglicana e outra conhecida como membrana 
extern~. Note-se que ambas são separadas pelo espaço periplasmático. A peptidoglicana é uma 
macromolécula contínua composta por carboidratos incomuns unidos por peptídeos curtos. Por 
outro lado, a membrana externa é uma dupla camada de lipoproteínas e lipopolissacarídeos com 
estrutura similar à membrana plasmática. Um de seus complexos protéicos presentes na membra­
na externa recebe o nome de porina, por form ar um canal transmembrana que permite a difusão 
livre de solutos. 
A membrana plasmática* é uma estrutura lipoprotéica que serve de ban-eira para os elementos 
presentes no meio circundante. Esta membrana, ao controlar a entrada e saída dos solutos, contribui 
para o estabelecimento de um meio perfeitamente regulado no protoplasma da bactéria. Vale a pena 
assinalar agora que nos procariotas os complexos protéicos da cadeia respiratória (Cap. 8-1 1) e os 
fotossistemas utilizados na fotossíntese (Cap. 9-8) estão localizados na membrana plasmática. 
No protoplasma encontram-se partículas de 25 nm de diâmetro, denominadas ribossomas, 
compostas de ácido ribonucléico (RNA) e proteínas; estas contêm uma subunidade grande e outra 
pequena. Os ribosSümas estão agrupados em polirribossomas e neles tem lugar a síntese protéica. 
Ademais: o protoplasma contém água, íons, outros tipos de RNA, proteínas estruturais e enzimá­
ticas, diversas moléculas pequenas, entre outras estruturas. 
O cromossomo bacteriano é uma molécula circular única de DNA desnudo, bem pregueado 
dentro do nucleóide, que, visto à microscopia eletrônica, é observado como a região mais clara do 
protoplasma (F.ig. 1.3). É impmtante lembrar que o DNA da Escherichia coli, que possui um com-
A 
Membrana plasmática 
*N.R.T.: Também chamada plasmalema ou membrana celular. 
A CÉLULA • 5 
Fig. 1.3 A. Eletromicrografia de 
uma Escherichia coli que 
mostra, por fora da membrana 
plasmática, o espaço 
periplasmático e a membrana 
externa da parede celular. O 
nucleóide aparece como uma 
região irregular de pouca 
densidade eletrônica. O restante 
do protoplasma está ocupado por 
ribossomas . (Cortesia de B. 
Menge, M. Wurtz e E. 
Kellenberger.) B. Esquema da 
parede celular de uma bactéria 
Oram-negativa. Observe a 
peptidoglicana e a membrana 
externa, cuja dupla camada 
lipídica é atravessada por 
porinas. No lado inferior da 
figura, vê-se uma parte da 
membrana plasmática. 
6 • ACÉLULA 
Fig. 1.4 Eletromicrografia de 
vírus corados negativamente. 
O desenho do detalhe mostra a 
estrutura icosaédrica do vírus e 
as pentanas (em preto) e hexanas 
dos capsômeros. 
primento de aproximadamente 106 nm (1 mm), contém informação genética para codificar entre 
2.000 e 3.000 proteínas diferentes . 
O cromossomo dos procariotas está unido à membrana plasmática. Acredita-se que esta fixa­
ção contribua para a separação dos cromossomos-filhos depois da replicação do DNA. Esta sepa­
ração ocorreria com o aumento da membrana plasmática interposta entre ambos os cromossomos. 
Além do cromossomo, algumas bactérias contêm um DNA pequeno - também circular -
denominado plasmídio. O plasmídio pode conferir à célula bacteriana resistência a um ou a vári­
os antibióticos. Com o uso de técnicas de engenharia genética (Cap. 23-34) é possível isolar os 
plasmídios, inserir-lhes fragmentos específicos de DNA (genes) e, em seguida, transplantá-los a 
outras bactérias. 
Micoplasmas. A maioria das células procariontes é pequena (mede entre 1 e 10 µm), porém 
algumas podem alcançar um diâmetro de até 60 µm. Entre os organismos vivos que possuem a 
massa menor, os que melhor se adaptam para o seu estudo são as pequenas bactérias chamadas 
micoplasmas, que produzem doenças infecciosas em diferentes animais e no homem e podem ser 
cultivadas in vitro como qualquer outra bactéria. Estes agentes têm o diâmetro de 0,1 a 0,25 µm, 
como o de alguns vírus grandes. Sua importância biológica baseia-se no fato de possuírem uma 
massa mil vezes menor que o tamanho médio de uma bactéria e um milhão de vezes menor do que 
o de uma célula eucarionte. 
Vírus. Os vírus foram reconhecidos por sua propriedade de atravessar os poros de um filtro de 
porcelana (daí sua denominação original de vírus filtráveis) e pelas alterações patológicas que 
produzem nas células. O tamanho dos vírus varia entre 30 e 300 nm e sua estrutura mostra dife­
rentes graus de complexidade. Muitos apresentam simetria icosaédrica (Fig. 1.4), que deriva do 
modo como se combinam entre si certas unidades protéicas chamadas capsômeros, que formam 
o envoltório do vírus ou capsídeo. 
Os vírus não são considerados células verdadeiras. Embora participem de algumas proprieda­
des celulares - como a auto-reprodução, a herança e a mutação gênica -, dependem de células 
hospedeiras (procariontes ou eucariontes) para manifestá-las. Fora da célula hospedeira, os vírus 
são metabolicamente inertes e até podem se cristalizar; ativam-se (quer dizer, se reproduzem) 
quando ingressam em uma célula. 
De acordo com o tipo de ácido nucléico que os vírus contêm, existem dois tipos de vírus: 1) os 
que possuem uma molécula de RNA como cromossomo (p. ex., o vírus da AIDS); e 2) os que têm 
uma molécula de DNA (p. ex. , os vírus bacterianos ou bacteriófagos) . 
Os vírus replicam seus genes para se reproduzirem. Também eles os transcrevem (em RNA 
mensageiros), porém dependem do maquinário biossintético da célula hospedeira (quer dizer, ri­
bossomas, RNA de transferência, enzimas, aminoácidos etc.) para sintetizar suas proteínas (p. ex ., 
os capsômeros) . 
Os vírus são produzidos por um processo de agregação macromolecular, o que significa que 
seus componentes são sintetizados separadamente em diferentes lugares da célula hospedeira e, 
em seguida, reunidos de maneira coordenada em outra parte dela. 
Os bacteriófagos são vírus que usam como hospedeiros as células bacterianas. O DNA encon­
tra-se na cabeça do bacteriófago e é injetado na bactéria por meio de uma cauda que se adere à 
parede da célula hospedeira;o· 
eio 
-se 
· às 
ário 
iga-
itos, 
IS, 0 
cor­
ínas 
s -
S, OS 
A ÇÃO DAS CÉLULAS ENTRE SI E COM A MA TRIZ EXTRA CELULAR • 99 
Adesão heterófi la Adesão homófila Adesão por meio de caderinas 
glicolipídios e as glicoproteínas se localizam nas células endoteliais e as selectinas nas células 
sangüíneas. 
Estas interações são necessárias para que as células sangüíneas se detenham no lugar apropri­
ado e passem entre duas células endoteliais contíguas, o que lhes pennite alcan~ar o tecido onde 
- segundo o caso - participarão da re posta imune; da cicatrização da ferida ou na detenção da 
hemonagia. 
A especificidade da união é assegurada de um lado pelos oligossacarídios dÓs glicolipídios e 
das glicoproteínas e, do outro, pelos oligossacarídeos das selectinas. Os oligossacarídeos 
interatuantes são diferentes entre si, de modo que se estabelecem conexões entre moléculas de 
composição distinta (adesões heterófi__Ú!:s) (Fig. 6.5). As selectinas devem seu nome às adesões 
seletivas que medeiam e por serem lectinas, ou seja, moléculas que têm uma grande avidez por 
~ J - --
caroG-idratos. 
Outras adesões celulares heterófilas transitórias oconem entre as células mielóides (durante 
sua proliferação), entre os linfócitos B e T (durante a ativação dos primeiros) e entre os oligoden­
drócitos e as células de Schwann e os neurônios (durante a mielinização). Em todos os casos, os 
oligossacarídeos de uma das suas células interatuantes reconhecem especificamente as glicopro­
teínas ehamadas sialoadesinas presentes na membrana plasmática da célula oposta. 
No curso do desenvolvimento embrionário oconem adesões heterófilas similares às descritas, 
ainda que sejam mais comuns as adesões homófilas que serão analisadas na próxima seção. Final­
mente, outro exemplo de adesão heterófila é durante a fecundação do ovócito* pelo espermato­
zóide (Cap. 19-19.). 
6-9. Durante o desenvolvimento embrionário, antes de se formarem uniões 
estáveis, as células se reconhecem e se aderem 
Durante o desenvolvimento embrionário, alguns epitélios são formados a partir de células, .que 
ao final de várias divisões geram numerosas células descendentes que permanecem juntas (Fig. 
6.6), conectadas entre si mediante uniões estáveis (estas uniões serão analisadas nas próximas 
seções). 
Ao contrário, outros tecidos são formados pela associação de dois ou mais tipos de células di­
ferentes, que devem migrar para se encontrarem em algum lugar do organismo. Nele se reconhe­
cem, aderem-se umas às outras e se unem por meio de junções estáveis. 
O reconhecimento e a adesão celular são mediados por glicoproteínas transmembranas espe­
ciais chamadas CAM (do inglês, cell-adhesion molecules) , que se encontram na superfície das 
células destinadas a se unir e têm a particularidade de interagir somente quando são idênticas (uniões 
homófilas) (Fig. 6.5). Mediante essas CAM, a célula migratória enquanto se desloca em busca do 
seu lugar de destino - onde entrará em contato com células que serão suas companheiras em um 
novo tecido - "avalia" as propriedades químicas das CAM situadas nas membranas plasmáticas 
das células que se encontram na sua passagem. Se reconhecer uma célula com uma CAM idêntica 
à sua, adere-se a ela; em caso contrário, continua deslocando-se até encontrar a célula com a CAM 
coneta. 
Foram identificadas várias CAM denominadas - em consideração às células onde foram en­
contradas pela primeira vez - Ng-CAM (neurônios , células gliais), N-CAM (neurônios), L-CAM 
ou caderina E (hepatócitos, células epiteliais) , caderina P (placenta), caderina N (neurônios) etc. 
As caderinas são glicoproteínas assim denominadas por necessitarem de Ca2+ para poder ligar-se 
entre si (Fig. 6.5). 
*N.R.T.: Ovócito II ou oóciro II. 
Fig. 6.5 Adesões moleculares 
heterófilas e homófilas. Nas 
adesões homófilas mediadas 
pelas caderinas intervém o Ca2+ 
ilustrado como um retângulo de 
cor amarela. 
Fig. 6.6 Forrna-ção de um tecido 
epitelial derivado de uma única 
célula. 
100 • A JUNÇÃO DAS CÉLULAS El RE SI E COM A .\•1A TRIZ EXTRA CELULAR 
Disso se conclui que antes de se unir na forma estável , as células devem se reconhecer e se 
aderir. Hoje se aceita que esses três processos correspondam a etapas sucessivas de um mesmo 
fenômeno. as próximas seções veremos que algumas uniões estáveis contêm caderinas, ou seja, 
moléculas com propriedades idênticas às CAM dependentes de Ca2+ que atuam durante o reco­
nhecimento e a adesão celular. 
UNIÕES ESTÁVEIS ENTRE AS CÉLULAS 
6-1 O. As células epiteliais se unem entre si por meio de 
quatro tipos de estruturas 
As células dos epitélios se ligam entre si de maneira estável por meio de quatro tipos de uniões. 
Estas se denominam: 1) junção oclusiva; 2) cinturão de adesão; 3) desmossoma; e 4) junção co­
municante (Fig. 6.7) . 
6- 11. A junção oclusiva impede a passagem de substâncias 
pelo espaço intercelular 
A junção oclusiva (também chamada de junção estreita ou zônula de oclusão) adere firme­
mente às membranas plasmáticas das células epiteliais contíguas por meio de uma franj a de cone­
xão não muito larga, situada imediatamente abaixo da superfície livre do epitélio (Fig. 6.7). Ten-
~ 1 do em vista que nos epitélios cada célula se acha rodeada por outras , em uma célula individual a 
junção oclusiva compõe um arwl q~J'.irc~da suas paredes laterais (Fig. 6.8). 
Ao nível da junção oclusiva, as membranas plasmáticas das células situadas defronte uma da 
outra contêm, entre outras, dois tipos de proteínas integrais chamadas ocludinas e claudinas. Como 
mostra a Fig. 6.9, estão dispostas de tal modo que formam três ou mais fileiras paralelas à super­
fície do epitélio. Em ç_adafileita, as ocludinas e as_clauclina~.!!_nidas entre si como as contas 
de um colar e cada proteína se adere firmemente a outra similar da membrana OJJOSta, o que blo­
queia o espaç9 intercelular. Na Fig. 6.9 podemos ver que as fileiras de ocludina e de claudina 
parecem "costuras" e que estas se acham interconectadas por pontes de igual composição. 
n Slíl 
Junção comunicante - :: Hemidesmossoma 
! 
\_ ~-
Fig. 6.7 Representação esquemática das 
estruturas que mantêm as células epiteli ais 
unidas entre si e com a lâmina basal. 
o 
º• • 
o 
o 
Fig. 6.8 Esquema u·idimensional que ilustra as estruturas 
que mantêm unidas as células epiteliais entre si. É 
mostrada também a membrana terminal (na altura do 
cinturão de adesão) e o seu vínculo com as bases das 
microvilosidades (Fig. 5.38). 
A ºÇÃO DAS CÉLULAS ENTRE SI E COM A MA TRIZ EXTRA CELULAR • 101 
Membrana plasmática 
Quando se coloca sobre a superfície livre de um epitélio um marcador como a ferritina, suas 
moléculas não podem atravessar o tecido epitelial pelos espaços intercelulares por serem detidas 
pelas junções oclusivas . O mesmo ocorre com quase todas as substâncias, que, por isso, para atra­
vessar o epitélio devam cruzar pelo interior de suas células . As Figs. 3.27, 3.28, 7 .25 , 7 .26, 7 .27 e . 
7.28 mostram transportes transcelulares deste tipo. 
O exposto no parágrafo anterior tem exceções. Por exemplo, o Mg2+ pode passar pelos espaços 
intercelulares do epitélio do túbulo reto distal do néfron porque entre as claudinas das junções 
oclusivas desse epitélio existem canais diminutos que permitem a passagem do íon. Devemos 
assinalar que o Mg2+ se dirige do interior do néfron para o interstício renal e que sua transferência 
é realizada sem a companhia de água. 
Além de unir as células e de impedir a passagem de substâncias através dos epitélios, as jun­
, ões oclusivas determinam que as composições moleculares das regiões apical e basolateral das 
membranas plasmáticas das células epiteliais sejam diferentes entre si. Esta assimetria é porque 
as junções oclusivas formam barreiras que impedem a difusão lateral das proteínas e dos lipídios 
da membrana (Caps. 3-3 e 3-5), ficando uma parte confinada de um lado das junções e outra parte 
do outro. O transporte transcelular de solutos, ilustrado nas Figs. 3.27 e 3.28,é possível graças à 
segregação - de ambos os lados das junções oclusivas - de proteínas da membrana que funci­
onam como canais iônicos e perrneases. 
6-12. O cinturão de adesão contém glicoproteínas chamadas caderinas 
O cinturão de adesão (chamado também desmossoma em cinturão, desmossoma em banda, 
banda de adesão, barra terminal ou zônula de aderência) é outro tipo de junção que as células 
epiteliais desenvolvem para se manter ligadas entre si. 
Ele está localizado sob a junção oclusiva (Fig. 6.7) e, em sua composição, intervêm glicopro­
teínas transmembrana da família das caderinas (Seção 6-9) e a franja de filamentos de actina 
Fig. 6.9 Junção oclusiva onde se 
observam três fileiras protéicas 
paralelas entre si e as pontes que 
as conectam. As fileiras e as 
pontes são compostas de 
ocludinas e claudinas. 
orticais estudada no Cap. 5-21. Ali adiantamos que as caderinas se conectam com os filamentos ( 
de actina mediante as proteínas ligadoras placoglobina, catenina, alfa-actina e vinculina. 
Como mostram as Figs. 6.8 e 6.10, as caderinas dão lucrar a~· a rotéicaque circunda as 
paredes laterais da célula, da mesma largura que a franja de filam.e tos de actina com a qual se 
acham conectadas. As Figs. 6.8 e 6.10 mostram também que a união intercelular ocorre em vutude 
de as caderinas se conectarem por meio de seus domínios externos. Segundo vimos na Seção 6-9, 
trata-se de adesões homofílicas , pois as moléculas que interagem são iguais entre si (Fig. 6.5). 
O nome cinturão de adesão refere-se às duas características mais notáveis desse tipo de junção: 
a disposição circular das caderinas e dos filamentos de actina e a propriedade que têm as primei­
ras de se aderir mutuamente. 
Q conjunto de cinturões de adesão forma uma tr:ama..transepitel.ial da qual se deriva parte da 
resis.tência ateral dos epitélios. 
102 • A JUNÇÃO DAS CÉLULAS ENTRE SI E COM A MA TRIZ EXTRA CELULAR 
Fig. 6.10 Cinturão de adesão . 
_ _ ___, _ _ Caderinas 
6-13. O desmossoma é comparado com um rebite e, em sua formação, 
também intervêm as caderinas 
Os desmossomas (do grego, desmós, vínculo, e sôma, corpo) (chamados também de desmos­
somas puntiformes ou máculas de aderência) ao contrário da junção oclusiva ou do cinturão de 
adesão, constituem junções puntiformes entre as células epiteliais contíguas e, por isso, são com­
parados a rebites (Figs. 6.8 e 6.11). São encontrados por baixo do cinturão de adesão, distribuídos 
irregularmente nas paredes laterais das células. Cada desmossoma ocupa uma área circular de apro­
ximadamente 0,5 µ,m de diâmetro e, ao seu nível, as membranas plasmáticas se encontram sepa­
radas por uma distância de 30 a 50 nm. 
O desmossoma inclui um grupo de glicoproteínas transmembrana da família das caderinas, 
denominadas desmogleína 1, desmocolina 1 e desmocolina II. 
Da mesma forma que no cinturão de adesão, as caderinas das membranas adjacentes se unem 
entre si por seus domínios externos (Fig. 6.11). Ao contrário, seus domínios citosólicos associam­
se a filamentos intermediários de queratina (e não com filamentos de actina). Esta última associ­
ação é mediada por uma placa discóide que inclui as proteínas ligadoras desmoplaquina 1, des­
moplaquina II e placoglobina. Urna das faces da placa relaciona-se com as caderinas e a outra 
com os filamentos de queratina que - como forquilhas - entram no disco, curvam-se e voltam 
para o citosol (Fig. 6.11). 
Filamentos 
intermediários 
Fig. 6.11 Desmossoma~ 
A JUNÇÃO DAS CÉLULAS ENTRE SI E COM A MATRIZ EXTRACELULAR • 103 
Além de unir fortemente as células epiteliais entre si, os desmossomas e os filamentos de que­
ratina compõem uma rede transcelular estendida por todo o epitélio que lhe confere uma grande 
resistência mecânica. É por isso que nos diferentes tecidos , o número de desmossomas é propor­
cional ao grau de tensão ou de estiramento a que são submetidos. Por exemplo, no epitélio da mucosa 
da bexiga urinária, os desmossomas são muito abundantes. 
No Cap. 5-34 vimos que os discos intercalares que ligam as células musculares cardíacas con­
têm desmossomas associados a filamentos de desmina. 
6-14. A junção comunicante é formada pela associação de conexões 
fornecidas pelas células epiteliais contíguas 
As junções comunicantes (chamadas também de junções emfenda,junções "gap" ou nexus)* 
são canais que comunicam os citoplasmas das células epiteliais adjacentes. 
Cada canal é composto por um 2ar de conexões que são estruturas cilíndricas ocas que atraves­
sam as membranas plasmáticas das células que se encontram defronte uma da outra (Figs. 6.7 e 
6.12). 
A parede da conexão resulta da associação de seis proteínas .transmembranas idênticas que 
delimitam um dueto central (Fig. 6.12). Estas proteínas são chamadas conexinas e se unem com 
suas similares de conexão da membrana plasmática oposta, o que dá lugar a um canal que comu­
nica as suas células. Devido ao fato de as conexinas sobressaírem no__es.pJlÇO intercelular entre 1 e 
2 nm, as membranas plasmáticas dessas células ficam separadas por uma distância de 2 a 4 nm. 
Por este motivo, a junção comunicante é chamada também junção em fenda...(Fig. 6.12). 
Nas o;élulas epiteliais,~~x_õ~~m e11tre_os desmossomas. Não estão uniforme­
mente distribuídas e sim agrupadas em conjuntos isolados, cada um composto por algumas pou­
cas ou por centenas de conexões. 
A Fig. 6.13 corresponde a uma imagem ultramicroscópica com coloração negativa de numero­
sas conexões na membrana plasmática de um hepatócito. As conexões aparecem como anéis que 
formam uma trama hexagonal com uma periodicidade de 8,5 nm. No detalhe, observamos uma 
representação obtida mediante o processamento densitométrico computadorizado das imagens 
eletrônicas. J 
O dueto central da conexão tem um diâmetro de cerca de 1,5 nm. Por ele passam livremente 
alguns solutos QQ.ns, monossacarídeos , nucleotídeos , aminoácidos etc.) do citoplasma de uma célula 
Conexina 
--~ 
~N.R.T.: Também chamadas junções de intervalo e nexos. 
Fig. 6.12 Junção comunicante. 
A figura ilustra, à direita, o 
mecanismo de fechamento da 
conexão. 
104 • A JlÍNÇÃO DAS CÉLULAS E TRE SI E COM A MATRIZ EXTRACELULAR 
Fig. 6.13 Visão superficial 
ultramicroscópica, com 
coloração negativa, de 
numerosas conexões na 
membrana plasmática da célula 
hepática. 425.000 X. No detalhe, 
observa-se que cada unidade tem 
a forma de um anel hexagonal 
cujos lados conespondem a seis 
conexinas. (Cortesia de G. 
Zampighi.) 
ao citoplasma da célula vizinha, porém não as macromoléculas. Tais passagens indicam que exis­
tem acoplamentos metabólicos e elétricos entre as células contíguas. 
A estrutura das conexões é comparável à dos canais iônicos vistos no Cap. 3-14. Devemos lem­
brar que os canais dependentes de voltagem e de ligante são compostos, respectivamente, por 4 e 
5 proteínas transmembrana em lugar das seis que existem nas conexões. Estes canais, como os 
canais iônicos, não são estruturas estáticas, já que têm a capacidade de se abrir e se fechar. Comu­
mente, estão abertos , e se fecham quando aumenta a con~l!.tragão_Q_e C-ª2+ no citosol. A Fig. 6.12 
mostra que o fechamento obedece a uma mudança de inclinação das conexinas. 
As conexinas contêm quatro domínios transmembrana, e suas extremidades amina e carboxila 
estão voltadas para o citosol. O domínio contíguo à extremidade carboxila tem uma função im­
portante porque sua fosforilação modifica a posição da conexina e leva ao fechamento da cone­
xão. 
Visto que em uma junção comunicante o fechamento de uma conexão ocorre independente­
mente da outra, o fechamento do canal pode ser conseqüência do fechamento de somente uma das 
conexões. 
O fechamento das junções comunicantes adquire grande importância nas mortes celulares, não 
somente nas programadas, mas também nas acidentais (Cap. 22-4). Assim, nas células moribun­
das ocorre um aumento na concentração de Ca2+ citosólico que provoca o fechamento das cone­
xões para que não passem às células vizinhas elementos quepossam lhes causar danos. 
Através das junções comunicantes circulam: 1) nutrientes; 2) dejetos metabólicos; 3) substân­
cias que atuam como sinais , como, por exemplo, os morfogênios durante a diferenciação celular 
(Cap. 21 -1 2) ou as moléculas que sincronizam o movimento dos cílios nos epitélios (Cap. 5-12); 
4) potenciais elétricos de ação, como os que são transmitidos pelos discos intercalares do músculo 
cardíaco para sincronizar as contrações de suas células (Cap. 5-34) ou entre as células musculares 
li sas de alguns órgãos tubulares (intestino e epidídimo) a fim de sincronizar suas contrações peris­
tálticas. 
AS CONEXÕES ENTRE AS CÉLULAS VEGETAIS 
6- 15. Os plasmodesmas são pontes de comunicação entre células vegetais 
Uma característica da maioria das células vegetais é a presença de pontes entre seus citoplas­
mas, o que as torna contínuas. Estas pontes - denominadas plasmodesmas - atravessam a pa­
rede celular pecto~sica descrita no Cap. 3-30 (Fig. 1.6). 
A presença dos plasmodesmas permite a livre circulação de líquidos e solutos , tão importantes 
para manter ~icidade da célula vegetal. É possível que deixem passar também algumas macro­
moléculas. Como vemos, as paredes pectocelulósicas não constituem septos intercelulares com-
.-
.s 
1-
t-
A JUNÇÃO DAS CÉLULAS ENTRE SI E COM A MA TRIZ EXTRA CELULAR • 105 
pletos, de modo que as células compõem um vasto sincício sustentado pelo esqueleto formado 
por suas próprias paredes. 
O desenvolvimento dos plasmodesmas está relacionado com a formação da placa celular (Caps. 
3-30 e 18-21 ), que é atravessada por componentes do retículo endoplasmático, e que, por fim, são 
responsáveis pela formação e localização dos plasmodesmas (Cap. 7-44). 
Foi sugerido que os plasmodesmas desempenham uma função na diferenciação celular. As­
sim, nas células vegetais que se alongam, o número de plasmodesmas se reduz ao longo de seus 
eixos maiores e aumenta nos septos transversais . 
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O sistema de 
endomembranas 
Digestão e secreção 
7-1. Os componentes do sistema de endomembranas se 
comunicam através de vesículas 
No Cap. 4-1 descrevemos os compartimentos nós quais se divide a célula, e, dentre estes, cita­
mos que o sistema de endomembranas é um dos mais volumosos. Ele se distribui por todo o cito­
plasma e ê comp.osto_PQr vários coml:)artimentos - cistemas,
1
sacos, túbulos - que se comuni-
am entre si (Fig. 7.1). Em alguns lugares, a c~unicação é direta e em outros é mediada por 
yeskulas transportadoras. Estas se origi~IB d~ um ~omRartiment~s.e_tr.ansfe.r.e_m par~utro 
em_yirtude de processos que-envol-vem-a perda @-0.ganho-de-membr.anas. 
~ As vesículas transportadoras funcionam da seguinte maneira (Fig. 7.2): 1) brotam da membra­
na de um compartimento, chamado doador; 2) viajam pelo citosol em busca .de outro comparti­
mento chamado receptor, com cuja membrana se fundem. Em conseqüência, uma parte da mem­
brana e uma parte do conteúdo do compartimento doador se transferem, respectivamente, para a 
membrana e para o interior do compartimento receptor. . 
A Fig. 7 .1 permite ver que o compartimento doador recupera a ~mbrana perdida graças a 
Yesículas recicladoras. 
7-2. O sistema de endomembranas é composto por 
várias organelas 
O sistema de endomembranas é composto pelas seguintes organelas (Fig. 7 .1): 
1) o retículo endoplasmático, que compreende dois setores, denominados liso 
~ rugoso (devemos acrescentar, alérri disso, o envoltório ·nuclear (ou carioteca), 
que será analisado no Cap. 12-2); 2) o complexo de Golgi; 3) os endossomos; 
e 4) os lisossomos. 
As membranas destas organelas e as das vesículas transportadoras são cons- l 
tituídas por uma dupla camada lipídica similar à da membrana plasmática. Como 
é óbvio, uma das faces desta membrána se relaciona com o citosol e a outra com( 
a cavidade das organelas. Denominam-se, respectivamente,face citosólicd e face \ 
luminal. _) 
lAs membranas têm glicolipídios e glicoproteínas intrínsecas e periféricas que 1 
representam mais de 80% de seu peso (Fig. 3.14). Os carboidratos se orientam ~ 
empre para a cavidade das organelas. . ~ 
O tamanho do sistema de endomembranas variá nos diferentes tipos de célu-
las. É muito pequeno nos oócitos (ovócitos) , nas células pouco diferenciadas e 
nas que produzem proteínas para o citosol exclusivamente, como os reticulóci-
tos. 
7 
\ 
Fig. 7.1 Organelas que compõem 
o sistema de endomembranas. 
Também sã@ ilustradas as 
diferentes vesículas 
transportadoras (setas cheias) e 
recicladoras (setas pontilhadas) 
que o integram. 
Retículo 
endoplasmático 
108 • O SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS 
Fig. 7.2 Esquemas seqüenciais 
que ilustram a formação de uma 
vesícula na membrana de um 
compartimento doador e a fusão 
da membrana vesicular com a 
membrana do compartimento 
receptor. 
Fig. 7.3 Esquema tridimensional 
que mostra os setores liso (REL) 
e rugoso (RER) do retículo 
endoplasmático. 
Compartimento Formação de 
doador uma vesícula 
transportadora 
RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO 
7-3. Generalidades 
Fusão de Compartimento 
membranas receptor 
(ver Fig. 3.13) 
O retículo endoplasmático (RE) foi descoberto quando se introduziu a microscopia eletrôni­
ca no estudo das células. As primeiras eletromicrografias mostraram um componente reticular que 
não chegava à membrana plasmática - daí os termos "retículo" e "endoplasmático" - até que se 
conheceu sua verdadeira forma tridimensional. Finalmente, com o uso da radioautografia e de 
técnicas de análise citoquímica quase tod~s· os seus componentes foram identificados. 
O RE se distribui por todo o citoplasma, do núcleo até a membrana plasmática. É composto 
por uma rede tridimensional de túbulos e sacos achatados totalmente interconectados (Fig. 7 .3). 
Apesar de sua extensão e de sua intrincada morfologia, constitui uma organela indivisível, já que 
possui uma membrana contínua e uma só cavidade. O citoesqueleto se encarrega de manter seus 
componentes em posições mais ou menos fixas dentro do citoplasma (Cap. 5-9). 
Esta organela se divide em dois setores, que se diferenciam pela ausência ou presença dos ri­
bossomas sobre seu lado citosólico. Denominam-se, respectivamente, retículo endoplasmáticoliso (REL) e retículo endoplasmático rugoso CRER) (Figs . 1.7, 1.10, 7.3 , 7.4 e 7.6). Entre eles 
há um setor de transição , em parte liso e em parte rugoso. 
7-4. O REL não contém ribossomas 
Como acabamos de assinalar, o REL não tem ribossomas . Pode compreender uma rede de 
túbulos interligados, cujo volume e distribuição espacial diferem nos diversos tipos de células. 
Essa diversidade depende de suas variadas funções. Por exemplo, a célula muscular estriada con­
tém um REL absolutamente singular - o retículo sarcoplasmático - adaptado para desencade­
ar a contratilidade do citoesqueleto (Seção 7-26). 
O SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS • 109 
7-5. O RER está associado a ribossomas 
~ O RER é muito desenvolvido nas células que realizam síntese protéica ativa. Em sua compo­
sição predominam os sacos achatados, que quando são abundantes encontram-se separados por 
1_um espaço citosólico estreito repleto de ribossomas (Fig. 7.4). 
Estes ribossomas estão aderidos à face citosólica da membrana do RE (Fig. 7.6). Em geral, 
~c.o.mplexos_chamado_s_polisso1)1__as~_olirribos110.!!1a~ue consistem em grupos de 
~rrn:t_s enlaçados por uma m?lécula de~ (Figs. 7.3 e 16.7) (Cap. 16-11 ). A afinidaJi.e 
do E,_ER_pelos. ribo_sso~as deve-se à existênci~d_e r~e tQreS\ espec!f!cos _9ll~l1a::.membrnna (Se­
ção 7-12), que não são encontrados no REL. ' 
COMPLEXO DE GOLGI 
7-6. Generalidades 
Em 1898, utilizando um método de coloração com prata, Camilo Golgi descobriu uma estrutu­
ra reticular nas células nervosas que, posteriormente, levou seu nome. Meio século depois , com o 
advento da microscopia eletrônica, do fraciônamento celular e das técnicas de análise citoquími­
ca, puderam ser reveladas sua estrutura e sua composição molecular. 
t m uma célula idealizada, o complexo de Golgi posiciona-se entre o RE e a membrana plas­
mática, com os endossomos e os lisossomos situados entre esta e o complexo (Fig. 1.7).JEstas 
relações espaciais são o reflexo de outras de natureza funcional, já que, po{ meio de vesículas trans­
portadoras, as moléculas provenientes do RE alcançam ó complexo de Golgi, percorrem-no, des­
prendem-se dele e chegam à membrana plasmática ou aos endossomo.s (Fig. 7 .1). Estes fluxos 
. 1 
~compreendem tanto moléculas da membrana como moléculas lumin,ais. Assim, de acordo com a 
via seguida, são transferido~ fragmentos demerribrana do ~para a membrana plasmática ou para 
a membrana dos endQs~os, enquanto as moléculas provenientes da cavidade do retíeulo sã9 
lançadas no meio extracelular - a este evento denomina-se secreção - ou penetram na cavidade 
dos~do-Ssomos. · . 
Como veremos, em ambos os casos, o cotnplexo de Golgi desempenha um papel fundamental, 
visto que as moléculas que o percorrem sofrem modificações necessárias para suas atividades l 
' / biológicas. Por outro lado, algumas moléculas são sintetizadas diretamente no complexo de Gol-J 
gi, sem a intervenção do retículo endoplasmático. 
7-7. O complexo de Golgi mostra uma polimerização que se 
corresponde com seu funcionamento 
[ o complexo de Golgi é composto por.uma ou várias unidades funcionais chamadas dictiosso­
mofil (do grego, dfktyon, rede, e sôma, corpo). Na célula ;;;etora polarizada, a organela tem um 
Fig. 7.4 Eletromicrografia do 
retículo endoplasmático rugoso. 
Observam-se os ribossomas 
unidos à membrana da organela 
(um deles aparece marcado com 
uma seta) 208.000X. (Cortesia 
de G. E. Palade.) No detalhe são 
distinguidas as subunidades 
menor (Me) e maior (Ma) do 
ribossoma. 410.000X. (Cortesia 
de N. T. Florendo.) 
110 • O SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS 
Fig. 7 .5 Representação 
tridimensional do complexo de 
Golgi. 
Fig. 7.6 Eletromicrografia da 
célula hepática de um animal 
exposto a uma dieta rica em 
gorduras. Observam-se vesículas 
que transportam lipoproteínas, o 
retículo endoplasmático rugoso 
(RER), o retículo endoplasmático 
liso (REL), o complexo de Golgi 
(G), uma mitocôndria (M) e um 
peroxissoma (P). 56.000X. 
(Cortesia de A. Claude.) 
Vesículas destinadas à 
membrana plasmática ou aos e endossemos e 
/o ,,J _.----- -Rede trans 
~--Cisterna trans 
Ef_,.t---.L.J...._-~_.__-z e 
...-.~----------------::>-----Cisterna média 
é~~;:=============::;? ~-8---Cisterna eis 
/ 
g Vesículas 
provenientes do 
RE 
~----Rede eis 
/' 
g 
granc:l~dic_ti.osso1119 J!mco que ocupa a posição intermediária entre o núcleo e a superfície celular 
onde a secreção é liberada (Fig. 1.7). Complexos de Golgi com estas características são observa­
dos, por exemplo, em células da mucosa intestinal, da tireóide e do pâncreas exócrino. Ao contrá­
rio, outras células, como os plasmócitqs, os J_ie atócitos e os neur~s , possuem vários dict!_osso­
mos peq_uenos distribuídos por todo o citoplasma (Fig. 1.10). N9 hepatócito existem cerca de 50 
dictiossomos que representam 2% do volume citoplasmático. 
@ mbora sua localização e seu número variem nos diferentes tipos de células, os dictiossomos 
apresentam características morfológicas constantes. Podem adotar uma fde modo que nelas, o glicerol 3-
fosfato forma-se pela redução da diidroxiacetona fosfato - um produto intermediário da glicóli­
se - mediante o glicerol fosfato desidrogenase. 
Diidroxiacetona fosfato Glicerol fosfato desidrogenase ) Glicerol 3-fosfato 
Em seguida, outras acil CoA transferem seus ácidos graxos ao Cl' e ao C2' do glicerol 3-fos­
fato, o qual produz ácidó fosfatídico (Cap. 2-7) (Fig. 2.13) . A reação é catalisada por uma acil­
transferase. 
Glicerol 3-fosfato + 2 Acil CoA __ Ac_il_tr_an_sfi_er_as_e---7 Áciâo fosfatídico + 2 CoA 
O ácido fosfatídico se insere na monocamada citosólica da membrana do RE, onde se comple­
ta a síntese do triacilglicerol (Fig. 7 .8). No primeiro termo, o ácido fosfatídico perde o fosfato por 
aÇão de uma fosfatase e se converte em 1,2-diacilglicerol (Fig . 2.13) (como veremos na próxima 
seção, esta molécula também é necessária para a síntese dos licerofosfoli ídios). 
Ácido fosfatídico Fosfatase 1, 2- diacilglicerol + P 
*N.RT.: Atualmente, é a denominação mais aconselhável. 
Fig. 7/7 Eletromicrografia do 
complexo de Golgi que permite 
observar as cisternas eis, média e 
trans empilhadas. 35 .000 X. 
(Cortesia de D. J. Morré.) 
112 • O SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS 
Fig. 7.8 Etapas metabólicas 
necessárias à síntese dos 
triacilgliceróis (1, 2, 3 e 4A) e da 
fosfatidilcolina (1 , 2, 3 e 4B). As 
reações 1 e 2 ocorrem no citosol. 
Já, as reações 3, 4A e 4B 
ocorrem na monocamada 
citosólica da membrana do RER. 
~--
CoA 
CoA 
rr 
2 
AF 
+ l l 
Ácidos graxos 
p 
CH,-CH- CH1 
1 
OH OH 
Glicerol 3-fosfato 
1 Citosol I 
rr 
Acil CoA 
p 
1 
r~iCH- CH, + CoA 
\ CoA 
Ácido fosfatídico (AF) 
Oiacilglicerol (DAG) 
1 
+ p 
ITff~ITIT ITITnIT IT 1 Membrana do RE 1 
UUMUM gguuM 
3 
4A 
48 
DAG + CoA 
ITIT~ITIT ! 
UUUMM fTT 
+ CoA 
Triacilglicerol (TGL) 
(traslada-se para o citosol) 
DAG + COP-colina - Fosfatidilcolina + CMP 
1 
IT ITnITIT 
guuMM 
IT IT~ IT IT 
MUUMM 
Finalmente, por intermédio da diacilglicerol aciltransferase, uma nova acil CoA transfere seu 
ácido graxo ao C3' do 1,2-diacilglicerol. Isso completa a síntese do triacilglicerol que passa ao 
citosol (Cap. 4-3). 
1, 2- diacilglicerol + Acil CoA Diacilglicerol aciltransferase ) Triacilglicerol + CoA 
É necessário advertir que nas células da mucosa intestinal, a maioria dos triacilgliceróis é sin­
tetizada abolindo-se as etapas iniciais, já que o fazem a partir dos monoacilgliceróis e diacilglice­
róis , que são as formas como as gorduras são absorvidas depois de sua digestão. 
7-9. O RE é responsável pela biogênese das membranas celulares 
A célula produz membranas novas de modo permanente. Ela o faz com a finalidade de aten­
der demandas de natureza funcional , substituir as membranas desapareCidas por envelhecimento 
ou para duplicá-las antes da mitose. Ocasionalmente, as membranas novas são produzidas para 
possibilitar o desenvolvimento de partes do corpo celular (por exemplo, o axônio nos neurônios) . 
A_biQgênese-das membranas celular~_compr_eende_a síntese de seus li ídios, suas proteínas e 
s~l!S carboidratos. Estes três tipos de moléculas não são ·sintetizados separadamente e em seguida 
O SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS • 113 
se integram para formar uma membrana nova, e sim que são incorporados a uma membrana pre­
existente, a membrana do RE. Depois , à medida que esta cresce, algumas de suas partes se des­
prendem como vesículas e se transferem às demais organelas do sistema de endomembranas ou à 
membrana plasmática. Nos Caps. 8-24 e 10-5 veremos que o RE também fornece os fosfoli ídios 
daun.emhi:.a~!_ocô~~oxiss0mas. 
Nas próximas seções estudaremos os mecanismos de incorporação dos lipídios e das proteínas 
à membrana do RE, e os processos de glicosilação de ambas as moléculas. 
7- 1 O. Os lipídios das membranas celulares são sintetizados 
na membrana do RE 
Fosfatidilcolina. Devemos lembrar que os glicerofosfolipídios são compostos por uma molé­
cula de glicerol, dois ácidos graxos , um fosfato e um segundo álcool (Caps. 2-7 e 3-3) (Figs. 2.14 
e 2.20). 
A fosfatidilcolina é formada na monoca ada citosólica do RE pela ligação do 1,2-diacilglice­
rol (Seção 7-8) com a citidina difosfato-colina. A reação é catalisada por uma fosfotransferase 
específica (Fig. 7.8). 
Fosfotransferase 1, 2- diacilglicerol + CDP - colina ---------- Fosfatidilcolina + CMP 
Previamente, a CDP-colina é sintetizada em duas etapas. Na primeira, mediante UJ11a cinase, a 
colina é fosforilada com um fosfato adquirido da adenosina trifosfato. 
Colina+ ATP Cinase Fosforilcblina + ADP 
Na segunda, a fosforilcolina combina-se com a citidina trifosrato mediante uma transferase. 
~ 
Fosforilcolina + CTP Transferase CDP - colina +PP 
Fosfatidiletanolamina. As reações que levam à formação da fosfatidiletanolamina são simi­
lares às da fosfatidilcolina , exceto pelo fato de que se agrega CDP-etanolamina no lugar da CDP­
colina. 
Fosfatidilserina. Na formação da fosfatidilserina, o ácido fosfátídico (Seção 7-8) não perde 
seu fosfato e se combina - mediante uma transferase específica - com a CTP, o que gera CDP-
1,2-diacilglicerol. 
,. Transferase Acido fosfatídico + CTP ------> CDP-1,2-diacilglicerol +PP 
O fosfolipídio é formado após a combinação de CDP-1,2-diacilglicerol com o aminoácido se­
rina por meio de outra transferase. 
Serina + CDP-1,2 - diacilglicerol Transferase Fosfatidilserina + CMP 
Fosfatidilinositol. As reações responsáveis pela síntese do fosfatidilinositol (PI) são similares 
às da fosfatidilserina, exceto porque se acrescenta o poliálcool cíclico inositol em lugar da serina. 
Este. fosfolipídio converte-se emfosfatidilinositolfosfato (PIP) , emfosfatidilinositol difosfa­
to (PIP2) e emfosfatidilinositol trifosfato (PIP3) pela agregação sucessiva de fosfatos (Fig. 2.16). 
Estas fosforilações são catalisadas por cinases com fosfatos tomados de moléculas de ATP. 
PI+ ATP Cinase PIP + ADP 
PI+ ATP Cinase PIP2 + ADP 
PIP2 + ATP Cinase PIP3 + ADP 
Uma vez formadas, a maioria das fosfatidilcolinas passa, por meio do mecanismo de ~'fji,p~f/.op" 
(Cap. 3-3),_dª monocamada citosólica para a monocamada luminal da membrana do R'.E. A trans-
114 • O SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS 
locação é impulsionada por uma enzima denominada flip_ase, que toma possível a passagem da 
cabeça polar do fosfolipídio pela região hidrófoba da dupla camada. 
Por atuar menos eficientemente sobre a fosfatidiletanolamina, a fosfatidilserina e o fosfatidili­
nositol, em sua maioria esses fosfolipídios ficam retidos na monocamada citosólica (Cap. 3-3). 
Assim, o processo de translocação tem dupla conseqüência: faz com que seja emparelhada a 
quantidade de fosfolipídios em ambas as monocamadas e que seja distribuída assimetricamente. 
Esfingomielina. A esfingomielina é um esfingofosfolipídio composto por ceramida unida à 
fosforilcolina (Fig. 2.18) . No Cap. 2-7, vimos que a ceramida é formada pela agregação de um 
ácido graxo com a esfing_9s ina, que é um aminoálcool dõtãdo de uma cadeia hidrocarbonada lon­
ga (Fig. 2.19). 
A ceramida é formada na monocamada citosólica da membrana do RE por meio de uma transferase. 
Esfingosina + Acil CoA Transferase Ceramida + CoA 
A sínt~se da esfingomielina se completa no ladoJJJJn!~l do complexo de Golgi, de modo que a 
q~rqmida_deve se translocar - g!:_aças à flipase - abandonar a membrana do RE e se transferir para 
a membrana do complexo. Como sabemos, esta transferência é realizada mediante vesículas trans­
portadoras. 
Em sua nova localização , a ceramida se combina com a fosforilcolina graças a outra transfera­
se, que a converte em esfingomielina. 
Ceramida + Fosforilcolina Transferase Esfingomielina 
Colesterol. A membrana do RE incorpora moléculas de colesterol ingressadas na célula por 
endocitose (Seção 7-42) e também as sintetiza. Como na transferência de fosfolipídíos, o coleste­
rol se transfere para as membranas restantes da célula - especialmente a membrana plasmática 
- por meio de vesículas transportadoras. 
7-11.Os lipídios das membranas celulares se glicosidam 
no complexo de Golgi 
A~gliçolipídios o~ no complexo de Golgi. Na formação dos galactocerebrosídios 
(Fig. 2.21) intervém uma transferase, que transfere a galactose da uridina difosfato-galactose para 
a primeira hidroxila da ceramida. 
Ceramida + UDP - galactose Transferase Galactocerebrosídio + UDP 
A síntese dos glicocerebrosídios (Fig. 2.21) é similar, salvo pelo fato de que a glicose é trans­
ferida da UDP-glicose mediante outra transferase. 
Ceramida + UDP- glicose Transferase Glicocerebrosídio + UDP 
Os gangliosídios (Fig. 2.22) §_ão formados q_uando os monômeros das cadeias oligossacarídi­
çªs _se unem - um de cada vez - i!_~jda. O primeiro monômero que se agrega é a glicose; 
depois o fazem-::- em diferentes quantidades e ordenamentos, segundo o tipo de gangliosídio -
a galactose, a N-acetilglicosamina, a N-acetilgalactosamina, o ácido siálico ou N-acetillleuramínico 
e a fucose (Cap. 2-7). 
Igualmente à galactose e à glicose dos cerebrosídios, os monossacarídeos que participam da sín­
tese dos gangliosídios apresentam-se unidos a nucleotídeos (por exemplo, UDP-glicose, UDP-ga­
lactose, UD P-N-acetilglicosamina, UD P-N-acetilgalactosamina, CMP-ácido siálico e G D P-glicose). 
7-12. As proteínas destinadas ao RE se inserem na membrana ou são 
liberadas na cavidade da organela 
8-~ P_!~eínas, exceto algumas poucas pertencentes às mitocôndrias, são sintetizadas nqui­
bos~mas do citosol (Cap. 16~9). Apesar de todos os ribossomas citosólicos serem iguais, alguns 
O SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS • 115 
Fig. 7.9 União do ribossoma com a membrana do RER. Observar o receptor da PRS, o receptor do 
ribossoma e a passagem da proteína através do translócon. 
estão dispersos no citosol e outros se acham aderidos à membrana do RER (Fig. 16.8). Em segui­
da, veremos porquê e corria. 
Os primeiros passos da síntese de uma proteína destinada ao RE ocorrem no ribossoma quando r 
este ainda se encontra livre no citosol. A união do ribossoma com a membrana do RE ocorre se a / 
proteína que surge do ribossoma possuir um segmento peptídico com a informação apropriada, ou b 
seja, um peptídeo sinalizador (peptídeo-sinal) específico para essa membrana (Cap. 4-4). Nas 
proteínas destinadas ao RER, o peptídeo sinalizador pode consistir de uma seqüência de cerca de 
30 aminQácidos - 5 a 10 altamente hidrófobos - situada na extremidade amina oú próxima dela 
(Quadro 4.1). 
As proteínas que são liberadas na cavÍdade do RER possuem este sinal localizado somente no 
extremo Jmina da molécula. Ao contrário, as que se inserem na membrana da organela contêm, 
salvo rafas exceções, um peptídeo sinalizador próximo à extremidade amina e outros sinais, cujo 
número depende da quantidade de vezes que a proteína cruza a dupla camada lipídica (Fig. 3.10). 
Por exemplo, se a proteína transmembrana atravessar a dupla camada uma única vez (passagem 
única), necessita apenas de um sinal ~dicional ,' chamado sínal de arrcora em por motivos que' 
veremos adiante. Quando se trata de uma proteína de passag~m ~últipla, esta contém tantos si­
nais quantas vezes ela cruze a dupla camada, consistentes no~e2tídeos_sinalizq_dores que se al­
tem m com sinais de ancoragem. Os sinais de ancoragem contêm seqüências de aminoácidos muito 
semelhantes às dos peptídeos sinalizadores (Quadro 4.1). 
Quaisquer que sejam o número e a localização dos sinais, apenas o primeiro peptídeo sinalizador 
que sai do ribossoma é reconhecido pela pª-r~reconhecimento do sinal (ou PRS) (Fig. 7 .9), 
que é um complexo ribonucléico composto por seis proteínas diferentes e uma molécula de RNA 
denominada RNAcp (citosólico pequeno; ou scRNA, do inglês, small cytosolic) (Fig. 7 .1 O). As ca­
racterísticas e o processamento deste RNA serão analisados nos Caps. 13-2, 14-18 e 15-12. 
Na Fig. 7.9 podemos observar como a: PRS ligada ao peptídeo sinalizador se dirige ppara se inserir na 
dupla camada lipídica. O peptídeo sinalizador não é cindido pela peptidase sinal devido a sua posição 
interna na cadeia protéica. 
A formação de uma proteína transmembrana de passagem dupla exige um peptídeo si_!!ajiza­
dor-si.tuado nas-cercanias da_extremidade amina e de um sinal adicional (Fig. 7 .13). Dada a sua 
posição interna na cadeia protéica, o peptídeo sinalizador tampóuco é afetado pela peptidase si­
nal, motivo pelo qual se comporta como um sinal de ancoragem e fica retido na dupla camada 
lipídica. 
A formação de uma proteína de passagem múltipla necessita, além_dQ..pept:fdeo sinalizàdor, de 
u~úmero variado de sinais adicionais, tantas (menos uma) quantas sejam as vezes que a prote­
ína deva atravessar a membrana. Como nas proteínas de passagem múltipla, trata-se de sinais de 
CAVIDADE DO RE 
Peptídeo 
sinalizador 
CITOSOL 
- ------ - --------
O SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS • 117 
NH2 
mmí!flm mmnnm 
mmirnm YmRmm 
COOH 
ancoragem, a metade dos quais - alternadamente - atua como peptídeos sinalizadores antes de 
se ancorar na dupla camada lipídica (Fig. 7.14). 
Os sinais adicionais que atuam como peptídeos sinalizadores seriam dirigidos para a membra­
na do RER por sucessivas PRS, e todas abordam a membrana pelo mesmo translócon. Para isso, 
à medida que os novos sinais ingressam rio translócon, os. sinais precedentes saem lateralmente e 
se localizam entre os fosfolipídios da dupla camada lipídica (Fig. 7 .14 ). A saída lateral dos sinais 
é possível porque a parede do translócon é incompleta. 
No c ; p. 3-4, mencionamos que os segmentos das proteínas que atravessam a dupla camada 
lipídica possuem geralmente uma estrutura em hélice ex. Agora podemos acrescentar que no mo­
mento adequad~ atuarão como peptídeos sinalizadores ou como sinais de ancoragem. 
De acordo c0m a natureza da proteína, esta permanecerá na membrana do RE ou passará para 
a membrana de outra organela do sistema de endomembranas ou para a membrana plasmática. 
Segundo a Fig. 7.2, qualquer que seja seu ?estino, a proteína terá a mesma orientação de quando 
se encontrava na membrana do RE. 
Algumas proteínas podem ficar retidas na membrana plasmática ou ser segregadas. Por exem­
plo, a imunoglobulina produzida pelo linfócito B primeiramente atua como um receptor de mem­
brana e, em seguida, é segregada (ou seja, converte-se em um anticorpo). Em ambas as etapas, a 
molécula é praticamente idêntica, salvo pelo fato de que na primeira, há um segmento adicional 
que a mantém ancorada na membrana. Este segmento corresponde a um sinal de ancoragem pró­
ximo à extremidade carboxila da proteína, inexistente na imunoglobulina que é segregada (Cap. 
15-7). 
NH2 COOH 
Fig. 7.12 Esquemas que 
mostram como as proteínas se 
incorporam à membrana do 
RER. A extremidade amina da 
proteína pode ficar na cavidade 
da organela (A) ou no citosol 
(B). 
Fig. 7.13 Mecanismo de inserção 
das proteínas de passagem dupla 
na membrana do RER. 
Fig. 7.14 Mecanismo de inserção 
das proteínas de passagem 
múltipla na membrana do RER. 
118 • O SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS 
7-14. Polipeptídeos fabricados por ribossomas livres no citosol se 
incorporam ao RE 
Como exceção à regra, há polipeptídeos - geralmente de tamanho muito p·equeno - que in­
gressam no RE apesar de fabricados por ribossomas livres no citosol. Incorporam-se ao RE por 
túneis constituídos por proteínas transportadoras da família ABC (Cap. 3-26), presentes normal­
mente na membrana desta organela. 
7-15. As chaperonas hsp70 asseguram a dobradura normal das 
proteínas na cavidade do RE 
No Cap. 4-5 analisamos as funções das chaperonas hsp70 citosólicas. A cavidade do RER con­
ta com ch~erQ1:1:ª~-~p70 similares.,_pois evitam o pregueamento prematuro ou incorreto das pro­
teínas ingressadas nas organelas. Ademais, reconhecem nelas segmentos incorretamente dobra­
dos e as ajudam para que o façam corretamente. 
Se as chaperonas não obtiverem êxito, as proteínas mal dobradas passam do RER para o cito­
sol depois de atravessar o translócon que usaram para ingressar na organela. Este fenômeno rece­
be o nome de retrotranslocação. No citosol, as proteínas se conjugam com ubiquitinas e são 
degradadas por proteassomas (Cap. 4-6). 
7-16. A sín~ o processamento dos oligossacarídeos ligados a 
proteínas mediante ligações N começam no RER e terminam no 
complexo de Golgi 
A maioria das proteínas que ingressam no sistema de endomembranas incorpora oligossacarí­
deos a suas moléculas, de modo que se convertem em glicoproteínas. 
Como vimos no Cap. 2-6 os oligossacarídeos se unem às proteínas mediante ligações N-glico­
sídicas e 0-glicosídicas (Figs. 2.7 e 2.8). 
A ~íntese do~QligQssacarídeos que se unem por ligações N-glicosídicas_começa.nu_RER_e ter­
.!!1.i!i~ .!!º complexo de Golgi. Dela participam enzimas chamadas glicosiltransferases, que tomam 
monossacarídeos de moléculas doadoras e os transferem à cadeia oligossacarídica em crescimen­
to. Como nos glicolipídios, a moléculas doadoras são nucleosídeos: UDP (par~ a glicose, a ga­
lactose, a N-acetilglicosamina e a N-acetilgalactosamina), GDP (para a manose e a fucose) e CMP 
(para o ácido siálico) (Seção 7-10). 
Além disso, intervém o dolicol fosfato (Cap. 2-7) , um lipídio especial da membrana do RER 
que a atravessa umas t,rês vezes (Figs. 2.2.4 e 7 .15). O p1imeiro monômero do futuro oligossacarídeo 
é a N-acetilglicosamina e se liga ao fosfato do dolicol. Em seguida, um de cada vez, são agrega­
dos outros seis monossacarídeos, primeiro uma nova N-acetilglicosamina e, depois, cinco manoses. 
Como mostra a Fig. 7 .15, a ligação do dolicol fosfato com a primeira N-acetilglicosamina se rea­
liza por meio de outro fosfato - cedido pela UDP que doa a hexose - e, por isso, se forma uma 
ponte pirofosfato. 
Enquanto isso, outros dois dolicóis fosfato aceitam, respectivamente, quatro manoses e três 
glicoses, que também se incorporam uma de cada vez. 
Em seguida, no interior do RER, depois de se desprender de seus respectivos dolicóis, as ca­
deias de quatro manoses e três glicoses - nessa ordem - se somam ao heptassacarídeo do dolicol 
difosfato que, portanto, se converte em um oligossacarídeo de 14 unidades, composto por duas N­
acetilglicosaminas, nove manoses e três glicoses (Fig. 7 .15). Este oligossacarídeo se desprende 
do dolicol difosfato e, mediante uma oligossacariltransferase, se liga a uma das asparaginas de 
uma proteína da membrana do RER (Fig. 7.16). 
Por seu turno, os três dolicóis livres podem ser utilizados de volta pelo RER para a síntese de 
novos oligossacarídeos. 
A cadeia oligossacarídica ligada à proteína se processa, ou seja, sofre uma série de mudanças. 
Essas começam com a remoção das três glicoses e de uma a quatro das nove manoses. A glicose 
distal é removida pela cx-glicosidase I, as outras duas pela cx-glicosidase II e as manoses pela cx­
manosidase. 
- - --
-----
O SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS • 119 
CITOSOL 
HHHF!;íl íl ~fiftITITHtt~Hfiu11 HHITüRfiffHHHü W íl ~HHIT 
YllHYR~llMY~~~= 1 
ij }illlYYRMYgilYH~llllY 
fosfato CAVIDADE DO RE 
..... 
HHfiH 11 HfiftITUITftüüHIT11 HHHüffITHHHHü~ 1HHHIT 
MilYYli MilYMYRMMilYYY MllllYllililYllilYll YilliY 
p p 
} N-acetilglucosaminas (2) 
} ""º'" ,,, 
cxg } Glicoses (3) 
A cadeia remanescente continua se processando no complexo de Golgi, a cuja membrana che­
ga a glicoproteína mediante uma vesícula transportadora. No complexo de Golgi, a cadeia 
oligossacarídica experimenta novos agregados e remoções de monossacarídeos, distintos segun­
do o tipo de glicoproteína a se formar. No entanto, em todos os casos a cadeia conserva as duas N­
acetilglicosaminas e as três manoses proximais do oligossacarídeo original, e geralmente agrega 
ácidos siálicos nas extremidades da molécula ramificada (Fig. 7.17) (Cap. 2-6) . 
No complexo de Golgi, as enzimas responsáveis pelo processamento dos oligossacarídeos tra­
balham seqüencialmente e por isso se acham distribuídas entre a região de· en~rada e a região de 
saída da organelaseguindo a ordem em que atuam (Fig. 7 .18). 
Fig. 7.15 Começo da síntese dos 
oligossacarídeos que se ligam a 
proteínas da membrana do RER 
mediante ligações N -
glicosídicas. Observar a 
participação dos três dolicóis 
fosfato . 
Fig. 7.16 Esquema que ilustra 
como o oligossacarídeo 
precursor (de quatorze hexoses) 
se desprende do dolicol e se liga 
a uma proteína da membrana do 
RER. Asn, asparagina. 
120 • O SISTEMA DE ENDOMEMBRAl AS 
Fig. 7.17 Uma vez formado , o 
oligossacarídeo precursor (de 
quatorze hexases) é processado 
seqüencialmente no RER e nos 
sucessivos compartimentos do 
complexo de Golgi. Esta figura 
ilustra três exemplos de 
oligossacarídeos formados ao 
final deste processamento. Asn , 
asparagina. 
Fig. 7.18 Exemplos de 
agregações e remoções de 
moléculas em um 
oligossacarídeo à medida que 
passa pelos sucessivos 
compartimentos do complexo de 
Golgi. 
O N-acetilglucosamína 
O Manose 
O Galactose 
O Ácido siálico 
--Asn--
1 -~ 
--Asn--
Não são conhecidos os mecanismos reguladores que levam as glicoproteínas a sofrer um tipo 
de processamento e não outro. 
7-17. A síntese dos oligossacarídeos ligados a proteínas por 
ligações O ocorre no complexo de Golgi 
No Cap. 2-6 vimos que os o1igossacarídeos unidos a proteínas por ligações 0-glicosídicas se 
ligam a uma serina ou a uma treonina. Sua síntese ocorre na cavidade do complexo de Golgi pela 
agregação - por meio de glicosiltransferases específicas - de sucessivos monossacarídeos. Pri­
meiramente, umà N-acetilgalactosamina se liga ~ma proteína da membrana da organela e, em 
seguida - um por vez - são agregados os outros monossacarídeos. Geralmente, a cadeia 
oligossacarídica incorpora ácidos siálicos em sua periferia. 
7-18. A síntese das glicosaminoglicanas e das proteoglicanas 
ocorre no retículo endoplasmático 
As proteoglicanas são glicoproteínas formadas pela união de proteínas com glicosaminogli­
canas (GAG). Como já assinalamos no Cap. 2-6 as GAG são polissacarídeos complexos consti­
tuídos por uma sucessão de unidades dissacarídicas (Fig. 2.10). Ligam-se às proteínas por inter­
médio de um tetrassacarídeo composto por uma xilose, duas galactoses e um ácido glicurônico 
(Fig. 2.11 ). 
A síntese das proteoglicanas ocorre na c_a'lidade do retículo endoplasmático. Ali, mediante uma 
ligação 0 -glicosídica, a xilose do tetrassacarídeo se liga a uma serina de uma proteína localizada 
na membrana da organela. Em seguida, na extremidade do tetrassacarídeó correspondente ao áci­
do glicurônico se incorporam, através de outras glicosiltransferases específicas, os sucessivos 
monossacarídeos que se alternam na GAG, um de cada vez. Aparentemente, os grupos sulfato se 
agregam às GAG à medida que estas se alongam. 
Podem estar associadas mais de cem GAG a uma única proteína e, ocasionalmente, várias desc 
tas proteoglicanas se ligam a uma molécula de ácido hialurônico - que é a GAG de'illaior tama­
nho - o que origina agregados moleculares de enormes proporções (Cap. 6-3) (Fig. 6.1). 
As proteoglicanas passam para a membrana plasmática, onde fazem parte do glicocálice (Cap. 
3-8) (Fig. 3.14). Daí, muitas são liberadas para o meio extracelular, para o qual suas moléculas 
devem ser cindidas , já que se trata de glicoproteínas integrais (Cap. 3-4). 
Nos tecidos conjuntivos, as proteoglicanas que são liberadas passam para a matriz extracelular 
(Cap. 6-3) , enquanto em alguns epitélios de revestimento fazem parte do muco que protege e lu-
LADOTRANS _ _F)_: Agregação de ácidos graxos 
õ C ~'-----Agregação de galactoses 
~e -----=::J Agregação de N-acetilglicosaminas 
Ü ,._~ C:-:: ~: _ _ ?_-'"r--- Ag- r-eg_a_ção e remoção de manoses 
..._.... L ~) L. ~ Fosforilação de manoses 
LADO CIS 
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na-
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tlas 
1lar 
lu-
O SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS • 121 
brifica sua superfície. Observa-se que, às vezes , retomam às células e são reintegradas no glicocá­
lice, onde ficam aderidas como glicoproteínas periféricas. 
7-19. Algumas proteínas são processadas no RE e no complexo de ~olgi 
Antes de serem segregadas, algumas proteína~ sofrem uma série de modificações.imprescindí­
veis ao seu funcionamento normal. Por exemplo, nas células 13 das ilhotas_do pân~as é sintetiza­
da a p~lina, que é o pró-hormônio precursor da insulina (Fig. 7 .19). To RE, ao serre­
movido de sua extremidade amina, um segmento de 26 aminoácidos - correspondente ao peptí­
deo sinalizador - a pré-pró-insulina se converte em pró-insulina. Esta contém 81 aminoácido.s, 
51 dos quais pertencem à insulina ativa e 30 a um peptídeo de conexão chamado peptídeo C. Por 
meio de vesículas transportadoras, a_pIÓ.=iDS.!J.lina _Q·---- ~ 
V.R. 
@--+ 
DO RE 
--------------------.0--------------------· • 
Secreção constitutiva 
ReceP.tor 
Sinal fC ---------------- 0 -- lnâutor 
~:~;:: .;;,;;;--------------· 9 
I 
~ Enzima hidrolítica MP Manose 6-fosfato • Proteína de exportação 
-( Receptor para a MP V.R. Vesícula recicladora • Proteína de exportação 
envolve vários processos, porém a causa responsável pela condução das enzimas até o lugar ade­
quado é a presença de grupos manose 6-fosfato em suas moléculas. 
Estes grupos são os sinais que conduzem as enzimas até a região de saída do complexo de Golgi 
e as colocam nos setores reservados para seu envio aos endossamos (Fig.7.20). 
A manose 6-fosfato se forma depois que a enzima hidrolítica - provéniente do RE - chega à 
região de entrada do complexo de Golgi (Fig. 7.18). É gerada pela ação de duas enzimas, a N­
acetilglicosamina fosfotransferase e a N-acetilglicosamina glicosidase. A primeira agrega uma N­
acetilglicosamina fosfato ao C6' de uma das manoses dos oligossacarídeos da enzima hidrolítica 
(como vemos, esta é uma glicoproteína). A segunda remove a N-acetilglicosamina, porém não o 
fosfato, que fica retido no C6' da manose. Convém lembrar que durante o processamento das 
enzimas no complexo de Golgi, as manoses fosforiladas nunca são removidas. 
Uma vez chegada a enzima hidrolítica ao lugar correto da região de saída do complexo de Golgi, 
ela se liga - pela manose 6-fosfato - a um receptor específico presente na membrana da orga­
nela, que corresponde a esse lugar. Depois a enzima é despachada para o endossamo mediante o 
mecanismo seletivo que será analisado na Seção 7-40. 
A importância da chegada das enzimas hidrolíticas aos lugares corretos do complexo de Golgi é 
confirmada pela existência de uma rara doença lisossômica que é produzida pela falha dessa função. 
Assim, na doença das células I (de inclusão) (ou enfermidade I), por causa dos transtornos genéti­
cos, os fibroblastos não contam com N-acetilglicosamina fosfotransferases , de modo que não se 
formam manoses 6-fosfato nas enzimas hidrolíticas destinadas aos endossamos. Como conseqüên­
cia, as vesículas que transportam essas enzimas se dirigem para a membrana plasmática e são segre­
gadas no meio extracelular. A falta de enzimas nos endossamos impede a digestão das substâncias 
endocitadas, que passam ao citosol e podem se acumular como inclusões (Cap. 4-3). 
A descoberta da manose 6-fosfato e de seu receptor levou ao achado de outros sinais envolvi­
dos na distribuição e na canalização das proteínas pelo sistema de endomembranas, fatos estes 
mencionados no Quadro 7 .1. 
7-21. As vesículas transportadoras originárias do complexo de Golgi se 
unem aos endossomos 
Na seção anterior assinalamos que o lado de saída do complexo de Golgi emite vesículas trans­
portadoras destinadas aos endossamos e à membrana plasmática (Fig. 7.1). 
As vesículas que se unem aos endossamos integram, dentro do sistema de endomembranas, 
um subsistema importantíssimo para o funcionamento da célula, dedicado à digestão das substân­
cias que ingressam por endocitose, o que será analisado a partir da Seção 7-28. 
à 
a 
[) 
i. 
[) 
é 
t. 
e 
1-
:-
l-
O SISTEMA DE E DOMEMBRA AS • 123 
Quadro 7 .1 Alguns sinais envolvidos no transporte de proteínas pelo 
sistema de endomembranas 
Sinal 
KDEL 
KKXX 
GPI 
Manose 6-fosfato 
Várias L e Y 
YQRL 
NPXY 
Transporte 
Do RE para o complexo de Golgi e retom o ao RE 
Do complexo de Golgi à membrana plasmática (secreção) 
Do complexo de Golgi aos endossamos (enzimas hidrolíticas) 
Da membrana plasmática aos endossamos (endocitose) 
~ 
D, ácido aspártico; E. ácido glutâmico: K. lisina: L. leucina: N. asparagina: P. prolina: Q. glutamina: R. arginina: Y. tirosina: X. 
qualquer aminoácido; GP/. glicosilfosfatidilinositol. 
7-22. As vesículas transportadoras destinadas à superfície celular 
descarregam seu conteúdo fora da célula mediante um processo 
chamado exocitose 
Uma boa parte das vesículas transportadoras oriundas da face de saída do complexo de Golgi 
tem como destino a membrana plasmática. 
De acordo com o estudado na Seção 7-1 deduzimqs que as membranas dessas vesículas são 
transferidas para a membrana plasmática e que as moléculas solúveis contidas em suas cavidades 
saem para o exterior (são chamadas "moléculas de exportação") . 
A vesícula transportadora expulsa seu conteúdo para fora da célula por um processo denomi­
nado exocitose, que se dá com a fusão da membrana da vesícula com a membrana plasmática (Fig. 
7.2) e a descarga do conteúdo vesicular no meio exterior (Fig. 7.20). 
Às vezes, a quantidade de membrana transferida para a membrana plasmática alcança grandes 
proporções. Isso é compensado pela formação simultânea de vesículas transportadoras que funci­
onam em sentido contrário, ou seja, que têm origem na membrana plasmática e se transferem para 
o complexo de Golgi. Estas vesículas de recicla~são geradas por endocitose, um processo do 
qual nos ocuparemos na Seção 7-29 e que é o inverso da exocitose. Como veremos, a endocitose 
se vale de endossomos, que funcionam como verdadeiras estações de relevo entre a membrana 
plasmática e o complexo de Golgi (Figs. 7.1e7.20) . 
Uma reciclagem similar ocorre nas terminações axônicas dos neurônios, onde vesículas gera- \ 
das por endocitose são incorporadas a endOS$Omos com a finalidade de reciclar a membrana cedi- \ 
da para a membrana pl_asmática da terminação axônica durante a exocitose das vesículas sinápti­
cas (Fig. 7.21) . Devemos assinalar que, neste caso, os endossomos não atuam como inte1mediári- \ 
'.d( 
os .entre a membrana plasmática e o complexo de Golgi, já que este se acha no corpo do neurônio , 
muito distante da terminação axônica. Além de receber as vesículas recicladoras, Oi_ endossomos 
1 
1 
das termina ões nervosas geram as vesículas sinápticas g_ue se carregam de neurotransmissores , / 
c_~citose com leta o ciclo. --- - -- ---- --- - --
7-23. A célula produz dois tipos de secreção, uma constitutiva 
e outra regulada 
O processo que provoca a descarga do conteúdo das vesículas transportadoras no meio extra­
celular é denominado secreção. Esta pode ser constitutiva ou regulada (Fig. 7.20) . . 
Na secreção constitutiVa, as moléculas são segregadas de forma automática, conforme o com­
plexo de Golgi emite as vesículas que as transportam. 
Ao contrário, na secreção regulada, as moléculas são retidas no citoplasma - dentro de suas 
respectivas vesículas transportadoras - até a chegada de uma substância indutora ou outro sjnal 
ql}e ordene sua liberação. Esta secrtção de moléculas "por encargo" supõe que a célula as des­
carrega subitamente e no momento em que são demandadas. As vesículas transportadoras que 
Fig. 7.21 Representação 
esquemática da exocitose e da 
reciclagem das membranas no 
terminal axônico. 
124 • O SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS 
intervêm nas secreções reguladas são denominadas vesículas secretórias ou grânulos de se­
creção. 
7-24. Alguns polipeptídeos são segregados por um mecanismo 
diferente do anterior 
Como exceção à regra, existem polipeptídeos pequenos fabricados em ribossomas livres que 
são segregados por um mecanismo indiferente à exocitose. Cruzam a membr.ana plasmática atra­
vés de túneis formados por proteínas transportadoras da família ABC (Cap. 3-26), presentes nor­
malmente nesta membrana. Na Seção 7-14 analisamos uma passagem similar através da membra-
na do RE. ~ 
7-25. A membrana dos autofagossomos é fornecida pelo REL 
Como veremos na Seção 7-35, as organelas envelhecidas são eliminadas da célula através de 
certas organelas especiais chamadas autofagossomos, que geram um fenômeno biológico deno­
minado autofagia (Fig. 7.30). 
A Fig. 7.30 mostra que durante o seu desenvolvimento, os autofagossomos se envolvem com 
uma membrana fornecida pelo REL. 
7- 26. O REL é o principal depósito de Ca 2+ da célula 
A concentração de Cai+ no citosol é muito inferior à existente na càvidade do retículo endo­
plasmático e no líquido extracelular. As diferenças são devidas à atividade de outras bombas.de 
Ca2+ localizadas na membrana do REL e na membrana plasmática (Cap. 3-23). Ambas removem 
o Ca2+ do citosol, que passa ao REL ou ao líquido extracelular. O translado do íon no sentido in­
verso é passivo, pois ocorre através de canais iônicos. Nas células em geral os canais de Ca2+ se 
abrem por meio de um ligante, o IP 3 (Cap. 11 -18). Por outro lado, nas células musculares estria­
das, os canais de Ca2+ do retículo sarcoplasmático (uma forma especializada de REL) são depen­
dentes de voltagem, já que se abrem quando o potencial de membrana é modificado. 
No Cap. 5-33, assinalamos queo aumento do Cai+ no citosol da célula muscular leva à união 
do íon com a troponina C, o que desencadeia a contração. 
7- 27. Em algumas células o REL cumpre funções especiais 
Além das atividades mencionadas até aqui - comuns a todas as células - em alguns tipos 
celulares o REL cumpre funções adicionais, como as seguintes: 
Síntese de esteróides. Nas células pertencentes às gônadas e às glândulas supra-renais, o REL 
contém várias enzimas que intervêm na síntese de esteróides. Este tema é mais detalhado no Cap. 
8-22. 
Síntese de lipoproteínas. No sangue, os lipídios circulam unidos a proteínas, ou seja, são par­
te de lipoproteínas. Ambas as moléculas se ligam no REL dos hepatócitos, onde se acham as en­
zimas que catalisam essa união. 
Desfosforilação da glicose 6-fosfato. A membrana do REL dos hepatócitos possui a enzima 
glicose 6-fosfatase, que extrai o fosfato da glicose 6-fosfato e a converte em glicose. Ao contrário 
da glicose 6-fosfato, a glicose pode abandonar a célula e passar para a circulação sangüínea para 
chegar aos tecidos, onde é utilizada como fonte de energia. Devemos assinalar que a glicose 6-
fosfato é formada a partir da glicose 1-fosfato ou da glicose, e que a primeira surge da degradação 
do glicogênio depositado no citosol em forma de inclusões (Caps. 4-3 e 11-15). 
Desintoxicação. Nos hepatócitos, o REL contém grupos de enzimas que intervêm na neutrali­
zação de várias substâncias tóxicas para a célula, algumas derivadas de seu metabolismo normal 
e outras incorporadas do exterior. Assim, a administração de barbitúricos e de outros tóxicos pro­
duz um aumento das enzimas de uma família de citocromos presentes no REL - os citocromos 
P450 - os quais , juntamente com outras enzimas, convertem as substâncias tóxicas em molécu­
las hidrossolúveis que saem da célula com facilidade. 
O SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS • 125 
ENDOSSO MOS 
-
7-28. O endossamo possui uma bomba de H+ na sua membrana 
[Os endossomos (do grego éndon , dentro, e sôma , corpo) são organelas localizadas funcional­
mente entre o complexo de Golgi e a membrana plasmática (Fig. 7. 1). Suas formas e dimensões 
ão variáveis, apesar de geralmente constituírem vesículas ou c"istemas relativamente pequenas. 
A membrana do endossamo possui uma bomba de prótons (Cap. 3-24) que quando é ativada 
transporta H+ do citosol para o interior da organela cujo pH desce a 6,0 ig. 7 .22). o Cap. 4-1, 
vimos que o pH citosólico é de 7 ,2. 
Antes de analisar as funções dos endossomos convém descrever o processo de endocitose. 
7- 29. Existem duas formas de endocitose chamadas 
pinocitose e fagocitose 
No Cap. 3-10, estudamos a permeabilidade das membranas celulares e vjmos qne os so~utos 
atra~am a membrana plasrnátiGafer---tratts-porte passivo ou ativo e ingressam na célula. As 
macromoléculas e as partículas entram por meio de um mecanismo completamente diferente, 
denominado endocitose (Fig. 7.22). De acordo com o tamanho e as propriedades físicas do mate­
rial que vai ser incorporado, esse mecanismo é chamado pinocitose ou fagocitose (Fig. 7.23). 
A pinocitose (do grego pínein, beber) compreende o ingresso de líquidos junto com as macro- 1 
moléculas e os soJl}tQS dissolvidos neles. Isto sucede porque porções circunscritas do líquido, que ~ 
e acham em contato com a supe1fície externa da célula, são captadas mediante invaginações da \ 
membn~na plasmática, o que dá lugar a fossetas e finalmente a vesículas que são liberadas nó ci-_.1 
tosol. 
O processo de pinocitose pode ser demonstrado experimentalmente pelo uso de uma solução 
de proteínas marcadas com corantes fluorescentes; às vezes é tão rápido que parece que a solução 
é "bebida" pela célula. 
Segundo a qualidade da substância que será incorporada à célula, a pinocitose pode ser inespe­
cífica ou regulada (Fig. 7 .23). Na pinocitose inespecífica, as substâncias ingressam automatica-1 
meQ!e,__Q_que ocolr.e e111 toc!os os tipos celu~res. Na pinocitose _reguladaJ>oréI'(I , as substâncias [ 
interagem com receptores específicos localizados na mem-br-ana-FJlasmática, o-que desencadeia a "' 
formação das vesículas pinocític_as. Devido à seletividade deste mecanismo, uma substância pode 
ingressar em algumas células porém não em outras, de acordo com os receptores presentes e".Y 
uas membranas plasmátieas. 
ENDOSSO MO 
Bomba de H' 
-(Receptor 
pH = 5 
Material incorporado 
MEMBRANA 
PLASMÁTICA 
Endocitose 
Fig. 7.22 Esquema que ilustra o 
processo de endocitose e a 
conversão do endossamo em 
li sossomo. 
126 • O SISTEMA DE ENDOl\1EMBRANAS 
Fig. 7.23 Esquemas que ilustram 
como os materiais são 
incorporados na célula por 
diferentes formas de endocitose. 
PINOCITOSE 
INESPECÍFICA 
PINOCITOSE 
REGULADA 
FAGOCITOSE 
• • • 
••• y '( '( 
e 
TTT 
Vesícula pinocitótica 
Vesícula pinocitótica 
Fagossomo 
A fagocitose (do grego phagefn, comer) ocotTe em poucos tipos celulares, particularmente nos 
macrófagos e nos leucócitos neutrófilos. Segundo as circunstâncias, constitui um meio de defesa 
ou de limpeza, capaz de eli minar pequenos parasitas, bactérias, células prejudiciais, danificadas 
ou mortas, restos de células e todo tipo de partículas estranhas ao organismo. Como vemos, a 
fagocitose permite a incorporação de llilrtículas relativamente grq_ndes e estruturadas. 
~ 
Uma vez que o material se fixa sobre a superfície externa da célula, a membrana plasmática 
mite prolongamentos envolventes que o rodeiam para deixá-lo englobado no interior do plasma, 
que forma uma vesícula muito maior que a pinocítica, chamada de fagossomo (Fig. 7.23). 
Para poder ser fagocitado , o material deve conter ou adquirir certos sinais que são reconheci-
tdos por receptores localizados na membrana plasmática das células fagocitárias. Por exemplo, 
algumas bactérias são "marcadas" por anticorpos denominados opsoninas (do grego ópson, man­
ar), fornecidos pelo sistema imune. 
7- 30. Acredita-se que os endossomos se convertam em lisossomos 
O endossamo exerce suas funções de uma maneira singular. Tanto recebe o material ingressa­
do por endocitose - trazido por vesículas pinocíticas ou por fagossomos - como incorpora en­
zimas hidrolíticas trazidas por vesículas provenientes do complexo de Golgi (Figs. 7.20 e 7.22). 
No primeiro caso, o endossamo recebe tambérríporções de membrana plasmática e receptores 
(os últimos, se a endocitose for regulada). Ambos são devolvidos por vesículas recieladoras que, 
ao chegarem à membrana plasmática, integram-se a ela mediante um processo semelhante à exo-' . 
citose (Fig. 7 .22). Uma vez na membrana plasmática, os receptores podem voltar a ser utilizados. 
Com relação às enzimas hidrolíticas , qevemos lembrar.que_s.e_acha\l.a!]l_..!lniQOS-
er 
ê-lo 
em 
O SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS • 12e atua como uma seringa. Os processos posteriores na bactéria são 
muito rápidos e começam com a hidrólise enzimática de seu DNA. Os nucleotídeos resultantes 
são utilizados para sintetizar o DNA de novos bacteriófagos. A partir deste DNA são sintetizados 
A CÉLULA • 7 
- Fig. 1.5 Escherichia coli 
infectada por um bacteriófago 
(compare com a Fig. 1.3 de 
controle). Observam-se alguns 
resíduos do bacteriófago 
aderidos à parede celular (setas) 
depois da entrada do DNA. O 
nucleóide não pode ser visto e a 
célul a aparece repleta de vírus. 
(Cortesia de B. Menge, M. 
Wurtz e E. Kellenberger.) 
os RNA mensageiros e as proteínas estruturais dos vírus. Finalmente, todos estes componentes 
são reunidos e os bacteriófagos maduros são arrumados dentro da bactéria infectada. Como se vê 
na Fig. 1.5 , depois de ter sido infectada por um bacteriófago, a Escherichia coli aparece repleta de 
vírus e pronta para se romper e, assim, deixar os novos bacteriófagos em liberdade. 
Quando se trata de vírus que infectam células eucariontes, o processo é mais complexo. Assim, 
o DNA ou o RNA do vírus se replica no núcleo da célula hospedeira e as proteínas virais são sin­
tetizatlas nos ribossomas citoplasmáticos. Em seguida, os novos componentes virais combinam­
se entre si no interior da célula. 
Para concluir o estudo dos vírus, nós os comparamos com as células verdadeiras. Estas possu­
em: 1) um programa genético específico que permite a formação de novas células similares às 
predecessoras;,. 2) uma membrana plasmática que regula as trocas entre o interior e o exterior da \O 
célula; 3) umá estrutura que retém a energia dos alimentos, e 4) um maquinário que sintetiza pro­
teínas. Como vimos, os vírus possuem apen~s a primeira destas fac uldades e são desprovidos das 
demais. Por este motivo, não são considerados como células verdadeiras, apesar de conterem os 
padrões genéticos para codificar suas proteínas e se reproduzir. _) 
1-6. Organização geral das células eucariontes 
Uma vez estudada a organização das células procariontes, é conveniente voltar a observar o l 
Quadro 1.4, onde estão resumidas as principais diferenças com as células eucariontes. Se compa­
rarmos a organização da Escherichia coli (Fig. 1.3) com a de uma célula vegetal (Fig. 1.6) ou de 
uma célula animal (Fig. 1.7), a complexidade destas últimas chama a nossa atenção. 
Na célula eucarionte em interfase, o núcleo constitui um compai1imento separado, limitado \ (J 
pelo envoltório nuclear. Outro compartimento é representádo pelo citoplasma, que se encontra )'.1 
circundado pela membrana plasmática que, às vezes, mostra diferenciações. Por sua vez, cada 
um destes três componentes principais contém vários subcomponentes ou subcompartimentos. 
Podemos utilizar o Quadro 1.5 como um guia que resume esta organização complexa, já que nele,. 
estão enumeradas as funções mais importantes de cada componente. __,, 
1- 7. Existe uma grande diversidade morfológica entre as células eucariontes 
As células de um organismo multicelular têm formas e estruturas variáveis e se diferenciam de 
acordo com suas funções específicas nos diferentes tecidos. Esta especialização funcional faz com 
que as células adquiram características singulares, mesmo quando em todas elas persiste um mo­
delo de organização comum (Fig. 1.8). 
Alguns tipos celulares, como os leucócitos, mudam de forma constantemente. Outros, como as l 
células nervosas e a maioria das células vegetais, possuem uma conformação bastante estável. A 1 
forma de uma célula depende de suas adaptações funcionai s, do citoesqueleto presente em seu b 
cit_oplasma, da ação mecânica exercida pel as células adjacentes e da rigidez da- membrana pias- J 
mat1ca. 
O tamanho das células oscila dentro de limites amplos. Embora algumas possam ser observa­
das a olho nu, a maioria das células é visível unicamente ao microscópio, posto que têm apenas 
poucos micrômetros de diâmetro (Fig. 1.1 ). 
í) 
l 
8 • ACÉLULA 
Fig. 1.6 Esquema da ultra­
estrutura de uma célula vegetal 
idealizada, com seus principais 
componentes. 
Membrana plasmática 
Retículo 
endoplasmático 
rugoso 
Cloroplasta 
- Plasmodesma 
~ . O volume da célula é bastante constante nos diferentes tipos celulares e é independente do ta­
\manho do organismo. Por exemplo, as células do rim e do fígado têm quase o mesmo tamanho no 
elefante e no rato. Assim, a massa de um órgão depende do número e não do volume das células. 
1- 8. A membrana plasmática separa o conteúdo da célula do meio externo 
) A estrutura que separa o conteúdo da célula do meio externo é a membrana plasmática. Tra­i ta-se de uma película delgada de 6 a 10 nm de espessura, composta de uma dupla camada lipídica 
"contínua e proteínas intercaladas ou aderidas a sua superfície. 
A membrana plasmática só pode ser visualizada ao microscópio eletrônico, que revela suas 
numerosas diferenciações e os diferentes tipos de estruturas que unem as células entre si ou que as 
conectam com certos componentes da matriz extracelular (Fig. 1.7). 
\ 
A membrana plasmática controla de maneira seletiva a passagem de solutos. Além disso, pro­
move a entrada e saída de macromoléculas por meio dos processos chamados endocitose e exoci­
;.. tose, respectivamente (Quadro 1.5). Nas células animais, a membrana plasmática pode contar com 
uma quantidade abundante de carboidratos (Fig. 3.14), enquanto nas células vegetais sua superfí­
' cie é coberta por um segundo envoltório de espessura relativamente estável, denominada parede 
,~elular (Fig. 1.6). · 
1- 9. O citoplasma contém uma matriz denominada citosol 
O compartimento citoplasmático apresenta uma organização estrutural muito complexa, já que 
seu estudo à microscopia eletrônica revela um assombroso conteúdo de membranas. 
Nucléolo 
Núcleo 
Quadro 1.5 Organização geral da célula eucarionte 
r Principais componentes 
Membrana celular 
Núcleo 
Citosol 
Citoesqueleto 
Estruturas microtubulares 
Organelas do sistema de 
endomembranas 
Outras organelas 
Subcomponentes 
Parede celular 
Cobertura celular 
Membrana plasmática 
Cromossomos 
Nucléolo 
Enzimas solúveis 
Ribossomas 
Filamentos intermediários 
Microtúbulos e centrossomo 
Filamentos de actina 
Corpúsculos basais e cílios 
Centríolos 
Retículo endoplasmático 
Complexo de Golgi 
i Endossomos e lisossomos 
\Mitocôndrias 
Cloroplastos 
Peroxissomas 
Vesícula 
pmocít1ca~ 
Membrana 
plasmática 
Função principal 
Proteção 
Interações celulares 
Permeabilidade, exocitose e 
endocitose 
Informação genética 
Síntese de ribossomas 
Glicólise 
Síntese protéica 
Forma e mobilidade da célula 
Mobilidade ciliar 
Síntese e processamento de lipídios 
e glicídios 
Digestão 
Síntese de ATP 
Fotossíntese 
Desintoxicação 
ACÉLULA • 9 
Fig. 1. 7 ~~Uel11Il geral da 
ultra-estrutura de uma célula 
animal idealizada, com seus 
principais comp_onemes. 
10 • ACÉLULA 
Fig. 1.8 Alguns dos tipos 
celulares encontrados nos 
tecidos animais. Observam-se 
as diferenças de formas e 
tamanhos. 
Célula nervosa do cerebelo 
Célula 
epitelial 
mucosa 
Músculo 
liso 
' Célula 
epitelial 
ciliada 
• Célula 
mucosa 
• • 
Células 
do 
sangue 
Célula 
do tecido 
conjuntivo 
Oócito 
. Célula adiposa 
Este sistema de endomembranas ocupa grande parte do citoplasma - que é dividido em nu-
merosas seções e subseções - e é tão polimorfo que acaba se tornando extremamente difícil de­
Í fini-lo e descobri-lo. No entanto, em geral , considera-se que o citoplasma se divide em dois gran-
ldes compartimentos: um contido dentro do sistema de endomembranas e outro - o citosol ou 
matriz citoplasmática - que fica fora. Muitos componentes importantes do citoplasma estão no 
citosol, quer dizer, por fora do sistema de endomembranas. 
Í O citosol constitui o verdadeiro meio interno da célula. Contém os ribossomas e os filamentos 
·ido citoesqueleto - nos quais tem lugar a síntese protéica - e diversas classes de moléculas vin­
Lculadas a numerosíssimas atividades metabólicas. 
1-1 O.7-31. Existem dois tipos de endossamos, os primários e os 
secundários 
Pinocitose 
1 ~----~~-----
\ 
\ 
" 
f' 
É preciso lembrar que a análise morfofuncional realizada até aqui sobre os endossomos 
evita um passo premeditadamente excluído para facilitár a descrição. É que existem dois 
tipos de endossamos, os primários (ou precoces) e os secundários (ou tardios) (Fig. 7 .24). 
© 
I 
I 
Q vesícula 
"' recicladora 
Os endossomos primários se localizam próximo da_membrana__pJa-5filá..tica_e __ 1LL 
end0ssomos secundários próxime-àe-c-em17le-x-O-Ele-Qel-g.i. Canse üentemente há um1 
fluxo unidi ecional de vesículas~ortado_ras_para...transferu--e-materiaLendQcitado 
da m_em._b_.rnua_plasmátic_a_ao endossamo primái:io._e_d_e.s.te_a0--ei:idGsseme--iH~GilllGlái:iG. 
Devemos assinalar que esta organização morfofuncional corresponde às vesículas pi­
nocíticas, já que o fagossomo - nos macrófagos e nos leucócitos neutrófilos - não 
conta com o endossamo primário e se funde diretamente com um endossamo secundá­
rio que, ao receber enzimas hidrolíticas do complexo de Golgi, converte-se em um 
lisossomo de grande tamanho chamado fagolisossomo. 
AI~ de servir como estacão intermediária para canalização do material endocitado, 
o endossamo p1imário - por meie-cl-as--ve-sfou.las-i:ecicladorns __ analisada~n_Q_cj)meço da 
\ 
\ I , 
I 
-,.,.\ v,ÀQ • 
Endossamo 
secundário ~q 
;T 
®/ 
seÇ~or - devol~e à membrana _plasmática as porções de membrana e os recep­
tores .tr'!zidos _pelas vesículas pinocíticas. 
MP Enzima hidrolítica proveniente do 
CF complexo de Golgi 
Como no endossamo primário os receptores se acham unidos ao material endocitado, antes da 
reciclagem devem se separar dele. A separação ocorre como conseqüência da queda do pH no 
endossamo, que começa a baixar quando a bomba de próton da membrana da organela é ativada. 
EJll seguida, o endosso mo primário gera dois tipos de vesículas transportadoras, uma recicladora 
- que retoma à membrana plasmática - e outra que se dirige ao endossamo secundário e lhe 
entrega o material endocitado (Fig. 7.24). 
Para alguns autores, há um único tipo de endossamo que reside, alternadamente, nas proximi-} 
dades da membrana plasmática, onde adquire o material endocitado, e nas cercanias do complexo 
de Golgi, onde recebe as enzimas hidrolíticas. Esta organização faz com que o endossamo realize ) 
incessantes translados de ida e volta entre ambos os pontos. 
7-32. Na transcitose os endossamos cumprem funções 
distintas das descritas 
Em alguns epitélios ocorre um processo denominado transcitose, pelo qual materiais ingres­
sados por endocitose por um lado· da célula atravessam o citoplasma e saem por exocitose pelo 
lado oposto. O cruzamento através do citoplasma é realizado dentro da vesícula formada durante 
a endocitose, apesar de que, em alguns casos, empregam um endossamo como compartimento ou 
estação intermediária (Figs. 7 .25 a 7 .28). 
CÉLULA 
ENDOTELIAL 
SANGUE 
Fig. 7.25 Transcitose na célula endotelial do capilar sangüíneo. 
, -
Fig. 7.24 Dinâmica 
morfofuncional dos endossomos 
primários e secundários. 
128 • O SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS 
CAVIDAD E DO ÓRGÃO 
~ 
' 1 
I ~ 1 
!U!L_J. \ ! ' \ 
1 
'--~~~~~ ~-~~~~ 
~ 
' 
SANGUE '1 lmunoglobu lina A (lgA) , 
Fig. 7.26 Transcitose da IgA em uma célula 
epitelial secretora. 
Fig. 7.27 Transcitose da IgA em uma célula 
epitelial mamária. 
Fig. 7.28 Transcitose da IgA em 
uma célula do epitélio intestinal. 
No Cap. 6-11 dissemos que nos tecidos epiteliais as junções oclusivas impõem diferenças na 
composição da membrana plasmática nas regiões apical e basolateral das células. Tais diferenças 
parecem ser necessárias para o processo de transcitose. 
O exemplo mais difundido de transcitose corresponde às células endoteliais dos capilares san­
güíneos, já que são atravessadas por macromoléculas que passam do sangue aos tecidos (Fig. 7 .25). 
Outros exemplos de transcitose são registrados nas células secretoras das glândulas lacrimais e 
nas mucosas de alguns órgãos das vias digestórias, respiratórias e urinátias (Fig. 7.26). Por elas, 
certos anticorpos - as imunoglobulinas A (lgA) - passam do tecido conjuntivo à luz dos órgãos 
citados, onde exercem suas funções defensivas. 
Durante a fase de lactação ocorre um fenômeno semelhante nas células secretoras da glândula 
mamária. Aqui, as imunoglobulinas A se transferem para a luz glandular, quer dizer, para o leite 
(Fig. 7.27). 
Ao contrário das outras proteínas do leite, quando estes anticorpos chegam ao intestino do re­
cém-nascido não são degradados imediatamente para sua absorção. Deste modo, o lactente - cujo 
sistema imunológico ainda não produz anticorpos próprios suficientes -pod~se vª ler deles para 
sua defesa. Este fenômeno foi observado em diversos roedores e ruminantes . 
Na Fig. 7 .28 é mostrado o itinerário seguido pelos anticorpos depois de ingressarem na célula 
intestinal por endocitose:-incorporam-se transitoriamente a um endossamo primário e, posterior­
mente, abandonam a célula por exocitose. Como vemos, nestes casos, o endossamo primário com;­
titui uma estação intermediária para o transporte transcelular, alheia à degradação de substâncias. 
Devemos assinalar que na espécie humana, os anticorpos provenientes do leite materno aparente­
mente não são absorvidos no intéstino e, portanto, não ingressam no organismo do lactente. Suas 
LUZ INTESTINAL 
Endossamo 
primário 
SANGUE 
ta 
Il-
i). 
,e 
J 
la 
Je 
e-
jo 
ira 
LI.a 
)f-
te-
O SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS • 129 
funções defensivas estariam confinadas à luz intestinal , onde permanecem por um tempo antes de 
ser degradados pelas enzimas hidrolíticas encarregadas de digeri-los. 
Outro exemplo de transcitose se acha na placenta; CJJj-ªs células são atrave~sadas por anticor­
r.os da família das imunoglobulinas Q. Ao passarem do sangue matemo para o fetal, estes anticor­
pos conferem imunidade passiva ao feto - e por um determinado tempo, ao recém-nascido -
contra várias doenças infecciosas. 
LISOSSOMOS 
7- 33. Os lisossomos são organelas polimorfas ' 
Todas as célul~s contêm Iisossomos (do grego lysis, dissolução, e sôma, corpo) que são as orga- \ 
nelas que diger~m 9s materiais incorporados por endocitose. Além disso , por um processo denomi- º 
nado autofagia (que será analisado na Seção 7-35) também digerem elementos da própria célula.] 
Como assinalamos, acredita-se que os lisossomos sejam formados a partir de endossomos que r 
receberàm dois tipos de vesículas tran?portadoras, umas com material endocitado e outras cóm 
enzimas hidrolíticas (Figs . 7 .20 e 7.22). . j 
A característica mais saliente dos lisossomos é seu polimorfismo, não apenas porque têm as­
pectos e tamanhos diferentes, mas também pela irregularidade de seus componentes (Figs. 1.11 e 
7.29). A causa de seu polimorfismo é dupla; por um lado, deve-se à diversidade do material 
endocitado e por outro ao fato de que cada tip~sossomo possui uma combin~ção si11gular de 
enzimas hidrolíticas, das quais existem cerca de 50 diferentes. 
As ~nzimas lisossômicas tomam-se ativas em pH de 5 Q._ Este grau de acidificação é alcançado ) ,, ;. 
graças a uma bomba de H + presente na membrana do hsossomo, herdada da membrana do r / 
endossemo secundário (Cap. 3-2 e Seção 7-28) (Fig. 7.22). _, 
A membrana do lisossomo se acha protegida do efeito destruidor das enzimas hidrolíticas porque 1 
seu lado luminal contém uma enorme quantidade de glicoproteínas (Cap. 3-8). De outro modo, se a ( 
membrana do lisossomo se romper, as enzimas que dele escapem não afetarão os demais compo- j 
nentes celulares porque serão inativadas ao entrar em c_ontato com o citosol, c_µj.Q.P~7,2. 
No interior dos lisossomos as proteínas e os carboidratos endocitados são digeridos transfor-j 
mando-se, respectivamente, em dipeptídeos e monossacarídeos. Estes e outros produtos de degra­
dação atravessam a membrana lisossômica e passám para o citosol, onde acabam por ser digeri­
dos ou são aproveitados para gerarO citoesqueleto é composto por três tipos de filamentos principais 
Trê~ tipos de filamentos principais os de actina, os intermediários c os microtúbulos - e 
vários tipos de proteínas acessórias compõem uma espécie de citoesqueleto distribuído por todo 
o citosol. O citoesqueleto é responsável pela forma da célula e intervém em outras funções impor­
tantes. 
Os filamentos de actina medem 8 nm de diâmetro (Fig. 1.9). Entre suas funções mais destaca­
das está a de conferir motilidade às células. 
Os filamentos intermediários, de 10 nm de diâmetro, são formados por proteínas fibrosas e 
têm principalmente um papel mecânico. 
Os microtúbulos são estruturas tubulares rígidas de cerca de 25 nm de diâmetro (Fig. 1.9). 
Nascem de uma estrutura chamada centrossomo, na qual encontram-se os centríolos. Juntamente 
com os filamentos de actina têm sob sua responsabilidade o deslocamento das organelas pelo ci­
toplasma. Além disso, os microtúbulos compõem as fibras do fuso mitótico durante a divisão ce­
lular. 
Os centríolos são estruturas cilíndricas que medem aproximadamente 0,2 µm pm 0,4 µm e 
suas paredes são formadas por microtúbulos. Em geral , são duplos e suas duas unidades estão 
dispostas perpendicularmente. Embora sejam encontrados nos centrossomos, não intervêm na 
formação dos microtúbulos (as células vegetais não contam com centríolos e os microtúbulos são 
igualmente formados). Durante a mitose, os centríolos migram para os pólos da célula. 
\._,rr 1-11. O sistema de endomembranas engloba o complex9 de Golgi, o retículo 
endoplasmático, os endossamos e os lisossomos 
A Fig. 1.7 ilustra a continuidade e as interconexões funcionais dos diferentes componentes do 
sistema de endomembranas no citoplasma. . 
O retículo endoplasmático constitui a parte mais extensa do sistema de endomembranas (Figs. 
l.7'e 1.10). É composto por sacos achatados e túbulos. A superfície externa do retículo endoplas-
mático rugoso encontra-se coberta de ribossomas, que sintetizam as proteínas destinadas ao siste­
ma de endomembranas e à membrana plasmática. O retículo en1oplasmático liso continua-se com 
o rugoso e intervém na síntese de diversas moléculas. D.Q retículo endoplasmático, deID!.a=.Se o 
envoltório nuclear, comgosto or duas membranas concêntricas. Estas se unem entre si ao nível 
os poros nucleares, que são orifícios que permitem a passagem de moléculas entre o núcleo e o 
citosol. A membrana nuclear interna encontra-se em contato com os cromossomos, enquanto a 
externa pode estar coberta por ribossomas. 
O complexo de Golgi é formado por pilhas de sacos achatados, túbulos e vesículas (Figs. 1.7 e 
1.10). Neles são processadas as moléculas provenientes do retículo endoplasmático, que em seguida 
são incorporadas aos endossomos ou são liberadas (segregadas) para fora da célula por exocitose. 
Os endossomos' são organelas destinadas a receber enzimas hidrolíticas provenientes do com­
plexo de Golgi assim como o material que entra na célula por endocitose. Quando ambos os con­
teúdos são somados convertem-se em li sossomos. 
Os lisossomos são organelas polimorfas (Figs. 1.7 e 1.11). Contêm as enzimas hidrolíticas res­
ponsáveis peia digestão das substâncias incorporadas na célula por endocitose. Também degra­
dam as organelas envelhecidas (autofagia). 
1-12. As mitocôndrias e os plastídios são organelas fundamentais para o 
funcionamento celular 
As mitocôndrias são encontradas praticamente em todas as células eucariontes. São estruturas 
cilíndricas de cerca de 3 µm de comprimento por 0,5 µm de diâmetro que possuem duas membra-
' nas . A membrana mitocondrial externa encontra-se separada da membrana interna pelo espaço 
intermembranoso. A membrana interna circunda a matriz mitocondrial e é pregueada. Estas pre­
gas dão lugar às chamadas cristas mitocondriais, que invadem a matriz (Figs. 1.7 e 1.11). Amem­
brana interna e a matriz mitocondrial contêm numerosas enzimas que intervêm na extração da 
energia dos alimentos e em sua transferência ao ATP. 
As células vegetais possuem organelas denominadas plastídios, que estão ausentes nas células 
animais. Alguns, como os leucoplastos, são incolores e participam do armazenamento do amido .~ 
Outros contêm pigmentos e são denominados cromoplastos; entre os mais importantes estão os 
cloroplastos, com um pigmento verde chamado clorofila (Fig. 1.6). O cloroplasto possui duas 
membranas, um estroma e um compartimento singular formado por sacos achatados denomina­
dos tilacóides. Nos cloroplastos, tem lugar a fotossíntese , que é o processo pelo qual as plantas 
captam energia da luz e, com o affürfe de H20 e C02, sintetizam diversos compostos orgânicos 
que aproveitam como alimento e cilleServem para alimentar os organismos heterótrofos. 
Tanto as mitocôndrias quanto os cloroplastos contêm cromossomos circulares pequenos, cujos 
genes formam RNAt, ribossomas e alguns poucos RNAm necessários para elaborar algumas pro-
\teínas pertencentes às próprias organelas. · 
ACÉLULA • 11 
Fig. 1.9 Eletromicrografia de 
uma célula cultivada. Observam­
se dois feixes de filamentos de 
actina (Ac) , um grande número 
de microtúbulos (Mi) e vesículas 
repletas de material (Ve). 
(Cortesia de K. R. Porter.) 
12 • A CÉLULA 
1-13. Os peroxissomas têm funções desintoxicantes 
Os peroxissomas são envoltos pol' uma única membrana. Contêm enzimas vinculadas à de­
gradação do peróxido de hidrogênio (H20 2) e uma de suas funções é proteger a célula. 
1-14. A presença do núcleo caracteriza a célula eucarionte 
Salvo exceções, todas as células eucariontes possuem núcleo. Em geral, as formas do núcleo e 
da célula estão relacionadas. Por exemplo, nas células esféricas, cúbicas e poliédricas, o núcleo 
deve ser esférico, enquanto nas cilíndricas e fusiformes, ele deve ser elipsóide. 
Nas diferentes células somáticas, os núcleos têm tamanhos específicos, que dependem das pro­
teínas neles contidas. Esses tamanhos variam discretamente com a atividade nuclear. Em geral, 
existe uma proporção ideal entre o volume do núcleo e o volume do citoplasma; esta proporção é 
conhecida como relação nucleocitoplasmática. 
Quase todas as células são mononucleadas, porém existem algumas binucleadas (p. ex., as células 
hepáticas e as células cartilaginosas) e outras polinucleadas. Nos plasmódios e nos sincícios -
que constituem grandes massas citoplasmáticas não divididas em territórios celulai·es independentes 
- os núcleos podem ser extraordinariamente numerosos. Assim é o caso da célula muscular es­
triada e do sinciciotrofoblasto placentário que podem conter várias centenas de núcleos. 
O crescimento e o desenvolvimento dos organismos vivos dependem do crescimento e da 
multiplicação de suas células. Nos organismos unicelulai·es, a divisão celular implica sua repro­
dução; por este processo, a partir de uma célula se originam duas células-filhas independentes. Ao 
contrário, os organismos multicelulares derivam-se de uma única célula - o zigoto-, e a mul­
tiplicação repetida desta e de suas descendentes determina o desenvolvimento e o crescimento 
corporal do indivíduo. 
A célula cresce e duplica todas as suas moléculas e estruturas antes que ocorra sua divisão. 
Este processo se repete novamente nas duas células-filhas, de modo que o volume total das célu­
las descendentes é quatro vezes maior que o da célula original, e assim sucessivamente. 
As células passam por dois períodos no curso de suas vidas: um de interfase (sem divisão) e 
outro de divisão (no qual são produzidas duas células-filhas). Este ciclo se repete epi. cada gera­
ção celular, porém 9 tempo varia consideravelmente de um tipo celular para outro. l'A. função es­
sencial do núcleo é proporcionar à célula informações genéticas armazenadas no DNA.~ 
As moléculas de DNA duplicam-se durante um período especial da interfase denominado fase 
S (de síntese de DNA), em preparação para a divisão celular (Fig. 18.2). 
Durante a interfase, a informação contida nos genes é transcrita em diferentes classes de molé­
culasde RNA (mensageiro, ribossômico e de transferência), que, depois de passarem para o cito­
plasma, traduzem-essa informação e sintetizam.proteínas específicas. 
No núcleo interfásico humano são reconhecidas as seguintes estruturas (Fig. 1.7): 1) o envol­
tório nuclear ou carioteca, composto por duas membranas perfuradas por orifícios chamados 
poros nucleares; 2) a matriz nuclear ou nucleoplasma, que ocupa grande parte do espaço nucle­
ar; 3) o nucléolo, que é maior nas células com síntese protéica muito ativa, e geralmente esférico, 
pode ser único ou múltiplo e nele são sintetizados os RNA ribossômicos, que se associam a nume­
rosas proteínas para formar os ribossomas; 4) 46 cromossomos ou fibras de cromatina, compos­
tos de DNA e de proteínas básicas chamadas histonas. 
O DNA e as histonas formam estruturas gra~ulares em cerca de 10 nm de diâmetro - conhe­
cidas como nucleossomas - , que se alternam com segmentos de DNA livres de histonas. A cro­
matina assim disposta é a mais delgada (Fig. 12.10) e é capaz de se enrolar sobre si mesma em 
graus distintos. Na iqterfase, podem-se observar regiões de eucromatina, onde as fibras se en­
contram menos enroladas, e regiões de heterocromatina, que representam as partes da cromatina 
mais condensadas. Durante a divisão celular, as fibras de cromatina enrolam-se ao máximo, de 
modo que elas podem ser observadas ao microscópio óptico sob a forma de cromossomos (do grego 
chrõma , cor, e sôma , corpo) (Fig. 12.14). 
1-15. Os núcleos das células somáticas contêm dois jogos de cromossomos 
homólogos 
Os organismos pluricelulares que se reproduzem sexualmente desenvolvem-se a partir de uma 
única célula - o zigoto ou célula-ovo-, que resulta da união de um ovócito* com um esperma­
tozóide durante a fecundação. 
''N.R.T.: Os especiali stas em reprodução preferem empregar o termo oócito. 
As células somáticas descendentes do zigoto contêm dois jogos idênticos de cromossomos. Em 
outras palavras, os cromossomos apresentam-se em pares. Um cromossomo de cada par é forne­
cido pelo ovócito e o outro pelo espermatozóide. 
Os dois membros de cada par de cromossomos são denominados homólogos, e para indicar o 
número de cromossomos de uma espécie fazemos referência aos pares de cromossomos ou aos 
pares de homólogos. Por exemplo, o ser humano possui 23 pares de cromossomos, totalizando 46. 
Os homólogos de cada par são praticamente idênticos, porém os pares de homólogos distintos são 
diferentes entre si. 
Para nos referirmos à presença dos dois jogos de cromossomos homólogos , utilizamos a ex­
pressão diplóide (2n). Nas células somáticas, ambos os jogos de cromossomos são conservados 
durante as sucessivas divisões celulares ao longo do desenvolvimento embrionário, do crescimento 
corporal e da manutenção dos tecidos na vida pós-natal. 
A CÉLULA • 13 
Fig. 1.10 Eletromicrografia de 
um plasmócito. Próximo do 
núcleo (N) observa-se o 
complexo de Golgi (G), 
constituído por pequenas 
cisternas achatadas e vesículas . 
Algumas vesículas encontram-se 
repletas de material (setas). Em 
tomo do complexo de Golgi , 
existe um abundante retículo 
endoplasmático rugoso (RER) 
com cisternas cheias de material 
amorfo (setas) . Ri, ribossomas; 
M, mitocôndrias; EN, envoltório 
nuclear. 48 .000 X; detalhe, 
100.000 X. (De E. D. De 
Robertis e A. Pellegrino de 
Iraldi. ) 
14 • ACÉLULA 
Fig. 1.11 Região periférica de 
uma célula hepática na qual, 
entre outros componentes, 
observam-se lisossomos (L), o 
núcleo (N), um canalículo biliar 
(CB), mitocôndrias (M), o 
retículo endoplasmático (RE) e 
inclusões de glicogênio (G/). 
31.000 X. (Cortesia de K. R. 
Porter.) 
1-16. A mitose mantém a continuidade e o número diplóide dos 
cromossomos 
A estabilidade do número de cromossomos é mantida por meio de um tipo especial de divisão 
celular, denominada mitose. Nela são gerados núcleos-filhos com o mesmo número de cromos­
somos; por conseguinte, quanto a sua constituição cromossômica, as células-filhas são idênticas 
entre si e a suas antecessoras. 
A mitose compreende uma série consecutiva de fases conhecidas como prófase, prometáfa­
se, metáfase, anáfase e telófase. 
Na mitose, o núcleo sofre uma série de alterações complexas. Entre as alterações mais chama­
tivas estão o desaparecimento do envoltório nuclear e uma maior condensação das fibras de cro­
matina, que se convertem em cromossomos detectáveis . 
Vimos que no núcleo interfásico, os cromossomos não podem ser individualizados, porque nesta 
etapa do ciclo celul ar, as fibras de cromatina estão mais desenroladas. 
Na Fig. 1.1 2, estão representados dois dos 46 pares de cromossomos homólogos presentes 
normalmente nas células somáticas humanas. Como vimos, os cromossomos duplicam-se duran­
te a fase S da interfase. No inicio da prófase, cada cromossomo - composto por duas fibras de 
cromatina - aparece como um filamento muito delgado. Ao final da prófase, converte-se em um 
bastão curto e compacto, uma vez que se enrola em suas duas fibras de cromatina, que passam a 
ser denominadas cromátides. Passada a metáfase, no transcurso da anáfase, ambas as cromátides 
se separam e cada cromátide-filha - quer di zer, cada cromossomo-filho - dirige-se a um dos 
pólos da célula. Finalmente, na telófase, formam-se núcleos um para cada célula a partir dos dois 
conjuntos de cromossomos separados . A divisão celular é concluída com a partição do citoplas­
ma, conhecida como citocinese. 
Desta maneira, as mitoses mantêm o número diplóide de cromossomos (2n) nas células somá­
ticas ao longo de toda a vida do indivíduo. 
lnterfase 
Prótase 
(curta) 
Metáfase 
Anáfase 
Telófase 
MITOSE 
1n 
MEIOSE 
\ 
JÍ 
1n 
J 
/r 
1n 1n 
lnterfase 
Prófase 
(longa e 
complexa) 
Metáfase 1 
Anáfase 1 
Telófase 1 
Telófase li 
Fig. 1.12 Esquemas comparativos da mitose e meiose de 'uma célula diplóide (2n) com quatro 
cromossomos. Os cromossomos precedentes a cada progenitor são representados em azul e em vermelho, 
respectivamente. Na mitose, a divisão é equacional, enquanto na meiose é reducional. As duas di visões da 
meiose dão lugar a quatro células haplóides (1 n) que têm apenas dois cromossomos. Além disso, durante a 
meiose, existe um intercâmbio de segmentos entre os cromossomos. 
ACÉLULA • 15 
16 • A CÉLULA 
BIBLIO~RAFIA 
1-17. A meiose reduz os cromossomos a um número haplóide 
Se os gametas (oócito II e espermatozóide) forem diplóides, o zigoto resulta com o dobro do 
número diplóide de cromossomos. Para evitar isto, as células sexuais predecessoras dos gametas 
sofrem um tipo especial de divisão celular denominado meiose, no qual o número diplóide é redu­
zido a um jogo único ou haplóide ( 1 n) em cada gameta formado. O zigoto resultante será assim 
novamente diplóide. 
A divisão meiótica ocorre nos animais (Cap. 19-1) e nos vegetais (Cap. 19-20) que se reprodu­
zem sexualmente e têm lugar no curso da gametogênese (Fig. 1.12). A meiose reduz o número de 
cromossomos mediante duas div isões nucleares sucessivas - a primeira e a segunda divisão 
meiótica -, uma vez que são acompanhadas por uma única duplicação cromossômica. 
Em essência, o processo é o seguinte: na prófase da primeira divisão, os cromossomos homó­
logos se pareiam. Tendo em vista que cada cromossomo é composto de duas cromátides, formam 
um bivalente composto por quatro cromátides (por isso é chamado também de tétrade). Além dis­
so, as partes das cromátides pareadas podem se intercambiar de um homólogo para outro. Este 
fenômeno recebe o nome de recombinação genética (em inglês, crossing-over). 
Na metáfase da mesma divisão, os bivalentes (ou tétrades) dispõem-se no plano equatorial da 
célula. 
Na anáfase, cada cromossomo homólogo - com suas duas cromátides - dirige-se para um 
dos pólos opostos. 
Depois de um curto período de interfase, já na anáfase da segunda divisão meiótica, as duas 
cromátides de cada homólogo separam-se, de modo que cada cromátide fica localizada em um 
dos quatro gametas resultantes. Conseqüentemente,nos gametas, o núcleo contém um número 
simples (ou haplóide) de cromossomos (Fig. 1.12). 
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INTRODUÇAO 
Os componentes 
químicos da célula 
2-1. Os componentes químicos da célula são classificados 
em inorgânicos e orgânicos 
A estrutura da célula é a conseqüência de uma combinação de moléculas organizadas em uma 
ordem muito precisa. Mesmo havendo ainda muito por aprender, j,á se conhecem os princípios 
gerais da organização molecular da maioria das estruturas celulares, como os cromossomos, as 
memlnanas , os ribossomas, as mitocôndrias, os cloroplastos etc. A biologia celular é inseparável 
da biologia molecular; da mesma fo1ma que as células são os tijolos com os quais se edificam os 
tecidos e os organismos, as moléculas são os tijolos com os quais se constroem as células. 
No início, o estudo da composição química da célula foi feito mediante a análise bioquímica de 
órgãos e tecidos inteiros, como o fígado , o cérebro, a pele ou o meristema vegetal. Estes estudos só 
possuem um valor citológico relativo, porque o material analisado geralmente é composto por uma 
mescla de diferentes tipos celulares e contém material extracelular. Nos últimos anos, o desenvolvi­
mento .de diversos métodos de fracionamento celular (Caps. 23-28 a 23-32) permitiu isolar os ele­
mentos subcelulares e recolher informações mais precisas sobre a estrutura molecular da célula. ~ 
Os componentes químicos da célula são classificados em inorgânicos (água e minerais) e orgâ-, 
nicos (ácidos nucléicos, carboidratos, lipíoios e proteínas). / 
Do total dos componentes da célula, cerca de 75 a 85% correspondem a água, entre 2 e 3% são , 
constituídos de sais inorgânicos e o restante é formado por compostos orgânicos qw;~ represen­
tam as moléculas da vida. A maior parte das estrnturas celulares contém lipídios e moléculas muito 
, grandes - denominadas macromoléculas ou polímeros - integradas por unidades ou monôme~ 
rosque se conectam por meio de ligações covalentes. 
Nos organismos, existem três polímeros importantes: 1) os ácidos nucléicos, formados pela , 
associação de quatro unidades químicas diferentes denominadas nucleotídeos; a seqüência linear 
dos quatro tipos de nucleotídeos na molécula de DNA é a fonte primária da informação genética; 
2) os polissacarídeos, que podem ser polímeros de glicose - com os quais se formam glicogê­
nio, amido ou celulose - ou compreender a repetição de outros monossacarídeos, com os quais t 
se formam polissacarídeos mais complexos; e 3) as proteínas (polipeptídeos), que são constituí­
das por aminoácidos - existem 20 tipos - combinados em diferentes proporções; as quantida- j 
des e as possibilidades de ordenamento desses 20 monômeros permitem um número extraordiná­
rio de combinações, o que determina não somente a especificidade, mas também a atividade bio­
lógica das moléculas protéicas. 
Além de destacar as características e propriedades dos componentes químicos da célula, neste 
capítulo abordaremos o estudo das enzimas - um tipo específico de proteínas - como instru­
mentos moleculares capazes de produzir transformações em muitos desses componentes. 
Também veremos como as macromoléculas podem se agregar e se organizar em estruturas 
supramoleculares mais complexas, até se tomarem visíveis ao microscópio eletrônico. É provável 
que tais agregações moleculares tenham atuado durante o período de evolução química e biológi­
ca que originou a primeira célula. Por esse motivo, no final deste capítulo, teceremos algumas 
considerações especulativas acerca da possível origem das células procariontes e eucariontes, quer 
dizer, do aparecimento da vida em nosso planeta. Os conceitos emitidos neste capítulo servem 
apenas como uma introdução elementar ao conhecimento da biologia molecular e celular. O estu­
do mais amplo de seus temas compete aos textos de bioquímica. 
2 
18 • OS COM PONENTES QUÍMICOS DA CÉLULA 
Fig. 2.1 Esquema que mostra a 
distribuição assimétrica das 
cargas na molécula de água. 
' 
ÁGUA E MINERAIS 
2-2. A água é o componente mais abundante dos tecid~s 
Água. Com poucas exceções - por exemplo, o osso e o dente - a água é o componente en­
contrado em maior quantidade nos tecidos. O conteúdo de água do organismo está relacionado 
com a idade e com a atividade metabólica; é maior no embrião (90-95%) e diminui com o passar 
dos anos. A água atua como solvente natural dos íons e como meio de dispersão coloidal da maior 
parte das macromoléculas. Mais ainda, é indispensável à atividade metabólica, já que os proces­
sos fisiológicos ocoITem exclusivamente em meios aquosos. 
Na célula, a água é encontrada em duas frações, uma livre e outra ligada. A água livre repre­
senta 95 % da água total , e é parte usada principalmente como solvente para os solutos e como 
meio de dispersão do sistema coloidal. A água ligada representa apenas 5% e é a que está unida 
frouxamente a outras moléculas por ligações não covalentes (Seção 2-10); assim, compreende a 
água imobilizada no seio das macromoléculas. 
Como resul tado da distribuição assimétrica de suas cargas, uma molécula de água comporta-se 
como um dipolo , conforme ilustra a Fig. 2.1. Devido a esta propriedade, a água pode se ligar 
eletrostaticamente, por seus grupos positivos e negativos, tanto a ânions e cátions quanto a molé­
culas com ambos os tipos de carga (p. ex., proteínas). Outra propriedade da molécula de água é 
sua ionização em um ânion hidroxila (OH- ) e em um próton ou íon hidrogênio (H+). A uma tem­
peratura de 25ºC, 10- 7 M de H+ por litro de água se dissociam, concentração que COITesponde ao 
pH neutro 7. 
A água intervém na eliminação de substâncias da célula. Além disso, absorve calor (graças a 
seu elevado coeficiente calórico) que evita que sejam geradas mudanças drásticas da temperatura 
na célula. 
Sais. A concentração de íons é diferente no interior da célula e no meio que a circunda. Assim, 
a célula tem uma alta concentração de cátions K+ e Mg2+, enquanto o Na+ e o c1 - estão localiza­
dos principalmente no líquido extracelular. Os ânions dominantes nas células são o fosfato (HPO/ - ) 
e o bicarbonato (HC03 - ). 
Os sais dissociados em ânions (p. ex., ci - ) e cátions (Na+ e K+)são importantes para manter a 
pressão osmótica e .o equi líbrio ácido-básico da célula. A retenção de íons produz um aumento da 
pressão osmótica e, portanto, a entrada de água. 
Alguns íons inorgânicos (como o Mg2+) são indispensáveis como co-fatores enzimáticos. Ou­
tros fazem parte de moléculas distintas. O fosfato , por exemplo, é encontrado nos fosfolipídios e 
nos nucleotídeos; um destes, a adenosina trifosfato (A TP), é a principal fonte de energia para os 
processos vitais da célula. Os íons de Ca2+ que se encontram nas células desempenham um impor­
tante papel como transmissores de sinais. Outros íons presentes nas células são o sulfato, o carbo-
nato etc. 
Certos minerais são encontrados na forma não ionizada. Assim oc01Te com o cálcio, que nos 
ossos e nos dentes encontra-se unido ao fosfato e ao carbonato sob a forma de cristais. Outro exem­
plo compreende o feITO, que na hemoglobina, na ferritina, nos citocromos e em várias enzimas 
encontra-se unido por ligações carbono-metal. 
Para manter a atividade celular normal são indispensáveis quantidades diminutas de manga­
nês, cobre, cobalto, lodo, selênio, níquel , molibdênio e zinco. Quase todos esses elementos vesti­
giais (ou oligoelementos) são necessários para a atividade de certas enzimas. O iodo é um compo­
nente do hormônio tireóideo. 
ÁCIDOS NUCLÉICOS 
2-3. Existem dois tipos de ácidos nucléicos, o DNA e o RNA 
Os ácidos nucléicos são macromoléculas de enorme importância biológica. Todos os seres vi­
vos contêm dofs tipos de ácidos nucléicos, chamados ácido desoxirribonucléico (DNA) e ácido 
ribonucléico (RNA). Os vírus contêm um só tipo de ácido nucléico, DNA ou RNA. 
O DNA constitui o depósito da informaitão genética. Esta informação é copiada ou transcrita 
em moléculas de RNA mensageiro, cujas seqüências de nucleotídeos contêm o código que esta­
belece a seqüência dos aminoácidos nas proteínas. É por isso que a síntese protéica também é 
conhecida como tradução do RNA. A esta série de fenômenos é atribuído o caráter de dogma 
central da biologia molecular, que pode ser expresso da seguinte maneira: 
DNA transcrição RNA tradução PROTEÍNA 
OS COMPO E 1TES QUÍMICOS DA CÉLULA • 19 
O papel biológico dos ácidos nucléicos será estudado com maiores detalhes nos Caps. 12 a 17; 
aqui só consideraremos sua estrutura química, o que permitirá compreender suas funções. 
Nas células superiores, o DNA encontra-se no núcleo integrando os cromossomos (uma pe­
quena quantidade encontra-se no citoplasma, dentro das mitocôndrias e dos cloroplastos) . ORNA 
localiza-se tanto no núcleo (onde é formado) como no citoplasma, para o qual se dirige a fim de 
reger a síntese protéica (Quadro 2.1 ). 
Os ácidos nucléicos contêm carboidratos (pentases), bases nitrogenadas (purinas e pirimidi­
nas) e ácido fosfórico. A hidrólise do D A ou do RNA gera: 
PENTOSE 
BASES 
ÁCIDO FOSFÓRICO 
{
?urinas 
Pirimidinas 
DNA 
desoxirribose 
adenina, guanina 
citosina, timina 
P04H3 
RNA 
ribose 
adenina, guanina 
citosina, uracila 
P04H3 
A molécula de ácido nucléico é um polímero cujos monômeros são nucleotídeos sucess iva­
mente ligados por meio de ligações fosfodiéster (Fig. 2.2). Nestas ligações, os fosfatos unem o 
carbono 3' da pentase do nucleotídeo com o carbono 5 ' da pentase do nucleotídeo seguinte. 
Como conseqüência, o eixo de um ácido nucléico é constituído por pentases e fosfatos, e as 
bases nitrogenadas surgem das pentases . A extremidade da molécula que contém a pentase com 
o C5' livre é chamada extremidade 5 ' e a que possui a pentase com o C3' livre é denominada 
extremidade 3' . 
Como ilustra a Fig. 2.2, o ácido fosfórico utiliza dois dos seus três grupos ácidos nas liga­
çõ.es 3' ,5 ' -diéster. O grupo restante confere ao ácido nucléico suas propriedades ácidas , o que 
possibilita a formação de ligações iônicas com proteínas básicas (no Cap. 1-14 assinalamos 
que, iias células eucariontes, o DNA está associado a proteínas básicas chamadas histonas, com 
as quais forma o complexo nucleoprotéico denominado cromatina). Além disso, esse grupo 
ácido livre faz com que os ácidos nucléicos sejam basófilos (isto é, coram-se com corantes 
básicos). 
As pentoses são de dois tipos: desoxirribose no DNA e ribose no RNA. A diferença entre 
estes açúcares é que a desoxirribose tem um átomo de oxigênio a menos (Fig. 2.2). Para visualizar 
o DNA com microscópio óptico podemos utilizar uma reação citoquímica específica denominada 
reação de Feulgen (Cap. 23-21 ). 
As bases nitrogenadas encontradas nos ácidos nucléicos são também de dois tipos: pirimi­
dinas e purinas .. As pirimidinas possuem um anel heterocíclico, enquanto as purinas têm dois 
anéis fundidos entre si : No DNA, as pirimidinas são a timina (T) e a citosina (C), e as purinas, 
a adenfna (A) e a guanina (G) (Fig. 2.5). O RNA contém a üracila (U) no lugar da timina. 
Existem três diferenças fundamentais entre o DNA e o RNA. Como acabamos de assinalar, o 
DNA tem desoxirribose e timina (T) e o RNA possui ribose e uracila (U). Outra diferença é que 
a molécula de DNA é sempre dupla (contém duas cadeias polinucleotídicas), com veremos na 
seção seguinte. 
\ 
A combinação de uma base com uma pentase (sem o fosfato) constitui um nucleosídeo. Por 
exemplo, a adenosina (adenina + ribose) é um nucleosídeo, enquanto a adenosina monofosfato 
(AMP), a adenosina difosfato (ADP) e a adenosina trifosfato (A TP) são exemplos de nucle.otí-
deos (Fig. 2.3). · · 
Quadro 2.1 Ácidos nucléicos 
Localização 
Papel na célula 
Pen tose 
Bases pirimidínicas 
Bases purínicas 
Ácido desoxirribonucléico 
Principalmente no núcleo (também nas 
mitocôndrias e nos cloroplastos) 
Informação ge:_nética 
Desoxirribose 
Citosina 
Timina 
Adenina 
Guanina 
Ácido ribonucléico 
Principalmente no citoplasma (também no núcleo, 
nas mitocôndrias e nos cloroplastos) 
Síntese de proteínas 
Ribose 
Citosina 
Uracila 
Ade nina 
Guanina 
1 
1 
20 • OS COMPONENTES QUÍMICOS DA CÉLULA 
Fig. 2.2 Setor de uma cadeia de 
ácido nucléico que mostra os 
diferentes tipos de nucleotídeos 
que a compõem. 
Fig. 2.3 Estrutura química do 
nucleosídeo adenosina e do 
nucleotídeo adenosina trifosfato 
(ATP). 
ADENINA . 
CITOSINA 
TIMINA 
= CH3 
URACILA 
=H 
RIBOSE 
X =OH 
DESOXIRRIBOSE 
3' X =H 
Além de atuarem como tijolos para construção dos ácidos nucléicos, os nucleotídeos - por 
exemplo, o já citado A TP - são utilizados para depositar e transferir energia química. A Fig. 2.3 
mostra que as duas ligações fosfato terminais do ATP contêm grande quantidade de energia. Quando 
ocorre a hidrólise nestas ligações, a energia liberada pode ser utilizada pela célula para realizar 
suas atividades (Fig. 8.1). A ligação -P de alta energia permite que a célula acumule grande quan­
tidade dela em um espaço reduzido e que a mantenha pronta para ser usada no momento em que 
for necessário. 
Outros nucleotídeos, como a citidina trifosfato (CTP), a uridina trifosfato (UTP), a guanosina 
trifosfato (GTP) e a timosina trifosfato (TTP), também têm ligações de alta energia, porém a fon­
te principal de energia da célula é o ATP. 
NH 2 
N&> 
N bT 
HO OH 
Nucleosídeo 
HO OH 
Nucleotídeo 
OS COMPONENTES QUÍMICOS DA CÉLULA • 21 
O DNA é encontrado nos organismos vivos sob a forma de molécula de peso molecular muito 
alto. Por exemplo , a Escherichia coli tem uma molécula de D A circular de 3.400.000 pares 
de bases com um comprimento de 1,4 mm. A quantidade de D A nos organismos superiores 
pode ser várias centenas de vezes maior - 1.200 vezes no caso do homem. Assim, o DNA 
completamente estendido de uma célula diplóide humana tem um comprimento total de cerca 
de 1,70 m . 
Toda a informação genética de um organismo vivo encontra-se acumulada na seqüência linear 
das quatro bases de seus ácidos nucléicos. A estrutura primária de todas as proteínas (quer dizer, 
a quantidade e a seqüência de seus aminoácidos) é codificada por um alfabeto de quatro letras (A, 
T, G, C). Uma das descobe11as mais extraordinárias