Endocitose e digestão celular
Thiago dos Santos de Lima e Ruth Schadeck.
Apoio – Bruna da Silva e Mylena da Costa Agustin
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Qual é o papel da digestão celular nos indivíduos?
A digestão celular está envolvida em processos fundamentais para a vida, como a manutenção da homeostase e a defesa dos organismos. Falhas da digestão intracelular acarretam doenças, como a doença de Gaucher.
Nas doenças lisossômicas hereditárias acontece acúmulo de substâncias que não foram metabolizadas. Geralmente isso é decorrência da falta de uma enzima lisossomal.
Mas afinal, o que é a “digestão intracelular”?
É a quebra dos compostos químicos que constituem os organismos como proteínas, carboidratos, ácidos nucléicos, dentre outros. Essas moléculas são digeridas por enzimas hidrolíticas que usam água para romper as ligações. Esse processo acontece no interior dos lisossomos, organelas com meio ácido e que contém uma grande quantidade de enzimas. O lisossomo da figura ao lado evidencia a digestão de uma proteína pela ação de proteases com produção de aminoácidos livres, os quais são transportados através da membrana lisossomal para o citoplasma onde serão reutilizados.
Qual a origem dos materiais a serem digeridos?
Podem ser extracelulares ou intracelulares, com mostra, simplificadamente, a figura abaixo. Os materiais extracelulares são internalizados por dois tipos de endocitose: pinocitose e fagocitose.
Pinocitose
Na pinocitose acontece a internalização de moléculas e líquidos extracelulares. A membrana plasmática se invagina, e então, destaca-se formando a vesícula endocítica, que contém o material endocitado. Essa vesícula transfere os conteúdos internalizados para outras vesículas especializadas denominados endossomos e estes para os lisossomos, onde serão digeridas.
Como entram macromoléculas e líquidos extracelulares, muitas vezes é relacionada com a expressão “o beber da célula”. A maioria das células eucarióticas constantemente formam vesículas endocíticas. O vídeo ao lado mostra a pinocitose de proteínas.
Endocitose mediada por receptores
É um tipo de pinocitose que promove a internalização de uma variedade de moléculas vitais para atividade celular como a entrada o colesterol, transportado pela lipoproteína denominada de forma abreviada de LDL. Neste processo, as macromoléculas ligam-se às proteínas receptoras da membrana plasmática, formando invaginações revestidas por uma proteína chamada de clatrina. A figura abaixo resume o mecanismo da endocitose medida por receptores e a formação da vesícula revestida por clatrina.
Acesse AQUI a imagem original. Licença: CC BY 2.5.
Esse mecanismo pode aumentar a eficiência de internalização em até cem vezes. Um bom exemplo disso é a captação do colesterol pelos células e de mamíferos. O colesterol é essencial para a estrutura das membranas.
Fagocitose
Processo no qual ocorre a internalização de grandes partículas, como uma bactéria ou uma célula alterada.
A fagocitose só acontece em células especializadas, como neutrófilo, macrófagos e células dendrítcas. Desempenha importantes funções na defesa animal. A fagocitose em macrófagos neste tipo de célula tem papel principal de “avisar” outras células que o organismo esta sendo atacado. Outras células, como os neutrófilos, tem e função de destruir, em massa, os invasores patogênicos.
Observe ao lado dois macrófagos, através de duas técnicas diferentes de microscopia. Os macrófagos fagocitaram leveduras em grande quantidade. Veja a quantidade de fagossomos ou fagolisossomos (compartimentos que contém a estrutura fagocitada). Número de leveduras fagocitadas – Macrófago da esquerda: 12. macrófago da direita: 8.
Cortesia do Laboratório de Células Neoplásicas e Inflamatórias, UFPR.
Outras funções da fagocitose – Através dela também são removidos células que morreram por apoptose, restos celulares oriundos de necrose e participa na remodelagem de tecidos, dentre outras funções.
Formação do fagossomo – A partícula se liga à membrana plasmática que emite prolongamentos, denominados pseudópodes. Essa ligação se dá por receptores específicos, portanto a fagocitose é altamente seletiva. Pela fusão das membrana no topo dos pseudópodes a partícula é englobada, formado uma vesícula chamada fagossomo que entra no citoplasma.
A sustentação mecânica dos pseudópodes é conferida pelos filamentos de actina.
Veja no vídeo abaixo Dictyostelium discoideum (ameba) fagocitando leveduras. A membrana parece em verde e os filamentos de actina em vermelho.
Fonte: http://cellimagelibrary.org/images/30546. Licença: CC BY. Atribuição -Margaret Clarke, Ulrike Engel, Jennifer Giorgione, Annette Müller Taubenberger, Jana Prassler, Douwe Veltman, Günther Gerisch.
Maturação do fagossomo – O fagossomo sofre um processo de amadurecimento pela fusão com endossomos e lisossomos que descarregam enzimas hidrolíticas e outros componentes no seu interior, formando o fagolisossomo. Este é capaz de matar e destruir o patógeno internalizado, como exibido na figura ao lado.
Materiais intracelulares são digeridos na autofagia
A autofagia um processo que acontece em todas as células eucarióticas. Acontece em uma velocidade basal em todas as células e está envolvida na renovação de componentes intracelulares. Pode ser ativada em situações específicas, como no estresse nutricional (digere porções da célula “menos essenciais” para fornecer moléculas para atividades vitais) e na remodelagem célula, como nas células das glândulas mamárias após o término da lactação. Veja abaixo um outro exemplo no qual a autofagia é ativada. Nos 22 segundos iniciais do vídeo abaixo se observa o incrível fenômeno da metamorfose de um sapo.
Atribuição – Dr. Alexander Schreiber, St. Lawrence University, Canton NY. Fonte – Canal do YouTube NCPR Watch.
Como dito anteriormente, a autofagia acontece em todas as células eucarióticas. A imagem abaixo, obtida através de microscopia eletrônica de transmissão, mostra vacúolos autofágicos em conídios (esporos) de um fungo causador de doenças em plantas. Observe a grande quantidade de membranas e estruturas em processo de digestão no interior dos vacúolos.
Como as estruturas intracelulares entram no autofagossomo? Estruturas intracelulares como proteínas, ribossomos e organelas são englobados por membranas específicas, formando um compartimento com dupla membrana, o autofagossomo. Os lisossomos se fundem com a membrana externa e descarregam as enzimas hidrolíticas formando o autofagolisossomo. Dessa forma e todo o conteúdo envolvido pela membrana interna é degradado. Veja na figura abaixo uma síntese dos processos da autofagia.
Os macrófagos e os neutrófilos usam a fagocitose para a defesa do organismo
Os macrófagos e neutrófilos são células altamente especializadas em defender os organismos de patógenos, como os microrganismos. Além disso, também fagocitam e destroem células mortas produzidas na apoptose, dentre outras funções. Eles estão vastamente distribuídos nos tecidos conjuntivos de órgãos como o fígado, baço e nódulos linfáticos.
São soldados incansáveis e sempre alertas, patrulhando permanentemente o organismo. A estas células cabe o reconhecimento, fagocitose e destruição de microrganismos, avisando o restante do sistema imunológico que o organismo está sendo atacado. Portanto, os macrófagos e neutrófilos têm função primordial nas defesas do organismo animal.
Fonte – Canal do Youtube Timelapse Vision
Fonte – Canal do YouTube NIAID
Fagocitose em protozoários
Nos protozoários, a fagocitose é uma forma de alimentação: grandes partículas capturadas por fagossomos terminam nos lisossomos, e os produtos dos processos digestivos subsequentes passam para o citosol para serem usados como alimento. Confira no vídeo abaixo.
Fonte – Canal do Youtube Dynamic Education
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