BIOLOGIA CELULAR: HISTÓRIA, O QUE ESTUDA, APLICAÇÕES E CONCEITOS - BIOLOGIA - 2025

A Biologia Celular é o ramo da biologia que estuda todos os aspectos da vida celular. Ou seja, com a estrutura, função, evolução e comportamento das células que constituem os seres vivos na Terra; em outras palavras, tudo inerente ao seu nascimento, vida e morte.

É uma ciência que integra um grande conjunto de conhecimentos, entre os quais se destacam a bioquímica, a biofísica, a biologia molecular, as ciências computacionais, a biologia do desenvolvimento e comportamental e a biologia evolutiva, cada uma das quais com uma abordagem própria e suas próprias estratégias de experimentação para responder a perguntas específicas.

Silhueta de um microscópio (Fonte: Karen Arnold via Wikimedia Commons)

Uma vez que a teoria celular afirma que todos os seres vivos são compostos de células, a biologia celular não distingue entre animais, plantas, bactérias, arquéias, algas ou fungos e pode se concentrar em células individuais ou em células pertencentes a tecidos e órgãos de o mesmo indivíduo multicelular.

Assim, por se tratar de uma ciência experimental (e não descritiva), a pesquisa neste ramo da biologia depende dos métodos disponíveis para o estudo da ultraestrutura celular e suas funções (microscopia, centrifugação, cultura in vitro, etc.)

História da biologia celular

Alguns autores consideram que o nascimento da biologia celular ocorreu com o advento da teoria celular proposta por Schleiden e Schwann em 1839.

No entanto, é importante considerar que as células foram descritas e estudadas muitos anos antes, a começar pelas primeiras descobertas de Robert Hooke que, em 1665, viu pela primeira vez as células que constituíam o tecido morto de uma folha de cortiça; e continuando com Antoni van Leeuwenhoek, que anos mais tarde observou amostras com diferentes microorganismos sob o microscópio.

Retrato de Robert Hooke (Fonte: Gustav VH, via Wikimedia Commons)

Após o trabalho de Hooke, Leeuwenhoek Schleiden e Schwann, muitos autores também se dedicaram à tarefa de estudar células, com as quais se refinaram detalhes sobre sua estrutura interna e funcionamento: o núcleo das células eucarióticas, o DNA e cromossomos, mitocôndrias, retículo endoplasmático, complexo de Golgi, etc.

Em meados do século 20, o campo da biologia molecular viu um progresso considerável. Isso influenciou que, durante a década de 1950, a biologia celular também conhecesse um crescimento considerável, já que durante esses anos era possível manter e multiplicar células in vitro, isoladas de organismos vivos.

Avanços em microscopia, centrifugação, formulação de meios de cultura, purificação de proteínas, identificação e manipulação de linhagens celulares mutantes, experimentação com cromossomos e ácidos nucléicos, entre outras coisas, estabelecem um precedente para o rápido avanço da biologia celular para o era atual.

Que estuda? (objeto de estudo)

A biologia celular é responsável pelo estudo de células procarióticas e eucarióticas; ele estuda os processos de sua formação, sua vida e sua morte. Geralmente, pode se concentrar nos mecanismos de sinalização e na estruturação das membranas celulares, bem como na organização do citoesqueleto e na polaridade celular.

Também estuda a morfogênese, ou seja, os mecanismos que descrevem como as células se desenvolvem morfologicamente e como as células que "amadurecem" e se transformam ao longo da vida mudam com o tempo.

Células de levedura da espécie Saccharomyces cerevisiae.

A biologia celular inclui tópicos relacionados à mobilidade e ao metabolismo energético, bem como à dinâmica e biogênese de suas organelas internas, no caso das células eucarióticas (núcleo, retículo endoplasmático, complexo de Golgi, mitocôndria, cloroplastos, lisossomos, peroxissomos, glicossomos, vacúolos, glioxissomos, etc.).

Também envolve o estudo de genomas, sua organização e função nuclear em geral.

Na biologia celular, a forma, o tamanho e a função das células que compõem todos os organismos vivos são estudados, bem como os processos químicos que ocorrem dentro delas e a interação entre seus componentes citosólicos (e sua localização subcelular) e células com seu ambiente.

Conceitos essenciais em biologia celular

Ilustração da divisão de uma célula. Fonte: pixabay.com

Entrar no campo da biologia celular é uma tarefa simples quando alguns conhecimentos básicos ou conceitos essenciais são levados em consideração, pois com eles e com o uso da razão é possível entender em profundidade o complexo mundo das células.

Células

Esquema dos dois tipos de células na natureza: eucariotos e procariontes. As partes principais são mostradas, mostrando as diferenças entre elas (Fonte: Nenhum autor legível por máquina fornecido. Mortadelo2005 assumido (com base em reivindicações de direitos autorais). Via Wikimedia Commons)

Entre os conceitos fundamentais que devem ser levados em conta no panorama está a concepção de que as células são as unidades básicas da vida, ou seja, são os “blocos” que permitem a construção de organismos que podemos chamar de “vivos” e que todos eles são separados do ambiente extracelular graças à presença de uma membrana.

Independentemente de seu tamanho, forma ou função em um tecido específico, todas as células desempenham as mesmas funções básicas que caracterizam os seres vivos: crescem, se alimentam, interagem com o meio ambiente e se reproduzem.

DNA

Molécula de DNA. Fonte: wikipedia.org

Embora existam células eucarióticas e procarióticas, que são fundamentalmente diferentes no que diz respeito à sua organização citosólica, qualquer célula que se tenha em mente, todas, sem exceção, têm ácido desoxirribonucléico (DNA) dentro delas, uma molécula que abriga " os planos estruturais, morfológicos e funcionais ”de uma célula.

Citosol

Diagrama de uma célula animal e suas partes. O citosol é nomeado na parte inferior. (Fonte: Alejandro Porto via Wikimedia Commons)

As células eucarióticas possuem organelas especializadas em seu citosol para diferentes funções que contribuem para seus processos vitais. Essas organelas realizam a produção de energia a partir de materiais nutrientes, a síntese, o empacotamento e o transporte de muitas proteínas celulares, e também a importação e digestão de partículas grandes.

Citoesqueleto

As células possuem um citoesqueleto interno que mantém a forma, direciona a movimentação e o transporte das proteínas e das organelas que as utilizam, além de auxiliar na movimentação ou deslocamento de toda a célula.

Organismos unicelulares e multicelulares

Existem organismos unicelulares e multicelulares (cujo número de células é altamente variável). Os estudos de biologia celular geralmente se concentram em organismos "modelo", que foram definidos de acordo com o tipo de célula (procariotos ou eucariotos) e de acordo com o tipo de organismo (bactéria, animal ou planta).

Os genes

Os genes são parte da informação codificada nas moléculas de DNA que estão presentes em todas as células da Terra.

Estes não apenas cumprem funções no armazenamento e transporte da informação necessária para determinar a sequência de uma proteína, mas também exercem importantes funções regulatórias e estruturais.

Aplicações de Biologia Celular

Há um grande número de aplicações para a biologia celular em áreas como medicina, biotecnologia e meio ambiente. Aqui estão alguns aplicativos:

A coloração fluorescente in situ e a hibridização (FISH) de cromossomos podem detectar translocações cromossômicas em células cancerosas.

A tecnologia dos microarrays de "chip" de DNA permite conhecer o controle da expressão gênica da levedura, durante seu crescimento. Essa tecnologia tem sido usada para entender a expressão de genes humanos em diferentes tecidos e células cancerosas.

Os anticorpos marcados com fluorescência, específicos contra proteínas do filamento intermediário, permitem conhecer o tecido que deu origem ao tumor. Essas informações ajudam o médico a escolher o tratamento mais adequado para combater o tumor.

Uso de proteína fluorescente verde (GFP) para localizar células dentro de um tecido. Usando tecnologia de DNA recombinante, o gene GFP é introduzido em células específicas de um animal completo.

Exemplos de pesquisas recentes em biologia celular

Dois exemplos de artigos publicados na revista Nature Cell Biology Review foram escolhidos. Estes são os seguintes:

Papel da herança epigenética em animais (Pérez e Ben Lehner, 2019)

Foi descoberto que outras moléculas, além da sequência do genoma, podem transferir informações entre gerações. Essas informações podem ser modificadas pelas condições fisiológicas e ambientais das gerações anteriores.

Assim, há informações no DNA não associadas à sequência (modificações covalentes de histonas, metilação do DNA, pequenos RNAs) e informações independentes do genoma (microbioma).

Em mamíferos, a desnutrição ou a boa nutrição afetam o metabolismo da glicose da prole. Os efeitos paternos nem sempre são mediados por gametas, mas podem agir indiretamente por meio da mãe.

As bactérias podem ser herdadas pela mãe, pelo canal do parto ou pela amamentação. Em ratos, uma dieta pobre em fibras produz uma diminuição na diversidade taxonômica do microbioma ao longo das gerações. Eventualmente, ocorre a extinção de subpopulações de microrganismos.

Regulação da cromatina e terapia do câncer (Valencia e Kadoch, 2019)

Atualmente, são conhecidos os mecanismos que governam a estrutura da cromatina e seu papel na doença. Nesse processo, o desenvolvimento de técnicas que permitam a identificação da expressão de genes oncogênicos e a descoberta de alvos terapêuticos tem sido fundamental.

Algumas das técnicas utilizadas são a imunoprecipitação da cromatina seguida de sequenciamento (ChIP-seq), sequenciamento de RNA (RNA-seq), ensaio de cromatina transpoacessível usando sequenciamento (ATAC-seq).

No futuro, o uso da tecnologia CRISPR - Cas9 e da interferência de RNA desempenhará um papel no desenvolvimento de terapias contra o câncer.

Referências

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2. Bolsaver, SR, Shephard, EA, White, HA, & Hyams, JS (2011). Biologia Celular: um minicurso. John Wiley & Sons.
3. Cooper, GM e Hausman, RE (2004). A célula: abordagem molecular. Medicinska naklada.
4. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, SL, Matsudaira, P., Baltimore, D., & Darnell, J. (2000). Molecular cell biology 4ª edição. Centro Nacional de Informações sobre Biotecnologia, Biblioteca.
5. Solomon, EP, Berg, LR, & Martin, DW (2011). Biology (9ª ed.). Brooks / Cole, Cengage Learning: EUA.