DIFERENCIAÇÃO CELULAR: EM ANIMAIS E PLANTAS - BIOLOGIA - 2025

A diferenciação celular é o fenômeno gradual pelo qual células multipotenciais de organismos alcançam certas características específicas. Ocorre durante o processo de desenvolvimento e as alterações físicas e funcionais são evidentes. Conceitualmente, a diferenciação ocorre em três estágios: determinação, diferenciação em si e maturação.

Esses três processos mencionados ocorrem continuamente nos organismos. No primeiro estágio de determinação, as células multipotenciais no embrião são atribuídas a um tipo de célula definido; por exemplo, uma célula nervosa ou uma célula muscular. Na diferenciação, as células passam a expressar as características da linhagem.

Por fim, a maturação ocorre nas últimas etapas do processo, onde são adquiridas novas propriedades que resultam no aparecimento de características nos organismos maduros.

A diferenciação celular é um processo regulado de forma muito estrita e precisa por uma série de sinais que incluem hormônios, vitaminas, fatores específicos e até íons. Essas moléculas indicam o início das vias de sinalização dentro da célula.

Podem ocorrer conflitos entre os processos de divisão e diferenciação celular; portanto, o desenvolvimento chega a um ponto em que a proliferação deve cessar para permitir a diferenciação.

Características gerais

O processo de diferenciação celular envolve a mudança na forma, estrutura e função de uma célula em uma determinada linhagem. Além disso, implica na redução de todas as funções potenciais que uma célula pode ter.

A mudança é governada por moléculas-chave, entre essas proteínas e RNAs mensageiros específicos. A diferenciação celular é o produto da expressão controlada e diferencial de certos genes.

O processo de diferenciação não envolve a perda dos genes iniciais; o que acontece é uma repressão em determinados locais da maquinaria genética da célula que está em processo de desenvolvimento. Uma célula contém cerca de 30.000 genes, mas expressa apenas cerca de 8.000 a 10.000.

Para exemplificar a afirmação anterior, foi proposto o seguinte experimento: o núcleo de uma célula já diferenciada do corpo de um anfíbio -por exemplo, uma célula da mucosa intestinal- é retirado e implantado no óvulo de uma rã cujo núcleo foi previamente extraído.

O novo núcleo possui todas as informações necessárias para criar um novo organismo em perfeitas condições; ou seja, as células da mucosa intestinal não perderam nenhum gene ao passar pelo processo de diferenciação.

Diferenciação celular em animais

O desenvolvimento começa com a fertilização. Quando ocorre a formação de mórula nos processos de desenvolvimento do embrião, as células são consideradas totipotentes, o que indica que são capazes de formar todo o organismo.

Com o tempo, a mórula se torna uma blástula, e as células agora são chamadas de pluripotentes porque podem formar os tecidos do corpo. Eles não podem formar o organismo completo porque não são capazes de dar origem aos tecidos extra-embrionários.

Histologicamente, os tecidos fundamentais de um organismo são o epitelial, o conectivo, o muscular e o nervoso.

À medida que as células progridem, elas são multipotentes, porque se diferenciam em células maduras e funcionais.

Nos animais - especificamente nos metazoários - existe uma via comum de desenvolvimento genético que unifica a ontogenia do grupo graças a uma série de genes que definem o padrão específico das estruturas corporais, controlando a identidade dos segmentos no eixo ântero-posterior. do animal.

Esses genes codificam proteínas específicas que compartilham uma sequência de aminoácidos de ligação ao DNA (homeobox no gene, homodomínio na proteína).

Ativando e desativando genes

O DNA pode ser modificado por agentes químicos ou por mecanismos celulares que afetam - induzem ou reprimem - a expressão dos genes.

Existem dois tipos de cromatina, classificados quanto à sua expressão ou não: eucromatina e heterocromatina. O primeiro é frouxamente organizado e seus genes são expressos, o último tem uma organização compacta e impede o acesso ao maquinário de transcrição.

Tem sido proposto que, nos processos de diferenciação celular, os genes que não são necessários para aquela linhagem específica sejam silenciados na forma de domínios constituídos por heterocromatina.

Mecanismos que produzem diferentes tipos de células

Em organismos multicelulares existe uma série de mecanismos que produzem diferentes tipos de células em processos de desenvolvimento, como a secreção de fatores citoplasmáticos e a comunicação celular.

A segregação de fatores citoplasmáticos envolve a separação desigual de elementos como proteínas ou RNA mensageiro nos processos de divisão celular.

Por outro lado, a comunicação celular entre células vizinhas pode estimular a diferenciação de vários tipos de células.

Esse processo ocorre na formação das vesículas oftálmicas quando se encontram com o ectoderma da região cefálica e causam o espessamento que forma as placas do cristalino. Elas se dobram para a região interna e formam a lente.

Modelo de diferenciação celular: tecido muscular

Um dos modelos mais bem descritos na literatura é o desenvolvimento do tecido muscular. Esse tecido é complexo e é composto por células com múltiplos núcleos cuja função é se contrair.

As células mesenquimais dão origem às células miogênicas, que por sua vez dão origem ao tecido muscular esquelético maduro.

Para que esse processo de diferenciação comece, certos fatores de diferenciação devem estar presentes, impedindo a fase S do ciclo celular e atuando como estimulantes dos genes que causam a mudança.

Quando essas células recebem o sinal, elas iniciam a transformação em mioblastos que não podem sofrer processos de divisão celular. Os mioblastos expressam genes relacionados à contração muscular, como os que codificam as proteínas actina e miosina.

Os mioblastos podem se fundir e formar um miotubo com mais de um núcleo. Nessa fase, ocorre a produção de outras proteínas relacionadas à contração, como a troponina e a tropomiosina.

Quando os núcleos se movem em direção à porção periférica dessas estruturas, eles são considerados uma fibra muscular.

Conforme descrito, essas células possuem proteínas relacionadas à contração muscular, mas carecem de outras proteínas, como queratina ou hemoglobina.

Genes mestres

A expressão diferencial em genes está sob o controle de "genes mestres". Eles são encontrados no núcleo e ativam a transcrição de outros genes. Como o nome indica, são fatores-chave responsáveis ​​pelo controle de outros genes, direcionando suas funções.

No caso da diferenciação muscular, os genes específicos são aqueles que codificam cada uma das proteínas envolvidas na contração muscular, e os genes mestres são MyoD e Myf5.

Quando os genes principais regulatórios estão ausentes, os genes subalternos não são expressos. Em contraste, quando o gene mestre está presente, a expressão dos genes alvo é forçada.

Existem genes mestres que direcionam a diferenciação de neurônios, epiteliais, cardíacos, entre outros.

Diferenciação celular em plantas

Como nos animais, o desenvolvimento da planta começa com a formação de um zigoto dentro da semente. Quando ocorre a primeira divisão celular, duas células diferentes se originam.

Uma das características do desenvolvimento das plantas é o crescimento contínuo do organismo, graças à presença contínua de células de caráter embrionário. Essas regiões são conhecidas como meristemas e são órgãos de crescimento perpétuo.

As vias de diferenciação dão origem aos três sistemas de tecidos presentes nas plantas: a protoderme que inclui os tecidos dérmicos, os meristemas fundamentais e o prochange.

Prochange é responsável pela formação do tecido vascular da planta, formado pelo xilema (transportador de água e sais dissolvidos) e floema (transportador de açúcares e outras moléculas como aminoácidos).

Meristemas

Os meristemas estão localizados nas pontas dos caules e raízes. Assim, essas células se diferenciam e dão origem às diferentes estruturas que compõem as plantas (folhas, flores, entre outras).

A diferenciação celular das estruturas da flora ocorre em um determinado ponto do desenvolvimento e o meristema passa a ser “inflorescência” que, por sua vez, forma os meristemas florais. Daqui surgem as peças florais constituídas por sépalas, pétalas, estames e carpelos.

Essas células são caracterizadas por terem um tamanho pequeno, formato cuboidal, uma parede celular fina, mas flexível, e um citoplasma com alta densidade e numerosos ribossomos.

Papel das auxinas

Os fitormônios desempenham um papel nos fenômenos de diferenciação celular, principalmente as auxinas.

Esse hormônio influencia a diferenciação do tecido vascular do caule. Experimentos mostraram que a aplicação de auxinas a uma ferida leva à formação de tecido vascular.

Da mesma forma, as auxinas estão relacionadas ao estímulo do desenvolvimento das células do câmbio vascular.

Diferenças entre animais e plantas

O processo de diferenciação e desenvolvimento celular em plantas e animais não ocorre de forma idêntica.

Os movimentos de células e tecidos devem ocorrer em animais para que os organismos adquiram uma conformação tridimensional que os caracterize. Além disso, a diversidade celular é muito maior nos animais.

Em contraste, as plantas não têm períodos de crescimento apenas nos primeiros estágios da vida do indivíduo; eles podem aumentar de tamanho ao longo da vida da planta.

Referências

1. Campbell, NA e Reece, JB (2007). Biology. Panamerican Medical Ed.
2. Cediel, JF, Cárdenas, MH, & García, A. (2009). Histology Manual: Fundamental Tissues. Rosario University.
3. Hall, JE (2015). Livro didático de fisiologia médica de Guyton e Hall e-Book. Elsevier Health Sciences.
4. Palomero, G. (2000). Aulas de embriologia. Universidade Oviedo.
5. Wolpert, L. (2009). Princípios de desenvolvimento. Panamerican Medical Ed.