O que é compartimentalização em biologia, qual sua importância e quais compartimentos celulares existem? Você pode descobrir tudo isso neste post.
Compartimentação significa a subdivisão de um célula, um tecido, órgão ou corpo em diferentes compartimentos nos quais prevalecem diferentes condições.
A compartimentalização ocorre apenas em células que possuem um núcleo. Estas são as chamadas células eucarióticas que você encontra em organismos superiores (eucariotos) como plantas, animais e fungos.
Compartimentação simplesmente explicada
Se você observar uma célula eucariótica sob um microscópio eletrônico , notará que ela está dividida em seções distintas. Esta é a chamada compartimentalização (compartimentalização celular). As áreas individuais são, portanto, referidas como compartimentos.
Isso se aplica sobretudo às células de organismos superiores, ou seja, os eucariotos ( animais , plantas e fungos).
Os compartimentos celulares são geralmente separados uns dos outros por uma camada de separação simples ou dupla ( biomembrana ). É permeável apenas a certas substâncias e permite que em cada compartimento prevaleçam condições diferentes , como valor de pH, concentração de íons ou equipamento enzimático. Como resultado, diferentes reações bioquímicas podem ocorrer simultaneamente e independentemente na célula .
São formados espaços de reação delimitados nos quais as substâncias neles contidas (quase) não se misturam com substâncias de outros compartimentos e, portanto, influenciariam negativamente o curso da reação.
Compartimentos celulares importantes são, por exemplo, as mitocôndrias , nas quais a energia é gerada, ou os cloroplastos nas células vegetais, que realizam a fotossíntese .
Definição de compartimentalização celular
Normalmente, um compartimento é separado por uma camada de separação simples (por exemplo, no núcleo da célula) ou dupla (por exemplo, nas mitocôndrias ou cloroplastos). biomembrana, isolado de seu entorno. Esta bicamada consiste em fosfolipídios.
A dupla camada só permite a penetração de certas substâncias e permite que diferentes condições, como valor de pH, concentração de íons ou equipamento enzimático, prevaleçam em cada compartimento. Essas substâncias incluem moléculas pequenas e sem carga, como a água, mas também gases, como o oxigênio. Chamamos esse processo de permeabilidade seletiva.
Desta forma, diferentes reações bioquímicas podem ocorrer simultaneamente e de forma independente nocélulatomar lugar.
A compartimentalização ou compartimentalização celular é um importante princípio básico em biologia. Você pode entender isso como a formação de diferentes espaços (compartimentos) dentro das células, que geralmente são separados por membranas.
célula de compartimentação
Como você já aprendeu, as células têm compartimentos celulares específicos que formam unidades funcionais independentes.
Você pode imaginar o princípio da compartimentação celular como uma casa com muitos cômodos diferentes (por exemplo, cozinha, banheiro, quarto). Nesta comparação, a casa deve representar a cela e os quartos individuais os respectivos compartimentos de cela. Cada quarto é caracterizado por móveis especiais (por exemplo, banheiro, chuveiro, forno, cama), diferentes atividades ocorrem em cada quarto (por exemplo, cozinhar, tomar banho, dormir) e cada quarto é espacialmente separado dos outros quartos.
Compartimentação por biomembranas
O mesmo acontece nas células: os compartimentos celulares são geralmente separados uns dos outros por biomembranas simples (por exemplo, no núcleo da célula) ou duplas (por exemplo, nas mitocôndrias ou cloroplastos). Esta é uma camada dupla composta pelos chamados fosfolipídios .
Garante que apenas certas substâncias, como moléculas pequenas e não carregadas (por exemplo, água H 2 O) ou gases (oxigênio O 2 ) possam passar ou deixar as membranas e, portanto, os compartimentos (= permeabilidade seletiva ).
Essa “barreira seletiva” agora garante que condições diferentes, como valor de pH , concentração de íons, etc., possam prevalecer em cada compartimento.
No próprio cloroplasto existe ainda outro compartimento – a membrana tilacóide. Ele forma um espaço de reação independente e empilhado no qual ocorre um subprocesso de fotossíntese, ou seja, a reação da luz .
regra de compartimentação
A regra de compartimentalização de acordo com E.Schnepf afirma que todos os espaços de reação delimitados por membrana em células eucarióticas sempre têm um lado plasmático e um não-plasmático. Estes são separados uns dos outros por uma biomembrana. O lado não plasmático é então encontrado fora da membrana celular e o lado plasmático dentro da célula.
Além disso, lembre-se de que o conteúdo do retículo endoplasmático, aparelho de Golgi, lisossomos, vacúolos e vesículas podem ser contados no lado não plasmático.
A regra da compartimentação
A regra de compartimentalização é uma teoria da biologia celular de acordo com Eberhard Schnepf. Também é conhecido como regra de Schnepf ou teorema de Schnepf.
A regra afirma que a membrana biológica pode ser separada em uma fase plasmática e uma não-plasmática. Isso significa que cada espaço de reação limitado por membrana tem um lado plasmático e um lado não plasmático, que é biomembrana estão separados um do outro. Exceto por célula é a fase não-plasmática, dentro da fase plasmática, também chamada de citoplasma.
As biomembranas intracelulares também são levadas em consideração.
O conteúdo do aparelho endoplasmático, aparelho de Golgi, lisossomos,vesículas e vacúolos, os espaços entre as duas membranas que cobrem o núcleo, as mitocôndrias e plastídios, assim como o conteúdo dos tilacóides nos cloroplastos pertencem à fase não-plasmática.
A regra de compartimentação permite uma série de declarações fundamentais:
- todo biomembrana é separado por dois lados distintos: plasmático e não-plasmático
- duas membranas e a fase não-plasmática interveniente deve ser atravessada para ir de um plasma para outro
Cuidado!
Apenas fases de mesmo nome se misturam nos processos de fusão e se separam nos processos de vesiculação.
Exceções à regra de compartimentação
Exceções à regra de compartimentalização raramente são observadas, mas existem. Um exemplo são os processos relacionados à endocitobiose.
Existem também compartimentos celulares que não são delimitados por membranas celulares. Neste caso, no entanto, a área ainda deve ser capaz de diferir estrutural ou funcionalmente do entorno.
O citoplasma também é referido como um compartimento independente, embora não seja cercado por sua própria membrana. A própria membrana plasmática também é chamada de compartimento celular de acordo com algumas definições.
Existem também algumas outras exceções em certas áreas do próprio núcleo da célula. Eles contêm informação genética (DNA) e proteínas.
Você então diferencia entre a área eucromática e a área heterocromática, dependendo da densidade dessa rede, também chamada de cromatina. A área eucromática é menos densa e mais “iluminada”, enquanto a área heterocromática é muito densa.
De acordo com a definição, a divisão em compartimentos refere-se às células eucarióticas superiores.
casos especiais
No entanto, também existem compartimentos celulares que não são delimitados pelas membranas celulares. Neste caso, porém, a área deve então se destacar estrutural ou funcionalmente do ambiente.
O citoplasma , ou seja, a substância celular interna, é referido como um compartimento independente, embora não seja cercado por sua própria membrana. De acordo com algumas definições, a própria membrana plasmática também pode ser chamada de compartimento celular.
Outra exceção são certas áreas do núcleo da célula em que a informação genética (DNA) e as proteínas são empacotadas. Dependendo da densidade dessa rede (= cromatina) , você pode escolher entre a área eucromática (solta, menos densa) e a heterocromática Área (muito densa) distinguir.
Por definição, a divisão em compartimentos refere-se às células eucarióticas superiores. Mas lembre-se de que os procariontes também podem ter espaços limitados. Um exemplo disso são os chamados clorossomos, nos quais a fotossíntese pode ocorrer.
Observe também que algumas definições usam os termos organelas celulares e compartimentos celulares como sinônimos e são feitas em definições diferentes.
Exemplos de compartimento de célula
A seguir listamos os compartimentos celulares importantes novamente:
- núcleo
- mitocôndria
- Ribossomo
- Aparelho de Golgi
- Retículo endoplasmático (RE)
- cloroplastos
- vesículas
- Plasmamembrana
significado de compartimentalização
Qual é o significado da compartimentalização para nossas células? Aspectos relevantes são a formação de espaços de reação , a formação de diferenças de concentração e a aceleração das reações metabólicas que ocorrem .
formação de espaços de reação
A importância mais importante da compartimentalização é que podem surgir espaços de reação claramente definidos e delimitados . Vários processos relevantes de metabolismo ou desintoxicação podem então ocorrer neles, os quais se influenciariam sem diferenciação. Isso atrapalharia todo o metabolismo celular.
Exemplos são a compartimentalização nas mitocôndrias , nelas ocorrem , entre outras coisas, o ciclo do ácido cítrico e a cadeia respiratória para produção de energia ( ATP ). Outros exemplos são a formação de material de membrana no retículo endoplasmático (ER).
Devido à compartimentação celular, essas reações podem ocorrer simultaneamente e independentemente umas das outras. Por um lado, a separação pela biomembrana possibilita um ambiente interno constante dentro dos compartimentos, pois cada reação requer um valor de pH, concentração iônica ou equipamento enzimático diferente. No ciclo do ácido cítrico, por exemplo, são necessárias enzimas diferentes daquelas para a produção de proteínas .
Formação de diferenças de concentração
Outra vantagem importante da compartimentalização está no acúmulo das chamadas diferenças de concentração ou gradientes de concentração entre dois compartimentos diferentes.
Com isso, você pode entender que certas substâncias, como íons, se acumulam em um compartimento fechado por membrana. Como as membranas, como você já aprendeu, representam uma espécie de barreira para algumas substâncias, elas não podem mais sair do compartimento. Como resultado, esta substância dificilmente ou não está presente no compartimento vizinho.
Você pode chamar a diferença resultante nas respectivas concentrações de gradiente de concentração . Isso desempenha um papel fundamental na produção de ATP (por exemplo, na cadeia respiratória ou na fotossíntese) ou no transporte de membrana . Para compensar essa diferença de concentração, as substâncias podem, por exemplo, atravessar a membrana através de canais especiais e, assim, deixar o compartimento.
Aceleração das reações metabólicas
A aceleração das reações metabólicas , que ocorre através da formação de compartimentos celulares limitados, também é de grande importância.
Como as partículas envolvidas nas reações não estão distribuídas “vagamente” por toda a célula, mas estão localizadas em um compartimento separado, elas estão presentes em maior concentração. Isso também aumenta a probabilidade dessas partículas colidirem, o que, por sua vez, torna mais provável que ocorra uma reação ( lei de Fick ). Isso também aumenta o número de produtos e torna as reações celulares mais eficientes.
Sistema endomembranoso
Os compartimentos das células nem sempre são uma área claramente definida (por exemplo, uma mitocôndria, que é delimitada por um envelope de membrana dupla), mas pode representar uma estrutura dinâmica .
É o caso do chamado sistema endomembranoso . Isso se refere a todos os compartimentos envoltos por membranas que estão conectados uns aos outros pelo transporte de pequenas bolhas envoltos por membranas – as chamadas vesículas .
Estes incluem, por exemplo, o retículo endoplasmático e o aparelho de Golgi . O retículo endoplasmático (ER) é uma rede de tubos envoltos por membranas e pequenos sacos e é responsável pela formação do material da membrana. Este é embalado em pequenas vesículas e transportado para o aparelho de Golgi. As vesículas se formam por pinçamento da membrana celular original. Você pode chamar esse processo de exocitose .
As vesículas podem então se fundir (fundir) com a membrana do aparelho de Golgi e, assim, ser absorvidas lá. Você pode entender o processo como endocitose . Como as membranas estão constantemente encurtando ou alongando devido ao transporte das vesículas, você pode falar de compartimentos dinâmicos aqui.