Envelhecimento e morte celular
Autores: Carla Simone Seibert e José Lopes Soares Neto
Sumário
I. Introdução
II. Características genéticas e o envelhecimento
III. O papel das mitocôndrias no envelhecimento
IV. Mecanismo de morte celular
V. O comprometimento da integridade dos tecidos no
envelhecimento
VI. Fatores que interferem na qualidade e no tempo de vida
VII. Referências
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I. Introdução
Muitas vezes nos deparamos com a idade à nossa frente, seja por lembranças que nos
trazem à consciência o tempo que já passou ou pela imagem refletida no espelho. O
envelhecimento é resultante da perda progressiva da funcionalidade do corpo, o qual é
ditado ao longo dos anos. Assim, o envelhecimento representa a expressão da redução
gradual da atividade celular, refletida nos tecidos e órgãos do organismo (Figura 1).
Figura 1: O envelhecimento é um processo que acarreta a redução da
funcionalidade do corpo e é observado pelo aparecimento de linhas de
expressão facial, flacidez da pele, manchas de idade, aumento da
limitação física, perda de memória, entre outros.
Nosso corpo é formado por células somáticas que estão em constante divisão. Mas,
se as células se dividem continuamente, quem marca o tempo biológico?
Várias teorias tentam explicar o processo do envelhecimento, essas foram
separadas em dois grandes grupos: a teoria determinista e a teoria estocástica. A teoria
determinista defende que o envelhecimento é desencadeado por uma programação
puramente genética e inclui teorias como a teoria somática, a genética, a imunológica e a
das telomerases. A teoria estocástica, por sua vez, defende que o envelhecimento é
conseqüência de sucessivas lesões do ácido desoxirribonucléico (ADN), inibindo o
funcionamento celular e a expressão apropriada dos genes. Essa inclui teorias como a
da lesão/reparação do ADN, da oxidação dos radicais livres, do ADN mitocondrial e das
radiações.
Diante desse histórico, o fator mais apontado para influenciar o envelhecimento
celular é o genético somado a fatores não genéticos, como os ambientais e culturais, que
interferem de modo aleatório no tempo de vida das células. Assim, fatores como
alimentação, qualidade do ar, radiações ionizantes, produtos químicos podem interferir
na funcionalidade da célula, acelerando seu envelhecimento ou conduzindo à morte.
Frente a esses indicativos, já foi possível perceber que nesta unidade você mais uma vez
vai entrar em contato com a menor unidade estrutural viva: a célula. Mas, agora, nosso
objetivo é entender quais são os mecanismos que conduzem ao processo de
envelhecimento e morte celular.
2
II. Características genéticas e o envelhecimento
Os cromossomos são constituídos por ácidos desoxirribonucléicos (ADN) e proteínas
associadas, que variam no tamanho, forma e número em cada uma das diferentes
espécies. Eles carregam todas as informações genéticas que caracterizam e
individualizam os seres vivos.
As células estão em constante renovação, seu crescimento e reposição são
possibilitados com a divisão celular (mitose), em que todas as informações genéticas são
transmitidas para as células filhas através da duplicação do material celular, inclusive
dos cromossomos. Nos cromossomos estão contidos todos os genes responsáveis pela
codificação das estruturas necessárias para o funcionamento das células, assim como os
responsáveis pela modelagem do material genético: os centrômeros e os telômeros
(Figura 2).
(A)
(B)
Figura 2: Ilustração dos cromossomos humanos com destaque para a posição dos centrômeros e telômeros. O
detalhe mostra o corpo dos cromossomos corado em azul e os telômeros nas pontas em rosa (A). O esquema
mostra a estrutura do telômero na ponta do cromossomo (B).
Os telômeros
são estruturas
importantes
funcionamento
da écélula.
Eles
Durante
o processo
de duplicação
do ADN,para
umaoparte
dos telômeros
perdida
e,
estão localizados
nastelomérica
extremidades
dos cromossomos
e sãoprogressiva
compostos nas
de
segundo
a hipótese
de senescência,
essa perda
seqüênciasmitoses
repetitivas
ADN,
conferem
a suapara
estabilidade,
organizam
sucessivas
atuade
como
umque
relógio
biológico
as divisões
celulares.a
posiçãomodo,
do cromossomo
junção
da porçãoquantas
terminal
de
Desse
a velocidade no
e a núcleo,
extensãoevitam
dessas aperdas
determinam
vezes
diferentes
durante
a replicação
e osobreviver
protegeme contra
cada
célulacromossomos
pode se dividir,
por quanto
tempo irá
quandoprocessos
morrerá. de
degradação.
A descoberta da telomerase (transcriptase reversa), enzima capaz de repor os
segmentos dos telômeros perdidos durante as divisões celulares, deu um novo rumo
para as investigações científicas. Ela foi detectada desde as leveduras até os mamíferos,
se encontra no núcleo da célula onde ocorre sua maturação e é disponibilizada no
nucleoplasma somente no momento da replicação dos telômeros. Essa enzima estabiliza
o comprimento dos telômeros pela adição de repetições teloméricas de ARN (TTAGGG)
nas extremidades dos cromossomos, compensando a perda que seria gerada a cada
divisão celular.
Transcriptase reversa
é uma enzima que
sintetiza molécula de
ADN tendo como
molde uma molécula
de ARN.
Então as células não morrem? Atualmente, sabe-se que a atividade da telomerase
varia entre os diferentes tipos celulares, sendo muito ativa nas células com alta
capacidade proliferativa, como nas células germinativas jovens (espermatozóide e óvulo
não maduros), células-tronco embrionárias, células endoteliais e endometriais de
3
adultos, e é reduzida na maioria das células somáticas humanas normais. Resumindo, as
células somáticas possuem capacidade limitada para duplicação e isso determina seu
tempo de vida, enquanto que as células proliferativas ou progenitoras (como elas
também podem ser denominadas) apresentam tempo de vida aparentemente infinito.
Desse modo, as células somáticas em condições adequadas podem sofrer até 90 divisões
antes que os telômeros alcancem seu limite mínimo de tamanho (o que varia entre os
diferentes tipos celulares). Quando isso acontece, as divisões cessam e o processo de
envelhecimento celular é desencadeado. Essa passagem é denominada de “limite de
Hayflick” (Figura 3).
Figura 3: Relação entre o tamanho dos telômeros e a capacidade de proliferação celular. As células germinativas
não-diferenciadas (linha amarela) possuem longos telômeros e se multiplicam indefinidamente, enquanto as células
somáticas diferenciadas (linha laranja) dividem-se por um número determinado de gerações e perdem gradualmente
seus telômeros. No entanto, as células em crise, que já acumularam diferentes mutações, morrem ou reativam a
telomerase, tornando-se imortais. Nas síndromes relacionadas ao envelhecimento prematuro, é observado o
encurtamento acelerado dos telômeros (linha roxa).
O envelhecimento ou senescência celular representa então o período que a célula se
mantém viva após finalizar sua fase replicativa. Esse processo é observado em todos os
tipos celulares dos eucariotos que possuem vida clonal. Além da perda da capacidade de
divisão celular e a ausência da atividade da telomerase, as células também apresentam
estresse oxidativo, o que está relacionado com o acúmulo de radicais livres. No final do
período de senescência, o processo que deflagra a morte das células é disparado e isso
ocorre, geralmente, por apoptose (esse processo será detalhado mais à frente).
Células-tronco
embrionárias são
células capazes de se
diferenciar em outros
tecidos do nosso corpo
como o tecido ósseo, o
sanguíneo, o muscular e
o neural.
As células endoteliais
são as que revestem os
capilares sanguíneos e
as endometriais
revestem a cavidade
uterina, formando o
endométrio.
Leonard Hayflick, em
1965, observou, em
células cultivadas, que
elas apresentavam um
limite de duplicação de
até 50 divisões. Ele
constatou que as células
mais velhas estavam
mais próximas desse
limite de duplicação e o
tamanho dos telômeros
era reduzido a cada
divisão.
A expectativa de vida de
um indivíduo está
relacionada diretamente
ao envelhecimento
celular. A perda
sucessiva de segmentos
dos telômeros a cada
divisão celular é uma
das teorias que tentam
explicar esse processo.
Saiba mais sobre
telômeros, limite de
Hayflick e
envelhecimento celular
no endereço eletrônico:
<http://cienciahoje.uol.c
om.br/controlPanel/mat
eria/resource/download
/55391>.
Você não pode esquecer que as células estão em constante renovação, então é
importante salientar que nos organismos multicelulares a replicação celular não é
desorganizada, ela ocorre em resposta a estímulos, geralmente desencadeados
durante a reposição ou aumento do número de células do tecido. Por outro lado,
nos organismos unicelulares, a taxa de proliferação celular pode ser infinita, sendo
a disponibilidade dos nutrientes do ambiente o maior fator limitante para a sua
proliferação.
As células tumorais, por sua vez, apresentam capacidade de multiplicação infinita em
decorrência das alterações geradas ao longo das suas divisões celulares. Isso ocorre porque
4
algumas células somáticas quando entram em senescência podem reativar a telomerase, perdendo
o controle sobre seu ciclo celular. Essas células apresentam telômeros curtos e passam a acumular
várias mutações e a cada divisão ocorre uma diminuição gradual da integridade dos
cromossomos, o que leva a instabilidade do seu conteúdo genético. A célula interpreta que o
ADN cromossômico está defeituoso ou quebrado e passa a reparar os danos, podendo gerar
a fusão entre os seus terminais. A somatória dessas alterações desencadeia uma célula
carcinogênica (células heteroplóides e imortais) (Figura 4). A telomerase evita que ocorra o
encurtamento dos cromossomos durante as replicações celulares e não os aumenta. A ativação da
telomerase pode ocorrer quando a célula está em senescência, quase chegando em apoptose, sua
reativação desencadeia a formação de células tumorais.
Radicais livres são
átomos ou grupo de
átomos com elétrons
não pareados na última
camada eletrônica que
apresentam grande
instabilidade e, por isso,
são altamente reativos.
O oxigênio por suas
peculiaridades forma os
radicais livres mais
importantes. As
espécies reativas tóxicas
do oxigênio mais
significativas são
derivadas da cadeia
respiratória que ocorre
nas mitocôndrias.
Figura 4: (A) ciclo celular de uma célula normal até a morte (apoptose); (B) ciclo celular de uma célula Síndrome de Werner,
carcinogênica (células imortais).
também conhecida
como “Síndrome do
O acúmulo de radicais livres foi referido anteriormente como uma característica envelhecimento
precoce”, é uma doença
das células que entram em senescência. O estresse oxidativo é um fator limitante para a de origem genética cujos
célula, o excesso de radicais livres pode comprometer o funcionamento celular e/ou sintomas iniciam-se
induzir a formação das células tumorais. A teoria da lesão/regeneração do ADN entre os 30 e 40 anos e
envolvem alterações na
defende que o material nuclear sofre constantes lesões, quase sempre provenientes do pele, esquecimentos,
estresse oxidativo. Essas lesões são continuamente reparadas pelas polimerases. No calcificação dos vasos
entanto, quando o organismo não consegue mais repará-las na mesma velocidade com a sanguíneos, osteoporose
e catarata.
qual são produzidas, inicia-se o seu acúmulo. Os casos de lesões oxidativas do ADN A doença de Alzheimer
parecem ser mais decisivos para a longevidade celular do que o comprimento dos ou Mal de Alzheimer é
telômeros. As evidências sugerem que o papel dos telômeros no processo de uma doença
degenerativa do cérebro
envelhecimento celular deve ser mais decisivo no tecido constituído por células caracterizada pela perda
progressiva de
mitóticas do que naquele onde a capacidade regenerativa é determinante.
memória. Alterações no
gene da apolipoproteína
Na tentativa de entender como o processo de envelhecimento celular é desencadeado, podem estar
alguns genes ligados ao desenvolvimento de doenças relacionadas com a idade estão sendo relacionadas ao
desenvolvimento da
pesquisados, como o gene responsável pela síndrome de Werner (gene WRN, localizado no doença.
5
cromossomo 8, que acelera o processo de envelhecimento). Esse gene tem a função de manter a
integridade do processamento do ARN ribossômico e levanta a hipótese do mecanismo comum
ao envelhecimento normal e patológico ser ocasionado pela alteração da atividade do gene.
Outro gene que pode estar envolvido nesse processo é o gene para a apolipoproteína E,
localizado no cromossomo 19, o qual foi associado ao aumento do risco de
desenvolvimento tardio da doença de Alzheimer.
III. O papel das mitocôndrias no envelhecimento
A atividade celular não está restrita somente ao controle do material genético. As mitocôndrias
disponibilizam energia, através da molécula de ATP (adenosina tri-fosfato), para a célula
desenvolver quase todas as suas atividades, inclusive a duplicação dos cromossomos.
Na mitocôndria, os produtos do catabolismo das moléculas obtidas na alimentação
(glicose, por exemplo) são utilizados em reações químicas que conservam energia na
forma de ATP. É no ATP que a célula encontra 90% da energia necessária para exercer
funções como a síntese das proteínas, os movimentos celulares, as trocas iônicas, entre
outros. Por isso, as mitocôndrias podem ser consideradas como os centros geradores de energia
das células que realizam metabolismo aeróbio. Se a atividade mitocondrial for alterada ou
comprometida, as funções celulares também serão, conduzindo células e tecidos à morte.
Sobre respiração celular
e o papel das
mitocôndrias, veja
Módulo II, Unidade 13.
Investigações científicas demonstram que o decréscimo da produção de energia na
mitocôndria provoca o aparecimento de doenças características em idade mais avançada. Nesse
caso, o tecido mais rapidamente atingido é o tecido nervoso, no sistema nervoso central, seguido
dos músculos, inclusive o miocárdio, rins e tecidos produtores de hormônios. A perda
progressiva da capacidade de gerar energia está relacionada com a ação de radicais livres, Estudos são conduzidos
provocada pelo estresse oxidativo, que interfere no conjunto de reações químicas que para induzir mutações
em genes relacionados
ocorrem no interior da mitocôndria.
com o aumento da
capacidade metabólica
ou com a resistência ao
estresse do meio
ambiente para localizar
possíveis genes ligados
com o declínio da
condição física.
Mitocôndria
6
As primeiras investigações sobre os radicais livres foram realizadas na década de
1950, quando foi sugerido que a sua formação no interior das células prejudicava o seu
funcionamento. No entanto, a origem dos radicais livres foi esclarecida somente em 1980,
quando se entendeu que esses são produtos do metabolismo celular, sendo as mitocôndrias
alvos importantes da sua ação nociva.
A formação excessiva de moléculas reativas de oxigênio resulta no estresse oxidativo,
que representa um desequilíbrio entre a geração e a remoção de produtos da reação, entre o
oxigênio e as biomoléculas. O oxigênio (O2), apesar de ser uma molécula extremamente
necessária ao processo respiratório, é potencialmente tóxico para as células, podendo
comprometer seu funcionamento ao longo do tempo. Esse fenômeno é denominado de
"paradoxo do oxigênio" e tem origem química. Nas reações que levam à produção de energia
pela mitocôndria, a molécula de oxigênio pode sofrer redução parcial liberando
substâncias altamente reativas, os radicais livres (por exemplo, água oxigenada – H2O2, ou íon
Internet
peróxido O2- e íon hidroxila OH-), que reagem com substâncias orgânicas e inorgânicas, como
No endereço
proteínas, fosfolipídios da membrana e ácidos nucléicos.
eletrônico
Quando os ácidos graxos da membrana reagem com radical hidroxila, por exemplo,
novos radicais livres são gerados provocando a peroxidação lipídica, que deforma a estrutura
da membrana celular e desequilibra sua regulação osmótica. Quando esses radicais reagem
com os constituintes da mitocôndria, provocam danos às suas estruturas, reduzindo sua
capacidade de produzir energia e debilitando a célula. Na mitocôndria, assim como no
retículo endoplasmático e lisossomos, a elevada produção de peróxido lipídico ocasiona o
vazamento de cálcio e de enzimas que digerem o conteúdo celular. Esse processo é chamado de
oxidação e calcula-se que pelo menos 2% do oxigênio consumido pelas células geram radicais
livres.
<www.fmrp.usp.br/re
vista/1998/vol31n3/p
eroxidacao_lipidica.pd
f>, você pode achar
maiores informações
sobre radicais livres,
estresse oxidativo e
peroxidação lipídica.
Existe uma relação importante entre a atividade metabólica e a produção de radicais
livres: quanto maior a necessidade de energia do organismo, maior será a intensidade de
trabalho das mitocôndrias. Então, animais metabolicamente mais ativos produzirão mais
radicais livres, apresentando tempo de vida mais limitado em relação aos animais que possuem
menor metabolismo basal. Desse modo, a longevidade de um organismo pode ser ditada pela
sua capacidade de produzir radicais livres. Como exemplo, pode ser citado o beija-flor que
possui metabolismo extremamente acelerado. Ele consome o equivalente a oito vezes o
seu peso corpóreo por dia e algumas espécies apresentam em média dois anos de vida,
contra 20 anos para um canário e 80 para um papagaio.
O acúmulo de radicais livres pelas células senescentes é uma característica marcante no
processo de envelhecimento, como já foi mencionado anteriormente. Entretanto, um número elevado
de radicais livres também pode ser observado em células mais jovens, quando essas sofrem ação de
radiações, agentes químicos, intoxicações por gases, entre outros. Nesse caso, o processo de
envelhecimento celular é disparado precocemente e a morte por apoptose ou necrose é inevitável.
Atividade complementar 1
Elabore um esquema que explique a formação dos radicais livres dentro da célula
e a sua ação nos diferentes compartimentos celulares.
7
IV. Mecanismo de morte celular
A morte das células pode ocorrer por diferentes mecanismos, mas dois já estão bem
caracterizados: a apoptose e a necrose.
Apoptose foi um termo introduzido por Kerr et al. (1972) para designar o suicídio
celular. Em grego arcaico, a palavra significa "o ato de cair" e foi escolhida porque sugere
perdas benéficas (nesse caso, a morte da célula ocorre sem danos ao organismo), necessárias
ao bom funcionamento e à sobrevivência do organismo. É um mecanismo no qual as células
que não estão sendo utilizadas são eliminadas através da ativação de processos bioquímicos,
sem desencadear processo inflamatório. Assim, a apoptose ou a morte celular programada é
um tipo de "autodestruição celular" que requer energia e síntese protéica para a sua
execução.
As investigações científicas mostraram a importância da apoptose na estruturação
final de muitos organismos pluricelulares que só atingem sua forma final porque eliminam
de modo seletivo um grande número de células (Figura 5). Fisiologicamente, esse suicídio
celular está associado diretamente a processos biológicos, como a embriogênese,
morfogênese, metamorfose e reciclagem celular, na atrofia induzida pela remoção de
fatores de crescimento ou hormônios, na involução de alguns órgãos e, ainda, na
regressão de tumores. Esse mecanismo, dentro de uma condição fisiológica normal,
controla a densidade populacional das células dentro de um tecido, atua como
instrumento de remoção das células danificadas por toxinas, radiação ou outros
estímulos e participa da formação dos órgãos, mantendo-se em alguns dos sistemas dos
mamíferos adultos como a pele e o sistema imunológico.
Figura 5: entre as modificações que um girino sofre para transformar-se em adulto, está a eliminação da cauda. A apoptose
dessas células é estimulada com o aumento da concentração do hormônio tireóide na corrente sanguínea.
Por outro lado, a palavra necrose, que também tem origem grega, significa "estado de
morte", pois representa a remoção total da célula que foi drasticamente alterada. Assim, a
ocorrência da necrose está relacionada a agressões severas que levam à queda acentuada da
8
produção de ATP devido ao comprometimento da respiração aeróbica, da manutenção da
integridade da membrana celular, da síntese protéica e da capacidade de multiplicação
celular (ARN e ADN).
Processos necróticos podem ser induzidos por hipóxia (baixo teor de oxigênio nos
tecidos), anóxia (redução mais severa da oxigenação), isquemia (falta de suprimento
sangüíneo para um tecido), intoxicação por monóxido de carbono, exposição do
tecido à radiação e ainda à ação de agentes infecciosos como vírus, bactérias ou
fungos. As perturbações agressivas no tecido danificam as áreas vizinhas, estando o
processo necrótico sempre acompanhado de processo inflamatório. Esses agentes
agressivos provocam a perda da homeostase e da morfologia celular de modo que
as células perdem a sua vitalidade. A autodestruição celular é seguida da
desorganização progressiva, com desintegração completa da região acometida (autólise
celular).
Apoptose ou morte programada
A apoptose é um processo caracterizado inicialmente por alterações na morfologia
celular, o que é verificado com o emprego da microscopia eletrônica, seguida dos
aspectos bioquímicos. Uma característica marcante no processo apoptótico é a
manutenção da integridade das organelas, principalmente em relação à
mitocôndria.
A primeira alteração observada na morfologia de uma célula em apoptose é a agregação da
cromatina em grandes massas granulares compactadas, que se ligam à carioteca,
anormalmente convoluta (enrolada ou embrulhada, em forma cilíndrica). O aparecimento de
discretos fragmentos nucleares ocorre posteriormente. O nucléolo aumenta de tamanho e
apresenta grânulos pronunciados e dispersos. No centro do núcleo, são observados grânulos
finos de origem incerta e os poros nucleares não são detectados em regiões de cromatina
condensada, permanecendo intactos em regiões de eucromatina. A condensação da cromatina é
provocada pela fragmentação do ADN, induzida pelas endonucleases (Figura 6).
(A)
Endonucleases são
enzimas que cortam
pedaços de ADN em
regiões seqüenciais
específicas. São
ferramentas básicas para
a Biologia Molecular e
para a Engenharia
Genética.
(B)
Figura 6: esquema de uma célula em processo apoptótico. A) A seta mostra a condensação da cromatina na face interna
da membrana nuclear formando aglomerações crescentes, fase inicial da apoptose. B) Etapa mais avançada, em que a
membrana nuclear forma evaginações contendo cromatina condensada, o que posteriormente dará origem aos corpos
apoptóticos.
Na apoptose, o ADN do cromossomo é cortado pelas endonucleases em regiões
específicas entre os nucleossomas. Como cada unidade dessas tem cerca de 200 pares de bases
(nucleotídeos), os fragmentos de ADN gerados têm esse número de pares de bases ou
9
múltiplos dele. Assim, se for realizada eletroforese do ADN de uma célula apoptótica (técnica
que separa as proteínas por tamanho), será observado uma redução gradual no tamanho dos
fragmentos, formando uma escada (200 pares de bases, 400, 600, etc.), o que é característico na
apoptose.
Nesse processo as organelas se condensam devido à redução do volume celular
(decorrente de ligações interprotéicas no citoplasma), os microvilos desaparecem e
surgem protuberâncias na superfície da célula. Nos tecidos sólidos, as células se
separam das vizinhas e nas células do tecido epitelial os desmossomos se desfazem,
como pode ser observado no esquema demostrado a seguir (Figura 7). O citoplasma se
condensa mais, o núcleo fica em forma de lua crescente, rompe-se em dois ou mais
fragmentos, as protuberâncias da superfície celular se destacam, dando origem aos
corpos apoptóticos, esféricos ou ovais, que contêm as organelas estreitamente
acondicionadas, com ou sem fragmentos nucleares. Esses são fagocitados por
macrófagos ou por células vizinhas. Inicialmente a integridade das organelas é mantida
dentro dos fagócitos, mas eventualmente são degradadas pelos lisossomos após fusão
aos fagossomos. Se o tecido for parenquimatoso, as células adjacentes migram para
repor o espaço da célula que foi eliminada. Uma característica importante desse
processo é que as organelas e a membrana citoplasmática são conservadas intactas até
ocorrer a fagocitose pelos macrófagos.
Eletroforese é uma
técnica utilizada para
separar moléculas
orgânicas, normalmente
proteínas, ADN e ARN,
em um gel de acordo
com sua massa
molecular, quando
submetidas a uma
diferença de potencial
elétrico.
Figura 7: esquema resumido das alterações morfológicas de uma célula epitelial em processo apoptótico. A célula
reduz seu tamanho, destaca-se das células vizinhas, forma corpos apoptóticos e é fagocitada pelos macrófagos do tecido.
O processo é controlado por genes responsáveis pelo crescimento e diferenciação celular. 1) Organização do
tecido epitelial normal; 2) condensação da cromatina nuclear e diminuição do volume celular; 3) formação dos
corpos apoptóticos e expressão de receptores para macrófagos que os fagocitam; 4) célula totalmente removida do
tecido.
10
Mecanismo bioquímico da apoptose
As características moleculares e bioquímicas da apoptose nem sempre estão associadas às
alterações morfológicas, pois, muitas vezes, alterações na morfologia da mitocôndria, do
retículo endoplasmático e dos lisossomos não são detectadas (organelas relacionadas com o
processo químico da apoptose).
Os eventos químicos mais observados na apoptose estão envolvidos com a ativação
das caspases, a permeabilidade das membranas mitocondriais, o vazamento de diversas
moléculas do interior das mitocôndrias, a ativação de nucleases, a desestabilizacão do
citoesqueleto, a externalização da fosfatidilserina (fosfolipídio da camada interna da
membrana celular que, na apoptose, é exposto na camada externa), com a promoção de
interligação das proteínas. Esses eventos podem ser iniciados por duas vias básicas: a
intrínseca ou mitocondrial, iniciada dentro da célula pela mintocôndria, e a extrínseca ou de
receptores de morte, disparada por receptores externos que fazem contato com o interior da
célula.
O nome caspase é
originário de sua função
denominada em inglês:
cystein-aspartic-acidproteases.
As caspases são as proteínas mais importantes nesse processo. É um grupo de
proteases baseadas em cisteína (enzimas com um resíduo de cisteína), capazes de
clivar outras proteínas depois de um resíduo de ácido aspártico. Essas proteínas
estão presentes no citoplasma celular ou no interior das mitocôndrias na sua forma
inativa. Quando ativadas, as caspases iniciadoras (caspases 2, 8, 9 e 10) clivam outras
caspases, as efetoras ou executoras (caspases 3, 6 e 7), as quais clivam proteínas que
irão desencadear alterações celulares que resultarão na remoção da célula do tecido. As
caspases l, 4 e 5 possuem função pouco esclarecida, mas aparentemente essas atuam
no processo inflamatório. A nomenclatura das caspases ocorreu na ordem da sua
identificação.
Várias proteínas são apontadas como "alvos" das caspases. A caspase 3, que é uma
caspase executora, atua sobre a proteína ICAD (inibidor da desoxinuclease ativada por
caspase, do inglês inhibitor of the caspase-activated deoxinuclease), que em condições normais
se liga a uma endonuclease no citoplasma (CAD), inibindo sua atividade. A inativação da
ICAD deixa a CAD livre para clivar a cromatina. A CAD cliva inespecificamente o ADN
nas regiões mais expostas, o que desencadeia o “padrão em escada” das bandas de
eletroforese do ADN, referido no texto acima. Já a clivagem de proteínas do citoesqueleto,
como a actina, Gas2 e fodrina pela caspase 3, tem como consequência a redução do volume
celular.
A via extrínseca da apoptose é induzida pela ativação dos “receptores de morte”.
Existem pelo menos cinco tipos específicos de receptores presentes na membrana de
várias células e levam essa denominação por serem responsáveis pelo disparo externo
desse processo. Uma das vias de disparo é pelos linfócitos T citotóxicos que possuem os
receptores Fas-Ligante (FasL). Quando o linfócito se liga à célula-alvo, a FasL une-se à Fas
nas membranas das células-alvo, alterando sua conformação externa. Essa alteração faz
com que a parte interna da proteína Fas ative a caspase 8, iniciando a cascata das caspases
(Figura 8A).
Em outros casos, as células podem ser danificadas ou estressadas disparando a
agregação das pró-caspases e ativando-as dentro da célula. Essa é denominada de via
intrínseca, onde o processo apoptótico é desencadeado devido às alterações geradas na
11
mitocôndria. Nesse caso, espécies reativas de oxigênio, óxido nítrico, altas concentrações
de cálcio, ácidos graxos, ceramidas, luz UV, toxinas, glicocorticóides, entre outros, induzem
a abertura de poros na membrana mitocondrial, possibilitando a saída de proteínas como o
citocromo c, Apaf (apoptosis-inducing factor – fator que induz a apoptose), endonuclease G,
pró-caspases 3 e 9, iniciando a apotpose. No citoplasma, o citocromo c liga-se à proteína
Apaf-1, que se junta também com o ATP, formando o apoptossomo. A Apaf-1 agrega-se,
tornando-se ativa e, assim, ativa a caspase 9. Ela então cliva as caspases efetoras 7 e 3, que
desencadeiam a clivagem de outras caspases e diversos outros alvos, culminando em todas
as alterações celulares já descritas (Figura 8B). Desse modo, quase todas as alterações
morfológicas observadas nas células em apoptose são determinadas pela ação das caspases
sobre a estrutura celular.
Figura 8: (A) ativação da apoptose pela via extrínsica (ativada pelo lado externo da célula) e (B) ativação da
apoptose pela via intrínsica devido à desorganização da mitocôndria.
Um outro grupo de proteínas importantes para o processo apoptótico é o da família
da proteína Bcl-2. Essas proteínas integram sinais de morte ou de sobrevivência da célula,
regulando a apoptose. Seu efeito protetor evita a apoptose de modo direto, bloqueando
complexos de caspases, ou indireto, impedindo a liberação de componentes capazes de
ativar a caspase 3. Certas células normais produzem níveis relativamente altos de Bcl-2 e
acredita-se que isso preserve células cuja morte seria devastadora para o organismo.
12
A proteína p53 (nome referente à sua massa molecular de 53 unidades de massa
atômica) é outra proteína importante na apoptose. Ela é expressa pelo gene denominado de
gene supressor de tumor, pois essa proteína é capaz de desencadear a apoptose,
impedindo o desenvolvimento de células cancerígenas. O estudo da apoptose e do câncer
começa a esclarecer o motivo da resistência de muitos tumores ao tratamento. Pensava-se
que as terapias (rádio e quimioterapia) eram capazes de necrosar o tumor, mas sabe-se que
as células morrem em geral por apoptose. O que parece ocorrer é que tanto a radiação
quanto as drogas danificam o ADN das células cancerosas, ativando o gene p53 e levando
ao suicídio celular.
Necrose
A necrose é claramente visível por microscopia eletrônica, onde pode ser observada
uma célula inchada, com organelas danificadas (em particular as mitocôndrias),
sem alteração significativa das características do núcleo. Ocorre o aparecimento de
vacúolos, a desagregação dos polissomos, a coagulação da cromatina e o
despreendimento dos ribossomos do retículo endoplasmático. Essas lesões
impedem a manutenção do equilíbrio celular interno.
Em condições normais, alguns íons, em especial o sódio e o cálcio, são bombeados para
fora, e o mecanismo da regulação osmótica das células impede a entrada excessiva de água.
Esse fluxo é alterado na necrose, os íons e a água fluem livremente para dentro da célula
ocasionando o seu intumescimento e essa se rompe. A ruptura libera o conteúdo celular,
rico em proteases (enzimas que quebram outras proteínas), e outras substâncias tóxicas
para o tecido vizinho (Figura 9). Além da toxicidade direta para as células vizinhas, o
derrame gera substâncias que atraem células do sistema imune, causando intensa reação
inflamatória. Leucócitos, como os neutrófilos e os macrófagos, migram para o tecido
necrosado e fagocitam as células mortas. A inflamação, típica da necrose, é importante para
limitar infecções e remover restos celulares, mas a atividade e as secreções dos leucócitos
também podem danificar os tecidos vizinhos normais.
Relembre sobre os
Figura 9: Figura baseada numa micrografia eletrônica de uma célula em necrose, que estava sendo mantida em
conceitos glicólise, ciclo
cultura. A seta aponta o conteúdo celular que foi liberado pela desestabilização da membrana.
de Krebs e fosforilação
oxidativa do Módulo II.
As vias afetadas na necrose são a glicólise, o ciclo de Krebs e a fosforilação
oxidativa, sendo que o comprometimento dessa não depende do agente causador. A
13
redução da síntese de ATP ou a sua depleção causam prejuízos no processo de síntese das
proteínas e lipídios, nos processos degradativos de renovação dos fosfolipídios e nas
bombas dependentes de ATP, que transportam os íons através das membranas,
proporcionando o controle osmótico da célula. Seus principais agentes causadores são a
hipóxia, a isquemia e a contaminação com substâncias tóxicas. Nos casos de hipóxia, o
tecido afetado começa a produzir ATP pela via anaeróbica e não pela aeróbica (como ocorre
em condições normais), utilizando como substrato a glicose desviada do sangue ou da
glicogenólise. Já na isquemia, a falta de O2 é acompanhada de baixo suprimento de glicose,
comprometendo ainda mais a produção de ATP.
A lesão da mitocôndria é causada por quase todos os agentes nocivos e tem como
conseqüência o bloqueio da cadeia respiratória, da diferença de potencial entre os
compartimentos mitocondriais e do gradiente de pH na organela. Em uma lesão celular
muito grande, ocorre a depleção de ATP e a formação de espécies reativas de oxigênio que
em alta quantidade podem desencadear a necrose pela perda de controle osmótico da
célula, lesão da membrana e ativação das hidrolases (enzimas que promovem a divisão do
substrato orgânico na presença de água). Quando as lesões na mitocôndria são menores, é
possível que haja ATP suficiente para manter as atividades celulares e para a ativação dos
apoptossomos, podendo induzir o processo apoptótico para que esse seja substituído pela
necrose. Não podemos esquecer que existem várias mitocôndrias em uma célula e se o
funcionamento de algumas é comprometido, outras podem ser mais resistentes e manter a
síntese de ATP.
Atividade complementar 2
Para melhorar seu entendimento sobre apoptose e necrose, monte um quadroresumo comparando ambos os processos e desenhe uma célula em apoptose e
outra em necrose. Busque as informações no texto e na internet se você achar
necessário.
V. O comprometimento da integridade dos tecidos no
envelhecimento
Você deve estar se perguntando: e o envelhecimento? Se as células somáticas
possuem telomerase com atividade reduzida e por isso estão constantemente
sendo substituídas nos tecidos, as células progenitoras, por sua vez, possuem essa
enzima com elevada atividade, tendo capacidade infinita de duplicação. Então por
que envelhecemos?
Uma das teorias que tentam explicar o declínio das condições físicas com a idade
está associada justamente à redução da capacidade regenerativa dos tecidos, na qual as
células progenitoras são fundamentais. Estudos mostram que o aumento da senescência
nos compartimentos das células progenitoras causaria o declínio fisiológico na
homeostase dos tecidos, tendo conseqüências na expressão da idade.
14
Duas outras teorias defendem ainda que as modificações protéicas induzidas com
o avanço da idade conduzem ao envelhecimento, sendo o colágeno apontado como a
Existem pelo menos 28
principal proteína comprometida nesse processo.
A teoria das glicosilações argumenta que nos indivíduos mais velhos ocorre um
aumento gradativo das ligações cruzadas ou glicosilações (adição de sacarídios em
cadeias protéicas) em proteínas como o colágeno. As glicosilações sugeridas nessa teoria
seriam decorrentes de uma elevação da glicemia ou glicose tecidular, que estaria
aumentada em conseqüência da idade avançada.
Já a teoria da quebra das ligações defende que com a idade aumentam as quebras
das ligações em macromoléculas, como o ADN, colágeno e elastina, comprometendo
sua capacidade funcional e, com isso, desencadeando o envelhecimento celular e
tecidual.
O colágeno e a elastina são proteínas que constituem a matriz extracelular do
tecido conjuntivo, as quais são responsáveis por grande parte das suas
propriedades físicas. Modificações estruturais nessas proteínas podem reduzir a
resistência mecânica e elástica do tecido conjuntivo, podendo responder, em parte,
pelo aumento da flacidez desencadeado com o envelhecimento.
VI. Fatores que interferem na qualidade e no tempo de vida
tipos de colágeno no
corpo humano. O
colágeno aparece nos
tendões, nas cartilagens,
na córnea, no sangue, no
endotélio e desempenha
várias funções como
unir e fortalecer outros
tecidos.
A deficiência de
colágeno no organismo
pode provocar flacidez
muscular, má formação
óssea, inflamação nos
tendões, entre outras.
Para evitar sua
deficiência, é importante
ter uma alimentação
saudável, beber muita
água e praticar
exercícios físicos.
Manter uma boa
alimentação, ou seja, ter
uma vida regrada e
saudável é importante,
pois pode retardar os
danos nessa estrutura
causados pelo
envelhecimento.
Os fatores não genéticos que podem interferir na qualidade e no tempo de vida de um
Internet
organismo estão relacionados com o tipo de alimentação, prática de exercícios físicos, No endereço
eletrônico
qualidade do meio em que habita, exposição a radiações, entre outros.
Como já mencionado anteriormente, a
alimentação é um fator que está bastante
vinculado ao envelhecimento. O retardo desse
processo não está relacionado com a redução na
quantidade de carboidratos, proteínas e gorduras
da dieta, mas com a adequação do número de
calorias ingeridas à demanda do organismo, bem
como a distribuição dessas calorias entre grupos
de alimentos que contenham outros nutrientes
de importância, como proteínas, fibras e
micronutrientes. Assim, uma dieta adequada em
termos de calorias e sais, por exemplo, pode
representar pressão arterial controlada, níveis de
glicose e triglicerídios próximos aos valores de
referência, estabelecendo uma condição mais
saudável para o funcionamento do organismo.
<http://drauziovarell
a.ig.com.br/artigos/di
etaeenvelhecimento.as
p>, você saberá mais
sobre o efeito da
alimentação e da
atividade física no
envelhecimento do
organismo.
Por outro lado, o bom funcionamento do intestino depende das fibras encontradas
nos vegetais. Como as fibras possuem baixos valores calóricos, podem ser ingeridas em
15
maiores quantidades. No entanto, as dietas realizadas somente com alimentos vegetais
(vegetarianas) parecem não interferir na longevidade. O mesmo é observado para o uso
excessivo de vitaminas. Uma linha da medicina alternativa declara que a administração de
doses elevadas de vitaminas pode bloquear os efeitos dos radicais livres. Mas, o uso
excessivo de alguns compostos pode induzir patologias, como o observado para o
betacaroteno, que é encontrado em diversos complexos vitamínicos e é capaz de aumentar
a incidência de câncer nos pulmões de fumantes. A prática de exercícios físicos mantém o
peso corpóreo, aumenta a resistência muscular, a imunidade nata, a capacidade ventilatória
dos pulmões, melhora o processo circulatório nos tecidos, controlando e prevenindo a
instalação de patologias. Entretanto, esse fator somente reduz a probabilidade de morte
precoce, sem interferir no tempo de vida do indivíduo.
Outro fator que deve ser considerado na discussão da longevidade é a poluição. A
poluição ambiental desencadeia uma série de alterações fisiológicas, principalmente nas
vias respiratórias. Dados epidemiológicos e registros ambientais mostram que o aumento
da incidência de doenças alérgicas é concomitante com o incremento das concentrações de
dióxido de nitrogênio (NO2), ozônio (O3), dióxido de enxofre (SO2), partículas "não
De acordo com o
determinadas" respiráveis menores que 10 micrometros, produtos químicos e orgânicos Sistema Internacional
(SI) de medidas
voláteis, observado principalmente nas grandes cidades.
As partículas "não determinadas" respiráveis, que são liberadas da queima de
madeira ou de carvão e pelo cigarro, comprometem o funcionamento do sistema
respiratório. Quando o ambiente contém valores acima de 265µg/mm3 (limite máximo
tolerável) dessas partículas, são relatadas irritações oculares, nasais e de garganta, infecções
respiratórias e bronquite, cefaléia e ainda há o aumento da probabilidade de desenvolver
câncer pulmonar. Nesse contexto, não podemos deixar de enfatizar que a ocorrência de
queimadas, observada principalmente na região Norte e Centro-Oeste do Brasil, é
responsável pelo aumento do número de partículas "não determinadas" respiráveis acima
dos valores aceitáveis pelo organismo humano. Assim, uma troca gasosa limpa é essencial
para o funcionamento adequado do organismo, o que não significa aumento da
longevidade, mas a redução da probabilidade de morte precoce.
1 micrometro (µm) = 106 m.
Por fim, o envelhecimento é um processo que resulta no declínio funcional e na
morte dos organismos. Em nível celular, o estudo das células senescentes, em cultura, tem
proporcionado modelo para entender a perda da funcionalidade e o processo do
envelhecimento. As evidências experimentais apoiam as hipóteses de que o
envelhecimento é uma sequência de eventos programados que caracterizam o processo
final de diferenciação de um organismo e que esse também é decorrente da ação aleatória
de mutações casuais estando, assim, apoiado em fatores genéticos e não genéticos.
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VII. Referências
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<http://www.psicologia.com.pt/artigos/textos/A0283.pdf>
<http://www.scielo.br/pdf/rbp/v21s2/v21s2a03.pdf>
<http://www.wielkaencyklopedia.com/pt/wiki/Apoptose.html>
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