Introdução à Biologia/Célula/Célula Procarionte e Célula Eucarionte

Existem apenas dois tipos de células que formam todos os seres vivos: as células procariontes e as células eucariontes. A diferença mais marcante entre essas duas classes de células é a presença ou não do núcleo celular. As células procariontes não possuem núcleo celular e seu material genético está disperso no citoplasma; sendo que desse fato deriva o nome dessas células: procarionte em grego significa "antes do núcleo" (pro = antes, primeiro, primitivo; e karyon = núcleo). As células eucariontes possuem seu material genético envolto por uma membrana, formando o núcleo celular. Em grego, eucarionte significa "núcleo verdadeiro" (eu = verdadeiro; e karyon = núcleo). Embora o núcleo seja utilizada para nomear esses dois tipos de células, existem muitas outras diferenças que serão vistas mais adiante. Os organismos formados por células procariontes são as bactérias, cianobactéria e as arqueobactérias. Os seres formados por células eucariontes são todos os outros: protistas, fungos, animais e plantas.

Célula procarionte

Esquema mostrando estruturas de uma célula procarionte flagelada.

Como comentado anteriormente, a característica mais marcante das células procariontes é a ausência de núcleo celular. Desse modo, o material genético (DNA), fica agrupado em uma região específica do citoplasma chamada região nucleoide ou apenas nucleoide. O termo nucleoide significa semelhante ao núcleo, já que o DNA dessa região não está envolto por membrana nuclear e por isso não trata-se de um núcleo verdadeiro. O DNA das células procariontes, localizado na região nucleoide do citoplasma, forma um cromossomo circular com menor quantidade de proteínas que o cromossomo das células eucariontes, além de não estar associado as histonas. Os cromossomos eucariontes têm forma linear e não circular. Na grande maioria das células procariontes, existe apenas um único cromossomo circular e anéis de pequenos segmentos de DNA chamados plasmídeos, os quais são importantes para a troca de informações genéticas entre as bactérias.

As células procariontes possuem membrana plasmática e parede celular formada por polissacarídeos e aminoácidos, o chamado peptídeoglicano, conferindo rigidez à parede celular; entretanto, as arqueobactérias não possuem peptídeoglicano na sua parede celular. Algumas espécies de procariontes possuem membrana plasmática especializada, onde ocorre a realização de processos metabólicos como a respiração celular e fotossíntese. Externamente à parede celular das células procariontes, existe uma camada de polissacarídeo e proteínas chamada cápsula, cuja função é de proteção, adesão ao meio externo e adesão a outros indivíduos para a formação de colônias. Em algumas células procariontes, existem estruturas proteicas em forma de pelos, que se projetam da superfície da bactéria em direção ao meio externo. Essas estruturas são as chamadas fímbrias, que também tem função de adesão ao meio externo ou outras células procariontes. Geralmente, as células procariontes são de menor tamanho que as células eucariontes. O tamanho médio de uma célula procarionte é de 1 a 5 μm de diâmetro. As menores bactérias conhecidas possuem diâmetro de 0,1 a 1,0 μm. Já uma célula eucarionte tem cerca de 10 a 100 μm de diâmetro.

Uma outra característica marcante de todas as células procariontes é a falta de organelas intracelulares envolvidas por membranas e a ausência de citoplasma dividido em compartimentos. A única organela existente nas procariontes é o ribossomo, o qual pode estar ligado à molécula de RNA mensageiro, formado uma fileira de ribossoma chamada polirribossomos. O citoplasma da célula procarionte é desprovido de citoesqueleto e a forma dessas células é mantida somente pela rigidez da parede celular. De um modo geral, a células procariontes são capazes de locomoverem-se principalmente através de flagelos. Esses flagelos possuem estrutura mias simples que os flagelos das células eucariontes mas são capazes de fornecer velocidade incrível à célula. Algumas bactérias são capazes de moverem-se cerca de 50μm a cada segundo, ou seja, 50 vezes ou seu tamanho a cada segundo, se considerarmos uma célula de 1 μm de diâmetro. Apenas para efeito de comparação, se uma pessoa com 1,80 metros de altura mover-se a 50 vezes ou seu tamanho, atingiria 324 Km/h.

Célula eucarionte

Esquema mostrando estruturas de uma célula eucarionte animal.

A presença de núcleo celular é o grande diferencial entre a células eucariontes e procariontes, no entanto, existem muitas outras diferenças. As células eucariontes possuem uma ampla rede de membranas internas formando as várias organelas intracelulares cada uma executando uma função metabólica específica. A divisão da célula em organelas ou compartimentos permite que processos químicos incompatíveis possam ocorrer simultaneamente no interior da célula. Dentre as diversas organelas intracelulares temos:

• Mitocôndrias
• Cloroplastos
• Retículo endoplasmático liso
• Retículo endoplasmático rugoso
• Aparelho de Golgi
• Lisossomas
• Peroxissomas
• Centríolo
• Ribossomos

O tamanho também é um aspecto diferencial entre as células procariontes e eucariontes, sendo essas últimas maiores. O tamanho médio de uma célula procarionte é de 1 a 5 μm de diâmetro, enquanto que o tamanho de uma célula eucarionte varia de 10 a 100 μm de diâmetro. A separação da célula em compartimentos melhora a eficiência e permite que a célula tenha um maior tamanho, entretanto, as células não atingem tamanhos macroscópicos pois o fluxo de substâncias pela membrana celular atua como fator limitante ao crescimento celular. Por exemplo, se uma célula dobra o seu tamanho, sua área superficial aumenta 4 vezes, porém o seu volume aumenta 8 vezes. Como o fluxo de substâncias através da membrana tem um limite máximo, não haverá passagem suficiente de nutrientes pela membrana para suprir as necessidade metabólicas da célula com volume maior. Concluímos que a relação entre a área e o volume da célula determina seu tamanho. Uma relação área/volume alta, permite uma melhor troca de substâncias entre a célula e o meio externo, enquanto que uma relação área/volume baixa dificulta a troca de substâncias. A divisão da de uma célula em duas, aumentaria a relação área/volume favorecendo a troca de material entre o intra e extracelular. Uma estratégia que as células usam para aumentar sua área de superfície sem aumentar muito seu volume é a formação de microvilosidades.

As células eucariontes de fungos e plantas possuem parede celular formada por celulose (plantas) e quitina (fungos) não possuindo peptídeoglicano em sua constituição.

Diferenças entre procarionte e eucarionte

As diferenças entre estes seres são a nível celular, como podemos observar através da tabela que se segue:

Características	Célula procarionte	Célula eucarionte
Tamanho	0,5 a 5 μm de diâmetro	10 a 100 μm de diâmetro e em média 1000 a 10000 vezes o volume da célula procariótica
Parede celular	Rígida, constituída por polissacarídeos com aminoácidos	Rígida. Presente nas plantas, em alguns protistas e na maioria dos fungos.
Material genético	Em contato com o citoplasma e sem qualquer invólucro nuclear	Está encerrado no núcleo. Apresenta várias moléculas de DNA associadas a proteínas.
Cromossomo circular	Presente	Ausente
Organelas	Sem organelas membranares, com muitos ribossomos	Diversos organelas, como mitocôndrias, retículo endoplasmático e complexo de Golgi
Estruturas respiratórias	Hialoplasma e membrana plasmática	Hialoplasma e mitocôndrias
Fotossíntese	Sem cloroplastos mas ocorre por vezes em lamelas fotossintéticas	Dá-se nos cloroplastos (apenas nas células vegetais)
Flagelos	Organelas locomotores simples apenas ligados à superfície da célula	Organelas locomotores complexos envoltos na membrana plasmática

Relações entre procarionte e eucarionte

Esquema mostrando a origem das mitocôndrias e cloroplastos dos eucariontes a partir da endossimbiose.

Segundo os dados que existem atualmente, os seres procariontes são muito mais antigos que os seres eucariontes uma vez que os vestígios mais antigos conhecidos de seres eucariontes são de há 1,5 bilhões de anos, enquanto que os vestígios de seres procariontes datam de há pelo menos 3,8 bilhões de anos, o que levou a alguns cientistas admitirem a hipótese dos eucariontes tivessem origem nos procariontes. Essa hipótese é explicada pela Teoria Endossimbiótica.

A Teoria da Endossimbiose, também conhecida como Endossimbiose Sequencial, elaborada por Lynn Margulis, propõe que as organelas que compõem as células eucariontes tenham surgido como consequência de uma associação simbiótica estável entre organismos procariontes. Mais especificamente, esta teoria postula que os cloroplastos e as mitocôndrias (organelos celulares) dos organismos eucariontes eram seres procariontes que por alguma razão entraram no citoplasma da célula eucarionte, obtendo assim proteção e fornecendo energia ao hospedeiro. A principal implicação deste modelo é a de que os eucariotas são, com efeito, quimeras produzidas pela combinação de diversos genomas de procariontes.

A ideia de que a célula eucariótica é um conjunto de micro-organismos foi pela primeira vez sugerida na década de 1920 pelo biólogo norte-americano Ivan Wallin, mas a teoria da origem endossimbiótica das mitocôndrias e cloroplastos só foi formulada por Lynn Margulis da Universidade de Massachusetts - Amherst em 1981, com a publicação do seu ensaio Symbiosis in Cell Evolution (“Simbiose na Evolução das Células”) no qual sugeriu que as células eucarióticas nasceram como comunidades de organismos em interação, que se uniram numa ordem específica. Os elementos procarióticos poderiam ter entrado numa célula hospedeira, quer por ingestão, quer como um parasita. Com o tempo, os elementos originais teriam desenvolvido uma interação biológica mutualmente benéfica que mais tarde se tornou numa simbiose obrigatória.

Margulis também sugeriu que o flagelo e cílio das células eucarióticas pode ter tido origem numa espiroqueta endossimbiótica, mas esses organelos não contêm ácido desoxirribonucleico (DNA, em terminologia inglesa) e não têm semelhanças ultraestruturais com os dos procariotas; por estas razões, essa ideia não tem grande apoio na comunidade científica. A mesma autora sugeriu ainda que as relações simbióticas são uma das principais forças no processo evolutivo, tendo afirmado que "os seres vivos não ocuparam o mundo pela força, mas por cooperação" e considera incompleta a teoria de Darwin de ser a competição a principal força na evolução.

Christian de Duve (premiado com o Prêmio Nobel Medicina, em 1974) considera que os peroxissomas podem ter sido os primeiros endossimbiontes, que permitiram às células adaptar-se à quantidade crescente de oxigênio molecular na atmosfera da Terra, no entanto, como estes organelos também não possuem DNA, esta teoria é considerada especulativa e sem bases sólidas.