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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).

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.

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?

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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 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.

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

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 para o funcionamento da célula. Eles

estão localizados nas extremidades dos cromossomos e são compostos de

seqüências repetitivas de ADN, que conferem a sua estabilidade, organizam a

posição do cromossomo no núcleo, evitam a junção da porção terminal de

diferentes cromossomos durante a replicação e o protegem contra processos de

degradação.

Durante o processo de duplicação do ADN, uma parte dos telômeros é perdida e,

segundo a hipótese telomérica de senescência, essa perda progressiva nas

sucessivas mitoses atua como um relógio biológico para as divisões celulares.

Desse modo, a velocidade e a extensão dessas perdas determinam quantas vezes

cada célula pode se dividir, por quanto tempo irá sobreviver e quando morrerá.

Transcriptase reversa é uma enzima que sintetiza molécula de ADN tendo como molde uma molécula de ARN.

(A) (B)

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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).

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).

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

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.com.br/controlPanel/materia/resource/download/55391>.

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).

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.

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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.

O acúmulo de radicais livres foi referido anteriormente como uma característica

das células que entram em senescência. O estresse oxidativo é um fator limitante para a

célula, o excesso de radicais livres pode comprometer o funcionamento celular e/ou

induzir a formação das células tumorais. A teoria da lesão/regeneração do ADN

defende que o material nuclear sofre constantes lesões, quase sempre provenientes do

estresse oxidativo. Essas lesões são continuamente reparadas pelas polimerases. No

entanto, quando o organismo não consegue mais repará-las na mesma velocidade com a

qual são produzidas, inicia-se o seu acúmulo. Os casos de lesões oxidativas do ADN

parecem ser mais decisivos para a longevidade celular do que o comprimento dos

telômeros. As evidências sugerem que o papel dos telômeros no processo de

envelhecimento celular deve ser mais decisivo no tecido constituído por células

mitóticas do que naquele onde a capacidade regenerativa é determinante.

Na tentativa de entender como o processo de envelhecimento celular é desencadeado,

alguns genes ligados ao desenvolvimento de doenças relacionadas com a idade estão sendo

pesquisados, como o gene responsável pela síndrome de Werner (gene WRN, localizado no

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 carcinogênica (células imortais).

Síndrome de Werner, também conhecida como “Síndrome do envelhecimento precoce”, é uma doença de origem genética cujos sintomas iniciam-se entre os 30 e 40 anos e envolvem alterações na pele, esquecimentos, calcificação dos vasos sanguíneos, osteoporose e catarata. A doença de Alzheimer ou Mal de Alzheimer é uma doença degenerativa do cérebro caracterizada pela perda progressiva de memória. Alterações no gene da apolipoproteína podem estar relacionadas ao desenvolvimento da doença.

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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.

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,

provocada pelo estresse oxidativo, que interfere no conjunto de reações químicas que

ocorrem no interior da mitocôndria.

Sobre respiração celular e o papel das mitocôndrias, veja Módulo II, Unidade 13.

Estudos são conduzidos para induzir mutações em genes relacionados 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

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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

peróxido O2- e íon hidroxila OH-), que reagem com substâncias orgânicas e inorgânicas, como

proteínas, fosfolipídios da membrana e ácidos nucléicos.

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.

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.

No endereço eletrônico <www.fmrp.usp.br/revista/1998/vol31n3/peroxidacao_lipidica.pdf>, você pode achar maiores informações sobre radicais livres, estresse oxidativo e peroxidação lipídica.

Atividade complementar 1

Elabore um esquema que explique a formação dos radicais livres dentro da célula

e a sua ação nos diferentes compartimentos celulares.

Internet

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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.

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

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.

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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).

Apoptose ou morte programada

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).

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

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).

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.

Endonucleases são enzimas que cortam pedaços de ADN em regiões seqüenciais específicas. São ferramentas básicas para a Biologia Molecular e para a Engenharia Genética.

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.

(A) (B)

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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.

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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.

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

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.

O nome caspase é originário de sua função denominada em inglês: cystein-aspartic-acid-proteases.

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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.

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.

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.

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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

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.

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

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.

Figura 9: Figura baseada numa micrografia eletrônica de uma célula em necrose, que estava sendo mantida em cultura. A seta aponta o conteúdo celular que foi liberado pela desestabilização da membrana.

Relembre sobre os

conceitos glicólise, ciclo

de Krebs e fosforilação

oxidativa do Módulo II.

14

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.

V. O comprometimento da integridade dos tecidos no envelhecimento

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.

Atividade complementar 2

Para melhorar seu entendimento sobre apoptose e necrose, monte um quadro-

resumo 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.

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?

15

Duas outras teorias defendem ainda que as modificações protéicas induzidas com

o avanço da idade conduzem ao envelhecimento, sendo o colágeno apontado como a

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.

VI. Fatores que interferem na qualidade e no tempo de vida

Os fatores não genéticos que podem interferir na qualidade e no tempo de vida de um

organismo estão relacionados com o tipo de alimentação, prática de exercícios físicos,

qualidade do meio em que habita, exposição a radiações, entre outros.

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

Existem pelo menos 28 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.

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.

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.

No endereço eletrônico <http://drauziovarella.ig.com.br/artigos/dietaeenvelhecimento.asp>, você saberá mais sobre o efeito da alimentação e da atividade física no envelhecimento do organismo.

Internet

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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

determinadas" respiráveis menores que 10 micrometros, produtos químicos e orgânicos

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.

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.

De acordo com o Sistema Internacional (SI) de medidas 1 micrometro (µm) = 10-

6 m.

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VII. Referências

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