A biologia celular é o estudo da estrutura, função e comportamento das células. Todos os organismos vivos são compostos de células, que podem ser amplamente divididas em procariontes (bactérias e arquéias) e eucariontes (protistas, fungos, plantas e animais).
Estrutura celular procariótica
O nucleóide é uma região dentro do citoplasma que contém um único cromossomo circular (dsDNA) superenrolado por topoisomerases; ao contrário dos eucariotos, não existe membrana nuclear. Os ribossomos são 70S (subunidades 50S + 30S) compostos por rRNA e proteínas, responsáveis pela síntese proteica, e seu tamanho 70S os distingue dos ribossomos 80S eucarióticos. A membrana citoplasmática é uma bicamada fosfolipídica com proteínas incorporadas que funciona como uma barreira de permeabilidade seletiva, um local de transporte de elétrons e síntese de ATP (fosforilação oxidativa) e um aparelho de secreção. A parede celular é uma camada de peptidoglicano (Gram-positiva ou Gram-negativa) que mantém a forma celular e resiste à pressão osmótica. Os flagelos fornecem motilidade por meio de um motor rotativo, enquanto os pili (fímbrias) medeiam a adesão a superfícies e outras células.
Estrutura celular eucariótica
A membrana plasmática é uma bicamada fosfolipídica com colesterol (ausente em procariontes) contendo proteínas incorporadas para transporte, sinalização e reconhecimento célula-célula; o modelo de mosaico fluido descreve sua natureza dinâmica. O núcleo é envolvido por uma membrana nuclear dupla (envelope) com poros nucleares que regulam o tráfego molecular e contém cromatina (DNA + histonas), nucléolo (síntese de rRNA) e nucleoplasma.
Sistema Endomembrana
O retículo endoplasmático existe em duas formas: RE rugoso (repleto de ribossomos) para síntese e enovelamento de proteínas, e RE liso para síntese lipídica, metabolismo de carboidratos e armazenamento de cálcio. O aparelho de Golgi é uma pilha de cisternas achatadas que modifica, classifica e empacota proteínas para secreção (constitutiva ou regulada) ou entrega a outras organelas. Os lisossomos são vesículas ligadas à membrana contendo enzimas hidrolíticas (hidrolases ácidas, pH ideal ~ 5) para degradação de macromoléculas, patógenos e organelas danificadas por meio de autofagia.
Organelas produtoras de energia
As mitocôndrias são organelas de membrana dupla com uma membrana interna dobrada em cristas; eles são o local da fosforilação oxidativa, gerando ATP por meio da cadeia de transporte de elétrons e do acoplamento quimiosmótico. Eles contêm seu próprio DNA circular (mtDNA) e ribossomos 70S, evidência de sua origem endossimbiótica. Os cloroplastos (em algas e plantas) também são organelas de membrana dupla com pilhas de tilacóides (grana) para a fotossíntese e contêm seu próprio DNA e ribossomos.
Citoesqueleto
Os microfilamentos (actina) têm 7 nm de diâmetro, envolvidos no movimento celular, na citocinese e na manutenção da forma celular, polimerizando a partir de monômeros de ATP-actina. Os microtúbulos são tubos ocos de 25 nm de diâmetro compostos de dímeros de α/β-tubulina que formam o fuso mitótico, cílios e flagelos (arranjo 9+2) e servem como trilhas para transporte intracelular por meio de motores de cinesina e dineína. Os filamentos intermediários têm 10 nm de diâmetro e compreendem diversas proteínas (queratina, vimentina, lamina) proporcionando resistência mecânica e suporte estrutural nuclear.
Divisão Celular
Mitose é a divisão nuclear que produz duas células-filhas geneticamente idênticas (prófase, metáfase, anáfase, telófase) e é usada para crescimento e reparo de tecidos. A meiose envolve duas rodadas de divisão (meiose I e II) produzindo quatro gametas haplóides não idênticos com variação genética de cruzamento e sortimento independente. Citocinese é a divisão do citoplasma, realizada por um anel contrátil de actina-miosina nas células animais ou uma placa celular nas células vegetais.
