Complemento sobre cabelo
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O documento descreve a estrutura da pele e do cabelo. Ele explica que a pele é composta por três camadas - epiderme, derme e hipoderme - e contém folículos pilosos, glândulas sebáceas e sudoríparas. O documento então detalha a estrutura interna do cabelo, incluindo a papila dérmica, queratinócitos, melanócitos e glândulas sebáceas. Ele explica como esses componentes trabalham juntos para gerar, colorir e lubrificar o c
Complemento sobre cabelo
- 1. 17 3. Estrutura da pele I – cabelo A pele forma a superfície externa contínua ou tegumento do corpo, sendo o maior órgão, constituindo quase um sexto do seu peso total. Possui quatro funções principais: Proteção: a pele fornece proteção contra a luz ultravioleta e agressões mecânicas, químicas e térmicas; sua superfície relativamente impermeável impede a desidratação e atua como uma barreira física à invasão por microrganismos. Sensibilidade: a pele é o maior órgão sensitivo do corpo e contém vários receptores para o tato, pressão, dor e temperatura. Termorregulação: em humanos, a pele é um importante órgão de termorregulação. O corpo é isolado contra a perda de calor pela presença de pêlos e tecido adiposo subcutâneo (insulação). A perda de calor é facilitada pela evaporação do suor na superfície cutânea e aumento do fluxo sangüíneo através da rica rede vascular da derme. Funções metabólicas: o tecido adiposo subcutâneo constitui um importante reservatório de energia, principalmente na forma de triacilgliceróis. Por exemplo, a vitamina D é sintetizada na epiderme. Em diferentes regiões do corpo a pele varia em espessura, cor, presença de pêlos, glândulas e unhas. Apesar dessas variações que refletem diferentes demandas funcionais, todos os tipos de pele possuem a mesma estrutura básica. A pele espessa cobre a palma da mão e a sola dos pés, possui glândulas sudoríparas, mas não possui folículos pilosos, músculos eretores do pêlo e glândulas sebáceas. A pele delgada cobre a maior parte do resto do corpo, contém folículos pilosos, músculos eretores do pêlo, glândulas sudoríparas e glândulas sebáceas. A superfície externa da pele consiste de um epitélio pavimentoso estratificado queratinizado denominado epiderme; sua espessura varia de acordo com as forças funcionais e as influências de desidratação às quais é submetida. A epiderme é sustentada e nutrida por uma camada espessa de tecido fibroelástico denso denominado derme, que é altamente vascularizada e contém muitos receptores sensitivos. A derme é fixada aos tecidos subjacentes por uma lâmina de tecido frouxo denominada hipoderme ou camada subcutânea, que contém quantidade variável de tecido adiposo (Figura 3.1). Figura 3.1 - Ver na Seção 13 "Figuras coloridas". Apêndices epidérmicos O cabelo ou pêlo é composto por células epidérmicas mortas que passaram por um processo de queratinização incluindo a expressão diferencial de queratinas específicas. É derivado dos folículos capilares ou pilosos, que são invaginações que se projetam da derme ou hipoderme. Os músculos eretores do pêlo tornam os pêlos arrepiados para uma melhor insulação.
- 2. 18 As glândulas sebáceas são anexos dos folículos capilares e estão inseridas na derme e hipoderme. São predominantes no rosto, pescoço e parte superior do corpo. Elas secretam por secreção holócrina, na qual a célula secretora morre e torna-se o próprio produto de secreção da glândula. As células mortas são repostas por mitose na periferia da glândula. A secreção é o sebo, uma mistura de triglicérides e colesterol tipo cera. Funciona como um agente protetor e mantém a textura da pele e a flexibilidade do cabelo. As glândulas sudoríparas écrinas são glândulas tubulares em espiral, estão na camada profunda da derme ou sobre a hipoderme e estão presentes em todo o corpo. A sua função primária é o resfriamento por evaporação (transpiração). As glândulas sudoríparas apócrinas são glândulas tubulares que desembocam nos folículos pilosos nas axilas e regiões urogenitais. A secreção é uma mistura de proteínas, carboidratos e íons férricos que não possui odor, porém torna-se fétida após ação de bactérias comensais da pele. A estrutura do cabelo As raízes Estão protegidas na derme, dentro do folículo piloso, onde o cabelo é gerado e colorido (Figura 3.2). Figura 3.2 - Ver na Seção 13 "Figuras coloridas". A papila dérmica O folículo piloso é o resultado de uma associação e interação dos componentes dermal e epidermal. Localizada a 4 mm abaixo da pele (Figura 3.2), a papila dérmica é formada por tecido conectivo que secreta grandes quantidades de matriz extracelular (ver Seção 8). Altamente vascularizada, a papila é a força real que dirige o folículo, provendo toda informação necessária para a multiplicação e diferenciação das células da matriz e, deste modo, regulando o ciclo de vida do cabelo. A glândula sebácea O folículo tem uma ou mais glândulas sebáceas que, por sua vez, contêm uma grande quantidade de células, os sebócitos, que são preenchidos por lipídios (Figura 3.2). A glândula libera seus lipídios na forma de uma substância gordurosa, o sebo. Em quantidades normais, o sebo é essencial para a lubrificação e proteção da fibra capilar mantendo sua flexibilidade e brilho. Controlado por hormônios, o correto funcionamento da glândula sebácea pode se tornar irregular, produzindo muito ou pouco sebo, o que acaba prejudicando o cabelo. Se produzido em excesso, pode tornar o cabelo oleoso e pesado. Por outro lado, a falta de sebo pode tornar o cabelo danificado, seco ou opaco.
- 3. 19 Os queratinócitos Os queratinócitos do folículo piloso são células que se multiplicam numa taxa muito maior do que os queratinócitos da pele (Figura 3.2). Além disso, eles se diferenciam para formar as diferentes estruturas do cabelo. A produção e armazenamento de queratina, um processo denominado queratinização, causa um endurecimento destas células, levando à desintegração de seus núcleos e conseqüente morte. Os melanócitos Os melanócitos são células grandes presas no topo da papila dérmica (Figura 3.2), que produzem o pigmento melanina e o transferem aos queratinócitos, que formam o córtex da fibra capilar (ver abaixo). Os melanócitos usam seus dendritos para injetar os pequenos grânulos de pigmento. Deste modo, o cabelo é incolor no início. Diferentemente da pele, os melanócitos do folículo piloso não precisam da luz do sol para produzir melanina. Os melanócitos produzem a melanina em organelas especializadas chamadas de melanossomos. A transferência dos melanossomos dos melanócitos para os queratinócitos ocorre por um processo ainda não totalmente esclarecido. As hipóteses são de que o melanossoma é injetado diretamente no queratinócito ou ainda que ocorre fagocitose da organela na extremidade dendrítica do melanócito. É interessante notar que a melanina produzida por uma célula da pele consegue suprir até 40 queratinócitos, enquanto que uma do cabelo, apenas 4 ou 5. As diferenças de coloração são devidas às diferenças no número, tamanho e arranjo dos melanossomos. Atividade em software 2 – Detalhando a estrutura do cabelo Veja um modelo virtual de cabelo em: http://www.hair-science.com/_int/_en/R3D/US/droit_index.htm Estudo dirigido 3.1 – Atividade em software 2 1. Localize a papila dérmica no modelo. 2. Localize a matriz do cabelo. 3. Localize a zona queratinógena. 4. Localize a glândula sebácea.
- 4. 20 Estudo dirigido 3.2 - Cabelo 1. Você acha que a penúltima frase do trecho sobre melanina na pele e no cabelo faz sentido? Discuta. “É interessante notar que a melanina produzida por uma célula da pele consegue suprir até 40 queratinócitos, enquanto que uma do cabelo, apenas 4 ou 5.” 2. Faça um esboço de um fio de cabelo, com as principais estruturas e suas funções principais, mostrando o processo de coloração de um fio de cabelo. Use o texto e a animação. Coloração natural do cabelo A melanina existe na forma de dois pigmentos: eumelanina e feomelanina. Eumelanina é na verdade um polímero que ocorre em grânulos dentro dos melanossomos em forma semelhante a um grão de arroz e sua coloração varia de vermelho escuro a preto. Ela é gerada a partir da tirosina, por ação da tirosinase. Feomelanina ocorre em melanossomos com uma forma menos precisa e pode ser vista na forma de pontos difusos. Sua coloração varia de amarelo para vermelho. Difere da eumelanina, porque, além da tirosina, outro aminoácido, a cisteína, está envolvido em sua produção. A proporção destas duas melaninas determina a coloração do cabelo. Porém, é fácil entender que o cabelo negro dos japoneses contém virtualmente somente eumelanina e que o cabelo ruivo dos irlandeses seja rico em feomelanina. É mais surpreendente descobrir que o cabelo loiro dos escandinavos é formado por eumelanina e não feomelanina. Isto está ligado à imensa quantidade de misturas possíveis destes dois pigmentos. Por isso, a distribuição de melanina, determinada pela herança genética, oferece uma paleta infinita de cores, do loiro mais claro ao negro mais escuro. Outros aspectos e biossíntese da melanina serão abordados mais adiante (Seção 6). Cabelo grisalho Quando o cabelo cresce, ele é pigmentado ou branco. A aparência grisalha do cabelo é somente um produto de uma ilusão de óptica, produzido pela mistura de um cabelo colorido e cabelo branco. O “embranquecimento” do cabelo pode ser explicado por uma incapacidade de alguns melanócitos em produzir pigmentos e de outros em transferir o pigmento aos queratinócitos. No entanto, dado que após receberem a melanina para sua coloração ocorre morte celular dos queratinócitos, para que o cabelo continue com sua cor natural é preciso que haja uma constante renovação dos mesmos. Isso é feito por meio das chamadas células- tronco, capazes de se diferenciar em várias outras, inclusive em melanócitos. Desse modo, cientistas da Universidade de Harvard e do Hospital Infantil de Boston descobriram recentemente que a perda gradual dessas células não diferenciadas está, literalmente, na raiz do cabelo grisalho. Mais especificamente, no folículo capilar, estrutura que “ancora” o cabelo na pele.
- 5. 21 Experimentos em camundongos comprovaram a descoberta de que existe um gene, o Bcl2, que é fundamental para proteger as células-tronco no momento em que o folículo capilar está em estado de dormência, sem crescimento de cabelo (algo que ocorre em cerca de 10% a 15% dos fios em qualquer momento). A equipe estudou camundongos que não tinham o gene protetor Bcl2. O efeito foi dramático: os camundongos mal nasceram, logo ficaram grisalhos, por terem perdido as células-tronco que dariam origem aos melanócitos. Portanto, problemas com esse gene podem estar associados ao caso de pessoas que ficam com os cabelos brancos prematuramente. Os estudos com camundongos também revelaram uma relação clara entre a idade do animal, o número de células-tronco e a quantidade de pêlo grisalho. Os testes foram reproduzidos em amostras do couro cabeludo de seres humanos e o resultado foi o mesmo. Os pesquisadores imaginam que exista algum mecanismo no folículo que deixe de funcionar com o envelhecimento, causando a morte das células-tronco e tornando o cabelo grisalho. O mesmo mecanismo celular que fez os camundongos ficarem grisalhos antes da hora poderia ser útil para atacar o melanoma, pois esse tipo de câncer de pele se caracteriza pela proliferação acelerada de melanócitos. Esse mecanismo poderia ser imitado por uma droga capaz de “envelhecer” as células do melanoma. A fibra de cabelo A Figura 3.3 mostra diferentes estruturas que compõem um fio de cabelo. (a)
- 6. 22 (b) Figura 3.3 - (a) Imagens de microscopia eletrônica de varredura de um fio de cabelo e (b) esquema de um fio de cabelo. A cutícula A cutícula é o envelope externo da fibra do cabelo (Figura 3.3). As células que a formam se chamam “escamas” e são extremamente pequenas e incolores. Elas são unidas por um cimento intercelular rico em lipídios, sobrepondo-se umas às outras como telhas, formando camadas de 3 a 10 células. Como as extremidades livres das células estão orientadas para a ponta do cabelo, elas podem exercer seu papel principal que é proteger o córtex. A cutícula é a parte do cabelo sujeita aos ataques diários e as propriedades cosméticas dos produtos para cabelo dependem de seu estado. O córtex O córtex é o corpo real da fibra (Figura 3.3). Representando 90% de seu peso total, ele é formado por células preenchidas por queratina e é esta organização que dá à fibra suas propriedades marcantes. Ao longo da maturação do cabelo, estas células corticais se tornam alongadas e chegam a atingir cerca de 100 micrômetros. Arranjadas ao longo do cabelo, elas são mantidas por uma substância intercelular composta por queratina flexível, rica em lipídios. E é também no córtex que os grãos de melanina que dão cor ao cabelo são encontrados. A sua única forma de proteção é uma fina camada de sebo e a cutícula.
- 7. 23 A medula A medula, ou canal medular, está situada no centro da fibra e sua presença ao longo do cabelo, geralmente, é descontínua ou até ausente (Figura 3.3). Parece que as células que a compõem rapidamente degeneram, deixando espaço para bolhas de ar. Em humanos, o seu papel ainda é desconhecido, porém, em alguns animais, esta estrutura alveolar parece possuir um papel essencial na termorregulação.
- 8. 24 Estrutura microscópica e molecular O componente primário da fibra do cabelo é a queratina, uma proteína mecanicamente dura. Está presente em todos os vertebrados superiores, em unhas, pêlos, chifres e penas. Existem mais de 50 genes para queratina que são expressos de modo tecido-específico. (A) O cabelo típico possui ~20 µm de diâmetro e é constituído de células mortas. Cortando um fio de cabelo, podemos ver a disposição das longas células corticais (1) envolvidas por uma substância intercelular rica em lipídios e proteínas (2). (B) Dentro de cada célula cortical, há uma série de macrofibrilas (~2000 Å de diâmetro) de queratina (3) dispostas na mesma direção da célula. Pequenos grânulos de melanina (4) também podem ser visualizados. (C) Em aumento maior, podemos ver que cada macrofibrila é composta por inúmeros elementos menores, as microfibrilas (~80 Å de largura) (5). (D) Cada microfibrila aparece como um arranjo de elementos menores denominados protofibrilas (6). (E) Aumentando ainda mais, é possível visualizar as 4 cadeias de queratina formando uma alfa-hélice (7). (F) E, por último, a estrutura molecular de uma das cadeias de queratina (8). Dentro do córtex, a queratina é organizada em protofibrilas e composta por quatro cadeias polipeptídicas. Esta estrutura é mantida por ligações entre os átomos das diferentes cadeias. Estas ligações podem ter forças variáveis: fracas como as pontes de hidrogênio ou fortes como as ligações iônicas ou pontes dissulfeto. Os lipídios representam 3% da composição do cabelo. Eles são produzidos no bulbo capilar e formados a partir de esteróides, ácidos graxos e ceramida. Estão presentes essencialmente no cimento intercelular do córtex e na cutícula e conferem ao cabelo uma certa impermeabilidade, garantindo a coesão da fibra capilar. A mistura de lipídios produzidos pela glândula sebácea forma um filme na superfície da pele e lubrifica o fio de cabelo, preservando assim sua flexibilidade e brilho. A melanina, pigmento responsável pela cor natural do cabelo, representa apenas 1% da composição total do cabelo. A água constitui, em condições normais, 12 a 15% da composição do cabelo. Alguns dos outros elementos são provenientes do ambiente e estão presentes em pequenas quantidades. Outros elementos vêm diretamente do organismo. Como a raiz do cabelo possui uma boa irrigação sanguínea, substâncias trazidas pelo sangue podem ser incorporadas no cabelo durante sua formação.
- 9. 25 Estudo dirigido 3.3 – Estrutura molecular do cabelo Use algum livro de bioquímica para responder as questões abaixo. Referência Biochemistry (1995) Voet e Voet, Wiley and sons, NY, cap7. 1. Descreva a estrutura de um dímero de queratina. Inclua em sua descrição os seguintes itens: a) Número médio de resíduos em cada segmento polipeptídico. b) Características ácido/base de cada segmento (tipo I ou tipo II). c) Estrutura primária e secundária. d) Forças que estabilizam a estrutura. e) Orientação das cadeias. f) Nome dado ao tipo de estrutura de proteína formada. 2. Qual é a lógica da montagem de um fio de cabelo? Faça uma analogia com alguma coisa do mundo macroscópico (dica: você assistiu “O náufrago”, com Tom Hanks? Você se lembra como ele amarrou o barco?) 3. Por que a queratina forma uma alfa-hélice? Se ela é usada para formar um fio, porque não simplesmente “esticar” a molécula o máximo possível, ao invés de “gastar” aminoácidos a cada volta da hélice? 4. Por que existe uma organização periódica de aminoácidos hidrofóbicos em um dímero de queratina? 5. Esquematize uma ponte dissulfeto ligando duas cadeias polipeptídicas. Para que elas servem em um fio de cabelo? 6. Baseado em sua resposta anterior, você espera que diferentes disposições de pontes dissulfeto gerem filamentos diferentes de alguma forma? Isso se correlaciona com sua experiência diária? 7. Por que tratamentos de cabelo como permanentes, alisamentos, etc. empregam produtos com cheiro ruim? Qual a origem do cheiro ruim? 8. Você diria para sua amiga que não cursou Bioquímica da Beleza que alisamento e permanente são a mesma coisa, molecularmente falando? Esquematize as etapas do processo de alisamento ou permanente. 9. Estruturalmente, em que diferem as queratinas duras (cabelo, unhas e cornos) e as moles (pele, calos)? 10. Questões 5 e 6, pág. 189, Cap. 7, de Biochemistry - Voet e Voet, Wiley and Sons, NY, segunda edição (1995).
- 10. 26 Estrutura molecular – o filamento de queratina A queratina faz parte de um grupo de proteínas de fibras do citoesqueleto de eucariotos denominado “Intermediate Filament Proteins (IF)”. A principal função dessas proteínas é estrutural, dando suporte mecânico para a membrana plasmática quando esta entra em contato com outras células ou com a matriz extracelular. Dentro deste conjunto de proteínas filamentosas, a queratina corresponde aos tipo I – queratina ácida – e II – queratina básica. Elas são expressas apenas em células epiteliais, associando-se numa razão de 1:1, formando heterodímeros. Portanto, não existe nenhum filamento de queratina formado por homodímeros. As queratinas compõem a classe de proteínas IF com maior diversidade, com um grande número de isoformas diferentes. Em tecidos epiteliais “duros” existem aproximadamente 10 tipos de queratinas diferentes (mais especificamente unhas, cabelo, lã) e mais 20 tipos denominados citoqueratinas, que são geralmente encontradas revestindo cavidades internas do corpo. As proteínas filamentosas não apenas compartilham a característica de possuir filamentos de 10 nm de diâmetro, mas também possuem um domínio estrutural em comum: uma estrutura de α-hélice central. Este domínio, que é conservado em todas as proteínas IF, consiste de quatro longas α-hélices, separadas por três regiões não helicoidais, que possuem posição altamente conservada evolutivamente (Figura 3.4). Esta estrutura é flanqueada por domínios globulares das regiões N- e C- terminais, que variam muito em peso molecular e seqüência entre as diferentes proteínas IF.
- 11. 27 Figura 3.4 – O esquema mostra os níveis de organização e macroestrutura das proteínas IF. Elas formam hetero ou homodímeros com um domínio central de α-hélice altamente conservado flanqueado por estrutura não helicais, que variam em tamanho e seqüência. O domínio central contém quatro elementos espaçadores não helicais (“spacers”). A partir daí, há a formação de um tetrâmero por dímeros idênticos dispostos anti-paralelamente. Estes tetrâmeros ainda se agregam ponta-a-ponta, formando um protofilamento e pares destes se associam lateralmente, formando uma protofibrila. A associação lateral de quatro protofibrilas é que vai formar um filamento cilíndrico de 10 nm de diâmetro. Proteínas Associadas à Queratina As proteínas KAPs constituem uma matriz protéica, onde as proteínas IFs se encontram depositadas. Elas podem ser divididas em 3 grandes grupos, de acordo com sua composição protéica: (i) grupo das glicina-tirosina; (ii) grupo sulfúrico; (iii) grupo ultra- high sulfúrico. Esses grupos são codificados por seqüências gênicas diferentes. Estudo dirigido 3.4 – Queratina e filamentos intermediários 1. Após ler atentamente o trecho sobre o filamento de queratina, você aprendeu que esta proteína faz parte de uma família (IF Proteins). A partir daí, responda às seguintes perguntas: a) Que tipo de proteínas são essas e qual sua principal função? b) Como você poderia correlacionar a função dessas proteínas com sua estrutura? c) O que faz com que estas proteínas compartilhem um mesmo grupo? Esta característica pode ser correlacionada à sua função? 2. Experimentos com camundongos transgênicos expressando polipeptídeos da queratina K14 mutantes (formam os heterodímeros com a queratina K4 mas não conseguem formar os protofilamentos) resultaram em animais com anormalidades na pele, como bolhas, semelhante ao que ocorre em uma doença de pele humana: Epidermólise Bullosa Simples (epidermolysis bullosa simplex). Análises histológicas das regiões mais afetadas mostraram alta incidência de células basais epidermais mortas. Considerando a função de estruturação celular das proteínas filamentosas, como você explica esta morte celular? 3. Qual seria uma razão provável para um dímero de queratina sempre ser constituído de tipo I e II, ácido e básico, respectivamente? Questões 3.1 1. O que é um domínio proteico? Por que a montagem de um filamento intermediário envolve a formação de um tetrâmero antiparalelo? Isso se correlaciona à idéia de domínio proteico?