Aula 1-Introdução às células

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Disciplina: Biologia Celular e Molecular
Prof. Bruno Roberto S. Queiroz
Introdução às células
With the cell, biology discovered its atom . . . To characterize life, it was henceforth essential to study the cell and analyze its structure: to single out the common denominators, necessary for the life of every cell; alternatively, to identify differences associated with the performance of special functions. 
François Jacob, La logique du vivant: une histoire de l’hérédité (The Logic of Life: A History of Heredity), 1970
“O que significa estar vivo?”
Introdução às células
Todos os organismos vivos são feitos de células
Biologia Celular: Estrutura, função, comportamento, e evolução das células
De onde viemos?
Porque somos diferentes?
Porque envelhecemos e morremos?
Como nos desenvolvemos de uma única célula?
Unidade e diversidade das células
Célula – termo universal
Mínimo de 10-100 milhões de espécies de seres vivos no mundo
O que as células desses organismos tem em comum? 
E no que diferem?
O que é uma célula?
As células variam em aparência e função
Enorme diversidade química 
Células aeróbicas e anaeróbicas
Quantidade de nutrientes
Produção de substâncias
Requerimento ou produção de energia
As células apresentam uma química básica similar
Bioquímica/ Biologia molecular: Organismos infinitamente variáveis vistos de fora, mas fundamentalmente similares por dentro 
Células compartilham detalhes em sua química
Mesmo tipo de moléculas e reações
Genes armazenados – DNA
Mesma maquinaria química (replicação, transcrição, processamento)
Mesma maquinaria bioquímica básica serviu para gerar toda uma gama de seres vivos
As células são a principal unidade da matéria viva
Uma célula pode ser chamada verdadeiramente de vida?
E o vírus? São seres vivos?
Evolução celular
Células atuais evoluíram de um único ancestral comum
Processos moleculares de replicação e seleção (mutação e recombinação)- Bases da evolução
Primeiro ancestral comum: 3,5 bilhões anos - protótipo da maquinaria universal da vida
Células sob o microscópio
1º Microscópio – sec. XVII 
Microscópios: ópticos X eletrônicos 
O microscópio óptico
O caminho da luz em um microscópio óptico
Permite aumento de até 1000 x
Capacidade de resolução de estruturas com até 0,2 𝜇m
Podem ser observadas:
Células
Organelas
Moléculas
Estruturas internas são difíceis de visualizar pois são pequenas e transparentes 
São coradas
Corantes específicos para cada estrutura
Núcleo é a organela mais evidente
Estruturas menores que 0,2 um – não resolvidas 
Microscópio eletrônico – nanômetros 
Não visualiza células vivas úmidas 
Qual o tamanho de uma célula?
Organização geral das células
Organismos na natureza
Eucariontes: unicelulares e pluricelulares
Algas , protozoários, fungos, plantas e animais
Procariontes: unicelulares
- Eubactérias e Arqueobactérias
Célula procariótica
Bactérias:
Estrutura mais simples e unicelulares
Metabolicamente complexos
Diversos habitats e mais 
Numerosos do planeta
Célula procariótica
Célula Eucariótica
Maiores e mais elaboradas
Unicelulares de vida livre
Multicelulares
Eucarionte: animal X vegetal
Núcleo
Organela mais proeminente
Envolto por 2 membranas concêntricas (envelope nuclear)
Contêm as moléculas de DNA
Mitocôndrias
Tamanho de 1 a muitos 𝜇m
Envolvida por 2 membranas
Contém DNA próprio e reproduzem por simples divisão
Geram energia (ATP) pela oxidação de moléculas orgânicas proveniente dos alimentos
Mitocôndrias: origem
Cloroplastos
Estrutura mais complexa que as mitocôndrias:
 Além das 2 membranas, há inúmeras membranas internas contendo clorofila
Realizam fotossíntese
Contém DNA próprio e reproduzem por simples divisão
Cloroplastos: origem
Outras organelas delimitadas por membranas
Retículo endoplasmático (RE):
Síntetiza componentes de membranas, e material destinado a exportação são “montados”
Complexo de Golgi:
Recebe e modifica moléculas provenientes do RE e as redireciona
Outras organelas delimitadas por membranas
Lisossomos:
Organelas irregulares envolvidas nos processos de digestão intracelular 
( nutrição, reciclagem e excreção)
Peroxissomos:
Vesículas que fornecem o ambiente de contenção para reações oxidativas
Citosol
Contém moléculas grande e pequenas, tão comprimidas que se comportam com um gel aquoso
Local em que ocorrem muitas reações químicas fundamentais (Glicólise, síntese proteica)
Cruzados por filamentos longos e finos de proteínas - citoesqueleto
Citoesqueleto
Citoesqueleto
FA: filamentos de actina presentes em todas as células eucarióticas, abundantes nas fibras musculares
FI: filamentos intermediários, que reforçam a estrutura das células
MT: microtúbulos, filamentos mais espessos. Participam na organização e divisão celular
Microtúbulos
Estágios finais da mitose: microtúbulos corados em vermelho (através de anticorpos específicos para a tubulina) e DNA em preto (EtBr)
Origem dos Eucariotos
Célula ancestral – predador
Citoesqueleto – resistência e movimentação
Núcleo – proteção do DNA
Eubactérias livres – ancestrais da mitocôndrias (1,5 bia)
Bactérias fotossintéticas - ancestrais dos cloroplastos
Organismos modelo
Escherichia coli como modelo 
Bactéria gram negativa comumente encontrada nos intestinos de homens e animais
Fácil cultivo
Única molécula de DNA- codificando cerca de 4000 proteínas
Maioria dos conhecimentos bioquímicos e moleculares da vida vem de estudos em E. coli (replicação, transcrição, síntese proteica)
Organismos modelo
A levedura é uma boa alternativa para se estudar células eucarióticas
Organização celular eucariota, mas unicelular
Estudos sobre:
Controle do ciclo e divisão celular
Regulação gênica
Estrutura dos cromossomos
Envelhecimento
Funcionamento do citoesqueleto, etc
Quais são os modelos de células eucariontes?
Outros organismos modelo
Pequena erva daninha
Genoma de 110 milhões de pb (8x da levedura)
Estudos sobre:
Padrões de desenvolvimento de tecidos vegetais
Genética e evolução das plantas com flores
Aplicações agronômicas
Fisiologia vegetal
Regulação gênica
Arabidopsis thaliana
Outros organismos modelo
Modelos de animais
Drosophila melanogaster
Estudos genéticos: genes e cromossomos
Estudos sobre a formação do sistema nervoso; apoptose; controle da proliferação celular; desenvolvimento; diferenciação celular; efeito de drogas; etc
Genes similares aos humanos
Modelo para o desenvolvimento humano
Outros organismos modelo
Modelos de animais
Caenorhabditis elegans
Nematódeo: infecta raízes de plantas
Desenvolve-se de uma célula até adulto com 959
Genoma 70% similar ao humano
Modelo no desenvolvimento de planos corporais; estudos dos sistema nervoso; apoptose; câncer; envelhecimento; e etc
Outros organismos modelo
Modelos de animais
Mus muscullus - camundongo
Genética de mamíferos; síndromes metabólicas;doenças autoimunes; desenvolvimento; câncer; regulação gênica e herança ....
Estudos sobre a função de genes
Investigações com o próprio ser humano- mutações
Alternativas aos organismos modelo: cultura de células
Comparação de genomas: herança comum da vida
Alterações evolucionárias lentas: 
 Fundamento da biologia molecular
Sequenciamento de genomas – similaridades entre os seres vivos
Genes homólogos