MAdulo-2---IntroduAAúo-Biologia

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Programa de Engenharia Biomédica - COPPE/UFRJ
Fundamentos de Biologia e 
Bioquímica
Módulo 2
Jurandir Nadal
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A Investigação Científica
➢Ciência: fatos + teorias + métodos
o Força propulsora: curiosidade humana
o Comos? e Porquês? São inerentes ao homem.
➢Alfred N Whitehead (filósofo, matemático)
o Ciência é quase exclusivamente o 
desenvolvimento de uma agradável 
curiosidade intelectual
➢O cientista vê problemas onde outros nada 
vêem, e procuram solucioná-los
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Método Científico
➢Albert Einstein
o A formulação de problemas é muitas vezes 
mais importante que a sua solução, a qual 
pode ser apenas uma questão de habilidade 
matemática ou experimental
o Propor problemas novos e encarar os velhos 
sob novo ângulo requer imaginação criadora 
e é o que promove o progresso da Ciência
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Cientista vs Detetive
➢Coletar fatos,
o Qualquer observação que possa ser 
confirmada por várias pessoas
➢Formular hipóteses,
o Possível solução para o problema
➢... e testá-las
o Buscar novas pistas, propor métodos
➢Charles Darwin
o Para ter utilidade, toda observação deve ser 
contra ou a favor de um ponto de vista
o Ilhas de coral (atol)
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Atividade Científica
Experiência Controlada
Teoria
Hipótese D
DA B CFatos
confirmação
previsão
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A Variedade dos Seres Vivos
➢Aristóteles (350 AC)
o Discutir cada espécie em separado ou 
procurar descobrir o que têm em comum?
o Classificação
▪ Ervas, arbustos e árvores
▪ Animais da terra, água e ar
▪ Úteis, daninhos, inúteis
➢John Ray (Inglaterra, Séc XVII)
o Espécie 
▪ Grupo de indivíduos semelhantes c/ ancestrais comuns
▪ Número de espécies limitado, constante, imutável
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Classificação dos Seres Vivos
➢Lineu (Sueco, Karl von Linné)
o Systema Naturae (10a edição, 1758)
o Encontrar ordem na Natureza
o Classificar cada espécie de acordo com seu 
lugar especial no esquema da vida
o Gênero
▪ Canis familiaris
▪ Canis lupus
➢Atual
o Espécie
• Mesmas características estruturais, descendentes férteis
• Diversidade dentro de uma espécie (ex. Cão)
• Teoria da evolução
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Classificação Atual
Ameba Rosa Cão Lobo Homem
Reino Protista Vegetal Animal Animal Animal
Filo Protozoa Tracheophyta Chordata Chordata Chordata
Classe Sarcodina Angiospermae Mammalia Mammalia Mammalia
Ordem Amoebina Rosales Carnivora Carnivora Primatas
Família Amoebidae Rosaceae Canidae Canidae Hominidae
Gênero Amoeba Rosa Canis Canis Homo
Espécie A. proteus R. multiflora C. familiaris C. lupus H. sapiens
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A Teoria da Evolução
➢Charles Darwin
o Seres vivos podem se modificar
o Toda uma espécie pode se modificar c/ tempo
o Algumas se extinguem, outras aparecem
o Várias espécies podem vir de uma mesma 
espécie primitiva
➢Os biólogos acreditam em evolução?
o Teoria fortalecida e revista (mais de um Séc)
o Mais conhecimento e fatos explicados
➢Provas
o Testemunho fóssil
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Hipóteses Sobre a Evolução
➢Erasmus Darwin (avô)
o Zoonomia, 1794
▪ Probabilidade da evolução, sem hipótese
➢Jean Baptiste Lamarck
o Philosophie Zoologique, 1809
▪ Mudança ambiental  necessidade de se adaptar
▪ Lei do uso ou desuso (desenvolvimento e atrofia)
▪ Lei da herança dos caracteres adquiridos
• Ex. Girafa, garça, pé de pato, cactos
• Contra ex. Cauda de camundongos cortadas, Fox Terrier
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Charles Darwin (50 anos depois)
➢1831 (22 anos) – Viagem do Beagle
o Brasil – Chuvas torrenciais e muito verde
o Argentina – Glyptodonte e tatu, emas dif.
o Galápagos – Pássaros e tartarugas dif.
➢Inflência de Mathus (1838)
o População (PG) vs. Alimentos (PA)
o Variações desfavoráveis destruídas
➢Experimentação
o Prova que espécies se alteram em gerações
➢Seleção natural das espécies
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Darwin vs. Lamarck
➢Adaptação vs. Seleção
o Mariposas claras e escuras vs. poluição
o Ratos brancos e cinzentos vs. Coruja
o Resistência de bactérias à penicilina
➢Adaptações podem resultar da 
variabilidade, trabalhada pela seleção 
natural
 Todos os seres vivos podem ter vindo 
de um ancestral comum!
... e como foi que tudo começou?
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Origem dos Seres Vivos
➢Hipótese da Geração Espontânea (Aristóteles)
o A vida se origina espontâneamente da matéria bruta
o Existe um princípio ativo em certas porções de 
matéria, capaz de originar vida a partir da matéria 
o Não é uma substância, mas apenas uma capacidade
para fazer determinada coisa
o Ovo de galinha contém princípio organizador que o 
leva a ser galinha
➢Seguidores
o Jean Baptiste Van Helmond (Belga, Séc XVII)
▪ Como produzir camundongos em 21 dias, a partir de uma camisa 
suja (suor = princípio ativo) em contato com germe de trigo
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Hipótese da Biogênese
➢Francesco Redi (Florença, Sec. XVII)
o Biólogo e médico, procura provar que a vida 
só pode originar-se de vida pré-existente
o Enguias de Esculápio, vermes e moscas
▪ Cobras mortas  vermes aparecem e somem
▪ Evita fuga dos vermes  moscas
▪ Isolando os animais mortos  ausência de vermes
▪ Isolando com filó (Ar é princípio ativo?)  nada.
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Microscópio e Abiogênese
➢Anton Leeuwenhoek, Holanda
o Multiplicação de bactérias sugere geração 
expontânea
➢John Needhan, 1745, Londres
o Sucos nutritivos aquecidos,
o Isolados em tubo de ensaio
o Reaquecidos
Microorganismos
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Needham e Spallanzani
➢Lazzaro Spallanzani (1770)
o Repetiu experimento, fervendo sucos por 
uma hora  nenhum microorganismo
➢Needham
o A tortura imposta destruiu a força vegetativa
➢Luís Pasteur (~1860)
o Ar é fonte de contaminação
o Frasco “pescoço de cisne” – ar entra mas as 
bactérias ficam pelo caminho
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Então, de onde a vida surgiu?
➢Hipóteses sobre a origem da vida na terra
o Vida extra-espacial
▪ Esporos de bactérias, vindas em partículas de poeira 
ou em meteoritos, de pontos distantes do Universo, 
são a fonte da vida
o Hipótese autotrófica
▪ Primeiros seres autotróficos foram organismos 
complexos capazes de sintetizar alimento de 
substancias simples 
▪ Sistema complexo de síntese desde o princípio?
o Hipótese heterotrófica
▪ Forma mais primitiva veio de substância inanimada, 
num ambiente complexo, formando-se um ser 
extremamente simples, incapaz de fabricar alimento
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Precursores da vida
➢A Terra primitiva (4,5 109 anos)
o ? O sol e seus planetas se formaram numa 
nuvem de poeira cósmica
o ? Terra tinha massa pequena que aumentou 
por atração gravitacional de novas partículas
o Aquecimentoe resfriamento (> 106 anos)
▪ Aparecem diferentes compostos químicos
▪ Maior massa no núcleo, menor na superfície
o Endurecimento da crosta e vulcões
▪ Água e atmosfera (diferente da atual)
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A Atmosfera Primitiva
➢Evidências da composição atmosférica
o Júpiter 
▪ Hidrogênio 
• Elemento mais simples e abundante no universo
▪ Metano (CH4) 
• Carbono hidrogenado mais simples, gás combustível
▪ Amônia (NH3)
• Nitrogênio hidrogenado mais elementar
o Vapor d´água
▪ Forma estável com Oxigênio 
➢Suposição I para a origem da vida
o A atmosfera da Terra primitiva era composta de 
gases simples, que continham os ingredientes 
básicos necessários para a vida
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A Evolução dos Compostos Químicos
➢Hipótese heterotrófica 
o Pressupõe existir moléculas orgânicas antes 
da vida
➢Wohler (1828)
o Sintetiza uréia (excreção orgânica animal) a 
partir de substância inorgânica
➢Suposição II
o Moléculas orgânicas formaram-se na 
atmosfera, a partir de gases existentes e 
foram levadas aos oceanos primitivos pelas 
chuvas
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Experimentação Científica
➢Harold Urey (Nobel de Química)
o Interesse na evolução dos compostos 
químicos nas condições da atmosfera 
primitiva
➢Stanley Miller (Aluno de Urey)
o Inspirado em Oparin, Urey e Bernal
o Artigo “Produção de aminoácidos nas 
possíveis condições da terra primitiva”, 1953.
o Aparelho em que circulavam CH4, NH3, H20 e 
H2 sob a ação de descargas elétricas
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S.L. Miller (1953, Univ Chicago)
➢ Aparelho que reproduz 
condições atmosféricas 
primitivas. 
➢ A água ferve e o vapor passa 
em mistura de metano, 
amônia e hidrogênio, sob 
ação de fortes descargas 
elétricas, e em seguida é 
condensado.
➢ Em uma semana aparecem 
aminoácidos na água, 
compostos básicos das 
proteínas.
➢ Em repetições do 
experimento, aparecem 
ácidos nucleicos e 
dipeptídeos
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Experimento de Miller
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A evolução dos compostos químicos
➢Suposição III
o À medida que as moléculas orgânicas, durante 
milhões de anos, acumulavam-se nos oceanos, 
algumas reagiram quimicamente formando 
moléculas maiores e mais complexas
➢Quando as proteínas se dissolvem em água, 
parte de suas moléculas se tornam ionizadas e 
adquirem carga elétrica
➢Eletricamente carregadas, atraem moléculas de 
água de modo que, ao redor da grande 
molécula protéica se forma uma camada 
organizada de moléculas de água
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A Evolução dos Compostos Químicos
➢Coacervados
o Aglomerados de proteínas e proteinóides
o Polaridade das moléculas
o Um grupo de proteínas ionizadas se forma 
dentro de uma única película de moléculas 
de água
➢Suposição IV 
o Vários tipos de de moléculas orgânicas 
complexas (provavelmente proteínas) se 
agruparam em pequenas gotas semelhantes 
a coacervados.
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A Origem da Vida
➢O que vimos até agora
o A terra primitiva tinha oceanos (água) e uma 
atmosfera (vapor d’água, amônia, metano e 
hidrogênio
o Energia era provida pelo sol (luz, calor e 
radiação UV), vulcões e tempestades (raios)
o Os aminoácidos podem ter surgido 
espontâneamente a partir dos elementos 
atmosféricos e se depositado nos oceanos
o O acúmulo de material orgânico nos mares 
propiciou a formação de moléculas mais 
complexas: polipeptídeos, proteínas, 
enzimas etc.
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Energia para a Vida
➢Organização em coacervados 
o Evolução relativa ao caótico caldo quente e diluído
vigente nos oceanos pritivos
➢Energia 
o Fazer moléculas maiores e complexas
o Organizar moléculas em padrões estruturais
o Manter a organização
➢Fontes de Energia
o Calor
o Radiação ultra-violeta
o Descargas elétricas
o Grande intensidade e incontrolável
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Energia Química para a Vida
➢Energia de ligações químicas
o Alternativa mais constante e moderada
o Energia de ativação
➢Suposição V 
o Com o tempo, alguns sistemas semelhantes 
aos coacervados começaram a usar a 
energia das ligações químicas das moléculas 
orgânicas para desenvolver, manter e 
aperfeiçoar sua organização molecular
➢O excessivo calor ambiente e a própria 
energia das colisões moleculares teria 
destruído os coacervados
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O Uso da Energia Química
➢Catalisadores
o Tivemos tempo suficiente para o surgimento ao 
acaso das enzimas (proteínas simples) e ATP
➢Ação enzimática
o Age sobre determinada substância (substrato)
o Une ou separa moléculas
o A sua estrutura molecular é preservada e pode ser 
reutilizada
o Com ATP há fermentação
➢Suposição VI
o Com o tempo, desenvolveram-se as primeiras 
células heterotóficas que começaram a realizar 
reações em seqüências ordenadas que envolviam 
enzimas e ATP para liberar a energia contida nas 
moléculas orgânicas.
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A Origem da Vida
➢O que vimos até agora (2)
o A insolubilidade em água levou tais 
biomoléculas a se aglutinarem em formas 
semelhantes aos coacervados
o Com o tempo, começou-se a usar a energia 
química como fonte estável, para aperfeiçoar 
a organização celular: seqüências ordenadas 
por enzimas e ATP
o Tais hipóteses são favorecidas por
▪ Disponibilidade de tempo (400 M anos!)
▪ Ambiente estéril: Ausência de seres vivos que se 
alimentassem de material orgânico
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A Membrana Celular
➢Para a estabilidade dos processos cada 
vez mais complexos, deveria haver uma 
estrutura envoltória que isolasse o meio 
intracelular, e permitisse trocas com o 
meio extracelular 
o Acesso ao alimento
o Eliminação de resíduos 
➢Se surgiram os aminoácidos, e deles as 
enzimas e proteínas, por que não os 
outros blocos constitutivos e seus 
derivados?
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Compostos Orgânicos
➢Diferença estrutural
o Álcool: R-CH2-OH
o Aldeído: R-C=OH
o Cetona: R-C=O-R
o Ácido orgânico: R-C=O-OH
o Aminoácido: R-CH-NH2-COOH
➢Lipídios (ácidos graxos) são mais simples 
que aminoácidos
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Importância da Água
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➢Pontes de hidrogênio
o As ligações covalentes da água são 
frequentemente desfeitas (ionização), 
havendo uma mistura de H2O, OH
-, 
H3O
+,H9O4
+ etc
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Reções em Meio Aquoso
➢Pontes de hidrogênio ocorrem entre moléculas 
de água, aminoácidos (proteínas), lipídios, 
nucleotídeos (bases complementares do DNA)
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Lipídios (Gordura) na Água
Micelas Dupla Camada
Membrana
Celular
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A Origem da Vida...
➢Suposição VII
o Os Heterótrofos, que evoluíram 
vagarosamente, usavam energia para 
transportar substancias através da 
membrana celular.
➢A membrana propicia
o Passagemde íons por difusão
o Passagem de água por difusão e osmose
o Transporte ativo de moléculas maiores
o Permeabilidade seletiva
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O Papel do DNA
➢A existência de uma membrana torna 
mais estável a complexa mistura 
intracelular
o Proteínas, peptídeos, aminoácidos
o Enzimas
o ATP
o Nucleotídeos, DNA, RNA 
➢Suposição VIII
o Nos organismos bem sucedidos, um grupo 
de moléculas, os ácidos nucléicos, 
controlava os processos celulares básicos.
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O DNA e a Replicação
➢Durante 400 milhões de anos, esse 
processo se repetiu uma infinidade de 
vezes, com as unidades celulares sendo 
formadas e destruídas continuamente.
➢Suposição IX
o A seleção natural favoreceu os organismos 
que, após alcançarem um tamanho limitante, 
desenvolveram processos para se 
duplicarem com exatidão.
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O Papel do DNA
➢Suposição X
o Os ácidos nucléicos poderiam duplicar-se e as 
instruções biológicas contidas na sua estrutura 
química seriam transmitidas às células recém-
formadas no momento da reprodução.
➢Suposição XI
o Os ácidos nucléicos contém, em sua estrutura, 
mensagens em código que são instruções 
específicas para o controle das atividades celulares.
➢Suposição XII
o Geralmente, os ácidos nucléicos se duplicam dando 
cópia exatamente iguais, mas mutações ocasionais 
mudam as mensagens enviadas causando assim 
uma mudança nos processos que ocorrem nas 
células.
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A Célula Está Viva!
➢Protocélulas
o Muitos organismos unicelulares não apresentam um 
núcleo individualizado. São formados por 
protocélulas e denominados, por isso, procariontes.
➢Eucélulas
o As eucélulas formam os organismos conhecidos 
como eucariontes. Caracterizam-se por apresentar, 
em geral, um núcleo individualizado, separado do 
citoplasma por um envoltório.
➢Exemplos de Células
o Célula Procariótica (E. Coli)
o Célula Eucariótica (Hepática)
o Célula Fotossintética (Phleum pretense)