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NÍVEIS DE ORGANIZAÇÃO DOS SERES VIVOS ÁREAS DA BIOLOGIA • CITOQUÍMICA OU BIOQUÍMICA: estudo das moléculas. • CITOLOGIA: estudo das células e estruturas celulares.estruturas celulares. • HISTOLOGIA: estudo dos tecidos. • ANATOMIA: estudo da estrutura dos órgãos que compõem o organismo. • FISIOLOGIA:estudo do funcionamento dos órgãos e sistemas. HISTÓRIA DA BIOLOGIA CELULAR A história da citologia, na realidade, acompanhou a história do microscópio -Hans e Zacharias Janssen (sec XVI): invenção do microscópio. O primeiro microscópio 1595 Zacharias Janssen • As primeiras observações de células foram feitas no século XVII, por Robert Hooke (um dos maiores gênios das ciências experimentais do século), na Inglaterra. * Cortiça = súber ⇒ tecido vegetal morto Um breve histórico: Termo célula do latim cellula = pequena cela -1ª vez em 1665 por Robert Hook (físico inglês), inventor do Microscópio. Na análise da estrutura da cortiça – semelhante à celas-clausuras do convento. Robert Hook (1635 – 1703) “...pude perceber, com extraordinária clareza, que a cortiça é toda perfurada e porosa, assemelhando-se muito, quanto a isto, a um favo de mel. Além disto, estes poros, ou células, não são muito fundos, e lembram pequenas caixas...” - Nehemiah Grew (1671) – descreve os tecidos vegetais - Robert Brown (1831) – descoberta de núcleos em células epidérmicas de orquídea. - Matthias Schleiden (1838) – observações – conclusão ! TODOS OS TECIDOS VEGETAIS ERAM FORMADOS POR CÉLULAS - Theodor Swann (1839) – zoólogo – utiliza as observações de Schleiden para formular a Teoria Celular, estendendo o mesmo conceito aos animas OBSERVAÇÃO DA CÉLULA • Célula : unidade estrutural e funcional dos seres vivos – a maioria só pode ser observada com auxílio do microscópio. Microscópios: - Microscópio Óptico Comum ou - Microscópio Óptico Comum ou Composto (MOC) = aumento de até 2.000x – pode-se observar células vivas (“a fresco”) ou mortas (“fixadas). Podem ser utilizados corantes para realçar as estruturas celulares. estruturas menores do que cerca de 0,2 µm (metade do comprimento de onda da luz visível) não podem ser resolvidas • Microscópio Eletrônico (ME) – aumento de até 160.000 x. Pode-se observar a ultra- estrutura celular. Bactéria Escherichia coli - aumento de 10.000x Piolho moderno (Pediculus humanus) visto ao microscópio eletrônico A TEORIA CELULAR Mathias Jakob Scheleiden – estudo da estrutura e fisiologia das plantas – “Todos os vegetais são constituídos por células”. Theodor Schwann – estudo da anatomia dos animais – “Todos os animais são dos animais – “Todos os animais são constituídos por células.” PRIMEIRA LEI DA TEORIA CELULAR Todos os seres vivos são constituídos por células SEGUNDA LEI DA TEORIA CELULARSEGUNDA LEI DA TEORIA CELULAR (1855 (1855 –– Rudolf Virchow)Rudolf Virchow) • “Omnis cellula e cellula” – Toda célula se origina de outra célula TERCEIRA LEI DA BIOLOGIA CELULAR A célula é a sede das reações metabólicas do A célula é a sede das reações metabólicas do organismo. QUARTA LEI DA BIOLOGIA CELULAR A célula é a sede da hereditariedade Célula • Unidade Morfológica (estrutural) – Seres unicelulares (bactérias, fungos, algas e protozoários) – Seres multicelulares • Unidade Fisiológica (funcional) • Unidade Genética CLASSIFICAÇÃO DOS ORGANISMOS COM RELAÇÃO À CÉLULA ACELULARES – desprovidos de células – vírus CELULARES → procariontes – unicelulares – bactérias e → procariontes – unicelulares – bactérias e cianobactérias → eucariontes •unicelulares – protozoários e algumas algas •pluricelulares – animais, vegetais, etc UNIDADES DE MEDIDA DAS CÉLULAS • Micrômetro (µm)- milésima parte do milímetro • 1 µm = 1mm/1000 ou 1mm = 103 µm • - Nanômetro (nm) = milionésima parte do milímetro• - Nanômetro (nm) = milionésima parte do milímetro • 1 nm = 1mm/1.000.000 ou 1mm = 106 nm • - Ângstron (A) = décima de milionésima parte do milímetro • 1 A = 1mm/10.000.000 ou 1mm = 107 A FORMA E TAMANHO DAS CÉLULAS • A forma da célula é variada e depende de sua função. • Geralmente o tamanho das células é inferior ao poder de resolução do olho humano: células animais apresentam normalmente de 10 a 20 micrômetros e células vegetais, de 20 a 50 micrômetros. O tamanho médio das bactérias varia de 2 a 5 micrômetros. Forma e tamanho Forma e tamanho DNA 2 nm Embrião 200µm Aranha 15 mm Pinguim 1 m ORGANIZAÇÃO FUNCIONAL DAS CÉLULAS MEMBRANA PLASMÁTICA CITOPLASMA PAREDE CELULAR PROCARIONTES: BACTÉRIAS MESOSSOMO CELULAR DNA OU NUCLEÓIDE FLAGELO PILI OU FÍMBRIA RIBOSSOMOS PLASMÍDEO EUCARIONTES: ANIMAIS EUCARIONTES: VEGETAIS TEORIA MODERNA DA EVOLUCÃO CELULAR Origem da primeira célula 3,5 bi de anos Origem da Terra 4,5 bi anos TEMPO Evolução biológica Evolução química Procariontes Eucariontes TEMPO COMO SURGIU A VIDA PELA PRIMEIRA VEZ? O Mundo biológico reflete uma unidade de origem e constituição Elementos fundamentais nos seres vivos: C, H, O, N, P e S Aminoácidos (Proteínas) Bases nitrogenadas (Ácidos nucléicos)Bases nitrogenadas (Ácidos nucléicos) Açúcares Ácidos graxos EVOLUÇÃO LENTA – PRIMEIRA EXPLICAÇÃO RACIONAL PARA A ORIGEM DA VIDA Atmosfera redutora • Em seu primeiro bilhão de anos, a atmosfera terrestre não continha oxigênio livre. • Em termos químicos, sua composição era redutora -• Em termos químicos, sua composição era redutora - isto é, ela poderia reagir com substâncias acrescentando-lhes hidrogênio. • Esse tipo de reação deve ter formado os primeiros compostos orgânicos a partir de substâncias químicas simples como carbono. Vulcões em atividade Temperaturas muitos elevadas Ocorrência de terremotos constante Tempestades elétricas Altos índices de radiação UV 80% CO2 , 10% CH4 , 5% CO E 5% DE N2 Teoria da Evolução Química Alexander Oparin A vida teria surgido de forma lenta e ocasional nos oceanos primitivos STANLEY MILLER Recriou a provável atmosfera da Terra primitiva (1953) (comprovando a Teoria de Oparin) As chuvas constantes acumulando substâncias de STANLEY MILLER Recriou a provável atmosfera da Terra primitiva (1953) (comprovando a Teoria de Oparin) acumulando substâncias de natureza orgânica durante milhões de anos, formando em lagos verdadeiras “sopas orgânicas”. Com a evaporação formaram- se proteínas e ácidos nucléicos 1. O passo mais importante foi o aparecimento de moléculas que se autoduplicavam, produzindo cópias de si mesmas. 2. Outro passo 2. Outro passo importante foi o aparecimento de estruturas anteriores às membranas. Que proporcionaram espaços circunscritos onde aconteciam as reações químicas. 700 mi anos 4,5 bi anos 3,4 bi anos – registros fósseis 2,0 a 1,4 bi anos A célula procariótica As bactérias se apresentam com diferentes formas e tamanhos. A Escherichia coli é mais bem-compreendida do que qualquer outro organismo vivo. As células se reproduzem rapidamente, dividindo-se em duas. Sob condições ótimas, quando os nutrientes são abundantes, pode duplicar-se em um espaço de tempo de 17 minutos. Em 10 horas, um único procarioto pode dar origem a 5 bilhões de descendentes (aproximadamente igual ao número total de humanos sobre a terra). Algumas bactérias são fotossintéticas (A) Anabaena cylindrica forma longos filamentos multicelulares. Células especializadas que, ou fixam nitrogênio (H) e fixam CO2 (V), ou desenvolvem esporos resistentes (S). (B) Uma micrografia eletrônica do Phormidium laminosum mostra as membranas intracelulares onde a fotossíntese ocorre. Note que mesmo alguns procariotos podem formar organismos multicelulares simples. Estromatólito pode ser definido como 3,5 bilhóes de anos (Arqueano) Estromatólito pode ser definido como uma rocha fóssil formada por atividades de microorganismos em ambientes aquáticos, que, quando acumulados no fundo de mares rasos, formamuma espécie de recife. Sílex (Quartzo Criptocristalino), Calcita e Dolomita Cianobactérias (bactérias fotossintetizantes) 3,5 bilhóes de anos (Arqueano) Origem da Célula Eucariótica Invaginações da membrana plasmática A teoria endossimbiótica foi proposta pela primeira vez na década de 60 pela microbiologista americana Lynn Margulis. Durante muitos anos a teoria foi alvo de duras críticas por parte de outros biólogos. No entanto, com o levantamento de diversas evidências empíricas e com a publicação do livro intitulado “A simbiose na evolução celular” a teoria de Margulis começou a se popularizar. Atualmente ela é amplamente aceita pela comunidade científica. Teoria endossimbiótica científica. Segundo esta teoria, há milhares de anos atrás, as mitocôndrias e os cloroplastos das células eucariontes teriam sido organismos procariontes de vida livre. Estes organismos foram então englobados (através do processo de endocitose) por células maiores com as quais estabeleceram uma relação de simbiose. As mitocôndrias seriam o resultado da endocitose de procariontes aeróbios e os cloroplastos de procariontes fotossintetizantes (possivelmente cianobactérias). Desta forma, forneceriam energia à célula hospedeira, enquanto esta os protegeria do meio externo. Origem da Célula Eucariótica Lynn Margulis Associação simbiótica com procariontes Heterotróficos – mitocôndrias Origem da Célula Eucariótica Associação simbiótica com procariontes Autotróficos (Fotossintetizantes) - cloroplastos 1.1. AsAs mitocôndriasmitocôndrias ee osos cloroplastoscloroplastos possuempossuem seuseu própriopróprio genomagenoma ee seuseu DNADNA éé capazcapaz dede sese autoduplicarautoduplicar.. OO genomagenoma destasdestas organelasorganelas éé formadoformado porpor umauma moléculamolécula dede DNADNA circularcircular.. HistonasHistonas ausentesausentes,, RibossomosRibossomos procariontesprocariontes.. 2.2. AlgumasAlgumas dasdas proteínasproteínas necessáriasnecessárias àà fabricaçãofabricação dasdas mitocôndriasmitocôndrias ee dosdos cloroplastoscloroplastos sãosão produzidasproduzidas exclusivamenteexclusivamente pelopelo DNADNA EvidênciasEvidências ee dosdos cloroplastoscloroplastos sãosão produzidasproduzidas exclusivamenteexclusivamente pelopelo DNADNA destasdestas organelasorganelas ee nãonão pelopelo DNADNA contidocontido nono núcleonúcleo dasdas célulascélulas.. OuOu seja,seja, apenasapenas célulascélulas queque contenhamcontenham estasestas organelasorganelas sãosão capazescapazes dede fabricarfabricar novasnovas mitocôndriasmitocôndrias ouou cloroplastoscloroplastos.. 3.3. EmEm terceiro,terceiro, asas mitocôndriasmitocôndrias ee osos cloroplastoscloroplastos possuempossuem suasua própriaprópria maquinariamaquinaria parapara aa síntesesíntese dede proteínasproteínas.. SendoSendo queque estaesta maquinariamaquinaria éé muitomuito similarsimilar àquelaàquela encontradaencontrada emem organismosorganismos procariontesprocariontes.. OutraOutra evidênciaevidência aa favorfavor dada teoriateoria éé queque diversasdiversas substânciassubstâncias queque inibeminibem aa síntesesíntese dede proteínasproteínas nono núcleonúcleo nãonão afetamafetam aa atividadeatividade dodo DNADNA mitocondrialmitocondrial ouou dosdos cloroplastoscloroplastos.. PorPor outrooutro lado,lado, muitasmuitas substânciassubstâncias queque inibeminibem aa síntesesíntese protéicaprotéica EvidênciasEvidências muitasmuitas substânciassubstâncias queque inibeminibem aa síntesesíntese protéicaprotéica dasdas organelasorganelas nãonão interfereminterferem nana atividadeatividade nuclearnuclear.. AlémAlém disso,disso, certoscertos antibióticosantibióticos queque inibeminibem aa síntesesíntese protéicaprotéica emem bactériasbactérias tambémtambém oo fazemfazem nasnas mitocôndriasmitocôndrias ee cloroplastoscloroplastos dede organismosorganismos eucariontes,eucariontes, evidenciandoevidenciando aa suasua similaridadesimilaridade.. Elysia chlorotica se alimenta de algas. mantém os cloroplastos intactos, armazenando- os dentro de suas os dentro de suas próprias células de seu tubo digestivo (cleptoplastia) Os protozoários incluem algumas das células mais complexas conhecidas eles podem ser fotossintéticos ou carnívoros, móveis ou sedentários. A sua anatomia celular é muito elaborada e inclui estruturas como:como: Cerdas sensoriais, fotorreceptores, cílios vibráteis, apêndices semelhantes a hastes, partes da boca, ferrão e feixes contráteis semelhantes a músculos. Embora sejam unicelulares, os protozoários podem ser tão complicados e versáteis quanto vários organismos multicelulares. Uma variedade de protozoários ilustra a enorme diversidade dentro dessa classe de microrganismos unicelulares. Os organismos em (A), (B), (E), (F) e (I) são ciliados; (C) é um euglenóide; (D) é uma ameba, (G) é um dinoflagelado; e (H) é um heliozoano. De onde vêm os eucariotos? As linhagens de eucariotos, eubactérias e arqueobactérias divergiram umas das outras muito cedo na evolução da vida na Terra. Algum tempo depois, os eucariotos adquiriram mitocôndrias; mais tarde ainda, um subgrupo de eucariotos adquiriu cloroplastos. As mitocôndrias são essencialmente as mesmas nos vegetais, animais e fungos, e por isso supõe-se que elas foram adquiridas antes que essas linhas se divergissem. Células procariontes Células eucariontes Envoltório nuclear Ausente Presente DNA Desnudo Combinado com proteínas Cromossomas Únicos Múltiplos Nucléolos Ausentes Presentes Divisão Fusão binária Mitose e meiose Ribossomos 70S* (50S + 30S) 80S (60S + 40S) Organização celular em procariontes e eucariontesOrganização celular em procariontes e eucariontesOrganização celular em procariontes e eucariontesOrganização celular em procariontes e eucariontes Ribossomos 70S* (50S + 30S) 80S (60S + 40S) Endomembranas Ausentes Presentes Mitocôndrias Ausentes Presentes Cloroplastos Ausentes Presentes em células vegetais Parede celular Não celulósica Celulósica em células vegetais Exocitose e endocitose Ausentes Presentes Citoesqueleto Ausente Presente A célula eucariótica Célula Vegetal x Célula Animal várias estruturas comuns a ambas. Há na célula vegetal elementos que não há na célula animal: parede celular, cloroplastos, grande vacúolo central e plasmodesmos. Células incompletas Bactérias Rickettsias e clamídias Células parasitas intracelulares obrigatórios. Estas bactérias são diferente dos vírus por apresentarem: 1. conjuntamente DNA e RNA (já foram encontrados vírus com DNA,1. conjuntamente DNA e RNA (já foram encontrados vírus com DNA, adenovirus, e RNA, retrovírus, no entanto são raros os vírus que possuem DNA e RNA simultâneamente); 2. parte incompleta da "máquina" de síntese celular necessária para reproduzirem-se; 3. uma membrana celular semipermeável, através da qual realizam as trocas com o meio envolvente. Acredita-se que as bactérias Rickettsia tenham sua origem em células "degeneradas", ou seja, células que com o passar dos anos perderam parte de seu DNA, de suas enzimas e consequentemente perderam a capacidade autônoma de auto duplicação, tornando-se assim, dependentes de outras células completas. A clamídia é uma doença sexualmente transmissível (DST) causada pela bactéria Chlamydia trachomatis. Afeta os órgãos genitais masculinos ou femininos. Assim como os Vírus e as Rickettsias, a clamídia é um parasita intracelular obrigatório. Pode produzir esporos, o que torna sua disseminação mais fácil. Vários componentes celulares são produzidos no retículo endoplasmático (RE) O aparelho de Golgi assemelha-se a uma pilha de discos achatados As células dedicam-se à endocitose e à exocitose. O citoesqueleto é uma rede de filamentos que ajuda a definir o formato da célula (A) os filamentos de actina, (B) os microtúbulos e (C) os filamentos intermediários. Os microtúbulos ajudam a distribuir os cromossomos em uma célula em divisão Os filamentos mais grossos são chamados microtúbulos,porque eles têm a forma de diminutos tubos ocos. Eles se reorganizam em disposições espetaculares nas células em divisão, ajudando a puxar os cromossomos duplicados em direções opostas e distribuindo-os igualmente para as duas célula-filha Membrana Membrana PlasmáticaPlasmática - Controle seletivo – semipermeável à entrada e saída de substâncias na célula - Mantém a integridade física e funcional da célula - Entrada de substâncias : transporte ativo, passivo e endocitose de substâncias - Síntese da Parede Celular – presença enzima celulase-sintase - Ativação das proteínas receptoras da Membrana Plasmática –- Ativação das proteínas receptoras da Membrana Plasmática – controlam: - transmissão de sinais hormonais - transmissão de sinais do meio externo Regulação dos processos de Crescimento e Diferenciação Celular Citoplasma:Citoplasma: -Matriz fluida onde se encontram as organelas e o núcleo - Delimitada pela Membrana Plasmática. - Estrutura e composição: - Geralmente reduzido, junto à membrana plasmática - H2O, íons, metabólitos 2ários, carbo, lipídios, prot. - citossol ou matriz plasmática – porção contém estruturas e organelas - Citoplasma – sempre em movimento = ciclose - Ciclose envolve os microfilamentos com gasto de energia - Realizar reações bioquímicas necessárias à vida da célula - Facilitar a troca e compartilhamento de substâncias dentro e entre células NúcleoNúcleo - Uma das Maiores estruturas da Célula, imerso no citoplasma - Maior fonte de informações genéticas da célula – fundamental na organização celular -Regula todas as atividades do metabolismo celular, através genoma (informação). - Dentro encontra-se os nucléolos - Nucléolos – responsáveis pela organização dos n - Nucléolos – responsáveis pela organização dos cromossomos e DNA na divisão, além da síntese de ribossomos e síntese protéica. N NúcleoNúcleo - Envolto por duas membranas lipoprotéicas – envoltório nuclear - Nucleoplasma – cromatina de DNA, proteínas básicas (histonas), informações genéticas - Do citossol para o núcleo passam, por poros, histonas, proteínas ácidas e polimerases de DNA e RNA e proteínas reguladoras dos genes. - Do núcleo para o citossol, passam macromoléculas por transporte ativo, RNAt + RNAm além das subunidades dos ribossomos. além das subunidades dos ribossomos. Núcleo Poro nuclear Envelope nuclear Poros CromatinaCromosssomos Nucléolo
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