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FICHA TÉCNICA Título: Curso Preparatório AVEO 7ª Edição. BIOLOGIA Autor: Edevaldo Ramiro Colaboradores Valdemar Mateus Rosalina Soares Silva António Bento Revisão: Edevaldo Ramiro, Valdemar Mateus, Osvaldo Lourenço Design Gráfico: Osvaldo Lourenço Impressão e acabamentos: PoloPrinter, São Paulo, Brasil Curso Preparatório AVEO. 7ª Edição (2012 – 2013) Edevaldo Ramiro Médico Pela Faculdade de Medicina da Universidade Agostinho Nelo Colaboradores Valdemar Mateus António Bento Índice UNIDADE I. BIOLOGIA GERAL……………….. ........................................................................ 7 1. A biologa como ciência .......................................................................................................... 7 2. os seres vivos e suas características ...................................................................................... 8 3. os níveis de organização da matéria viva ............................................................................ 16 4. teorias sobre a origem da vida ............................................................................................ 19 5. a origem das espécies - causa da diversidade das espécies ................................................ 24 6. a classificação dos seres vivos ............................................................................................. 27 UNIDADE II: A CITOLOGIA .............................................................................................. 31 1. Desenvolvimento da citologia como ciência ....................................................................... 31 2. Noção e objecto de estudo da citologia .............................................................................. 33 3. Método de estudo da célula ................................................................................................ 33 4. Bioquímica celular ............................................................................................................... 35 5. Metabolismo celular ............................................................................................................ 49 6. Estudo da célula eucariota .................................................................................................. 51 Membrana celular ........................................................................................................ 51 Citoplasma e organelas ................................................................................................ 59 Núcleo celular .............................................................................................................. 62 7. O ciclo celular e a divisão celular ................................................................................... 66 Interfase ....................................................................................................................... 66 Mitose .......................................................................................................................... 67 Meiose ......................................................................................................................... 70 UNIDADE III – OS VÍRUS ................................................................................................. 76 1. Origem dos vírus .................................................................................................................. 76 2. Vírus, matéria bruta ou matéria viva? ................................................................................. 77 3. Ciclo viral ............................................................................................................................. 78 UNIDADE IV – ESTUDO DAS BACTÉRIAS E PROTOZOÁRIOS ............................................ 80 1. Estrutura das bactérias ........................................................................................................ 80 2. Respiração das bactérias ..................................................................................................... 81 3. Nutrição das bactérias ......................................................................................................... 81 4. Reprodução das bactérias ................................................................................................... 82 5. Doenças causadas por bactérias .......................................................................................... 82 UNIDADE V – A GENÉTICA ............................................................................................. 84 1. Genética molecular ............................................................................................................. 84 2. Conceitos gerais em genética .............................................................................................. 87 3. Genética mendeliana ........................................................................................................... 89 4. Leis de mendel ..................................................................................................................... 89 5. Herança dominante ............................................................................................................. 91 6. Herança intermédia ou dominância incompleta ................................................................. 92 7. Herança co-dominante ........................................................................................................ 93 8. Alelos múltiplos ou polialelia: .............................................................................................. 93 9. Factor rh e incompatibilidade materna-fetal ...................................................................... 95 10. Epistasia ............................................................................................................................... 96 11. Poligenia .............................................................................................................................. 96 12. Pleiotropia ........................................................................................................................... 96 13. Herança ligada ao sexo ........................................................................................................ 96 14. Herança mitocondrial .......................................................................................................... 97 15. Distúrbios genéticos: mutações .......................................................................................... 97 UNIDADE VI – HISTOLOGIA ........................................................................................... 99 1. Os tecidos animais .................................................................................................. 100 Tecido Epitelial ........................................................................................................... 101 Tecido Conjuntivo ...................................................................................................... 102 Tecido Muscular ......................................................................................................... 104 Tecido Nervoso. ......................................................................................................... 105 2. Histologia Vegetal ............................................................................................................. 107 TECIDOS MERISTEMÁTICOS OU EMBRIONÁRIOS ...................................................... 107 TECIDOS DEFINITIVOS ................................................................................................ 108 Tecidos de revestimento.......................................................................................108 Tecidos de preenchimento ................................................................................... 109 Tecidos de sustentação ......................................................................................... 109 Tecidos condutores ............................................................................................... 110 UNIDADE VII – BIOLOGIA DAS PLANTAS (BOTÂNICA) .................................................. 111 1. Estrutura macro e microscópica das raízes ....................................................................... 111 2. Estrutura do caule ............................................................................................................. 114 3. Estrutura da folha .............................................................................................................. 117 4. Absorção de água e solutos............................................................................................... 118 5. Transportes das seivas ...................................................................................................... 119 6. Transpiração ...................................................................................................................... 119 7. Ciclo de vida dos principais grupos de plantas .................................................................. 120 Plantas avasculares – briófitas ................................................................................... 120 Plantas vasculares sem sementes – pteridófitas ....................................................... 121 Plantas vasculares com sementes nuas - gimnospermicas ....................................... 123 Plantas vasculares com sementes protegidas angiospermicas. ................................ 124 UNIDADE VIII – ESTUDOS DOS ANIMAIS (ZOOLOGIA) .................................................. 128 1. CRITÉRIOS DE CLASSIFICAÇÃO DOS METAZOÁRIOS .......................................................... 128 Filo porifera ou spongiaria (poríferos ou espongiários) ............................................ 130 Filo celenterata ou cnidaria (celenterados ou cnidários) .......................................... 131 Filo platyhelminthes (platelmintes) ........................................................................... 132 Filo asquelminthes ou nemathelminthes .................................................................. 133 Filo mollusca (moluscos) ............................................................................................ 134 Filo annelida (anelídeos) ............................................................................................ 136 Filo arthropoda (artrópodes) ..................................................................................... 137 Filo echinodermata (equinodermes) ......................................................................... 139 Filo chordata (cordados) ............................................................................................ 140 UNIDADE IX - ECOLOGIA .............................................................................................. 142 1. Introdução ......................................................................................................................... 142 2. Níveis de organização em ecologia .................................................................................... 142 3. Conceitos básicos em ecologia .......................................................................................... 143 4. Cadeia alimentar ................................................................................................................ 144 5. Relações ecológicas ........................................................................................................... 146 6. Acção do homem sobre o ambiente: poluição .................................................................. 148 UNIDADE X – INTRODUÇÃO A ANATOMIA E FISIOLOGIA HUMANAS ........................... 150 1. Aparelho locomotor........................................................................................................... 150 2. Aparelho digestivo ............................................................................................................. 154 3. Sistema cardiovascular ...................................................................................................... 155 4. Sistema respiratório .......................................................................................................... 158 5. Sistema urinário ................................................................................................................. 160 6. Aparelhos reprodutores .................................................................................................... 163 Aparelho reprodutor feminino .................................................................................. 163 Aparelho reprodutor masculino ................................................................................ 164 7. Sistema nervoso ................................................................................................................ 165 8. Sistema endócrino ............................................................................................................. 167 Manual de Biologia. I – BIOLOGIA GERAL | 7 Unidade I. Biologia Geral A biologia e os seres vivos A BIOLOGA COMO CIÊNCIA A palavra biologia deriva do grego (bios = vida, e logos = tratado). Foi introduzido pela primeira vez na Alemanha em 1800 e popularizado no mundo da ciência pelo naturalista francês Jean Baptiste Lamarck. 1,2 Como ciência, estuda os seres vivos, sua relação com o meio e os princípios que regem seu desenvolvimento. Ela compreende muitos princípios e leis, mas se baseia essencialmente na observação e na descrição dos fenómenos intrínsecos à natureza dos chamados sistemas organizados.1,2,3 Do ponto de vista prático, nas sociedades a Biologia aplica-se fundamentalmente nos ramos da saúde e meio ambiente, tendo-se despontado como uma das ciências que mais se destacou no cenário tecnológico com as técnicas de clonagem, transplantes, a criação dos transgénicos, a decifração do código genético humano, etc. A Biologia desponta como uma das ciências que mais se destacou no cenário tecnológico com as técnicas de clonagem, os transplantes de órgãos e tecidos, a criação dos transgénicos, a decifração do código genético humano, etc. Para cumprir com seus objectivos a biologia é dividida nos seguintes ramos: Citologia, histologia, anatomia, fisiologia, embriologia, genética, evolução, sistemática, botânica, zoologia, ecologia. A vida é estudada à escala atómica e molecular pela biologia molecular, pela bioquímica e pela genética molecular, no que se refere à célula pela biologia celular e à escala multicelular pela fisiologia, pela anatomia e pela histologia. Figura 1: Diversos ramos da biologia http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81tomo http://pt.wikipedia.org/wiki/Molecula http://pt.wikipedia.org/wiki/Biologia_molecular http://pt.wikipedia.org/wiki/Biologia_molecular http://pt.wikipedia.org/wiki/Bioqu%C3%ADmica http://pt.wikipedia.org/wiki/Gen%C3%A9tica_molecular http://pt.wikipedia.org/wiki/C%C3%A9lula http://pt.wikipedia.org/wiki/Biologia_celular http://pt.wikipedia.org/wiki/Multicelular http://pt.wikipedia.org/wiki/Fisiologia http://pt.wikipedia.org/wiki/Anatomia http://pt.wikipedia.org/wiki/Histologia Manual de Biologia. I – BIOLOGIA GERAL | 8 Ciência Estuda o/a (os/as) Citologia Células Histologia Tecidos Anatomia Morfologia dos seres vivos Fisiologia Funcionamento dos seres vivos Embriologia Desenvolvimento desde a fecundação ate ao nascimento Genética Transmissão das características hereditárias Evolução Alteraçõesnas características dos seres vivos ao longo do tempo bem como o surgimento de novas espécies. Sistemática Classifica, nomeia e agrupa os seres vivos de acordo as suas relações filogenéticas. Botânica Plantas Zoologia Animais OS SERES VIVOS E SUAS CARACTERÍSTICAS No passado os seres vivos eram definidos como aqueles constituídos por células, nascem, movimentam-se, têm reações aos estímulos físicos e químicos, crescem, desenvolvem-se, reproduzem-se e morrem. Mais tarde viu-se que tais características não eram aplicáveis a todos os seres vivos e que despertavam grandes debates linguísticos e filosóficos. O conceito de ser vivo ainda é um motivo de discussão no mundo científico. Actualmente o conceito mais abrangente e que deverá ser fixado pelo estudante do AVEO é o que diz que “ser vivo é tudo que apresenta material genético, que seja capaz de reproduzir-se por algum mecanismo e que responde a pressão evolutiva”. Os seres vivos possuem características peculiares que não são encontradas na matéria bruta ou inanimada, tais como: composição química complexa, organização celular, metabolismo, reprodução, crescimento, homeostase, material genético, mutação e evolução e adaptação. a) Composição química da matéria viva. Os seres vivos são formados principalmente por átomos de Carbono, Hidrogénio, Oxigénio e Nitrogénio (CHON), agrupados em compostos inorgânicos (água e sais minerais) e orgânicos (aminoácidos e proteínas, nucleótidos e ácidos nucleicos, glícidos, lípidos e vitaminas). Manual de Biologia. I – BIOLOGIA GERAL | 9 A composição química aproximada da matéria viva é de 75 a 85% de água; 1% de sais minerais; 1% de carboidratos; 2 a 3% de lípidos; 10 a 15% de proteínas e 1% de ácidos nucléicos. [leia Bioquímica celular] Figura 2. (A) Algumas moléculas orgânicas da célula. (B) Distribuição de sais minerais glicose e aminoácidos b) Organização estrutural Com excepção dos vírus, todos os seres vivos são formados por células. Célula é a menor parte com forma definida que constitui um ser vivo. As células são as unidades estruturais e funcionais dos organismos vivos. As células, em geral, possuem tamanho tão pequeno que só podem ser vistas por meio de microscópio. Dentro delas ocorrem inúmeros processo que são fundamentais na manutenção da vida. [leia Citologia]. Segundo o padrão evolutivo, existem dois tipos de células: procariota e eucariota CÉLULA PROCARIOTA. É o tipo mais simples quanto à organização. O que caracteriza uma célula procariota é a ausência de um núcleo verdadeiro. Essas células possuem uma estrutura dispersa no citoplasma denominada nucleóide, que não é envolvido por uma membrana e constituído por único filamento da ADN. As únicas organelas presentes no citoplasma desse tipo celular são os ribossomas, responsáveis pela síntese protéica. A B http://xiribio.files.wordpress.com/2008/10/molecules_all_lab_spanish-copiar1.jpg Manual de Biologia. I – BIOLOGIA GERAL | 10 Figura 3: Estrutura de uma bactéria COMPONENTES FUNÇÃO Parede celular Protege á bactéria contra danos mecânicos. Flagelos Filamentos móveis que permitem a sua mobilidade Membrana Celular Controla a entrada e saída de substâncias da célula Citoplasma Contem enzimas para a sua respiração (aeróbia e anaeróbia). Ribossomas Sintetizam proteínas Nucleóide Região onde se localiza o cromossoma bacteriano O citoplasma das células procariotas não apresenta organelas delimitadas por membrana. Em algumas células procariotas, a membrana citoplasmática sofre uma invaginação que penetra no citoplasma, formando o mesossoma. Acredita-se que o mesossoma. A forma das células procariotas é mantida pela presença de uma parede externa em relação à membrana citoplasmática, denominada parede celular. As células procariotas caracterizam os representantes do Reino Monera. CÉLULA EUCARIOTA: Apresenta um padrão de organização mais complexo em relação à célula procariota. O que caracteriza uma célula eucariota é a presença de um núcleo verdadeiro, isto é, o material genético é delimitado por uma membrana denominada Manual de Biologia. I – BIOLOGIA GERAL | 11 membrana ou envoltório nuclear. Esse tipo celular apresenta grande quantidade de organelas delimitadas por membrana (organelas membranosas) e podem ser animal ou vegetal. Figura 4: Estrutura da célula eucariota animal Figura 5: Estrutura da célula eucariota vegetal O quadro abaixo estabelece a comparação estrutural das células eucariotas e procariotas Manual de Biologia. I – BIOLOGIA GERAL | 12 Estruturas Procariotas Eucariotas Envoltório nuclear Ausente Presente DNA Sem combinação proteica Combinado com proteínas Cromossomas Únicos Múltiplos Nucléolos Ausentes Presentes Divisão Fissão binária Mitose ou meiose Ribossomas 70S* (50+30) 80S* (60+40) Endomembranas Ausentes Presentes Mitocôndrias Ausentes Presentes Cloroplastos Ausentes Presentes nas células vegetais Parede celular Não celulósica Celulósica nas células vegetais Exocitose e endocitose Ausente Presente Citoesqueleto Ausente Presente * S corresponde à unidade Sverdberg de sedimentação, que depende da densidade e da forma da molécula Alguns seres são formados por uma única célula, são os do reino Monera (bactérias e cianobactérias), Protista (protozoários e algas) e alguns fungos; conhecidos como unicelulares. Os animais, as plantas e os fungos em geral são formados por muitas células, sendo chamados de pluricelulares. c) Reprodução. É a capacidade de gerar novos indivíduos da mesma espécie perpetuando a mesma. Há dois tipos fundamentais de reprodução: assexuada e sexuada. A reprodução assexuada ou agâmica, permite a formação de novos indivíduos a partir de um só progenitor, sem que haja a intervenção de células sexuais — os gâmetas. Deste modo, não há fecundação e, consequentemente, não ocorre formação do zigoto. Assim, a partir de um só indivíduo podem formar-se numerosos indivíduos geneticamente idênticos, designando-se este agregado por clone. Manual de Biologia. I – BIOLOGIA GERAL | 13 Figura 6: Reprodução assexuada da paramécia Na reprodução sexuada ou gâmica acontece a formação de células especiais denominadas gâmetas. É necessário que o gâmeta masculino se una ao gâmeta feminino para acontecer a formação de um novo organismo. É comum nos seres pluricelulares. [leia também Reprodução e Ciclo Celular]. Figura 7: Reprodução sexuada em felinos d) Metabolismo é o conjunto de reações químicas que ocorrem no interior dos seres vivos permitindo a transformação, utilização e troca de matéria e energia entre os seres vivos e o meio ambiente. Os seres vivos estão em constante atividade e isso os obriga a um consumo permanente de energia. Para que isso aconteça, os seres vivos realizam a nutrição e a respiração. [leia Citologia]. Manual de Biologia. I – BIOLOGIA GERAL | 14 Figura 8: Tipos de reacções metabólicas e ciclo do ATP Quanto à forma de nutrição os organismos podem ser autotróficos ou heterotróficos. Os autotróficos utilizam a matéria inorgânica para sintetizar matéria orgânica, como os vegetais. Os heterotróficos capturam a matéria orgânica existente no ambiente, como os animais. Quanto à forma de respiração podem ser anaeróbios ou aeróbios. Os anaeróbios produzem energia na ausência de oxigénio molecular (O2) e os aeróbios utilizam o oxigénio molecular para obter energia. e) Homeostase Do grego "permanecer sem alteração", entende-se como o conjunto de mecanismos que permitem a constância do meio interno. Entre as condições que devem ser reguladas compreendem as seguintes: a temperatura corporal, o pH, o volume de água, a concentração de sais, etc. Grande parte da energia de um ser vivo se destina a manter o meio interno dentro de limites homeostáticos.Figura 9: Homeostase é a manutenção do equilíbrio do meio interno Manual de Biologia. I – BIOLOGIA GERAL | 15 A figura a baixo representa a homeostase da glicose no sangue. Figura 10: Homeostase da glicemia f) Material Genético e Hereditariedade Podemos dizer que ser vivo é aquele que possui ácido nucléico (ADN ou ARN), de facto essa é a única característica encontrada em todos os seres vivos e exclusivamente neles. [leia Genética] g) Mutação e evolução Mutação é uma alteração permanente na estrutura do ADN. Se essa alteração ocorrer nas células que vão formar os gâmetas, ela será transmitida aos descendentes. As mutações explicam, em parte, o aparecimento, ao longo do tempo, de muitas espécies novas a partir de outras já existentes, no processo conhecido como evolução das espécies. [leia Origem das espécies] h) Adaptação É a capacidade que possuem os organismos vivos de se mostrarem sensíveis a variações ambientais e de se ajustarem às novas condições com vantagens para a sobrevivência e êxito reprodutivo. Manual de Biologia. I – BIOLOGIA GERAL | 16 i) Crescimento É a capacidade de aumentar de tamanho físico quer seja por aumento do volume celular – nos unicelulares – ou por aumento do volume celular e do número de células – nos pluricelulares. Nos seres vivos ocorre devido à incorporação e transformação dos alimentos, como consequência da nutrição, do metabolismo e da multiplicação celular. [leia: Reprodução e Ciclo Celular; Divisão Celular] j. Movimento Os seres vivos são capazes de se movimentar. De forma geral, os animais possuem movimentos rápidos e ativos. Nos vegetais, os movimentos são mais lentos, podem ser observados quando giramos um vaso de flor que fica próximo à janela. As folhas se movem lentamente em direção a luz. k. Irritabilidade É capacidade que os organismos têm de responderem aos estímulos (tanto internos como externos). Entre os estímulos geralmente se contam: luz, pressão, temperatura, composição química do solo ou do ar circundante, etc. Os Níveis de Organização da Matéria Viva Existem sete níveis de complexidade na organização da matéria viva, nomeadamente: atómico, molecular, celular, tecido, órgão, aparelhos/sistemas e por último o organismo. O primeiro nível na organização da matéria é constituído por átomos que compõem os diferentes elementos químicos. Os elementos químicos mais abundantes da célula são: carbono (C), o hidrogénio (H), o oxigénio (O), o nitrogénio (N). Os átomos combinam-se para formar moléculas (dois ou mais átomos unidos) que correspondem ao segundo nível na organização da matéria. As moléculas encontradas na matéria viva são classificadas em orgânicas e inorgânicas que serão estudadas em bioquímica celular. As moléculas, por sua vez, combinam-se para formar o próximo nível de organização, o nível celular, as células são as unidades estruturais e funcionais básicas de um organismo. Entre os muitos tipos de células existentes no nosso corpo, temos as células musculares, nervosas e sanguíneas. Manual de Biologia. I – BIOLOGIA GERAL | 17 Figura 11. Estrutura da estrutura atómica (esquerda) e da molécula de água (direita) O quarto nível de organização é o nível tecidual, os tecidos são grupos de células semelhantes que, juntas, realizam uma função particular (comum). Os quatro tipos básicos de tecido são os seguintes: o epitelial, o conjuntivo, o muscular e o nervoso. Quando diferentes tipos de tecidos estão unidos, eles formam o próximo nível de organização: o nível orgânico (órgãos), Os Órgãos são compostos de dois ou mais tecidos diferentes, têm funções específicas e geralmente apresentam uma forma reconhecível. Como exemplos de órgãos temos os seguintes: o coração, o fígado, os pulmões, o cérebro e o estômago. Figura 12: Níveis de organização O sexto nível de organização é o nível sistémico (aparelho ou sistemas). Um sistema representa um conjunto de órgãos interrelacionados, que desempenham uma função comum. Temos exemplo, o sistema digestivo, que tem a função de digerir e absorver os alimentos, este Manual de Biologia. I – BIOLOGIA GERAL | 18 referido sistema é composto pelos seguintes órgãos: boca, glândulas salivares, faringe, esófago, estômago, intestino delgado, intestino grosso, fígado, vesícula biliar e pâncreas. O mais alto nível de organização é o nível de organismo. Todos os sistemas do corpo funcionando como um todo, formando consequentemente o organismo – um indivíduo Se relacionarmos os seres vivos entre si e estes com o meio ambiente surgem mais quatro níveis nomeadamente: população, comunidade, ecossistemas e biosfera. Os 4 últimos níveis são estudados em Ecologia, mais adiante. Figura 13: Níveis ecológicos de organização da matéria Manual de Biologia. I – BIOLOGIA GERAL | 19 Teorias sobre a Origem da Vida Saber a origem da vida na terra bem como sua diversidade, foi motivo de discussões entre filósofos e cientistas há muito tempo. Vamos estudar nesse capítulo as teorias mais importantes sobre o surgimento das primeiras formas de vida na terra, e no capítulo seguinte, sobre a origem das espécies, ou seja, sobre a causa da diversidade das espécies. Criacionismo Essa é a mais antiga de todas as ideias sobre a origem da vida. Segundo esta hipótese, a vida surgiu na terra por acto divino. Essa corrente afirma que os seres vivos foram criados individualmente por uma divindade e que desde então permanecem com a mesma forma com que foram criados (imutabiliade das espécies). Elas não mudam ao longo do tempo, é o que se chama imutabilidade da espécie. Abiogênese O grande divulgador da abiogênese ou geração espontânea foi Aristóteles sábio e filósofo grego, há mais de 2.000 anos. Ela defendia que os seres vivos se formaram a partir de material orgânico em decomposição. Era como se a vida brotasse de materiais não vivos, daí o nome. Segundo essa teoria, “existiriam dois princípios, um passivo, que é a matéria, e outro ativo, que é a forma. No momento em que as condições fossem favoráveis, esses princípios se conjugariam, originando vida”. Essa teoria teve como base as observações feitas por cientistas da época que acreditavam ser essa a única explicação para o aparecimento de bichos dentro de frutas, por exemplo. Outro fato bastante citado é o do aparecimento de moscas num pedaço de carne exposto ao ar livre. Esta teoria perdurou até o século XIX. Biogênese Esta teoria diz que os seres vivos originam-se apenas de outro pré-existentes. Foram muitos os cientistas que apoiaram esta teoria com o intuito de derrubar a abiogénese; dentre os quais, citemos os seguintes: Experiências de Redi Durante muitos anos, vários experimentos foram feitos para tentar derrubar a ideia da geração espontânea. Em meados do século XVII, o biólogo e médico italiano Francesco Redi colocou pedaços de carne no interior de alguns frascos, deixando determinados frascos abertos e fechando outros com uma gaze. Nos frascos abertos, apareciam larvas de moscas, o que não acontecia nos frascos cobertos pela gaze. Manual de Biologia. I – BIOLOGIA GERAL | 20 Figura 14: Francesco Redi e modelo de seu experimento Redi afirmava, a partir do seu experimento, que as moscas não são geradas espontaneamente pela carne e sim por ovos depositados por outras moscas que só penetravam nos frascos abertos. Os resultados dos experimentos de Redi fortaleceram a biogênese, isto é, a teoria que admite a origem de um ser vivo somente a partir de outro ser vivo pré existente. Experiências de Jonh Needham e Lázzaro Spallanzani No século XVIII, o biólogo inglês John Needham colocou sucos nutritivos, como caldo de galinha e sucos vegetais, em tubos de ensaio que foram aquecidos e, a seguir, fechados para impedir a entrada do ar. Alguns dias depois,Needham constatou que os sucos nutritivos continham microrganismos, fazendo vir novamente à tona a ideia da abiogênese. Alguns anos mais tarde, o padre italiano Lázzaro Spallanzani refez as experiências de Needham. No entanto, Spallanzani ferveu os sucos nutritivos contidos em tubos de ensaio, que foram posteriormente fechados. Analisando o conteúdo dos tubos, Spallanzani constatou, mesmo depois de vários dias, que os sucos nutritivos não apresentavam nenhuma forma de vida, descartando, assim, a ideia da abiogênese. Segundo Spallanzani, Needham não aqueceu suficientemente os tubos, permitindo a sobrevivência de alguns microrganismos que se reproduziram assim que os sucos nutritivos esfriaram. No entanto, Needham criticou Spallanzani afirmando que a fervura teria destruído o princípio ativo, isto é, a força capaz de gerar vida. A teoria da abiogênese ainda não havia sido derrubada. Manual de Biologia. I – BIOLOGIA GERAL | 21 Figura 15: Lázzaro Spallanzani e o modelo de sua experiência Experiências de Pasteur Somente em meados do século XIX, o cientista francês Louis Pasteur elaborou de forma conclusiva experiências que inviabilizaram a geração espontânea. Pasteur realizou uma série de experimentos, entre os quais o experimento do frasco com “pescoço de cisne”. Através do trabalho, foi demonstrado que uma solução nutritiva, previamente esterilizada, mantém-se estéril indefinidamente mesmo na presença de ar, desde que a entrada de germes seja impedida. Figura 16: Loius Pasteur e modelo de sua experiência Com esta experiência Pasteur deixou por terra a teoria da geração espontânea segundo a qual os seres vivos originavam-se a partir de matéria bruta e prevaleceu a ideia da biogênese, segundo a qual os seres vivos provem de outro pré-existente. Manual de Biologia. I – BIOLOGIA GERAL | 22 Panspermia cósmica Svante Arrhenius químico sueco em 1908 propôs que os primeiros seres vivos chegaram a Terra, provenientes de outros planetas, em fragmentos de meteoritos. Esta hipótese teve sérias rejeições devido às seguintes indagações: Nenhum esporo conhecido resiste às radiações cósmicas; no espaço não existe atmosfera; as temperaturas que se produzem ao entrar na atmosfera terrestre são tão elevadas que impossível que qualquer forma de vida conhecida a resista. Teoria quimio-sintética, evolução química ou síntese abiótica Esta teoria é conhecida como de Oparin-Haldane, porque foi publicada em 1924, por um investigador russo Alexander I. Oparin, cujos resultados coincidiram com os do biólogo inglês John D. S. Haldane, que publicou suas experiências quatro anos depois (1928). Esta teoria foi e tem sido amplamente aceite pelos cientistas modernos não só de área biológica, sino também por químicos, astrônomos, geólogos, etc. Oparin propôs que a vida na terra teria surgido de forma lenta e ocasional nos oceanos primitivos através dos seguintes mecanismos: Altas temperaturas, descargas elétricas constantes e radiação ultravioleta teriam agido sobre as substâncias existentes na atmosfera primitiva (CH4, NH3, H2O e H2), quebrando algumas ligações químicas e permitindo novas combinações atômicas... Dessa forma, substâncias orgânicas, como aminoácidos, foram formadas na atmosfera primitiva. Esses aminoácidos foram arrastados pelas chuvas para a crosta terrestre, formando proteínas que foram levadas para os oceanos primitivos. Na água, ocorreu a formação de COACERVADOS, isto é, aglomerados de proteínas envolvidos por uma película limitante. Nos oceanos primitivos, os coacervados reagiam com outras substâncias, formando substâncias ainda mais Experiências de Miller Em 1954, o cientista norte-americano Stanley Miller testou em laboratório a viabilidade da hipótese de Oparin. Miller construiu um aparelho onde reuniu metano, amônia, vapor de água e hidrogênio, fazendo circular tais substâncias. A mistura foi aquecida e submetida a descargas elétricas simulando as condições presentes na atmosfera primitiva. Ao final do Figura 17 Manual de Biologia. I – BIOLOGIA GERAL | 23 experimento, a água analisada continha alguns aminoácidos e outras substâncias orgânicas. Assim, percebemos que o experimento de Miller reforçou as idéias de Oparin. Figura 18: Representação da experiência de Miller Experiências de Fox Em 1957, o cientista norte-americano Sidney Fox aqueceu uma mistura de aminoácidos e observou a formação de moléculas muito semelhantes a proteínas, reforçando as ideias propostas por Oparin. Os aminoácidos trazidos pelas chuvas ao entrarem em contacto com as rochas ainda quentes da superfície terrestre teriam formado moléculas de proteínas que foram arrastadas aos oceanos primitivos pelas chuvas. Manual de Biologia. I – BIOLOGIA GERAL | 24 A ORIGEM DAS ESPÉCIES - CAUSA DA DIVERSIDADE DAS ESPÉCIES Até o século XVIII, havia a consolidação da idéia que todos os seres vivos presentes no planeta Terra foram produto de criação divina e que as espécies não passavam por nenhum processo de transformação. Essa teoria que afirma que as espécies são fixas e imutáveis recebe o nome de Fixismo. A partir do século XVIII, uma nova ideia foi lançada, afirmando que as espécies se transformavam gradualmente ao longo do tempo e originavam novas espécies. Essa teoria que afirma que as espécies são mutáveis recebe o nome de transformismo e é a base da evolução. A teoria da evolução afirma que a linha evolutiva se desenvolve no sentido de tornar as espécies cada vez mais adaptadas ao ambiente em que vivem. As teorias evolutivas procuram explicar os mecanismos que determinam a grande variedade de seres vivos. Propõem também que os seres vivos são passíveis de modificações e que provavelmente sofrem alterações morfológicas e fisiológicas ao longo dos tempos. Propõem ainda que as espécies actuais tiveram origem em outras pré-existentes que sofreram modificações com a finalidade de se adaptar às constantes modificações ambientais ocorridas em nosso planeta. Noção de evolução Evolução é o processo através do qual ocorrem mudanças ou transformações nos seres vivos ao longo do tempo, dando origem a novas espécies. Provas ou evidências do processo evolutivo A evolução encontra argumentos muito fortes a seu favor no estudo comparativo dos organismos como a homologia e a analogia de certos órgãos, nos órgãos vestigiais, na embriologia e no estudo dos fósseis. Embriologia comparada: estudo da embriologia mostra a grande semelhança existente nos embriões de animais de classes diferentes quando nas etapas iniciais do seu desenvolvimento. Á medida que o embrião se desenvolve, surgem características individualizadas e as semelhanças diminuem. Manual de Biologia. I – BIOLOGIA GERAL | 25 Figura 13: Embriões de vertebrados diversos. Note a grande semelhança nos primeiros estágios do desenvolvimento. Órgãos vestigiais: São estruturas pouco desenvolvidas em alguns grupos, geralmente sem função, mas em outros aparecem desenvolvidas e funcionais, revelando a existência de um parentesco evolutivo entre eles. Exemplos na espécie humana: O cóccix que é um vestígio da cauda observada em outros animais como o macaco. O apêndice vermiforme que é bem desenvolvido em alguns animais (coelho) e atrofiado no homem. Fosseis: Os fósseis são restos de seres vivos de épocas passadas ou qualquer vestígio deixado por eles. Os fósseis permitem que sejam feitas comparações entre seres que existiram há milhares de anos atrás e os seres vivos, actuais. Anatomia comparada: existem estruturas denominadas homólogas que apresentam a mesma origem embriológica podendo ter ou não a mesma função, demonstrando parentesco entre algumas espécies (Figura 19). Porém, existem as estruturas denominadas análogas que apresentam a mesma função, mas têm origemembrilógica diferente, demonstrando espécies que resolveram de forma semelhante os problemas de adaptação ao mesmo tipo de ambiente (evolução convergente); por exemplo, as asas dos insectos e as das aves, o formato do corpo e outras adaptações à vida aquática de animais tão diversos como o golfinho, ictiossauro (réptil fóssil) e o tubarão. Figura 19. Estruturas homólogas em alguns animais Manual de Biologia. I – BIOLOGIA GERAL | 26 TEORIAS DA EVOLUÇÃO Lamarckismo Segundo Jean Baptiste Lamarck, as modificações ambientais desencadeariam em uma espécie a necessidade de se modificar de modo a promover a sua adaptação às novas condições ambientais. Para Lamarck, a evolução estaria baseada em duas leis fundamentais: lei do uso e desuso e a lei da transmissão das características adquiridas. Lei do uso e desuso: órgãos muito usados iriam hipertrofiar, enquanto órgãos pouco usados iriam atrofiar Lei da transmissão dos caracteres adquiridos: as características adquiridas pelo uso ou perdidas pelo desuso seriam transmitidas aos descendentes. A teoria de Lamarck não é mais aceita actualmente por dois motivos: somente os órgãos de natureza muscular podem sofrer hipertrofia ou atrofia como resposta ao uso e desuso frequentes e as características adquiridas pelo uso ou perdidas pelo desuso não podem ser transmitidas aos descendentes. Somente uma modificação nos genes presentes nos gâmetas poderá ser transmitida às gerações seguintes. Darwinismo A teoria de Charles Darwin foi baseada na selecção natural. De acordo com essa teoria o ambiente selecciona os indivíduos portadores de característica "favoráveis". Esses tem chances de sobreviver e deixar descendentes férteis enquanto os portadores de características "desfavoráveis" tendem a ser eliminados, pois terão menos chances. Fica fácil perceber que a acção do meio ambiente é diferente para Lamarck e Darwin. Segundo Lamarck, o meio é o causador das variações, já que características novas são adquiridas por imposição do meio. Segundo Darwin, o meio apenas seleciona as características adaptativas mais importantes. Darwin não conseguiu explicar a origem das variações, já que somente a genética, surgida no século XX, contém subsídios para esclarecer as causas da variabilidade. Neodarwinismo Também denominado Teoria sintética da evolução, foi proposto no século XX por vários pesquisadores utilizando como base o Darwinismo, que foi acrescido dos conceitos modernos sobre variabilidade (mutação e recombinação génica) e genética de populações. Manual de Biologia. I – BIOLOGIA GERAL | 27 O Neodarwinismo não corrige o Darwinismo e sim amplia suas idéias à medida que explica as causas das variações nos seres vivos que não foram explicadas por Darwin. As mutações e a recombinação génica são as principais causas da variabilidade genética presente nos seres vivos. A seleção natural apenas direciona o processo evolutivo, mantendo as variações favoráveis ou adaptativas a determinado meio. Enquanto as mutações e a recombinação génica aumentam a variabilidade genética, a seleção natural diminui, já que os indivíduos menos adaptados tendem a morrer e, com o tempo, permitir a extinção da espécie. A CLASSIFICAÇÃO DOS SERES VIVOS Todos os seres vivos apresentam a mesma unidade química, mesma unidade funcional e de organização, o que faz pensar que procederam de uma origem comum que ao longo dos tempos terá sofrido diversas transformações para obterem a actual diversificação. A diversidade dos seres vivos nos leva a ordená-los e classificá-los através do estudo de suas características e relações filogenéticas. Noção de classificação e nomenclatura Classificação, em biologia, corresponde à identificação, denominação e agrupamento de organismos com base sua relação filogenética. Carlos Lineu, naturalista sueco, desenvolveu a nomenclatura binominal para classificar os animais e plantas, razão pela qual é considerado o Pai da Sistemática. Uma qualidade da Taxonomia de Lineu é que ela pode ser usada para desenvolver um sistema simples e prático para organizar dos diferentes tipos de organismos vivos. O aspecto mais importante é o uso geral da nomenclatura binominal, a combinação de um nome genérico e de um nome específico (Homo sapiens, por exemplo). Nenhuma outra espécie de planta pode ter este binome. Deste modo, a todas as espécies pode se dar um único e estável nome. Em função do grande número de espécies existentes na Biosfera, foi necessário agrupar os seres vivos de acordo com suas semelhanças e diferenças. Noção de Sistemática A sistemática ou taxonomia é o ramo das ciências naturais que nomeia, classifica e agrupa os seres vivos de acordo suas relações filogenéticas. O sistema natural de classificação respeita um padrão hierárquico de organização, as categorias taxonómicas ou táxons que obedecem à seguinte sequência: Reino ― Filo ― Classe ― Ordem ― Família ― Género ― Espécie http://pt.wikipedia.org/wiki/Organismo http://pt.wikipedia.org/wiki/Taxonomia_de_Lineu Manual de Biologia. I – BIOLOGIA GERAL | 28 Os seres vivos são agrupados em 2 grandes domínios: Eukaryota e Procaryota CLASSIFICAÇÃO TAXONÓMICA DE ALGUNS SERES VIVOS Categoria Taxonómica Homem Cão Mosca Milho Reino Metazoa Metazoa Metazoa Methaphyta Filo ou Divisão Chordata Chordata Arthropoda Trachaeophyta Classe Mammala Mammala Insecta Angiospermae Ordem Primata Carnívora Diptera Graminales Família Hominidae Canidae Muscidae Granidae Género Homo Canis Musca Zea Espécie Homo sapiens Canis Cais Musca domestica Zae mays Um pouco de história sobre a classificação dos seres vivos em Reinos No século IV a.C. Aristóteles e Teofrasto, seu discípulo, agruparam os seres vivos em dois grandes grupos: Animalia e Plantae. Esta classificação tinha por base a mobilidade e o tipo de nutrição: as plantas são imóveis e produzem o seu próprio alimento (autotrofia) e os animais apresentam capacidade de locomoção e capturam as suas presas dependendo por isso da matéria orgânica produzida por outros organismos (heterotrofia). Esta ideia é reforçada pela classificação de Carl Lineu no século XVIII. Os avanços tecnológicos, nomeadamente ao nível dos microscópios, permitiram observar organismos até então desconhecidos e excluídos dos sistemas de classificação. Organismos como as algas, fungos e as bactérias foram inicialmente incluídos no reino Plantae por apresentarem parede celular e organismos, como os protozoários, que eram móveis e ingeriam os alimentos foram colocados no reino Animalia. O surgimento e aceitação no século XIX das emergentes teorias evolucionistas para os seres vivos levantava questões sobre a classificação de alguns organismos que não sendo nem animais nem plantas pudessem ser seus ancestrais. A ideia de um terceiro reino é fortemente influenciada pela Teoria da Selecção Natural de Darwin que postulava a existência de uma ancestral comum a todos os seres vivos. Em 1866, Ernst Haeckel (1834-1919), naturalista alemão, propôs a criação do Reino Protista que incluía os organismos unicelulares e os multicelulares que não apresentassem diferenciação celular, incluindo assim as bactérias os protozoários e os fungos. Manual de Biologia. I – BIOLOGIA GERAL | 29 No século XX com o aparecimento do microscópio electrónico e com o avanço de algumas técnicas bioquímicas, foi possível compreender que as bactérias têm características muito distintas dos fungos e dos protozoários. E em 1956, Herbert Copeland (1902-1968), apresenta uma classificação que se aproxima mais da realidade natural. Separa num novo reino, Monera, os seres vivos procariontes – com células sem núcleo individualizado. Segundo Copeland, no reino Protista incluem-se todos os fungos e algas vermelhas e castanhas, no reino Plantae os organismos que possuíssemclorofila (pigmento fotossintético), que produzissem amido, celulose e sacarose e no reino Protista os organismos eucariontes que não eram animais nem plantas. Classificação em Cinco Reinos Foi proposto em 1969 por Whittaker (1924-1980) e propõe um sistema de classificação em cinco reinos, estabelecendo um reino independente para os fungos, o reino Fungi. O novo sistema apresentado tinha subjacente três critérios principais: Nível de organização celular – diferencia as células procarióticas das eucarióticas e a unicelularidade da multicelularidade Modo de nutrição – modo como o organismo obtém o alimento Figura 20: Principais características dos reinos Manual de Biologia. I – BIOLOGIA GERAL | 30 Interacções nos ecossistemas – respeitante às relações alimentares que o organismo estabelece com os restantes organismos no ecossistema. Os organismos podem ser classificados em produtores, e consumidores (macro e microconsumidores). Whittaker viria a reformular os eu próprio sistema em 1979. O reino Protista passou a incluir os fungos flagelados e as algas (uni e multicelulares). Na tabela seguinte resumem-se as principais características dos reinos, tendo em conta os critérios estabelecidos por Whittaker na sua versão modificada de 1979. a) Reino Metazoa ou Animalia : composto por organismos pluricelulares e heterotróficos (não são capazes de produzir sua própria energia). Fazem parte deste grupo: animais invertebrados, vertebrados, aves, mamíferos, inclusive o homem. b) Reino Metaphyta ou Plantae: seres pluricelulares que possuem células revestidas por uma membrana de celulose e que são autotróficos (capazes de produzir sua própria energia). Fazem parte deste grupo: vegetais inferiores (algas verdes, vermelhas ou marrons), vegetais intermediários (ex. samambaia) e vegetais superiores (plantas). c) Reino Monera: composto por organismos unicelulares (formados por uma única célula) e procariontes (células que não possuem um núcleo organizado). Fazem parte deste reino: as bactérias e algas azuis ou cianobactérias (antigamente eram consideradas como vegetais inferiores). d) Reino Fungi: composto por seres eucariontes (núcleo organizado e individualizado) que podem ser uni ou pluricelulares. Fazem parte deste reino: os fungos elementares e os fungos superiores (antigamente eles eram classificados como vegetais inferiores). e) Reino Protista: formado por seres unicelulares e eucariontes. Estão presentes neste reino: protozoários (giárdias, amebas, tripanossomas) e algas inferiores ou eucariontes. Figura 21. Representação do 5 reinos http://wikiciencias.casadasciencias.org/index.php/Classifica%C3%A7%C3%A3o_de_Whittaker Manual de Biologia. II – CITOLOGIA | 31 Unidade II: A CITOLOGIA INTRODUÇÃO Para que a Citologia surgisse como Ciência, foi necessária a invenção de um tipo muito simples de microscópio. O crédito pela invenção do microscópio é dado ao holandês Zacharias Jansen, por volta do ano 1595. No início, o instrumento era considerado um brinquedo, que possibilitava a observação de pequenos objectos. Em 1665, Robert Hooke, cientista inglês, observou pela primeira vez células, utilizando um microscópio muito simples iluminado a vela. Hooke observava pedaços de cortiça ao microscópio e descreveu pequenas cavidades em seu interior que foram denominadas células (CELL = cela, em inglês). Na realidade, Robert Hooke observou a parede de celulose e o espaço vazio que era ocupado por cada célula quando viva facto esse justificado por ser a cortiça um tecido vegetal morto, denominado súber. Robert Hooke,.nascido a 18 de julho de 1635 em Freshwater, ilha de Wight, Inglaterra, faleceu em 3 de Março de 1702 em Londres. Hooke estudou em Westminster onde aprendeu latim e grego, mas ao contrário de seus contemporâneos ele nunca escreveu em latim. Em 1653 foi para o Christ College, em Oxford onde encontrou com Boyle. Em 1655 foi empregado por Boyle para construir sua bomba de ar. Em 1660 descobriu a lei da elasticidade que tomou seu nome. Hooke trabalhou no sistema ótico, no movimento harmônico simples e resistência de materiais. Pioneiro nas hipóteses de que as tensões tangenciais são proporcionais às velocidades de deformação angular e de que as componentes normais são funções lineares das velocidades de deformação, seu primeiro invento foi o relógio portátil de corda (1657) Descreveu a estrutura celular da cortiça (1665) e publicou Micrographia, sobre suas descobertas em ótica e iniciando suas análises dos efeitos do prisma, esferas e lâminas, com a utilização do microscópio. Com o microscópio também deu importante contribuição ao estudo da estrutura das células, devendo-se a ele a origem deste termo. Figura 22 Microscópio de Hooke Manual de Biologia. II CITOLOGIA | 32 Em 1674, Antonie van Leeuwenhoek, pesquisador holandês, usando microscópios de sua própria construção, dotados de lente única (microscópio simples), observou e relatou as formas e o comportamento dos microrganismos, sendo por isso considerado pioneiro entre os citologistas. Figura 23: Leeuwenhoek e seu microscópio Em 1838, dois biólogos alemães, Schleiden e Schwann, observando a presença de células em tecidos animais e vegetais, enunciaram a Teoria Celular, segundo a qual todos os seres vivos são constituídos por uma ou mais células. Sabemos que os vírus não são constituídos por células, mas esses organismos vivos só foram descritos no século XX. Figura 24: Mathias Schleiden (a esquerda) e Theodor Schwann No início dos anos 30, o engenheiro electrónico alemão inventou o microscópio electrónico Ernest Ruska. Esses instrumentos utilizam feixes de electrões e lentes electromagnéticas, no lugar da luz e das lentes de vidro, permitindo ampliações de mais de 100 000 vezes. Com isso, a Citologia apresentou grandes avanços como ciência. Manual de Biologia. II – CITOLOGIA | 33 NOÇÃO E OBJECTO DE ESTUDO DA CITOLOGIA A Citologia (grego: KYTOS = célula; LOGOS = estudo) é a parte da Biologia que estuda a célula em todos os seus aspectos: bioquímico, morfológico e funcional. O objecto de estudo da citologia é a célula. A célula é considerada a unidade morfofuncional dos seres vivos, com excepção dos vírus, que são organismos acelulares, ou seja, não são constituídos por células, mas dependem delas para sua sobrevivência. Nos organismos unicelulares, a única célula presente realiza todas as funções necessárias à manutenção da vida, enquanto as várias células dos organismos pluricelulares apresentam diferentes formas adaptadas ao desempenho das mais variadas funções. ORGANIZAÇÃO CELULAR Uma célula típica apresenta três partes fundamentais: membrana citoplasmática, citoplasma e núcleo. Em tipos diferentes de células, podemos encontrar algumas variações relacionadas a essas porções fundamentais. Quanto à organização ou padrão evolutivo, existem dois tipos celulares básicos: Célula Procariota e Célula Eucariota. MÉTODO DE ESTUDO DA CÉLULA As células são organismos pequeninos, que para sua visualização e estudo é necessário o auxilio de um instrumento capaz de ampliar sua imagem – O microscópio. Microscópio Óptico A microscopia óptica ou de luz, como o próprio nome indica, possibilita o aumento de imagens através da luz que, após incidir sobre determinada amostra, passa por um conjunto de lentes. O avanço deste tipo de microscopia, portanto, ocorreu atrelado ao desenvolvimento da óptica, ou seja, o ramo da Física que estuda a luz e sua interacção com distintos meios e materiais. Além de ampliar a imagem de um objecto, de 1000 a 1500 vezes, o microscópio serve para aumentar o poder de resolução do olho humano. Poder de resolução é a capacidade de distinguir dois pontos muito próximos um do outro. Os microscópios ópticos têm um limitede resolução da ordem de 0,2 μm, ou seja, as lentes destes microscópios conseguem mostrar dois pontos distintos se estes estiverem separados por distâncias de pelo menos 0,2 μm. É importante lembrar que para uma estrutura ser observada através de um microscópio óptico, é necessário que ela seja suficientemente fina para deixar que os raios luminosos a atravessem, além de ter índices de refração ou coloração diferentes do meio que a circundam. Manual de Biologia. II CITOLOGIA | 34 Um microscópio óptico pode ser simples ou composto: o microscópio simples possui uma única lente e só fornece uma imagem moderadamente aumentada do objecto que se está estudando; o microscópio composto consiste de uma série de lentes e fornece um aumento muito maior. MICROSCÓPIO COMPOSTO Um microscópio composto consiste de partes mecânicas e ópticas. A parte mecânica tem uma base que estabiliza o microscópio, uma coluna ou canhão que se estende da base para cima, e uma platina na qual é colocado o objeto a ser examinado. As partes ópticas estão presas à coluna acima e abaixo da platina e são elas: condensador, objectivas e ocular. Condensador: de forma circular e situado entre a platina e a base, o condensador converge os raios luminosos provindos da lâmpada e projecta-os como um cone de luz sobre o material que está sendo examinado. Objectivas: são lentes que projectam uma imagem aumentada e invertida do objecto nas oculares e inserem-se ao revólver, através de rosca. Toda objectiva traz gravado o número do aumento que proporciona. A objectiva de 100x é também chamada objectiva de imersão e é somente utilizada com óleo especial, o qual permite maior refracção da luz para dentro da objectiva, corrigindo a pouca luminosidade nas observações feitas em grandes aumentos. Ocular: aumenta a imagem do objecto após o aumento já proporcionado pela objectiva. É através desta lente que o observador vê a imagem do objecto (daí o nome ocular, uma vez que o olho do observador está colocado à frente dela) como se ela estivesse situada a 25 cm da ocular. Toda ocular traz gravado o número de aumentos que proporciona. Par saber-se em que aumento se está observando um objecto ao microscópio, basta multiplicar o número do aumento dado pela objectiva pelo número do aumento dado pela ocular. Por exemplo, se a objetiva usada aumenta 5 vezes e a ocular aumenta 10 vezes, o objeto está sendo observado com um aumento total de 50 vezes. Figura 25: Estrutura de um microscópio óptico Manual de Biologia. II – CITOLOGIA | 35 Microscópio Electrónico O microscópio electrónico é um microscópio com potencial de aumento muito superior ao do óptico. As características que diferem o M.E do M.O são: Usam-se feixes de electrões para ampliar as imagens; capacidade de ampliação de 100. 000 X e poder de resolução até 0,005 nm. BIOQUÍMICA CELULAR Bioquímica celular estuda a composição química da célula. Os elementos químicos predominantes na matéria viva são Carbono, Hidrogénio, Oxigénio e Nitrogénio (CHON), que representam cerca de 95% dos elementos encontrados no interior da célula. Os outros 5% se distribuem entre elementos como sódio, potássio, cloro, cálcio, ferro, magnésio, enxofre, fósforo e outros. Os elementos citados formam as mais diversas substâncias, que reagem entre si através de um conjunto de processos químicos. Ao conjunto de reações químicas que ocorrem em um organismo vivo denominamos metabolismo. As substâncias químicas presentes nas células podem ser divididas em dois grandes grupos: substâncias inorgânicas e substâncias orgânicas. Figura 26: Microscópio eletrónico. Esquema (esquerda) e fotografia (a direita) http://pt.wikipedia.org/wiki/Microsc%C3%B3pio http://pt.wikipedia.org/wiki/El%C3%A9tron Manual de Biologia. II CITOLOGIA | 36 Substâncias Inorgânicas ÁGUA É a substância mais abundante encontrada no interior das células. A taxa de água nos organismos vivos varia em função de três factores: actividade metabólica, idade e espécie. As principais funções da água nos seres vivos são: É o principal solvente celular, dissolve grande parte de substâncias no interior do organismo. Por esse motivo, é considerada solvente universal; Participa das reacções de hidrólise, ou seja, reacções de quebra de substâncias através da água; Actua como regulador térmico; Actua como regulador ácido-básico, mantendo o pH mais ou menos constante; Actua como veículo de substâncias (oxigénio, gás carbónico, nutrientes, excretas, etc.) que atravessam as membranas celulares, mantendo um intercâmbio entre os meios intracelular e extracelular; Actua com lubrificante, exercendo importantíssimo papel na diminuição do atrito nas articulações e entre os órgãos. Quanto maior a actividade metabólica de um tecido, maior o teor de água. Nos neurónios do córtex cerebral, a percentagem de água é de cerca de 85%, nos adipócitos (células que armazenam gordura), cerca de 20% do conteúdo celular é formado por água. Normalmente, o teor de água decresce com o aumento da idade. Um feto humano com três meses de idade apresenta cerca de 94% de água, enquanto num indivíduo adulto o teor médio é de 65%. O teor de água nos organismos vivos varia de espécie para espécie. Na espécie humana, a água representa cerca de 65% do peso. SAIS MINERAIS Desempenham as mais variadas funções no interior das células, sendo muito importantes para o perfeito funcionamento celular. Os sais minerais são encontrados nos organismos vivos sob duas formas de ocorrência: insolúvel e solúvel. Forma Insolúvel: Nessa forma, os sais minerais se apresentam como componentes do esqueleto. Os sais insolúveis são também denominados cristalinos e apresentam como importante representante o fosfato de cálcio, presente nos ossos e dentes. Manual de Biologia. II – CITOLOGIA | 37 Forma Solúvel: Nessa forma, os sais minerais se apresentam dissolvidos em água e, assim, dissociados em íons. Os sais solúveis são também denominados íons minerais, exercendo importantes papéis no metabolismo. O quadro representado a seguir indica os principais íons minerais presentes nos organismos vivos e o seu papel biológico. Sais Minerais Função Biológica Na+ e K+ Desempenham importante papel na manutenção do equilíbrio osmótico celular. Relacionam-se também à condução dos impulsos nervosos. A concentração de Na+ é maior no meio extracelular, enquanto a concentração de K+ é maior no meio intracelular. Ca+2 Participa dos processos de contração muscular e coagulação do sangue. Atua também sobre a condução dos impulsos nervosos. Cl- É essencial à formação do ácido clorídrico, no estômago. I- Faz parte dos hormonais da tiroide, glândula relacionada ao controle metabólico geral. Fe+2 Faz parte da molécula de hemoglobina, pigmento vermelho presente no interior dos glóbulos vermelhos do sangue com função de realizar o transporte de gases respiratórios. Faz parte também das moléculas de citocromos, que são transportadores de electrões e que participam dos processos de fotossíntese e respiração celular. Mg+2 Faz parte da molécula de clorofila, pigmento verde capaz de absorver a energia luminosa para a realização da fotossíntese. Co+2 Faz parte da molécula de vitamina B12 (Cianocobalamina), essencial ao crescimento, formação e amadurecimento dos glóbulos vermelhos do sangue. PO4 -3 Faz parte dos nucleotídeos, unidades formadoras dos ácidos nucléicos. Faz parte da molécula de ATP, que se relaciona à transferência de energia nas células. Substâncias Orgânicas CARBOIDRATOS Também conhecidos por açúcares, hidratos de carbono, glúcidos, glícidos, são poliálcoois com função aldeído ou acetona. São constituídos principalmente por carbono (C) hidrogénio (H) e oxigénio (O), podendo também aparecer o nitrogénio (N) ou o enxofre (S).Representam Manual de Biologia. II CITOLOGIA | 38 as principais fontes de energia para o organismo. Os carboidratos são divididos em três grandes grupos: Monossacáridos, Dissacáridos e Polissacáridos. Monossacáridos: São os açúcares mais simples que não podem ser hidrolisados. Possuem fórmula geral CnH2nOn, sendo que n varia de 3 a 7. Sua classificação é feita de acordo com o número de átomos de carbono que apresentam. Assim, temos: As pentoses e as hexoses são os monossacáridos mais importantes para os organismos vivos. As principais pentoses são ribose e desoxirribose, que apresentam função estrutural por entrarem na constituição dos ácidos nucléicos, enquanto entre as hexoses se destacam glicose, frutose e galactose, que apresentam função energética, já que constituem importantes fontes de energia para as células. Dissacáridos: São açúcares hidrolisáveis formados pela união de duas moléculas de monossacáridos através de uma ligação denominada glicosídica, com liberação de molécula de água. Os principais dissacáridos são: Maltose - Formada pela união de duas moléculas de glicose. Apresenta função energética, estando presente no pão e na batata. Sacarose - Formada pela união de uma molécula de glicose e uma de frutose. Apresenta função energética, estando presente na cana-de-açúcar e na beterraba. Lactose - Formada pela união de uma molécula de glicose e uma de galactose. Apresenta função energética, estando presente no leite. Polissacáridos: São açúcares hidrolisáveis formados pela união de várias moléculas de monossacáridos. Os principais polissacáridos são: Amido - Formado pela união de várias moléculas de glicose, constitui a reserva energética dos vegetais. Encontra-se armazenado em grandes proporções em tubérculos como a mandioca e caules tubérculos como a batata inglesa. A hidrólise Manual de Biologia. II – CITOLOGIA | 39 total do amido forma moléculas de glicose, enquanto a hidrólise parcial produz moléculas de maltose. Glicogénio - Formado pela união de várias moléculas de glicose, constitui a reserva energética dos animais. Encontra-se armazenado sobretudo no fígado e nos músculos. A hidrólise total do glicogénio forma moléculas de glicose, enquanto a hidrólise parcial produz moléculas de maltose. Celulose - Formada pela união de várias moléculas de glicose, constitui um importante polissacárido com função estrutural. É o principal componente da parede celular dos vegetais. A hidrólise total da celulose forma moléculas de glicose, enquanto a hidrólise parcial produz moléculas de celobiose. AMINOÁCIDOS E PROTEÍNAS Os Aminoácidos são biomoléculas simples constituídas por carbono (C), hidrogénio (H), oxigénio (O) e nitrogénio (N). Existe cerca de 20 aminoácidos diferentes, classificados em essenciais (não são produzidos e tem que ser ingeridos) e não essenciais (produzidos pelo organismo) que entram na composição das proteínas. http://pt.wikipedia.org/wiki/Carbono http://pt.wikipedia.org/wiki/Hidrog%C3%AAnio http://pt.wikipedia.org/wiki/Oxig%C3%AAnio http://pt.wikipedia.org/wiki/Azoto Manual de Biologia. II CITOLOGIA | 40 Cada aminoácido possui na sua composição química um carbono central, o grupo amina (NH2), o grupo carboxilo (COOH), um hidrogénio (H) e um radical livre (R) como se vê abaixo. O radical é a porção variável de um aminoácido. Ligação Peptídica é o tipo de ligação que une os aminoácidos. Ocorre entre o grupo ácido de um aminoácido e o grupo amina de outro aminoácido com liberação de uma molécula de água. Figura 27: Ligação peptídica e formação de uma cadeia peptídica a partir de aminoácidos Cadeias formadas de aminoácidos são chamadas péptidos. Falamos em Dipéptido quando o composto apresenta dois aminoácidos unidos por uma ligação peptídica. Se o composto é formado pela união de três aminoácidos, temos um tripéptido. Um maior número de aminoácidos unidos por ligações peptídicas forma um polipéptido. O número de aminoácidos necessários à formação de uma proteína é muito divergente entre os autores. É certo que uma proteína é um polipéptido formado pela união de grande número de aminoácidos (alguns autores falam em mais de cinquenta, outros em mais de cem aminoácidos). Assim, toda proteína é um polipéptido, mas nem todo polipéptido é uma proteína. O número de ligações peptídicas é sempre igual ao número de aminoácidos menos um, enquanto o número de moléculas de água liberadas durante a síntese é sempre igual ao Manual de Biologia. II – CITOLOGIA | 41 número de ligações peptídicas. Quando uma proteína é submetida a altas temperaturas e a variações de pH, ocorre a sua desnaturação. A desnaturação é a perda total ou parcial das propriedades de uma proteína devido a modificações em sua estrutura. As proteínas são as mais abundantes substâncias orgânicas dos seres vivos, sendo definidas como polímeros de aminoácidos. Assim, os aminoácidos são monómeros das proteínas. Estrutura das proteínas Estrutura primária: é dada pela sequência de aminoácidos ao longo da cadeia polipeptídica. Constituindo o nível estrutural mais simples e mais importante, geralmente, determinado geneticamente. [ler: Dogma Central da Biologia Molecular na Unidade Genética] Figura 28: Várias estruturas de uma proteína Estrutura secundária: é dada pelo arranjo espacial de aminoácidos próximos entre si na sequência primária da proteína. Ocorre graças à possibilidade de rotação das ligações entre os carbonos alfa dos aminoácidos e os seus grupos amina e carboxilo formando uma estrutura em hélice. http://pt.wikipedia.org/wiki/Gen%C3%A9tica Manual de Biologia. II CITOLOGIA | 42 Estrutura terciária: resulta do enrolamento da hélice, sendo estabilizada por pontes de hidrogénio e pontes dissulfeto. Esta estrutura confere a actividade biológica às proteínas. Estrutura quaternária: algumas proteínas podem ter duas ou mais cadeias polipeptídicas. Essa transformação das proteínas em estruturas tridimensionais é a estrutura quaternária, que são guiadas e estabilizadas pelas mesmas interacções da terciária. A junção de cadeias polipeptídicas pode produzir diferentes funções para os compostos. Um dos principais exemplos de estrutura quaternária é a hemoglobina. Sua estrutura é formada por quatro cadeias polipeptídicas. Classificação das Proteínas As proteínas podem ser classificadas como proteínas simples constituídas apenas por aminoácidos (insulina, queratina, albumina, colagénio, fibrinogénio, etc.) e proteínas conjugadas constituídas por aminoácidos associados a uma outra substância de natureza não proteica denominada grupo prostético. Veja alguns exemplos: Funções biológicas das proteínas As principais funções atribuídas às proteínas estão representadas na tabela abaixo, e a seguir será detalhada a função enzimática das mesmas: Função Acção Estrutural Participam da estrutura dos tecidos. Como exemplos, podemos citar: Queratina presente na pele, cabelos e unhas e o colagénio presente nos tecidos conjuntivos. Nutritiva São utilizadas como fonte de aminoácidos. Imunológica Os anticorpos são proteínas (gamaglobulinas) produzidas pelo organismo para combater a ação do antígeno. A reação antígeno-anticorpo é altamente específica, sendo que um certo anticorpo neutraliza somente o antígeno responsável pela sua formação. Hormonal Muitas hormonais são proteínas. Como exemplos, podemos citar a insulina produzida pelo pâncreas. Contráctil Actina e miosina são proteínas que participam do processo de contração muscular Transportadora A hemoglobina é uma proteína presente no interior das hemácias do sangue, responsável pelo transporte de gases. Enzimática As enzimas são proteínas catalisadoras das reações químicas. Como exemplos, podemos citar a maltase, a amilase e a tripsina. http://pt.wikipedia.org/wiki/Tridimensionalhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Hemoglobina Manual de Biologia. II – CITOLOGIA | 43 ENZIMAS a) Conceitos Enzimas são proteínas com função catalisadora. O papel básico de uma enzima é diminuir a energia de activação, aumentando, assim, a velocidade das reacções químicas. Energia de activação é a energia necessária para produzir a colisão intermolecular necessária para desencadear uma reacção química. Substrato a substância que sofre acção da enzima. Centro activo ou sítio activo é a parte da enzima que se liga ao substrato. b) Estrutura Uma enzima é constituída por uma porção proteica denominada apoenzima e uma porção não proteica denominada cofactor (o cofactor pode ser uma coenzima, ião metálico ou um grupo prostético). A apoenzima + cofactor = holoenzima (enzima activa). Figura 29. Estrutura da enzima e forma de ligação ao substrato c) Interação Enzima-Substrato As enzimas são proteínas globulares, de grandes dimensões relativamente às moléculas do substrato. Este facto permite admitir que apenas uma pequena zona da enzima estará envolvida no processo catalítico. Dois modelos explicam a ligação da enzima com o seu substrato: - Modelo chave-fechadura: O centro activo da enzima deve ser complementar à estrutura do substrato semelhante ao que acontece a uma chave e sua respectiva fechadura. Manual de Biologia. II CITOLOGIA | 44 Figura 30. Modelo Chave-Fechadura, proposto por Emil Fischer - Modelo encaixe induzido: prevê um sítio de ligação não totalmente pré-formado, mas sim moldável à molécula do substrato; a enzima se ajustaria à molécula do substrato na sua presença como se ve na figura abaixo. Figura 31: Modelo encaixe induzido d) Propriedades das Enzimas As enzimas são específicas aos seus substratos. Assim, a sacarase é uma enzima que catalisa a quebra da sacarose em uma molécula de glicose e outra de frutose, enquanto a amilase é uma enzima que catalisa a quebra de amido em moléculas de maltose; As enzimas não são consumidas durante as reacções químicas; As enzimas podem actuar em ambos os sentidos na reacção química, até certo ponto (actuação reversível); As enzimas não modificam o produto das reacções químicas; As enzimas exigem um valor ideal de temperatura e pH para que a velocidade da reacção seja máxima; As enzimas são termolábeis, isto é, sensíveis a valores muito elevados de temperatura. Manual de Biologia. II – CITOLOGIA | 45 e) Factores que influenciam na acção enzimática Os factores que influenciam na velocidade de uma reacção são: Concentração da enzima, Concentração de substrato, Temperatura, pH e Inibidores. NUCLEÓTIDOS E ÁCIDOS NUCLEICOS Nucleótidos ou nucleotídeos são as unidades formadoras dos ácidos nucleicos; ou seja, os nucleotídeos são monómeros dos ácidos nucleicos e estes últimos, polímeros de nucleotídeos. Cada nucleótido é formado por: uma molécula de ácido fosfórico, um açúcar do grupo das pentoses e uma molécula de base nitrogenada. Observa-se que o ácido fosfórico se liga à pentose que, por sua vez, se liga à base nitrogenada. Existem dois tipos de pentoses que entram na constituição dos nucleotídeos: ribose, encontrada nos nucleótidos do ARN e desoxirribose, encontrada nos nucleótidos do ADN. As bases nitrogenadas que entram na constituição dos nucleótidos podem ser de dois tipos: purinas (adenina e guanina) formadas por dois anéis de átomos de carbono e nitrogénio e pirimidinas (citosina, timina e uracilo), formadas por um anel de átomos de carbono e nitrogénio. Importância dos nucleotídeos: São precursores dos ácidos nucleicos (ADN e ARN) que são indispensáveis para a transmissão das características hereditárias, control da actividade celular e síntese de proteínas; São precursores de coenzimas nucleotídicas importantíssimas para o metabolismo (NAD, FAD e CoA); Podem actuar como moléculas carregadoras de energia química, como por ex: adenosina trifosfato (ATP). Figura 32 - Pentoses dos nucleotídeos Manual de Biologia. II CITOLOGIA | 46 Os ácidos nucleicos, são definidos como polímeros de nucleótidos. Por controlarem a actividade celular, são considerados as “moléculas mestras” dos seres vivos. Existem dois tipos de ácidos nucléicos: ácido desoxirribonucléico (ADN ou DNA) e ácido ribonucléico (ARN ou RNA); As principais diferenças entre eles estão descritas no quadro abaixo: ADN ARN Tipo de açúcar Desoxirribose Ribose Base nitrogenadas pirimidínicas Citosina e Tiamina Citosina e Uracilo Cadeia Dupla hélice Cadeia única Localização Núcleo celular, cloroplastos, mitocôndrias e citoplasma de algumas células No citoplasma, como parte de ribossomas e no núcleo onde são formados Funções principais Transmissão de informação genética Síntese de proteínas Figura 33: Estrutura da molécula de ADN segundo Watson e Crick Estrutura do ADN segundo Francis e Crick Em 1962 James Watson e Francis Crick ganharam o Prémio Nobel de Medicina por terem proposto um modelo tridimensional sobre a estrutura do ADN. Para Watson e Crick, a molécula de ADN apresenta a seguinte estrutura: A molécula de ADN é constituída por duas cadeias de polidesoxirribonucleótidos enroladas em torno do mesmo eixo. (dupla hélice) As duas cadeias têm sentidos contrários (são anti-paralelas) As bases nitrogenadas encontram-se emparelhadas de modos que adenina emparelha-se com a timina e a citosina com a guanina. Assim o número de purinas é igual ao de pirimidinas (principio da complementaridade das bases) A estrutura é mantida a custa de ligações que se estabelecem entre as bases (pontes de hidrogénio). Manual de Biologia. II – CITOLOGIA | 47 LÍPIDOS Os lípidos são uma grande família de biomoléculas constituídas por carbono (C), hidrogénio (H) e oxigénio (O), vulgarmente conhecidos como “gorduras” e fisicamente caracterizadas por serem insolúveis em água, e solúveis em solventes orgânicos como o álcool, benzina, éter, clorofórmio e acetona. a) Estrutura de alguns lípidos b) Classificação: os lípidos Classificam-se em: Simples ou não saponificáveis, aqueles não possuem ácidos gordos esterificados (Terpenos, carotenos e esteróides) e Complexos ou saponificáveis, aqueles que apresentam ácidos gordos esterificados (Triglicéridos, fosfolípidos, esfingolípidos e ceras). c) Funções Estrutural: são componentes das membranas biológicas Reserva energética: Quando degradados, os lípidos fornecem mais energia que os carboidratos. No entanto, os carboidratos representam as principais fontes de energia para o organismo, pelo fato de serem degradados antes dos lípidos. Isolador térmico: Auxiliam na manutenção da temperatura do corpo, por meios de uma camada de tecido denominado hipoderme que protege o indivíduo contra as variações de temperatura. Protecção mecânica: A gordura age como suporte mecânico para certos órgãos internos e sob a pele de aves e mamíferos, protegendo-os contra choques e traumatismos. Figura 34: Estrutura básica de um lípido http://pt.wikipedia.org/wiki/Biomol%C3%A9cula http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81lcool http://pt.wikipedia.org/wiki/Benzina http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%89ter http://pt.wikipedia.org/wiki/Clorof%C3%B3rmio http://pt.wikipedia.org/wiki/Acetona Manual de Biologia. II CITOLOGIA | 48 VITAMINAS São compostos orgânicos que actuam em doses muito pequenas nos organismos como reguladores biológicos na maioria das reacções metabólicas. A maior parte das vitaminas actuam como coenzimas, activando enzimas importantes para o metabolismo. Algumas vitaminas são encontradas na natureza em uma forma precursora inactiva denominada provitamina. No interior do organismo, sob certas condições, a provitamina torna-se activa, formando a vitaminapropriamente dita. É o que ocorre com a vitamina A, encontrada na natureza como caroteno (provitamina A) e com a vitamina D, encontrada na natureza na forma de ergosterol (provitamina D). Manual de Biologia. II – CITOLOGIA | 49 a) Classificação das vitaminas As vitaminas são classificadas em: Hidrossolúveis (complexo B e vitamina C) Lipossolúveis (vitaminas A, D, E e K). Denominamos complexo B um conjunto de vitaminas hidrossolúveis obtidas quase que das mesmas fontes, desempenhando papéis biológicos muito semelhantes. São elas: B1 (tiamina), B2 (riboflavina), B3 (niacina) B5 (ácido pantotênico) B6 (piridoxina), B9 (ácido fólico) B12 (cianocobalamina) e biotina. METABOLISMO CELULAR Entende-se por Metabolismo como o conjunto de reacções químicas que ocorrem nos organismos vivos. Estas reacções podem ser: Anabólicas ou de síntese (ex.: síntese de proteínas a partir de aminoácidos) Catabólicas ou de degradação (ex.: oxidação da glicose em piruvato). Neste capítulo estudaremos com mais detalhes as catabólicas por serem as predominantes no processo de obtenção de energia. O ATP (Adenosina Trifosfato) constitui a principal molécula armazenadora transportadora de energia química nos organismos vivos através das duas ligações fosfato de alta energia que possui – cada ligação fosfato produz 12 kcal/mol de energia que podem ser usadas na contração muscular, transporte activo, reacções anabólicas (síntese de substâncias, crescimento), etc. O ATP é obtido através da degradação de biomoléculas como carboidratos, lípidos e proteínas. Os carboidratos – particularmente a glicose – são considerados como fontes de energia primária porque são as primeiras moléculas em que a célula recorre para a obtenção de ATP seguindo-se os lípidos e proteínas na carência dos mesmos. Figura 35: Esquema da respiração celular Manual de Biologia. II CITOLOGIA | 50 A glicose é degradada por um conjunto de enzimas citoplasmáticas que juntas formam a via glicolítica onde vão se formando sucessivamente vários compostos intermediários até que se obtenha finalmente duas moléculas de piruvato, sendo produzidas duas moléculas de ATP e de NADH+ (molécula transportadora de electrões que pode gerar 3 moléculas de ATP na cadeia respiratória) durante este processo. Sob condições anaeróbicas (ausência de oxigénio) o piruvato é convertido em lactato – fermentação láctica – ou em etanol e dióxido de carbono – fermentação alcoólica. Sob condições aeróbicas (presença de oxigénio) cada molécula de piruvato é convertida em Acetil-CoA que é oxidada na mitocôndria por um sistema enzimático denominado Ciclo de Krebs e posteriormente por outro denominado cadeia respiratória dando um rendimento total de 32 moléculas de ATP (incluindo as 2 moléculas de ATP e NADH+ formadas na via glicolítica). O processo todo no qual a célula obtém ATP sob condições aeróbicas denomina- se respiração celular. Manual de Biologia. II – CITOLOGIA | 51 ESTUDO DA CÉLULA EUCARIOTA Conforme anteriormente dito, uma célula eucariota apresenta três partes fundamentais: membrana celular, citoplasma e núcleo. As células animais não fogem esta regra. Nesta unidade de uma forma didática vamos procurar estudar os aspectos que constituem a morfologia e funcionamento da membrana citoplasmática, estudar de forma sucinta o citoplasma e o núcleo celular. Membrana Celular Também conhecida como membrana plasmática, membrana celular ou plasmalema, é a estrutura encontrada em todos os tipos de células. A espessura da membrana citoplasmática é muito pequena, oscilando entre 7-10 nm, razão pela qual não pode ser visualizada a vista desarmada e só com auxílio do ME. Composição química da membrana As moléculas que entram na composição da membrana compreendem As proteínas (52%), lípidos (40%) e carboidratos (8%). Em alguma literatura consideram a membrana como sendo de natureza lipoprotéica pelo facto de a membrana apresentar maior proporção de lípidos e proteínas e os carboidratos estarem associados aos lípidos e as proteínas. EXERCÍCIO Os principais lípidos presentes na membrana celular são os ____________________, o ____________ e os ______________. Os fosfolípidos são os lípidos __________________ abundantes da membrana e formam a bicamada lipídica. O colesterol actua no sentido de reduzir a ___________ da membrana e está presente apenas na membrana das células _________________. As proteínas são responsáveis pela maioria das funções da membrana celular. As proteínas da membrana dividem-se, em extrínsecas ou _________________ e intrínsecas ou ______________. As proteínas de membrana funcionam como ________________, ________________, ___________________ etc. Os carboidratos ligam-se predominantemente à superfície externa das proteínas e dos lípidos, formando as __________________ e os __________________, respectivamente. A camada resultante de carboidratos na superfície externa da membrana constitui o _________________. O ________________ é importante na adesão e reconhecimento celular, na determinação de grupos sanguíneos, entre outras funções. Estrutura da Membrana A medida que avança o conhecimento sobre a composição, a estrutura e as funções da membrana unitária, formulam-se modelos interpretativos dos dados conhecidos. Manual de Biologia. II CITOLOGIA | 52 Modelo de Davison e Danielli Na década de 50, Davson e Danielli propuseram um modelo que explicava como as moléculas de lípidos e proteínas estariam dispostas na estrutura da membrana. Segundo esse modelo, a membrana seria constituída de uma camada central bimolecular de lípidos recoberta por duas camadas externas monomoleculares de proteínas. A membrana apresentaria ainda poros permanentes. Figura 36: Estrutura da membrana segundo Davison e Danielli Esse arranjo trilaminar se estende a todas as outras estruturas membranosas celulares como núcleo, retículo endoplasmático, complexo de Golgi, mitocôndrias, cloroplastos, etc, sendo por isso denominado Unidade de Membrana. Modelo de Singer e Nicolson Na década de 70, surgiu um novo modelo proposto por Singer e Nicolson que difere em alguns aspectos do modelo de Davson e Danielli. Segundo Singer e Nicolson, a membrana citoplasmática seria constituída de uma dupla camada lipídica entre as quais estariam encaixadas as moléculas de proteínas. As proteínas não teriam posição fixa, e sim se deslocariam nessa dupla camada lipídica. Com a mobilidade das proteínas, muitas substâncias podem entrar e sair da célula com mais facilidade, pois essas proteínas podem funcionar como poros funcionais. Esses poros surgem como resultado da movimentação das proteínas na dupla camada lipídica. Manual de Biologia. II – CITOLOGIA | 53 Figura 37: Estrutura da membrana segundo Singer e Nicolson Figura 38: Apresentação tridimensional do modelo de membrana mosaico fluído O modelo de Singer e Nicolson é o mais aceite actualmente e é denominado modelo do mosaico fluido, já que a dupla camada lipídica seria fluida com um mosaico de proteínas encaixadas. Manual de Biologia. II CITOLOGIA | 54 Enquanto a estrutura da membrana é determinada pelos lípidos, a maioria das propriedades da membrana são determinadas pelas proteínas. Algumas proteínas actuam como transportadoras de substâncias para dentro ou para fora da célula. Outras proteínas actuam como enzimas e outras como receptoras de membrana, reconhecendo substâncias próprias da célula ou vindas do meio extracelular. Figura 39: Funções das proteínas na membrana Propriedades da membrana As membranas gozam de um conjunto de propriedades físicas que determinam a sua participação não só na estruturação física da célula, como no próprio funcionamento. Destacam-se as seguintes propriedades: a) Assimetria:As duas faces da membrana não possuem a mesma composição lipídica, glucídica e proteica. Em geral, os glúcidos encontram-se presentes na face externa. Também as cargas eléctricas se distribuem diferentemente, sendo a face citoplasmática, a que tem maior carga negativa, em geral. b) Fluidez: A membrana é uma estrutura fluida, o que significa que os seus componentes não ocupam posições definidas e são susceptíveis de deslocações bidimensionais, de rotação ou de translação. Esta propriedade deve-se ao facto de, em geral, não se estabelecerem ligações fortes (covalentes) entre as diversas moléculas, mas, predominantemente, ligações lábeis (ligações de Van der Walls e pontes de hidrogénio). Para além dos movimentos referidos, também os fosfolípidos podem trocar de camada (flip-flop). c) Permeabilidade diferenciada: A bicamada lipídica da membrana é impermeável aos iões, diferentemente permeável às moléculas consoante o respectivo peso molecular e lipossolubilidade, e francamente permeável à água e aos gases (azoto, oxigénio, dióxido de Manual de Biologia. II – CITOLOGIA | 55 carbono). Aplica-se-lhe, ainda que de forma pouco rigorosa, o conceito de membrana semi- permeável. d) Resistência à tracção: Apesar de os diversos componentes, nomeadamente os fosfolípidos constituintes da bicamada, estarem unidos por ligações fracas, o certo é que a integração dessas forças, em número extremamente elevado, confere à membrana uma determinada resistência à tracção, responsável pela manutenção da individualidade da célula. A indução da hemólise dos glóbulos vermelhos, através da sujeição destes a um meio hipotónico, põe em destaque o limiar da resistência da membrana. Funções da membrana A membrana plasmática contém e delimita o espaço da célula, mantém condições adequadas para que ocorram as reacções metabólicas necessárias. Ela selecciona o que entra e sai da célula e ajuda a manter o formato celular. Mecanismos de transporte através da membrana A membrana plasmática é uma estrutura dinâmica que separa o meio extracelular do meio intracelular. Uma das propriedades da membrana é ser selectivamente permeável, ou seja, permite e/ou facilita a passagem de certas substâncias, e dificulta ou impede a passagem de outras. O transporte de material através da membrana plasmática ocorre pelos seguintes mecanismos: transporte passivo (difusão simples, difusão facilitada e osmose) e o transporte activo (primário e secundário). Transporte Passivo Ocorre a _____________ de um ___________ de concentração e não exige consumo de __________ pela célula. São conhecidas duas modalidades de transporte passivo: O transporte passivo ______________ e o __________ mediado. A Osmose e difusão ______________ são exemplos claros de transporte passivo não mediado. Na difusão simples, substâncias pequenas, apolares e lipossolúveis atravessam a bicamada de fosfolípidos Manual de Biologia. II CITOLOGIA | 56 Figura 40: Difusão simples. A osmose compreende o movimento da ______ (solvente), através de uma membrana semipermeável, do sítio ____________ (menos concentrado) para o sitio _____________ (mais concentrado). Figura 41: Comportamento das células em diferentes soluções (esquerda) e sentido da osmose.(direita) A pressão osmótica de uma solução define-se como a pressão que é necessária exercer para impedir a osmose de água pura para a solução quando estas estão separadas por uma membrana impermeável ao soluto O exemplo claro de transporte passivo mediado é a difusão _______________, pois há intervenção directa de proteínas da membrana. Manual de Biologia. II – CITOLOGIA | 57 Figura 42: Difusão facilitada. Transporte Activo Por definição, é o mecanismo de transporte que ocorre _______________ um gradiente de concentração e com ________________ prévio de energia. Ocorre sempre com intervenção directa dos constituintes da membrana. Se a fonte de energia for o ATP denomina-se transporte activo primário (bomba sódio/potássio ATPase) e se for proveniente do gradiente electroquímico gerado pelo transporte de outras partículas, denomina-se transporte activo secundário. Transporte em massa As células também podem transportar macromoléculas através da sua membrana plasmática. Para tal, utilizam os processos de endocitose e exocitose. As células são capazes de englobar grandes quantidades de matéria "em bloco". Geralmente, esses mecanismos são empregados para obtenção de macromoléculas, como proteínas, polissacarídeos, ácidos nucléicos, etc. Essa entrada de matéria em grandes porções é chamada endocitose. Esses processos de transporte de massa sempre são acompanhados por alterações morfológicas da célula e de grande gasto de energia. A endocitose pode ocorrer por dois mecanismos fundamentais: Fagocitose é o processo pelo qual a célula engloba partículas sólidas, esse processo inicia com a emissão de pseudópodes (projecções da membrana celular). Nos protozoários, a fagocitose é uma etapa importante da alimentação, pois é a forma pela qual esses organismos unicelulares conseguem obter alimentos em grandes quantidades de uma só vez. Nos metazoários, a fagocitose desempenha papéis mais específicos, como a defesa contra microrganismos e a remodelagem de alguns tecidos, como os ossos. Manual de Biologia. II CITOLOGIA | 58 Figura 44: Representação do transporte em massa Pinocitose é processo pelo qual a célula engloba gotículas de líquido ou partículas de diâmetro inferior a 1 micrómetro. Depois de englobadas por fagocitose ou por pinocitose, as substâncias permanecem no interior de vesículas, fagossomos ou pinossomos. Nelas, são acrescidas enzimas presentes nos lisossomas, formando o vacúolo digestivo Figura 43: Transporte activo primário (a esquerda) e secundário (a direita). Manual de Biologia. II – CITOLOGIA | 59 A exocitose ocorre quando vesículas intracelulares se fundem com a membrana plasmática, é uma forma de adicionar componentes à membrana plasmática. CITOPLASMA E ORGANELAS Citoplasma é toda a região da célula compreendida entre a membrana citoplasmática e o núcleo. O citoplasma é dividido em duas porções: o citoesqueleto e hialoplasma. Citoesqueleto É um conjunto de microtúbulos e microfilamentos que mantém a forma das células e é responsável pela contracção celular, pelos movimentos da célula e pelo deslocamento dos organóides, vesículas e partículas no citoplasma. Hialoplasma Hialoplasma ou citosol compreende a parte líquida do citoplasma, nela encontram-se mergulhadas as organelas citoplasmáticas que didacticamente podem ser classificadas em organóides membranosos (retículo endoplasmático, o aparelho de Golgi, mitocôndrias, lisossomas, peroxissomas e vacúolos) e não membranosos (ribossomas, centríolos e citoesqueleto). Ribossomas São organóides não membranosos presentes em todos os tipos celulares. São responsáveis pela síntese de proteínas. São constituídos por duas subunidades de ARN ribossómico e proteínas. Os ribossomas podem ser encontrados livres no hialoplasma, associados às membranas do retículo endoplasmático e ligados a uma fita de ARN mensageiro denominado como polirribossomas. Centríolos São organelas citoplasmáticas não membranoso exclusivo de células eucariotas animais. Os centríolos são constituídos por nove trincas de microtúbulos proteicos dispostos em círculo. Normalmente uma célula apresenta um par de centríolos dispostos mais ou menos perpendicularmente. Os centríolos orientam a divisão celular, além de formar cílios e flagelos, estruturas contrácteis que possibilitam o movimento da célula. Cílios são apêndices das células eucariotas com movimento constante numa única direcção. Os cílios encontram-se na superfície apical de algumas células, como é o caso das células do epitélio que revestea traqueia e os brônquios. http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Ap%C3%AAndice_%28biologia%29&action=edit http://pt.wikipedia.org/wiki/C%C3%A9lula http://pt.wikipedia.org/wiki/Eukaryota http://pt.wikipedia.org/wiki/Movimento Manual de Biologia. II CITOLOGIA | 60 Flagelos servem para a locomoção de organismos unicelulares. No homem o espermatozóide é exemplo de célula flagelado. Retículo endoplasmático É um organóide membranoso que podem ser liso ou agranular e rugoso ou granular. A diferença morfológica básica entre os dois tipos de retículo endoplasmático reside no facto de o retículo rugoso apresentar inúmeros ribossomas associados às suas membranas. O retículo endoplasmático liso tem como função, sintetizar lípidos e actua na desintoxicação celular. O retículo endoplasmático rugoso, realiza a síntese de proteínas de exportação, como anticorpos e enzimas. É importante salientar que ribossomas que não se encontram associados às membranas do retículo sintetizam proteínas para consumo interno. Aparelho de Golgi O aparelho de Golgi foi descrito em 1898 pelo biólogo Italiano Camilo de Golgi, em estudos com o tecido nervoso. Ela é constituída por estruturas semelhantes a sacos membranosos e empilhado. Cada pilha de cisterna com suas vesículas associada constitui uma unidade do complexo de Golgi que recebe o nome de dictiossoma. O complexo de Golgi apresenta duas faces: a face cis ou de formação (onde se fundem as vesículas de transporte ou vesículas de transição carregando proteínas ou lípidos originadas do retículo endoplasmático) e a face trans ou de maturação (que liberta vesículas grandes contendo o material já processado). A maior parte das vesículas transportadoras que saem do retículo endoplasmático, e são transportadas até ao complexo de Golgi, onde são modificadas, ordenadas e enviadas em direcção aos seus destinos finais. Funciona como uma espécie de sistema central de distribuição da célula, actua como centro de armazenamento, transformação e empacotamento de substâncias na célula. É responsável também pela formação dos lisossomas, da lamela média dos vegetais e do acrossomo do espermatozóide. Lisossoma É um organóide membranoso repleto de enzimas hidrolíticas implicadas na digestão celular. O processo de digestão intracelular de uma substância, vinda do exterior da célula, é designado de hecterofagia, neste processo a substância estranha entra por fagocitose, é exemplo deste processo, a destruição de microrganismos (bactérias, protozoários) pelos macrófagos; ao processo de digestão de uma substância e da própria célula, é designado de autofagia e exemplo deste processo a destruição de organóides velhos. http://pt.wikipedia.org/wiki/Ret%C3%ADculo_Endoplasm%C3%A1tico http://pt.wikipedia.org/wiki/C%C3%A9lula http://pt.wikipedia.org/wiki/Lisossomos http://pt.wikipedia.org/wiki/Lamela_m%C3%A9dia http://pt.wikipedia.org/wiki/Acrossomo Manual de Biologia. II – CITOLOGIA | 61 Nestes dois mecanismos, as substancias a serem digeridas são previamente envolvidas por membranas, formando uma estrutura designada de fagossomas. Peroxissoma Os peroxissomas são organóides esféricos, envolvidos por uma membrana, aprecem como vesículas presente no citoplasma, sobretudo nas células vegetais. São relativamente pouco conhecidos, mas sabe-se que exercem função de degradar o peróxido de hidrogénio, H2O2, (a água oxigenada, substância potencialmente tóxica ao organismo por ser fonte de radicais livres). Nela está presente uma típica enzima chamada catalase que quebra o peróxido de hidrogénio em [água, H2O] e [oxigénio, O2] molecular. Mitocôndrias Organóides membranosos responsáveis pela respiração celular e síntese de energia química sob a forma de ATP Parede celular A parede celular representa um envoltório rígido que se localiza externamente à membrana citoplasmática, conferindo protecção e sustentação à célula. É uma estrutura típica de células procariotas e eucariotas vegetais. A substância mais abundante da parede celular da célula vegetal é a celulose, que se deposita na parede, exercendo importante função estrutural. Em certos pontos desse revestimento não há depósito de celulose, determinando o aparecimento de pequenas interrupções (poros) denominadas plasmodesmos. Eles representam elos de ligações entre células vizinhas e possibilitam um maior intercâmbio de substâncias entre as células que se unem. As principais propriedades da parede celular são: Alta resistência, sendo rompida com dificuldade; Permeabilidade, possibilitando a entrada e a saída de substâncias na célula. Vacúolos São cavidades existentes no citoplasma revestidas por membrana lipoproteica. Os tipos mais comuns de vacúolos são: a) Vacúolos de Armazenamento: São organelas típico de células eucariotas vegetais, capazes de armazenar substâncias em seu interior. Em células jovens, os vacúolos são numerosos e pequenos. Com o amadurecimento da célula, os vacúolos se reúnem, formando uma cavidade ampla que ocupa quase toda a extensão da célula, deslocando http://pt.wikipedia.org/wiki/Citoplasma http://pt.wikipedia.org/wiki/C%C3%A9lula_vegetal http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81gua_oxigenada http://pt.wikipedia.org/wiki/Radical_livre http://pt.wikipedia.org/wiki/Radical_livre Manual de Biologia. II CITOLOGIA | 62 núcleo e citoplasma para a periferia. A membrana lipoproteica do vacúolo de armazenamento é denominada tonoplasto. b) Vacúolos Digestivos: Também denominados lisossomas secundários, são organelas citoplasmáticas típicas de células eucariotas animais que realizam a digestão intracelular. São formados a partir da fusão dos lisossomas primários com fagossomos ou pinossomos. c) Vacúolos Contrácteis: Também denominados vacúolos pulsáteis, são organelas citoplasmáticas típicas de protozoários de água doce. A célula dos protozoários de água doce é hipertónica em relação ao meio, ocorrendo, assim, entrada de água na célula, por osmose. Os vacúolos contrácteis contraem-se ritmicamente, eliminando o excesso de água da célula. Excretas da célula solúveis em água são eliminados a partir das contracções dessas organelas. Cloroplastos São organóides típicos das células vegetais, responsáveis pela fotossíntese. Será estudado detalhadamente no próximo capítulo. NÚCLEO CELULAR Uma das principais características da célula eucariota é a presença de um núcleo de forma variável, porém bem individualizado e separado do restante da célula. O núcleo contém o ADN (molécula implicada na transmissão das características hereditárias) e coordena todas as actividades da célula. Dentre os elementos que constituem o núcleo distinguem-se: membrana ou envoltório nuclear, nucleoplasma, nucléolo e cromatina. Membrana Nuclear É uma continuidade do retículo endoplasmático rugoso, pois apresenta ribossomas aderido a sua face externa. É invisível ao microscópio óptico comum. A membrana nuclear é dupla e não é contínua, apresentam várias interrupções denominadas poros nuclear, por onde ocorrem trocas diversas de substâncias entre o núcleo e o citoplasma. Nucleoplasma É um colóide que preenche o núcleo. É constituído principalmente de água e proteínas e nele estão mergulhadas as estruturas nucleares. Manual de Biologia. II – CITOLOGIA | 63 Nucléolo É uma estrutura nuclear que se encontra mergulhada no nucleoplasma, sendo observado em número de um ou mais. É formado de ARN ribossômico e proteínas. É de realçar que os nucléolos são responsáveis pela produção de ribossomas. Em células que sintetizam grande quantidade de proteína, os nucléolos são mais numerosos e volumosos, já que eles formam os ribossomas. Figura 45: Núcleo celular Cromatina Dentro do núcleo encontramos a molécula de ADN associada a proteínas denominadas histonas, a essa estrutura chamamos de cromatina. A cromatina estápresente no núcleo de células que não estão em processo de divisão. Isso ocorre porque quando a célula entra no processo de divisão (mitose ou meiose) os filamentos que formam a cromatina passam por um processo de espiralização, formando os cromossomas. Estrutura dos Cromossomas Ao longo de sua estrutura, um cromossoma apresenta uma ou mais constrições. A constrição primária ou centrômero está presente em todos os cromossomas, representando um estrangulamento que permite a identificação de braços. Quanto à posição ocupada pelo centrômero, encontramos quatro tipos de cromossoma: Manual de Biologia. II CITOLOGIA | 64 Figura 46: Classificação dos cromossomas de acordo a posição do centrómero e número de cromátides a) Cromossoma Telocêntrico: O centrómero é terminal e o cromossoma apresenta apenas um braço. É o único tipo que não ocorre na espécie humana. b) Cromossoma Acrocêntrico: O centrómero é subterminal e o cromossoma apresenta um braço bem maior que o outro. c) Cromossoma Submetacêntrico: O centrômero é quase mediano e o cromossoma apresenta dois braços desiguais de dimensões próximas. d) Cromossoma Metacêntrico: O centrômero é mediano e o cromossoma apresenta os dois braços do mesmo tamanho. Quanto ao número de braços, encontramos dois tipos de cromossomas: Cromossoma simples (apresenta dois braços) Cromossoma duplo (apresenta quatro braços). A fase do ciclo de vida de uma célula que precede a sua divisão é denominada interfase. Nessa fase, ocorre a duplicação do material genético, com os cromossomas passando de simples a duplos. Noção de Cariótipo O número de cromossomas é constante entre indivíduos de mesma espécie, mas varia de espécie para espécie. Quanto ao número de cromossomas, as células são classificadas em dois tipos principais: Somáticas e germinativas. Nas células somáticas, os cromossomas normalmente ocorrem formando pares. Os dois cromossomas que constituem cada par são denominados cromossomas homólogos, que são semelhantes na forma e no tamanho. As células que apresentam pares de cromossomas Manual de Biologia. II – CITOLOGIA | 65 homólogos são células diplóides (2n). As células somáticas da espécie humana (células que formam o corpo) apresentam 46 cromossomas Nos gâmetas, os cromossomas não ocorrem aos pares. Em cada gâmeta encontramos apenas um cromossoma de cada par de homólogos. Assim, as células que não apresentam cromossomas homólogos, possuindo apenas um cromossoma de cada par, são células haplóides (n) e possuem metade do número de cromossomas das células diplóides desse indivíduo. Cada gâmeta humano apresenta 23 cromossomas, e o zigoto (célula ovo) formado. Ao conjunto de cromossomas típicos de uma espécie denomina-se cariótipo. O cariótipo representa o conjunto diplóide (2n) de cromossomas das células somáticas de um organismo. O cariótipo humano é constituído por 46 cromossomas dentre os quais 44 autossomas e 2 cromossomas sexuais ou heterossomas denominados X e Y. O cariótipo humano pode ser assim representado: Sexo masculino - 44 autossomos + XY Sexo feminino - 44 autossomos + XX Figura 47: Cariótipo humano Noção de Genoma Corresponde ao número haplóide (n) de cromossomas da espécie. Assim sendo, uma célula haplóide (n) tem um genoma, um diplóide (2n) tem dois e uma triplóide (3n) tem três. Manual de Biologia. II CITOLOGIA | 66 O CICLO CELULAR e a DIVISÃO CELULAR O CÍCLO CELULAR A sequência ordenada de eventos que levam à duplicação do ADN e divisão da célula denomina-se ciclo celular O ciclo celular pode ser dividido em dois momentos: interfase e divisão celular (que pode ser por mitose ou meiose). Como ocorrem muitos eventos tanto na interfase quanto na divisão celular, nós os dividimos em subfases, como mostra a figura abaixo Figura 48: Representação do ciclo celular (a esquerda) e microfotografia da divisão celular INTERFASE Conceito Período que vai desde o fim de uma divisão celular e o início da divisão seguinte. Como os cromossomas estão pouco condensados e dispersos pelo núcleo não são visíveis a microscópio óptico. Nesta fase, por microscopia, não visualizamos modificações tanto no citoplasma quanto no núcleo. As células porém estão em intensa actividade, sintetizando os componentes que irão constituir as células filhas. Manual de Biologia. II – CITOLOGIA | 67 Períodos da interfase Período G1 Primeiro período da interfase é o G1 (do inglês gap, intervalo). Ocorre uma intensa actividade de biossíntese (proteínas, enzimas, ARN, etc.) e formação de mais organelas celulares o que implica crescimento celular. No final desta fase a célula faz uma "avaliação interna" a fim de verificar se deve prosseguir o ciclo celular. Caso a avaliação seja negativa, as células não vão se dividir, passando ao estado G0 que dependendo da célula pode ter uma duração variada, (Ex: neurónios, fibras musculares, etc.) e se a avaliação for positiva passa-se à fase seguinte sendo o processo irreversível. Período S Ocorre a auto-replicação semi-conservativa do ADN, passando cada cromossoma a possuir duas cromátides ligados pelo centrómero. Período G2 Neste período a célula certifica-se de que todo o ADN já foi duplicado e cresce um pouco mais, se for necessário. Ocorre também a duplicação dos centríolos (o que implica na formação de dois pares) se a célula for animal (uma vez que estes não existem em células vegetais). Importância da interfase. A interfase tem por finalidade promover a duplicação dos cromossomas (material genético) para que a célula possa entrar em divisão. MITOSE Conceito: É um processo de divisão celular em que uma célula mãe, diplóide (2n) com cromossomas duplos, origina duas células filhas com o mesmo número de cromossomas da célula mãe, porém simples. Estas células filhas são geneticamente idênticas entre si. A mitose é uma divisão equacional, já que o número de cromossomas da célula mãe é mantido em cada uma das células filhas. Fases da Mitose A mitose e subdividida em cinco fases: Prófase, Metáfase, Anáfase e Telófase. Em algumas bibliografias actuais dividem a mitose em 5 fase: Prófase, Pro-metáfase, Metáfase, Anáfase e Telófase. http://pt.wikipedia.org/wiki/Centr%C3%ADolo Manual de Biologia. II CITOLOGIA | 68 Figura 49: Eventos da mitose Prófase No início da mitose, numa célula diplóide, o centrómero e os cromossomas encontram-se duplicados. Na prófase os cromossomas condensam-se, tornando-se visíveis ao microscópio óptico. Cada cromossoma é constituído por duas cromátides unidos pelo centrómero, chamados cromossomas duplos. Depois, os centríolos deslocam-se para pólos opostos da célula, iniciando-se, entre eles, a formação do fuso acromático ou fuso mitótico. Entretanto, no final da prófase o invólucro nuclear desorganiza-se e os nucléolos desaparecem. http://pt.wikipedia.org/wiki/Dipl%C3%B3ide http://pt.wikipedia.org/wiki/Cromossomo http://pt.wikipedia.org/wiki/Microsc%C3%B3pio_%C3%B3ptico http://pt.wikipedia.org/wiki/Microsc%C3%B3pio_%C3%B3ptico http://pt.wikipedia.org/wiki/Fuso_acrom%C3%A1tico http://pt.wikipedia.org/wiki/Inv%C3%B3lucro_nuclear http://pt.wikipedia.org/wiki/Nucl%C3%A9olo Manual de Biologia. II – CITOLOGIA | 69 Metáfase É a fase mitótica em que os centrómeros dos cromossomas estão ligados às fibras cinetocóricas que provêm dos centríolos, que se ligam aos microtúbulos do fuso mitótico. As cromátides tornam-se bem visíveis e logo em seguida partem-se para o início da anáfase. É nesta altura da mitose, que os cromossomas condensados alinham-se no centro da célula, formando a chamada placa metafásica ou placa equatorial. Essa é a etapa em que os estudos do cariótipo são realizados, pois os cromossomas estão totalmente condensados. Anáfase Quebram-se os centrómeros, separando-seos dois cromátides que passam a formar dois cromossomas independentes. As fibrilas ligadas a estes dois cromossomas encolhem, o que faz com que estes se afastem (migrem) para pólos opostos da célula – ascensão polar dos cromátides filhas. O que leva a que no final em ambos os pólos haja o mesmo número de cromossomas com o mesmo conteúdo genético e igual ao da célula mãe. Telófase Durante a telófase os cromossomas descondensam tornando-se menos visíveis. O invólucro nuclear reorganiza-se em torno de cada conjunto de cromossomas e reaparecem os nucléolos. O fuso acromático desaparece e dá-se por concluída a citocinese. Citocinese é a divisão do citoplasma que leva à individualização das células filhas. http://pt.wikipedia.org/wiki/Microt%C3%BAbulo http://pt.wikipedia.org/wiki/Placa_equatorial Manual de Biologia. II CITOLOGIA | 70 Na célula animal (sem parede celular) forma-se na zona equatorial um anel contráctil de filamentos proteicos que se contraem puxando a membrana para dentro levando de início ao aparecimento de um sulco de clivagem que vai estrangulando o citoplasma, até se separem as duas células-filhas. Nas células vegetais (com parede celular) como a parede celular não permite divisão por estrangulamento, um conjunto de vesículas derivadas do complexo de Golgi vão alinhar-se na região equatorial e fundem-se formando a membrana plasmática, o que leva à formação da lamela mediana entre as células-filhas. Posteriormente ocorre a formação das paredes celulares de cada nova célula que cresce da parte central para a periferia. (Como a parede das células não vai ser contínua, vai possuir poros — plasmodesmos, que permitem a ligação entre os citoplasmas das duas células). Importância da Mitose. Este tipo de divisão celular tem como finalidade a multiplicação celular como forma de reprodução assexuada nos seres unicelulares (cissiparidade ou bipartição) e, nos seres pluricelulares, a mitose possui três funções básicas e são elas: crescimento do organismo, regeneração de lesões, renovação dos tecidos. MEIOSE Introdução A meiose (do grego, meioum, diminuir) é um tipo especial de divisão celular, exclusiva dos organismos que se reproduzem de forma sexuada. Em muitos protozoários, algas e fungos, a reprodução é assexuada, ou seja, por divisão celular simples ou mitose. Neste caso, todos os descendentes têm uma herança que provem de um só antecessor. Figura 50: Forma de manutenção no número de cromossomas http://pt.wikipedia.org/wiki/Complexo_de_Golgi Manual de Biologia. II – CITOLOGIA | 71 Na maioria dos organismos multicelulares (animais e vegetais), no entanto, a reprodução é realizada por meio de gâmetas ou células sexuais geradas por meiose – espermatocitos e ovócitos nos animais – os quais se unem por denominado fecundação como se vê na figura abaixo. O cariótipo humano possui 46 cromossomas (44+XY no homem; 44+XX na mulher). Se a divisão fosse por mitose, cada gâmeta teria 46 cromossomas e o zigoto 92. Visto que isso se repetiria por gerações sucessivas, o número de cromossomas se duplicaria de geração em geração. A meiose é mecanismo usado pelos organismos para evitar que isso ocorra. Conceito É um processo de divisão celular em que uma célula mãe, sempre diplóide, com cromossomas duplos, origina quatro células filhas com metade do número de cromossomas da célula mãe, porém simples. A meiose consta de duas divisões. No entanto, só vai haver uma duplicação cromossômica, razão pela qual uma célula, que vai entrar em meiose, necessite apresentar cromossomas duplos. A primeira divisão da meiose é denominada divisão reducional, já que o número cromossômico é reduzido à metade. A segunda divisão da meiose é denominada divisão equacional, já que é mantido o número cromossómico. Fases da meiose A meiose compreende duas divisões celulares (meiose 1 e meiose 2). A meiose I se distingue da meiose II e da mitose) porque sua prófase é muito longa e em seu percurso os cromossomas homólogos se emparelham e se recombinam para intercambiar material genético1 A meiose consta de duas divisões. No entanto, só vai haver uma duplicação cromossômica, razão pela qual uma célula, que vai entrar em meiose, necessite apresentar cromossomas duplos. A primeira divisão da meiose é denominada divisão reducional, já que o número cromossômico é reduzido à metade. A segunda divisão da meiose é denominada divisão equacional, já que é mantido o número cromossômico. Prófase I Por ser uma fase longa é subdividida nas seguintes fases: Leptóteno (do grego leptós, delgado e nêma, filamento): nesta fase os cromossomos aparecem pouco condensados (filamentos Manual de Biologia. II CITOLOGIA | 72 delgados). Cromômeros visíveis . Zigóteno (do grego zigón, parelha): nesta fase ocorre a sinapse ou emparelhamento dos cromossomas homólogos. Paquíteno (do grego pachýs, grosso): os cromossomas se encurtam e o emparelhamento dos cromossomas homólogos se completa. Porem o mais importante deste período é ocorre o intercâmbio de segmentos de ADN entre as cromátides homólogas, fenómeno designado recombinação genética (em inglês, crossing-over). Diplóteno (do grego diplóos, duplo): começa-se a separação dos cromossomas homólogos; essa separação não chega a ser completa, porque existem certos pontos de união entre os cromossomas homólogos, designados de quiasmas. Diacinese (do grego dia, através). Terminalização dos quiasmas. Desaparecimento do nucléolo e desintegração do envelope nuclear. Figura 51: Eventos da meiose I Manual de Biologia. II – CITOLOGIA | 73 Metáfase I Nesta fase os cromossomas homólogos emparelhados encontram-se dispostos no plano equatorial da célula. Anáfase I Ocorre a disjunção cromossómica (separação dos cromossomos homólogos) que depois migram para polos opostos. Telófase I Cromossomos duplicados chegam aos pólos da célula. São formadas duas células haplóides com a metade dos cromossomas da célula mãe porém duplos. Figura 52: Eventos da meiose I e II Manual de Biologia. II CITOLOGIA | 74 Intercinese O estadio entre as duas divisões meióticas é chamado intercinese e nesta fase não ocorre nova duplicação de ADN. Prófase II Desintegração do envoltório nuclear e formação de dois novos fusos, geralmente perpendiculares ao primeiro. Metáfase II Cromossomos dispostos no plano equatorial da célula e ainda duplicados. Anáfase II Ocorre a divisão dos centrómeros e separação das cromátides Telófase II Chegada dos cromossomos-filhos aos pólos da célula. Descondensação cromossómica. O envoltório nuclear organiza-se e o nucléolo reaparece. São formadas quatro células-filhas haplóides com metade do número de cromossomos da célula mãe. Figura 53. Eventos da meiose II Importância biológica da meiose. Mantém o número de cromossomos da espécie constante por ser um processo reducional, permite a recombinações génicas (crossing-over ou permutação) o que proporciona aumento na variabilidade das espécies. Manual de Biologia. II – CITOLOGIA | 75 Gametogênese É um processo pelo qual os gametas são produzidos nos organismos dotados de reprodução sexuada. Nos animais, a gametogénese acontece nas gônadas. O evento fundamental da gametogénese é a meiose, que reduz à metade a quantidade de cromossomos das células, originando células haplóides. Na fecundação, a fusão de dois gametas haplóides reconstitui o número diplóide característico de cada espécie. Espermatogénese é o processo de formação das células sexuais masculinas, os espermatozóides. Oogénese ou ovogénese é o processo de formação das células sexuais femininas, os óvulos. No entanto nos seres humanos bem como na maioria dos mamíferos este processo só termina se após a ovulação ocorrer afecundação do ovócito II que se encontra em metáfase II. Manual de Biologia. III – OS VÍRUS | 76 UNIDADE III – OS VIRUS INTRODUÇÃO AO ESTUDO DOS VÍRUS Em 1884, Chamberland, trabalhando no laboratório de Pasteur, descobriu que ao passar um líquido contendo bactéria através de um filtro de porcelana, as bactérias ficavam completamente retidas e a solução ficava estéril. Em 1892, Dimitri Ivanovski aplicou este teste a um filtrado de plantas que sofriam da doença do mosaico do tabaco e obteve resultados surpreendentes. O filtrado era capaz de produzir a doença original em novos hospedeiros. Quando repetido, as filtrações produziram os mesmos resultados e nada podia ser visto ao microscópio óptico, nem podia ser cultivado a partir dos filtrados. Ivanovski e colaboradores concluíram que haviam descoberto uma nova forma patogénica de vida, a que chamaram por “vírus”. Virologia é o ramo da microbiologia que trata do estudo dos vírus e suas relações com as bactérias, as plantas e os animais. Os vírus constituem a forma de vida mais simples encontrada no nosso planeta, e só podem ser observadas com o auxílio do microscópio electrónico. Origem dos vírus Várias são as hipóteses que procuram explicar a origem dos vírus e a mais aceite atualmente a hipótese da origem celular. Hipótese da volução química: os vírus podem representar micróbios extremamente reduzidos, formas primordiais de vida que apareceram separadamente na sopa primordial que deu origem às primeiras células. Com base nisto as diferentes variedades de vírus teriam tido origens diversas e independentes. No entanto, esta hipótese tem pouca aceitação. Hipótese da evolução retrógrada: os vírus teriam se originado a partir de microrganismos parasitas intracelulares que ao longo do tempo perderam partes do genoma responsáveis pela codificação de proteínas envolvidas em processos metabólicos essenciais, mantendo-se apenas os genes que garantiriam aos vírus sua identidade e capacidade de replicação. Hipótese do ADN auto-replicante: os vírus originaram-se a partir de sequências de ADN auto-replicantes (plasmídeos e transposons) que assumiram uma função parasita para sobreviverem na natureza. http://pt.wikipedia.org/wiki/Dimitri_Ivanovski http://pt.wikipedia.org/wiki/Micr%C3%B3bio http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Sopa_primordial&action=edit&redlink=1 http://pt.wikipedia.org/wiki/Gene http://pt.wikipedia.org/wiki/Auto-replica%C3%A7%C3%A3o http://pt.wikipedia.org/wiki/Plasm%C3%ADdeo http://pt.wikipedia.org/wiki/Transposon Manual de Biologia. III – OS VÍRUS | 77 Hipótese da origem celular: os vírus podem ser derivados de componentes de células de seus próprios hospedeiros que se tornaram autónomos, comportando-se como genes que passaram a existir independentemente da célula. Algumas regiões do genoma de certos vírus se assemelham-se a sequências de genes celulares que codificam proteínas funcionais. Esta hipótese é apontada como a mais provável para explicar a origem dos vírus. Estrutura dos vírus São seres vivos acelulares pelo fato de não apresentarem organização celular, possuindo apenas uma cápsula protéica denominada capsídeo em cujo interior existe um filamento de ácido nucléico (ADN ou ARN). Os dois tipos de ácidos nucléicos nunca são encontrados em um mesmo vírus. Assim, observamos que os vírus herpes da hepatite B (HBV) contêm ADN, enquanto os vírus da hepatite C (HCV) e da imunodeficiência humana (HIV) contém ARN. Figura 54: Esquema da estrutura do vírus HIV (ou VIH) e do vírus da hepatite B Vírus, matéria bruta ou matéria viva? Alguns autores consideram os vírus seres de transição entre a matéria bruta e a matéria viva em função de algumas de suas características. O poder de cristalização, a estrutura acelular e a capacidade de difracção de raio-X são característicos da matéria bruta que estão presentes nos vírus. Por outro lado, a presença de ácido nucléico, a capacidade de reprodução no interior das células e o poder de mutação ilustram características da matéria viva presentes nesses organismos. Os vírus não possuem metabolismo próprio, sendo dependente de uma célula hospedeira, razão pela qual são considerados como parasitas intracelulares obrigatórios. Manual de Biologia. III – OS VÍRUS | 78 Quando as condições do meio não são favoráveis aos vírus, pode ocorrer a cristalização dos mesmos. Ciclo viral O ciclo de vida dos vírus compreende as seguintes fases: Adesão e fixação a receptores situados na membrana das células; Penetração; Multiplicação – nesta fase ocorre a replicação do ácido nucléico e as sínteses das proteínas do capsídeo. Os ácidos nucléicos e as proteínas sintetizadas se desenvolvem com rapidez, produzindo novas partículas de vírus; Lise e liberação: as novas partículas de vírus saem para infectar novas células. Figura 55: Ciclo viral Algumas doenças causadas por vírus. Síndrome de imunodeficiência adquirida, Hepatites A, B e C, Poliomielite, Varicela, Gripe A, Rubéola, Dengue, Febre amarela, Raiva http://www.todabiologia.com/microbiologia/virus.htm Manual de Biologia. III – OS VÍRUS | 79 Estudo dos retrovírus Os retrovírus são vírus que apresentam como material genético o _________, que ao penetrar na célula humana, necessitam de transcrição para ácido desoxirribonucléico (ADN), através da enzima ___________ _______________________. Os retrovírus humanos são classificados em três subgrupos oncovírus que inclui HTLV-I e HTLV-II, lentivírus que inclui HIV-I e HIV- 2 e o spumavírus. A ___________ da imunodeficiência _________ ou SIDA é causada pelo vírus da ___________ humana. A epidemia da SIDA foi primeiramente reconhecida em 1983 quando Luc Montagnier e seus colegas reivindicaram terem descoberto outro retrovírus, o HIV. A doença tem sido descrita como um processo contínuo de disfunção imune pela perda de células T CD4+, que começa desde a hora da contaminação e progride, conduzindo finalmente à síndrome, com infecções oportunistas ou malignidades que constituem a clínica definida da SIDA. A transmissão se dá por: contacto ________, transmissão ___________ de mãe para criança, partilha de objetos cortantes ou perfurantes ___________ com sangue. Embora o vírus tenha sido isolado de vários fluidos corporais como saliva, urina, lágrimas, somente o contato com sangue, __________, secreções __________ e leite materno têm sido implicados como fontes de infecção. Dados laboratoriais e epidemiológicos não provêm qualquer suporte à possibilidade de infecção por HIV por qualquer das seguintes vias teóricas de transmissão: contacto interpessoal não sexual e não percutâneo (contacto casual), vectores artrópodes (picadas de insectos), fontes ambientais (aerossóis, por exemplo), além de instalações sanitárias. As doenças venéreas são consideradas como co-factores, porque aumentariam a susceptibilidade do indivíduo a contrair a infecção do HIV, por apresentarem lesões genitais. Entre elas estão: as úlceras genitais, como aquelas causadas por cancro mole (Linfogranuloma venéreo), pelo cancro duro (Sífilis) e pela Herpes simples genital, consideradas condições facilitadoras da transmissão sexual do HIV. Outros co-factores adicionais são: a promiscuidade, a multiplicidade de parceiros (as), o trauma genital durante o coito e a exposição ao sangue (menstruação). Manual de Biologia. IV – ESTUDO DAS BACTÉRIAS E PROTOZOÁRIOS | 80 UNIDADE IV –BACTÉRIAS E PROTOZOÁRIOS ESTUDO DAS BACTÉRIAS São organismos unicelulares e procariotas ou seja, não possuem envoltório nuclear, nem organelas membranosas. ESTRUTURA DAS BACTÉRIAS A célula bacteriana apresenta, externamente à membrana citoplasmática, um envoltório rígido denominada parede celular. Ao contrário da parede celular presente nacélula vegetal, a parede bacteriana não contém celulose, sendo formada por mucopolissacáridos. As bactérias aeróbias apresentam uma invaginação da membrana citoplasmática denominada mesossoma. Nessa estrutura, observamos enzimas que participam do processo de respiração celular aeróbia. Algumas bactérias apresentam externamente à parede celular uma estrutura denominada cápsula que protege a célula e aumenta a sua patogenicidade, já que evita a fagocitose pelas células de defesa do organismo parasitado. Outras bactérias apresentam flagelos relacionados à sua locomoção. O nucleóide de uma bactéria contém ADN e proteínas, estando o ARN presente no citoplasma associado às proteínas, formando os ribossomas. Figura 41: Estrutura das bactérias Forma das bactérias As bactérias são classificadas quanto à forma em quatro tipos morfológicos básicos: cocos, bacilos, espirilos e vibriões. Os cocos são bactérias arredondadas que podem ter vida isolada ou http://pt.wikipedia.org/wiki/Envolt%C3%B3rio_nuclear Manual de Biologia. IV – ESTUDO DAS BACTÉRIAS E PROTOZOÁRIOS | 81 formar colónias. Dois cocos agrupados formam um diplococo, vários cocos enfileirados formam um estreptococo, enquanto vários cocos dispostos em cacho formam um estafilococo. Os bacilos são bactérias alongadas em forma de bastonete. Os espirilos ou espiroquetas são bactérias de forma espiralada. Os vibriões são bactérias cuja forma lembra uma vírgula. A figura abaixo mostra as diferentes formas de bactérias Fig 42: Diferentes formas das bactérias. Respiração das Bactérias A respiração celular consiste em um processo de degradação de compostos orgânicos para produção de energia. Esse processo pode ocorrer sem consumo de oxigénio ou com utilização desse gás. No primeiro caso, temos a respiração anaeróbia ou fermentação e no segundo, a respiração aeróbia. A maior parte das bactérias obtém energia através da fermentação, que pode formar álcool etílico (fermentação alcoólica) ou ácido láctico (fermentação láctica). A oxidação do álcool etílico forma ácido acético, processo esse erroneamente denominado fermentação acética. As bactérias anaeróbias podem ser estritas, quando não suportam a presença do oxigénio, ou facultativas quando suportam a presença desse gás Nutrição das Bactérias A maior parte das bactérias são heterotróficas, isto é, absorvem o alimento do ambiente onde vivem. As bactérias heterotróficas mais numerosas obtêm seu alimento a partir da decomposição da matéria orgânica, sendo imprescindíveis na reciclagem da matéria, já que formam matéria inorgânica que é devolvida ao ambiente. Bactérias com essa capacidade são denominadas saprófltas. Manual de Biologia. IV – ESTUDO DAS BACTÉRIAS E PROTOZOÁRIOS | 82 Algumas bactérias são autotróficas, isto é, produzem seu próprio alimento. A maioria das bactérias autotróficas são quimiossintetizadores, isto é, produzem o próprio alimento através da quimiossíntese, que utiliza a energia liberada em reacções de oxidação de substâncias inorgânicas. Entre as bactérias autotróficas quimiossintetizadores destacamos as sulfobactérias, ferrobactérias e nitrobactérias que oxidam compostos que contêm enxofre, ferro e nitrogénio, respectivamente. Entre as bactérias autotróficas, existem aquelas que são fotossintetizadoras, isto é, produz o próprio alimento através da fotossíntese, que utiliza a energia luminosa. A fotossíntese bacteriana é também denominada foto-redução e utiliza, ao invés de água, o sulfato de hidrogénio (H2S) não liberando oxigénio. O pigmento que absorve a energia luminosa é denominado bacterioclorofila e está presente no hialoplasma uma vez que as bactérias não apresentam cloroplastos. Observe a equação geral da fotossíntese bacteriana. Reprodução das Bactérias A reprodução das bactérias pode ser assexuada, quando não ocorre mistura de material genético, ou sexuada, quando ocorre mistura de material genético. Reprodução assexuada: é o principal tipo de reprodução das bactérias e ocorre por cissiparidade ou bipartição ou divisão binária. Através desse processo, uma bactéria mãe duplica o seu material genético (nucleóide) e se divide originando duas bactérias filhas geneticamente idênticas à bactéria mãe, não ocorrendo assim variabilidade genética. Ao conjunto de organismos geneticamente idênticos originados por processo assexuado de reprodução denominamos CLONE. Reprodução sexuada: através da reprodução sexuada ocorre a recombinação de material genético de bactérias diferentes, permitindo o surgimento de grande variedade de tipos dentro da espécie. Essa variabilidade genética é importante na evolução, acelerando os processos evolutivos. A reprodução sexuada das bactérias pode ocorrer através de três processos: conjugação, transformação e transdução. Doenças causadas por bactérias DOENÇA AGENTE Febre tifóide Salmonela tiphy Tétano Clostridium tetani Gonorreia Neisseria gonorrheae Sífilis Treponema pallidum Cólera Vibrio cholerae Lepra Mycobacterium leprae Tuberculose Mycobacterium tuberculosis Manual de Biologia. IV – ESTUDO DAS BACTÉRIAS E PROTOZOÁRIOS | 83 e a descoberta da penicilina Alexander Fleming (1881-1955) foi um médico inglês, que descobriu a penicilina, antibiótico descoberto através da substancia que se movia em torno de um fungo da espécie Penicillium notatum. Identificou e isolou a lisozima, uma enzima bacteriostática, que impede o crescimento de bactérias, presentes em certos tecidos e secreções animais. Em 1928 era professor do colégio de cirurgiões e estudava o comportamento da bactéria Staphylococcus aureus, quando observou uma substancia que se movia em torno de um fungo da espécie Penicillium notatum, demonstrando grande capacidade de absorção dos estafilococos. Fleming batizou essa substancia com o nome de penicilina e, um ano mais tarde, publicou os resultados do estudo no British Journal of Experimental Pathology. INTRODUÇÃO AO ESTUDO DOS PROTOZOÁRIOS Características gerais Os protozoários são organismos aclorofilados, heterotróficos e unicelulares, podendo apresentar vida isolada ou colonial. Os protozoários, ao contrário dos demais protistas, não apresentam parede celular. Estão presentes nos mais variados ambientes, com espécies em água salgada, água doce e no ambiente terrestre húmido. A maioria das espécies são de vida livre. Alguns protozoários são parasitas, existindo ainda espécies comensais e espécies que estabelecem uma relação de mutualismo com outros organismos. O glicogénio é a principal substância de reserva alimentar, sendo formado através da polimerização de várias moléculas de glicose. Doenças causadas por protozoários DOENÇA AGENTE Paludismo Plasmodium Tricomoníase Trichomona vaginalis Giardíase Giárdia lamblia Amebíase Entamoeba histolytica Toxoplasmose Toxoplasma gondii Balantidíse Balantidium coli Manual de Biologia. V – GENÉTICA | 84 UNIDADE V – A GENÉTICA INTRODUÇÃO O termo genética foi aplicado pela primeira vez em 1905 pelo biologista inglês William Bateson (1861 - 1926), a partir de uma palavra grega “Genetikós” que significa gerar, para definir o ramo das ciências biológicas que estuda e procura explicar os fenómenos relacionados com a hereditariedade. A hereditariedade trata do estudo da transmissão de características biológicas de célula para célula, de pai para filho e, assim, de geração para geração. Estas características a serem transmitidas podem ser morfológicas (ex.: altura, cor dos olhos), bioquímicas (ex.: enzimas, metabolismo), fisiológicas (ex.: comportamento) e patológicas (ex.: albinismo, anemia falciforme). Uma das principais perguntas que todos faziam nos séculos passados, e até nos dias de hoje, é como os caracteres físicos e funcionais são transmitidos de pais a filhos. Uma das hipóteses mais antigasregistadas na história da Biologia foi a da pré-formação ou progênese. Ela admitia que, no interior dos gâmetas, já existia uma microscópica miniatura de um novo indivíduo. Essa minúscula criatura, que recebeu o nome de homúnculo, deveria crescer, após a fecundação, até originar um organismo com as dimensões próprias da espécie. Gregor Mendel é considerado "o pai da genética" por ter estabelecido, os princípios básicos da hereditariedade, através de experimentos cujas conclusões são conhecidas como 1ª e 2ª lei da hereditariedade que serão estudadas mais adiante depois de conhecermos as bases moleculares da hereditariedade. GENÉTICA MOLECULAR A molécula responsável pelo armazenamento da informação a ser transmitida dos progenitores aos descendentes é o ADN (já estudado no capítulo sobre Bioquímica Celular); ele possui as unidades da hereditariedade – os genes – que são definidos como um conjunto sequencial e específico de bases nitrogenadas do ADN que codifica a sequência de aminoácidos para a síntese de uma determinada cadeia polipeptídica de uma proteína. Desenvolvimento da genética como ciência Os princípios estabelecidos por Gregor Mendel no séc. XIX permitiram explicar os mecanismos da hereditariedade; porém, as bases moleculares que sustentam tais mecanismos só foram descobertas mais tarde devido aos extraordinários estudos dos seguintes cientistas: Manual de Biologia. V – GENÉTICA | 85 Friedrich Miescher: descobriu que o material responsável pela hereditariedade encontrava-se no núcleo, e o chamou de “nucleína”. Thomas Morgan: criou a chamada “Teoria Cromossómica da Hereditariedade” afirmando que o material responsável pela hereditariedade encontrava-se nos cromossomas. Oswald Avery e colaboradores: descobriram a natureza química deste material a que os outros se referiam, afirmando ser um ácido. James Watson e Francis Crick: descobriram a estrutura do tal material (o ADN), estrutura esta reconhecida e usada até aos nossos dias. O Dogma Central da Biologia Molecular (DCBM) Teoria que explica os mecanismos de perpetuação e expressão da informação genética, estabelecendo uma relação entre o ADN, ARN e proteínas. Segundo o DCBM, a informação genética pode perpetuar-se através da replicação do ADN ou pode expressar-se através da transcrição do ADN para ARN e consequente tradução para proteínas. Deste modo, o DCBM está constituído de 3 processos fundamentais: Replicação: processo através do qual através de enzimas específicas o ADN faz uma cópia de si mesmo, garantindo a perpetuação ou continuidade da informação genética através da transferência desta cópia à células-filhas tal como ocorre na divisão celular. Transcrição: processo no qual um determinado gene no ADN “gera” uma molécula de ARN. Neste processo as bases nitrogenadas do gene a ser transcrito vão emparelhando-se com as bases da futura molécula de ARN invertendo a ordem de emparelhamento: de A-T, C-G para A-U, CG (fig. 55). Saiba que neste processo os constituintes bioquímicos (bases nitrogenadas, ribose, grupo fosfato) da cadeia de ARN a ser construída já se encontram previamente na célula, sendo obtidos pela dieta e/ou sintetizados por outros processos. Ao fim da sua síntese a cadeia de ARN solta-se das de ADN e migra para o citoplasma para ser “traduzida” em proteínas pelos ribossomas. Cada sequência de 3 bases na cadeia de ARN forma um códon ou codão (fig. 2) e cada codão corresponde a um aminoácido específico (ex.: AUG=Metionina) que será adicionado à cadeia Figura 56. Transcrição: As cadeias de ADN estão representadas em azul, a de ARN em amarelo e o gene em vermelho. Manual de Biologia. V – GENÉTICA | 86 polipeptídica durante o processo de tradução. Os codões UAA, UAG e UAA constituem os anti-codões: são codões que não codificam nenhum aminoácido e que aquando da tradução significam “fim da tradução”, ou seja, indicam ao ribossoma o fim da cadeia polipeptídica da proteína a ser sintetizada. Figura 57. Tabela dos codões Existem 3 tipos de ARN: ARN mensageiro (ARNm): contém o código genético para a síntese de uma determinada proteína (representado na fig. 1). ARN ribossómico (ARNr): faz parte da constituição dos ribossomas e tem a função de “ler” o ARNm e montar as cadeias polipeptídicas. ARN transportador (ARNt): transporta os aminoácidos dispersos no hialoplasma para os ribossomas para constituírem as cadeias polipeptídicas. Tradução: neste processo são finalmente montadas as cadeias polipeptídicas da proteína nos ribossomas através do código genético contido no ARNm segundo a tabela dos codões. Para o ARNm da fig. 55 teríamos uma cadeia polipeptídica com a seguinte sequência de aminoácidos: Metionina-Leucina-Glutamina. Manual de Biologia. V – GENÉTICA | 87 É através destes processos que o DCBM explica não só a função do núcleo no controlo das atividades gerais da célula (quando por exemplo ordena que se sintetize uma determinada proteína necessária ao organismo naquele momento) como também a expressão de um determinado gene sobre uma determinada característica hereditária (ex.: a cor da pele, depende da quantidade de melanina produzida pelos melanócitos através da ação da enzima tireosinase que, como todas as outras proteínas é codificada por um gene específico no ADN que nos albinos apresenta uma mutação). CONCEITOS GERAIS EM GENÉTICA Para se perceber os mecanismos da hereditariedade é necessário antes dominar os seguintes conceitos: Gene ou unidade da hereditariedade Porção de uma molécula de _____________ que codifica a sequência de ____________ para ___________ de uma determinada cadeia polipeptídica de uma ______________. Lócus (no plural: loci) Local definido do cromossoma ocupado por um gene. Exemplo: O gene que codifica a proteína protrombina encontra-se no lócus 11p11, ou seja, na banda 11 do braço curto do cromossoma 11: o 1º número indica o cromossoma, a letra indica o braço do cromossoma (p=curto, q=longo) e o 2º número indica a banda do braço do cromossoma. Desta forma podemos dizer que o lócus indica o “endereço” do gene no cromossoma que é invariável em cada espécie, ou seja, em todos os seres humanos os codões encontrados no lócus 11p11 codificam a sequência de aminoácidos para a síntese de protrombina. Como sabemos, nas células diplóides (2n) os cromossomas ocorrem aos pares. Os dois cromossomas do mesmo par são iguais e denominam-se homólogos. Alelo Genes alternativos, que ocupam mesmo loci em cromossomas homólogos e que são responsáveis pela transmissão de um mesmo carácter. Cada alelo determina uma das Figura 58: Cromossomas homólogos Manual de Biologia. V – GENÉTICA | 88 variedades do mesmo carácter (por exemplo, para o caráter altura existirá hipoteticamente um alelo para “alto” e outro alelo para “baixo”). Os alelos de cada carácter são representados simbolicamente pela mesma letra do alfabeto, um com letra maiúscula (denominado dominante) e outro com letra minúscula (denominado recessivo). Quando um indivíduo para um determinado carácter herda dois alelos diferentes, isto é, um dominante e outro recessivo (por exemplo Aa), dir-se-á heterozigoto ou híbrido para aquele carácter; ao passo que se herdar dois alelos iguais, isto é, dois dominantes ou dois recessivos, chamar-se-á homozigoto dominante (ex.: AA) ou homozigoto recessivo (ex.: aa) respectivamente. Genótipo É a constituição genética de um indivíduo, ou seja, a soma dos factores hereditários (genes) que o indivíduo recebe dos pais, e que transmitirá aos seus próprios filhos. Não é visível, mas pode ser deduzido pela análise dos ascendentes e descendentes desse indivíduo. É representado por 2 letras para cada carácter. NOTA: O genótipo será representado por um ou mais pares de genes. Nos problemas, por duas ou maisletras. Um gâmeta (espermatozóide ou óvulo) será representado por apenas um gene de cada par. Nos problemas, apenas por uma letra; tal como veremos nos exercícios de aplicação das leis de Mendel. Fenótipo É a expressão da actividade do genótipo, mostrando-se como a manifestação visível ou detectável do carácter considerado. É a soma total de suas características de forma, tamanho, cor, tipo sanguíneo, etc. Exemplo 1: o João tem os olhos castanhos (fenótipo), pois herdou os genes/ alelos (genótipo) que codificam o aparecimento de tal cor dos olhos. Exemplo 2: a protrombina (fenótipo) é uma proteína codificada por um gene (genótipo) que se encontra no lócus 11p11. O fenótipo pode também resultar da interacção do genótipo com o meio ambiente (ex.: indivíduos que herdam os alelos para pele clara e tornam-se escuros por intensa exposição ao sol). Essa influência externa, levando à manifestação de um fenótipo que não ocorre exactamente ao que se poderia esperar em função do genótipo, recebe o nome de perístase. Dois indivíduos podem apresentar o mesmo fenótipo embora possuam genótipos diferentes. Por exemplo, a cor do olho pode ser escura para os dois, sendo um homozigoto (puro) e o outro heterozigoto (híbrido). Externamente, porém, não podemos distingui-los, apresentando, Manual de Biologia. V – GENÉTICA | 89 portanto, o mesmo fenótipo. As características fenotípicas não são transmitidas dos pais para os filhos mas sim, transmitem-se os genes que são os factores potencialmente capazes de determinar o fenótipo. GENÉTICA MENDELIANA No séc. XIX Mendel estudou ervilheiras do género Pisum sativum para explicar os fenómenos da hereditariedade cujos resultados foram aprimorados e são utilizados até hoje em diversos sectores da biologia molecular. Há quem diga que nem ele mesmo compreendeu bem o que descobrira. O sucesso de Mendel deveu-se muito à algumas características especiais das ervilheiras nomeadamente: a) São plantas de fácil cultivo: não necessitam de condições especiais para cultivar; b) Têm ciclo de vida curto: o que permite obter várias gerações de descendentes em muito pouco tempo; c) Gera muitos descendentes: permitindo melhores cálculos estatísticos sobre os resultados dos cruzamentos; d) Apresentam fenótipos extremos: os descendentes eram altos ou baixos, as sementes eram verdes ou amarelas, lisas ou rugosas, etc.… sem meio-termo possível. e) Os fenótipos estudados são visíveis a olho nu: para observar características como a altura das plantas, a cor, a forma, a casca das sementes, etc. Mendel não precisou de métodos especiais como microscópios. f) São plantas com flor fechada e com tendência a autofecundação: o que permitiu conhecer com certeza os progenitores dos descendentes. Leis de Mendel PRIMEIRA LEI DE MENDEL OU LEI DA SEGREGAÇÃO DOS CARACTERES OU LEI DA PUREZA DOS GÂMETAS “Cada carácter é determinado por dois factores, que se separam na formação dos gâmetas, passando apenas um factor por gâmeta”. Nesta lei o que Mendel chamou de “factor” é o que atualmente chamamos “alelos” e quis ele dizer que, para uma dada característica existem nas células somáticas dois alelos: um no cromossoma homólogo herdado do pai e outro no herdado da mãe e na Anáfase I, estes Manual de Biologia. V – GENÉTICA | 90 cromossomas separam-se levando consigo cada um dos respectivos alelos aos respectivos gâmetas a serem formados. SEGUNDA LEI DE MENDEL OU LEI DA SEGREGAÇÃO INDEPENDENTE DOS CARACTERES “Em um cruzamento em que estejam envolvidos dois ou mais caracteres, os factores que determinam cada um se separam (se segregam) de forma independente durante a formação dos gâmetas, se recombinam ao acaso e formam todas as combinações possíveis”. Nesta lei, Mendel faz referência ao estudo da transmissão de duas ou mais características. Esta lei diz que os alelos respectivos à cada uma das características em estudo e que se encontram no mesmo cromossomo homólogo não vão necessariamente ao mesmo gâmeta durante a separação dos cromossomas homólogos mas sim, pode existir troca para o cromossoma homólogo entre os alelos da mesma característica através do fenómeno de crossing-over. Assim por exemplo, no estudo de 3 características representadas pelas seguintes letras A, b, C num dos cromossomas homólogos e a, B, c no outros cromossoma, se não existisse crossing- over, os gâmetas formados teriam obrigatoriamente os alelos A, b, C e a, B, C respectivamente, ao passo que com o crossing-over poderá haver maior número de recombinações obtendo-se por exemplo a, b, C e A, B, c garantindo maior distinção entre os indivíduos da mesma espécie. MECANISMOS DE HERANÇA. APLICAÇÃO PRÁTICA DAS LEIS DE MENDEL Neste contexto, o termo “herança” refere-se aos possíveis fenótipos que os indivíduos poderiam apresentar em função do tipo de alelos (dominantes ou recessivos) que herdam dos seus progenitores, tendo em conta por exemplo, que dois indivíduos podem ter o mesmo fenótipo mas genótipos diferentes. Desta forma, existem basicamente 5 mecanismos de herança: a) Herança dominante ou dominância completa, b) Herança intermédia ou dominância incompleta, c) Herança co-dominante, d) Herança ligada ao sexo e) Herança mitocondrial. Manual de Biologia. V – GENÉTICA | 91 Herança Dominante Na herança dominante, entre os possíveis alelos de uma dada característica existe um (o dominante) que domina ou encobre a manifestação do outro (o recessivo) quando o indivíduo for heterozigoto, ou seja, ele pode expressar-se mesmo em dose única ou hetererozigose. Exemplo: No estudo da característica “cor da semente”, ao considerarmos a cor verde como dominante (letra “A”) e a amarela como recessivo (letra “a), se o indivíduo herdasse o genótipo AA a semente verde, o genótipo aa seria amarela, e o Aa seria verde (neste caso o A expressou-se em dose única encobrindo a manifestação do a por ser o alelo dominante) Cruzando-se dois homozigotos (puros), um dominante e outro recessivo (geração parental P), temos na primeira geração de descendentes (F1) todos (100 %) híbridos ou heterozigotos (genótipo) com o carácter dominante (fenótipo). Figura 59. Caso de dominância. GENÉTICA NÃO MENDELIANA – EXCEPÇÕES ÀS LEIS DE MENDEL Existe uma grande controvérsia entre os autores sobre o significado de “Genética Não- Mendeliana”. De uma forma didática neste capítulo abordaremos o assunto como “excepções às Leis de Mendel”, ou seja, aqueles fenómenos da hereditariedade em que não é possível explicá-los apenas com as Leis de Mendel. Manual de Biologia. V – GENÉTICA | 92 Herança Intermédia ou Dominância Incompleta Ocorre quando o indivíduo heterozigoto apresenta fenótipo intermediário ao dos homozigotos. Exemplo: Na planta boca-de-leão, a cor da corola das flores é determinada por um par de alelos (V e B) e pode ser vermelha, branca e rosa. Os indivíduos com genótipo VV possuem flor vermelha, os indivíduos com genótipo BB possuem flor branca, ao passo que os heterozigotos VB possuem flor rosa. Notamos, portanto, que não há dominância entre os alelos V e B, uma vez que nos heterozigotos surge uma característica intermediária entre aquelas, determinadas por cada um dos alelos. Se cruzarmos dois indivíduos puros (homozigotos) de flor vermelha (VV) com flor branca (BB) obteremos, na F1, 100% de híbridos (heterozigotos) de flor rosa (VB). Cruzando dois descendentes da F1, vamos obter na F2 o resultado conforme o quadro a seguir: Figura 60: Caso de dominância incompleta Manual de Biologia. V – GENÉTICA | 93 Herança Co-dominante A co-dominância ocorre quando os indivíduos heterozigotos para certos genes expressam os dois fenótipos simultaneamente. Veja: Em galináceos da raça minorca, a cor da plumagem é determinada por um par de alelos: B e P. O genótipo BBdetermina plumagem branca. O genótipo PP, plumagem preta. O heterozigoto PB determina o carácter plumagem ou andaluzo, que é uma mistura dos dois outros. O exemplo plausível de co- dominância na espécie humana é o grupo AB do sistema ABO. Alelos Múltiplos ou Polialelia: Existem características que podem ser determinadas por um gene com três ou mais alelos, situados no mesmo lócus genético de um par de cromossomas homólogos. Como em cada lócus só pode existir um dos alelos, nas células somáticas que são diplóides (2n) e só podem existir dois alelos da série por vez. Os gametas, que são haplóides, possuem somente um dos alelos. Esquematizando: Figura 62: Ocorrência de alelos múltiplos Figura 61: Expressão fenotípica dos grupos sanguíneos. Exemplo de co-dominância e polialelia Manual de Biologia. V – GENÉTICA | 94 Os principais exemplos de alelos múltiplos são: o grupo sanguíneo ABO na espécie humana, a cor da pelagem em coelhos, a cor da pelagem em cobaias e a cor dos olhos em drosófilas. O sistema ABO é tipicamente um caso de alelos múltiplos; o mesmo não ocorre com o sistema Rh. No sistema ABO, distinguem-se quatro grupos sanguíneos: grupo A, grupo B, grupo AB e grupo O. A ocorrência dos quatro grupos está na dependência do fato de existirem, na natureza, três tipos distintos de alelos: alelos IA, alelos IB e alelos i, sendo a relação de dominância entre eles: IA = IB, IA > i e IB > i. Mas o que faz uma pessoa ter sangue A ou sangue B? As pessoas que têm genótipo AA ou AO revelam na membrana plasmática das suas hemácias uma proteína especial, que recebeu o nome de aglutinogénio As pessoas que têm sangue B, em função do genótipo BB, ou então, BO, não possuem o aglutinogénio A, na superfície das hemácias, mas sim outra proteína diferente, o aglutinogénio B. As pessoas que revelam sangue do grupo AB têm o genótipo IA IB e, em função da presença de ambos os genes A e B possuem os dois aglutinogénios na membrana plasmática dos seus glóbulos vermelhos. Finalmente, os indivíduos que tem sangue do grupo O possuem o genótipo OO, que não determina a produção de nenhum aglutinogénio nas hemácias. Portanto, o que determina o tipo de sangue do sistema ABO é a presença ou ausência dos aglutinogénios (antígenos) nas hemácias e das aglutininas (anticorpos), anti-A e anti-B existentes no plasma sanguíneo. Nas transfusões, ocorrerá o problema de aglutinação quando as hemácias do doador possuírem aglutinogénios que são incompatíveis com as aglutininas existentes no plasma do receptor. O grupo O é o doador universal, porque suas hemácias não possuem aglutinogénios, portanto nunca serão aglutinadas no plasma do receptor. O grupo AB é o receptor universal, porque o seu plasma não possui aglutininas, portanto nunca provocarão a aglutinação das hemácias do doador. Entre os indivíduos com o mesmo tipo de sangue não deverá ocorrer o problema da aglutinação durante as transfusões sanguíneas. Baseando-se no que acabamos de estudar, podemos fazer o seguinte esquema entre doadores e receptores, no qual a direção das setas indica as transfusões possíveis. Manual de Biologia. V – GENÉTICA | 95 Figura 63: Transfusão sanguínea FACTOR Rh e incompatibilidade materna-fetal Além do grupo sanguíneo, é necessário observar o factor Rh em uma transfusão sanguínea. Esse é outro sistema de grupos sanguíneos, independente do sistema ABO. O nome se deve ao facto de ter sido descoberto inicialmente no sangue dos macacos do género Rhesus. Não é um caso de polialelia. O factor Rh é uma proteína (aglutinogénio ou antígeno Rh) que pode ser encontrada nas hemácias de algumas pessoas (ditas Rh+). O gene R condiciona a produção do factor Rh; O gene r condiciona a não-produção do factor Rh. FENÓTIPOS GENÓTIPOS Rh+ RR - Rr Rh- rr Um problema muito importante em relação ao sistema Rh é a incompatibilidade feto-materna. Quando a mulher tem sangue Rh- e casa com um homem Rh+, existe a possibilidade de que nasçam filhos Rh+. Durante o parto, quando do descolamento da placenta, ocorre uma passagem de hemácias fetais para a circulação materna. A partir dessa ocasião, passa a haver uma produção e acúmulo de aglutininas (anticorpos) anti-Rh no sangue materno. Em gestações posteriores, de filhos Rh+, os anticorpos maternos atravessam a placenta, alcançando a circulação do feto. A reacção entre os aglutinogénios fetais e as aglutininas maternas provoca a aglutinação e a destruição das hemácias (hemólise) do sangue fetal. A hemoglobina se acumula na pele, provocando a icterícia. A medula óssea lança no sangue células imaturas (eritroblastos). O quadro apresentado pela criança ao nascer é chamado de eritroblastose fetal (EF) ou doença hemolítica do recém-nascido (DHRN). Nos casos menos graves, a criança pode sobreviver se for submetida a uma substituição de grande parte do seu sangue Rh+, por outro Rh-, que lentamente será Manual de Biologia. V – GENÉTICA | 96 substituído pelo seu próprio sangue Rh+, pelo seu próprio organismo. Actualmente, o problema é controlado com a aplicação, na mulher Rh-, de uma dose única de aglutinina anti-Rh, obtida do sangue de mulheres já sensibilizadas. Essa aplicação deve ocorrer nas primeiras 72 horas após cada parto de feto Rh+. Como as aglutininas injectadas são heterólogas (não produzidas pela própria mulher) logo serão eliminadas do seu organismo. Epistasia Condição em que dois loci são ocupados por genes que actuam sobre o mesmo carácter. Este processo caracteriza-se por supressão do efeito de um gene por outro gene não-alélico. Poligenia Condição em que um carácter é controlado por genes situados em mais do que dois loci. Vários pares de genes actuam aditivamente na expressão de uma característica que apresenta variação contínua na população. Pode ser multifactorial quando sofre influência de factores ambientais Ex. Peso estatura, cor da pele e a maior parte das características. A herança de traços poligénicos, portanto, depende da acção cumulativa ou aditiva de vários ou muitos genes, cada um dos quais produz uma pequena proporção do efeito total. Pleiotropia É o facto de um par de alelos situados no mesmo par de cromossomas homólogos condicionarem o aparecimento de várias características no mesmo organismo. Herança ligada ao sexo As características codificadas por genes existentes em cromossomas sexuais apresentam um mecanismo de herança genética distinto das dos cromossomas somáticos. Podemos assim explicar: a) As características codificadas por genes no cromossoma Y só podem ser transmitidos entre indivíduos de sexo masculino devido a sua ausência no sexo feminino. b) As codificadas por genes no cromossoma X têm sempre caracter dominante no sexo masculino uma vez que não existe outro alelo da mesma característica no cromossoma Y para contrapor-se à expressão do alelo no cromossoma X c) Os indivíduos do sexo masculino só podem transmitir características do cromossoma X em descendentes do sexo feminino. Manual de Biologia. V – GENÉTICA | 97 Herança mitocondrial Foi estudado na citologia que as mitocôndrias são organelas autónomos e que de igual modo apresenta ADN que apenas controla a síntese de proteínas e o funcionamento da própria mitocôndria. Se por exemplo, o ADN mitocondrial sofrer uma mutação, esta só poderá ser transmitido pelo progenitor do sexo feminino uma vez que as mitocôndrias do espermatozoide apenas servem para fornecer energia para locomoção do mesmo e não fazem parte da constituição do zigoto aquando da fecundação. DISTÚRBIOS GENÉTICOS: MUTAÇÕES As mutações são definidas como sendo todos os distúrbios decorrentes de alterações no nosso material genético. Elas podem trazer consequências positivas ou negativas; ora veja: para os evolucionistas, elas são consideradas como a chave para a evolução,surgimento e sobrevivência das espécies ao longo dos tempos. Por outro lado, são o motivo de doenças como a drepanocitose, albinismo, Síndrome de Down, etc. Saiba ainda que as mutações só são transmitidas aos descendentes se afectarem as células germinativas. De uma forma resumida, as mutações classificam-se em: Estruturais: quando existem alterações nos genes em cromossomas individuais. Estas podem ser: pontuais, por deleção, duplicação, inversão, inserção, translocação. Manual de Biologia. V – GENÉTICA | 98 As principais causas de mutações estruturais são: radiação UV , hidrocarbonetos policíclicos aromáticos, vírus (PVH, EBV, HBV, HTLV), bactérias (helicobacter pylori), irritação crónica, agentes químicos carcinogénicos Numéricas (Aneuploidias): quando existem alterações no número de cromossomas. Estas podem ser: Nulissomias: ausência de pares de cromossomas homólogos. Monossomias: ausência de um dos cromossomas do par de homólogos. Exemplos: síndrome de Turner – ausência de um dos cromossomas sexuais (genoma: G45, X) Trissomias: aparecimento de um cromossoma extra em pares de cromossomas homólogos. Síndrome de Patau – cromossoma extra no par nº 13 (genoma: 47,XX+13 ou 47,XY+13) Síndrome de Edward - cromossoma extra no par nº 18 (genoma: 47,XX+18 ou 47,XY+18) Síndrome de Down - cromossoma extra no par nº 21 (genoma: 47,XX+21 ou 47,XY+21) Síndrome de Klinefelter – extra cromossoma sexual X no sexo masculino (genoma: 47,XXY) Trissomia do cromossoma X ou síndrome da Superfemea - extra cromossoma sexual X no sexo feminino (genoma: 47,XXX). Tetrassomias: repetição de pares de cromossomas homólogos As causas das Aneuploidias são a não disjunção de cromossomas homólogos na meiose. Manual de Biologia. VI – HISTOLOGIA | 99 Unidade VI - Histologia INTRODUÇÃO AO ESTUDO DOS TECIDOS A célula é a unidade morfo-funcional dos seres vivos. Poucos seres, porém, são formados por uma única célula. A maioria dos seres como as plantas e os animais são multicelulares, o que significa que o seu corpo é formado por um aglomerado de células. Na maioria dos seres multicelulares, existem grupos de células com formas e funções diferentes. Isso ocorre porque nesses seres cada grupo de células é responsável por um determinado tipo de função. As células com a mesma função têm geralmente formas semelhantes, uma vez que a forma de uma célula está adaptada à função que ela exerce. Estes grupos de células reunidas para executar um determinado trabalho são chamados de tecidos. Nos animais, um tecido não é formado apenas por células, mas também pelo material fabricado por elas. Este material é chamado de substância intercelular ou matriz extracelular, às vezes funciona somente como ligação entre as células e às vezes desempenha um papel importante na função do tecido. Existe também um líquido que sai dos vasos sanguíneos levando ao tecido alimento, oxigénio e harmónios e removendo dele o gás carbónico e os resíduos do metabolismo, é o líquido intersticial ou intercelular. NOÇÃO DE TECIDO E HISTOLOGIA Tecido é um conjunto de células que apresentam a mesma função geral e a mesma origem embriológica. Histologia deriva da junção de duas palavras gregas histos = tecido e logos = estudo. É definida como sendo a ciência ou ramo da biologia, que estuda os tecidos. Tecido é um conjunto de células que apresentam a mesma função geral e a mesma origem embriológica. Assim existe tecidos animal e vegetal. ORIGEM DOS TECIDOS Nos seres de reprodução sexuada todas as células surgem a partir de uma única célula, a célula-ovo. Esta célula sofre divisões e produz um grupo de células inicialmente muito semelhantes. Após um certo tempo, elas começam a se especializar para a execução das diversas funções e vão se tornando cada vez mais diferentes. Este processo é chamado diferenciação celular. A diferenciação celular torna possível a histogênese ou formação dos tecidos. Manual de Biologia. VI – HISTOLOGIA | 100 O mecanismo de diferenciação celular ainda não foi completamente desvendado. Supõe-se que, apesar de todas as células de um indivíduo possuírem os mesmos genes, alguns estão em funcionamento em determinada célula enquanto outros se encontram inactivos. Depois de diferenciadas, as células quando se reproduzem, só originam outras do mesmo tipo. No início da formação do embrião existem grupos de células com potencialidades diferentes. Há uma fase em que o embrião animal é formado por apenas duas camadas de células: a externa e a interna. A camada externa é chamada ectoderme e dá origem aos tecidos que revestem o corpo do embrião. Já a camada interna ou endoderme, dá origem ao revestimento do tubo digestivo e do aparelho respiratório. Posteriormente surge uma terceira camada, a mesoderme, que é responsável pela produção dos vários tecidos encontrados no interior do corpo do animal. Nos animais, um tecido não é formado apenas por células, mas também pelo material fabricado por elas. Este material é chamado de substância intercelular e às vezes funciona somente como ligação entre as células e às vezes desempenha um papel importante na função do tecido. Existe também um líquido que sai dos vasos sanguíneos levando ao tecido alimento, oxigénio e harmónios e removendo dele o gás carbónico e os resíduos do metabolismo, é o líquido intersticial ou intercelular. Os tecidos animais diferem bastante dos tecidos vegetais. Essa diferença, como muitas outras, deve-se ao facto de os vegetais serem autotróficos, em oposição aos animais, que são heterotróficos. Estudaremos primeiro os tecidos animais, dando ênfase aos vertebrados e, especialmente, aos seres humanos. Depois estudaremos os vegetais, especialmente as plantas com flores. Tecido é um conjunto de células estruturalmente idênticas e especializadas em determinada função. OS TECIDOS ANIMAIS CLASSIFICAÇÃO DOS TECIDOS ANIMAIS Os tecidos animais, estão classificados em quatro tipos básicos: Epitelial, conjuntivo, muscular e nervoso Manual de Biologia. VI – HISTOLOGIA | 101 TECIDO FUNÇÃO Epitelial Revestimento e secreção Conjuntivo Preenchimento, sustentação, transporte e defesa Muscular Movimento Nervoso Recepção e condução de estímulos. Tecido Epitelial São formados por células justapostas e geralmente poliédricas. Essa justaposição celular acarreta a escassez de matriz extracelular nos tecidos epiteliais. Por serem também desprovidos de vasos sangüíneos (avasculares), os epitélios são nutridos pelo tecido conjuntivo subjacente (lâmina própria). É de origem endodérmica. F unções: Revestimento de superfícies (internas e externa) Absorção Secreção Percepção de estímulos Contracção Figura 64: diferentes tipos de epitélios Existem dois tipos básicos de tecido epitelial: epitélio de revestimento e epitélio glandular. Manual de Biologia. VI – HISTOLOGIA | 102 O tecido epitelial de revestimento é formado por células bem encaixadas entre si, com o intuito de evitar a penetração de microorganismos e possuem muitas camadas de células para evitar a perda de água. O tecido epitelial glandular forma as glândulas, produz e elimina substâncias necessárias nas superfícies do tecido. Tecido Conjuntivo Ao contrário do tecido epitelial, o tecido conjuntivo é pobre em células e apresenta abundante matriz extracelular. Figura 65: Microfotografia de um tecido. O tecido conjuntivo está limitado por um tecido epitelial O tecido conjuntivo é classificado em: tecido conjuntivo propriamente dito, tecido conjuntivo de suporte e tecido conjuntivo especializado. Figura 66: tipos de tecido conjuntivo Manual de Biologia. VI – HISTOLOGIA | 103 Tecido Conjuntivo Propriamente Dito O tecido conjuntivo propriamente dito pode ser frouxo e denso.Apresenta os seguintes tipos de células: fibroblastos, mastócitos, macrófagos, plasmócitos e células mesenquimatosas. O tecido conjuntivo frouxo preenche os espaços entre os tecidos, nutre as células epiteliais e envolve nervos e vasos. No tecido conjuntivo denso prevalecem as fibras colágenas. Estão presentes na derme (porção profunda da pele), no periósteo que envolve os ossos, no pericôndrio que envolve as cartilagens, bem como nos tendões e ligamentos Tecido Conjuntivo de Suporte Compreende o tecido ósseo e cartilaginoso. Tecido Ósseo: É o tecido de sustentação que apresenta maior rigidez, forma os ossos. É constituído pelas células ósseas e por uma matriz compacta e resistente, formada por sais de cálcio, colágeno, glicoproteínas e esta composição é o que determina a rigidez óssea. Existem três tipos de célula óssea: Osteoblastos, osteócitos (pode-se considerar que são os osteoblastos maduros, sendo responsáveis pelo metabolismo ósseo) e osteoclastos (são células que destroem as áreas envelhecidas do osso, sendo assim as responsáveis pela renovação do osso e da reconstrução do osso quando lesado, ou seja, em caso de fraturas e desgastes). Tecido Cartilaginoso: O tecido cartilaginoso tem consistência menos rígida que os tecidos ósseos, sendo flexível. Ele forma as cartilagens do esqueleto, as orelhas, a extremidade do nariz, a laringe, a traquéia, os brônquios e as extremidades ósseas. As células deste tecido são os condroblastos e os condrócitos. Tecido conjuntivo Especializado Compreende o tecido hematopoiético e o tecido adiposo. Tecido Hematopoiético: Sangue é um tipo especial de tecido que se movimenta por todo o corpo, servindo como meio de transporte de materiais entre as células. É formado por uma parte líquida, o plasma, e por diversos tipos de célula. O plasma contém inúmeras substâncias dissolvidas: aproximadamente 90% de água e 10% sais (Na, Cl, Ca, etc.), glicose, aminoácidos, colesterol, uréia, hormônios, anticorpos etc. As células do sangue compreendem: Hemácias, Leucócitos e Plaquetas. Manual de Biologia. VI – HISTOLOGIA | 104 As hemácias ou glóbulos vermelhos são células anucleadas e não possuem organóides e apresentam, dissolvido no seu citoplasma a hemoglobina, importante para o transporte do oxigénio. Os leucócitos ou glóbulos brancos, são células incolores nucleadas e com os demais organóides celulares implicadas na defesa do organismo. Distribuem-se em dois grupos: granulócitos e agranulócitos, conforme tenham ou não, granulações específicas no citoplasma. Os granulócitos são: Neutrófilos, basófilos e eosinófilos; Os agranulócitos são: Linfócitos e monócitos. As plaquetas (ou trombócitos): são pequenos corpúsculos que resultam da fragmentação de células especiais produzidas pela medula óssea. Elas detêm as hemorragias. Tecido Adiposo: É constituído principalmente por células adiposas ou adipócitos e pouca fibra colágena. Funciona como reservatório de gordura, amortecedor de choques e contribui para o equilíbrio térmico dos organismos. Tecido Muscular É constituído por células alongadas, altamente especializadas e dotadas de capacidade contráctil, denominadas miócitos. Diferenciam-se três tipos de tecido muscular: esquelético, cardíaco e liso Tecido muscular estriado esquelético: está ligado ao esqueleto através dos tendões. Tem contracção rápida e voluntária, ou seja, esses músculos são contraídos somente quando nós queremos. Ex: bicípite, tricípite, quadricípite femoral. Tecido muscular estriado cardíaco: é encontrado no coração e, diferentemente do tecido muscular estriado esquelético, não possui movimentos voluntários, e sim involuntários, contraindo-se de forma rápida e ritmada. Suas fibras estão formadas por um ou dois núcleos centrais Tecido muscular liso: suas fibras têm contracção involuntária e pode ser encontrado nas paredes dos órgãos internos como intestino, útero, estômago, esófago, vasos sanguíneos etc. Manual de Biologia. VI – HISTOLOGIA | 105 Figura 67: Tipos de músculos Tecido Nervoso. É um tecido de origem ectodérmica, formado por células excitáveis especializadas em transmitir estímulos ou impulsos nervosos. O tecido nervoso é formado por células especiais chamadas de: neurónios e células da glia ou neuroglias. As células da glia são responsáveis pelo suporte dos neurónios, ou seja, são as células da glia que mantém a vida dos neurónios. Os neurónios constituem a unidade funcional do sistema nervoso. Figura 68: Estrutura de um neurónio Manual de Biologia. VI – HISTOLOGIA | 106 PELE E ANEXOS A pele recobre a superfície do corpo, é considerado como o maior órgão do corpo, atingindo 16% do peso corporal. A pele é constituída por uma porção epitelial (a epiderme), uma porção conjuntiva (a derme) abaixo e em continuidade com a derme está a hipoderme, embora tenha a mesma origem da derme, não faz parte da pele, apenas serve de suporte e união entre os órgãos subjacentes. Na pele encontramos anexos epiteliais especializados, como pelos, unhas, folículos pilosos, as glândulas sudoríparas e glândulas sebáceas. Os pêlos são estruturas queratinizada, que crescem pela proliferação de células da raiz. A sua cor, tamanho e disposição variam de acordo com a raça e regiões do corpo, estão presentes em todas partes do corpo com excepção de algumas regiões bem delimitadas. As unhas são placas de queratinas que se dispõem na superfície das falanges. As glândulas sudoríparas são encontradas em toda a superfície da pele, exceptuando-se em certas regiões, como a glande. Elas secretam suor sobre a superfície da pele, a evaporação deste liquido aquoso causa refrescamento da pele e perda de calor. Figura 69: Estrutura da pele Manual de Biologia. VI – HISTOLOGIA | 107 A pele desempenha quatro funções principais: Protecção: a pele fornece protecção contra a luz ultra violeta e os insultos mecânicas, químicos e térmicos; sua superfície relativamente impermeável impede a desidratação e actua como uma barreira física à invasão por microrganismo. Sensibilidade: a pele é o maior órgão sensorial do corpo e contém uma variedade de receptores para o tacto, pressão, dor e temperatura. Termo-Regulação: na espécie humana, a pele é o órgão principal da termo – regulação. A perda de calor é facilitada pela evaporação do suor da superfície da pele e pelo fluxo de sangue que circula na rica rede vascular da derme. Funções metabólicas: o tecido adiposo subcutâneo constitui uma reserva importante de energia. A vitamina D é sintetizada na epiderme e suplementa a que é derivada das fontes da dieta. HISTOLOGIA VEGETAL O crescimento contínuo das plantas torna-se possível devido a existência de tecidos. Os principais tecidos vegetais são: Tecidos meristemáticos ou embrionários Tecidos Definitivos Tecidos Meristemáticos ou Embrionários São aqueles que não perdem a capacidade de dividirem-se. Características As células têm forma poliédrica. Parede celular fina e flexível (parede primaria). Núcleo volumoso. Citoplasma denso com pequenos vacúolos. Sempre estimulam crescimento, pois estão sempre em mitose. Suas células são indiferenciadas, podendo formar os tecidos adultos ou permanentes. Manual de Biologia. VI – HISTOLOGIA | 108 Os meristemas dividem-se em: Meristema primário- provocam o crescimento da planta em altura. Meristema secundário- provocam o crescimento da planta em espessura. Ex: câmbio e felogênio. A multiplicação das células meristemáticas promove o rápido crescimento embrionário. À medida que amadurecem, as células vão se especializando para realizar diversas funções, processo conhecido como diferenciação celular. Nas extremidades de caules e raízes, as células mantêm as características embrionárias,constituindo os meristemas apicais. Os primeiros tecidos que se diferenciam a partir dos meristemas apicais são: protoderma, meristema fundamental e procâmbio. Estes, por manterem a capacidade de multiplicação celular, são também considerados meristemáticos (primários). Nota: tecidos originados directamente pela diferenciação de meristemas primários são denominados tecidos primários; meristemas secundários e os tecidos que eles originam recebem a denominação de tecidos secundários. Tecidos Definitivos Estão organizados em: 1. Tecidos de revestimento 2. Tecidos de preenchimento 3. Tecidos de sustentação 4. Tecidos condutores Tecidos de revestimento Revestem as raízes, caules e folhas. Sua função principal é proteger os órgãos internos. São dois: epiderme e súber. Epiderme É um tecido formado por apenas uma camada de células vivas. Reveste certos órgãos como: folhas, caules e raízes jovens, peças florais, frutos e sementes. Não possui clorofila. Possui anexos tais como: Cutícula- protege os tecidos internos da perda da água por evaporação. Manual de Biologia. VI – HISTOLOGIA | 109 Estomas- permite as trocas gasosas da planta com o ambiente. É constituído de células em forma de grão de feijão ricas em cloroplasto, denominadas células-guarda. Estas são circundadas por um número variável de células acessórias ou subsidiárias desprovidas de cloroplastos. Entre as células – guarda há um orifício que permite as trocas gasosas entre o ar e o interior da planta: o ostíolo (do latim ostiolu, pequena porta). Hidátodos- localizam-se em certas folhas, e têm a função de eliminar o excesso de água na planta. A epiderme de muitas folhas é dotada de pêlos, apresentando formas e funções diversas, para protecção da planta contra o ataque de animais herbívoros, para reduzir a transpiração, etc. Periderme Substitui a epiderme dos animais. A sua zona mais externa é constituída por células mortas impregnadas por uma substância impermeável, a suberina. Por esse facto esse tecido é denominado súber. Reveste principalmente as partes mais velhas do caule e da raiz. Protege as plantas contra predadores, excesso de calor e até mesmo contra o fogo. Há locais em que as células estão fortemente unidas, constituindo as lenticelas- permitem as trocas gasosas entre o ar e os tecidos internos de caules e raízes. Tecidos de preenchimento Os parênquimas ou tecidos de preenchimento são formados por células vivas com paredes celulósicas finas. Entre as células parênquimáticas há espaços cheios de ar, para que o oxigénio chegue até as células mais internas da planta. Existem diferentes tipos de parênquimas: Parênquima amilífero: suas células acumulam amido e outras substâncias de reserva. É mais abundante nas raízes. Parênquima clorofilino: são ricas em cloroplastos. É mais abundante nas folhas e nos caules verdes. Parênquima aerífero- há grandes espaços cheios de ar entre a s células, permitindo a flutuação de plantas aquáticas. Parênquima aquífero- armazena água. É mais desenvolvido nas plantas xerófitas. Tecidos de sustentação São: esclerênquima e colênquima. Manual de Biologia. VI – HISTOLOGIA | 110 Esclerênquima (do grego skleros, duro) é um tecido de sustentação constituído por células mortas de paredes espessadas. Essas paredes são impregnadas de lignina, substância altamente impermeável e formam elementos de grande resistência. Ocorre predominantemente nas partes mais velhas das plantas. Pode ser comparado ao tecido ósseo dos animais. Suas principais células são as fibras eslerenquimáticas e o escleritos ou esclerídeos. Fibras esclerenquimáticas são alongadas e formam feixes longitudinais no interior das partes mais velhas de algumas raízes e caules, conferindo-lhes sustentação esquelética. Escleritos têm forma variada, em geral ramificada e podem ocorrer isoladas ou em grupo, entre as células parênquimáticas de diversas partes da planta como caules, folhas, frutos e sementes. Nota: as fibras do sisal e do linho, são exemplos de fibras esclerenquimáticas. As pedrinhas que percebemos ao comer uma pêra são escleritos. O revestimento duro de sementes e frutos de nozes, avelãs e cocos é constituído por fibras esclerenquimáticas. Colênquima (do grego cola, cola e do latim, enchyma, enchimento) é um tecido constituído por células vivas. Estas células acumulam celulose como material de reforço das paredes. São mais frequentes nas partes jovens da planta, oferecendo à ela sustentação e flexibilidade. Pode ser comparado ao tecido cartilaginoso dos animais. Tecidos condutores São: xilema e floema. Xilema ou lenho, é o tecido responsável pela condução de seiva bruta (água e sais minerais) desde as raízes até as folhas das plantas. Desempenha também um importante papel na sustentação da planta. As suas células são células mortas. Possui dois tipos básicos de células: traquéidos e os elementos de vaso. Floema ou líber, é o tecido responsável pela condução de seiva elaborada-solução de nutrientes orgânicos- das folhas a todas as partes da planta. Possui células vivas. As principais células deste tecido são: os elementos de tubo crivado e a célula companheira. Manual de Biologia. VII – BIOLOGIA DAS PLANTAS | 111 Unidade VII – Biologia das Plantas (Botânica) ESTRUTURA DAS PLANTAS O corpo de uma planta angiospérmica, assim como o das demais plantas vasculares (gimnospérmicas e pteridófitas), apresenta três partes básicas: raiz, caule e folha. A estrutura dessas partes varia entre as espécies, reflectindo sua adaptação a modos de vida particulares. Estrutura macro e microscópica das RAÍZES Raiz: é um órgão da planta geralmente subterrâneo, que se ramifica e tem a função de fixar a planta no solo e realizar a absorção de nutrientes. Tem diferentes zonas, que são: Coifa: é formada por um conjunto de células que protege a raiz de eventuais danos durante sua penetração no solo. As células mais externas da coifa produzem e secretam polissacáridos (pectinas). Essa secreção confere uma protecção adicional e actua como lubrificante, facilitando a penetração da raiz no solo. Zona de multiplicação celular: é constituída por células meristemáticas capazes de se multiplicar activamente por mitose, permitindo o crescimento. Zona de alongamento celular ou zona de distensão: as células se alongam, fazendo a raiz crescer em comprimento. Zona de maturação celular ou zona de diferenciação celular: tem início a diferenciação das células para formar os diversos tecidos da raiz. Zona pilosa ou pilífera: formada por pêlos absorventes que permitem o aumento da capacidade de absorção de água e sais minerais. Zona de ramificação: ocorre a formação de raízes laterais ou secundárias. Tipos de raízes O conjunto de raízes, constitui o sistema radicular, que apresenta-se sob dois tipos básicos: pivotante e fasciculado. O sistema radicular pivotante é constituído por um raiz principal, da qual partem ramificações- raízes laterais ou raízes secundárias, cada uma das quais se afina progressivamente até à extremidade. É característico das eudicotiledóneas, algumas dicotiledóneas basais e de gimnospérmicas. Manual de Biologia. VII – BIOLOGIA DAS PLANTAS | 112 O sistema radicular fasciculado é formado por raízes finas com diâmetro constante ao longo do seu comprimento e que se originam directamente do caule; é característico das monocotiledóneas. Essas raízes são chamadas de adventícias (do latim adventicius, que vem de outra localidade), pois formam-se no caule logo após a degeneração da raiz principal, que ocorre após a germinação da semente. As raízes de muitas eudicotiledóneas apresentam especializações que permitem classificá-las em diversos tipos, tais como: raízes-escoras ou raízes de suporte, raízes respiratórias ou pneumatóforos,raízes aéreas, raiz estranguladora e raízes tuberosas. Estrutura primária da raíz É o padrão de organização de uma raiz que não apresentou crescimento em diâmetro (crescimento secundário). É típico das raízes de monocotiledóneas e raízes jovens de eudicotiledóneas. Neste tipo de raízes, distinguem-se de fora para dentro três conjuntos de células dispostas em camadas concêntricas: epiderme, córtex e cilindro central. Epiderme: é a camada de células mais externa que reveste a raíz. Córtex: é constituído por várias camadas celulares de parênquimas. A sua camada celular mais interna limítrofe com o cilindro central, é o endoderma. O endoderma (do grego endon, dentro, e derme, pele) compõe-se de células bem encaixadas entre si, com reforços especiais nas paredes constituídos por suberina, denominados estrias casparianas. As estrias casparianas vedam completamente os espaços entre as células do endoderma, de modo que, para penetrar no cilindro vascular, uma substância tem necessariamente de atravessar a membrana e o citoplasma das células endodérmicas, pois não há espaços permeáveis entre elas. Cilindro central ou vascular: ocupa toda a região central da raiz. É delimitado por um tecido, denominado periciclo (do grego peri, ao redor, e kykos, círculo), constituído por uma ou mais células. As células do periciclo podem readquirir a capacidade de divisão e assim originar meristemas secundários. O cilindro vascular contém elementos condutores (xilema e floema), células meristemáticas e células parenquimáticas com uma disposição típica. Figura 70: Estrutura de uma raíz Manual de Biologia. VII – BIOLOGIA DAS PLANTAS | 113 Figura 71: Estrutura primária da raiz Estrutura secundária da raíz Resulta da atividade conjunta de dois meristemas: o câmbio vascular e o câmbio da casca. O câmbio vascular (do latim vasculum, pequeno vaso, túbulo) origina-se a partir de células do procâmbio situadas entre o xilema primário e o floema primário e também de células do periciclo. O câmbio da casca ou felogénio, desenvolve-se a partir do periciclo. Na raiz a periderme tem origem profunda, também a partir das células do periciclo, que não foram envolvidas na formação do câmbio vascular começam a se dividir, para dar início à formação da periderme. O felogénio (meristema secundário), tem origem das células externas do periciclo e por divisões periclinais de suas células, produz súber (felema ou cortiça) em direção à periferia e feloderme (ou parênquima), em direção ao centro. A formação da primeira periderme provoca a separação da região cortical (inclusive a endoderme) e da epiderme do restante da raiz. Nas raízes de reserva, ao contrário do descrito acima, a periderme, geralmente se forma superficialmente, como nos caules, não havendo, portanto, a perda da região cortical (que apresenta substâncias de reserva) com o crescimento secundário. Embora a maioria das raízes apresentem crescimento secundário da maneira descrita aqui, inúmeras variações deste crescimento podem ser encontradas em várias espécies. Manual de Biologia. VII – BIOLOGIA DAS PLANTAS | 114 Figura 72: Desenvolvimento da estrutura secundária de uma planta Estrutura do CAULE O caule realiza a integração entre raízes folhas, também desempenha as funções de promover o intercâmbio de água, sais minerais e de substâncias orgânicas entre esses órgãos. À medida que o caule vai crescendo, formam-se de espaço em espaço, primórdios de folhas a partir do meristema apical. O local de inserção do primórdio foliar no eixo caulinar é denominado nó. O espaço entre dois nós vizinhos, é denominado entrenó. Estrutura primária do caule Manual de Biologia. VII – BIOLOGIA DAS PLANTAS | 115 Um caule com estrutura primária, apresenta-se revestido pela epiderme, abaixo da qual localiza-se o córtex (este é formado por células parênquimáticas e por colênquima) e os tecidos condutores. Os tecidos condutores organizam-se em feixes mistos, com floema na região voltada para o exterior da planta e o xilema voltado para o interior. Esses feixes são denominados feixes líbero-lenhosos. Figura 73: Estrutura primária do caule Estrutura secundária do caule Resulta da actividade de dois meristemas: o câmbio vascular e o câmbio da casca (felogénio). O câmbio vascular origina-se de células do procâmbio (que se mantêm indiferenciadas entre o xilema primário e o floema primário) e a partir de células localizadas entre os feixes. Produz xilema para o interior e floema para o exterior. O câmbio da casca, surge a partir de uma camada de células corticais localizadas abaixo da epiderme. Sua actividade produz novas células que se diferenciam em feloderme para o interior e em súber para o exterior. Manual de Biologia. VII – BIOLOGIA DAS PLANTAS | 116 Figura 74: Estrutura secundária de um caule Nota: em muitas árvores, a actividade do câmbio suberogéneo cessa depois de algum tempo e um novo câmbio surge mais internamente, passando a produzir nova periderme. A periderme antiga e morta passa a ser denominada ritidoma e com o aumento do diâmetro do caule, racha-se e solta-se do tronco. Manual de Biologia. VII – BIOLOGIA DAS PLANTAS | 117 FOLHA Apresenta quatro partes básicas: limbo, pecíolo, bainha e estípulas. Limbo: é a porção laminar expandida da folha. Pecíolo: é o pedúnculo no qual o limbo se prende ao caule. Bainha: é a expansão na base junto ao caule. Espículas: são projecções filamentosas ou laminares, localizadas na base do pecíolo. Estrutura interna da folha Identificam-se os seguintes elementos: Epiderme: reveste totalmente a folha, tendo uma cutícula responsável pela relativa impermeabilização da superfície foliar. Apresenta estomas localizados principalmente na face inferior da folha. Figura 76: ilustração da estrutura interna da folha Mesófilo: é o interior da folha, preenchido por um tecido parenquimático cujas células são ricas em cloroplastos, constituindo o parênquima clorofilino. O parênquima clorofilino, pode ser: parênquima em paliçada- localizado na página superior, suas células são alongadas e encostadas umas às outras. Parênquima lacunoso- localizado na página inferior, é formado por células arredondas e com espaços entre elas(lacunas). Figura 75: Elementos de uma folha Manual de Biologia. VII – BIOLOGIA DAS PLANTAS | 118 Além disso, o mesófilo possui também tecidos condutores organizados em feixes liberolenhosos e tecidos de sustentação. Os feixes condutores, formam as nervuras foliares; apresentam o xilema voltado para a face superior da folha e o floema voltado para a face inferior. Folhas, cujas nervuras foliares têm aproximadamente a mesma espessura ao longo de todo seu comprimento e se dispõem paralelamente entre si, são denominadas folhas paralelinérvias. As que as suas nervuras formam um padrão ramificado, com feixes sucessivamente mais finos são denominadas peninérvias. Nutrição das Plantas As plantas requerem para sua nutrição, nutrientes orgânicos e inorgânicos. Os nutrientes inorgânicos são: dióxido de carbono, água e sais minerais. Estes fornecem às plantas todos os elementos químicos indispensáveis à vida. Alguns desses elementos, tais como: hidrogénio (H), carbono (C), oxigénio (O), nitrogénio (N), fósforo (P), cálcio (Ca), magnésio (Mg), potássio (K), enxofre (S) e silício (Si) são considerados como macronutrientes ou macroelementos, pois são requeridos em quantidades relativamente grandes por serem os principais componentes das moléculas orgânicas. Outros são necessários em quantidades relativamente pequenas, sendo por isso chamados de micronutrientes ou microelementos. Os nutrientes orgânicos, são os produtos primários da fotossíntese: moléculas de glúcidos, principalmente sacarose e amido. Absorção de água esolutos A água e os sais minerais, penetram na planta pelas extremidades das raízes, principalmente na zona pilosa. Depois de atravessar a epiderme, a solução aquosa desloca-se em direcção a região central da raíz, sendo barrada pelas células endodérmicas. Pois essas células, estão fortemente unidas umas às outras por cinturões de suberina, as estrias casparianas, que impedem a água e os sais dissolvidos de continuar a deslocar-se. Para penetrar no cilindro vascular, água e sais têm necessariamente de atravessar a membrana plasmática e passar pelo citoplasma das células endodérmicas. As estrias casparianas também dificultam o retorno, ao córtex, de sais minerais que já entraram no cilindro vascular. Uma vez no interior do cilindro, os sais minerais são bombeados para dentro dos traqueidos e dos elementos de vaso xilemático por um tipo especial de célula, a célula de transferência. Manual de Biologia. VII – BIOLOGIA DAS PLANTAS | 119 Transportes das seivas Seiva bruta A água e os sais minerais absorvidos pelas raízes são transportados até às folhas. Segundo a teoria da coesão-tensão, isto deve-se fundamentalmente à transpiração das folhas. Ao perderem água por transpiração, as folhas sugam seiva do xilema e toda coluna líquida eleva-se dentro dos vasos desde a raíz. A coluna de seiva mantém-se tensionada de um lado, pela sucção das folhas e de outro pela força de gravidade, mas não se rompe devido à coesão entre as moléculas de água. Seiva elaborada A hipótese mais aceita para o deslocamento da seiva elaborada pelo floema propõe como mecanismo básico, um desequilíbrio osmótico entre a fonte e o destino das substâncias orgânicas. Esta hipótese é conhecida como hipótese do fluxo por pressão, ou hipótese do desequilíbrio osmótico ou ainda hipótese do fluxo em massa. As células próximas ao floema, absorvem água de suas vizinhas e estas do xilema. A entrada de água nos elementos floemáticos cria um fluxo de difusão que arrasta as moléculas orgânicas em direcção aos locais de consumo como caules e raízes, onde elas são activamente absorvidas e utilizadas pelas células. A absorção de substâncias pelas células consumidoras, por sua vez, faz com que a pressão osmótica diminua no interior dos elementos floemáticos próximos. Com isso eles perdem água, o que contribui para a manutenção da corrente líquida desde às células produtoras e armazenadoras até as regiões de consumo. Transpiração A cutícula apesar de ser bastante impermeável, permite uma pequena perda de água, conhecida como transpiração cuticular. A maior taxa de transpiração ocorre nos estomas, quando se abrem para que a planta possa absorver o gás carbónico necessário a fotossíntese. Os estomas abrem-se quando as células-guarda absorvem água, tornando-se túrgidas e fecham-se quando essas células perdem água, tornando-se flácidas. A abertura e o fechamento dos estomas, deve-se à disposição estratégica das fibras de celulose na parede das células- guarda dos estomas. Manual de Biologia. VII – BIOLOGIA DAS PLANTAS | 120 Ciclo de vida dos principais grupos de plantas O reino vegetal reúne as plantas, organismos eucariotas, multicelulares e autotróficos, capazes de produzir por meio da fotossíntese, as substancias orgânicas que lhes servem de alimento. Uma característica das plantas, compartilhada com diversas espécies de alga, é apresentar alternância de gerações haplóides e diplóides no ciclo de vida. Nesse tipo de ciclo há indivíduos haplóides formadores de gâmetas- os gametófitos e indivíduos diplóides formadores de esporos- os esporófitos. As plantas classificam-se em: Plantas avasculares – são aquelas que não apresentam vasos condutores, e Plantas vasculares- são aquelas que apresentam vasos condutores. Estas são distinguidas pela presença ou não de semente. PLANTAS AVASCULARES – BRIÓFITAS Representantes: musgos Características gerais São plantas pequenas e avasculares (i. é, não possuem vasos condutores). Vivem em lugares húmidos e sombrios. Não possuem verdadeiras estruturas. São epífitas de rochas e de plantas ou árvores. Estão distribuídas em três filos: Bryophyta (musgos), Hepatophyta (hepáticas) e Anthocerophyta (antóceros). A maioria das espécies são dióicas i.e. com estruturas reprodutoras masculinas (anterídios) e estruturas reprodutoras femininas (arquegónios), no interior do qual desenvolve-se o embrião. O arquegónio desenvolve-se e recebe o nome de Caliptra. Reproduzem-se assexuadamente por fragmentação. As briófitas dependem da água para se reproduzir pois os anterozóides dependem dela para alcançar a oosfera. Manual de Biologia. VII – BIOLOGIA DAS PLANTAS | 121 O seu ciclo de vida é formado por duas fases alternadas, sendo a fase dominante o gametófito por possuir as estruturas vegetativas e o esporófito a fase dominada. O esporófito é constituído por três partes: pé, seta e cápsula. No interior da cápsula, localizam-se os esporófitos que originam os esporos. Na maioria dos musgos e nas hepáticas, o esporo origina uma estrutura filamentosa e ramificada – o protonema, a partir do qual formam-se os gâmetas. As estruturas vegetativas são: Rizóides fixam a planta no solo. Não são responsáveis pela absorção de água e sais minerais, esta ocorre por todo corpo da planta. Caulóide – é o eixo principal dos musgos que ajuda no transporte de água e nutrientes. Filídeos – são estruturas laminares, formada por uma só camada de células excepto na linha média que existe m várias camadas que formam um aspecto de nervura central. Figura 77: Ciclo de vida de um musgo PLANTAS VASCULARES SEM SEMENTES – PTERIDÓFITAS Representantes: samambaias Características gerais: Possuem vasos condutores. Manual de Biologia. VII – BIOLOGIA DAS PLANTAS | 122 Vivem nas margens dos rios, de lagos ou lagoas e em lugares húmidos e sombrios. Apresentam verdadeiras estruturas. Reproduzem-se assexuadamente por brotamento. O seu ciclo de vida é formado por duas fases: esporófito (fase dominante) e o gametófito (fase dominada). O esporófito destas plantas, apresente três estruturas- raiz, caule e folha. Ciclo de vida Figura 78: Ciclo de vida das Pteridófitas Raizes – são subterrâneas e têm por função fixar a planta no solo e absorver água e sais minerais. Algumas apresentam raízes aéreas, Caule – conduz até as folhas a seiva bruta absorvida nas raízes, e até as raízes a seiva elaborada nas folhas. Muitas samambaias têm caule do tipo rizoma. Folhas – são laminares com células ricas em cloroplastos e têm por função realizar a fotossíntese. Os esporófitos das Pteridófitas formam esporângios, onde são produzidos os esporos. Os esporângios formam-se na superfície de folhas férteis, denominadas esporófilos. Manual de Biologia. VII – BIOLOGIA DAS PLANTAS | 123 A germinação do esporo origina um pequeno gametófito- prótalo, formando os gâmetas. Os anterídios quando maduros liberam anterozóides flagelados, que nadam até aos arquegónios; um anterozóides fecunda a oosfera, originando o zigoto. PLANTAS VASCULARES COM SEMENTES NUAS - GIMNOSPERMICAS Representantes: coníferas e cicas Características gerais Possuem sementes nuas, pois não estão protegidas pelo fruto. São plantas de grande tamanho. Apresentam estruturas vegetativas bem desenvolvidas. Produzem de resina, que as protege do ataque de insectos e fungos. São distribuídas em quatro filos: coniferophyta (coníferas), Cycadophyta (cicas), Gnetophyta (gnetofitas) e Ginkgophyta (gincófitas). As Gimnospermicas possuem raízes, caule e folhas. Possuem também ramos reprodutivos com folhas modificadas chamadas estróbilos. São independentes da água para a fecundação. Em muitas Gimnospermicas, como os pinheiros e as sequóias, os estróbilos são bem desenvolvidose conhecidos como cones - o que lhes confere a classificação no grupo das coníferas. Figura 79: Cones ou estróbilos (esquerda) Cicas (direita) Manual de Biologia. VII – BIOLOGIA DAS PLANTAS | 124 Ciclo de vida O estróbilo masculino produz pequenos esporos chamados grãos de pólen. O estróbilo feminino produz estruturas denominadas óvulos. No interior de um óvulo maduro surge um grande esporo. Esses grãos se espalham no ambiente e podem ser levados pelo vento até o estróbilo feminino - polinização. Nas Gimnospérmicas a polinização é feita pelo vento, sendo denominada anemofilia (do grego ânemos, vento, e phylos, amigo). Então, um grão de pólen pode formar uma espécie de tubo, o tubo polínico, onde se origina o núcleo espermático, que é o gâmeta masculino. O tubo polínico cresce até alcançar o óvulo, no qual introduz o núcleo espermático. No interior do óvulo, o grande esporo que ele abriga se desenvolve e forma uma estrutura que guarda a oosfera, o gâmeta feminino. Uma vez no interior do óvulo, o núcleo espermático fecunda a oosfera, formando o zigoto. Este, por sua vez, se desenvolve, originando um embrião. À medida que o embrião se forma, o óvulo se transforma em semente, estrutura que contém e protege o embrião. Nos pinheiros, as sementes são chamadas pinhões. Uma vez formados os pinhões, o cone feminino passa a ser chamado pinha. Se espalhadas na natureza por algum agente disseminador, as sementes podem germinar. Ao germinar, cada semente origina uma nova planta. A semente pode ser entendida como uma espécie de "fortaleza biológica", que abriga e protege o embrião contra desidratação, calor, frio e acção de certos parasitas. Além disso, as sementes armazenam reservas nutritivas, que alimentam o embrião e garantem o seu desenvolvimento até que as primeiras folhas sejam formadas. A partir daí, a nova planta fabrica seu próprio alimento pela fotossíntese. PLANTAS VASCULARES COM SEMENTES PROTEGIDAS ANGIOSPERMICAS. Características gerais: Apresentam flores e frutos. Suas sementes estão protegidas pelo fruto. Seus órgãos reprodutores são as flores. Manual de Biologia. VII – BIOLOGIA DAS PLANTAS | 125 Permite a reprodução de plantas que não produzem sementes como: bananeiras As flores apresentam quatro verticilos florais: sendo dois verticilos férteis: o androceu (o conjunto de estames) e o gineceu (o conjunto de carpelo); os dois verticilos estéreis- que formam o perianto - composto pelo cálice (de cor verde e formado por sépalas) e pela corola (de cores vivas e formada por pétalas). As flores podem ser hermafroditas, mas também existem flores unissexuais. Figura 80: A Estrutura da Flor das Angiospérmicas Ciclo de vida das Angiospérmicas Na parte masculina da flor (o androceu), encontramos os estames onde estão os sacos polínicos. Nestes sacos polínicos encontramos as células -mães dos esporos, que por meiose se dividem em esporos haplóides. Esses esporos, dentro dos sacos polínicos, sofrem mitose e se transformarão no gametófito masculino (os grãos de pólen). Na parte feminina (o gineceu), dentro dos ovários, existem um ou mais microsporângios (óvulos) presos ao ovário por um pedúnculo. Cada óvulo possui um tecido (nucela), que protege dois tegumentos – primina (mais externo) e secundina (mais interno). Na nucela, a célula -mãe do esporo sofre meiose e origina 4 megásporos (Haplóides), dos quais só um sobrevive. Este sofre 3 divisões por mitose e forma uma massa de citoplasma com 8 núcleos haplóides, dois destes núcleos (núcleos polares) migram para o centro do pólo e se unem, formando um saco embrionário com: a oosfera, três núcleos (antípodas – que se degeneram) e mais dois núcleos (sinérgicos), além dos dois núcleos polares. Manual de Biologia. VII – BIOLOGIA DAS PLANTAS | 126 Figura 81: Ciclo de vida de uma angiosperma A Polinização Os grãos de pólen podem chegar ao gineceu pela acção do vento ou da água ou pelos animais. Ao chegar ao gineceu, o grão de pólen forma um tubo polínico, que cresce em direcção ao ovário. Dentro deste tubo, o núcleo da célula geradora se divide e forma duas células espermáticas haplóides que funcionam como gâmetas masculinos. Chegando ao ovário, essas células fecundam o óvulo, fazendo o que chamamos de fecundação dupla - uma característica das angiospermas. Uma célula espermática se funde a oosfera gerando um zigoto (diplóide) e a outra se funde aos dois núcleos polares, formando por sucessivas mitoses o endosperma da semente ou albúmen (que serve de reservatório de nutrientes para o embrião). O zigoto faz vários mitoses e se transforma em embrião. Após a fecundação, o ovário se transforma em fruto, que servirá para ajudar a disseminar as sementes. O pólen ou esporo masculino é produzido nos estames. A passagem dos grãos de pólen dos estames aos pistilos (esporângio feminino) da mesma flor ou de outra chama-se polinização. Dependendo da maneira pela qual esse transporte se dá, a polinização pode ser: entomófila, realizada por insectos que carregam o pólen nas patas, ou anemófila, quando o vento carrega o pólen de uma flor para outra. As flores de polinização entomófilas possuem cheiros e cores Manual de Biologia. VII – BIOLOGIA DAS PLANTAS | 127 intensos e produzem substâncias açucaradas (néctar) para atrair os insectos e facilitar o transporte do pólen. Figura 82: Processo de polinização Após a fecundação, o primórdio seminal transforma-se em semente. O ovário da flor transforma-se em fruto, que guarda e protege a semente até que as condições externas estejam adequadas para a germinação. O fruto possui uma cobertura (pericarpo), constituída por três camadas. Se o pericarpo for seco e fino, o fruto é seco (trigo, noz, avelã, semente de girassol); quando é suculento, o fruto é carnoso. Existe grande variedade de frutos carnosos, como as bagas (tomate, uva), as drupas (pêssego, ameixa, azeitona) e os pomos (pêra, maçã, marmelo). As Angiospérmicas podem ser divididas em Monocotiledóneas e Dicotiledóneas. Manual de Biologia. VIII – BIOLOGIA DOS ANIMAIS | 128 Unidade VIII – Estudos dos Animais (Zoologia) Introdução ao Reino Animal O Reino Animalia ou Metazoa compreende organismos pluricelulares, eucariotas com nutrição heterotrófica e que passam pelo estágio de blástula durante o desenvolvimento embrionário. A maioria de seus representantes apresenta tecidos diferenciados que se especializam no desempenho de funções. O reino Metazoa é dividido nos seguintes filos: Poríferos, Celenterados, Platelmintos, Nematelmintos, Moluscos, Anelídeos, Artrópodes, Equinodermes e Cordados. Os diversos filos existentes no reino CRITÉRIOS DE CLASSIFICAÇÃO DOS METAZOÁRIOS Simetria: é a divisão imaginária do corpo de um animal em metades opostas que devem ser simétricas uma à outra. o Simetria Radial: quando divididos por qualquer plano que passe pela boca apresentarão metades simétricas. Ex: os celenterados e os equinoderrmes adultos. o Simetria Bilateral: só podem ser divididos em duas metades iguais e opostas por um único plano longitudinal e mediano. Possuem um único plano de simetria. Como exemplos, temos os Platelmintos, Moluscos, Anelídeos, Artrópodes, larvas de Equinodermes e Cordados. o Assimetria: não possuem plano de simetria. Os poríferos são exemplos de animais assimétricos. Segmentação ou Metamerização: consiste na repetição de partes do corpo ao longo de sua extensão. Os segmentos que se repetem são denominados metâmeros e podem ou não ser iguais. o Segmentação Homônoma: é aquela em que os metâmeros são iguais, excepto o primeiro e o último. Ocorre nos anelídeos. o Segmentação Heterônoma: é aquela em que os metâmeros são diferentes e se agrupam formando diversas regiões. Aparece nitidamente nos Artrópodos e nos Cordados. Manualde Biologia. VIII – BIOLOGIA DOS ANIMAIS | 129 Esqueleto: é uma estrutura de sustentação e protecção presente em um grande número de animais. Pode ser externo ou interno. o Esqueleto Externo: chamado exoesqueleto, aparece em moluscos e artrópodes. o Esqueleto Interno: chamado endoesqueleto, aparece em Equinodermes e Cordados. Número de Folhetos Embrionários: Na fase embrionária chamada gástrula ocorre a formação dos folhetos embrionários. A gástrula pode apresentar dois ou três folhetos embrionários. Se a gástrula possui dois folhetos embrionários, o animal é diblástico ou diploblástico e os folhetos serão ectoderma e endoderma. São diblásticos os poríferos e os celenterados. Se a gástrula possui três folhetos embrionários, o animal é triblástico ou triploblástico e os folhetos serão ectoderma, mesoderma e endoderma. São triblásticos Platelmintes, Moluscos, Anelídeos, Artrópodes, Equinodermes e Cordados. Presença de Celoma: o celoma verdadeiro é uma cavidade totalmente revestida por mesoderma. Trata-se da futura cavidade geral do corpo onde estarão contidos os órgãos internos. Os animais triblásticos podem ou não apresentar celoma. Quanto à presença do celoma, os animais podem ser classificados em: o Acelomados: não apresentam celoma. A cavidade corpórea é preenchida por tecido de origem mesodérmica. Os platelmintes são animais acelomados. o Pseudocelomados: apresentam um “falso celoma”. Este é delimitado parcialmente por mesoderma e endoderma. Os Asquelmintes são animais pseudocelomados. o Celomados ou Eucelomados: apresentam um celoma verdadeiro. Os Moluscos, Anelídeos, Artrópodes, Equinodermas e Cordados são celomados. A classificação quanto ao celoma deve ser utilizada apenas para animais triblásticos. No entanto, alguns autores consideram Poríferos e Celenterados, apesar de serem diblásticos, como sendo animais acelomados. Destino do Blastóporo: o blastóporo é uma abertura formada na fase de gástrula que comunica o arquêntero com o exterior. O blastóporo pode originar boca ou ânus. Conforme sua evolução, os animais podem ser: o Protostómicos: são aqueles em que o blastóporo origina a boca. São Protostómicos os Celenterados, Platelmintes, Moluscos, Anelídeos e Artrópodos. Manual de Biologia. VIII – BIOLOGIA DOS ANIMAIS | 130 o Deuterostómios: são aqueles em que o blastóporo origina o ânus. São Deuterostómios os Equinodermas, e Cordados. FILO PORIFERA OU SPONGIARIA (Poríferos ou Espongiários) Latim (porus = poro/ferre = possuir) O filo Porífera reúne as esponjas, animais aquáticos com organização corporal muito simples. Apresentam o corpo perfurado por poros que permitem a entrada de água no corpo. São os únicos Metazoários que não possuem tecidos diferenciados, apresentando grande simplicidade na organização corporal. A maioria das espécies é marinha vivendo fixos a um substrato (animais sésseis). Alimentam-se de minúsculas partículas que se encontram em suspensão na água, por isso são chamados de animais filtradores Características A parede do corpo de uma esponja apresenta quatro tipos celulares básicos: a) Pinacócitos: são células achatadas que formam a epiderme, responsáveis pelo revestimento e protecção do corpo. b) Porócitos: são células derivadas dos Pinacócitos que ficam ao redor dos poros. c) Coanócitos: são células que forram a cavidade atrial das esponjas mais simples. São dotadas de um flagelo que promove a circulação de água pelo corpo, além de capturar alimentos e promover a digestão intracelular. d) Amebócitos: são células que se movimentam através de pseudópodes localizadas na camada gelatinosa (mesogleia) que fica entre as camadas externa e interna. São células indiferenciadas, podendo originar qualquer outro tipo celular. Realizam digestão intracelular complementar, transportam os produtos da digestão para outras células, formam gâmetas, gémulas (formas de resistência) e espículas (estruturas de sustentação). Figura 84: Esponjas Figura 83: Esponjas Manual de Biologia. VIII – BIOLOGIA DOS ANIMAIS | 131 Habitat Ambiente aquático; a maioria das espécies é marinha. Sistema digestivo Ausente; alimento fagocitado por coanócitos Sistema circulatório Ausente; distribuição de alimento pelos amebócitos e difusão de substâncias no meso- hilo Sistema respiratório Ausente; trocas gasosas directamente entre as células e o ambiente. Sistema excretor Ausente; excreções lançadas directamente pelas células no ambiente Sistema nervoso Ausente. Reprodução Assexuada, por fragmentação e brotamento; reprodução sexuada com desenvolvimento indirecto FILO CELENTERATA OU CNIDARIA (Celenterados ou Cnidários) Grego (koilos = cavidade/enteron = intestino/knidos = urtiga) São os primeiros animais na escala evolutiva a apresentar uma cavidade digestiva (cavidade gastrovascular), daí serem classificados como enterozoários. O filo Cnidária reúne os Cnidários, animais aquáticos cujos representantes são as águas- vivas, os corais, as caravelas e as anémonas-do-mar. O termo Cnidários se deve à presença de células urticantes epidérmicas denominadas cnidoblastos, usados na defesa e captura de alimento. No interior do cnidoblastos encontramos uma estrutura denominada nematocisto que contém um filamento mergulhado em um líquido tóxico. A maioria do dos Cnidários passa por dois estágios em seu ciclo de vida: Pólipo e Medusa. Os pólipos são cilíndricos, de movimentos muito lentos e apresentam uma coroa de tentáculos circundando a boca na extremidade livre do corpo. Podem ser isolados, como a anémona-do-mar ou formar colónias, como na maioria dos corais. As Figura 85: Medusa Manual de Biologia. VIII – BIOLOGIA DOS ANIMAIS | 132 medusas são discoidais e livre-natantes com tentáculos pendentes nos bordos. São sempre isoladas, não formando colónias. Características Habitat Ambientes aquáticos; maioria das espécies é marinha. Sistema digestivo Incompleto; digestão extra e intracelular. Sistema circulatório Ausente; o alimento é distribuído directamente pela cavidade gastrovascular e difunde-se entre as células. Sistema respiratório Ausente; trocas gasosas directamente entre as células e a água circundante. Sistema excretor Ausente; excreções lançadas directamente pelas células na água circundante. Sistema nervoso Presente; rede nervosa difusa no corpo Reprodução Alguns Pólipos têm reprodução assexuada por brotamento e estrobilização; várias espécies têm ciclos de vida com alternância de gerações sexuada (medusa) e assexuada (pólipos) FILO PLATYHELMINTHES (Platelmintes) Grego (platy = achatado/helminthes = verme) O filo Platelminthes reúne animais com corpo achatado dorso-ventralmente, que vivem erm água doce ou salgada, em ambientes de terra firme húmidos ou no interior de outros animais, como parasitas. Os Platelminthes são agrupados em três classes: Turbellaria, Trematoda e Cestoda. A classe Turbellaria é constituída por espécies de vida livre (i.e.) não parasitas, conhecidas como Planária. A classe Trematoda apresenta espécies ectoparasitas e endoparasitas. Uma espécie endoparasita conhecida é o esquistossomo que causa a esquistossomose. A classe Cestoda reúne as Ténias que são endoparasitas do intestino de animais vertebrados. As ténias não possuem cavidade digestiva e alimentam-se exclusivamente dos nutrientes absorvidos da cavidade intestinal do hospedeiro. Manual de Biologia. VIII – BIOLOGIA DOS ANIMAIS | 133 Características Hábitat Terrestres ou aquáticos (água doce ou salgada); várias espécies parasitas. Sistema digestivo Incompleto; cavidade gastrovascular muito ramificada; digestão extra e intra-celular. Sistema circulatório Ausente; alimento distribuído pela cavidade gastrovasculara todas as células do corpo. Sistema respiratório Ausente; trocas gasosas directamente entre as células e o ambiente. Sistema excretor Presente; rede de Protonefrídeos com células- flamas (multiflageladas) ou com solenócitos (uniflagelados); poros excretores localizados na superfície dorsal do corpo. Sistema nervoso Presente; um par de gânglios cerebrais ligados a dois cordões nervosos longitudinais, de onde partem nervos Sistema sensorial Presente; órgãos especializados na captaçãode estímulos luminosos, mecânicos e químicos. Reprodução Reproduzem-se assexuadamente por fragmentação; reprodução sexuada com espécies monóicas e desenvolvimento directo, sem estágio larval; há espécies dióicas e diversos Platelmintas parasitam que têm estágios larvais FILO ASQUELMINTHES OU NEMATHELMINTHES (Asquelmintes ou Nematelmintes) Grego (askon = saco / helminthes = verme) São vermes que apresentam o corpo cilíndrico e alongado. Os representantes deste grupo vivem em todos os tipos de ambiente: em água doce ou salgada, na terra húmida ou no interior do corpo de animais e plantas parasitando-os. Os Nematodes parasitas mais conhecidos são as Lombrigas, os Ancilóstomos causadores do amarelão e as Filárias, causadoras da elefantíase (ou filariose). Manual de Biologia. VIII – BIOLOGIA DOS ANIMAIS | 134 Características Hábitat Maioria das espécies de vida livre, terrestres ou aquáticas (água doce ou salgada), várias espécies parasitas de animais e plantas. Sistema digestivo Completo; digestão extra e intra-celular Sistema circulatório Ausente; alimento distribuído pelo fluído da cavidade de pseudocelómica. Sistema respiratório Ausente; trocas gasosas directamente entre as células e o ambiente (respiração cutânea) Sistema excretor Presente; a cargo do renete, célula gigante em forma de letra H que forma dois tubos laterais unidos na região anterior; poro excretor abrindo-se perto da boca Sistema nervoso Presente; anel nervoso em torno da faringe com dois cordões nervosos longitudinais. Reprodução Sexuada; monóico ou dióico; ciclos dos parasitas são complexos com diversos estágios larvais. FILO MOLLUSCA (Moluscos) Latim (mollis = mole) Figura 86: Organismos nematelmintes (esquerda) e membro inferior de um homem com filariose Manual de Biologia. VIII – BIOLOGIA DOS ANIMAIS | 135 São Metazoários que apresentam o corpo mole comummente envolvido por uma concha calcária e constituído de três partes: cabeça, massa visceral e pé. Os representantes deste grupo são os caramujos, mexilhões, polvos, o caracol, as lulas, etc. Polvos e lesmas são desprovidos de concha e as lulas apresentam uma concha interna denominada pena ou siba. Existem três classes de moluscos: Bivalve- reúne moluscos marinhos ou de água doce dotados de concha com duas valvas. Exemplos: ostras e mexilhões. Gastropode- representa maior número de espécies com representante nos rês tipos de ambientes: marinho, água doce e terra firme. Ex: caramujos, caracóis. Cephalopoda- reúne moluscos que vivem exclusivamente no mar. Ex: polvo, lulas. Figura 87: exemplos de moluscos cefalópodes Características Hábitat Animais de vida livre, terrestres ou aquáticos, de água doce ou salgada; raras espécies parasitas, com larvas e brânquias de peixes. Sistema digestivo Completo (tubo digestivo com regiões diferenciadas e glândulas digestivas associadas); digestão extra e intracelular em bivalves e gastrópodes; digestão exclusivamente extracelular em cefalópodes. Sistema respiratório Presente; trocas gasosas ocorrem em órgãos especializados, brânquias e pulmões; este sistema está acoplado ao sistema circulatório (gases respiratórios são transportados pelo liquido sanguíneo) Sistema excretor Presente; excreção por meio de metanefrídeos, estruturas especializadas na remoção de resíduos nitrogenados do metabolismo Manual de Biologia. VIII – BIOLOGIA DOS ANIMAIS | 136 Sistema circulatório Presente do tipo aberto ou lacunar em bivalves e gastrópodes, e fechado em cefalópodes. Sistema nervoso Presente; composto por três ou quatro pares de gânglios nervosos, ligado a nervos que atingem para todo o corpo. Reprodução Sexuada, com espécies monóicas (caracóis) e dióicas (mexilhões); em alguns casos o desenvolvimento é directo e em outros há estágios larvais. . FILO ANNELIDA (Anelídeos) Latim (annelus = anel) São vermes que apresentam o corpo segmentado em anéis, de forma transversal. Os anelídeos são distribuídos em três classes: Poliquetos, Oligoquetos e Hirudineos. Os Poliquetos (são anelídeos marinhos, caracterizados por apresentar numerosas cerdas corporais. Os oligoquetos, são anelídeos com poucas cerdas corporais. Seus representantes típicos são as minhocas. As minhocas auxiliam no processo de decomposição da matéria orgânica e a fertilização do solo, com produção de húmus. A classe Hirudinea é popularmente conhecida como sanguessugas, são anelídeos desprovidos de cerdas. O termo sanguessuga, refere-se ao hábito alimentar da maioria dos Hirudineos: sugar sangue e fluidos corporais de vertebrados. Figura 88: A minhoca e sanguessuga Características Hábitat Animais de vida livre, terrestres ou aquáticos, de água doce ou salgada Sistema digestivo Completo; intestino com regiões diferenciadas em faringe, papo, moela, etc; digestão extracelular Manual de Biologia. VIII – BIOLOGIA DOS ANIMAIS | 137 Sistema respiratório Branquial, em certos poliquetos; respiração cutânea, em oligoquetos e hirudíneos; trocas gasosas ocorrem pela superfície corporal, irrigada de sangue. Sistema excretor Presente; excreção por meio de metanefrídeos; amónia é o principal produto nitrogenado excretado Sistema circulatório Fechado; presença de vasos pulsáteis, os corações laterais; liquido sanguíneo com pigmentos respiratórios (hemoglobina em oligoquetos) Sistema nervoso Presente; constituído por uma cadeia nervosa ventral, com um par de gânglios por segmento; gânglios cerebrais bem desenvolvidos Reprodução Sexuada, com espécies monóicas (minhoca) e dióicas (certos poliquetos marinhos); oligoquetos e hirudíneos têm desenvolvimento directo; a maioria dos poliquetos tem desenvolvimento indirecto (larva trocófora) FILO ARTHROPODA (Artrópodes) Grego (arthros = articulação / podos = pés, patas O filo Artrópode inclui animais que se caracterizam por apresentar patas articuladas. O corpo dos artrópodes é revestido por um exoesqueleto quitinoso secretado pela própria epiderme. A quitina é um polissacarídeo nitrogenado que apresenta importante função estrutural, constituindo também a parede celular dos fungos. A presença desse exosqueleto limita o crescimento dos artrópodes, fazendo com que esses animais sofram mudas periódicas ou ecdises. Seus representantes são divididos em três subfilos: crustáceos, quelicerados e unirrâmios. Subfilo Características Hábitat Representantes Crustáceos Animais dotados de cefalotórax e abdómen, dois pares de antenas e cinco pares de pernas locomotoras no cefalotórax, geralmente com apêndices abdominais A maioria vive em ambiente aquático de água doce ou salgada; poucas formas terrestres em ambientes de muita humidade Camarão, lagosta, caranguejo Figura 89: Representantes dos artrópodes Manual de Biologia. VIII – BIOLOGIA DOS ANIMAIS | 138 Quelicerados Animais dotados de corpo dividido em cefalotórax e abdómen, sem antenas, com quatro pares de pernas locomotoras no cefalotórax e sem apêndices abdominais A maioria terrestres, com poucos representantes aquáticos Aranhas, escorpiões, ácaros. Carrapatos Unirrâmios Animais dotados de corpo dividido em cabeça, tórax e abdómen; um par de antenas, três pares de pernas locomotoras e sem apêndices abdominais Vivem em todos os ambientes,estando ausentes apenas no mar; sãos os únicos invertebrados capazes de voar Pulga, mosca, mosquito. Características Sistema digestivo Completo; tubo digestivo com regiões diferenciadas e glândulas acessórias; digestão extracelular; peças bucais para manipular e triturar o alimento (mandíbulas, maxilar, maxílipedes, etc.) Sistema respiratório Branquial (crustáceos), traqueal (insectos e aracnídeos) e pulmonar ou filotraqueal (quelicerados) Sistema excretor Presente; glândula antenal ou glândula verde (crustáceos), tubos de Malphigi (insectos e aracnídeos) e glândulas coxais (aracnídeos) Sistema circulatório Aberto; líquido sanguíneo (hemolinfa) pode ou não apresentar pigmentos respiratórios (hemoglobina ou hemocianina) Sistema nervoso Presente; composto por gânglios cerebrais desenvolvidos (resultado da fusão de vários gânglios nervosos) e por uma cadeia nervosa ventral, com pares de gânglios dispostos em sequência Sistema sensorial Presente; olhos (simples ou compostos) órgãos de equilíbrio, sensores tácteis e químicos Reprodução Sexuada; espécies dióicas, fecundação externa ou interna; desenvolvimento directo ou indirecto; insectos podem ser ametábolos (desenvolvimento directo) ou metábolos (desenvolvimento indirecto), estes últimos com metamorfose gradual (hemimetábos) ou completa (holometábolos) Manual de Biologia. VIII – BIOLOGIA DOS ANIMAIS | 139 FILO ECHINODERMATA (Equinodermes) Grego (echinos = espinho / derma = pele) Os equinodermes constituem um grupo de animais exclusivamente marinhos que apresentam a pele revestida por espinhos. Apresentam um endoesqueleto formado de placas calcárias derivado do mesoderma. Seus representantes são estrela-do-mar, ouriço-do-mar, bolachas-do- mar e os pepinos-do-mar. Figura 90: A estrela e o ouriço do mar Características Hábitat Animais de vida livre, exclusivamente marinhos Sistema digestivo Completo; digestão extracelular Sistema respiratório Reduzido (branquial) ou ausente; trocas gasosas são facilitadas pelo sistema hidrovascular (ou sistema ambulacral- consiste em tubos e bolsas cheios de água do mar, que se comunicam com formações presentes ns superfície do corpo, os pés ambulacrais Sistema excretor Ausente; excreções lançadas directamente na água que circula no sistema hidrovascular Sistema circulatório Ausente ou reduzido; distribuição de substâncias pelo fluido celómico Sistema nervoso Presente: composto por um anel nervoso em torno da boca, de onde partem nervos radiais. Sistema hidrovascular Exclusivo do filo, desempenha funções de locomoção, fixação e captura de alimento, além de contribuir na respiração e na excreção Reprodução Sexuada, espécies dióicas, fecundação externa e desenvolvimento indirecto com um ou mais tipos de larvas (plúteo, bipinária e braquiolária) Manual de Biologia. VIII – BIOLOGIA DOS ANIMAIS | 140 FILO CHORDATA (Cordados) Grego (khorde = corda) Cordados são animais triblásticos, celomados, metamerizados e deuterostómicos. Reúne espécies distribuídas em três subfilos: Urochordata, Cephalochordota e Craniata ou Vertebrata. Urocordados e Cefalochordados não têm crânio nem coluna vertebral, sendo por isso chamados protocordados. O Subfilo Craniata, que reúne cerca de 98% das espécies de cordados, caracteriza por apresentar crânio e coluna vertebral. Encontramos no Filo Chordata três características que são consideradas como as mais importantes e que estão presentes em todos os seus representantes, pelo menos em alguma fase de sua vida. São elas: Notocorda: Bastão gelatinoso localizado dorsalmente ao tubo digestivo. Funciona como primeira estrutura de sustentação do corpo de um Cordado. Tubo nervoso dorsal: Formado a partir do ectoderma, este tubo originará o sistema nervoso do cordado. Fendas branquiais faringeanas: Abertura formada na faringe do embrião que podem servir para filtração de alimento (Anfioxo) ou para a respiração (Peixes). Nos vertebrados terrestres, essas fendas esboçam-se no embrião, porém nunca no animal adulto. Craniata ou Vertebrata Agnathos Lampreia- vertebrados marinhos (podem viver também em água doce) sem mandíbula, com esqueleto cartilaginoso e corpo alongado. As formas larvais vivem semienterradas e são filtradores; os adultos são ectoparasitas de peixes. Peixes Chondricthyes- vertebrados aquáticos, em sua maioria marinhos, dotados de mandíbula, com esqueleto cartilaginoso e nadadeiras pares. Apresentam corpo revestido por escamas placoides de origem dermo-epidermica. Ex.: tubarão, raias e quimeras. Manual de Biologia. VIII – BIOLOGIA DOS ANIMAIS | 141 Actinopterygii- vertebrados aquáticos, marinhos e de água doce, dotados de mandíbula e esqueleto ósseo; caracterizam-se por apresentar nadadeiras sustentadas por raios ósseos. A pele é revestida por escamas de origem dérmica, cobertas por epiderme. Ex.: sardinha, carapau, bagre. Tetrápodes AMPHIBIA – vertebrados ectotérmicos, dotados de pele lisa, sem escamas e rica em glândulas mucosas. Na maioria das espécies os adultos vivem em terra firme e respiram por pulmões, enquanto as larvas, denominadas girinos, são aquáticas e respiram por meio de brânquias. Ex: sapos, salamandras. REPTILIA – vertebrados terrestres, ectotérmicos e pulmonados, dotados de pele seca e cornificada. Seu desenvolvimento embrionário ocorre no interior de um ovo revestido por membrana coriácea ou calcária (ovo terrestre). Ex.: serpentes, lagartos, jacarés. AVES – vertebrados terrestres, endotérmicos com corpo recoberto por penas, membros anteriores modificados em asas e dotados de bico córneo desprovido de dentes. Seu desenvolvimento embrionário ocorre no interior de um ovo de casca calcária, semelhante ao dos répteis. Exemplos: avestruz, galinha. MAMMALIA – vertebrados endotérmicos que se caracterizam por apresentar: glândulas mamárias, corpo total ou parcialmente coberto por pêlos, dentes diferenciados e diafragma, uma membrana muscular que separa o tórax do abdómen e participa da ventilação dos pulmões. Ex: canguru, ornitorrinco, cão, baleia, ser humano Manual de Biologia. IX ECOLOGIA | 142 UNIDADE XI - ECOLOGIA INTRODUÇÃO Um ser vivo, qualquer que seja a sua espécie seu reino ou seu grau de complexidade, não conseguiria viver de forma autónoma sem interagir com outros ou mesmo com ambiente físico no qual se encontra. Ao estudo dessas inter-relações entre os seres vivos e o meio ambiente, dá-se o nome de Ecologia (esse termo foi utilizado pela primeira vez em 1870 pelo naturalista alemão Ernst Haeckel). Desta complexa relação que pode ser amistosa ou não, os seres vivos constituem o componente biótico ao passo que as condições físicas e químicas necessárias para a vida dos mesmos (que no seu conjunto chama-se biótopo) constitui o componente abiótico. Fazem parte do biótopo a temperatura, pluviosidade, luminosidade, humidade, água, sais minerais, oxigénio, etc. Tendo em conta que nos últimos anos a acção do homem sobre o meio ambiente tem causado sérios desequilíbrios ecológicos, o estudo da ecologia do ponto de vista prático, reveste-se de extrema importância na medida em que ajuda-nos a compreender a necessidade da preservação do meio ambiente para a manutenção da vida no planeta. NÍVEIS DE ORGANIZAÇÃO EM ECOLOGIA Os níveis de organização estudados em ecologia ou simplesmente Unidades Ecológicas são: população, comunidade, ecossistema e biosfera. População - grupo de indivíduos de mesma espécie que vivem em uma determinada área na mesma unidade de tempo. Comunidade, comunidade biótica ou biocenose - representa um conjunto de populações (neste caso, de espécies diferentes) que vivem em uma determinada área na mesma unidade de tempo. Ecossistema ou sistema ecológico - representa um sistema de integração entreseres vivo e meio ambiente. Ou seja, comunidade + biótopo = ecossistema. Biosfera - conjunto de todos os ecossistemas do planeta Terra, ou seja, toda a região do planeta ocupada pelos seres vivos. Manual de Biologia. IX – ECOLOGIA | 143 CONCEITOS BÁSICOS EM ECOLOGIA Habitat - É o local natural onde vive uma determinada espécie. Como exemplos temos as savanas. Estas são o habitat natural dos búfalos ao passo que os oceanos são o habitat natural dos tubarões Figura 91: Búfalos e tubarão em seus habitats Nicho Ecológico - é o conjunto de parâmetros que definem o comportamento ou papel de uma determinada espécie no ambiente. Destes parâmetros distinguem-se: a) O tipo de alimentação, b) As relações com outras espécies e c) As modificações que causa no ambiente. Em um mesmo ecossistema, duas espécies diferentes podem apresentar o mesmo habitat e o mesmo nicho ecológico. No entanto, nunca terão por muito tempo o mesmo nicho ecológico, já que a competição leva ao desaparecimento de uma delas (princípio da exclusão competitiva de Gause). Figura 92: Representação de um ecótone Manual de Biologia. IX ECOLOGIA | 144 Ecótone – região de transição entre dois ecossistemas vizinhos. O ecótone abriga representantes das duas comunidades vizinhas, constituindo uma área onde a diversidade de espécies e a taxa de competição entre elas são relativamente grandes (figura 92). Sucessão Ecológica: é um processo no qual as comunidades se substituem lentamente numa sequência ordenada até o estabelecimento de uma comunidade final e estável, em perfeito equilíbrio com o meio, denominada Comunidade Clímax. Desta forma, as comunidades pioneiras (que são as primeiras a colonizar o biótopo) criam condições para o surgimento das comunidades intermédias e do clímax. (figura 92) CADEIA ALIMENTAR É o fluxo de matéria e energia através dos vários componentes de um ecossistema. Pode ser também entendida como sendo a sequência linear de seres vivos em que um serve de alimento para o outro. O Conjunto de cadeias alimentares de um ecossistema constitui uma teia alimentar. Quanto à cadeia alimentar, os seres vivos classificam-se em três grandes grupos: Produtores ou autotróficos - seres capazes de produzir o seu próprio alimento (substâncias orgânicas) a partir de substâncias inorgânicas. Conforme a fonte de energia utilizada na produção do próprio alimento, os produtores são classificados em: Fotossintetizadores- Utilizam a energia luminosa. Nos ecossistemas aquáticos, os principais fotossintetizantes são as algas que integram o fitoplâncton (organismos clorofilados flutuantes). Nos ecossistemas terrestres, os fotossintetizantes são os vegetais classificados no reino Metaphyta. Quimiossintetizadores - Utilizam a energia liberada em reações de oxidação de substâncias inorgânicas. Os organismos quimiossintetizantes são representados por algumas bactérias. Consumidores ou Heterotróficos - seres incapazes de produzir o seu próprio alimento. Os consumidores primários são herbívoros já que se utilizam dos produtores como fonte alimentar. Os consumidores secundários, terciários, quaternários. etc. são carnívoros. Os consumidores secundários alimentam-se dos consumidores primários, os terciários alimentam-se dos secundários e assim por diante (Fig. 93). Decompositores, saprófitas, saprófagos ou sapróvoros - representam um tipo especial de consumidores que realizam a decomposição da matéria orgânica, transformando-a em compostos inorgânicos que serão utilizados por eles próprios como alimento, ou utilizados novamente pelos produtores (figura 93). Assim, percebemos que a ação dos decompositores é imprescindível para a reciclagem da matéria. Manual de Biologia. IX – ECOLOGIA | 145 Os agentes decompositores são representados por bactérias e fungos. Figura 93 Os produtores constituem a base das cadeias alimentares. A energia contida no alimento elaborado pelos produtores é transferida aos consumidores primários e destes aos consumidores secundários, terciários, etc. Após a morte, produtores e consumidores de todos os níveis sofrem a ação dos decompositores, permitindo a reciclagem da matéria à medida que devolvem ao ambiente substâncias inorgânicas que são absorvidas pelos vegetais. Para que uma cadeia alimentar seja considerada completa devem estar presentes produtores, consumidores e decompositores. É comum os decompositores não serem representados em certas cadeias alimentares por se achar implícita a sua atuação. Observe dois exemplos de cadeias alimentares na figura 94. Figura 94 No exemplo 1, o capim é um produtor; o gafanhoto, um consumidor primário; o sapo, um consumidor secundário; a cobra, um consumidor terciário e o gavião, um consumidor quaternário. Ainda neste exemplo, saiba que todos os seres que tal como o sapo, por exemplo, que se alimenta de gafanhotos e é comido pela cobra formam com o sapo um nível trófico. Manual de Biologia. IX ECOLOGIA | 146 No processo de reciclagem da matéria a energia luminosa fixada pelos seres autotróficos é transmitida sob a forma de energia química aos demais seres vivos. A energia incorporada pelos seres vivos que compõem uma cadeia alimentar vai diminuindo à medida que passa pelos consumidores. Isso ocorre porque cada integrante da cadeia consome com suas próprias atividades a maior parte da energia adquirida. Assim, transfere-se para o nível trófico seguinte apenas uma pequena parcela da energia recebida. Deste modo, quanto mais curta for uma cadeia alimentar, maior será a quantidade de energia disponível para os níveis tróficos mais elevados. Com isso, concluímos que o fluxo de energia é decrescente e unidirecional. Todo esse processo pode ser expresso mediante uma pirâmide ecológica (figura 95). Figura 95 RELAÇÕES ECOLÓGICAS De uma maneira geral as relações entre os seres vivos na natureza servem para regular a densidade populacional, contribuindo para a manutenção do equilíbrio no ecossistema. Quando ocorrem entre seres da mesma espécie, elas dizem-se intra-específicas e quando ocorrem entre seres de espécie diferentes dizem-se inter-específicas. Elas podem ainda classificar-se em : Harmônicas – quando nenhum dos seres envolvidos sai prejudicado. Desarmônicas – quando pelo menos um dos seres envolvidos sai prejudicado. RELAÇÕES HARMÔNICAS: a) Colônia: relação intra-especifica na qual os indivíduos envolvidos apresentam-se unidos fisicamente, podendo tais indivíduos desempenhar ou não exatamente as mesmas atividades (figura 93). Manual de Biologia. IX – ECOLOGIA | 147 Figura 96: Uma colónia de bactérias Escherichia coli no intestino humano observada ao microscópio eletrônico b) Sociedade: relação intra-específica na qual os indivíduos envolvidos não se encontram unidos fisicamente e apresentam sempre uma notável divisão de trabalho. Exemplos: as sociedades das abelhas (Fig. 7), vespas, marimbondos… e até mesmo as sociedades humanas. c) Mutualismo: relação inter-específica na qual duas espécies se associam obrigatoriamente beneficiando-se mutuamente. O exemplo típico de mutualismo são os líquenes – que resultam da associação entre algas e fungos: as algas realizam a fotossíntese oferecendo parte do alimento produzido para os fungos e em compensação, os fungos protegem as algas e retiram água e sais minerais do ambiente para que as algas realizem a fotossíntese. São também outros exemplos de mutualismo as bacteriorrizas (relação entre bactérias e raízes de plantas leguminosas), as micorrizas (relação entre fungos e raízes de certas plantas), a relação entre herbívoros ruminantes e microrganismos, salalé e protozoários, etc. d) Protocooperação: ao contrário do mutualismo, na protocooperação as espécies se associam não de forma obrigatória trocando benefíciosentre si. EX.: O pássaro anu e o gado, na qual, o anu retira da pele do gado carraças para se alimentar; assim, o anu beneficia-se pelo alimento e o gado por se ver livre das carraças. Note que essa associação não é obrigatória, pois, o anu poderia ir procurar alimento noutro sítio e também porque dificilmente o gado morreria com a presença das carraças e por outro lado, elas poderiam ser retiradas pelo seu dono (pastor). e) Comensalismo: relação inter-específica na qual apenas uma das espécies sai beneficiada mas sem prejudicar a outra espécie. No comensalismo, o benefício pode ser de várias formas: alimento, transporte, abrigo, proteção, etc. Exemplos: a entamoeba coli é uma bactéria que habita o intestino humano alimentando-se de restos de alimentos ai presentes mas em condições normais a mesma não causa danos à saúde do homem. Manual de Biologia. IX ECOLOGIA | 148 RELAÇÕES DESARMÔNICAS: a) CANIBALISMO: Relação na qual um indivíduo alimenta-se de outro da mesma espécie causando a sua morte. Este tipo de relação verifica-se frequentemente em aranhas, grilos, piranhas, etc. b) PARASITISMO: Relação inter-específica na qual um indivíduo sai beneficiado (parasita) com prejuízo do outro (hospedeiro). EX.: relação entre a lombriga e o homem (Fig. 7). c) PREDATISMO: Relação na qual um indivíduo (predador) serve-se de outro indivíduo doutra espécie (presa) como fonte de alimento causando a sua morte. EX.: relação entre o tigre e o veado. d) COMPETIÇÃO: Relação intra-específica ou inter-específica na qual os indivíduos lutam pelos mesmos factores quando não são suficientes para todos. Os principais factores pelos quais os indivíduos lutam são: alimento, abrigo e parceiros para reprodução. Note que a competição leva à diminuição da amplitude do nicho ecológico ou à extinção dos indivíduos menos adaptados e à permanência dos melhores adaptados, constituindo assim juntamente com o parasitismo, predatismo e canibalismo um mecanismo de resistência ambiental e um factor regulador do crescimento das populações. e) AMENSALISMO ou ANTIBIOSE: relação inter-específica na qual indivíduos de uma população liberam substâncias químicas que impedem o crescimento ou a reprodução de outras populações, podendo provocar a morte de muitos organismos. Acção do homem sobre o ambiente: poluição Dá-se o nome de poluição ao desequilíbrio do ambiente causado pela introdução de resíduos sólidos, líquidos ou gasosos resultantes das actividades humanas, levando a consequências na saúde do próprio homem, dos outros seres vivos e dos ecossistemas em geral. Tendo em conta o lugar poluído, os três principais tipos de poluição são: POLUIÇÃO DO AR Tipo de poluição em que está em causa a disponibilidade de O2 para respirar devido à adição constante de outros gases que interferem negativamente na respiração. Os principais poluentes gasosos são: Manual de Biologia. IX – ECOLOGIA | 149 a) CO2 – Liberado em reacções de combustão; este gás pode elevar a temperatura da superfície terrestre, gerando o efeito estufa. b) CO - Liberado a partir da combustão incompleta do petróleo e do carvão; este gás ocupa os sítios de ligação da hemoglobina com o O2 podendo causar morte por asfixia. c) NO2 - Liberado a partir de motores a combustão, aviões, fornos e incineradores; na espécie humana compromete a respiração e nos vegetais inibe a fotossíntese. d) Óxidos de Enxofre - Liberados a partir da combustão dos derivados do petróleo; no homem causa lesões pulmonares e nas plantas destrói as folhas. POLUIÇÃO DA ÁGUA Corresponde ao lançamento de excessivas quantidades de esgotos, detergentes e despejos de fábricas na água. Ao se adicionar excesso de matéria orgânica à água, os raios luminosos não penetram adequadamente e os microrganismos decompositores se desenvolvem exageradamente, consumindo o oxigénio dissolvido na água. A diminuição da quantidade de oxigénio dissolvido na água é um dos principais indicadores de poluição. POLUIÇÃO DO SOLO Corresponde ao lançamento no solo de substâncias decorrentes da decomposição do lixo, além de insecticidas e herbicidas em excesso. O insecticida DDT é responsável pela destruição de várias espécies de organismos e, com o seu uso, ocorre a selecção de espécies resistentes prejudiciais à vida humana. Tais substâncias apresentam efeito duradouro e são transmitidas ao longo das cadeias alimentares, provocando lesões e mortes em vários indivíduos, o que altera o equilíbrio ecológico. Manual de Biologia. X – ANATOMIA E FISIOLOGIA HUMANAS | 150 UNIDADE IX – INTRODUÇÃO A ANATOMIA E FISIOLOGIA HUMANAS Anatomia é uma palavra grega que significa cortar em partes, cortar separado sem destruir os elementos componentes. O equivalente em português é dissecção. Por definição anatomia é a parte da biologia que estuda a morfologia ou estrutura dos seres vivos. De forma didática, neste módulo procuramos abordar a anatomia e fisiologia humana de forma integrada, isto é, à medida que se estuda uma estrutura, órgão, aparelho ou sistemas, o faremos caracterizando também sua função. Nesta primeira parte faremos uma abordagem do aparelho locomotor. APARELHO LOCOMOTOR Aparelho locomotor é o conjunto de ossos, articulações e músculos que ligados entre si constituem parte activa e passiva do corpo humano. OSSOS Os ossos são órgãos esbranquiçados, muito duros, que unindo-se uns aos outros, por intermédio das articulações constituem o esqueleto. É uma forma especializada de tecido conjuntivo. FUNÇÕES DOS OSSOS Os ossos apresentam as seguintes funções: Sustentação: Proteção: Suporte ou fixação: Mecânica articular: Metabólicas: Hematopoiese: Figura 97: Cabeça óssea vista de frente Manual de Biologia. X – ANATOMIA E FISIOLOGIA HUMANAS | 151 Quantidade de ossos no corpo humano É clássico admitir que o corpo humano possui 206 ossos. Mas esse número varia de indivíduo para individuo, e na mesma pessoa varia conforme a idade. Quando você era criança possuía mais ossos que agora. Isso ocorre porque nas crianças alguns ossos ainda não se uniram e no adulto alguns ossos "acessórios" podem aparecer (ossos sesamóides). Ossos da cabeça: compreende 23 ossos. Segmento Número Ossos Viscerocránio 15 Impares: mandíbula, vômer, hióide Pares: Nasal, lacrimal, zigomático, maxilares, palatino, cornetos inferires, Neurocránio 08 Impares: Frontal, occipital, esfenóide e etmóide. Pares: Parietal, temporal Figura 98: Cabeça óssea num plano de perfil Ossos da coluna vertebral: compreende 26 ossos distribuídos em quatro segmentos Manual de Biologia. X – ANATOMIA E FISIOLOGIA HUMANAS | 152 Segmento Número Cervical 07 Torácico 12 Lombar 05 Sacro-coccígeo 02 Ossos dos membros superiores Podem ser organizados em quatro segmentos: Ossos do membro inferior: são organizados em 4 segmentos: Segmento Ossos Cintura escapular Escápula Clavícula Braço Úmero Antebraço Ulna ou Cúbito e radio Mão Carpo Metacarpo Falanges Figura 100: Segmentos da coluna vertebral Figura 100: Ossos do tórax: compreendem 12 pares de costelas e o esterno. Manual de Biologia. X – ANATOMIA E FISIOLOGIA HUMANAS | 153 Segmento Ossos Cintura pélvica Ilíaco Coxa Fêmur Perna Tíbia e Fíbula ou perônio Pé Tarso Metatarso Falanges Ossos do ouvido: martelo, bigorna e o estribo ARTROLOGIA Articulação: conjunto de partes moles e duras através das quais se unem duas ou mais peças ósseas e/ou cartilagíneas. Classificam-se em: • Articulações Fibrosa (fixas e contínuas) têm como meio de união o tecido fibroso. EX.: Sutura sagital (unindo os dois ossos parietais) • Articulações Cartilagíneas (semimóveis e contínua) têm como meio de união o tecido cartilagíneo. EX.: Sínfisepúbica (unindo os dois ossos ilíacos) • Articulação Sinoviais ou Diartroses (descontínuas e moveis). EX.: Articulação do joelho (unindo o fémur e a tíbia) MIOLOGIA Músculos: São órgãos carnudos, moles e de coloração avermelhada que devidas as suas propriedades contrácteis provocam movimentos tanto nos órgãos que os possuem como no corpo humano, responsáveis activos do trabalho mecânico. Constituem pois o componente activo do movimento e do aparelho locomotor. Existem vários critérios de classificação dos músculos; de uma forma resumida eles podem ser classificados: Manual de Biologia. X – ANATOMIA E FISIOLOGIA HUMANAS | 154 APARELHO DIGESTIVO O aparelho digestivo é constituído por um complexo grupo de órgãos cuja função consiste na transformação ________________ e ______________ dos alimentos, na absorção das substancias elaboradas e na _____________ dos resíduos não digeridos. O aparelho digestivo encontra-se dividido em _________________ e ______________________ Os órgãos que constituem o ______ digestivo compreendem: ________, _________, ________, __________, intestino __________ e __________, ___________. O intestino delgado apresenta três porções nomeadamente: _____________, ___________ e __________ Ao passo que o intestino grosso compreende o cego com o apêndice vermiforme, cólon ascendente, cólon transverso, cólon descendente, cólon sigmoide, recto e canal anal. Figura 101: Aparelho digestivo http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Digestive_system_diagram_pt.svg Manual de Biologia. X – ANATOMIA E FISIOLOGIA HUMANAS | 155 DIGESTÃO A digestão é o conjunto das transformações, __________ e __________, que ocorre no tubo digestivo através do qual os alimentos são degradados em componentes mais simples, __________ e ____________. Os eventos mecânicos da digestão consistem na mastigação (trituração dos alimentos), deglutição e peristaltismo. Ao passo que os eventos químicos consistem na ação de enzimas sobre os alimentos em determinadas porções do tubo digestivo com a subsequente formação do bolo alimentar, formação do quilo, e do quimo. Onde, como e quando começa a digestão? A digestão começa na ______, onde por ação mecânica dos dentes (mastigação) e ação química por ação química das enzimas contida na saliva (hidrolases) os alimentos são transformados em ___________________ O __________________ passa da faringe para o estômago, através dos movimentos peristálticos (tecido muscular liso) no esôfago, continuando a sofrer a ação da saliva. Ao chegar ao estômago, o bolo alimentar sofre a ação mecânica dos movimentos peristálticos, e a ação química do suco gástrico (contem pepsina), transformando-se em _________. O ________ segue então para a região pilórica, atravessa o duodeno onde recebe os sucos intestinais e o suco pancreático que, com a ajuda de enzimas, decomporão ainda mais a massa alimentar, transformando-a em quilo, que entra no ___________. Aqui, pelo efeito dos movimentos peristálticos do intestino, o quilo vai sendo empurrado em direção ao intestino grosso, enquanto vai ocorrendo __________ dos nutrientes, com a ajuda das vilosidades intestinais. A parte que não é aproveitada do quilo é, finalmente, evacuada pelo ânus sob a forma de _________. SISTEMA CARDIOVASCULAR O sistema cardiovascular é constituído por um conjunto de vasos associados a uma bomba propulsora de sangue. Através do sistema circulatório, ocorre a distribuição de substâncias úteis, como nutrientes, oxigénio, hormônios e anticorpos e a recolha dos produtos do metabolismo celular. http://pt.wikipedia.org/wiki/Alimento http://pt.wikipedia.org/wiki/Dente http://pt.wikipedia.org/wiki/Mastiga%C3%A7%C3%A3o http://pt.wikipedia.org/wiki/Tecido_muscular_liso http://pt.wikipedia.org/wiki/Es%C3%B4fago http://pt.wikipedia.org/wiki/Piloro http://pt.wikipedia.org/wiki/Duodeno http://pt.wikipedia.org/wiki/Suco_intestinal http://pt.wikipedia.org/wiki/Suco_intestinal http://pt.wikipedia.org/wiki/Suco_pancre%C3%A1tico http://pt.wikipedia.org/wiki/Enzima http://pt.wikipedia.org/wiki/Quilo http://pt.wikipedia.org/wiki/Intestino_grosso http://pt.wikipedia.org/wiki/Nutriente http://pt.wikipedia.org/wiki/Vilosidade_intestinal http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%82nus Manual de Biologia. X – ANATOMIA E FISIOLOGIA HUMANAS | 156 O coração humano possui quatro cavidades: dois átrios de paredes finas e dois ventrículos de paredes mais espessas. Separando o átrio direito do ventrículo direito encontra-se a _________________ e separando o átrio esquerdo do ventrículo esquerdo encontra-se a _________________ Os vasos sanguíneos são classificados em três tipos, nomeadamente ____________, _________ e ____________ As _________ são vasos que conduzem o sangue ____________ do coração para as diversas partes do organismo. As ___________ são vasos que conduzem o sangue rico em ____ para o coração. Os ___________ são vasos de calibre microscópico, onde ocorrem as trocas de substâncias entre o plasma sanguíneo e as células dos tecidos. Fisiologia da circulação Para melhor compreensão da fisiologia da circulação, deve-se lembrar que o sangue arterial sistémico é rico em oxigénio, enquanto o sangue venoso sistémico é rico em gás carbónico. Circulação Pulmonar - leva sangue do ventrículo direito do coração para os pulmões e de volta ao átrio esquerdo do coração. Ela transporta o sangue pobre em oxigénio para os pulmões, onde ele libera o dióxido de carbono (CO2) e recebe oxigénio (O2) por processo designado por ____________. O sangue oxigenado, então, retorna ao lado esquerdo do coração para ser bombeado para circulação sistémica. Em linhas curtas a circulação pulmonar (pequena circulação), começa no _________________ e termina na ____________. Figura 102: Estruturas do Sistema Cardiovascular Manual de Biologia. X – ANATOMIA E FISIOLOGIA HUMANAS | 157 Circulação Sistémica – também chamada grande circulação; ela fornece o suprimento sanguíneo para todo o organismo. A circulação sistémica carrega oxigénio e outros nutrientes vitais para as células, e capta dióxido de carbono e outros resíduos das células. Começa no ___________ e termina no __________ As câmaras cardíacas contraem-se e dilatam-se alternadamente 70 vezes por minuto, em média. O processo de contração de cada câmara do miocárdio (músculo cardíaco) denomina-se sístole. O relaxamento, que acontece entre uma sístole e a seguinte, é a diástole. Figura 103: As fases do ciclo cardíaco Manual de Biologia. X – ANATOMIA E FISIOLOGIA HUMANAS | 158 SISTEMA RESPIRATÓRIO É o conjunto de órgãos responsáveis pela entrada, filtração, aquecimento, umidificação e saída de ar do nosso organismo. Faz as trocas gasosas do organismo com o meio ambiente, oxigenando o sangue e possibilitando que ele possa suprir a demanda de oxigénio do indivíduo para que seja realizada a respiração celular. Os órgãos do sistema respiratório, além de dois pulmões, são: nariz, fossas nasais, boca, faringe (nasofaringe), laringe, traqueia, brônquios (e suas subdivisões), bronquíolos (e suas subdivisões), e os alvéolos pulmonares reunidos em sacos alveolares. A função do sistema respiratório é basicamente garantir as trocas gasosas com o meio (hematose), mas também ajuda a regular a temperatura corpórea, o pH do sangue e liberar água. Transporte de Gases Nos animais em que a difusão dos gases é indirecta, estes deslocam-se até ás células num fluido circulante, sangue ou hemolinfa. Geralmente existem pigmentos respiratórios no sangue, tornando-o eficiente nesse transporte. Os pigmentos respiratórios são moléculas complexas, formadas por proteínas e iões metálicos, o que lhes confere uma cor característica. Estas moléculas são boas transportadoras de gases pois ligam-se quando a pressãodo gás for elevada e libertam-se dele rapidamente, se a pressão do gás for baixa. De entre os diversos pigmentos conhecidos, a hemoglobina é a mais comum e a melhor estudada. Este é um pigmento típico dos vertebrados, embora possa existir em anelídeos, nemátodos, moluscos e artrópodes. No caso dos invertebrados encontra-se dispersa no plasma, enquanto nos vertebrados se localiza nos glóbulos vermelhos. A hemoglobina humana apresenta quatro cadeias peptídicas, duas a e duas b, ligadas a grupos heme a que se pode ligar o oxigénio ou o dióxido de carbono. Assim, cada molécula pode transportar quatro moléculas de oxigénio. Figura 104: Estrutura do sistema respiratório http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%93rg%C3%A3o http://pt.wikipedia.org/wiki/Meio_ambiente http://pt.wikipedia.org/wiki/Meio_ambiente http://pt.wikipedia.org/wiki/Sangue http://pt.wikipedia.org/wiki/Oxig%C3%AAnio http://pt.wikipedia.org/wiki/Respira%C3%A7%C3%A3o_celular http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%93rg%C3%A3os http://pt.wikipedia.org/wiki/Pulm%C3%A3o http://pt.wikipedia.org/wiki/Fossas_nasais http://pt.wikipedia.org/wiki/Boca http://pt.wikipedia.org/wiki/Faringe http://pt.wikipedia.org/wiki/Laringe http://pt.wikipedia.org/wiki/Traqu%C3%A9ia http://pt.wikipedia.org/wiki/Br%C3%B4nquio http://pt.wikipedia.org/wiki/Bronqu%C3%ADolo http://pt.wikipedia.org/wiki/Alv%C3%A9olo_pulmonar http://pt.wikipedia.org/wiki/Saco_alveolar http://pt.wikipedia.org/wiki/Temperatura http://pt.wikipedia.org/wiki/PH http://pt.wikipedia.org/wiki/Sangue http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81gua Manual de Biologia. X – ANATOMIA E FISIOLOGIA HUMANAS | 159 A hemoglobina humana tem, ainda, grande afinidade para o monóxido de carbono (cerca de 200 vezes superior à afinidade para o oxigénio), o que torna este gás muito perigoso, mesmo em baixas concentrações. A hemoglobina saturada de monóxido de carbono designa-se carboxi-hemoglobina. O oxigénio é transportado pelo sangue sob duas formas: Dissolvido no plasma – o O2 é pouco solúvel na água pelo que apenas cerca de 2% são transportados por esta via; Combinado com a hemoglobina – nos glóbulos vermelhos existem 280 milhões de moléculas de hemoglobina, cada uma podendo transportar quatro O2, ou seja cerca de 98% deste gás vai por este meio até às células. Quando o O2 está ligado à hemoglobina esta designa-se oxiemoglobina (HbO2) e quando este está ausente designa-se desoxiemoglobina ou hemoglobina reduzida. O dióxido de carbono pode ser transportado no sangue de três modos principais: Dissolvido no plasma – devido à baixa solubilidade na água deste gás, apenas 8% são transportados por esta via; Combinado com a hemoglobina – uma percentagem ainda relativamente baixa, cerca de 11%, deste gás reage com a hemoglobina, formando a carbamino-hemoglobina (HbCO2); Como hidrogenocarbonato (HCO3 -) – a maioria das moléculas deslocam-se como este ião, cerca de 81%. Naturalmente este processo de reação com a água é lento, mas pode ser acelerado pela enzima dos glóbulos vermelhos anidrase carbónica. Movimentos Respiratórios Os movimentos respiratórios são de dois tipos: inspiração e expiração. Em ambos é fundamental a participação do músculo diafragma (separa o tórax do abdómen) e dos músculos intercostais (situados entre as costelas). Movimento de Inspiração. Consiste na entrada de ar nos pulmões. A caixa torácica se expande verticalmente mediante a contração do diafragma e horizontalmente mediante a contração dos músculos intercostais externos. Movimento de Expiração. Consiste na saída de ar dos pulmões. A caixa torácica sofre uma diminuição de volume mediante o relaxamento do diafragma e dos músculos intercostais externos. Manual de Biologia. X – ANATOMIA E FISIOLOGIA HUMANAS | 160 SISTEMA URINÁRIO O sistema urinário é constituído pelos órgãos uropoéticos, isto é, incumbidos de elaborar a urina e armazená-la temporariamente até a oportunidade de ser eliminada para o exterior. Na urina encontramos ácido úrico, ureia, sódio, potássio, bicarbonato, etc. A função excretora Como resultado dos processos biológicos que ocorrem no interior dos organismos vivos, formam-se vários compostos prejudiciais para os mesmos e que, por isso, devem ser eliminados (excretados) para o meio externo. A manutenção da composição dos fluidos internos dentro de limites adequados á vida das células designa-se homeostasia e é uma condição fundamental à vida. De entre os numerosos mecanismos envolvidos nessa manutenção da homeostasia destacam-se: Osmorregulação: mecanismos pelos quais são controladas as concentrações de sais e água, ou seja, os valores de pressão osmótica dos fluidos corporais; Excreção: mecanismo pelo qual os organismos eliminam resíduos do metabolismo, na sua maioria tóxicos. O sistema excretor ou urinário é responsável pela eliminação de restos do metabolismo celular e a regulação do teor de água e sais minerais presentes no organismo. Todos os sistemas excretores realizam três processos fundamentais: Filtração: filtração seletiva dos fluidos corporais através de membranas, condicionada ao tamanho das moléculas, pelo que moléculas úteis podem ser igualmente filtradas; Reabsorção: regresso ao meio interno, nas quantidades adequadas, de substâncias anteriormente filtradas, mas úteis ao organismo; Secreção: secreção ativa de substâncias dos fluidos corporais para zonas do sistema já consideradas meio externo. Este aparelho pode ser dividido em órgãos secretores - que produzem a urina - e órgãos excretores - que são encarregados de processar a drenagem da urina para fora do corpo. É constituído por dois rins, dois ureteres, uma bexiga e uma uretra. Os rins se comunicam com a bexiga através dos ureteres, enquanto a bexiga se comunica com o meio externo através da uretra. Manual de Biologia. X – ANATOMIA E FISIOLOGIA HUMANAS | 161 Os rins O rim é o principal órgão que compõe o sistema excretor nos vertebrados, pois é o responsável pela filtragem sanguínea (chamada de diálise do sangue). Eles são dois, possuem um formato de feijão, com aproximadamente 12cm. Se localizam nos lados da coluna vertebral, na região do abdómen. Cada rim apresenta aproximadamente um milhão de nefrónios. Os nefrónios são as unidades funcionais dos rins responsáveis pela filtração do sangue e formação da urina. Estrutura do Nefrónio Cada nefrónio é constituído de: Glomérulos de Malpighi, cápsula de Bowman, túbulo contorcido proximal, alça de Henle e túbulo contorcido distal. Figura 106: Estrutura do nefrónio Figura 105: Estrutura do sistema urinário Manual de Biologia. X – ANATOMIA E FISIOLOGIA HUMANAS | 162 Glomérulo de Malpighi: É um conjunto de capilares sanguíneos envolvidos por uma cápsula. O sangue chega ao glomérulo através da arteríola aferente e sai pela arteríola eferente. Cápsula de Bowman: Envolve o glomérulo de Malpighi, estando ligada ao túbulo contorcido proximal. Túbulo contorcido proximal: Desemboca na alça de Henle. Alça de Henle: estrutura em forma de U que se continua com o túbulo contorcido distal. Túbulo contorcido distal. Estrutura final do nefrónio. Fisiologia renal e a formação da urina Este processo pode ser dividido em três fases: filtração, reabsorção e secreção. Filtração Glomerular. Consiste no extravasamento de parte do plasma sanguíneo dos capilares glomerulares para a cápsula de Bowman. O líquido recolhido pela cápsula de Bowman denomina-se filtrado glomerular. O filtrado apresenta em sua constituição água, sais minerais, carboidratos, aminoácidos, vitaminas, ácido úrico, ureia e outras substâncias. Reabsorção Tubular. Consiste no retorno das substâncias aproveitáveis ao sangue. No túbulo contorcido proximal ocorre por transporte ativo a reabsorção de sódio. Na porção descendente da alça de Henle ocorre areabsorção passiva da água, enquanto na sua porção ascendente ocorre reabsorção ativa de sódio. Além da reabsorção ativa de sódio há, ao longo dos túbulos renais, a reabsorção ativa de aminoácidos e glicose. No túbulo contorcido distal ocorre a secreção ativa ou excreção ativa do plasma para o interior do túbulo. Através desse processo é eliminado o ião H+ que torna a urina ácida, auxiliando também na manutenção do pH do sangue. Manual de Biologia. X – ANATOMIA E FISIOLOGIA HUMANAS | 163 APARELHO REPRODUTOR Encontramos na espécie humana diferenças anatómicas sexuais entre homem e mulher que são muito relevantes para a procriação da espécie. A célula reprodutora masculina recebe o nome de espermatozóide e a célula feminina é conhecida como óvulo. Tanto o espermatozóide como o óvulo caracterizam-se por apresentar somente a metade do número de cromossomos encontrados normalmente nas células que constituem o corpo humano. Os cromossomos são partículas incumbidas da transmissão dos caracteres hereditários e que entram na constituição dos núcleos celulares. Admitindo-se que as células humanas apresentam 46 cromossomos, tanto os espermatozóides como os óvulos apresentam somente 23 cromossomos cada, o que nos leva a deduzir que as células reprodutoras são na realidade hemi-células, sendo necessário à conjugação de duas delas para que se constitua uma célula básica, o ovo. O ovo resulta da fusão do espermatozóide com o óvulo. Aparelho Reprodutor Feminino Os órgãos genitais femininos são incumbidos da produção dos óvulos, e depois da fecundação destes pelos espermatozóides, oferecem condições para o desenvolvimento até o nascimento do novo ser. Figura 107: Aparelho reprodutor feminino, vista frontal. Manual de Biologia. X – ANATOMIA E FISIOLOGIA HUMANAS | 164 Figura 108: Aparelho reprodutor feminino e em perfil (baixo) Os órgãos genitais femininos consistem de um grupo de órgãos internos e outro de órgãos externos. Os órgãos internos estão no interior da pelve e consistem dos ovários, tubas uterinas ou ovidutos, útero e vagina. Os órgãos externos são superficiais ao diafragma urogenital e acham-se abaixo do arco púbico. Compreendem o monte do púbis, os lábios maiores e menores do pudendo, o clitóris, o bulbo do vestíbulo e as glândulas vestibulares maiores. Estas estruturas formam a vulva ou pudendo feminino. As glândulas mamárias também são consideradas parte do sistema genital feminino. Aparelho Reprodutor Masculino O sistema reprodutor é constituído pelos seguintes componentes funcionais, goradas masculinas; sistema de ductos; glândulas anexas e o órgão da cópula. a) Gonadas masculinas Os testículos representam as goradas masculinas; que são órgão pares localizados na bolsa escrotal, são responsáveis pela produção do gâmeta masculino, o espermatozóide e pela síntese da hormona sexual masculina, a testosterona. b) Sistemas de ductos Correspondem a um par de sistemas de ductos, cada um deles constituído pelos canais eferentes; o epidídimo; canal deferente e o canal ejaculador. Este sistema de Figura 109: Sistema reprodutor masculino. Faça a legenda Manual de Biologia. X – ANATOMIA E FISIOLOGIA HUMANAS | 165 ductos tem a função colectar, armazenar e conduzir os espermatozóides a partir dos testículos; os canais ejaculadores convergem para a uretra, a partir da qual os espermatozóides são c) Glândulas anexas É formada pelas seguintes glândulas: vesículas seminais; próstata e glândulas bolbo uretrais. As vesículas seminais e próstata, são responsáveis pela secreção de um líquido nutritivo e lubrificante chamado líquido seminífero. O sémen é um líquido expelido durante a ejaculação e constituído por líquido seminal e espermatozóides; as glândulas bulbo-uretrais, secretam líquido que lubrificas a uretra para a passagem do sémen durante a ejaculação. d) Órgão da cópula. O pénis é o órgão da cópula masculino. SISTEMA NERVOSO O sistema nervoso é responsável pela maioria das funções de controlo em um organismo, coordenando e regulando as atividades corporais. No sistema nervoso diferenciam-se dois tipos de células: os neurónios e as células da glia (ou neuróglia). O neurónio é a unidade funcional do sistema nervoso. São as células responsáveis pela recepção e transmissão dos estímulos do meio (interno e externo), possibilitando ao organismo a execução de respostas adequadas para a manutenção da homeostasia (equilíbrio do meio interno). Um neurónio é uma célula composta de um corpo celular (onde está o núcleo o citoplasma), e de finos prolongamentos denominados neuritos, que podem ser subdivididos em dendritos e axónios. Os dendritos são prolongamentos geralmente muito ramificados e que actuam como receptores de estímulos. Os axónios são prolongamentos longos que actuam como condutores dos impulsos nervosos. No neurónio existem vários dendritos mas geralmente só existe um http://www.afh.bio.br/nervoso/nervoso2.asp#neuroglia Manual de Biologia. X – ANATOMIA E FISIOLOGIA HUMANAS | 166 axónio. O percurso do impulso nervoso no neurónio é sempre no sentido dendrito corpo celular axónio. Anatomia e fisiologia do Sistema Nervoso Anatomicamente, o sistema nervoso é dividido em: Sistema Nervoso Central Sistema Nervoso Periférico Do ponto de vista da fisiologia (função) ele é dividido em: Sistema Nervoso Somático Sistema Nervoso Autónomo. Este pode ser Simpático ou Parassimpático Sistema Nervoso Central é constituído pelo encéfalo e a medula espinal. O encéfalo está localizado no interior da caixa craniana, enquanto a medula percorre o interior da coluna vertebral. O encéfalo e a medula encontram-se envolvidos por três membranas denominadas meninges. Sistema Nervoso Periférico: É formado por nervos encarregados de fazer as ligações entre o sistema nervoso central e o corpo. Nervo é o conjunto de várias fibras nervosas que estabelecem a conexão do sistema nervoso central com a periferia, e podem ser formadas de axónios ou de dendritos. É constituído por 12 pares de nervos cranianos (partem do encéfalo) e 31 pares de nervos raquidianos (partem da medula espinhal). De acordo com o sentido da transmissão do impulso nervoso, os nervos são classificados em sensitivos, motores e mistos. Sistema Nervoso Somático (SNS) ou Voluntário Esta parte controla as funções voluntárias, resultantes da contração dos músculos esqueléticos (a fala, os movimentos da língua, olhos, mãos, pernas, etc). O sistema nervoso somático tem por função reagir a estímulos provenientes do ambiente externo. Manual de Biologia. X – ANATOMIA E FISIOLOGIA HUMANAS | 167 Sistema Nervoso Autónomo (SNA) ou Involuntário O sistema nervoso autónomo controla as funções viscerais ou involuntárias (que dependam de sua vontade) do organismo. O sistema nervoso autónomo divide-se em sistema nervoso simpático e sistema nervoso parassimpático. De modo geral, esses dois sistemas têm funções contrárias (antagónicas). Um corrige os excessos do outro. Por exemplo, se o sistema simpático acelera demasiadamente as batidas do coração, o sistema parassimpático entra em ação, diminuindo o ritmo cardíaco. Se o sistema simpático acelera o trabalho do estômago e dos intestinos, o parassimpático entra em ação para diminuir as contrações desses órgãos. SISTEMA ENDÓCRINO Divisão Anatômica Do Sistema Endócrino O sistema endócrino é constituído por uma série de estruturas denominadas glândulas endócrinas. Estas estruturas produzem hormônios que são compostos orgânicos lançados no sangue, capazes de estimular ou inibir a atividade de determinados órgãos denominados órgãos-alvo. Cada órgão-alvo apresenta receptores químicos específicos para determinado hormônio. Juntamente com o sistema nervoso, o sistema endócrino é um sistemade integração, contribuindo para a manutenção da homeostase. As principais glândulas endócrinas humanas são: hipófise, tireóide, paratireóides, supra- renais, testículos e ovários. O pâncreas apresenta uma parte endócrina e uma parte exócrina, razão pela qual é considerado uma glândula anfícrina ou mista. Regulação Hormonal A regulação da produção e liberação de hormônios ocorre através de um mecanismo conhecido como feedback ou retroalimentação. Através desse mecanismo, o aumento ou diminuição de determinada função provoca uma alteração no organismo, desencadeando uma correção funcional e contribuindo, assim, para a manutenção da homeostase. Na regulação hormonal ocorre feedback negativo, ou seja, a alteração funcional ocorre em um sentido e a reação para a correção ocorre em sentido contrário. Observe um exemplo de feedback negativo: a hipófise produz o hormônio tireotrófico que estimula a produção do hormônio tiroxina pela tireóide. À medida que o nível de tiroxina aumenta no sangue, a hipófise vai sendo inibida e a produção do hormônio tireotrófico se reduz, fato que provoca a Manual de Biologia. X – ANATOMIA E FISIOLOGIA HUMANAS | 168 inibição da atividade da tireóide. À medida em que o nível de tiroxina diminui no sangue, a hipófise vai sendo estimulada e a produção do hormônio tireotrófico aumenta, provocando um estímulo à função tireoidiana. Qualquer variação de dosagem hormonal no sangue pode levar a alterações funcionais diversas denominadas disfunções. Estudo das Glândulas Endócrinas Figura 110: Glândulas humanas HIPÓFISE Também denominada pituitária, localiza-se na base do cérebro em uma cavidade do osso esfenóide denominada sela túrcica. A hipófise controla o funcionamento de outras glândulas e apresenta-se dividida em três partes: adeno-hipófise, parte intermediária e neuro-hipófise. Manual de Biologia. X – ANATOMIA E FISIOLOGIA HUMANAS | 169 Adeno-hipófise É o lobo anterior da hipófise capaz de produzir uma série de hormônios. A atividade secretora da adeno-hipófise é controlada por substâncias produzidas pelo hipotálamo denominadas hormônios liberadores. Os hormônios produzidos pela adeno-hipófise são: • Hormônio Somatotrófico (STH). Também denominado hormônio do crescimento, estimula o desenvolvimento do indivíduo. • Hormônio Tireotrófico (TSH). Controla o funcionamento da tireóide. • Hormônio Adrenocorticotrófico (ACTH). Controla o funcionamento do córtex (parte mais externa) das adrenais (supra-renais). • Hormônios Gonadotróficos. Controlam o funcionamento das gónadas (testículos e ovários). Os hormônios gonadotróficos são: hormônio folículo estimulante, hormônio luteinizante e hormônio luteotrófico. • Hormônio Folículo Estimulante (FSH). No homem, estimula a espermatogénese nos túbulos seminíferos, enquanto na mulher estimula o amadurecimento dos folículos ovarianos. • Hormônio Luteinizante (LH) - No homem, esse hormônio é também chamado hormônio estimulante das células intersticiais (ICSH), já que estimula estas células a produzir testosterona, o hormônio sexual masculino. Na mulher, o hormônio luteinizante é responsável pela ovulação e pela formação do corpo lúteo, estrutura que secreta altas taxas de progesterona e pequena quantidade de estrógeno. Progesterona e estrógeno são os hormônios sexuais femininos. • Hormônio Luteotrófico (LTH) - Também denominado prolactina ou hormônio lactogênico, estimula a manutenção do corpo lúteo durante as primeiras semanas de gravidez, além de estimular a produção de leite pelas glândulas mamárias. Neuro-hipófise É o lobo posterior da hipófise, que não produz hormônios. A neuro-hipófise armazena dois hormônios produzidos no hipotálamo, estrutura vizinha da hipófise. Os hormônios hipotalámicos armazenados na neuro-hipófise são: • Hormônio antidiurético (ADH): Também denominado vasopressina, atua nos túbulos renais estimulando a reabsorção de água para diminuição da perda da mesma pela urina (diurese) com objectivo de aumentar a quantidade de líquido no organismo e consequentemente a pressão arterial. • Ocitocina: Estimula as contrações da musculatura lisa do útero (miométrio) durante o parto, além de estimular a ejeção do leite durante a amamentação. Hipotálamo Adeno-hipófise Manual de Biologia. X – ANATOMIA E FISIOLOGIA HUMANAS | 170 TIREÓIDE Localiza-se na porção anterior do pescoço. Produz os seguintes hormônios: • Triiodotironina (T3) e Tetraiodotironina (T4 ou Tiroxina). São hormônios que estimulam o metabolismo geral do organismo. • Calcitonina. Estimula a retirada de íons cálcio (Ca++) do sangue e a sua deposição nos ossos e dentes. PARATIREÓIDES São dois pares de pequenas glândulas que se encontram aderidas à tireóide. As paratireóides não sofrem estimulação hipofisária e secretam o paratormônio, que tem ação oposta à da calcitonina aumentando a taxa de cálcio no sangue (calcemia), SUPRA-RENAIS Também denominadas adrenais, são duas glândulas localizadas sobre os rins. Cada supra- renal tem duas partes distintas: córtex e medula. O córtex é a porção mais externa da glândula capaz de produzir os hormônios corticóides. Os corticóides são de três tipos: glicocorticóides, mineralocorticóides e sexocorticóides. • Glicocorticóides - Apresentam ação anti-inflamatória e anti-histamínica (anti-alérgica), além de levar à síntese de glicose a partir de aminoácidos. Os principais glicocorticóides são a cortisona e a hidrocortisona (cortisol). • Mineralocorticóides - Estimulam a reabsorção ativa de sódio e a eliminação ativa de potássio pelos túbulos renais. O principal mineralocorticóide é a aldosterona, que atua no túbulo contorcido proximal e na porção ascendente da alça de Henle. • Sexocorticóides - Suplementam a ação dos hormônios sexuais produzidos pelos testículos e ovários. O principal sexocorticóide é a corticosterona, que apresenta efeito masculinizante no homem e na mulher. A medula é a porção mais interna da glândula capaz de produzir dois hormônios: adrenalina e noradrenalina que têm como uma das principais funções o aumento da função cardíaca preparando o organismo em casos de stress. PÂNCREAS (ENDÓCRINO) Dispersas na parte exócrina do pâncreas, observam-se pequenas ilhas de células que constituem a parte endócrina denominada “Ilhotas de Langerhans” Manual de Biologia. X – ANATOMIA E FISIOLOGIA HUMANAS | 171 As ilhotas de Langerhans produzem dois hormônios: insulina e glucagon. Esses hormônios controlam a taxa de glicose no sangue • Insulina: estimula a captação de glicose pelas células hepáticas e musculares e a polimerização de moléculas de glicose, formando glicogénio. Em outras palavras, a insulina diminui a taxa de glicose no sangue. • Glucagon: estimula a hidrólise do glicogénio hepático formando moléculas de glicose que são lançadas no sangue. Em outras palavras, o glucagon aumenta a taxa de glicose no sangue. TESTÍCULOS Localizados no interior da bolsa escrotal, apresentam as células de Leydig ou células intersticiais responsáveis pela produção de testosterona, o hormônio sexual masculino. O estímulo para a produção desse hormônio é dado pelo ICSH produzido pela adeno-hipófise. A testosterona é responsável pelo desenvolvimento das características sexuais secundárias do homem, como distribuição de pêlos no corpo, tipo de voz, desenvolvimento dos órgãos genitais, dentre outros. Além disso, a testosterona é responsável pelo aparecimento da libido e amadurecimento dos espermatozóides OVÁRIOS Localizados na parte inferior da cavidade abdominal, produzem estrógeno e progesterona, os hormônios sexuais femininos. O estrógeno ou estradiol é produzido pelo folículo ovariano e pelo corpo lúteo. Estimula a reconstituição do endométrio após a menstruação, estimula o alargamento dos quadris e o desenvolvimento da genitália externa feminina.Além disso, o estrógeno é responsável pelo aparecimento da libido. A progesterona é produzida pelo corpo lúteo e, em caso de gravidez, pela placenta. Prepara o organismo para a gravidez, aumentando a atividade secretora das glândulas mamárias e das células que revestem a parede uterina. Além disso, a progesterona apresenta ação anti-abortiva, já que inibe as contrações do miomério.