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BIOLOGIA I PRÉ-VESTIBULAR 43PROENEM.COM.BR 06 MODELOS CELULARES INTRODUÇÃO A vida pode ser analisada a partir de diferentes componentes que originam variados níveis de organização. No entanto, segundo a Teoria Celular formulada em 1839 – creditada a Matthias Schleiden e Theodor Schwann – a unidade básica para que exista vida é a célula. Ainda assim, analisando a diversidade de formas de vida que existem em nosso planeta, é possível inferir que as células que constituem estes organismos sejam distintas umas das outras. Desta forma, analisando suas estruturas e funcionalidades é possível classificar os organismos com base em dois modelos celulares simplificados: procarióticos e eucarióticos. CÉLULA PROCARIÓTICA Os organismos classificados como procariontes – aqueles formados por células procarióticas – incluem todas as diferentes espécies de bactérias do Reino Monera. Simplificadamente, podemos compreender que a característica básica destes organismos é a ausência de um núcleo organizado. Isto significa dizer, na verdade, que células procarióticas não possuem estruturas membranosas internas e, assim, apresentam seu material genético disperso no citoplasma que é, neste caso, seu único compartimento interno. Estes organismos ainda apresentam como estruturas obrigatórias uma membrana plasmática e ribossomos. Posteriormente estudaremos a função de cada uma destas unidades celulares e veremos, também, que é comum que bactérias apresentem parede celular e cápsula, além de pequenas moléculas de DNA circular que são conhecidas como plasmídeos. A figura a seguir representa um modelo de célula procariótica. Em uma classificação mais moderna onde os seres vivos são divididos em Domínios, os organismos procariontes incluiriam os Domínios Archaea e Eubacteria, excluindo os demais organismos que são, portanto, englobados pelo Domínio Eukarya. PROEXPLICA CÉLULA EUCARIÓTICA Se a ausência de um núcleo organizado caracteriza os procariontes, os eucariontes – organismos formados por células eucarióticas – são classificados com base na presença de um núcleo organizado, delimitado por um envoltório nuclear ou carioteca. Mais uma vez, como exposto anteriormente a respeito dos procariontes, pensar apenas na presença ou ausência de núcleo é uma simplificação do conceito. Células eucarióticas, na verdade, são células que apresentam estruturas membranosas internas (ex.: retículo endoplasmático e complexo de Golgi). A presença de um maior número de estruturas em células eucarióticas em relação às células procarióticas é um forte indício de que a evolução tenha se iniciado com organismos similares a bactérias. Dentre estes seres, formados por células pequenas e simples, alguns parecem ter sofrido modificações ao longo do tempo que provocaram o aumento de seu volume, o que levaria ao problema de apresentarem uma pequena razão superfície de contato/volume, dificultando a realização de trocas com o meio externo. A solução para este problema foi, aparentemente, o surgimento de invaginações a partir da membrana plasmática. Estas dobras de membrana que se formaram em direção ao interior da célula, em algum momento da história evolutiva, parecem ter se destacado, originado bolsas membranosas individuais em seus citoplasmas. É provável, então, que a partir destas bolsas membranosas tenham surgido quase todas as organelas membranosas citoplasmáticas. Estas organelas, como lisossomos, peroxissomos e retículo endoplasmático, nada mais são que compartimentos com funções individualizadas que, desta forma, aumentam a eficiência de uma célula com volume tão grande em relação aos seus ancestrais procariontes. Estas células grandes, ancestrais das células eucarióticas modernas, parecem ter sofrido um processo dicotômico no qual se originaram duas linhagens que, mais tarde, seriam conhecidas como células eucarióticas animais e células eucarióticas vegetais. Dentre as principais distinções entre estes modelos se encontram as organelas produtoras de energia: mitocôndrias e cloroplastos. O processo que originou estas linhagens parece ter seguido a seguinte cronologia: I. uma célula eucariótica ancestral com baixa capacidade de produção energética englobou uma célula procariótica com elevada capacidade de produção energética; II. a célula procariótica englobada, ao invés de ser digerida como fonte de nutrientes, foi mantida dentro de uma bolsa membranosa citoplasmática ou fagossomo; III. a célula procariótica, confinada, passou a produzir energia em excesso, sendo os excedentes utilizados pela célula eucariótica ancestral; IV. o nível de interdependência entre as células aumentou gradualmente, sendo a célula procariótica protegida em relação ao meio ambiente externo, e a célula eucariótica ancestral beneficiada pela maior produção de energia em comparação às demais células eucarióticas que não haviam passado por este processo. Esta sequência define o que ficou conhecido como origem por endossimbiose. As células procarióticas englobadas, mais tarde, vieram a dar origem a todas as mitocôndrias que existem. Foi a partir desta linhagem, ou seja, a partir de células eucarióticas ancestrais que já possuíam mitocôndrias produtoras de energia, que se desenvolveram os protozoários, fungos e animais. R ep ro du çã o pr oi bi da A rt. 1 84 d o C P. PRÉ-VESTIBULARPROENEM.COM.BR44 BIOLOGIA I 06 MODELOS CELULARES No entanto, em algum momento após o englobamento desta célula procariótica, uma linhagem de células eucarióticas ancestrais parece ter passado por um processo similar novamente. Desta vez, no entanto, a célula procariótica englobada apresentava a capacidade de realizar fotossíntese e, desta forma, produzir moléculas orgânicas como fonte de nutrição. Esta linhagem, além de apresentar elevada taxa de produção energética por causa das mitocôndrias, agora possuía estruturas que vieram a se transformar em cloroplastos. O esquema a seguir representa o processo que originou as células eucarióticas através da formação de organelas membranosas internas e que, posteriormente, possibilitou o surgimento de mitocôndrias e cloroplastos por endossimbiose. Dentre as evidências que apontam para a viabilidade da teoria de endossimbiose estão a presença, tanto em mitocôndrias quanto em cloroplastos de: (1) duas membranas, como células pequenas englobadas por células maiores; (2) DNA próprio similar ao de células procarióticas; (3) ribossomos próprios similares aos de células procarióticas e (4) capacidade de duplicação de forma independente da divisão celular. CÉLULAS EUCARIÓTICAS ANIMAIS As células que seguem um modelo eucariótico animal apresentam algumas particularidades em relação à maioria das células vegetais. Dentre essas distinções, células animais possuem organelas como centríolos, lisossomos e peroxissomos, enquanto apenas algumas linhagens com modelo vegetal as apresentam. Resumidamente, podemos entender os centríolos como estruturas proteicas responsáveis pela organização do citoesqueleto durante os processos de divisão celular e, também, na formação de estruturas de movimentação, como cílios e flagelos. Lisossomos e peroxissomos são bolsas membranosas, sendo a primeira voltada à digestão intracelular e a segunda orientada à degradação de peróxido de hidrogênio (H2O2), altamente deletério. Observe na imagem a seguir um esquema com diferentes organelas presentes em células eucarióticas animais. CÉLULAS EUCARIÓTICAS VEGETAIS Além da maioria das organelas presentes em células animais, o modelo de célula eucariótica vegetal apresenta três estruturas voltadas ao seu estilo de vida: cloroplastos, vacúolo de suco celular e parede celular. Estudaremos em outros módulos as funções de cada estrutura celular presente em células procarióticas e eucarióticas. Por enquanto, é sufi ciente compreender que os cloroplastos são voltados à realização de fotossíntese, enquanto o vacúolo de suco celular armazena substâncias potencialmentetóxicas, e a parede celular protege a célula vegetal. A fi gura a seguir esquematiza uma célula vegetal típica com destaque para algumas de suas estruturas intra e extracelulares. R ep ro du çã o pr oi bi da A rt. 1 84 d o C P. PRÉ-VESTIBULAR PROENEM.COM.BR 06 MODELOS CELULARES 45 BIOLOGIA I Analise a tabela onde estão listadas as diferenças básicas e generalizadas que existem entre células procarióticas e eucarióticas, além daquelas existentes entre células eucarióticas animais e vegetais. PROCARIÓTICA EUCARIÓTICA Membrana Plasmática Sim Sim Material Genético Sim Sim Núcleo Delimitado Não Sim Ribossomos Sim Sim Membranas Internas Não Sim ANIMAL VEGETAL Membrana Plasmática Sim Sim Parede Celular Não Sim Carioteca Sim Sim Ribossomos Sim Sim Mitocôndrias Sim Sim Plastos Não Sim Retículo Endoplasmático Sim Sim Complexo de Golgi Sim Sim Centríolos Sim Não Peroxissomos Sim Sim Glioxissomos Não Sim Vacúolo Central Não Sim Citoesqueleto Sim Sim PROTREINO EXERCÍCIOS 01. Diferencie célula procarionte de célula eucarionte. 02. Destaque a única organela encontrada nos procariontes. 03. Aponte as organelas que são exclusivas das células vegetais. 04. Defina o que afirma a teoria celular. 05. Explique a teoria da endossimbiose. PROPOSTOS EXERCÍCIOS 01. As células são as menores unidades vivas de um organismo e estão presentes em todos os seres, com exceção dos vírus. Elas podem ser classificadas em procarióticas e eucarióticas se levarmos em consideração a ausência ou presença: a) de parede celular. b) de organelas celulares. c) de carioteca. d) de membrana plasmática. e) de citoplasma. 02. Os organismos como os cajueiros, os gatos, as amebas e as bactérias possuem, em comum, as estruturas a) lisossomos e peroxissomos. b) retículo endoplasmático e complexo de Golgi. c) retículo endoplasmático e ribossomos. d) ribossomos e membrana plasmática. e) ribossomos e centríolos. 03. As células animais diferem das células vegetais porque estas contêm várias estruturas e organelas características. Na lista abaixo, é comum às células animais e vegetais o(a) a) vacúolo. b) parede celular. c) cloroplastos. d) membrana celular. e) centríolo. 04. A célula eucariótica é compartimentalizada, a procariótica não. Esta afirmação faz sentido quando comparamos os dois padrões de organização celular sob o seguinte aspecto: a) Dimensões celulares. A relação superfície/volume é maior na célula procariótica que na eucariótica. Assim, a célula procariótica apresenta-se com uma área superficial suficientemente grande para satisfazê-la em termos nutritivos. Ao mesmo tempo, o seu espaço interno é adequado à ocorrência das reações metabólicas num ambiente descompartimentalizado. b) Relação nucleoplasmática. A relação nucleoplasmática varia de 1/1 a 1/3 na célula eucariótica, mostrando-nos que, enquanto o núcleo varia de volume, o citoplasma permanece com volume constante. Portanto, a compartimentalização na célula eucariótica aumenta a superfície citoplasmática para fazer face ao aumento de volume do núcleo. c) Presença de estruturas membranosas. A presença de mesossomo e nucléolo nas células procarióticas dispensa a presença de outras organelas citoplasmáticas. d) Processo evolutivo. A compartimentalização das células eucarióticas é decorrência do processo evolutivo desenvolvido no sentido da diminuição das suas superfícies internas, já que as superfícies externas crescem mais que o volume da célula, na medida em que as dimensões celulares aumentam. e) Reações metabólicas. A existência de organoides citoplasmáticos voltados à produção de energia em células procarióticas elimina a necessidade de captura de nutrientes e reduz a possibilidade de apresentação fluida da membrana citoplasmática. 05. Técnicas de coloração são vastamente empregadas por profissionais da microbiologia para identificação e caracterização de bactérias. O método de coloração de Gram, por exemplo, funciona pela submissão dos microrganismos a uma bateria de reagentes que, interagindo com a parede celular em diferentes níveis, culminarão em células coradas em rosa ou roxo. Conhecendo este método, um aluno de graduação propôs em um trabalho que esfregaços de bochecha, obtidos a partir de voluntários humanos, fossem submetidos a estes reagentes para que suas células pudessem ser visualizadas ao microscópio óptico. Pode-se inferir que a metodologia é adequada a bactérias e não às amostras em questão, uma vez que a) eucariontes não apresentam parede celular capaz de interagir com os reagentes escolhidos. b) eucariontes animais possuem parede celular de composição distinta daquela presente em procariontes. c) eucariontes apresentam parede celular em posição interna à membrana plasmática. d) a parede celular de células humanas é permeável a qualquer reagente colorimétrico. e) diferentes amostras poderiam apresentam diferentes espessuras de parede celular, reduzindo a eficiência do teste. R ep ro du çã o pr oi bi da A rt. 1 84 d o C P. PRÉ-VESTIBULARPROENEM.COM.BR46 BIOLOGIA I 06 MODELOS CELULARES 06.Analise a fi gura e assinale a alternativa que indica o que é representado nela. a) O surgimento das células procariotas. b) A teoria celular. c) A teoria da endossimbiose. d) A teoria da abiogênese. e) A origem da vida. 07.Analise a tabela abaixo: Componente de célula Grupos de seres vivos 1 2 3 4 5 Parede celular x x * - * Membrana plasmática x x x x x DNA x x x x x Ribossomo x x x x x Retículo endoplasmático x x - x x Complexo de Golgi x x - x x Lisossomo x * - x x Centríolo * x * x x Mitocôndria x x - x x Cloroplasto x - - - * (x) presença; (-) ausência; (*) existe nas células de, pelo menos, alguns representantes do grupo. Analisando a tabela acima podemos considerar que os organismos do grupo a) 1 tem célula procariótica, podendo o número indicar o grupo dos Protistas. b) 4 tem célula eucariótica, podendo o número indicar o grupo dos Fungos. c) 3 tem célula procariótica, podendo o número indicar o grupo das Arqueas. d) 2 tem célula eucariótica, podendo o número indicar o grupo das Plantas. e) 5 tem célula eucariótica, podendo o número indicar o grupo dos Animais. 08. Companheira viajante Suavemente revelada? Bem no interior de nossas células, uma clandestina e estranha alma existe. Silenciosamente, ela trama e aparece cumprindo seus afazeres domésticos cotidianos, descobrindo seu nicho especial em nossa fogosa cozinha metabólica, mantendo entropia em apuros, em ciclos variáveis noturnos e diurnos. Contudo, raramente ela nos acende, apesar de sua fornalha consumi-la. Sua origem? Microbiana, supomos. Julga-se adaptada às células eucariontes, considerando-se como escrava – uma serva a serviço de nossa verdadeira evolução. McMURRAY, W. C. The traveler. Trends in Biochemical Sciences, 1994 (adaptado). A organela celular descrita de forma poética no texto é o(a) a) centríolo. b) lisossomo. c) mitocôndria. d) complexo golgiense. e) retículo endoplasmático liso. 09. As células procariontes são reconhecidas como aquelas que não possuem material genético delimitado por um envoltório nuclear. Sobre os procariontes, é possível afi rmar que contêm apenas a) complexo golgiense e ribossomos. b) ribossomos e parede celular. c) retículo endoplasmático e parede celular. d) mitocôndria e plasmídeos. 10. Os primeiros organismos a habitar a Terra foram os procariontes, que viveram há 3,5 bilhões de anos. Durante toda sua longa história evolutiva, as populações procarióticas foram (e continuam a ser) sujeitas à seleção natural em todos os tipos de ambientes, resultando em sua enorme diversidade atual. A partir dos conhecimentos a respeito do reino que possui organismos com essa organização procariótica, é possível afi rmar que a) seus representantes vivem exclusivamente isolados em meios específi cos. b) ele é dotado de uma grande diversidade metabólica e seus representantes são unicelulares. c) seu representantespossuem DNA circular, ribossomos 80S e parede celular. d) os organismos autótrofos desse reino são exclusivamente fotossintéticos. e) a expressão do potencial biótico dos seus representantes não possui fatores limitantes. 11. (Unesp 1992) Os procariontes diferenciam-se dos eucariontes porque os primeiros, entre outras características: a) não possuem material genético. b) possuem material genético como os eucariontes, mas são anucleados. c) possuem núcleo, mas o material genético encontra-se disperso no citoplasma. d) possuem material genético disperso no núcleo, mas não em estruturas organizadas denominadas cromossomos. e) possuem núcleo e material genético organizado nos cromossomos. 12. (Ufmg 1995) Entre os vários grupos de microrganismos existe um que é representado por seres unicelulares procariontes que podem ser utilizados na produção industrial de insulina humana. Esse grupo é constituído por a) bactérias. b) bacteriófagos. c) fungos. d) protozoários. e) vírus. R ep ro du çã o pr oi bi da A rt. 1 84 d o C P. PRÉ-VESTIBULAR PROENEM.COM.BR 06 MODELOS CELULARES 47 BIOLOGIA I 13. (FGV 1996) Todos os seres vivos (exceto os vírus) são formados por células. De acordo com o tipo estrutural de células que os compõem, os organismos podem ser classificados em eucariontes ou procariontes. Assinale a alternativa correta. a) Os protozoários e as bactérias possuem células eucarióticas. b) Os fungos (bolores e leveduras) possuem células eucarióticas. c) Os fungos e as bactérias possuem células procarióticas. d) As bactérias e as algas possuem células eucarióticas. e) As bactérias e os protozoários possuem células procarióticas. 14. (UEL 1996) Observe o esquema a seguir. Ele representa a) uma bactéria. b) um protozoário. c) um fungo. d) uma célula animal. e) uma célula vegetal. 15. (UFPE 2000) Associe os seres vivos relacionados na coluna 1 com suas respectivas características na coluna 2: COLUNA I COLUNA II 1. Vegetal 2. Animal 3. Protista 4. Fungo 5. Bactéria ( ) pluricelular eucarionte e heterótrofo ( ) unicelular, procarionte, autótrofo por quimiossíntese e/ou fotossíntese ( ) pluricelular, eucarionte e autótrofo por fotossíntese ( ) unicelular ou pluricelular, eucarionte, heterótrofo, com nutrição por absorção ( ) unicelular, eucarionte, heterótrofo, com nutrição por digestão A sequência correta é. a) 2, 5, 1, 4 e 3 b) 2, 3, 1, 5 e 4 c) 4, 3, 2, 1 e 5 d) 4, 5, 1, 2 e 3 e) 2, 3, 1, 4 e 5 16. Relacione os exemplos de seres vivos da primeira coluna com o grau de complexidade de sua estrutura celular da segunda coluna. COLUNA I COLUNA II 1. ( ) bactérias 2. ( ) vírus 3. ( ) fermentos biológicos 4. ( ) mamíferos 5. ( ) aves A. acelular B. procarionte C. eucarionte A alternativa contendo a associação correta está em: a) 1B, 2B, 3A, 4A, 5C. b) 1C, 2C, 3B, 4A, 5C. c) 1A, 2A, 3A, 4C, 5B. d) 1A, 2B, 3C, 4B, 5B. e) 1B, 2A, 3C, 4C, 5C. 17. Tanto o ser humano quanto uma árvore possuem células. Estas células (animais e vegetais) são um pouco diferentes umas das outras. Entre os seres vivos ditos eucarióticos e os seres vivos ditos procarióticos podemos observar uma importante diferenciação a nível celular. A diferenciação a que se refere o enunciado acima, nas células eucarióticas, ocorre pela presença de a) desmossomos. b) retículo endoplasmático. c) carioteca. d) citoplasma. 18. Protistas e bactérias são seres vivos que podem ser classificados em diferentes domínios, pois: a) protistas se alimentam de bactérias. b) bactérias não são constituídas de células. c) protistas têm um núcleo envolto por membranas, do qual as células bacterianas carecem. d) bactérias decompõem protistas. e) protistas são fotossintéticos. 19. O planeta Terra surgiu há aproximadamente 4,5 bilhões de anos. A vida, há aproximadamente 3,5 bilhões de anos. Posteriormente ao surgimento da vida, ao longo de 1,5 bilhão de anos, o planeta foi provavelmente ocupado por seres unicelulares procariontes. Assinale a alternativa que apresenta organismos unicelulares e procariontes. a) Fungos. b) Esponjas. c) Musgos. d) Bactérias. e) Medusas. 20. As figuras I e II representam, respectivamente, a) célula eucarionte e célula procarionte. b) célula vegetal e célula animal. c) célula animal e célula vegetal. d) célula procarionte e célula eucarionte. e) célula eucarionte e célula vegetal. R ep ro du çã o pr oi bi da A rt. 1 84 d o C P. PRÉ-VESTIBULARPROENEM.COM.BR48 BIOLOGIA I 06 MODELOS CELULARES 05. APROFUNDAMENTO EXERCÍCIOS DE 01. (UNICAMP 2013) Os fungos são organismos eucarióticos heterotróficos unicelulares ou multicelulares. Os fungos multicelulares têm os núcleos dispersos em hifas, que podem ser contínuas ou septadas, e que, em conjunto, formam o micélio. Mencione uma característica que diferencie a célula de um fungo de uma célula animal, e outra que diferencie a célula de um fungo de uma célula vegetal. 02. (UFJF 2012) Em 2010 e início de 2011, a imprensa noticiou a existência de uma superbactéria, a Klebsiella pneumoniae carbapenemase (KPC), como responsável pela morte de várias pessoas. A KPC está restrita a ambientes hospitalares e os pacientes imunologicamente debilitados são os mais suscetíveis a ela. Nos últimos anos, algumas bactérias têm se revelado resistentes à maioria de antibióticos, como a KPC, com capacidade de transmitir a resistência aos seus descendentes, além de enviarem através de seu material genético essa informação para bactérias vizinhas, as quais “aprendem” a se defender dos ataques dos antibióticos. Com relação às bactérias: a) Em qual dos reinos, segundo Whittaker ou Margulis e Schwartz, as bactérias se encontram? b) Qual das figuras abaixo (A e B) corresponde a uma célula de bactéria? Cite DUAS características morfológicas que definam esse tipo de célula. 03. (UFF 2007) Biodiversidade é o conjunto de diferentes formas de vida no planeta. De todos os seres vivos que constituem atualmente a biosfera, já foram identificadas cerca de 1.413.000 espécies. Essas incluem: 1.032.000 espécies de animais, 248.500 espécies de plantas, 69.000 de fungos e 26.000 de algas. Apesar desses números serem bastante elevados, supõe-se que o número real de espécies seja ainda muito maior (30 a 150 milhões), pois, grande parte da biodiversidade ainda não é conhecida. (adaptado de http://www.naturlink.pt/canais/Artigo.asp?iArtigo=4521&iLingua=1) As figuras a seguir representam três tipos de células de organismos de diferentes reinos. a) Identifique os reinos de cada célula representada. b) Cite uma estrutura exclusiva de cada célula representada na figura. c) Dê a principal função de cada uma das estruturas citadas no item anterior. 04. (UERJ 2017) Segundo estudos, a evolução de todos os eucariotos é o resultado da incorporação, em um passado remoto, de bactérias aeróbias de vida livre no interior de uma célula, em uma associação vantajosa para ambas. Essas bactérias originaram organelas celulares denominadas mitocôndrias. Nomeie a teoria evolutiva que explica a formação da célula eucariótica por esse processo. Nomeie, também, a relação ecológica estabelecida entre as bactérias e a célula e explique de que maneira cada uma se beneficiou dessa associação. 05. (USCS - Medicina 2016) As células eucarióticas atuais têm organelas nas quais ocorrem as etapas fundamentais dos processos de obtenção e de transformação de energia. Os cientistas acreditam que essas organelas descendem de bactérias primitivas que, em um passado distante, associaram-se às primitivas células eucarióticas. (José Mariano Amabis e Gilberto Rodrigues Martho. Biologia das células, 2004. Adaptado.) a) Cite o nome das duas organelas a que o texto se refere. b) Apresente duas características dessas organelas que reforçam a ideia de que descendem de bactérias que, no passado,tinham vida livre. GABARITO EXERCÍCIOS PROPOSTOS 01. C 02. D 03. D 04. A 05. A 06. C 07. C 08. C 09. B 10. B 11. B 12. A 13. B 14. A 15. A 16. E 17. C 18. C 19. D 20. A EXERCÍCIOS DE APROFUNDAMENTO 01. B 02. E 03. A 04. B 05. C ANOTAÇÕES R ep ro du çã o pr oi bi da A rt. 1 84 d o C P.
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