Introdução às Células pdf

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<p>Introdução ao Estudo</p><p>das Células</p><p>Instituto Federal do Norte de Minas Gerais</p><p>Disciplina: Biologia Celular</p><p>Docente: Nathanna Figueiredo</p><p>Salinas, Minas Gerais</p><p>Maio de 2023</p><p>1</p><p>Introdução às Células</p><p>Todas as coisas vivas são feitas de células: pequenas unidades limitadas por</p><p>membranas preenchidas com solução aquosa concentrada de compostos e capazes</p><p>de criar cópias delas mesmas pelo seu crescimento e divisão em duas;</p><p>As formas mais simples de vida células solitárias;</p><p>Organismos superiores são comunidades de células  crescimento e da divisão a</p><p>partir de uma única célula fundadora;</p><p>Cada animal, planta ou fungo é uma colônia de células individuais que realizam</p><p>funções especializadas coordenadas por sistemas de comunicação.</p><p>2</p><p>Unidade e Diversidade das Células</p><p>As células variam muito em aparência e função;</p><p>Tamanho: uma célula bacteriana tem poucos micrômetros (µm);</p><p>um ovo de sapo possui um diâmetro de cerca de 1 mm;</p><p>As células também são diversas funções:</p><p>Uma célula nervosa típica é enormemente estendida: ela envia seus</p><p>sinais elétricos ao longo de uma protrusão fina que possui o</p><p>comprimento 10.000 vezes maior do que a espessura;</p><p>Um Paramecium tem a forma de um submarino e está coberto por</p><p>milhares de cílios.</p><p>3</p><p>Unidade e Diversidade das Células</p><p>4</p><p>Unidade e Diversidade das Células</p><p>Algumas células estão cobertas apenas por uma fina membrana;</p><p>Outras  uma camada externa de muco; parede celular rígida, ou estão</p><p>envolvidas em um material duro, mineralizado, como aquele encontrado</p><p>nos ossos;</p><p>As células também são muito diversas nas suas necessidades químicas e</p><p>atividades:</p><p>Algumas requerem oxigênio para viver; para outras, o oxigênio é letal.</p><p>Algumas modificações especializam as células, tanto que elas perdem as</p><p>suas chances de deixar qualquer descendente  Em um organismo</p><p>multicelular, entretanto, existe uma divisão de trabalho. 5</p><p>Fonte: Electron Microscopy Facility at The National Cancer</p><p>Institute at Frederick (NCI-Frederick)</p><p>Todas as células vivas têm uma química básica similar</p><p>• A células se parecem umas com as outras em</p><p>detalhes na sua química, compartilhando a mesma</p><p>maquinaria para as funções mais básicas;</p><p>• Todas são compostas pelos mesmos tipos de</p><p>moléculas que participam nos mesmos tipos de</p><p>reações químicas;</p><p>6</p><p>Todas as células vivas têm uma química básica similar</p><p>• Moléculas proteicas dominam o comportamento da célula,</p><p>servindo como suportes estruturais, catalisadores químicos,</p><p>motores moleculares, etc;</p><p>• Cada ser vivo utiliza o mesmo grupo de 20 aminoácidos para</p><p>sintetizar suas proteínas;</p><p>• Mesma maquinaria bioquímica básica serviu para gerar toda</p><p>uma gama de seres vivos.</p><p>7</p><p>Todas as células atuais evoluíram a partir de um</p><p>mesmo ancestral</p><p>• As informações são ocasionalmente corrompidas por mutações que</p><p>alteram o DNA;</p><p>• As mutações podem criar descendentes que são alterados para pior,</p><p>alterados para melhor, ou alterados de forma neutra;</p><p>• O padrão dos descendentes pode ser complicado pela reprodução</p><p>sexual, na qual duas células da mesma espécie fusionam, unindo o</p><p>seu DNA.</p><p>8</p><p>Todas as células atuais evoluíram a partir de um mesmo</p><p>ancestral</p><p>• Esses princípios simples de alteração e seleção genética, aplicados repetidamente durante</p><p>bilhões de gerações de células, são a base da evolução;</p><p>• Evolução: o processo pelo qual as espécies vivas se modificam gradualmente e</p><p>se adaptam ao seu meio de maneiras cada vez mais sofisticadas;</p><p>• Todas as células herdaram suas informações genéticas mesmo ancestral comum;</p><p>• Estima-se que essa célula ancestral existiu entre 3,5 bilhões e 3,8 bilhões de anos atrás, e</p><p> um protótipo da maquinaria universal de toda a vida atual na Terra.</p><p>9</p><p>Os genes fornecem as instruções para a forma, a função e o</p><p>comportamento complexo das células</p><p>• O genoma  um programa genético que instrui a célula sobre seu</p><p>funcionamento e, as células vegetais e animais, sobre seu crescimento</p><p>para formar um organismo com centenas de diferentes tipos de</p><p>células;</p><p>• Características variadas  células individuais utilizam suas</p><p>informações genéticas;</p><p>• Diferentes células expressam diferentes genes  estímulos que elas e</p><p>suas células ancestrais receberam do seu ambiente.</p><p>10</p><p>Células Sob o Microscópio</p><p>• Células não foram visíveis até o século XVII, quando o microscópio foi</p><p>inventado;</p><p>• Os microscópios ópticos utilizam luz visível para iluminar os espécimes e são</p><p>peças vitais de equipamentos em um laboratório de biologia celular;</p><p>• Embora agora incorporem muitas melhorias, as propriedades da própria luz</p><p>colocam um limite para a nitidez de detalhes que eles podem revelar;</p><p>• Os microscópios eletrônicos (1930)  utilização de feixes de elétrons como</p><p>fonte de iluminação, aumentando grandemente a capacidade para detalhes</p><p>das células e até mesmo moléculas grandes.</p><p>11</p><p>A invenção do microscópio óptico levou à descoberta</p><p>das células</p><p>• Robert Hooke examinou um pedaço de rolha e, em 1665</p><p>minúsculas câmaras, que ele chamou de “células”;</p><p>• As estruturas que Hooke descreveu eram apenas as</p><p>paredes celulares que permaneceram depois que as</p><p>células vegetais vivas dentro delas morreram;</p><p>• Mais tarde, Hooke e seu contemporâneo holandês</p><p>Antoni van Leeuwenhoek visualizaram células vivas </p><p>organismos microscópicos móveis.</p><p>12</p><p>Microscópio utilizado por</p><p>Robert Hooke (A) na</p><p>observação de um corte de</p><p>cortiça (B).</p><p>A invenção do microscópio óptico levou à descoberta</p><p>das células</p><p>• 1838 e 1839, Matthias Schleiden e</p><p>Theodor Schwann, respectivamente</p><p> investigação sistemática de tecidos</p><p>vegetais e animais com o microscópio</p><p>óptico  células eram os blocos de</p><p>construção de todos os tecidos vivos;</p><p>• Conduziram à compreensão de que</p><p>todas as células vivas eram formadas</p><p>pela divisão de células existentes –</p><p>teoria da célula.</p><p>13</p><p>Células, organelas e até mesmo moléculas podem ser</p><p>visualizadas sob o microscópio</p><p>• O tecido está dividido em milhares de pequenas células;</p><p>• Essas poderão estar emaranhadas umas às outras ou</p><p>separadas por uma matriz extracelular (material denso</p><p>constituído de proteínas e polissacarídeos);</p><p>• Cada célula tem normalmente cerca de 5-20 µm de diâmetro;</p><p>14</p><p>Células, organelas e até mesmo moléculas podem ser</p><p>visualizadas sob o microscópio</p><p>• Visualizar a estrutura interna de uma célula é difícil, porque as partes são</p><p>pequenas e também porque elas são transparentes;</p><p>• Uma abordagem é corar as células com agentes que coram determinados</p><p>componentes de formas diferentes;</p><p>• Os componentes celulares diferem levemente um do outro no índice de refração</p><p> as pequenas diferenças no índice de refração podem tornar-se visíveis por</p><p>técnicas ópticas especializadas, e as imagens resultantes podem ser melhoradas</p><p>posteriormente por processamento eletrônico</p><p>15</p><p>Células, organelas e até mesmo moléculas podem ser</p><p>visualizadas sob o microscópio</p><p>16</p><p>Células, organelas e até mesmo moléculas podem ser</p><p>visualizadas sob o microscópio</p><p>17</p><p>Células, organelas e até mesmo moléculas podem ser</p><p>visualizadas sob o microscópio</p><p>• Amostras de células para o microscópio eletrônico  preparação</p><p>trabalhosa;</p><p>• Até mesmo para a microscopia óptica, normalmente um tecido deve ser</p><p>fixado (preservado por imersão em uma solução química reativa) e então</p><p>embutido em uma cera sólida ou resina, cortado ou seccionado em finas</p><p>fatias e corado antes de ser visualizado;</p><p>• Para a microscopia eletrônica, procedimentos similares são necessários, mas</p><p>os cortes devem ser bem mais finos, e não existe a possibilidade de se</p><p>visualizar células vivas úmidas.</p><p>18</p><p>Células, organelas e até mesmo moléculas podem ser</p><p>visualizadas sob o microscópio</p><p>19</p><p>20</p><p>A Célula Procariótica</p><p>• Os organismos cujas células têm um núcleo  eucariotos (a partir das palavras</p><p>gregas eu, significando “verdadeiro” ou “real”, e karyon, uma “parte central” ou</p><p>“núcleo”);</p><p>• Os organismos cujas células não têm um núcleo  procariotos (a partir de pro,</p><p>significando “antes”);</p><p>21</p><p>Os procariotos são as células mais diversas</p><p>• Exploram uma enorme amplitude de hábitats, a partir de poças quentes de lama</p><p>vulcânica</p><p>até o interior de outras células vivas;</p><p>• Algumas são aeróbias, utilizando oxigênio para oxidar moléculas de alimento;</p><p>• Outras são estritamente anaeróbias e morrem à mínima exposição ao oxigênio;</p><p>• Praticamente qualquer material orgânico, pode ser utilizado como alimento por</p><p>um tipo de bactéria ou outro;</p><p>• Alguns podem viver inteiramente substâncias inorgânicas.</p><p>22</p><p>O mundo dos procariotos é dividido em dois domínios:</p><p>Bacteria e Archaea</p><p>• Estudos moleculares revelaram  dois domínios distintos, chamados de</p><p>Bacteria (ou as vezes eubactérias) e Archaea;</p><p>• A maioria dos procariotos são Bacteria;</p><p>• As Archaea também  em meios hostis para a maioria das outras células:</p><p>• água salgada concentrada;</p><p>• fontes ácidas quentes de origem vulcânica;</p><p>• sedimentos marinhos das profundezas com pouco ar;</p><p>• na borra resultante do tratamento de esgotos;</p><p>• em poças abaixo de superfícies congeladas da Antártica;</p><p>• no meio ácido livre de oxigênio do estômago de uma vaca, onde elas quebram a celulose</p><p>e geram gás metano.</p><p>23</p><p>A Célula Eucariótica</p><p>• São maiores e mais elaboradas do que as Bacteria e</p><p>Archaea;</p><p>• Independentes, como organismos unicelulares, como</p><p>as amebas e as leveduras;</p><p>• Outras vivem em agrupamentos multicelulares;</p><p>• Todos os organismos multicelulares são formados a</p><p>partir de células eucarióticas.</p><p>24</p><p>A Célula Eucariótica</p><p>• Por definição, todas as células eucarióticas possuem um núcleo;</p><p>• Também uma variedade de outras organelas, estruturas subcelulares</p><p>que realizam funções especializadas.</p><p>25</p><p>As células eucarióticas podem ter-se originado como</p><p>predadoras</p><p>• As células eucarióticas são 10 vezes o comprimento</p><p>e 1.000 vezes o volume das procarióticas;</p><p>• Possuem características – um citoesqueleto,</p><p>mitocôndrias e outras organelas – que as separam</p><p>das Bacteria e Archaea;</p><p>• Quando e como os eucariotos desenvolveram esses</p><p>sistemas permanece um mistério;</p><p>• Teoria  a célula eucariótica ancestral era um</p><p>predador que se alimentava pela captura de outras</p><p>células.</p><p>26</p><p>As células eucarióticas podem ter-se originado como</p><p>predadoras</p><p>• Esse eucarioto primitivo, com núcleo e citoesqueleto,</p><p>era provavelmente o tipo de célula que englobava as</p><p>bactérias de vida livre que consumiam oxigênio e que</p><p>eram as ancestrais das mitocôndrias;</p><p>• Supõe-se que essa parceria tenha se estabelecido há</p><p>1,5 bilhão de anos, quando a atmosfera da Terra se</p><p>tornou rica em oxigênio pela primeira vez;</p><p>• Um subgrupo dessas células mais tarde adquiriu</p><p>cloroplastos pelo englobamento de bactérias</p><p>fotossintéticas;</p><p>• O comportamento de protozoários sustenta que os</p><p>eucariotos unicelulares podem atacar e devorar outras</p><p>células. 27</p><p>As células eucarióticas podem ter-se originado como</p><p>predadoras</p><p>28</p><p>As células eucarióticas podem ter-se originado como</p><p>predadoras</p><p>Origem das Mitocôndrias Origem dos Cloroplastos</p><p>29</p><p>A comparação de sequências do genoma revelou a herança</p><p>comum da vida</p><p>• O sequenciamento de DNA  detecção de semelhanças entre as famílias de</p><p>genes: se dois genes de organismos diferentes têm sequências de DNA bastante</p><p>semelhantes, é muito provável que ambos os genes sejam descendentes de um</p><p>gene ancestral comum;</p><p>• Os genes (e produtos de genes) relacionados  homólogos;</p><p>• Dadas as sequências genômicas completas de organismos representantes dos</p><p>domínios Archaea, Bacteria e Eukarya, pode-se procurar por homologias  avaliar</p><p>a herança comum de todos os seres vivos e traçar de volta as origens da vida até</p><p>as primeiras células ancestrais.</p><p>30</p><p>A comparação de sequências do genoma revelou a</p><p>herança comum da vida</p><p>• Uma comparação dos genomas completos de cinco Bacteria, uma Archaea e um</p><p>Eukarya (uma levedura)  grupo central de 239 famílias de genes que codificam</p><p>para proteínas com representantes em todos os três domínios;</p><p>• Maior número de famílias de genes compartilhados  envolvido no metabolismo</p><p>e no transporte de aminoácidos e na produção e função dos ribossomos;</p><p>• Dessa forma, o número mínimo de genes 200-300 genes;</p><p>• Procariotos tipicamente têm genomas que contêm no mínimo 1 milhão de pares</p><p>de nucleotídeos e codificam de 1.000 a 8.000 genes.</p><p>31</p><p>A comparação de sequências do genoma revelou a</p><p>herança comum da vida</p><p>32</p><p>• Os genomas compactos de bactérias típicas são pequenos  genomas de</p><p>eucariotos típicos;</p><p>• O genoma humano  cerca de 700x mais DNA do que o genoma de E. coli, e o</p><p>genoma de uma samambaia 100x mais do que o de um humano;</p><p>• Temos apenas cerca de 7x o número de genes de E. coli;</p><p>• O número de proteínas diferentes em um humano não é muitas vezes maior do que</p><p>em uma bactéria.</p><p>A comparação de sequências do genoma revelou a</p><p>herança comum da vida</p><p>• O restante do DNA humano que não codifica para proteína ou para moléculas de</p><p>RNA funcionais  sequências envolvidas na expressão dos genes e de sequências</p><p>que parecem ser “lixo”;</p><p>• Grande quantidade de DNA regulador permite a enorme complexidade na</p><p>maneira em que diferentes genes em um organismo eucarioto multicelular são</p><p>induzidos a agir em diferentes momentos e locais.</p><p>33</p><p>Introdução às Células</p><p>Instituto Federal do Norte de Minas Gerais</p><p>Disciplina: Biologia Celular</p><p>Docente: Nathanna Figueiredo</p><p>Salinas, Minas Gerais</p><p>Maio de 2023</p><p>34</p><p>O núcleo é o depósito de informações da célula</p><p>• O núcleo é normalmente a</p><p>organela mais proeminente</p><p>em uma célula eucariótica;</p><p>• Está envolvido por duas</p><p>membranas que formam o</p><p>envelope nuclear e contém</p><p>moléculas de DNA;</p><p>35</p><p>O núcleo é o depósito de informações da célula</p><p>• Moléculas de DNA se tornam visíveis na forma de cromossomos individuais;</p><p>• Se tornam mais compactos à medida que a célula se prepara para dividir-se em</p><p>duas células-filhas .</p><p>36</p><p>As mitocôndrias geram energia útil a partir de nutrientes para</p><p>energizar a célula</p><p>• As mitocôndrias estão presentes em todas as células</p><p>eucarióticas;</p><p>• Estão entre as organelas mais evidentes no citoplasma;</p><p>• Cada mitocôndria parece ter a forma de uma salsicha</p><p>ou de um verme, de um a vários micrômetros de</p><p>comprimento;</p><p>37</p><p>As mitocôndrias geram energia útil a partir de nutrientes</p><p>para energizar a célula</p><p>• Está envolvida em duas membranas separadas;</p><p>• A membrana interna é formada por dobras que se projetam para o</p><p>interior da mitocôndria;</p><p>• São geradoras de energia química para a célula;</p><p>• Aproveitam a energia a partir da oxidação de moléculas de alimento,</p><p>como os açúcares, para produzir trifosfato de adenosina, ou ATP.</p><p>38</p><p>As mitocôndrias geram energia útil a partir de</p><p>nutrientes para energizar a célula</p><p>39</p><p>Os cloroplastos capturam energia a partir da luz solar</p><p>• São grandes organelas verdes</p><p>encontradas apenas nas células</p><p>de vegetais e algas;</p><p>• Têm uma estrutura ainda mais</p><p>complexa do que a das</p><p>mitocôndrias: além das duas</p><p>membranas, possuem pilhas</p><p>internas de membranas</p><p>contendo o pigmento verde</p><p>clorofila;</p><p>40</p><p>Os cloroplastos capturam energia a partir da luz solar</p><p>• As plantas podem obter a sua energia diretamente a partir da luz solar;</p><p>• Cloroplastos são as organelas que as permitem fazer isso;</p><p>• A partir do ponto de vista da vida na Terra, os cloroplastos realizam uma tarefa até</p><p>mesmo mais essencial do que as mitocôndrias: fotossíntese;</p><p>• Capturam a energia da luz solar em moléculas de clorofila e utilizam essa energia para</p><p>conduzir a fabricação de moléculas de açúcar ricas em energia.</p><p>41</p><p>Os cloroplastos capturam energia a partir da luz solar</p><p>• Contêm o seu próprio DNA;</p><p>• Reproduzem-se dividindo-se em dois;</p><p>• Supõe-se que se tenham desenvolvido a partir de bactérias fotossintéticas que</p><p>foram englobadas por células eucarióticas primitivas.</p><p>42</p><p>Membranas internas criam compartimentos intracelulares com</p><p>diferentes funções</p><p>• O citoplasma contém outras organelas;</p><p>• A maioria está envolvida com a capacidade das células de importar matéria-prima</p><p>e exportar substâncias manufaturadas e produtos inúteis;</p><p>• Algumas dessas organelas estão muito aumentadas nas células que são</p><p>especializadas pela secreção de proteínas;</p><p>• Outras são particularmente numerosas em células especializadas na digestão de</p><p>corpos</p><p>estranhos.</p><p>43</p><p>Membranas internas criam compartimentos intracelulares com</p><p>diferentes funções</p><p>• O retículo endoplasmático (RE) é o</p><p>local no qual a maioria dos</p><p>componentes da membrana celular,</p><p>assim como materiais destinados à</p><p>exportação a partir da célula, é</p><p>sintetizada;</p><p>• Aparelho de Golgi pilhas de sacos</p><p>achatados envolvidos por</p><p>membranas, que recebe e com</p><p>frequência modifica quimicamente</p><p>as moléculas sintetizadas no RE e as</p><p>direcionam.</p><p>44</p><p>Membranas internas criam compartimentos</p><p>intracelulares com diferentes funções</p><p>• Os lisossomos são organelas pequenas de</p><p>forma irregular nas quais ocorre a</p><p>digestão intracelular;</p><p>• Os peroxissomos são pequenas vesículas</p><p>envolvidas por membranas que fornecem</p><p>um meio abrangente de reações nas</p><p>quais o peróxido de hidrogênio, um</p><p>composto perigosamente reativo, é</p><p>gerado e degradado.</p><p>45</p><p>Membranas internas criam compartimentos</p><p>intracelulares com diferentes funções</p><p>• Uma troca contínua de materiais ocorre entre o</p><p>RE, o aparelho de Golgi, os lisossomos e o</p><p>exterior da célula;</p><p>• A troca é mediada por pequenas vesículas</p><p>envolvidas por membrana que brotam a partir da</p><p>membrana de uma organela e se fusionam com</p><p>outra.</p><p>46</p><p>O citosol é um gel aquoso concentrado, formado de moléculas</p><p>grandes e pequenas</p><p>• Citosol: parte do citoplasma que não é</p><p>dividida por membranas intracelulares;</p><p>• Contém um grande número de moléculas</p><p>grandes e pequenas, amontoadas  gel à</p><p>base de água do que como uma solução</p><p>líquida;</p><p>• Local de várias reações químicas</p><p>fundamentais para a célula.</p><p>47</p><p>O citosol é um gel aquoso concentrado, formado</p><p>de moléculas grandes e pequenas</p><p>• As primeiras etapas na quebra de moléculas nutrientes;</p><p>• Síntese de proteínas;</p><p>• Ribossomos.</p><p>48</p><p>O citoesqueleto é responsável pelos movimentos celulares</p><p>direcionados</p><p>• Nas células eucarióticas o citosol é cruzado por filamentos</p><p>longos e finos de proteínas citoesqueleto;</p><p>• Os filamentos mais finos são os filamentos de actina, que</p><p>ocorrem especialmente em grande número dentro das</p><p>células musculares;</p><p>• Os filamentos mais grossos  microtúbulos, se</p><p>reorganizam nas células em divisão, ajudando a puxar os</p><p>cromossomos duplicados em direções opostas e</p><p>distribuindo-os igualmente para as duas células-filhas;</p><p>• Intermediários na espessura, estão os filamentos</p><p>intermediários que servem para fortalecer a célula</p><p>mecanicamente. 49</p><p>O citoesqueleto é responsável pelos movimentos</p><p>celulares direcionados</p><p>50</p><p>filamentos de actina microtúbulos Filamentos intermediários</p><p>O citoesqueleto é responsável pelos movimentos</p><p>celulares direcionados</p><p>• Em uma célula vegetal, por exemplo, organelas como as</p><p>mitocôndrias são orientadas por uma corrente constante</p><p>pelo interior celular ao longo das trilhas citoesqueléticas;</p><p>• As células animais e vegetais  citoesqueleto para separar</p><p>seus componentes internos em dois conjuntos-filhos</p><p>durante a divisão celular;</p><p>• Até mesmo as bactérias possuem proteínas que estão</p><p>relacionadas de forma distante com aquelas dos filamentos</p><p>de actina e dos microtúbulos eucarióticos.</p><p>51</p>