Aula 1 - Introdução à Biologia Celular(2)

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HISTÓRIA DA BIOLOGIA 
CELULAR 
- Hans e Zacharias 
Janssen (sec XVI): 
invenção do 
microscópio. 
A história da citologia, na 
realidade, acompanhou a 
história do microscópio 
O primeiro 
 microscópio 
1595 
Zacharias Janssen 
Um breve histórico: Termo célula do latim cellula = pequena cela 
 
- 1ª vez em 1665 por Robert Hook. 
Na análise da estrutura da cortiça 
semelhante à celas-clausuras do convento. 
 
 
Robert Hook 
(1635 – 1703) 
“...pude perceber, com extraordinária clareza, que a cortiça é toda perfurada e porosa, 
assemelhando-se muito, quanto a isto, a um favo de mel. Além disto, estes poros, ou células, 
não são muito fundos, e lembram pequenas caixas...” 
Antonie	
  Philips	
  van	
  Leeuwenhoek	
  (1622-­‐1723)	
  	
  
O	
  primeiro	
  microbiologista	
  
OBSERVAÇÃO DA CÉLULA 
•  Célula : unidade estrutural e funcional dos 
seres vivos – a maioria só pode ser observada 
com auxílio do microscópio. 
Microscópios: 
- Microscópio Óptico Comum ou 
Composto (MOC) = aumento de 
até 2.000x – pode-se observar 
células vivas (“a fresco”) ou 
mortas (“fixadas). Podem ser 
utilizados corantes para realçar 
as estruturas celulares. 
 
estruturas menores do que 
cerca de 0,2 µm (metade 
do comprimento de onda 
da luz visível) não podem 
ser resolvidas 
•  Microscópio Eletrônico (ME) – aumento 
de até 160.000 x. Pode-se observar a ultra-
estrutura celular. 
Bactéria 
Escherichia coli 
- aumento de 
10.000x 
Piolho moderno 
(Pediculus humanus) 
visto ao microscópio 
eletrônico 
	
  	
  
-­‐	
  Nehemiah	
  Grew	
  (1671)	
  –	
  descreve	
  os	
  tecidos	
  vegetais	
  
	
  
-­‐	
  Robert	
  Brown	
  (1831)	
  –	
  descoberta	
  de	
  núcleos	
  em	
  
células	
  epidérmicas	
  de	
  orquídea.	
  
	
  
-­‐	
  MaNhias	
  Schleiden	
  (1838)	
  –	
  observações	
  –	
  conclusão	
  !	
  	
  
	
  
TODOS	
  OS	
  TECIDOS	
  VEGETAIS	
  ERAM	
  FORMADOS	
  POR	
  
CÉLULAS	
  
	
  
-­‐	
  Theodor	
  Swann	
  (1839)	
  –	
  zoólogo	
  –	
  u`liza	
  as	
  
observações	
  de	
  Schleiden	
  para	
  formular	
  a	
  Teoria	
  Celular,	
  
estendendo	
  o	
  mesmo	
  conceito	
  aos	
  animas	
  
A TEORIA CELULAR 
Mathias Jakob Scheleiden – estudo da 
estrutura e fisiologia das plantas – 
“Todos os vegetais são constituídos 
por células”. 
 Theodor Schwann – estudo da anatomia 
dos animais – “Todos os animais são 
constituídos por células.” 
PRIMEIRA LEI DA TEORIA CELULAR 
Todos os seres vivos são constituídos por 
células 
TERCEIRO PRINCÍPIO DA TEORIA CELULAR 
(1855 – Rudolf Virchow) 
•  “Omnis cellula e cellula” – Toda 
célula se origina de outra célula 
QUARTA LEI DA BIOLOGIA CELULAR 
A célula é a sede das reações metabólicas do 
organismo. 
A célula é a sede da hereditariedade 
Célula 
•  Unidade Morfológica (estrutural) 
–  Seres unicelulares (bactérias, fungos, algas e 
protozoários) 
–  Seres multicelulares 
•  Unidade Fisiológica (funcional) 
•  Unidade Genética 
CLASSIFICAÇÃO DOS 
ORGANISMOS COM RELAÇÃO À 
CÉLULA 
ACELULARES – desprovidos de células – vírus 
 
CELULARES 
 → procariontes – unicelulares – bactérias e 
cianobactérias 
 
→ eucariontes 
• unicelulares – protozoários e algumas algas 
• pluricelulares – animais, vegetais, etc 
UNIDADES DE MEDIDA DAS 
CÉLULAS 
•  Micrômetro (µm)- milésima parte do milímetro 
•  1 µm = 1mm/1000 ou 1mm = 103 µm 
•  - Nanômetro (nm) = milionésima parte do milímetro 
•  1 nm = 1mm/1.000.000 ou 1mm = 106 nm 
 
•  - Ângstron (A) = décima de milionésima parte do 
milímetro 
•  1 A = 1mm/10.000.000 ou 1mm = 107 A 
FORMA E TAMANHO DAS 
CÉLULAS 
•  A forma da célula é variada e depende de sua 
função. 
•  Geralmente o tamanho das células é inferior ao 
poder de resolução do olho humano: células animais 
apresentam normalmente de 10 a 20 micrômetros e 
células vegetais, de 20 a 50 micrômetros. O tamanho 
médio das bactérias varia de 2 a 5 micrômetros. 
Forma	
  e	
  tamanho	
  
Forma	
  e	
  
tamanho	
  
DNA 2 nm Embrião 200µm Aranha 15 mm Pinguim 1 m 
ORGANIZAÇÃO FUNCIONAL 
DAS CÉLULAS 
MEMBRANA PLASMÁTICA 
CITOPLASMA 
PAREDE 
CELULAR 
DNA OU 
NUCLEÓIDE 
FLAGELO 
PILI OU FÍMBRIA 
RIBOSSOMOS 
PROCARIONTES: BACTÉRIAS 
MESOSSOMO 
PLASMÍDEO 
EUCARIONTES: ANIMAIS 
EUCARIONTES: VEGETAIS 
TEORIA	
  MODERNA	
  DA	
  EVOLUCÃO	
  CELULAR	
  
Evolução	
  
biológica	
  
Evolução	
  
química	
  
Origem	
  da	
  primeira	
  célula	
  
3,5	
  bi	
  de	
  anos	
  
Origem	
  da	
  Terra	
  
4,5	
  bi	
  anos	
  
Procariontes	
  	
   Eucariontes	
  	
  
TEMPO	
  
COMO	
  SURGIU	
  A	
  VIDA	
  PELA	
  PRIMEIRA	
  VEZ?	
  
O	
  Mundo	
  biológico	
  reflete	
  uma	
  unidade	
  de	
  origem	
  e	
  
cons`tuição	
  
Elementos	
  fundamentais	
  nos	
  seres	
  vivos:	
  
C,	
  H,	
  O,	
  N,	
  P	
  e	
  S	
  
Aminoácidos	
  (Proteínas)	
  
Bases	
  nitrogenadas	
  (Ácidos	
  nucléicos)	
  
Açúcares	
  
Ácidos	
  graxos	
  
	
  EVOLUÇÃO	
  LENTA	
  –	
  PRIMEIRA	
  EXPLICAÇÃO	
  RACIONAL	
  PARA	
  
A	
  ORIGEM	
  DA	
  VIDA	
  
Atmosfera redutora 
 
 
•  Em seu primeiro bilhão de anos, a atmosfera 
terrestre não continha oxigênio livre. 
•  Em termos químicos, sua composição era redutora - 
isto é, ela poderia reagir com substâncias 
acrescentando-lhes hidrogênio. 
•  Esse tipo de reação deve ter formado os primeiros 
compostos orgânicos a partir de substâncias químicas 
simples como carbono. 
Vulcões	
  em	
  a`vidade	
  
Temperaturas	
  muitos	
  elevadas	
  
Ocorrência	
  de	
  terremotos	
  constante	
  
Tempestades	
  elétricas	
  
Altos	
  índices	
  de	
  radiação	
  UV	
  
	
  
80%	
  CO2	
  ,	
  10%	
  CH4	
  ,	
  5%	
  CO	
  E	
  5%	
  DE	
  N2	
  
Teoria	
  da	
  Evolução	
  Química	
  
A	
  vida	
  teria	
  surgido	
  de	
  forma	
  lenta	
  e	
  
ocasional	
  nos	
  oceanos	
  primi`vos	
  
STANLEY	
  MILLER	
  
Recriou	
  a	
  provável	
  atmosfera	
  da	
  Terra	
  primi`va	
  (1953)	
  
(comprovando	
  a	
  Teoria	
  de	
  Oparin)	
  
	
  
As	
  chuvas	
  constantes	
  
acumulando	
  substâncias	
  de	
  
natureza	
  orgânica	
  durante	
  
milhões	
  de	
  anos,	
  formando	
  
em	
  lagos	
  verdadeiras	
  “sopas	
  
orgânicas”.	
  
Com	
  a	
  evaporação	
  formaram-­‐
se	
  proteínas	
  e	
  ácidos	
  nucléicos	
  
STANLEY	
  MILLER	
  
Recriou	
  a	
  provável	
  atmosfera	
  
da	
  Terra	
  primi`va	
  (1953)	
  
(comprovando	
  a	
  Teoria	
  de	
  Oparin)	
  
	
  
1.  O passo mais 
importante foi o 
aparecimento de 
moléculas que se 
autoduplicavam, 
produzindo cópias de 
si mesmas. 
2.  Outro passo importante 
foi o aparecimento de 
estruturas anteriores 
às membranas. Que 
proporcionaram 
espaços circunscritos 
onde aconteciam as 
reações químicas. 
RNA catalítico 
700 mi anos 
4,5 bi anos 
3,4 bi anos – registros 
fósseis 
2,0 a 1,4 bi anos 
A célula procariótica 
As bactérias se apresentam com diferentes 
formas e tamanhos. 
A Escherichia coli é mais bem-compreendida do que 
qualquer outro organismo vivo. 
As células se reproduzem rapidamente, dividindo-se em duas. Sob 
condições ótimas, quando os nutrientes são abundantes, pode duplicar-se 
em um espaço de tempo de 17 minutos. Em 10 horas, um único procarioto 
pode dar origem a 5 bilhões dedescendentes (aproximadamente igual ao 
número total de humanos sobre a terra). 
Algumas bactérias são fotossintéticas 
(A) Anabaena cylindrica forma longos filamentos multicelulares. Células especializadas 
que, ou fixam nitrogênio (H) e fixam CO2 (V), ou desenvolvem esporos resistentes (S). 
(B) Uma micrografia eletrônica do Phormidium laminosum mostra as membranas 
intracelulares onde a fotossíntese ocorre. Note que mesmo alguns procariotos podem 
formar organismos multicelulares simples. 
Estromatólito pode ser definido como 
uma rocha fóssil formada por 
atividades de microorganismos em 
ambientes aquáticos, que, quando 
acumulados no fundo de mares rasos, 
formam uma espécie de recife. 
 
Sílex (Quartzo Criptocristalino), Calcita 
e Dolomita 
 
Cianobactérias (bactérias 
fotossintetizantes) 
3,5 bilhões de anos (Arqueano) 
Como	
  surgiu	
  a	
  primeira	
  célula	
  eucarionte?	
  
Origem	
  da	
  Célula	
  Eucarió`ca	
  
Invaginações	
  da	
  membrana	
  plasmá:ca	
  
Os compartimentos intracelulares surgiram a partir de 
invaginações da membrana plasmática. 
As membranas intracelulares tem constituição molecular muito semelhante à da 
membrana plasmática 
A teoria endossimbiótica foi proposta na 
década de 60 pela microbiologista americana 
Lynn Margulis. 
 
Durante muitos anos a teoria foi alvo de 
duras críticas por parte de outros biólogos. 
 
No entanto, com o levantamento de diversas evidências 
empíricas e com a publicação do livro intitulado “A simbiose na 
evolução celular” a teoria de Margulis começou a se 
popularizar. 
 
Atualmente ela é amplamente aceita pela comunidade 
científica. 
A teoria endossimbiótica 
Segundo esta teoria, há milhares de anos atrás, as 
mitocôndrias e os cloroplastos das células eucariontes teriam 
sido organismos procariontes de vida livre. 
 
Estes organismos foram então englobados (através do 
processo de endocitose) por células maiores com as quais 
estabeleceram uma relação de simbiose. 
 
As mitocôndrias seriam o resultado da endocitose de 
procariontes aeróbios e os cloroplastos de procariontes 
fotossintetizantes (possivelmente cianobactérias). 
 
Desta forma, forneceriam energia à célula hospedeira, 
enquanto esta os protegeria do meio externo. 
A teoria endossimbiótica 
Origem	
  da	
  Célula	
  Eucarió`ca	
  
Associação	
  simbió:ca	
  
com	
  procariontes	
  
Heterotróficos	
  –	
  
mitocôndrias	
  
Origem	
  da	
  Célula	
  Eucarió`ca	
  
Associação	
  simbió:ca	
  com	
  procariontes	
  
Autotróficos	
  (Fotossinte:zantes)	
  -­‐	
  cloroplastos	
  
Relacionamento 
mutuamente 
benéfico que se 
tornou irreversível 
com o passar do 
tempo devido a 
mutações sofridas 
pelo 
endossimbionte 
 
Ao longo da 
evolução tanto 
mitocôndrias 
quanto 
cloroplastos 
tiveram parte de 
seu genoma sendo 
transferido para o 
núcleo celular 
1.  Genoma próprio, DNA circular capaz de se 
autoduplicar, Histonas ausentes, Ribossomos 
procariontes 
2. Algumas proteínas necessárias à fabricação das 
mitocôndrias e dos cloroplastos são produzidas 
exclusivamente pelo DNA destas organelas e não 
pelo DNA contido no núcleo das células. 
3. Maquinaria própria para a síntese de proteínas 
similar àquela encontrada em organismos 
procariontes 
Evidências 
•  Substâncias que inibem a síntese de proteínas 
no núcleo não afetam a atividade do DNA 
mitocondrial ou dos cloroplastos. 
•  Por outro lado, muitas substâncias que inibem a 
síntese proteica das organelas não interferem na 
atividade nuclear. 
•  Alguns antibióticos que inibem a síntese 
proteica em bactérias também o fazem nas 
mitocôndrias e cloroplastos de organismos 
eucariontes, evidenciando a sua similaridade. 
Outras evidências 
Processo provável 
de como se 
constituiram as 
primeiras células 
eucariontes, no 
longo processo 
evolutivo que 
precedeu o 
aparecimento dos 
seres pluricelulares 
 
 
 
 
Christian De Duve 
Elysia 
chlorotica 
se alimenta de algas. 
 
mantém os cloroplastos 
intactos, armazenando-
os dentro de suas 
próprias células de seu 
tubo digestivo 
(cleptoplastia) 
Os protozoários incluem algumas das 
células mais complexas conhecidas 
 
 
eles podem ser fotossintéticos ou carnívoros, móveis ou 
sedentários. 
 
A sua anatomia celular é muito elaborada e inclui estruturas 
como: 
 
Cerdas sensoriais, fotorreceptores, cílios vibráteis, apêndices 
semelhantes a hastes, partes da boca, ferrão e feixes 
contráteis semelhantes a músculos. 
 
Embora sejam unicelulares, os protozoários podem ser tão 
complicados e versáteis quanto vários organismos 
multicelulares. 
Uma variedade de protozoários ilustra a enorme diversidade dentro dessa classe de 
microrganismos unicelulares. Os organismos em (A), (B), (E), (F) e (I) são ciliados; (C) 
é um euglenóide; (D) é uma ameba, (G) é um dinoflagelado; e (H) é um heliozoano. 
RNAr 16 / 18 S 
De onde vêm os eucariotos? As linhagens de eucariotos, 
eubactérias e arqueobactérias divergiram umas das outras muito 
cedo na evolução da vida na Terra. 
Algum tempo depois, os eucariotos adquiriram mitocôndrias; mais tarde ainda, um 
subgrupo de eucariotos adquiriu cloroplastos. As mitocôndrias são essencialmente as 
mesmas nos vegetais, animais e fungos, e por isso supõe-se que elas foram adquiridas 
antes que essas linhas se divergissem. 
Células	
  procariontes	
   Células	
  eucariontes	
  
Envoltório	
  nuclear	
   Ausente	
   Presente	
  
DNA	
   Desnudo	
   Combinado	
  com	
  proteínas	
  
Cromossomas	
   Únicos	
   Múl`plos	
  
Nucléolos	
   Ausentes	
   Presentes	
  
Divisão	
   Fusão	
  binária	
   Mitose	
  e	
  meiose	
  
Ribossomos	
   70S*	
  (50S	
  +	
  30S)	
   80S	
  (60S	
  +	
  40S)	
  
Endomembranas	
   Ausentes	
   Presentes	
  
Mitocôndrias	
   Ausentes	
   Presentes	
  
Cloroplastos	
   Ausentes	
   Presentes	
  em	
  células	
  vegetais	
  
Parede	
  celular	
   Não	
  celulósica	
   Celulósica	
  em	
  células	
  vegetais	
  
Exocitose	
  e	
  endocitose	
   Ausentes	
   Presentes	
  
Citoesqueleto	
   Ausente	
   Presente	
  
Organização celular em procariontes e eucariontes 
 
 
A célula eucariótica 
Célula Vegetal 
x 
Célula Animal 
várias estruturas comuns a 
ambas. 
Há na célula vegetal elementos 
que não há na célula animal: 
parede celular, cloroplastos, 
grande vacúolo central e 
plasmodesmos, amido. 
Células incompletas 
 
Bactérias Rickettsias e clamídias 
 
Células parasitas intracelulares obrigatórios. 
 
Estas bactérias são diferentes dos vírus por apresentarem: 
 
1.  conjuntamente DNA e RNA (já foram encontrados vírus com DNA, 
adenovirus, e RNA, retrovírus, no entanto são raros os vírus que 
possuem DNA e RNA simultâneamente); 
2.  parte incompleta da "máquina" de síntese celular necessária para 
reproduzirem-se; 
3.  uma membrana celular semipermeável, através da qual realizam as 
trocas com o meio envolvente. 
Acredita-se que as bactérias Rickettsia 
t e n h a m s u a o r i g e m e m c é l u l a s 
"degeneradas", ou seja, células que com o 
passar dos anos perderam parte de seu 
D N A , d e s u a s e n z i m a s e 
c o n s e q u e n t e m e n t e p e r d e r a m a 
capacidade autônoma de auto duplicação, 
tornando-se assim, dependentes de outras 
células completas. 
A c l a m í d i a é u m a 
doença sexualmente transmissível (DST) 
c a u s a d a p e l a b a c t é r i a 
Chlamyd ia t rachomat i s . A fe ta os 
órgãos genitais masculinos ou femininos. 
Assim como os Vírus e as Rickettsias, a 
clamídia é um parasita intracelular 
obrigatório.Pode produzir esporos, o que 
torna sua disseminação mais fácil. 
Vários componentes celulares são produzidos no 
retículo endoplasmático (RE) 
O aparelho de Golgi assemelha-se a uma pilha de 
discos achatados 
As células dedicam-se à endocitose e à 
exocitose. 
O citoesqueleto é uma rede de filamentos que 
ajuda a definir o formato da célula 
(B) os microtúbulos (24 
nm de diâmetro) 
(A) os filamentos de 
actina (6 nm de 
diâmetro) 
(C) os filamentos 
intermediários (10 nm de 
diâmetro) 
+ proteínas motoras = ciclose 
Os filamentos mais grossos são chamados microtúbulos, porque eles têm a forma de 
diminutos tubos ocos. Eles se reorganizam em disposições espetaculares nas células 
em divisão, ajudando a puxar os cromossomos duplicados em direções opostas e 
distribuindo-os igualmente para as duas célula-filha 
Os microtúbulos ajudam a distribuir os 
cromossomos em uma célula em divisão 
Membrana Plasmática 
-  Controle seletivo – semipermeável à entrada e saída de substâncias 
na célula 
-  Mantém a integridade física e funcional da célula 
-  Entrada de substâncias : transporte ativo, passivo e endocitose de 
substâncias 
-  Síntese da Parede Celular – presença enzima celulase-sintase 
-  Ativação das proteínas receptoras da Membrana Plasmática – 
controlam: 
-  transmissão de sinais hormonais 
-  transmissão de sinais do meio externo 
Regulação dos processos de 
 Crescimento e Diferenciação 
Celular 
Citoplasma: 
- Matriz fluida onde se encontram as organelas e o núcleo 
-  Delimitada pela Membrana Plasmática. 
-  Estrutura e composição: 
-  Geralmente reduzido, junto à membrana plasmática 
-  H2O, íons, metabólitos 2ários, carbo, lipídios, prot. 
-  citossol ou matriz plasmática – porção contém estruturas 
e organelas 
-  Citoplasma – sempre em movimento = ciclose 
-  Ciclose envolve os microfilamentos com gasto de energia 
 
 
-  Realizar reações bioquímicas necessárias à vida da célula 
-  Facilitar a troca e compartilhamento de substâncias dentro e entre 
células 
 
Núcleo 
-  Uma das Maiores estruturas da Célula, imerso no citoplasma 
-  Maior fonte de informações genéticas da célula – fundamental na 
organização celular 
- Regula todas as atividades do metabolismo celular, através genoma 
(informação). 
-  Dentro encontra-se os nucléolos 
 
n 
-  Nucléolos – responsáveis pela organização dos 
cromossomos e DNA na divisão, além da síntese de 
ribossomos e síntese protéica. 
N 
Núcleo	
  
 
-  Envolto por duas membranas lipoprotéicas – envoltório nuclear 
-  Nucleoplasma – cromatina de DNA, proteínas básicas (histonas), informações 
genéticas 
-  Do citossol para o núcleo passam, por poros, histonas, proteínas ácidas e 
polimerases de DNA e RNA e proteínas reguladoras dos genes. 
-  Do núcleo para o citossol, passam macromoléculas por transporte ativo, RNAt + 
RNAm 
 além das subunidades dos ribossomos. 	
  
Núcleo 
Poro 
nuclear 
Envelope nuclear 
Poros 
Cromatina Cromosssomos 
Nucléolo