Biologia Celular - E-book 1 (2)

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UNIDADE DE
APRENDIZAGEM
ORIGEM E EVOLUÇÃO CELULAR
BIOLOGIA CELULAR 1
Sumário
• Breve contextualização . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3
• Objetivos da Disciplina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3
• Apresentação do E-book . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3
• Para Início de Conversa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
• Objetivos de Aprendizagem do Capítulo . . . . . . . . . . . . . . . . 4
• 1 . O que é uma célula? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
• 2 . Experimento de Miller-Urey . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
• 3 . Origem Celular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
• Considerações Finais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
• Referências . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
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Breve contextualização
A disciplina de Biologia Celular oferece uma 
compreensão fundamental das unidades estruturais e 
funcionais da vida - as células. Essa área da biologia é crucial 
para entender os processos complexos que sustentam a vida, 
desde a estrutura molecular até a função dos organismos 
multicelulares. O estudo da Biologia Celular é fundamental 
para diversas áreas, como medicina, biotecnologia e pesquisa 
científica, permitindo compreender as bases dos fenômenos 
biológicos.
Objetivos da Disciplina
• Compreender os princípios fundamentais da estrutura 
e função celular.
• Analisar os processos intracelulares e suas relações 
com fenômenos biológicos.
• Identificar e descrever as principais estruturas 
celulares e seu papel na homeostase.
• Explorar os mecanismos moleculares que regem a 
diferenciação celular e o desenvolvimento de tecidos.
• Relacionar os conceitos aprendidos com aplicações 
práticas na medicina e na pesquisa científica.
Apresentação do E-book
O curso de Biologia Celular oferece uma exploração 
detalhada dos fundamentos essenciais que regem as células, 
abordando desde sua origem e evolução até as complexidades 
de suas estruturas e funcionamentos. Ao longo do programa, 
os alunos mergulharão em nove unidades de aprendizagem 
que abrangem áreas cruciais da biologia celular.
A história começa com a unidade sobre a origem 
e evolução celular, examinando teorias sobre a origem 
da vida e a diversidade celular ao longo do tempo. Na 
sequência, exploraremos a composição química das células 
e biomoléculas, analisando detalhadamente as proteínas, 
carboidratos, lipídios e ácidos nucleicos presentes e seu papel 
estrutural e funcional.
A estrutura e função da membrana celular serão 
minuciosamente estudadas, destacando suas complexidades 
proteicas e lipídicas, e como elas afetam a permeabilidade 
seletiva e o transporte celular. Em seguida, mergulharemos 
nas organelas celulares, como mitocôndrias e retículo 
endoplasmático, explorando suas funções individuais e 
interconexões dentro da célula.
A análise dos processos de morte celular programada e 
sua regulação, assim como o estudo detalhado do ciclo celular, 
da interfase à mitose e meiose, será uma parte crucial do 
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programa. Esse estudo incluirá uma compreensão profunda 
dos estágios e da regulação molecular do ciclo celular.
A unidade subsequente focará no núcleo celular, 
examinando sua estrutura, cromossomos e a regulação 
complexa da expressão gênica. A seguir, exploraremos técnicas 
de microscopia e análise celular, essenciais para a observação e 
compreensão das estruturas celulares em detalhes.
Por fim, a disciplina culminará na investigação dos 
mecanismos moleculares que regulam a diferenciação 
celular e o desenvolvimento de tecidos e órgãos. Conectar 
esses mecanismos às etapas anteriores permitirá aos alunos 
compreender como as células se especializam e formam 
estruturas complexas.
Esses nove módulos proporcionarão uma compreensão 
abrangente dos princípios fundamentais da Biologia Celular, 
conectando os elementos estruturais e funcionais das células 
aos processos biológicos essenciais à vida.
Para Início de Conversa
A exploração começa com a definição essencial do 
que são células, suas características estruturais e funcionais 
que as tornam a base da vida. Elas são pequenas unidades 
delimitadas por membrana, preenchidas com uma solução 
aquosa concentrada de produtos químicos e dotadas da 
habilidade de se replicarem, representando a unidade 
fundamental da vida.
Objetivos de Aprendizagem 
do Capítulo
• Compreender a definição e características estruturais 
das células.
• Explorar a capacidade das células de se replicarem e 
sua importância para a vida.
• Analisar a centralidade das células como unidades 
básicas e essenciais para os organismos vivos.
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Dotadas de habilidade de criar cópias de si mesmas 
por meio de seu crescimento e, então, da divisão em duas. 
As células têm a capacidade de se replicar. Elas crescem, 
aumentando seu volume e conteúdo celular, e, em seguida, 
realizam um processo de divisão celular chamado de 
mitose (em células eucarióticas) ou fissão binária (em 
células procariontes), dividindo-se em duas células-filhas 
geneticamente idênticas à célula original. Esse ciclo de 
crescimento e divisão é crucial para o crescimento dos 
organismos e para a renovação dos tecidos em organismos 
multicelulares.
Unidade fundamental da vida: As células são 
consideradas a unidade básica e fundamental da vida. Todos 
os organismos vivos, sejam unicelulares ou multicelulares, 
são compostos por células. Elas realizam funções vitais, como 
metabolismo, crescimento, reprodução e resposta a estímulos 
do ambiente. Essa definição destaca a importância das células 
como unidades estruturais e funcionais essenciais para a 
vida. A complexidade e diversidade dos seres vivos derivam 
das diferentes formas, funções e especializações das células, 
demonstrando a centralidade dessas estruturas na existência e 
manutenção dos organismos vivos.
No âmbito da biologia celular, a compreensão da 
estrutura e funcionamento dos seres vivos é essencial para 
os estudantes de biomedicina, delineando uma complexa 
hierarquia que parte do nível atômico até culminar no 
1. O QUE É UMA CÉLULA?
Pequenas unidades, delimitadas por membrana. As 
células são estruturas microscópicas que possuem uma 
fronteira delimitada por uma membrana celular. Essa 
membrana atua como uma barreira seletiva, controlando 
a entrada e saída de substâncias, permitindo que a célula 
mantenha condições internas adequadas para suas atividades 
vitais. Preenchidas com uma solução aquosa concentrada 
de produtos químicos. O interior da célula, chamado de 
citoplasma, é composto por uma solução aquosa chamada de 
citosol. Esse líquido contém diversos tipos de moléculas, como 
proteínas, ácidos nucleicos, açúcares, lipídios e íons, entre 
outras, que desempenham funções vitais para a sobrevivência 
e funcionamento da célula.
FONTE: ENVATO ELEMENTS
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organismo completo. Nesse contexto, a célula se destaca 
como protagonista, desempenhando um papel fundamental 
em cada estágio da complexidade biológica. As células são 
a base estrutural e funcional dos seres vivos, essenciais para 
compreender a vida em diferentes graus de complexidade. 
Elas possuem uma fronteira delimitada por membranas que 
controlam o fluxo de substâncias, mantendo um ambiente 
interno propício para as atividades celulares. No citoplasma, 
onde se concentram várias moléculas orgânicas, ocorrem as 
reações químicas fundamentaispara a vida celular.
A capacidade das células de se reproduzirem, através 
de processos como a mitose e fissão binária, é vital para o 
crescimento e renovação dos organismos. Essa habilidade 
de crescimento e divisão celular resulta na formação de 
tecidos, órgãos e sistemas, gerando a complexidade biológica 
observada nos seres vivos.
A vida se organiza em distintos patamares de 
complexidade a partir das células, nas quais tipos celulares 
especializados se agrupam para formar tecidos e órgãos, cada 
um com funções específicas. A colaboração entre essas células 
especializadas é evidente na harmonia funcional de sistemas 
biológicos complexos, mostrando como as células interagem 
de maneira coordenada.
O organismo completo é o resultado da cooperação entre 
sistemas e órgãos, todos originados da célula. Dessa forma, 
a complexidade e a diversidade dos seres vivos são produtos 
da organização e especialização das células, demonstrando a 
importância fundamental dessas unidades na construção e 
manutenção da vida.
A base dessa hierarquia reside nos átomos, os 
constituintes fundamentais da matéria, com elementos 
como carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio 
formando moléculas essenciais. Contudo, é na célula que 
testemunhamos a transição para a vida orgânica (Figura 1). 
A célula, seja ela procariótica ou eucariótica, representa a 
unidade básica da vida. Dotada de estruturas e funcionalidades 
diversas, a célula é não apenas a construtora dos tecidos, mas 
também a execução dos processos biológicos fundamentais. 
Estas células especializadas agrupam-se para formar tecidos, 
FONTE: HTTPS://WWW.KUADRO.COM.BR/RESUMOS-ENEM-VESTIBULARES/BIOLOGIA/
OS-SERES-VIVOS/ORGANIZACAO-DOS-SERES-VIVOS?ID=427&TOPICID=6031
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Para finalizar, precisamos conhecer a Teoria Celular, que é 
um princípio fundamental na biologia que estabelece as bases 
para a compreensão da estrutura e função dos seres vivos. Esta 
teoria consiste em três principais postulados:
1 . A célula é a unidade básica da vida
• Esse postulado afirma que todos os organismos 
vivos são compostos por células e que a célula é 
a menor unidade estrutural e funcional dos seres 
vivos.
• Cada organismo pode ser unicelular, composto por 
uma única célula, ou multicelular, composto por 
muitas células. A diversidade de formas de vida, 
desde bactérias até plantas e animais, é explicada 
pela organização e especialização das células.
2 . Todos os organismos são compostos por uma ou mais 
células
• Esse postulado destaca que a vida se manifesta 
através de células e que a complexidade dos 
organismos resulta da organização e interação de 
suas células.
• A unicelularidade ou multicelularidade de um 
organismo depende de sua complexidade e 
das funções especializadas que suas células 
desempenham. 
como o muscular, nervoso e epitelial, solidificando a ideia 
de que a complexidade biológica emerge da interação 
colaborativa de unidades fundamentais. Órgãos, por sua 
vez, são construções formadas por diferentes tipos celulares, 
sinergizando para executar funções específicas e conferindo 
ainda mais complexidade ao sistema. Os sistemas biológicos, 
como o nervoso ou circulatório, revelam a interconexão de 
órgãos especializados, ilustrando como as células colaboram 
em uma sinfonia funcional. Finalmente, o organismo completo 
é uma manifestação unificada, uma sinergia complexa de 
sistemas e órgãos, todos originados da célula.
FONTE: ENVATO ELEMENTS
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2. EXPERIMENTO DE 
MILLER-UREY
O Experimento de Miller-Urey (Figura 2) é um marco 
na compreensão da origem da vida e foi realizado em 1953 
por Stanley Miller, então estudante de pós-graduação, sob a 
supervisão do químico Harold Urey. O objetivo era simular as 
condições da Terra primitiva e investigar se as condições da 
época poderiam gerar os blocos de construção fundamentais 
da vida a partir de substâncias simples.
O experimento partiu da ideia de que a atmosfera da 
Terra primitiva era composta por elementos como metano 
(CH4), amônia (NH3), hidrogênio (H2) e vapor d’água (H2O), e 
que havia descargas elétricas, como relâmpagos, que poderiam 
ter desempenhado um papel importante na formação de 
compostos orgânicos.
Miller criou um aparato contendo água fervente, que 
representava oceanos e lagos primitivos, e uma série de frascos 
conectados. Em um frasco, ele colocou água para representar 
o oceano primitivo e, na outra parte, uma mistura gasosa 
de metano, amônia e hidrogênio para simular a atmosfera 
primitiva. Estes gases foram submetidos a descargas elétricas 
para simular a atividade de raios, o que resultou na produção 
de compostos orgânicos.
3 . Toda célula provém de outra célula preexistente
• Este postulado rejeita a ideia de geração 
espontânea e destaca que a reprodução celular é o 
mecanismo pelo qual novas células são formadas.
• A reprodução celular pode ocorrer por meio 
de divisão celular, como na mitose e meiose, 
garantindo que a informação genética seja 
transmitida às células filhas.
Essa teoria foi desenvolvida por vários cientistas ao longo 
do tempo, com contribuições significativas de pesquisadores 
como Matthias Schleiden, Theodor Schwann e Rudolf Virchow. 
Schleiden e Schwann propuseram, no início do século XIX, 
os dois primeiros postulados, enquanto Virchow adicionou o 
terceiro mais tarde.
A teoria celular é essencial para a biologia moderna, 
fornecendo o alicerce para a compreensão da vida em 
nível celular e molecular. Ela influenciou profundamente a 
pesquisa biomédica, genética, microbiologia e diversas outras 
disciplinas, sendo uma das teorias mais fundamentais e 
amplamente aceitas na biologia.
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Após uma semana de circulação dos gases e reações, 
Miller analisou os produtos formados e descobriu a presença 
de moléculas orgânicas simples, incluindo aminoácidos, que 
são os blocos de construção das proteínas - fundamentais para 
a vida como a conhecemos.
Este experimento foi revolucionário, pois demonstrou 
que, sob condições simuladas da Terra primitiva, era possível 
gerar moléculas orgânicas complexas a partir de substâncias 
simples e fontes de energia como descargas elétricas. Isso 
sugeriu que a vida poderia ter surgido a partir de reações 
químicas simples em um ambiente propício, fornecendo 
uma base científica sólida para a teoria da evolução química 
e a origem da vida na Terra. Embora a atmosfera primitiva 
possa ter sido diferente do que foi originalmente pensado, o 
experimento de Miller-Urey ainda é amplamente reconhecido 
como um passo importante na compreensão da origem da 
vida na Terra.
FONTE: HTTPS://OLHARQUIMICO.COM/EXERCICIOS-SOBRE-TEORIAS-DA-ORIGEM-DA-
VIDA/#GOOGLE_VIGNETTE
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A teoria dos coacervados, de Oparin e John Haldane, 
oferece uma visão detalhada dessa possível origem da vida. 
Num ambiente de atmosfera primitiva com vapor de água, 
amônia, hidrogênio e metano, sujeito a descargas elétricas 
e radiações intensas, moléculas inorgânicas passaram por 
um processo complexo, originando moléculas orgânicas, 
especialmente proteínas. Com o resfriamento gradual da 
Terra, lagos e oceanos surgiram, proporcionando um ambiente 
aquoso onde moléculas orgânicas, como proteínas, deram 
origem a coacervados, aglomerados de proteínas envoltas por 
moléculas de água.
A teoria da sopa primordial, por sua vez, sugere uma 
mistura inicial de compostos orgânicos como ponto de partida 
para a origem da vida. A atmosfera primitiva, carente de 
oxigênio, rica em hidrogênio, amônia, metano e água, teria 
levado à formação de aminoácidos, precursoras de material 
orgânico. O experimento de Miller-Urey em 1953 fortaleceu essa 
teoria, mostrando a produção de aminoácidos em condições 
similares.
A evolução subsequente levou ao surgimento dos 
primeiros organismos unicelulares, heterótrofos e anaeróbios. 
Posteriormente, a presença de CO2 possibilitou a ascensão 
de organismos autótrofos, unicelularesfotossintetizantes, 
liberando oxigênio. A atmosfera oxigenada permitiu a 
evolução de organismos eucariontes, mais complexos, com 
mitocôndrias e cloroplastos, conforme a teoria endossimbiótica 
de Lynn Margulis.
3. ORIGEM CELULAR
A origem da vida na Terra é um intrigante mistério 
científico, com as teorias mais aceitas indicando que os 
primeiros organismos surgiram há aproximadamente 3,5 
bilhões de anos em um ambiente primitivo e desafiador. 
A compreensão desse processo envolve uma análise da 
atmosfera e condições da Terra primitiva, frequentemente 
recriadas em experimentos científicos para elucidar como a 
vida emergiu a partir de materiais não-vivos.
Louis Pasteur refutou a teoria da geração espontânea, 
demonstrando que a vida não surge espontaneamente de 
materiais inorgânicos. Em contrapartida, Alexander Oparin 
propôs a teoria da evolução gradual dos sistemas químicos, 
sugerindo que moléculas orgânicas simples poderiam ter se 
desenvolvido em um ambiente sem oxigênio, rico em gases 
como metano, amônia e hidrogênio.
FONTE: ENVATO ELEMENTS
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organelas celulares responsáveis pela produção de energia e 
encontradas em células eucarióticas, têm origem em bactérias 
primitivas. Essa teoria sugere que, em algum momento da 
evolução, as células ancestrais englobaram essas bactérias em 
uma relação simbiótica mutuamente benéfica.
As células procariontes, como as bactérias, 
desempenharam um papel vital nesse processo evolutivo. 
Adaptando-se a condições extremas e evoluindo para diversas 
formas, essas células foram essenciais para a formação da vida 
na Terra. As cianobactérias, um grupo específico de bactérias 
fotossintetizantes, contribuíram significativamente para a 
produção de oxigênio na atmosfera primitiva. Além disso, a 
atividade fotossintética das cianobactérias foi responsável pela 
formação da camada de ozônio, proporcionando um escudo 
protetor crucial contra a radiação ultravioleta do sol. 
Em resumo, a origem da vida na Terra envolveu uma 
evolução gradual, partindo de moléculas simples para 
estruturas mais complexas, fundamentais para a diversificação 
da vida no planeta.
Células procariontes, como bactérias, foram cruciais para 
a formação da vida, adaptando-se a condições extremas e 
evoluindo em diversas formas. As cianobactérias, em particular, 
contribuíram para a produção de oxigênio e a formação da 
camada de ozônio. A evolução subsequente após o surgimento 
dos primeiros organismos unicelulares foi marcada por uma 
progressiva complexidade e diversificação. Inicialmente, os 
organismos eram unicelulares, heterótrofos (dependentes 
de outras fontes orgânicas para alimentação) e anaeróbios 
(capazes de viver em ambientes sem oxigênio). Esses 
organismos primitivos desempenharam um papel crucial nos 
estágios iniciais da formação da vida.
À medida que a atmosfera da Terra evoluiu, com a 
presença de dióxido de carbono (CO2), ocorreu uma mudança 
significativa. Surgiram organismos autótrofos, unicelulares e 
fotossintetizantes, capazes de produzir seu próprio alimento 
usando a energia do sol e convertendo CO2 em compostos 
orgânicos. Esse processo, conhecido como fotossíntese, não 
apenas forneceu uma fonte eficiente de energia para esses 
organismos, mas também resultou na liberação de oxigênio 
como subproduto.
A presença crescente de oxigênio na atmosfera 
desempenhou um papel fundamental na evolução 
subsequente. Organismos mais complexos, conhecidos como 
eucariontes, começaram a surgir. A teoria endossimbiótica 
de Lynn Margulis propõe que mitocôndrias e cloroplastos, 
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A formação de coacervados ocorre devido a forças físicas 
e químicas, como interações hidrofóbicas, afinidade entre 
moléculas orgânicas e repulsão eletrostática. Essas estruturas 
podem variar em tamanho e composição, e sua estabilidade é 
influenciada por fatores ambientais como temperatura, pH e 
concentração de íons.
No contexto biológico, os coacervados têm sido 
associados à origem da vida, pois proporcionam ambientes 
confinados onde reações bioquímicas e a concentração de 
moléculas essenciais para a vida podem ocorrer de maneira 
mais eficaz. Alexander Oparin e John Haldane, ao proporem 
a teoria dos coacervados, sugeriram que essas estruturas 
podem ter desempenhado um papel crucial na transição 
de reações químicas simples para sistemas mais complexos, 
eventualmente levando à formação de protobiontes, 
precursores das células.
Os coacervados são aglomerados coloidais de substâncias 
orgânicas, especialmente proteínas, que se formam em 
soluções aquosas. Essas estruturas são caracterizadas pela sua 
capacidade de se organizar e se separar do meio circundante, 
criando uma espécie de fase líquida separada. Em termos 
mais simples, os coacervados são como pequenas gotículas 
formadas por moléculas orgânicas que se agrupam, muitas 
vezes envoltas por uma camada aquosa.
FONTE: HTTPS://WWW.FACEBOOK.COM/AGUASUALINDA
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Referências
ALBERTS, Bruce et al. Fundamentos da Biologia Celular. 4. ed. 
Porto Alegre: Artmed Editora, 2017.
JUNQUEIRA, L. C.; CARNEIRO, J. Biologia Celular e Molecular. 
9. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2015.
Considerações Finais
Considerando o mistério da origem da vida, as teorias que 
exploram a transição de materiais não-vivos para a vida ganham 
destaque. A pesquisa sobre a atmosfera e as condições da Terra 
primitiva, destacada pelos experimentos como o de Miller-
Urey, lança luz sobre esse intrigante processo. A compreensão 
da célula como a unidade básica da vida, com sua membrana 
seletiva, citoplasma repleto de moléculas vitais e habilidade 
única de replicação, destaca sua importância fundamental.
A teoria dos coacervados, proposta por Oparin e Haldane, 
oferece uma visão detalhada sobre a possível origem da 
vida. Em um ambiente primitivo sujeito a descargas elétricas 
e radiações, moléculas inorgânicas passaram por uma 
transformação complexa, originando moléculas orgânicas, 
notavelmente proteínas. Com o resfriamento da Terra, lagos 
e oceanos surgiram, proporcionando um ambiente aquoso 
propício à formação de coacervados, aglomerados de proteínas 
envoltos por moléculas de água.
A evolução subsequente, marcada pelo surgimento de 
organismos unicelulares e a transição para a vida autotrófica, 
destaca a importância da atmosfera oxigenada. A teoria 
endossimbiótica de Lynn Margulis propõe a origem das 
mitocôndrias e cloroplastos em bactérias primitivas, ressaltando 
a interconexão evolutiva das células. As cianobactérias, 
contribuindo para a produção de oxigênio e a formação da 
camada de ozônio, são cruciais nesse contexto.