Biologia do Desenvolvimento aula 1

Prévia do material em texto

Biologia do Desenvolvimento 
Bibliografia basica: 
Biologia do desenvolvimento / 
Scott F. Gilbert. -- 
5. ed. -- Ribeirão Preto, SP : 
FUNPEC Editora, 2003. 
Dra. Rubiani de Cassia Pagotto 
Depto. Biologia- UNIR 
Aula 01 
• Capitulo 01- Recomenda-se ao aluno a leitura do 
capitulo 1 - Gilbert (2003) : Introdução ao 
desenvolvimento animal bem como 
complementação de leitura com o capitulo 44 
(itens 44.1 e 44.2) do livro Biology (6ª. Ed) Raven 
& Johnson (2002). 
 
BIOLOGIA DO DESENVOLVIMENTO 
• Organismos pluricelulares são formados por um processo 
relativamente lento de mudança progressiva, o qual chamamos 
de desenvolvimento. 
• Inicio do desenvolvimento de um organismo pluricelular 
começa com uma única célula - ovo fertilizado ou zigoto, que 
dividido através da mitose, produz todas as células do corpo. 
• Embrião: denominação dada ao organismo em 
desenvolvimento, entre a fertilização e o nascimento. 
• Embriologia = estudo do desenvolvimento animal 
• Mas a maioria dos organismos nunca para de se desenvolver, 
desta forma nos últimos anos tem sido comum se falar em 
biologia do desenvolvimento, como a disciplina que estuda 
processos embrionários e outros do desenvolvimento. 
BIOLOGIA DO DESENVOLVIMENTO 
• Ciência nova que está criando uma estrutura 
que integra a biologia molecular, fisiologia, 
biologia celular, anatomia, pesquisa do câncer, 
neurobiologia, imunologia, ecologia, e biologia 
evolucionária. 
• O estudo do desenvolvimento tornou-se 
essencial para a compreensão de qualquer 
área da biologia. 
O embrião 
• Para se tornar um embrião, você teve que construir a si 
mesmo a partir de uma única célula. 
• Teve que: 
– respirar antes que tivesse pulmões; 
– digerir alimentos antes que seus órgãos estivessem formados; 
– construir ossos a partir de uma massa; 
– ordenar os neurônios antes mesmo de adquirir a capacidade de 
pensar. 
• Diferença entre organismo vivo e uma máquina é que a 
máquina nunca é requisitada para uma função antes que 
esteja terminada. 
• Todo animal tem que estar em funcionamento enquanto se 
autoconstrói. 
Objetivo 
• O embrião é o intermediário entre o genótipo 
(genes herdados) e o fenótipo (organismo adulto) 
• A biologia do desenvolvimento estuda os estágios 
mais transitórios que ocorrem durante a 
formação do organismo. 
• É a ciência do vir a ser, a ciência do processo. 
• Porque os genes globina se expressam somente 
nas hemácias e como essas se tornam ativas 
apenas em certas fases do desenvolvimento? 
• Como o genótipo XX produz um ser feminino e 
como o genótipo XY produz um ser masculino? 
 
Os problemas da biologia do desenvolvimento 
• Desenvolvimento - duas funções principais: 
– gera diversidade 
– gera ordem celular dentro de cada geração 
 
• Como um ovo fertilizado origina um ser adulto? 
• Como esse ser adulto produz um outro ser? 
Os problemas da biologia do desenvolvimento 
• O problema da diferenciação. 
• O problema da morfogênese 
• O problema do crescimento. 
• O problema da reprodução. 
• O problema da evolução. 
Os problemas da biologia do desenvolvimento: 
 O problema da diferenciação 
• Desde que cada 
célula do corpo 
contém o mesmo 
conjunto de genes, 
como esse mesmo 
conjunto de 
instruções 
genéticas pode 
produzir diferentes 
tipos de células? 
Os problemas da biologia do desenvolvimento: 
O problema da morfogênese 
 
• Como as células se auto-organizam e formam 
um arranjo correto? Porque não temos olhos 
na ponta dos dedos, braços nas costas, etc? 
Os problemas da biologia do desenvolvimento: 
O problema do crescimento 
• Somos maiores do 
que um ovo, mas 
como as células 
sabem quando 
devem parar de se 
dividir? 
Os problemas da biologia do desenvolvimento: 
 O problema da reprodução 
• Como as células são separadas 
para formar a próxima geração 
(óvulo e espermatozóide para 
formar zigoto)? 
• Quais as informações no núcleo 
e no citoplasma que permitem 
tal funcionamento? 
Os problemas da biologia do desenvolvimento: 
O problema da evolução 
• Como mudanças no 
desenvolvimento criam novas 
formas de corpo? 
• Quais modificações 
hereditárias são possíveis, 
dadas as restrições impostas 
pela necessidade do 
organismo sobreviver 
enquanto se desenvolve? 
↓ taxa de divisão 
mitótica, os 
blastômeros passam 
por mudanças 
dramáticas quanto às 
suas posições, um 
em relação ao outro 
(gastrulação), 
resultando embrião 
com três regiões 
celulares: 
camadas 
germinativas: 
 ectoderma, 
endoderma, 
mesoderma. 
As células 
germinativas 
finalmente 
migram para as 
gônadas, onde se 
diferenciam em 
gametas 
(gametogênese), 
normalmente não é 
completado 
até que o organismo 
esteja fisicamente 
maduro 
série de divisões mitóticas extremamente 
rápidas, onde o enorme volume 
citoplasmático do zigoto é dividido em 
numerosas células menores 
(blastômeros). Ao fim da clivagem, eles 
geralmente formam uma esfera conhecida 
como blástula 
Células interagem umas com 
as outras e se reorganizam 
para produzir tecidos e órgãos 
fusão do material 
genético de dois 
gametas 
Os estágios do desenvolvimento animal 
Procariotos 
•Ausência de membrana nuclear 
•Várias possibilidades de obtenção 
de energia 
•Genomas menores 
•Pouco DNA intergênico 
•Gene contínuo 
•Menor quantidade de genes quando 
comparados a eucariotos 
Eucariotos 
• animais, plantas,fungos e 
protozoários 
– Genoma nuclear, filamentar, composto 
de vários segmentos filamentares 
(cromossomos) 
– Genôma extranuclear, circular, várias 
cópias (mitocôndrias e cloroplastos) 
 
Desenvolvimento entre eucariotos 
unicelulares 
• Todos os organismos eucarióticos 
pluricelulares se desenvolveram de protistas 
unicelulares, nos quais as características 
básicas do desenvolvimento apareceram 
primeiro: 
– primeiros exemplos da morfogênese direcionada 
pelo núcleo; 
– o uso da superfície da célula para mediar 
cooperação entre células individuais; 
– as primeiras ocorrências de reprodução sexual. 
morfogênese direcionada pelo núcleo 
Controle da Morfogênese no 
Desenvolvimento em Acetabulária 
Diferenciação em Ameboflagelados 
Naegleria 
• essa célula única tem estruturas celular e bioquímica diferentes 
nos di.ferentes estágios de sua vida, servindo de exemplo de 
controle transcricional de um processo de desenvolvimento: 
O núcleo da Naegleria responde a mudanças ambientais 
sintetizando o mRNA para tubulina flagelar. 
Diferenciação em Ameboflagelados 
Naegleria 
As Origens da Reprodução Sexual 
• Reprodução envolve a criação de novos indivíduos. 
• Sexo envolve a combinação de genes de dois indivíduos distintos em 
um novo arranjo. 
• Reprodução na ausência de sexo é uma característica de organismos 
que se reproduzem por cisão; não há discriminação nos genes 
quando uma ameba se divide ou quando uma hidra brota células 
para formar uma nova colônia. 
• Sexo sem reprodução também é comum entre os organismos 
unicelulares. 
– bactérias : transmição genes de um indivíduo para o outro por 
meio dos pilos sexuais. Essa transmissão é independente da 
reprodução. 
– Protistas , ex. paramécios: se reproduzem por cisão, mas o sexo 
é realizado através de conjugação. 
Os paramécios, se reproduzem por cisão, mas o 
sexo é realizado através de conjugação 
As bactérias são capazes de transmitir 
genes de um indivíduo para o outro por 
meio dos pilos sexuais, sem 
reprodução. 
Reprodução sexual 
• Visto nos eucariontes unicelulares 
– ex. Chlamydomonas : haplóides, com individuos 
divididos em grupo maise grupo menos. 
 
*Surge meiose 
*Reconhecimento 
do parceiro. 
Eucariotos coloniais: A evolução da diferenciação 
• volvocaceanas são reuniões ordenadas de numerosas células, 
cada uma parecida ao protista unicelular Chlamydomonas. 
• Caracteristica Eudorina: a divisão ordenada de uma célula 
para gerar um número de células que são organizadas de uma 
maneira previsível. 
• Caracteristica outros generos: a diferenciação de tipos 
celulares em organismo individual. As células reprodutivas se 
diferenciam das células somáticas. 
• Embora todas as volvocaceas, incluindo seu parente unicelular 
Chlamydomonas, se reproduzam predominantemente por 
meios assexuados, também são capazes de reprodução sexual 
(produção e fusão de gametas haplóides); 
 
Tipos de reprodução sexual e gametas 
• Reprodução sexual é isogâmica, já que os gametas haplóides que se 
encontram são similares em tamanho, estrutura e motilidade. 
• Reprodução sexual heterogâmica, onde gametas nadadores de diversos 
tamanhos são produzidos por parceiros de acasalamentos diferentes 
(heterogamia). 
• Reprodução sexual oogamica, um tipo especial de heterogamia que 
envolve a produção de óvulos grandes e relativamente imóveis por um 
parceiro do acasalamento e espermatozóides pequenos e móveis pelo 
outro parceiro. 
• OBS: Em todas as volvocaceas, a reação da fertilização se assemelha à do 
Chlamydomonas porque resulta na produção de um zigoto diplóide 
dormente, inativo, capaz de sobreviver a condições ambientais severas. 
Quando as condições permitem aos zigotos germinar, eles primeiro 
sofrem meiose para produzir herdeiros haplóides dos dois parceiros em 
números iguais. 
Organização multicelular em Dictyostelium discoideum 
Em adição a esse ciclo sexual, existe a possibilidade para sexo em Dictyostelium. Duas 
amebas podem fundir-se para criar uma célula gigante, que digere todas as outra células do 
agregado. Quando tiver ingerido todos seus vizinhos, se enquista em uma parede grossa e 
sofre divisões meiótica e mitótica; e por fim, novas mixamebas são liberadas. 
• quimiotaxia: as células são guiadas para os centros de agregação 
por uma substância solúvel (adenosina 3’,5’ monofosfato cíclico - 
cAMP) 
• A diferenciação de amebas individuais em células pedunculares 
(somáticas) ou esporos (reprodutivas) é uma questão complexa: 
habilidade de células mudarem seus destinos desenvolvimentais, 
de acordo com sua localização dentro do organismo inteiro, e assim 
compensar por partes faltantes, é chamada regulação. 
• Como uma célula torna-se uma célula de pedúnculo ou uma célula 
de esporo? Embora os detalhes não sejam totalmente conhecidos o 
destino de uma célula parece ser regulado por certas moléculas 
difusivas. Os dois principais candidatos são o fator indutor de 
diferenciação (DIF) e o cAMP. 
• Moléculas de adesão celular reguladas pelo desenvolvimento., 
solução (mesma para protistas e embrioes!) para que células 
individuais sejam aderidas entre si para formar um organismo 
coeso. 
 
• LEIA E RESUMA: 
• PARTE 1 – EIXO BIOLÓGICO - INTRODUÇAO: 
EVOLUÇÃO DOS CICLOS DE VIDA NOS 
DIFERENTES ORGANISMOS (Ronan Xavier 
Correa) – paginas 1 a 24 
• Enviar até 24hs do dia 5/2/13 para o email: 
• rubiani@unir.br 
Atividade Proposta 
• Leitura suplementar sugerida: Sexo e evolução 
(Helida F. da Cunha) - paginas 25 a 65 
Atividade Proposta 
Padrões desenvolvimentais entre 
metazoários 
• Animais multicelulares que atravessam 
estágios embrionários de desenvolvimento. 
• a maioria das espécies de metazoários 
pertence a um de dois principais ramos de 
animais: protostomatas e deuterostomatas. 
Poríferos ou esponjas 
• Esponjas não contém 
mesoderma, não havendo 
portanto verdadeiros 
sistemas de órgãos em 
Porífero; 
• Apesar de passarem por 
estágios embrionários e 
larvais, esponjas são muito 
pouco parecidos com a 
maioria dos metazoários 
Presença de três camadas germinativas durante o 
desenvolvimento 
Radiatas 
• simetria radial 
• incluem os cnidários 
(medusas, corais e hidras) e 
• ctenóforos (medusas de 
crista). Nesses animais, o 
mesoderma é rudimentar, 
consistindo 
• de células escassamente 
disseminadas em uma 
matriz gelatinosa. 
Bilaterias. 
• Simetria bilateral : 
– Plano direito/esquerdo ; 
– dorsal/ventral; 
– anterior/posterior. 
• Avanços evolucionarios na forma corporal: 
– Facilidade de movimentos 
– Maior possibilidade disposição orgãos 
– Mais eficiencia na busca de alimento, 
parceiros e evitar predadores. 
– Possibilitou a cefalização e aumento da 
dominancia e especialização de orgãos 
– Presença de cavidade corporal (tubo 
digestivo mais longo e mais eficiente na 
digestão; espaço onde gonadas possam se 
expandir, permitindo maior produção de 
gametas; 
• A maioria dos filos são celomados, (cavidade 
corporal revestida por mesoderma) 
Divisões de Bilateria 
Protostomatas 
(do Grego, “boca primeiro”) 
• a boca é formada em primeiro lugar, junto 
ou próximo da abertura intestinal, 
produzida durante a gastrulação. O ânus se 
forma mais tarde em outro local. 
• filos dos moluscos, artrópodos e vermes 
• A cavidade corpórea se forma a partir de 
uma previamente sólida corda de células 
mesodérmicas, tornadas ocas (formação 
esquizelóide). 
Deuterostomatas 
(do Grego, “boca depois”) 
• a abertura bucal é formada depois da 
abertura anal. 
• Os filos nessa divisão incluem os 
chordatas e os equinodermos. 
• a maioria dos deuterostomatas formam 
suas cavidades corpóreas a partir de bolsas 
mesodérmicas estendendo-se do intestino 
(formação enterocélica). 
Embora possa parecer estranho classificar seres humanos e cavalos no mesmo grupo que estrelas-
do-mar e ouriços-do-mar, alguns traços embriológicos acentuam esse parentesco. 
Tipo de clivagem 
Protostomatas 
• clivagem espiral : têm uma extensa 
variedade de tipos de clivagem. 
Muitas espécies formam blástulas 
compostas por células que estão 
em ângulos agudos relativamente 
ao eixo polar do embrião. 
• os blastômeros em estágio de 
clivagem, têm menor capacidade 
de regular seu desenvolvimento. Se 
um único blastômero é removido 
de um embrião quadricelular, tanto 
o blastômero isolado como os 
restantes se desenvolveriam em 
embriões parciais – cada um 
carente daquilo que foi formado a 
partir dos outros. 
 
Deuterostomatas 
• clivagem radial : os blastômeros 
são perpendiculares ou paralelos 
uns aos outros. 
• os blastômeros em estágio de 
clivagem, têm maior capacidade 
de regular seu desenvolvimento. 
Se um único blastômero é 
removido de um embrião 
quadricelular, tal blastômero irá 
desenvolver-se em um organismo 
inteiro, e os três-quartos 
restantes do embrião também 
irão se desenvolver 
Tipos de cavidades do corpo 
Acelomados 
• Corpo sem cavidade 
• Platelmintos 
Pseudocelomados 
• Pseudoceloma entre mesoderma e endoderma 
• Nematelmintos 
Celomados 
• Cavidade corporal revestido por 
mesoderma 
• Mamiferos, anfibios, anelideos,etc. 
Atividade Proposta 
• Preparar para a próxima aula (30/1) uma breve 
apresentação discutindo as vantagens e 
desvantagens evolutivas da simetria corporal, 
presença de cavidade corporal (celoma), 
desenvolvimento protostomico ou 
deuterostomico e segmentação corporal. 
• Após a apresentação será realizada uma breve 
avaliação que, somada as outras avaliações de 
aula, perfazerão 20% da nota final de 
embriologia.