Aula 1 Introdução à Biologia Celular

Prévia do material em texto

Disciplina LGN0114 – Biologia CeluLar
Adriana Sturion Lorenzi
Departamento de Genética
aslorenz@usp.br
INTRODUÇÃO À BIOLOGIA CELULAR
Aula 1
https://sites.google.com/site/lgn114biologiacelular/
Login: lgn114
Senha: biocel.esalq2013
� Calendário de aulas
� Arquivos de aula (teóricas e práticas)
� Normas da disciplina
� Textos recomendados
� Links interessantes
� Avisos
� Bibliografia
OBJETIVO: Fornecer aos alunos conhecimentos básicos sobre a 
estrutura e funcionamento da célula, de modo a capacitá-los para o 
entendimento da genética e do desenvolvimento de espécies 
vegetais e animais de interesse agronômico e/ou florestal. 
LGN0114 – Biologia CeluLar
� LGN0114 - Biologia Celular
� LGN0232 - Genética Molecular
� LGN0215 - Genética
� LGN0313 - Melhoramento Genético
Disciplinas LGN
PLANTÃO DE DÚVIDAS:
Serão realizados na semana anterior à realização das provas.
SEGUNDA A QUARTA-FEIRA:
13 - 14 HORAS
SALA DE CITOLOGIA
LGN0114 – Biologia CeluLar
Método de avaliação
�1ª PROVA TEÓRICA: 15 a 19 DE ABRIL
�2ª PROVA TEÓRICA: 24 a 28 DE JUNHO
�PROVA PRÁTICA: 24 a 28 DE JUNHO
� A média final será obtida pela média aritmética das três provas;
� Não haverá prova substitutiva ou repositiva;
� Aprovado => 5,0 e frequência => 70% 
LGN0114 – Biologia CeluLar
1. Alberts, B.; Bray, D.; Johnson, A.; Lewis, J.; Raff, M.; Roberts, K.; Walter, 
P. 2009. Biologia Molecular da Célula. 5ª Edição brasileira. Artmed, 
Porto Alegre.
2. De Robertis, E.M.F.; Hib, J. 2006. Bases da Biologia Celular e 
Molecular. 4ª Edição. Editora Guanabara Koogan, Rio de Janeiro, 389p.
3. Junqueira L.C.U. & Carneiro J. 2005. Biologia Celular e Molecular. 8a 
Edição. Editora Guanabara Koogan, Rio de Janeiro, 352 p.
4. Lodish, H.; Berk, A.; Matsudaira, P.; Kaiser, C.A.; Krieger, M.; Scott, M.P.; 
Zipursky, L.; Darnell, J. 2005. Biologia Celular e Molecular. 5ª Edição. 
Artmed, Porto Alegre. 1054 p.
(Você pode consultar este livro acessando a internet e se cadastrando no 
site http://whfreeman.com/?disc=Biology)
O que existe em comum entre 
os organismos?
Célula Eucariótica VegetalCélula Procariótica Célula Eucariótica Animal
1. Célula : unidade fundamental do organismo vivo
2. Origem
3. Processos celulares
Quais os tipos celulares que você
conhece?
Dois tipos básicos de células:
� Procariota
� Eucariota
Por definição, a diferença 
refere-se à presença ou
não de envoltório nuclear
1. Presença de envoltório nuclear;
2. Tamanho das células e suas moléculas;
3. Tamanho e organização dos genomas;
4. Organização celular.
Procarioto X Eucarioto
Como é possível diferenciá-los?
Procarioto: organismo (geralmente unicelular) cujas células não 
apresentam um núcleo verdadeiro, delimitado por membranas.
Eucarioto: organismo (unicelular ou multicelular) cujas células 
apresentam núcleo verdadeiro.
1. Quanto a presença de envoltório nuclear
Célula Eucariótica VegetalCélula Procariótica Célula Eucariótica Animal
2. Tamanho das células e suas moléculas
Mínimo resolvível à vista 
desarmada
Mínimo resolvível pelo
microscópio óptico
Mínimo resolvível pelo
microscópio eletrônico
Vírus 
50-100 nm
Procariotos
0,1 - 10 µm
A maioria 
dos 
eucariotos
5 – 100 µm Levedura
5µm
Célula humana 
20 µm
Algumas 
células 
maiores 
podem ser 
vista a olho 
nú
Frog egg
1 mm
Protistas 
ciliados 
0,25 mm
2. Tamanho das células e suas moléculas
O que faz um organismo diferente do outro?
3. Tamanho e organização do genoma
HIV tipo I -19.750 b
Escherichia coli
5 Mb
Trypanosoma cruzi
110 Mb
Milho
2.5 Gb
Drosophila melanogaster
120 Mb Mamute
4.17 Gb
Cucumis sativus
367 Mb
Panda gigante
2.25 Gb    
Ostra
800 Mb
Humano
3 Gb
Chimpanzé
3 Gb
Fugu rubripes
365 Mb
nucleoide
mesossomo
flagelo
ribossomos
parede celular
membrana plasmática
vacúolo
Procarioto
Eucarioto (planta)
cloroplastos
mitocôndria
núcleo
nucléolo
parede celular
aparato 
de Golgi
RE liso
RE rugoso
membrana plasmática
vacúolo
4. Organização celular
� Dividem-se em Bactérias e Arqueas;
� Micro-organismos de maior sucesso na terra (em termos de número de 
indivíduos); existem cerca de 4.000 espécies conhecidas e estima-se que 
existam de 400.000 a 4 milhões de espécies;
� Viveram sozinhos na terra por aproximadamente 2 bilhões de anos 
(ambientes hostis);
� A maioria são bactérias;
� Possuem papéis cruciais na biosfera (fixação biológica de N; fotossíntese);
Biologia geral dos procariotos
Taylor Valley, Antártica
Rocha
Hipersalino
� São essenciais em todos os ambientes;
� Micro-organismos fazem parte do ambiente humano e de 
animais de maneira geral;
� Micro-organismos fazem parte de plantas e outros organismos;
� Em oceanos capturam energia da luz que são armazenadas em 
moléculas que servem de alimentos para outros organismos;
� Responsáveis pela decomposição de organismo mortos;
� Podem degradar rejeitos industriais, petróleo e uma infinidade 
de compostos;
� etc...
Azolla pinnata Cycas
- Cromossomo é muitas vezes uma única molécula circular;
- Podem apresentar plasmídeos (pequenos fragmentos, muitas
vezes de DNA circular, de replicação autônoma);
- Genoma pequeno e compacto (500 a 10000 genes);
Procariotos
Membrana plasmática
Citoplasma
Parede celular
DNA
Ribossomos
Pili
Flagelo
Célula de Procarioto
- As células procariotas são pobres em organelas e membranas;
- Estruturalmente simples;
- Bioquimicamente diversas.
�Muitos são extremistas! 
� Sobrevivem em ambientes extremos, onde não há
possibilidade de vida para outros seres
- Locais com altas temperaturas =100oC (Thermus aquaticus)
- Locais com baixas concentrações ou sem oxigênio
- Locais com baixo pH
- Lagos ou mares com salinidade altíssima
- Ambientes próximos a vulcões
- Fontes de enxofre, etc.
Arqueas (Archaea)
Parede celular de bactérias: peptideoglicano
Parede celular de arqueas: pseudopeptideoglicano
(Whittaker)
Koonin et al. Mol Microbiol (1997) 25(4):619-37
Koonin et al. ARM (2001) 55 709-42
� Parede celular diferente (archaea - sem peptideoglicana);
� Membrana plasmática variante;
� Proteínas associadas a tradução, transcrição e replicação 
estão próximas daquelas de eucariotos;
� Enzimas do metabolismo básico (manutenção celular) mais 
próximas a bactérias.
Escherichia coli
Bactéria mais estudada
Enterococcus sp.
Bactéria que reduz ácido e cresce
no intestino de mamíferos
Methanococcus janaschii
Arquea
Methanobacterium thermoautotrophicum
Arquea
Leptospira interrogans
Bactéria que causa leptospirose
Procariotos
Célula de eucarioto (animais)
Célula de eucarioto (plantas)
Eucariotos
Protozoários
Eucariotos
Estruturas exteriores
Parede celular Presente (proteína-polissacarídeo)
Membrana celular Presente
Flagelo Pode estar presente
Estruturas interiores
R. E. Ausente
Ribossomos Presente
Microtúbulos Ausente
Centríolos Ausente
Complexo de Golgi Ausente
Núcleo Ausente
Mitocôndria Ausente
Cloroplastos Ausente
Cromossomo Presente (muitas vezes único e circular)
Lisossomos Ausente
Vacúolos Ausente
Peroxissomos Ausente
C
é
l
u
l
a
s
 
d
e
 
p
r
o
c
a
r
i
o
t
o
s
Estruturas exteriores
Parede celular Pode estar presente (celulose, lignina, pectina, quitina...)
Membrana celular Presente
Flagelo Pode estar presente
Estruturas interiores
R. E. Presente
Ribossomos Presente
Microtúbulos Presente
Centríolos Pode estar presente (animais)
Complexo de GolgiPresente
Núcleo Presente
Mitocôndria Presente
Cloroplastos Pode estar presente (plantas)
Cromossomo Presente
Lisossomos Pode estar presente (animais)
Vacúolos Pode estar presente (plantas, fungos e protistas)
Peroxissomos Presente
C
é
l
u
l
a
s
 
d
e
 
e
u
c
a
r
i
o
t
o
s
Origem dos peroxissomos
Primeiro evento endossimbiótico: mitocondria
Segundo evento endossimbiótico: cloroplasto
Perda da parede celular
Formação de membranas internas – compartimentos
Aparecimento citoesqueleto e Envelope 
nuclear 
Desenvolvimento do flagelo eucarioto
Surgimento das vesículas digestivas
ETAPAS DO DESENVOLVIMENTO DA CÉLULA EUCARIÓTICA
E os vírus?
Por que estudar a Biologia Celular? 
CLASSIFICAÇÃO DOS SERES VIVOS
Autor Reino e Domínios Grupos de organismos
Linneaeus Animalia
Plantae
Animais e protozoários
Plantas, algas, bactérias e fungos
Haeckel Animalia
Plantae
Protista
Animais
Plantas e algas multicelulares
Algas unicelulares, bactérias, protozoários e 
fungos
Whittaker Animalia
Plantae
Protista
Fungi
Monera 
Animais
Plantas
Algas, Protozoários
Fungos
Procariotos
Woese Archaea
Bacteria
Eukarya
Procariotos
Procariotos
Eucariotos: fungos, oomicetos, algas, 
protozoários, plantas e animais
CLASSIFICAÇÃO DOS SERES VIVOS
PROCARIOTOS EUCARIOTOS
�Estudos filogenéticos, baseados principalmente na sequência do gene que 
codifica a subunidade menor do ribossomo, separam os seres vivos em apenas 
três grandes grupos ou domínios: Bacteria, Archeae, Eukarya. 
�Os dois primeiros são constituídos por células procariontes, e só o domínio 
Eukarya apresenta células eucariontes (WOESE, 1977).
Teosinto Milho primitivo Milho atual
Nature Genetics, 40(6):800-804, 2008.
tomate selvagem
(Lycopersicon pimpinellifolium )
φ = 1 cm
MELHORAMENTO GENÉTICO
Mutantes de trigo com variação no 
número de cromossomos
CITOGENÉTICA
* Esclarecendo a origem de espécies vegetais
Trigo (Triticum aestivum ) Centeio (Secale cereale)
Triticale (Triticosecale)
X
Nova espécie, mas não produzida por 
Biotecnologia. 
CRUZAMENTOS INTERESPECÍFICOS
CONTROLE DE PRAGAS AGRÍCOLAS
�Xylella fastidiosa é uma bactéria causadora de 
doenças em plantas economicamente 
importantes, como o amarelinho que 
afeta laranjeiras.
�O genoma de X. fastidiosa foi o primeiro de 
uma bactéria fitopatogênica a ser sequenciado
no mundo, e teve a participação de 
pesquisadores brasileiros. 
CONTROLE DE PRAGAS AGRÍCOLAS
Planta
sadia
Planta
infectada com 
vírus
16.12.200616.12.2006
Praia dos Namorados, Americana-SP
Cianobactérias x Toxinas
DIAGNÓSTICO AMBIENTAL
Microcistinas = hepatotoxinas
PCR
Microcystis Extração DNA
Detecção de cianobactérias
tóxicas (gene mcyA)
DIAGNÓSTICO AMBIENTAL
Engenharia Genética envolve:
� Isolamento de genes;
�Modificação de genes para que “funcionem melhor”
� Preparar os genes para serem inseridos na nova espécie;
� Desenvolvimento dos transgênicos;
ENGENHARIA GENÉTICA
Construção presente na soja RR®
Teste em campo dos transgênicos
Não-transgênicos
Transgênicos
Resistência a herbicida
Milho RoundUp Ready
Antes Depois
Animais transgênicos
Animais transgênicos
Carne “light”- ômega 3
Agroecossistema: ecossistema que se 
desenvolve numa terra cultivada e que 
inclui a espécie cultivada e os 
microrganismos associadas a ela, e as 
plantas, animais e microrganismos 
nativos.
Ecossistema: sistema formado pela 
interação entre uma comunidade de 
organismos (plantas, animais e 
microrganismos) e o ambiente.
ESTUDO DIRIGIDO:
1. Importância da Biologia Celular. Exemplos.
2. Definição de um organismo vivo. 
3. Classificação dos seres vivos (Domínios e Reinos).
4. Diferenças entre Eucariotos e Procariotos.
5. Diferenças entre Bacteria e Archaea. 
6. Organismos que apresentam parede celular.
7. Função das organelas em eucariotos.