Aula 11 - A célula - unidade funcional da vida

Prévia do material em texto

A célula: unidade funcional da vida
De uma célula ancestral.....
Por que as células são tão pequenas?
Classificação
•Dois domínios procarióticos
•Um domínio eucariótico
Arqueas, Bactérias e Eucariotos
Característica Bactéria Archaea Eucariotos
Envelope nuclear Ausente Ausente Presente 
Organelas envoltas por membrana Ausente Ausente Presente
Parece celular Presente Ausente Ausente
Membrana com lipídeos Hidrocarbonos Alguns hidrocarbonos Hidrocarbonos
não ramificados ramificados não ramificados
RNA polimerase De um tipo Vários tipos Vários tipos
Aminoácido iniciador Formil-metionina Metionina Metionina
da síntese proteica
Introns (sequência não Ausente Presente Presente
codificadora dos genes)
Sensibilidade a antibióticos Reprodução inibida Reprodução Reprodução
por streptomicina e não inibida por não inibida por
clorafenicol antibióticos antibióticos
Ancestral comum
• Procarioto
• Possuía DNA como material genético
• Possuía maquinaria de transcrição e tradução 
• Provavelmente possuía cromossomo circular
…que evoluiu ao longo do tempo 
originando os três domínios.
Pré-cambriano Cambriano Ordoviciano Siluriano Devoniano Carbonifero Permiano Triassio Jurassico Cretaceo Terciário
4500 a 600 543 500 440 409 354 290 245 206 144 65 1.8
Quaternário
Presente
Milhões de anos atrás
4500 ma Origem da vida
3800 ma Procariotos se desenvolvem
2000 ma Eucariotos se desenvolvem
UMA RETROSPECTIVA DA ORIGEM DA VIDA NA TERRA
Quando surgiram os eucariotos ?
Procariotos
Devido a influência do dogma procarioto-eucarioto
Bactérias e Arqueas ainda são considerados procariotos.
No entanto Arqueas são diferentes de bactérias e
evolutivamente mais próximas a eucariotos.
Bactéria
Arqueas
Um procarioto típico
Estrutura
•Dividem-se em Bactérias e Arqueas
•Criaturas de maior sucesso na terra (se sucesso for medido em
número de indivíduos!!).
•Viveram sozinhos na terra por mais cerca de 2 bilhões de anos
•Maioria bactérias
•Possuem papéis cruciais na biosfera; membros dos dois
domínios procariotos superam todos os outros em diversidade
metabólica.
•Cerca de 4000 espécies conhecidas e estima-se que existam de 
400.000 a 4 milhões de espécies
Biologia geral dos Procariotos
Ambientes
•Vivem nos mais diversos ambientes
-solo
-água
-outros seres vivos
Exploram os ambientes e estabelecem relações de 
neutralidade (comensalismo), cooperação
mutualismo e simbiose) ou parasitismo
Morfologia
• Unicelular
• Podem formar colônias
• Maioria possui diametro de 1-5 µm
• Formas mais comuns: 
-Cocos (esféricos); isolados ou associados em arranjos bi 
e tridimensionais formando correntes, placas ou blocos de 
células
-Bacilos (forma alongada, em bastonete); isolados ou em
cadeias. Em geral são unicelulares mas podem ser 
multicelulares.
-Espirilos (forma helicoidal)
-Vibriões (forma de vírgula)
Cocos
Enterococcus sp.
Bactéria comensal; cresce no intestino de mamíferos
Escherichia coli
Bactéria mais estudada
Bacilos
Morfologia
Methanococcus jannaschii
Arquea
Methanobacterium thermoautotrophicum
Arquea
Espirilos Vibriões
Leptospira interrogans
Bactéria que causa leptospirose
Vibrio cholerae
Bactéria que causa cólera
Morfologia
Salmonella
• Fornecem adesão ao
substrato
• Unem bactérias umas às
outras possibilitando
troca de materia lgenético
Fimbrias ou pili Flagelos
• Filamentos formados 
pela proteína flagelina 
que se projeta da 
superfície celular
• Estrutura de 
locomoção
De todos estes tipos celulares, 
quais são os parentes vivos mais 
próximos dos procariotos 
envolvidos com a origem dos 
eucariotos.
• Cianobactérias (algas azuis esverdeadas). Tranformam energia 
luminosa em energia química. Consomem CO2, liberam O2. 
• Responsáveis pelo aparecimento do oxigênio na atmosfera 
terrestre a 2,5 bilhões de anos.
• Podem viver livres ou formar colônias
• Utilizam clorofila a para fotossíntese e 
liberam gás oxigênio
• Possuem sistema de membrana interna
altamente organizados chamados
lamelas fotossintetizantes ou 
tilacóides que lembram cloroplastos.
Cloroplastos de eucariotos são derivados 
de cianobactérias por endossimbiose
Bactéria importante para o surgimento dos eucariotos.
• Rickettsia (parasita intracelular)
•Aroveitamento do oxigênio atmosférico (2,5 bilhões de anos). 
Respiração.
• Causadora do tifo
• Parente vivo mais próximo 
das Mitocôndrias.
Bactéria importante para o surgimento dos eucariotos
Rickettsia
Quais as etapas para o surgimento da célula 
eucariota?
• Surgimento de uma 
superfície celular flexível
• Surgimento de um 
citoesqueleto
• Surgimento de um 
envelope nuclear
• O aparecimento de 
vesículas digestivas
• A aquisição 
endossimbiótica de 
determinadas organelas
Superfície celular flexível
• Pode dobrar e se 
desenvolver 
internamente (área de 
superfície para trocas 
gasosas e de nutrientes)
• Aumenta a velocidade de 
trocas com o meio 
externo
• Permite a endocitose
Mudanças na estrutura celular
Junqueira e Carneiro, 2005.
Funções adquiridas pela célula
• Citoesqueleto:
Controle de mudanças da forma
Distribuição cromossomos na divisão celular
Transporte de materiais internamente
Emissão de pseudópodes
Invaginações
• Membranas internas:
Delimitação de organelas e vesículas (Retículo
Endoplasmático, Complexo de Golgi)
Vesículas digestivas: Capacidade da célula se alimentar de 
outras células (fagócitos).
- Primeiro evento endossimbiótico :
• Para sobrevivência no ambiente aeróbio 
(reativo – agressivo) os fagócitos 
primitivos ingeriram e incorporaram um 
procarioto que se tornou endossimbionte 
originando os peroxissomos. 
Endossimbiose e organelas
Endossimbiose e organelas
Segundo evento endossimbiótico :
• Passo crucial para os eucariotos, foi quando os fagócitos 
primitivos ingeriram e incorporaram um procarioto que evoluiu 
originando as mitocôndrias. Troca de material genético e 
dependência.
(Alberts et al., 2002) (Alberts et al., 2002)
Mitocôndrias
• Procariotos anaeróbios, não fotossintetizantes ingeriram 
aeróbios em grande número
• Alguns persistiram no citoplasma e continuaram a 
respirar
• Este citoplasma se tornou o lar deste procarioto
• Eficiência maior de transferência de elétrons para o O2
• Relação simbiótica estabelecida
• Algumas funções do aeróbio foram transferidas para o 
hospedeiro
• Transferência de genes para o núcleo do hospedeiro
• Hospedeiro se tornou dependente da capacidade 
respiratória do aeróbio
• Mitocôndria
Endossimbiose e organelas
Terceiro evento endossimbiótico :
• Alguns eucariotos incorporaram procariotos relacionados às 
atuais cianobactérias originando os cloroplastos. Troca de 
material genético e dependência.
(Alberts et al., 2002)(Alberts et al., 2002)
Cloroplastos
• Célula eucariótica ancestral continha 
peroxissomos, mitocôndria, envelope 
nuclear, RE, Golgi
• Ingeriu procariotos fotossintetizantes 
assemelhados com as cianobactérias
• Processo evolutivo semelhante ao da 
mitocôndria
RESUMO:
ORIGEM DA CÉLULA
EUCARIÓTICA
RESUMO:
ORIGEM DA CÉLULA
EUCARIÓTICA
Evidências
• Similaridade na estrutura e bioquímica 
entre bactérias aeróbias/mitocôndria e 
cianobactérias/cloroplasto
• Mitocôndria e cloroplasto contêm DNA 
circular, sem proteínas associadas
• O DNA das organelas codifica rRNA e 
tRNA semelhantes aos de procariotos
• Ribossomos das organelas utilizam a 
formil-metionina
Origem dos Eucariotos
Segundo a teoria endossimbiôntica 
poderíamos encontrar células 
eucariotas sem Mitocôndrias
Animals
Fungi
Coanozoa
Plants / green algae
Ciliates + apicomplexa
Sramenopolis
Red Algae
Dictyostellum
Entamoebae
Euglenozoa
Physarum
Percolozoa
Trichomonas
Giardia
Microsporidia
Mitocôndria
?
(G. lamblia é um parasita
que contamina a água e
causa a giardíase)
Um eucarioto típico
Surgimento de organismos 
multicelulares!!
Multicelulares
Qual foi a vantagem evolutiva que resultou no 
aparecimento dos organismos multicelulares?
Através da colaboração e divisão de tarefas tornou-se 
possível explorar fontes que unicelulares não podem 
utilizar tão bem.
Filo Molusca Filo Molusca
Filo Arthropoda Filo Arthropoda
Filo Annelida
Filo Echinodermata
As origens da multicelularidade
• Um dos eventos mais enigmáticos da 
história da Terra
• A multicelularidade parece ter surgido 
várias vezes, independentemente, em 
eucariotos
– exemplos: fungos, animais, plantas e algas
O que é multicelularidade?
• Presença de tipos celulares diferenciados 
durante o desenvolvimento da colônia
• Coordenação de funções chave para a 
sobrevivência da colônia de células
• Desenvolvimento a partir de uma única célula, o 
embrião
– Colônias de bactérias, os biofilmes, não se 
enquadram nesta definição
Quando surgiram os primeiros 
organismos multicelulares?
• Pré-cambriano, 600 ma
• Níveis de O2 aumentaram para cerca de 
5% do atual
• Acredita-se que esta nova atmosfera, rica 
em O2, apresentou as condições 
necessárias para o surgimento de células 
maiores e organismos mais complexos
Pré-cambriano Cambriano Ordoviciano Siluriano Devoniano Carbonifero Permiano Triassio Jurassico Cretaceo Terciário
Fauna de Ediacara
Datam do período de 670 a 550 milhões 
de anos. Animais aquáticos sem partes 
rígidas.
Primeiros seres 
pluricelulares
Como pode ter se formado um 
organismo multicelular?
Associação de unicelulares originaram 
colônias. 
Como?
Células filhas permaneceram unidas após a 
divisão celular. O grupo das algas verdes pode 
exemplificar como isto ocorreu 
Algas verdes
Existem diferentes formas de complexidade: espécies 
unicelulares, coloniais e multicelulares
Volvox é um representante colonial, cujas células se mantêm 
unidas após a divisão celular. 
Adaptações dos primeiros 
organismos multicelulares
• A vida em colônia, com coordenação de 
funções, exige adaptações novas nestas 
células: 
• Comunicação celular
• Adesão celular
• Diferenciação celular
Diferenciação celular
• Durante o desenvolvimento do embrião 
ocorre a diferenciação das células
– Elas assumem estrutura, forma, bioquímica e 
funções diferentes
• Corpo humano: ~ 100 trilhões de células
• Contém cerca de 200 tipos celulares 
funcionalmente distintos (musculares, 
neurônio, da pele, do sangue,...)
Versatilidade da célula 
eucariótica
• As células formadas após cada ciclo de divisão 
celular são idênticas à célula-mãe
• Portanto, contêm o mesmo conteúdo de 
informação genética
• Em pouquíssimos casos existe perda de 
material genético, p.ex., glóbulos vermelhos
– Perdem o núcleo durante a diferenciação celular
Regulação da expressão do 
genoma
• A resposta para a pergunta é esta: 
atividade regulada de genes e seus 
produtos 
• Especialização depende de mudanças na 
expressão gênica, e não na perda e 
aquisição de genes
Diferenciação celular
Segregação assimétrica 
de Proteínas específicas 
ativadoras de genes 
(fatores de transcrição)
Como células do coração 
são tão diferentes de 
células neuronais se 
todas vieram de UMA 
inicial.
Bibliografia
Purves, W.K. , Sadava, D.; Orians, G.H.; Heller H.C. 
Vida – a Ciência da Biologia. 6ª edição, Porto Alegre 
RS: Artmed, 2005 (cap. 4 – vol. 1; cap. 27, vol. 2)
Alberts, B.; Johnson, A.; Lewis, J.; Raff, M.; Roberts, 
K.; Walter, P. Molecular Biology of the Cell, 4th ed., 
New York: Garland Science, 2002.