Biologia para Ciências Ambientais Unidade III

Prévia do material em texto

Biologia para Ciências 
Ambientais
Organização, Tipologia Celular e Ambiente
Material Teórico
Responsável pelo Conteúdo:
Prof. Dr. Carlos Eduardo de Oliveira Garcia
Revisão Textual:
Prof. Ms. Luciano Vieira Francisco
5
•	Introdução
•	Difusão simples
•	Transporte ativo
•	Padrão de organização celular e os grupos 
de seres vivos
•	Osmose
•	Sistema golgiense
•	Organização geral da célula
•	Difusão facilitada
•	Mitocôndrias
•	Cloroplasto
Como método de estudo, você deverá realizar inicialmente as atividades de leitura, na 
sequência as atividades de fixação dos conteúdos (atividade de sistematização), as atividades 
de interação (fórum de discussão) e concluir esta Unidade com a avaliação.
Explore todos os recursos do Blackboard. Não acumule dúvidas, participe, pergunte! 
Nesta Unidade daremos continuidade às informações que lhe 
ajudarão no entendimento de uma Ciência desafiadora e básica, 
a Biologia. Abordaremos os conhecimentos científicos que 
envolvem a tipologia celular, sua organização e funcionamento.
Organização, Tipologia Celular e Ambiente
6
Unidade: Organização, Tipologia Celular e Ambiente
Contextualização
A compreensão dos fenômenos naturais é indispensável para responder às necessidades da 
sociedade moderna. A partir do século XVII, com a invenção e gradativo aprimoramento das 
técnicas de microscopia houve um avanço dos estudos científicos e desenvolvimento de novos 
rumos nas Ciências, especialmente como o aprimoramento da histologia, estudo dos tecidos e 
citologia, estudo das células.
Nos dias atuais essas áreas abriram caminho para importantes avanços teóricos e práticos, além 
de um desenvolvimento extraordinário da Ciência aliada à tecnologia eletrônica e informática.
A união e o desenvolvimento da Ciência com a tecnologia promovem resultados extraordinários 
em diversos setores produtivos, tais como a produção de alimentos (variedades vegetais mais 
produtivas); a fabricação de produtos para a indústria (nanotecnologia); o tratamento do lixo; a 
produção de novos remédios, como os novos antibióticos. 
Dessa forma, os estudos da Biologia celular aliados aos avanços tecnológicos visam garantir 
a sobrevivência dos seres vivos, assim como a preservação dos ambientes naturais e o uso de 
seus recursos de uma forma sustentável.
7
Introdução
Em nossa conversa anterior abordamos um dos principais processos celulares à permanência 
e difusão da vida: a síntese proteica. Perceba a partir de agora a íntima relação entre o DNA, o 
RNA e as proteínas que possibilitam a manutenção da estrutura e funcionamento celular. 
Nesse processo destaca-se a intensa troca de informações químicas entre o núcleo celular e o 
ribossomo no citoplasma, organela na qual ocorre a síntese de proteínas. Ressalta-se também a 
importância dos ácidos nucleicos nesse processo: o DNA, que é o armazenador da informação 
química e coordenador do processo de síntese de proteínas; os tipos de RNA, tanto o RNA 
ribossômico (rRNA), como componente estrutural dos ribossomos; o RNA mensageiro (mRNA), 
que carrega a informação de um ou mais genes localizados no núcleo da célula até o ribossomo 
no citoplasma; o RNA transportador ou de transferência (tRNA); as moléculas adaptadoras que 
traduzem fielmente a informação química contida no mRNA em uma sequência de aminoácidos 
para formar a cadeia polipeptídica ou proteína.
Dando continuidade aos nossos estudos, você verá nesta Unidade a célula como estrutura 
tridimensional e a presença de organelas que funcionam integradamente no trabalho celular. 
Por trabalho celular são detalhadas as capacidades das células que se alimentam, movem-se, 
respondem a estímulos, crescem e se dividem; independente do padrão de organização.
O desenvolvimento do estudo das células esbarrava em um problema, o seu tamanho: a 
grande maioria das células é pequena demais para serem observadas a olho nu. Por esse motivo, 
as primeiras células foram devidamente observadas e descritas apenas a partir do século XVII, 
quando foi inventado e aperfeiçoado o microscópio óptico.
Esse limite de resolução está relacionado ao comprimento de onda da luz. O uso de lentes 
especiais, como as dos microscópios ópticos e lunetas resolvem ou diminuem o problema; tanto na 
observação de objetos demasiadamente pequenos (como as células), ou algo significativamente 
grande e distante, caso dos planetas e estrelas.
Os menores objetos que podemos distinguir (a partir do poder de resolução do olho humano) 
medem acima de 0,2mm, tamanho das maiores células. A maior parte dos tipos de células é, 
no mínimo, dez vezes menor do que isso, sem contar que as estruturas internas das células são 
ainda menores.
No exemplo das células e suas estruturas, demasiadamente pequenas para serem medidas em 
centímetros ou milímetros, são utilizadas as unidades de medida dos micrômetros (cujo símbolo 
é μm) e nanômetros (cujo símbolo é nm). O micrômetro equivale a um milésimo do milímetro, 
enquanto o nanômetro corresponde a um milésimo do micrômetro, tal qual ilustrado abaixo:
Padrão de organização celular e os grupos de seres vivos
8
Unidade: Organização, Tipologia Celular e Ambiente
Na medida em que os microscópios foram aprimorados, mais componentes sofisticados 
foram incorporados e nos dias atuais sutilezas de detalhes podem ser visualizadas nos diferentes 
tipos de microscópios ópticos: microscópio de campo claro; microscópio de contraste de fase; 
microscópio de fluorescência; microscópio confocal de varredura a laser.
Na década de 1930 os limites do microscópio óptico foram ultrapassados com o uso de feixes 
de elétrons nos microscópios eletrônicos. A microscopia eletrônica de varredura ou de transmissão 
possibilitou a visualização das estruturas intracelulares de tamanhos menores que 200nm.
Como se acredita atualmente, as células evoluíram de um mesmo ancestral, no entanto, as 
células apresentam uma enorme variação entre si, no tamanho, aparência e função desenvolvida, 
embora possuam um metabolismo, conjunto de reações químicas básicas semelhantes. 
É importante que você compreenda o que esses avanços proporcionaram, para isso relembre 
que em pleno século XIX houve uma mudança radical e conceitual que influenciou todo o 
pensamento científico: a Teoria Celular, formulada nos trabalhos desenvolvidos na Alemanha 
por Matthias Schleiden (1804-1881) e Theodor Schwann (1810-1882), quando foi proposta a 
ideia de que todos os organismos vivos possuem a organização celular. 
Figura 1.
Fonte: adaptado de Alberts (et al., 2011).
Você Sabia ?
103 é a maneira com que os matemáticos escrevem as potências de 10, isto é, 103 (10 x 10 x 10) 
é igual a 1.000; da mesma forma, 106 é igual a 1.000.000 e assim por diante.
9
A célula é a unidade fundamental dos seres vivos, tanto para os organismos pluricelulares 
com mais de uma célula, ou organismos unicelulares com uma única célula.
Assim, na Unidade anterior colocamos a importância da organização do núcleo celular, onde 
o material genético DNA é individualizado por uma membrana celular denominada de carioteca 
e essa de célula eucarionte. O outro tipo celular é denominado como célula procarionte, onde 
o material genético DNA encontra-se disperso no citoplasma.
Relembre desses aspectos na Figura abaixo.
Considerando essas duas características (o número de células e suas estruturas), pode-se 
propor uma classificação simples para os seres vivos em cinco reinos.
Contudo, cabe aqui também mencionar que os vírus diferem de todos os outros seres vivos, 
pois não possuem a organização celular (tratando-se da exceção na Teoria Celular), dado que 
são seres acelulares. Esse é o principal motivo para os vírus serem todos parasitas intracelulares 
obrigatórios, ou seja, usam a estrutura celular de outros organismos para completar o seu ciclo 
de vida.
Quadro 1 –Proposta resumida à classificação dos seres vivos.
Reinos Número de células Tipo de célula Organismos
Monera Unicelulares Procariontes Bactérias
Protoctista Unicelulares ou pluricelulares Eucariontes Algas e protozoários
Fungui Unicelulares ou pluricelulares Eucariontes Fungos
Plantae Pluricelulares Eucariontes Plantas
Animalia Pluricelulares Eucariontes Animais
Figura 2 – Estrutura das células eucariontes e procariontes, sendo evidenciada a diferença 
da localização dos ácidos nucleicos – no núcleo das células eucariontes e no citoplasma das 
células procariontes.
10
Unidade: Organização, Tipologia Celular e Ambiente
Com o auxílio da microscopia óptica pode-se descrever uma enorme variedade de tipos 
celulares e propor a Teoria Celular. Com certeza agora que você já está mais familiarizado com a 
célula, lembrará das estruturas ou características que podem ser descritas como comuns a todos 
os tipos celulares, como a membrana celular, mitocôndrias, ribossomos e outros.
No entanto, lembre-se de que há vários tipos de células e – é claro que você sabe que 
– em muitas há exceções no tocante à presença de estruturas celulares que podem acabar 
caracterizando o tipo celular. Alguns exemplos curiosos como as hemácias que não possuem 
núcleo (anucleadas), nenhuma célula animal possui cloroplastos e assim por diante. Porém, 
todos os tipos celulares possuem um limite, ou seja, é possível definir um espaço intracelular 
(dentro da célula) e um espaço extracelular (fora da célula).
Todas as células possuem uma membrana celular que define e separa o meio intracelular onde 
é encontrado o citoplasma, do meio extracelular. Em 1972 foi proposto pelos pesquisadores 
americanos Singer e Nicolson o modelo estrutural do mosaico fluido para a membrana.
Esse modelo lipoproteico de membrana facilita a compreensão da entrada e saída de 
substâncias na célula. A estrutura das membranas é constituída por duas camadas de lipídeos 
das classes dos fosfolipídios, mais esteróis e colesterol com proteínas inseridas e com algumas 
moléculas de carboidratos na superfície da membrana, formando o glicocalix.
Os fosfolipídios, que formam a membrana, distribuem-se de maneira a formar uma bicamada, 
com a parte hidrofílica de sua molécula voltada para o meio aquoso, extracelular ou citoplasmático 
e a parte hidrofóbica voltada para o interior da membrana. Existem regiões pouco fluidas na 
bicamada lipídica, onde são encontradas moléculas de colesterol. Nesse modelo encontramos 
moléculas de proteínas inseridas na bicamada, conferindo certa especificidade à membrana, as 
membranas são fluidas devido a mobilidade constante dos lipídeos, realizando principalmente 
movimentos de rotação e translocação.
A membrana plasmática funciona como uma barreira, individualizando o ambiente 
intracelular. No entanto, durante toda a sua vida há uma interação entre as células e entre essas 
com o meio externo, seja na absorção do oxigênio de que necessitam para a respiração celular 
e consequente liberação do gás carbônico, seja na obtenção de íons e moléculas maiores, como 
a glicose e outros açúcares.
Organização geral da célula
Figura 3 – Modelo do mosaico fluido da membrana, diferentes proteínas se inserem entre os 
lipídeos da bicamada. 
11
A passagem de moléculas através da membrana obedece a certos critérios e independem 
do tipo de célula ou da atividade que essa exerça, estando vinculados à natureza lipídica da 
membrana. Chamamos esses critérios de permeabilidade seletiva da membrana.
A “seleção” das moléculas que atravessam a bicamada está relacionada com seu tamanho, 
polaridade e carga, além da natureza lipídica da membrana. A bicamada lipídica é apolar, 
dessa forma as moléculas apolares possuirão mais facilidade para atravessar a bicamada do 
que moléculas polares. Em síntese, quanto menor a molécula, mais facilmente atravessará a 
bicamada lipídica.
As moléculas do gás carbônico (CO2) e do oxigênio (O2) são exemplos de moléculas pequenas, 
apolares e sem carga, de modo que atravessam a membrana celular com certa facilidade. 
Outro fator que exerce influência na passagem de substâncias pela membrana é a concentração. 
Para melhor entender esse fato, observe o que ocorre em parte no ciclo do O2: as moléculas de 
oxigênio atravessarão a membrana para o meio intracelular apenas enquanto a concentração 
de oxigênio no meio intracelular for menor que no meio extracelular. Isso explica porque as 
plantas na célula vegetal que produzem O2 (processo de fotossíntese) dentro de suas células 
liberam-no para a atmosfera, enquanto as células animais, que consomem oxigênio, absorvem-
no do meio extracelular.
A troca de gases entre os seres vivos e o meio ambiente é realizada sempre pelo processo de 
difusão simples, obedecendo a diferença de concentração. As plantas consomem O2 durante 
a noite pelo processo de respiração e produzem O2 pelo processo de fotossíntese (dependente 
de luz) durante boa parte do dia, quando o excedente da produção de O2 é lançado ao meio 
ambiente. Já os animais consomem continuamente O2 e expiram CO2.
Figura 4.
Figura 5 – Animal consumindo O2 e liberando CO2, que 
é absorvido pelas plantas.
Fonte: Thinkstock/Getty Images
12
Unidade: Organização, Tipologia Celular e Ambiente
Dessa forma, ressalta-se que a permeabilidade seletiva da bicamada lipídica depende das 
características físico-químicas das substâncias. O transporte de substâncias pela membrana 
pode ocorrer de forma passiva, sem gasto de energia, onde os quatro fatores discutidos até aqui 
exercem grande influência no processo. Veja a seguir mais um pouco sobre esses processos: a 
difusão simples, osmose e difusão facilitada.
É o processo que há pouco descrito: a passagem de substâncias através da bicamada lipídica 
de um meio de maior concentração para um meio de menor concentração, denominado 
difusão simples. Ocorre sempre a favor do gradiente eletroquímico e de concentração: os íons 
se movem através dos canais iônicos, sempre saindo do compartimento onde sua concentração 
esteja maior para o compartimento onde seja menor.
O O2 do ar atmosférico entra na corrente circulatória por difusão simples, nas células vermelhas 
do sangue (hemácias), onde se combina com o pigmento hemoglobina e é transportado às 
demais regiões do corpo. Em contrapartida, o CO2 é excretado do plasma sanguíneo pela 
artéria pulmonar, essa que conduz o CO2 para os alvéolos pulmonares por difusão simples de 
onde o CO2 é retirado do organismo pela expiração.
No caso de a molécula transportada ser a água, recebe o nome especial de osmose. Na 
osmose a água, que é o solvente universal, acaba se movimentando no sentido inverso da 
difusão simples. A água então atravessa a membrana sempre no sentido do meio hipertônico, 
ou seja, o meio de maior concentração de solutos.
A osmose pode ser observada em um experimento simples, que você pode executar em sua 
casa ou, quem sabe, reunir os colegas no polo da Universidade e aplicar em conjunto:
Difusão simples
Figura 6 - Processo de hematose.
Osmose
13
Quadro 2 – Experimento.
Material:
•	 Folhas de alface;
•	 Sal de cozinha;
•	 Prato fundo;
•	 Pano de prato.
Procedimento:
Coloque uma boa quantia de sal em quatro ou cinco folhas de 
alface e cubra com o pano de prato. Espere por duas horas.
Discussão dos resultados:
Após esse tempo você encontrará “água” que, por osmose, saiu 
das células das folhas de alface para o prato. Em contrapartida, o 
sal. por difusão simples, foi parar nas células das folhas de alface.
Há proteínas presentes na membrana celular de todas as células, que se destacam por 
exercer uma função especial: permitir a passagem de algumas moléculas que não são capazes 
de atravessar a bicamada lipídica. São denominadas proteínas transportadoras que atravessam 
a bicamada lipídica de um lado ao outro. Quandouma substância se desloca nas mesmas 
condições da difusão simples, mas com o auxílio dessas proteínas, o processo é denominado 
difusão facilitada. 
É importante lembrar que essas proteínas são específicas para um tipo de molécula, isto é, 
um transportador de glicose não transportará a frutose.
Para melhor compreender a dinâmica das células, faz-se necessário entender outro conceito: 
o transporte ativo. Em um organismo onde as células, ao longo de um determinado período, 
realizaram apenas o transporte passivo, a distribuição de íons dos meios intracelulares e 
extracelulares tenderá a ser idêntica e cessará.
Então como garantir a ocorrência do transporte passivo?
O transporte ativo entra em ação, de modo que uma substância é transportada por um 
carreador contra o seu gradiente eletroquímico, ou seja, do compartimento onde está em menor 
concentração para um de maior concentração com gasto energético por parte da célula. Esse 
processo mantém um desequilíbrio dinâmico entre os meios e o funcionamento celular.
Difusão facilitada
Transporte ativo
14
Unidade: Organização, Tipologia Celular e Ambiente
Veja o seguinte exemplo para melhor entender a importância desse processo:
Em uma célula em repouso a quantidade de sódio intracelular é de dez a trinta vezes menor 
do que no meio extracelular, enquanto a quantidade de potássio é cerca de trinta vezes maior 
no meio intracelular que no meio extracelular. A diferença na distribuição de íons entre os lados 
intra e extracelular da membrana cria um potencial de membrana onde o interior é negativo em 
relação ao exterior. Quando ocorre o fluxo de sódio para o interior das células e o citoplasma 
é invadido por íons, ocorrerá uma despolarização da membrana. Essa despolarização sinaliza 
uma alteração no estado funcional da célula como, por exemplo, uma contração muscular.
Após o entendimento dos processos que ocorrem nas membranas, veja a seguir o complexo 
membranoso presente no citoplasma celular. As diversas estruturas membranosas 
denominadas de organelas presentes no citoplasma das células, principalmente na célula 
eucariótica, que é mais complexa e que desempenha funções específicas, garantindo o 
metabolismo celular.
Nesse processo são destacadas as seguintes estruturas:
Retículo endoplasmático
Maior sistema de membranas da célula, formando bolsas assimétricas, verdadeiros labirintos 
em forma de tubos no interior celular. A presença do retículo favorece o suporte mecânico à 
célula juntamente com microtúbulos e microfilamentos.
São reconhecidas duas regiões: o Retículo Endoplasmático Liso (REL) e o Retículo 
Endoplasmático Rugoso (RER).
Retículo Endoplasmático Liso (REL)
Dependendo do tipo celular há a presença de enzimas que participam da síntese de 
triglicerídeos, fosfolipídios e esteroides. Essas estruturas membranosas também participam da 
neutralização de substância tóxicas, tais como drogas e venenos, além de ocorrer o transporte 
de substâncias no interior da célula. Nas células vegetais, onde os grandes vacúolos podem ser 
considerados uma porção dilatada do retículo, ocorre o armazenamento de sustâncias.
Figura 7 – Retículo endoplasmático liso em 
hepatócito, célula do fígado.
15
Retículo Endoplasmático Rugoso (RER)
São constituídos por membranas que formam lâminas achatadas e dispostas paralelamente 
com ribossomos aderidos. Os ribossomos são organelas que constituem o sítio da síntese de 
proteínas. Assim, o RER atua principalmente na produção de proteínas celulares que serão 
utilizadas fora da célula. Suas cavidades podem estar dilatadas de acordo com o estado funcional 
da célula.
O RER também é o responsável pela síntese das proteínas especiais (enzimas) que formarão 
os lisossomos, organelas que possuem as enzimas que fazem a digestão intracelular e das 
proteínas que estão presentes na membrana celular.
Atua na síntese de carboidrato, modifica e seleciona 
proteínas feitas no RER e metaboliza lipídios vindos 
do REL. Essa rede de sáculos achatados atua na 
secreção celular, expulsão de substâncias produzidas 
por uma célula e que serão utilizadas em outras 
partes do organismo, formação do acrossomo 
em espermatozoides, formação de lisossomos e 
peroxissoma (digestão intracelular), secreção de muco 
e síntese de polissacarídeos.
Observe a face cis (de formação) e face trans (de 
maturação) do Golgi, Sáculos de Golgi (GS), RE rugoso 
(rER), RE liso (sER), peroxissoma (p) ao microscópio 
eletrônico de transmissão na seguinte figura:
Figura 8 – RER ao microscópio 
eletrônico de transmissão.
Figura 9 – Representação tridimensional 
do RER.
Sistema golgiense
Figura 10 – Aparelho de Golgi durante 
absorção de gordura em hepatócito.
16
Unidade: Organização, Tipologia Celular e Ambiente
São organelas esféricas ou alongadas com tamanho de 0,5 a 1μm de largura e até 10μm de 
comprimento. Estão divididas em duas regiões: as cristas mitocondriais e a matriz mitocondrial 
densa. Presença de enzimas, filamentos de DNA e ribossomos.
Constitui o sítio da respiração aeróbica, fonte de energia à célula e da síntese de hormônios 
esteroides a partir do colesterol.
As células que estão relacionadas aos processos que envolvem maior custo de energia no 
desempenho de suas funções geralmente apresentam um maior número de mitocôndrias. Por 
apresentarem DNA essas organelas também possuem um mecanismo de autorreprodução.
Observe na Figura acima a dupla membrana, cristas, matriz com grânulos elétron-densos e 
RER nas suas proximidades.
Figura 11 – Representação esquemática ilustrando a síntese de 
enzimas no retículo endoplasmático rugoso, o transporte dessas 
enzimas via vesícula de transporte para o complexo de Golgi e a 
formação dos lisossomas na atuação da digestão intracelular.
Mitocôndrias
Figura 12 – Mitocôndria ao microscópio eletrônico 
de transmissão.
17
Os cloroplastos podem apresentar uma variação em sua forma, mas a maioria é formada 
por uma membrana lipoproteica dupla envolvendo uma região interna: o estroma, formado 
por uma matriz densa onde é verificada a presença de DNA próprio e bolsas membranosas 
empilhadas, os tilacóides; onde é constatada a presença do pigmento clorofila. Constitui o sítio 
do processo de fotossíntese nas células vegetais.
Cloroplasto
Figura 13 – Mitocôndria, microscopia eletrônica de 
transmissão.
18
Unidade: Organização, Tipologia Celular e Ambiente
Material Complementar
MANGINI, J. Pesquisa detecta bactérias e fungos em 62,5% de passarinhos 
traficados. 7 ago. 2014. Disponível em: <http://agencia.fapesp.br/19558>. Acesso em: 17 
ago. 2014.
TOLEDO, K. Cientistas exploram microbiota de formigas em busca de novos 
fármacos. 11 jul. 2014. Disponível em: <http://agencia.fapesp.br/19406>. Acesso em: 17 
ago. 2014.
19
Referências
ALBERTS, B. et al. Fundamentos da Biologia celular. 3. ed. Porto Alegre, RS: Artmed, 2011.
AMABIS, J. M.; MARTHO, G. R. Biologia. v. 1. 3. ed. São Paulo: Moderna, 2009.
LEHNINGER, A. L.; NELSON, D. L.; COX, M. M. Princípios de bioquímica. 2. ed. São 
Paulo: Sarvier, 1995.
20
Unidade: Organização, Tipologia Celular e Ambiente
Anotações
www.cruzeirodosulvirtual.com.br
Campus Liberdade
Rua Galvão Bueno, 868
CEP 01506-000
São Paulo SP Brasil 
Tel: (55 11) 3385-3000