Apostila Biologia Celular_parte1

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PARTE 1 
 
 
 
 
Professor: Carlos Alberto A. Monerat 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Rio de Janeiro, 2014/1 
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BIOLOGIA 
 
 A Biologia procura estudar todos os seres vivos, entre eles os vegetais e os animais, incluindo o 
homem. Além disso, procura conhecer a forma como os seres vivos se relacionam entre si e com o 
ambiente em que vivem. Por isso, pode-se dizer que a Biologia tenta desvendar os mecanismos pelos 
quais a vida acontece. E para tornar possível a compreensão da organização dos seres vivos, esse 
estudo deve relacionar a existência de características comuns entre os mesmos. 
 O estudo desses organismos (vírus, bactérias, protozoários, algas, fungos, vegetais e animais), 
possibilita a compreensão da vida como manifestação de sistemas organizados e integrados, em 
constante interação com o ambiente físico-químico. Estes organismos perpetuam-se por meio da 
reprodução e modificam-se no tempo em função de fatores evolutivos, originando a diversidade de 
formas vivas e as complexas relações de dependência entre elas e o ambiente em que vivem. 
Independente da sua classificação ou do reino o qual pertençam, todos os organismos vivos 
mostram certas características comuns, como por exemplo, organização química complexa (baseada 
mais abundantemente nos elementos C, H, O e N), metabolismo, sensibilidade, crescimento, 
reprodução, hereditariedade, evolução e, como fator determinante, organização fundamental baseada na 
célula, ou seja, todos os seres vivos são compostos por células, as quais executam determinadas 
funções, simples ou complexas, de acordo com a escala evolutiva de cada espécie, visando garantir a 
sua sobrevivência. E este é um dos postulados da biologia, que considera a célula como a unidade 
fundamental de constituição dos seres vivos. 
Os estudos em BIOLOGIA CELULAR possibilitam o conhecimento das características gerais 
e dos aspectos básicos das células, o que permite ao ser humano reconhecer a sua importância 
estrutural, o que vai influenciar diretamente no seu bem estar, viabilizando o desenvolvimento de 
terapias e de tecnologias para a produção farmacêutica de medicamentos, vacinas e alimentos, além de 
estimular as discussões sobre as implicações éticas, morais, políticas, econômicas e ambientais geradas 
por esse conhecimento. 
Portanto, as informações sobre a ultraestrutura, metabolismo e propriedades hereditárias das 
células, ao longo das últimas décadas, tem resultado no acúmulo de novos conhecimentos que 
contribuem para atuais informações sobre a natureza fundamental de todos os organismos vivos. 
 
- A HISTÓRIA EVOLUTIVA DA VIDA EM NOSSO PLANETA: com o desenvolvimento dos 
estudos sobre evolução, os cientistas passaram a acreditar que todos os seres vivos tiveram uma origem 
comum, a partir de uma única célula, há aproximadamente 3,5 bilhões de anos, quando o planeta Terra 
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era muito diferente do que é hoje. A sua temperatura era muito elevada, ao ponto de fundir as rochas da 
superfície, o nível das radiações solares (ultravioleta e infravermelha) era alto e constantemente 
ocorriam descargas elétricas. Na atmosfera não havia oxigênio na sua forma livre, mas sim gases 
liberados pelas constantes erupções vulcânicas, como metano (CH4), amônia (NH3), os gases 
carbônicos monóxido e dióxido de carbono (CO e CO2), hidrogênio (H) e, decisivamente, o vapor 
d´água (H2O). 
 
Possíveis condições do ambiente no planeta Terra em seus primórdios. 
 Ao atingir as camadas superiores, e consequentemente mais frias da atmosfera, o vapor d´água 
se condensava, precipitando-se em forma de chuvas torrenciais, as quais ocorreram continuamente, 
durante dezenas de milhões de anos. A partir de determinado momento, a superfície da Terra já havia 
esfriado, permitindo que a água líquida fosse se acumulando em depressões e nas regiões mais baixas 
da crosta, formando os oceanos e os mares primitivos, além dos grandes lagos. 
Os gases da atmosfera primitiva teriam se combinado, através de ligações químicas entre os 
elementos carbono (C), hidrogênio (H), oxigênio (O) e nitrogênio (N), estimuladas pela alta 
temperatura, pelas radiações e pelas descargas elétricas, e dessa combinação teriam se originado 
moléculas mais complexas como ácidos nucleicos, aminoácidos e açúcares, as quais teriam sido 
arrastadas pelas águas das chuvas e passado a se acumular nesses mares primitivos. Nesses mares, a 
temperatura ainda seria elevada, e isso proporcionaria a formação de um agregado molecular, chamado 
de coacervatos ou coacervados. 
Os coacervatos não são considerados seres vivos, mas uma primitiva organização de 
macromoléculas isoladas do meio por uma membrana, onde seriam possíveis as trocas com esse meio e 
a ocorrência de inúmeras reações químicas, proporcionando a evolução dessas estruturas. Um dos 
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principais marcos evolutivos foi a conquista da capacidade de autorreplicação, mediada pelos ácidos 
nucleicos. Daí a origem das primeiras células. 
 
Exemplos de coacervados. 
 Essa célula, segundo essa mesma teoria evolutiva, seria simples, porém, semelhante àquelas 
que formam os seres procariontes. Somente 2,5 bilhões de anos após o surgimento dos organismos 
procariontes, devido ao contínuo processo evolutivo, os primeiros seres eucariontes, mais complexos 
em relação a sua organização celular, teriam surgido. 
Desde que a vida surgiu em nosso planeta, ela vem sofrendo modificações sejam elas 
provocadas pelo meio externo ou pelo meio interno (este ligado a fatores genéticos). 
Biólogos avaliam que, desde o surgimento da vida, existiram aproximadamente entre 100 a 250 
milhões de espécies, 90% das quais já desapareceram por completo. Como o ambiente e as situações 
que ele impõe aos seres vivos mudam continuamente (o caráter evolutivo não está restrito somente aos 
seres vivos, mas também ao próprio meio), novas adaptações aconteceram e continuam acontecendo. 
As espécies que não são bem sucedidas entram em extinção (seleção natural) prevalecendo aquelas que 
se adaptam melhor. Portanto, essa diversidade biológica tem sua origem na variabilidade genética e nos 
processos de adaptação que permitem aos seres vivos reagir à enorme variedade de estímulos do 
ambiente. 
Atualmente são conhecidas, aproximadamente, 1.700.000 espécies, mas os cientistas estimam 
que exista mais de 10 milhões de organismos ainda desconhecidos e que, infelizmente, muitos deles 
desaparecerão antes mesmo que se possa conhecê-los. 
Tamanha biodiversidade, quando trazida para os níveis de organização baseados na célula, 
apresenta um sistema de classificação baseado em Três Domínios, por possuírem um ancestral comum 
na evolução, sendo um dos mais aceitos na comunidade científica: Archaea, Bacteria e Eukarya. 
Daí pode-se chegar a conclusão de que existem basicamente dois tipos celulares: 
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- PROCARIÓTICAS: células que apresentam o seu material genético disperso no citoplasma, ou seja, 
sem a presença de membrana que o envolva. Tais estruturas celulares também se caracterizam por 
serem bastante simples estruturalmente, não possuindo organelas ou sistema de endomembranas e 
terem dimensões reduzidas. Compreendem os seres unicelulares, tendo como principais representantes 
as bactérias e as algas cianofíceas. 
 
Estrutura de uma célula procarionte. 
- EUCARIÓTICAS: células que apresentam o seu material genético envolvido por uma membrana. 
Tais estruturas celulares também se caracterizam por serem mais complexas estruturalmente, possuindo 
organelas e sistema de endomembranas. Compreendem os seres unicelulares e também pluricelulares, 
tendo como representantes os procariontes, os fungos, os vegetais e os animais. 
 
Ilustração de uma célula eucarionte animale suas estruturas. 
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Ilustração de uma célula eucarionte vegetal e suas estruturas. 
 
MEMBRANA PLASMÁTICA 
 
- CARACTERÍSTICAS GERAIS: a membrana plasmática se constitui em uma estrutura muito fina (~ 
5 a 9 nm - podendo ser visualizada apenas a partir do microscópio eletrônico), complexa e dinâmica, 
que recobre toda célula, individualizando-a e garantindo a manutenção do equilíbrio entre os meios 
intra e extracelular. É constituída basicamente por fosfolipídios e proteínas, além de açúcares 
associados às essas mesmas proteínas e lipídios - glicoproteínas e glicolipídios, respectivamente. A 
membrana plasmática também atua de modo importante no transporte de substâncias, selecionando o 
que entra e o que sai da célula, garantindo uma propriedade vital para a estrutura celular: a sua 
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interação com o meio externo. Por conta deste atributo pode-se dizer que a membrana plasmática 
apresenta a propriedade da permeabilidade seletiva. 
 
- ORGANIZAÇÃO MOLECULAR: os componentes mais abundantes da membrana plasmática são os 
fosfolipídios e as proteínas, por isso são chamadas de membranas lipoproteicas. Outros componentes 
que aparecem fazendo parte da membrana são os glicídios (constituintes do glicocálix) associados às 
proteínas e aos lipídios, além do colesterol. 
As moléculas fosfolipídicas são compostas por uma cabeça (hidrofílica – possui afinidade com 
moléculas de água), formada por um grupo fosfato ligado a uma molécula de glicerol; e uma cauda 
(hidrofóbica – repele moléculas de água) de natureza lipídica, formada por duas cadeias de ácidos 
graxos. Tais moléculas fosfolipídicas, devido à sua composição química, têm um comportamento 
particular em relação a água: uma parte da molécula possui afinidade com a água e a outra parte não. 
Por conta dessa propriedade, quando elas encontram-se completamente envoltas por água, dispõem-se 
naturalmente em duas camadas, ficando a parte hidrofílica da molécula em contato com a água, 
ocupando os extremos dessa bicamada, e a parte hidrofóbica (as caudas), dispostas para dentro. 
 
A esquerda: esquema detalhado de uma molécula fosfolipídica. A direita: esquema de bicamada lipídica, que se forma em 
virtude da arrumação dos fosfolipídios em contato com a água. 
 
 Essa dupla camada de lipídios apresenta outras características que a torna ideal para as 
membranas celulares: tendem a se unir em suas extremidades, formando compartimentos fechados e 
que possuem facilidade de se recompor em caso de ruptura. Além disso, ela é altamente fluida, o que 
permite a movimentação de moléculas no plano da membrana. 
OBS.: acredita-se que os fosfolipídios tenham se formado nos primórdios do surgimento dos seres 
vivos, pois, devido às características mencionadas, elas podem ter passado a formar compartimentos 
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aquíferos contendo vários tipos de moléculas orgânicas, como proteínas, ácidos nucleicos e outras 
substâncias (coacervados), propiciando o surgimento das primeiras células. 
As proteínas da membrana estão incrustadas na dupla camada fosfolipídica e executam diversas 
funções, principalmente a de auxiliar no transporte de substâncias. Tais proteínas ainda atuam no 
reconhecimento de outras células, permitindo a interação célula-célula (muito importante na formação 
dos tecidos) e também na ligação com determinadas moléculas do meio, estimulando a célula a reagir 
nos processos celulares. 
 
 
 
Representações esquemáticas de uma molécula fosfolipídica e de parte da membrana plasmática.