AULA 01 ORIGEM DA CÉLULA E TEORIA CELULAR

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Prof. José Sérgio de Araújo, DSc.
Engenheiro Agrônomo
BIOLOGIA CELULAR
*
Origem da Célula e Teoria Celular 
Célula  Unidade Estrutural e Funcional
 
Seres Vivos  ~ 4 milhões	- animais
				- vegetais
				- protozoários 
				- bactérias
				 
		diferem em comportamento
		morfologia e função
	
Plano de Organização Unificado
- Celular (componentes)  Biologia Celular 
- Molecular (moléculas)  Biologia Molecular
	
		- com estrutura definida
 CÉLULA	- com função estabelecida
		- com “personalidade própria”
*
Níveis de Organização e Complexidade Celular

Limites  Separam os Sistemas Biológicos em diferentes níveis:

Depende do Poder de Resolução dos instrumentos de análise
*
Escala logarítmica das dimensões microscópicas
- Cada divisão principal representa um tamanho 10 vezes menor 
 que a precedente http://micro.magnet.fsu.edu/cells/index.html
*
Seres Vivos  ~ 4 milhões
 
Proposta inicial de classificação em de 5 Reinos:
 Monera  Bactérias, Algas Azuis
 Protista  Protozoários, Crisófitas
 Fungos  Fungos
 Vegetais  Algas (Verdes, Vermelhas, Pardas), 
 Briófitas, Pteridófitas, Gmnospermas e Angiospermas
 Animais  Metazoa
 - Reclassificação 
 mais atual:
 6 Reinos
 3 Domínios
*
Classificação em Nível Celular 
				
Procariontes			Eucariontes
	Monera (Bactérias		 Protistas, Fungos
	e Algas Azuis)			 Animais, Vegetais
			se diferenciam por							 
- Compartimentalização celular
- Sistema especializado de endomembranas
- Envoltório Nuclear e de Organelas
- Processos Celulares (transporte, interação, síntese 
 protéica e divisão celular) relacionados ao metabolismo 
*
Diferenciação dos Seres Vivos em nível Celular
Procariontes
 e
Eucariontes
http://micro.magnet.fsu.edu/micro/imageuse.html
*
*
Diferenciação em nível molecular entre seres Procariontes e Eucariontes para o RNA ribossômico

- agregação de subunidades
- S = unidade de sedimentação em gradiente de centrifugação (Svendeberg)
- depende do tamanho molecular
*
Célula
- menor unidade de vida compartimentalizada
- complexo agregado de moléculas organizadas
 por suas funções e delimitada por 1 bicamada 
 fosfolipídica (membranas celulares)
- preenchida por solução aquosa (70% H2O) 
 concentrada em substâncias químicas
- características morfológicas e fisiológicas
 próprias
1665 - Robert Hooke
1840 - Schwann - Teoria Celular = todos os 
 organismos são células ou agregados de células
- semelhantes na estrutura e constituintes 
 moleculares, mas diferentes na organização
- semelhantes em tamanho
- não há relação entre tamanho celular e corporal ou 
 complexidade organismal (células bacterianas 
 = 1-2 um (0,2 um) e organismos superiores
 = 5 - 10 (1 m)
Tecido adiposo
Célula Tronco
*
Célula = Unidade da Atividade Biológica
- 2 tipos básicos:
Procariontes = pobreza de membranas
- Membrana plasmática
- E. coli - modelo para estudos
- Parede extracelular, polirribossomos, 
 mesossomos, nucleóide
Eucariontes = riqueza de membranas 
- Compartimentalização = eficiência celular
- Membrana plasmática
- Citoplasma = matriz citoplasmática (Citosol)
- Núcleo = envoltório nuclear
Escherichia coli
Célula nervosa
*
Célula = Unidade da Atividade Biológica
Constituintes Celulares - Eucariontes: 
 Membranas Biológicas
 Citoesqueleto 
 Retículo Endoplasmático
 Aparelho de Golgi 
 Endossomos e Lisossomos
 Peroxissomo 
 Mitocôndria
 Cloroplastos
 Núcleo - Nucléolo
	
- propriedades individuais
- localização definida 
- interagem entre si
Constituintes Moleculares:
 Polissacarídeos
 Lipídeos
 Proteínas
 Ácidos nucléicos
Processos Celulares

Interação Celular
Transporte Celular
Síntese Protéica
Divisão Celular
Mecanismos de Controle do
Metabolismo Celular
*
Membrana celular
Membrana plásmática ou plasmalema. Só é visível ao ME. Encontrado em todas as células.
Função: permitir a permeabilidade seletiva.
Estrutura da membrana
Modelo de Singer e Nicholson – Conhecido como hipótese do mosaico fluido. Dupla camada lipídica com moléculas de proteínas livres, deslocando-se em meio às moléculas lipídicas. Externamente, os radicais glicídicos das glicoproteínas constituem o glicocálix.
Glicocálix –Camada mucogelatinosa que reveste a face externa das membranas. É formado pelos radicais glicídicos das glicoproteínas e atua “retendo moléculas ou partículas pequenas que tocam a superfície da célula a fim de sejam, depois transportadas para o meio intracelular.
*
Membrana Plasmática
Eletromicrografia mostrando a membrana plasmática e o espaço intercelular
*
Citosol = matriz citoplasmática = Citosol = estruturas desprovidas 
						de membranas.
- água, íons, aminoácidos, ribossomos, chaperonas
- precursores de ácidos nucléicos, enzimas (glicólise)
- microfibrilas (actina) e microtúbulos (tubulina)
- Inclusões  aglomerados de macromoléculas (reservas de energia)
 Glicossomos  proteínas enzimáticas para síntese e degradação de 
 polissacarídeos (glicogênio)
- Gotículas Lipídicas  Secreção Apócrina
- Pigmentos  lipofucsina = pigmento de desgaste
- Cristais de proteínas 
Compartimento ligados à membrana dentro da célula eucariótica - especializados em diferentes funções;
O resto da célula, excluindo as organelas é o CITOSOL - local de muitas atividades celulares.
*
Citoesqueleto = esqueleto interno (redes de proteínas filamentosas)
- Função = manter as organelas citoplasmáticas em posições 
 definidas e controlar seus movimentos
	
Morfologia e movimento celular
a) Microtubos = fuso mitótico
b) Filamentos de actina
c) Filamentos intermediários
*
Sistema de Endomembranas
 

Retículo Endoplasmático


Aparelho de Golgi


Endossomos


Lisossomos
*
Retículo Endoplasmático
- camadas planas e achatadas, sacos ou tubos 
 membranosos no citoplasma  Seres Eucariotos
- Origina-se na membrana plasmática
- Função = Síntese/transporte = Lipídios e Proteínas
a) R.E. Liso = metabolismo de lipídios
b) R.E. Rugoso = 
 ribossomos na
 superfície externa
 - Local de produção
 de proteínas 
 transportadas ao
 Aparelho de Golgi
 - Aumenta a
 superfície interna
*
Ribossomos = Grânulos de
Ribonucleoproteínas produzidos
nos nucléolos
Função = síntese de protéinas
 pela união de aminoácidos
 em processo controlado
 pelo DNA
RNA descreve a seqüência dos
 aminoácidos da proteína
	
 realizam essa função no
 hialoplasma ou presos a
 membrana do retículo
 endoplasmático
- Ribossomos no 
 hialoplasma unidos 
 pelo mRNA = funcionais
	
	
 Polissomos
http://micro.magnet.fsu.edu/cells/ribosomes/ribosomes.html
*
Ribossomos
*
Aparelho de Golgi
- Bolsas membranosas e achatadas
- Armazena e transforma substâncias
 que chegam via R. E.
- Elimina substâncias produzidas
 pela célula, que irão atuar fora dela
 (enzimas)
- Produz os lisossomos
Animais = formação do acrossomo do espermatozóide
 (estrutura c/ hialuronidase que permite a fecundação do óvulo)
 
Vegetais = dictiossomo  formação da lamela média da parede 
 celulósica
Modificação, sortimento e empacotamento de
Macromoléculas para secreção ou transferência
à outras organelas
*
Aparelho de Golgi
*
Lisossomo
- Vesículas com enzimas hidrolíticas 
 capazes de digerir um grande
 número de produtos orgânicos
- Realiza a digestão intracelular
- Realiza autólise e histólise
 (destruição de tecido)
Origem = no Aparelho de Golgi
a) lisossomo 1ário = contém enzimas digestivas
b) lisossomo 2ário ou vacúolo digestivo = fusão de um 
 lisossomo 1ário e um fagossomo ou pinossomo
c) lisossomo 3ário ou residual que contém apenas
sobras da digestão intracelular
 
Função = digere as partes celulares (autofagia) que 
 serão substituídas por outras mais novas
*
Lisosssomo
*
Sistema Endossomal
	
 	
 Compartimentos  recebem moléculas 
 introduzidas no citoplasma pelas 
 vesículas de pinocitose
 Parte da via lisossomal
 Compartimento externo  vai da 
 periferia do citoplasma até o núcleo
 Sistema irregular de vesículas e túbulos
Função  separação e endereçamento do 
	 material pinocitário
 - parte vai para os lisossomos
 - parte vai para o citosol
 - parte devolvida à superfície celular
*
Peroxissomo  Vesícula com membrana = enzimas oxidativas 
		 (geram e degradam H2O2)
Função = síntese e degradação de radicais reativos de peróxido 
	 de hidrogênio (oxidação de O2)
Ex.: Peroxissomos do fígado e dos rins atuam na 
 desintoxicação da célula, ao oxidar, p. ex., o álcool.
Outro papel = converter gorduras em glicose  usada na 
		produção de energia
http://micro.magnet.fsu.edu/cells/peroxisomes/peroxisomes.html
*
 Organela citoplasmática formada por 2 membranas 
 lipoprotéicas = interna forma Cristas Mitocondriais
Interior das Cristas = extração de energia dos alimentos 
(Respiração Celular) - energia 
 armazenada em ATP
	
- fornece energia necessária 
 às reações químicas 
 celulares
Mitocôndria
Estágio terminal de oxidação fosforilativa ocorre na membrana interna
Interior = matriz mitocondrial = concentração de enzimas
*
Mitocôndria
*
Cloroplasto
- Plastídeos contendo Clorofila
- Organelas de membrana dupla
- Elaborado sistema de membranas internas = Sistema 
						 Fotossintético
*
Núcleo Celular
	
Centro de Controle Celular
- envelope nuclear (membrana 
 interna e externa)
- Cromatina = DNA 
 cromossômico 
 associado à Histonas 
 (proteínas básicas)
Nucléolo = local da síntese
	 de ribossomos
*
*
Origem da Célula – Origem da Vida na Terra
Mecanismos  Organização Supramolecular das 
 		células procarióticas e eucarióticas ? ?
Qualquer explicação = Especulativa ? ! ? ! ? ! ? !
	
ORIGEM DA VIDA ? ? ?
Origem dos Seres Vivos e Tempo Evolutivo 
*
TEMPO

 

EVENTOS 
EVOLUTIVOS
*
Origem da Célula – Origem da Vida na Terra
- Período Pré-Biótico = Pré-Cambriano
- Grandes massas líquidas, ricas em compostos químicos simples
Atmosfera Terra		- sem oxigênio
				- hidrogênio, nitrogênio
(parte da			- amônia, metano
superfície terrestre		- vapor de H2O
				- monóxido de Carbono
(pouca camada		- dióxido de Carbono
de ozônio)			- sulfeto de hidrogênio
Interação Molecular via - energia da radiação UV
			 - descargas elétricas, calor
	
Moléculas Intermediárias (muito reativas)
- acetaldeído, cianureto, formaldeído
	
	
Moléculas mais complexas (surgimento espontâneo) 
*
Seqüência Temporal da Origem Celular
formação do Sistema Solar
~ 4,6 x 109 anos
 	Moléculas Biogênicas
	H2O, amônia, 		 Descargas elétricas
	formaldeído,			Luz U. V.
	ácido cianídrico			Calor e Pressão
	acetonitrila . . .
 		Aminoácidos
		Açúcares
		Bases nitrogenadas
 
		Proteínas
Evolução 
Química
*
Evolução Química 
- origem das moléculas providas de Carbono
- unidades precursoras das macromoléculas
 (aa, monossacarídeos, bases nitrogenadas)
	
Polimerização
	
Moléculas mais complexas
	
Auto-associação
	
Automontagem
	
1ª estruturas supramoleculares
 capazes de Auto-reprodução 
------------------------------------------------------
			Terra 
			(~ 3 milhões de anos)
 Procariontes
*
Origem das Células  Evidências para os Mecanismos de 				 Automontagem
Ex.:
1) Proteínas  subunidades protéicas menores
2) Bicamada Lipídica  dobramento de fosfolipídeos
3) Vírus  DNA / RNA próprios – hospedeiro
Formação de  Macromoléculas e Estruturas Subcelulares de 
		 complexidade variável
					
Macromoléculas 	 	 Proteína/Proteína
				 Lipídeos/ Ác. Nucléicos
Complexos e Estruturas	 Proteína/ Ác. Nucléicos
	
	
Mecanismos de: Auto-associação, Automontagem, Polimerização
				
			Auto-reprodução  Perpetuação
*
			Proteínas
 Polissacarídeos			Ácidos Nucléicos
 
			Proteinóides
						Código 
							Genético
 
	1º CÉL. PROCARIOTA	 3,5 – 3,0 x 109 anos
	1ª CÉL. EUCARIOTA	 0,9 x 109 anos
Evolução 
Biológica
*
1920 – OPARIN & HALDANE - Interações moleculares originando proteínas, ácidos nucléicos e hidratos de carbono
1953 - STANLEY MILLER - reprodução experimental das condições atmosféricas pré-bióticas
					descargas elétricas 
Formação de:
- aminoácidos alanina 
ácido aspártico, glicina 
ácido glutâmico
- monossacarídeos 
(açucares)
- ácidos graxos
bases nitrogenadas
Mecanismos de Agregação
- polimerização de aminoácidos
- ação catalítica da argila em meio aquoso
	 
 PROTEÍNAS
*
PROTEÍNAS

Concentração de 
moléculas orgânicas 

Favorecimento das 
interações moleculares

Formação de complexos maiores 

 COACERVADOS ou PROTEINÓIDES  membrana externa envolvendo um fluido no interior (micelas)

Origem das funções enzimáticas 
*
SURGIMENTO DOS ÁCIDOS NUCLÉICOS
 
RNA
DNA
VIDA
PROTEÍNAS = macromoléculas
 
Organismos capaz de auto-reprodução

1ª CÉLULA PROCARIÓTICA
				 
	
1ª célula (muito simples)
Complexa demais para admitir-se que tenha surgido ao acaso
	
Agregados de micelas
Sem O2 os 1os. procariontes = heterotróficos e anaeróbicos

Procariontes autotróficos Algas azul-esverdeadas com pigmentos fotossintéticos
Produção de O2 atmosférico via fotossíntese  Surgem os seres aeróbicos  e os Eucariontes
Vida na água e plantas e animais colonizando a Terra
*
Porque o RNA teria surgido primeiro ? ? ?
- replicação mais simples
- requer n° menor de enzimas
- funciona como material genético e mensageiro
- síntese protéica  interações RNA – RNA 
*
Organismos Vivos 	 Mesmo Código Genético
indício da origem da vida na terra a partir de um único organismos precursor
1º Organismos procarióticos
Heterótrofos
Autótrofos
Fotossíntese
1ª célula procariótica aeróbica
1ª célula eucariótica anaeróbica
1,500 milhões de anos
atmosfera de O2 estável no planeta
Parasita convertido em mitocôndrias
1ª célula eucariótica aeróbica
Plantas e Animais 
na superfície da Terra
Reprodução Sexual = Evolução acelerada e Interação Sexual via mutação, seleção e recombinação  variabilidade
diversidade dos seres vivos
*
Aperfeiçoamento das células procariontes autotróficas iniciais
1) Teoria da Invaginação da Membrana Plasmática
- Mutação Genética formaria novas proteínas de membrana
Procariontes  síntese de novos tipos de proteínas
- Desenvolvimento de um complexo sistema de membranas
	
Invaginação da Membrana Plasmática 
	
Origem das Organelas delimitadas por membrana:
- Retículo Endoplasmático e Complexo de Golgi
- Lisossomos, Mitocôndrias e Cloroplastos
	
Eucariontes
Quanto a teoria  à 1ª vista parece sólida, não tem 
	apoio, é de difícil aceitação,não existe Célula, não há registro fóssil de intermediários entre procarionte e eucarionte
*
2. Teoria da Simbiose de Procariontes 
Procariontes  passaram a viver no interior de outros
					 		 Procariontes
						
							 Células mais
							 Complexas
							 e eficientes
								
							 dados apóiam 
							 a Teoria da
 							 Endossimbiose
							 p/as
							 Mitocôndrias
							 e Cloroplastos 
							 
 							 Eucariontes 
*
3. Teoria Mista
Procariontes  síntese de novos tipos de proteínas
- Desenvolvimento de sistema de membranas
		
		
Invaginação da Membrana
Plasmática via mutação
- Organelas que não contêm DNA  RE, CG
		
		
Procariontes  passaram a viver no interior de 
		 	 outros procariontes  células mais 		 	 complexas e eficientes
		
			- Organelas com DNA (mitocôndrias e 	 		 cloroplastos) apareceram por simbiose 			 entre estes procariontes
		
	Eucariontes
*
Origem Postulada dos Eucariotos Atuais via Simbiose de Células Aeróbicas com Células Anaeróbicas
 o tempo de origem do núcleo eucarioto em relação à separação das linhagens 
 eucarióticas de archaebacteria e eubacteria é desconhecido 
*
Evolução a partir de Ancestrais Procariontes
- células evoluíram de 1 ancestral comum procariótico ao longo de 3 linhagens 
 descendentes
- originaram Archaebacteria, Eubacteria e Eucariontes
- mitocôndrias e cloroplastos originaram da associação endossimbiótica da 
 bactéria aeróbia e cianobactéria, respectivamente, com os ancestrais dos 
 eucariotos 
*
Níveis de
Organização
Biológica
Níveis de
Organização
Genômica
*
Bibliografia
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De Robertis, E. M. F. & Hib, J. Bases da Biologia Celular e Molecular. 3ª ed. Rio de Janeiro, RJ: Editora Guanabara Koogan. 2001. 418p.
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Junqueira, L. C. & Carneiro, J. Biologia Celular e Molecular. 7ª ed., Rio de Janeiro, RJ: Editora Guanabara Koogan. 2000. 339p.
Lodish, Harvey; Berk, Arnold; Zipursky, S. Lawrence; Matsudaira, Paul; Baltimore, David; Darnell, James E. Molecular Cell Biology. 4th ed. New York: W. H. Freeman & Co; c1999.	
Scott F. Developmental Biology. 6th ed.Gilbert, Sunderland, Massachusetts: Sinauer Associates, Inc.; c2000. ISBN 0 87893 243 7