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07/10/2013 1 INTRODUÇÃO ÀS CÉLULASINTRODUÇÃO ÀS CÉLULAS BIOLOGIA CELULAR – GBI102 A célula na hierarquia da vida A Biologia é uma ciência estudada sob duas perspectivas Níveis de organização: complexidade e tamanho Padrões evolutivos ao longo do tempo Hierarquia organizacional: O organismo é a unidade central em uma cadeia que vai de átomos à biosfera Célula Estruturas subcelulares Tecido Órgão Partículas subatômicas Átomo (C, N, H, Na) Moléculas Ecossistema População Indivíduo 07/10/2013 2 ORIGEM ORIGEM DA VIDADA VIDA O universo iniciou há 13-15 bilhões anos A Terra se formou há 4.6 – 5 bilhões anos. Condições: - impossíveis de suportar “vida” - atmosfera composta de gases liberados - por vulcões e baixa taxa de oxigênio. - Chuvas, tempestades desprendiam minerais e sais das rochas CO2 ; N2 ; H2 ; H2S ; NH3 aquecimento da crosta e formação dos mares � Origem do Universo e do sistema solar - Modelo do Big bang Alexander Oparin (1894-1980) Bioquímico Soviético Haldane, J. B. S. (John Burdon Sanderson) (1892–1964) Biólogo Britânico � Teoria de Oparin-Haldane para evolução pré-biótica e formação da célula 1924 Moléculas orgânicas foram formadas na atmosfera reduzida do início da Terra e então acumuladas nos oceanos, onde uma solução orgânica fina, a sopa primordial, formou-se. Além da fonte atmosférica de produtos orgânicos, a teoria considera também a entrada de certos tipos de meteoritos como uma fonte importante para construção de blocos orgânicos 07/10/2013 3 � Origem dos blocos construtores da vida � Formação de pequenas moléculas orgânicas � Experimento de Stanley Miller and Harold Urey (1953) - simulou as condições da Terra e mostrou a possibilidade de formar uma grande variedade de moléculas orgânicas (Teste da hipótese de Oparin e Haldane) � Origem dos blocos construtores da vida Formação de pequenas moléculas orgânicas Experimento de Stanley Miller e Harold Urey (1950) – simulou as condições da Terra e mostrou a possibilidade de formar uma grande variedade de moléculas orgânicas: Origem dos compostos orgânicos Compostos orgânicos hoje encontrados nas células podem ter se agrupado (auto-agrupado) nos mares - formação de MACROMOLÉCULAS � Como as células emergiram? …Possível investigar as etapas… Origem das proteínas e metabolismo: Concentração de moléculas em partículas de lodo/argila ou em câmaras de rochas perto de fontes hidrotermais podem ter favorecido o início das reações metabólicas 07/10/2013 4 � Origem da membrana plasmática Estruturas semelhantes a vesículas. Membranas formam-se espontaneamente quando algumas moléculas orgânicas são misturadas com água Protocélula Qualquer vesícula-bolsa de moléculas envolta por uma membrana que capta a energia, concentra materiais, se envolve no metabolismo, e se auto-replica PONTO CHAVE PARA O DESENVOLVIMENTO!!! � Ponto chave no desenvolvimento: � Propensão ao autofechamento das membranas – confinamento de alimentos e enzimas – formação de sacos/vesículas – vantagem adaptativa Molécula candidata: ácidos graxos � A idade de ouro dos procariotos 3-4 bilhões de anos – vida/célula anaeróbica e procariótica Heterotrofia – digestão extracelular Célula ancestral - estrutura flexível (sem PC), achatada e em contato íntimo com seu alimento (resíduos e excreções) Habilidade para reprodução e crescimento Comportamento alternativo – expansão e dobramento da membrana 07/10/2013 5 � Fósseis de células procarióticas � A era do Oxigênio � 2.5 bilhões de anos: produção de Oxigênio, começou a evoluir em camadas de recifes e cianobactérias (estromatólitos) Evidência da fotossíntese: formações ferríferas bandadas (óxido de ferro) do Precâmbriano, também conhecidas como BIF (do inglês banded iron formations) – Rochas com 2500 a 1800 bilhões de anos � Holocausto do Oxigênio - propiciou a formação da camada de ozônio - atingiu níveis tóxicos para os anaeróbios (íons superóxido; radical hidroxila; peróxido de hidrogênio…) – “Holocausto do Oxigênio” Entre os “sobreviventes”……….. 07/10/2013 6 � Entre os “sobreviventes”… - Células anaeróbias que se refugiaram em locais livres de oxigênio - Células que desenvolveram/adquiriram proteção contra a toxicidade do oxigênio : efeito salva vidas da incorporação do precursor da mitocôndria (Células procariotas com potencial aeróbico) – Teoria da endossimbiose - Origem dos eucariotos aeróbios � Nível estável de oxigênio: 1, 5 bilhões de anos Origem endossimbiótica das mitocôndrias e cloroplastos � Lynn Margulis (1981) – popularizou a teoria endossimbiótica - Symbiosis in Cell Evolution Lynn Margulis dies at 73 November 24, 2011 OrigemOrigem endossimbióticaendossimbiótica dede mitocôndriamitocôndria ee cloroplastocloroplasto ((LynnLynn MargulisMargulis,, 19811981)) 07/10/2013 7 Alberts et. al. (2008) Evidências da endossimbiose - Mitocôndria e cloroplasto -Dupla membrana similar à bacteriana: membrana interna –similar à procariotos membrana externa – similar à eucariotos - Autonomia reprodutiva (divisão binária) -Estruturas internas e bioquímica dos cloroplastos (ex. tilacoides e clorofilas) semelhante às cianobactérias -DNA nuclear com genes que migraram do DNA das organelas -Tamanho semelhante às bactérias - Ribossomos 70S (similar ao bacteriano) Estudos filogenéticos (genoma bacteriano, cloroplasto e eucarioto) revelaram cloroplastos proximamente relacionados às bactérias � Origem das outras organelas e compartimentos celulares � Núcleo e organelas caracterizam células eucarióticas � O nucleo, RE e C.Golgi devem ter se originado de dobramentos e invaginações da membrana plasmática 07/10/2013 8 � A origem dos Eucariotos � Fósseis de eucariotos mais velhos: 2.1 bilhões de anos SADAVA et. al. (2009) Perspectiva da evolução celular Perspectiva da evolução celular 4,5 3,5 2,5 1,5 0,5 Bilhões de anos 10 % O2 Atmosfer a 20 1 1 2 3 4 5 6 7 Formação da Terra Primeiras células vivas Primeiros procariotos fotossintetizantes Acúmulo de O2 (consumo Fe2+ e camada O3); primeiros procariotos aeróbios Primeiros eucariotos Endossimbiose (origem de mitocôndria e cloroplasto) Formação dos organismos multicelulares 1 2 3 4 5 6 7 07/10/2013 9 Características gerais da célula � Primeira observação da célula - Robert Hooke (1665) � Teoria celular: Schleiden e Schwann (1838) “Célula é a menor unidade morfo-fisiológica de todos os seres vivos:identidade e metabolismo próprios e capacidade de se dividir” Alberts et. al. (2008) Unicidade celular (natureza química)Unicidade celular (natureza química) -Membrana; - Material genético; -Maquinaria para síntese protéica Vírus??? 07/10/2013 10 Diversidade celular � Tamanho: 0,1mm (bactérias) a alguns cm de diâmetro � Forma e estrutura � Metabolismo � Capacidade de movimento � Interação com o ambiente Prokaryotes Eukaryotes Membrana DNA Ribossomos Citoplasma Núcleo Retículo endoplasmático C.Golgi Lisossomos Vacúolos Mitocôndria Citoesqueleto 07/10/2013 11 Vida: A ciência da Biologia. (2002) Alberts et. al. (2008) Alberts et. al. (2008) 07/10/2013 12 Alberts et. al. (2008) Célula Animal Célula vegetal Centríolos Membrana Ribossomos Nucleo Retículo endoplasmático C. Golgi Mitocôndria Citoesqueleto Parede celular Cloroplastos Vacúolo
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