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CLASSIFICAÇÃO DOS SERES VIVOS CÉLULAS: (EUCARIÓTICAS & PROCARIÓTICAS) Profa. Maria Santos Reis Bonorino Figueiredo Disciplina: Introdução à Engenharia Bioquímica Há uma variedade de organismos no mundo vivo. Para estudar e compreender tamanha variedade (de fauna e flora), foi necessário agrupar os organismos de acordo com as suas características comuns, ou seja, classificá-los. Classificação científica, taxonomia ou classificação biológica: modo como as espécies de seres vivos se agrupam. Classificação baseada sistema de Karl von Linnée que agrupou as espécies de acordo nas semelhanças morfológicas (estruturais) que possuem. A medida que mais dados surgiam, principalmente de estrutura microscópica e metabolismo, classificação dos seres vivos foi sendo alterada múltiplas vezes. O advento da sistemática molecular (utiliza análise do genoma e métodos da biologia molecular), levou a profundas revisões da classificação de múltiplas espécies). Histórico resumido da classificação dos seres vivos Protista é um grupo diverso de micro-organismos eucariontes unicelulares. Monera incluía todos os organismos vivos que possuíam uma organização celular procariótica. O termo Monera na classificação atual encontra-se obsoleto, e seus integrantes foram divididos entre os reinos Eubacteria e Archea no sistema de três domínios e/ou de seis reinos . Classificação dos seres vivos Classificação em Características - Haeckel (1866) Reinos: Plantae Animalia Protista (animais e vegetais unicelulares). Esta classificação foi satisfatória até que estudos de microscopia eletrônica, demonstraram 2 categorias de células: procarióticas e eucariótica -Linnaeus (inicio do sec XVIII) Reinos: Animal Vegetal • Considerado o “Pai “da taxonomia moderna . • Seus estudos são os pilares da taxonomia botânica e zoológica. Classificação dos seres vivos Reinos Caracteristicas Whittaker (1969) Seres vivos são classificados com base na organização celular e pela forma de obter energia e alimento . Animalia (Todos os animais multicelulares, heterotróficos, de células eucarióticas ). Plantae (Vegetais eucarióticos, multicelulares, que possuem clorofila e tecido organizado: algas, briófitas, pteridófitas, gimnospermas, angiospermas). Protistas (Eucariotos unicelulares - Protozoários (sem parede celular) e algas (com parede celular) . Fungi (Eucariotos aclorofilados) Monera (Procariotos - bactérias e algas azuis). • Ingestão Fotossíntese • Absorção, ingestão e fotossíntese • Absorção Absorção, ingestão e fotossíntese A classificação de Woese não inclui os vírus, dada a dificuldade em considerá-los como seres vivos, devido a ausência de algumas das características definidoras de vida : Acelular, não possuindo portanto organelas ou ribossomos, não apresentam metabolismo próprio (devido ausência de enzimas) são incapazes de crescer e se dividir) ; Devido a essas dificuldades surgiu uma classificação alternativa, criando um quarto domínio chamado Aphanobionta, composto exclusivamente pelos vírus. Classificação alternativa para os seres vivos Classificação alternativa a de Carl Woese Eubactéria, • Archaea • Eukaria, • Aphanobionta (vírus) Virus são considerados parasitas intracelulares (dependem de células para se multiplicarem). A partir das células hospedeiras obtêm energia metabólica. Fora do ambiente intracelular, são inertes. Porém, uma vez dentro da célula, sua capacidade de replicação é surpreendente: um único vírus é capaz de multiplicar, em poucas horas formando milhares de novos vírus. Os vírus são capazes de infectar seres vivos de todos os domínios (Eukarya, Archaea e Bacteria). Desta maneira, os vírus representam a maior diversidade biológica do planeta, sendo mais diversos que bactérias, plantas, fungos e animais juntos. A hierarquia da classificação científica dos seres vivos. Na classificação de Carl Woese (baseada em moléculas ribossomais– rRNA), a categoria domínio é o segundo nível hierárquico de classificação científica dos seres vivos, depois da categoria suprema que enquadra todos os seres vivos, o super-domínio Biota. • Em 1990, Woese propõe um sistema de classificação chamado Sistema dos Três Domínios . • Este sistema usa um nível de classificação ainda superior ao reino, o domínio. A classificação reconhece dois reinos dentro dos seres procariontes, tão diferentes entre si que se incluem em dois domínios.diferente Woese (1990) : Sistema dos Três Domínios •Eubacteria, inclui as bactérias com parede celular com peptidoeglicanos; •Archaea, bactérias que não possuem peptideoglicanos na parede celular; •Eukaria, todos os eucariontes, os seres vivos com um núcleo cellular organizado. Incluí os reinos: - Protista (protozoários e elgumas algas); - Fungi (leveduras unicelulares, bolores multicelulares e cogumelos); - Plantae (algumas algas e alguns musgos, samambaias, coníferas e plantas com flores); - Animalia (esponjas,vermes, insetos e vertebrados); Classificação de Woese (1990) (baseada na comparação das sequências de rRNA de diferentes organismos) Árvore filogenética baseada na configuração do rRNA, mostrando a separação dos grandes grupos biológicos: Bacteria, Archaea e Eukaryotes. Histórico resumido da classificação dos seres vivos Protista é um grupo diverso de micro-organismos eucariontes unicelulares. Monera incluía todos os organismos vivos que possuíam uma organização celular procariótica. O termo Monera na classificação atual encontra-se obsoleto, e seus integrantes foram divididos entre os reinos Eubacteria e Archea no sistema de três domínios e/ou de seis reinos . 14 Filogenia é o estudo da relação evolutiva entre grupos de organismos (por exemplo, espécies, populações), que é descoberto por meio de sequenciamento de dados moleculares e matrizes de dados morfológicos (forma dos seres vivos). CLASSIFICAÇÃO ATUAL DOS SERES VIVOS 1665: Robert Hooke Com o microscópio descreveu a estrutura compartimentalizada das células. 1840: Theodor Schwann Teoria Celular 1. Todos os organismos são constituídos de uma ou mais células. 2. A célula é a unidade básica de organização dos organismos. 3. Toda a célula vem de outra preexistente. 15 A ORGANIZAÇÃO DAS CÉLULAS (Célula é a unidade fundamental dos seres vivos) Características da células: É a unidade fundamental dos organismos vivos; Unidades compartimentalizadas; Complexo de moléculas agrupadas por funções; Características estruturais comuns: Arquitetura Processos metabólicos: Replicação de DNA Síntese protéica Produção de energia Classificação: Procarióticas e Eucarióticas 16 De acordo com a organização da estrutura celular, os seres vivos dividem-se em dois grandes grupos: EUCARIONTES Eu = Verdadeiro Cario = Núcleo Ontos = Ser PROCARIONTES Proto = Primitivo Cario = Núcleo Ontos = Ser Classificação Seres vivos quanto a organização da célula: Procarióticas Eucarióticas 19 • as procarióticas, as quais não apresentam um núcleo definido e, •as eucarióticas que apresentam um núcleo delimitado por membranas separando o material genético do restante da célula. Todas as células apresentam um material genético (DNA), citoplasma, organelas e uma membrana que separa o conteúdo celular do meio extracelular. •No caso das células eucarióticas, além do núcleo, elas diferem das células procarióticas por apresentarem um maiornúmero de organelas especializadas no citoplasma. Os procariotos são organismos unicelulares, representados principalmente pelas bactérias. São mais numerosos e abundantes na Terra do que os organismos eucariotos e podem variar em tamanhos que vão de 1 a 10 µm. O DNA dos procariotos é composto geralmente por um único cromossomo circular. A maioria apresenta também uma parede celular além da membrana plasmática. O organismo procarioto mais bem estudado é a bactéria Escherichia coli que se destaca como uma ferramenta biológica importante para as pesquisas científicas. Células Eucarióticas VIDEO: http://www.youtube.com/watch?v=W-jeZ0j9Kak&feature=related “... A célula é a unidade básica, estrutural e funcional de todos os seres vivos...” A maioria das células têm um tamanho de 10 a 100 micrómetros e formas variadas De acordo com a estrutura celular, os seres vivos dividem-se em dois grandes grupos: PROCARIONTES EUCARIONTES Proto = Primitivo Cario = Núcleo Ontos = Ser Eu = Verdadeiro Cario = Núcleo Ontos = Ser QUAIS AS DIFERENÇAS ENTRE: •A fotossíntese e a respiração celular ocorre em membranas; •A fotossíntese ocorre nos cloroplastos; •A respiração celular ocorre nas Mitocôndrias; CÉLULA PROCARIÓTICA: CÉLULA EUCARIÓTICA: •Sem membrana nuclear; •Ausência de organelas com membranas; •Núcleo com membrana nuclear; •Grande variedade de organelas com membranas; AS CÉLULAS EUCARIÓTICAS DIVIDEM-SE EM: CÉLULAS EUCARIÓTICAS VEGETAIS CÉLULAS EUCARIÓTICAS ANIMAIS ESTRUTURAS QUE CONSTITUEM AS CÉLULAS EUCARIÓTICAS ANIMAIS E VEGETAIS 1. Membrana celular 2. Núcleo 3. Ribossomas 4. Mitocôndria 5. Lisossomas 6. Vacúolos 7. Aparelho de golgi 8. Retículo endoplasmático (liso e rugoso) A vida interna da Célula (com legenda) https://www.youtube.com/watch?v=qW9_S q2vSPc&t=321s 1.MEMBRANA CELULAR As membranas celulares envolvem a célula, definem os seus limites e mantêm as diferenças essenciais entre o citoplasma e o meio extracelular. Sua caracteristica química é lipoproteica (formadas por proteínas e uma bicamada de lipídeos) (próprio só da célula animal) CITOPLASMA CELULAR O citoplasma das células eucarióticas aparece sem estrutura visível mesmo quando examinado ao microscópio eletrônico. Corresponde ao meio interno da célula onde estão incluídas todas as suas estruturas. 2.NÚCLEO O núcleo ocupa 10% do volume celular total. Controla todas as reações que ocorrem na célula. Contém toda a informação genética da célula. FILAMENTOS DE CROMATINA NUCLEOPLASMA NUCLÉOLO INVÓLUCRO NUCLEAR 3.RIBOSSOMAS Os Ribossomas são pequenas partículas que podem existir livres na célula ou associadas a outros organelos. Sua função é realizar a síntese proteica. 4.MITOCÔNDRIA As Mitocôndrias são estruturas cilíndricas rodeadas por duas membranas, a interna e a externa, com dimensões de 2 a 7 m. Sua função é realizar a respiração celular. 5.LISOSSOMAS Os lisossomas aparecem nas células sob a forma de vesículas esféricas ou ovais especializadas na digestão intracelular de partículas advindas do meio extra-celular, e reciclagem de outras organelas e componentes celulares envelhecidos. Aparelho de Golgi Lisossoma primário Lisossoma secundário 6.VACÚOLOS Os vacúolos podem estar presentes nas células animais e vegetais, mas é nestas últimas que são particularmente grandes e abundantes. Um vacúolo vegetal pode atuar como uma organela de armazenamento de nutrientes ou dejetos, como compartimento de degradação ou como modo econômico de aumentar o tamanho da célula. Vacúolos diferentes com funções distintas estão frequentemente presentes na mesma célula. 7.APARELHO DE GOLGI O Aparelho de Golgi é constituído por uma série de cisternas dispostas paralelamente. Localiza-se próximo do núcleo ou do centro da célula. Função armazenamento de substâncias. 8. RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO Está em todas as células eucarióticas; São estruturas membranares dobradas sobre si mesmas, que comunicam entre si por uma rede de canais. Quando associado com ribossomas é designado por Retículo Endoplasmático Rugoso e participa na síntese de proteinas que serão enviadas para o exterior das células. É muito desenvolvido em células com função secretora. Ex. células do pâncreas, que secretam enzimas digestivas . Quando sem ribossomas é designado por Retículo Endoplasmático Liso com função síntese de lipídios e hidratos de carbono. Organela Função Parede celular Protecção e suporte. Núcleo Comanda a estrutura e a actividade das células. Ribossomas Síntese proteica. Cloroplastos Realizam a fotossíntese. Mitocôndrias Respiração celular. Retículo Endoplasmático Síntese de proteínas, lipídios e hidratos de carbono Complexo de Golgi Secreção de enzimas e outras moléculas. Vacúolo Variável consoante o tipo de vacúolo. ESTRUTURAS ESPECÍFICAS DAS CÉLULAS EUCARIÓTICAS VEGETAIS 1. Parede celular 2. Plastídios (cloroplastos, leucoplastos, oleoplastos, cromoplastos, amiloplastos...) 3. Plasmodesmos As células vegetais distinguem-se das animais pela existência de: CÉLULA EUCARIÓTICA VEGETAL Célula vegetal Célula animal 1. PAREDE CELULAR Estrutura semi-rígida que confere proteção e apoio mecânico à célula, constituida por celulose e outras substâncias poliméricas. 2. PLASTÍDIOS Os plastídios são organelas da célula vegetal que desempenham diversas funções, incluindo a fotossíntese. Existem diferentes tipos: Cromoplastos (estoque de substâncias coloridas, vermelha, amarela ou alaranjada) Cloroplastos (responsável pela fotossíntese); Leucoplastos (estoque de substancias incolores) • Proteoplastos (estoque de proteínas) • Oleoplastos (estoque de óleos); •Amiloplastos (estoque de amido); Os Cloroplastos fazem a fotossíntese durante as horas de luz diurna. Os produtos da fotossíntese são usados diretamente pelas células para a biossíntese. 3. PLASMODESMOS •São conexões citoplasmáticas que atravessam a parede celular entre células contíguas. •Têm a função de facilitar a passagem das substâncias entre as células vizinhas. • Representam uma continuidade dos citoplasmas destas células. • Ocorrem somente em células vegetais. • São a única via de translado de substâncias e estímulos (alimentação da célula). Principais diferenças entre célula animal e vegetal CÉLULA PROCARIÓTICA Célula procariótica (BACTÉRIA: arqueobactérias e eubactérias) 1. Parede celular 2. Material genético circular 3. Flagelos 4. Pili e fímbrias 5. Cápsula (glicocálix) 6. Inclusões citoplasmáticas 7. Endósporos ESTRUTURAS PRÓPRIAS DA CÉLULA PROCARIÓTICA Classificação alternativa a de Carl Woese Eubactéria, • Archaea • Eukaria, • Aphanobionta (vírus) Estrutura da célula procariótica 1 - MEMBRANA PLASMÁTICA Semelhante a membrana dos eucariotos. Entre arquias e bactérias há difença nos componentes estruturais da membrana. As arqueias possuem uma membran celular com lipídeos compostos de uma associação de glicerol-éter, enquanto que os das bactérias e eucariotas são compostos de glicerol-éster. O grupo glicerol ao qual a cadeia hidrofóbica se encontra ligada tem estereoquímica diferente nas arqueias, comparativamente às bactérias e aos eucariotas. 3 - PAREDE CELULAR - Envoltório rígido, responsável pela forma da célula e pela contenção da pressão. A concentração de solutos dissolvidos gera alta pressão interna (pressão de turgor). (E. coli 2 atm.) Estrutura da célula procariótica Composição da parede bacteriana:Peptidoglicano n De acordo com a composição, e reação com o corante de Gram, as bactérias se dividem em 2 grupos: Dinamarquês Christian Gram (1853-1938) Gram negativas: Parede contendo 10 % de peptideoglicano (1-2 camadas) 2-3 nm. Gram positivas: 90 % da parede formados de peptideoglicano (até 20 camadas) 30-60 nm. Ao contrário das bactérias, as arqueias não possuem uma parede celular de peptidoglicana. Apenas um grupo relativamente pequeno de arqueias possui uma parede celular composta por um polissacarídeo (pseudomureína); a maior parte das arqueias possui antes uma estrutura proteica para-cristalina chamada de S-layer ("superfície S"). Estrutura da célula procariótica 3 MATERIAL GENÉTICO * Molécula única de DNA circular, intensamente dobrada, podendo expandir-se até 1 mm (bactéria típica mede poucos m) * não associado com histonas * tamanho do genoma variável: E. coli: 4,7 Mb Mycoplasma genitalium: 0,58 Mb * bactérias em crescimento podem conter várias cópias Estrutura da célula procariótica 5 - FLAGELOS https://www.youtube.com/watch?v=uFnMxmWV63E&playnext=1&list=PL843C96621AEDF89D * apêndices longos e finos( 20 nm) * helicoidais *usados na locomoção. * distribuídos em número variável * proteína: flagelina * estrutura: - corpo basal (motor) - gancho - filamento - O movimento de rotação é transmitido a partir do “motor” -1000 prótons para cada rotação - velocidade variável (até 12000 rpm) - A célula desloca-se com até 60 comprimentos celulares/s (guepardo 110 Km/h: 25 comprimentos/s) O flagelo das arqueias é diferente em composição e desenvolvimento do das bactérias. 6 - PILI E FÍMBRIAS * fímbrias: adesão (várias unidades/célula) * pili: mais longos (geralmente 1 unidade/célula) - conjugação - adesão em bactérias patogênicas * composição: proteínas Estrutura da célula procariótica 7 - Cápsula (glicocálix) * composição: glicoproteínas e/ou polissacarídeos * função: - adesão - proteção contra dessecamento e fagocitose Estrutura da célula procariótica 8- ENDÓSPOROS (estruturas de resistência) Encontrados em algumas Gram positivas: - Bacillus - Clostridium - Sporosarcina - Sporolactobacillus Conferem resistência ao calor, radiações, ácidos, desinfetantes, lisozima Estrutura da célula procariótica MORFOLOGIA DOS PROCARIOTOS Forma da célula Arranjos 1. Forma esféricas - Cocos 2. Forma de bastão - Bacilos 3. Forma espiral – Espiroquetas ou Espirilos 4. Forma de virgula -Vibrião Morfologia dos procariotos: formas 1 2 3 4 Planos de divisão – definirão os arranjos • cadeias - (“estrepto-“cocos) • grupos -(“estafilo- cocos“) • pares - (“diplo-cocos“) Cocos e Bacilos podem unir-se => colônias Ex.cocos em cadeias são chamados estreptococos Morfologia dos procariotos: formas Cocos (Neisseria) Bacilos (Halobacterium/Salmonella) Vibrião (Bdellovibrio) Espirilo Espiroqueta (Leptospira) Pedunculada (Rhodomicrobium) Cianobactérias (Myxococcus) Morfologia dos procariotos: arranjos Estreptococo: Gênero Streptococcus Estáfilococo: Gênero Staphylococcus Coco: Gênero Methanococcus Sarcina: Gênero MethanosarcinaTétrade: Gênero Deinococcus Diplococo: Gênero Neisseria A classificação dos seres vivos foi alterada múltiplas vezes para melhorar a consistência entre a classificação e o princípio darwiniano (seleção natural e sexual) e do princípio da ascendência comum (alterações hereditárias de uma geração para outra), o que faz com que os organismos se diversifiquem ao longo do tempo. O advento da sistemática molecular (utiliza análise do genoma e métodos da biologia molecular), levou a profundas revisões da classificação de múltiplas espécies).
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