2017_1_NotasAulaGBI174_Tema1_Introdução-às-células

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Universidade Federal de Lavras 
Departamento de Biologia 
Setor de Biologia Celular 
 
Fundamentos de Biologia Celular - GBI 174 
Notas de Aula 
 
Tema 1 – Introdução ao Estudo das Células 
 
 As propriedades que distinguem os seres vivos dos inanimados (complexidade estrutural, 
dinâmica energética e capacidade de reprodução) são inerentes às células, que constituem a menor 
unidade funcional e estrutural da vida (Figura 1). As células são pequenas unidades limitadas por 
membrana, preenchida pelo citoplasma. O citoplasma por sua vez é composto pelo citosol (solução 
aquosa na qual estão diluídos uma multiplicidade de moléculas) e as estruturas celulares, as quais 
realizam suas funções vitais básicas e permitem que novas células sejam produzidas através de 
divisão, transmitindo suas características e informações a seus descendentes. 
 
 
Figura 1 – A célula na hierarquia da vida. Fonte: Sadava et al, 2010. 
A área da Ciência que tem por objetivo estudar a estrutura, função e comportamento das 
células e seus componentes, bem como a origem e evolução celular é a Biologia Celular. Por isso, a 
Biologia Celular é a base para as Ciências Biológicas e para as Ciências Aplicadas, como a Medicina e 
Engenharias (Agronomia, Engenharia Florestal, Engenharia de Alimentos, Engenharia Ambiental e 
Sanitária, etc) que lidam com organismos seres vivos. A partir de uma perspectiva reducionista para 
o estudo da complexidade da vida podemos dizer que o estudo detalhado das células é o primeiro 
passo para o entendimento das características e interações inerentes a todos os níveis de organização 
na hierarquia da vida (Figura 1). O conhecimento atual sobre as células é bastante aprofundado, 
graças aos diversos avanços tecnológicos em microscopia, que permitem a descrição detalhada das 
estruturas celulares e das células, e em bioquímica e biologia molecular, áreas que desvendam os 
aspectos funcionais. 
A observação, mesmo que superficial, de uma amostra de seres vivos já revela uma grande 
diversidade, a chamada biodiversidade. O mesmo pode ser afirmado para as células que são diversas 
em aparência, formas, tamanhos e funções, inerentes às particularidades de cada uma. No entanto, 
observamos também aspectos universais quando consideramos que todas possuem uma maquinaria 
química comum fundamental à manutenção da vida que envolve pelo menos o material genético 
(DNA), capacidade de sintetizar proteínas e membrana plasmática. Toda esta diversidade de células, 
cujas propriedades e organização são semelhantes, pode constituir organismos unicelulares, que são 
as formas de vida mais simples, bem como seres multicelulares, formando arranjos ordenados de 
células, constituindo os tecidos. Neste sentido, os biólogos celulares atuam identificando os tipos de 
células, compreendendo a organização estrutural das células e de seus componentes e suas 
respectivas funções; visualizando as células não apenas como uma entidade individual completa, mas 
como parte de sistemas complexos. 
 
 
 
Propriedades básicas das células 
 Conforme mencionado anteriormente as células possuem mecanismos fundamentais à vida 
apresentando organização interna similar e previsível. Logo, referindo às células de um modo geral, 
sem especificar um tipo de célula em particular, podemos listar as propriedades que todas as células 
compartilham. Essas propriedades básicas das células estão diretamente relacionadas às 
propriedades da vida: capacidade de crescer, de metabolizar moléculas, manter as funções vitais e 
as condições para sua sobrevivência, interagir com o meio, reproduzir, envelhecer e morrer. 
Algumas propriedades celulares diretamente relacionadas às características essenciais para 
os seres vivos (Figura 2) e que serão tratadas ao longo do curso são: 
 
1. Complexidade de estrutura e organização interna; 
2. Informação genética, armazenada nas moléculas de DNA (genoma), que determina todas as 
características e processos ao longo do ciclo de vida da célula e é transmitida às gerações seguintes 
por ocasião da divisão celular; 
3. Capacidade de se reproduzir, a partir da duplicação do DNA seguida da divisão celular; 
4. Manutenção de sua forma e estrutura através da conversão e metabolização de energia. A base 
energética para as atividades celulares é a luz solar, que é usada apenas por células fotossintetizantes 
para converter energia luminosa em energia química a ser usada na transformação de carbono 
inorgânico (CO2) em carbono orgânico (Glicose). As moléculas orgânicas produzidas são usadas por 
todos os tipos celulares para a produção de ATP, molécula utilizada como fonte energética para todas 
as funções celulares. 
5. Realização de reações químicas controladas por enzimas, as quais contribuem para a manutenção 
do funcionamento celular interno e homeostase constante; 
6. Movimentação mediada por proteínas motoras, tanto de estruturas celulares (motilidade) como 
de células inteiras (mobilidade); 
7. Resposta a estímulos do meio em que está inserida, através de receptores da superfície celular; 
8. Capacidade de auto regulação, com sistema de regulação constante. 
 
 
Figura 2 – Principais propriedades das células. Fonte: Cox, Doudna e O’Donnell. 
 
As propriedades celulares listadas deixam claro que nada menos complexo que uma célula, 
para os biólogos celulares, pode ser reconhecido como ser vivo. Neste sentido, quando debatemos a 
respeito da definição de Vida, considerada como o conjunto complexo de processos resultantes da 
ação de proteínas codificadas por ácidos nucléicos, verificamos que os vírus não podem ser 
considerados seres vivos. 
A partícula viral é constituída de um ácido nucléico (DNA ou RNA) que armazena a informação 
genética para que novas partículas virais sejam montadas, envolto por uma cobertura proteica 
denominada capsídeo. Por vezes eles podem apresentar uma cobertura extra formada de proteínas 
e lipídeos, denominada envelope (figura 3). No entanto, os envoltórios virais não possuem 
capacidade seletiva, nem formam uma barreira como a membrana plasmática para as células, e o 
material genético é apenas um pacote de informação, que sem as células hospedeiras não é expresso. 
Logo, os vírus são considerados agregações complexas de substâncias químicas ou micróbios simples; 
eles são parasitas intracelulares obrigatórios, pois são inertes fora das células hospedeiras incapazes 
de produzir energia, dependentes da maquinaria de síntese proteica das células hospedeiras para 
sua multiplicação. 
 
 
 
Figura 3 – Esquema de uma partícula viral completa. Fonte: 
 
Organização estrutural das células 
O universo biológico é constituído por diferentes grupos de organismos, os quais, são 
constituídos de células. Há duas categorias celulares que podem ser reconhecidas entre os 
organismos vivos: as células procariotas e as eucariotas. Estas duas classes de células são 
diferenciadas por seu tamanho e pela sua organização interna. 
No sistema de classificação atual dos seres vivos, dividido em três grandes domínios, as células 
procariotas, estruturalmente mais simples, representadas por todos os tipos de bactérias e algas 
azuis, constituem os organismos dos domínios Eubactéria (anteriormente classificado como Reino 
Monera) e Arqueobactéria, o qual agrupa as bactérias consideradas como extremófilas por viverem 
em condições ambientais adversas como geleiras, águas termais, larvas vulcânicas, etc. O terceiro 
domínio, Eucarya, agrupa todos os outros tipos de organismos, classificados nos reinos Protista, 
Fungi, Plantae e Animalia, constituídos por células eucariotas, mais complexas, podendo ser 
unicelulares ou multicelulares (Figura 4). 
 
 
Figura 4 –Classificação dos seres vivos em Domínios: Eubacteria, Archae e Eucarya e sua relação com 
tipos celulares (procariotos e eucariotos) encontrados nos organismos vivos. 
 
A diferença básica entre os tipos celulares, procariotos e eucariotos, é a presença de inúmeras 
membranas internas, nas células eucariotas, formando organelas e separando o material genético 
(DNA) do restante do citoplasma, constituindo o núcleo. 
 
Células Procariotas 
As células procariotas são assim denominadas, pois não possuem um núcleo envolto por 
membrana. A palavra procarioto é constituída do prefixo pro que significa “antes” e do sufixo karyon 
que significa “parte central” ou núcleo, portanto tem como significado “anterior ao núcleo”. 
Na ausência do envoltório nuclear, o material genético das células procariotas está em 
contato direto com o citoplasma ao seu redor e ocupa um espaço denominado nucleóide. O DNA 
está organizado em um único “cromossomo” circular, sem associação com proteínas, e pode atingir 
comprimento entre 0,25mm a 3mm sendo suficiente para codificar centenas e milhares de proteínas 
necessárias para seu desenvolvimento. 
As células procariotas são pequenas (1 a 10 micrômetros de comprimento), com um único 
compartimento, o citoplasma, envolto por uma membrana plasmática, revestida por parede celular 
que mantém a estrutura da célula e protegem a delicada forma de vida presente em seu interior. A 
organização interna do citoplasma das células procariotas é bastante simples: ele é desprovido de 
estruturas membranosas, as organelas. No citoplasma estão presentes apenas o nucleóide e os 
ribossomos, estruturas supramoleculares constituídas de proteínas e RNA, que constituem as 
bancadas para a síntese proteica. Em alguns casos as células procariotas possuem um flagelo, 
formado pela proteína flagelina, que se projeta para fora da célula e com um giro exerce pressão no 
fluido circundante e força a célula a propulsionar-se através do meio, locomovendo o organismo. 
Estas características gerais da célula procariota está representada na figura 5. 
 
 
 
Figura 5 – Representação esquemática de uma célula procariota e seus principais componentes. A 
célula procariota tem organização simples, com citoplasma constituído de DNA e ribossomos, 
revestida por membrana plasmática e adicionalmente uma parede celular, podendo ter flagelo que 
promove locomoção. 
 
Os organismos constituídos por células procariotas são pequenos seres de vida livre cujo 
transporte de substâncias nutritivas do meio para a célula e até mesmo dentro da célula é realizado 
através de difusão, não havendo necessidade de canais membranosos. 
Em relação à divisão celular, os procariotos têm um mecanismo simples: o DNA do nucleóide 
é duplicado pela maquinaria proteica, as duas cópias são separadas unicamente e de forma precisa 
através do crescimento de uma membrana celular divisória. 
Os procariotos são seres assexuados, possuem uma única cópia de seu único cromossomo e 
não produzem gametas. Logo, eles não têm fertilização verdadeira. A reprodução ocorre por divisão 
binária e a diversidade genética observada é consequência da capacidade de troca de fragmentos de 
DNA entre cromossomos de células diferentes, processo denominado conjugação, que gera novas 
combinações gênicas. As mutações seguidas de altas velocidades de divisão celular também é fonte 
de diversidade entre as células procariotas. 
Em relação ao metabolismo, as células procariotas são bastante sofisticadas, sendo capaz de 
metabolizar uma diversidade de moléculas, podendo explorar os mais diferentes habitats do planeta. 
Tal diversidade química reflete na diversidade de espécies procariotas existentes, fato que faz com 
que as células procariotas representem organismos de dois domínios (Archeae e Eubacteria) 
distintos, além de serem os organismos mais numerosos, em termos populacionais, que habitam a 
Terra. Neste sentido, os procariotos do domínio Archeae e Eubacteria diferem em relação a 
organização molecular de seus genomas e ao tipo de habitat que vivem. 
Procariotos do domínio Arcahea são agrupados em função da organização e semelhança de 
sequência de nucleotídeos de seu genoma. Além disso, são considerados organismos extremófilos, 
pois vivem em ambientes considerados inóspitos, ou difíceis de abrigar quaisquer formas de vida. 
Eles são considerados próximos aos primeiros seres vivos que surgiram no planeta, sendo os parentes 
procariotos ancestrais mais próximos dos seres com células eucariotas que existe. Por outro lado, os 
procariotos do domínio Eubacteria, considerados as bactérias “verdadeiras”, possuem sequencias de 
nucleotídeos bastante diferentes dos procariotos Archeae e exploram apenas habitats que são 
considerados comuns. Seus representantes são as bactérias que estão em contato conosco 
usualmente, como aquelas que causam doenças, ou fazem parte da nossa flora intestinal. Entre as 
Eubacteria encontram-se ainda tanto os micoplasma, micróbio mais simples que se tem notícia, como 
as cianobactérias, ou bactérias fotossintetizantes, mais complexas, com citoplasma repleto de 
imaginações da membrana plasmática aonde ocorre as reações associadas aos pigmentos que 
captam luz no processo de fotossíntese. 
 
Células Eucariotas 
As células eucariotos são maiores (5 a 100 micrômetros) e mais complexas quando 
comparadas às células procariotas. A diferença básica existente entre uma célula procariota e uma 
célula eucariota está na organização do material genético. O DNA das células procariotas está 
disperso no citoplasma em uma região denominada nucleóide, enquanto nos eucariotos o material 
genético está associado a proteínas e envolto por uma estrutura membranosa complexa constituindo 
o núcleo da célula. A palavra eucarioto, portanto, tem significado de “núcleo verdadeiro” em função 
do prefixo eu que significa verdadeiro, seguido do sufixo karyon, que significa núcleo. O DNA de uma 
célula eucariota é muito mais complexo e extenso do que de uma célula procariota, podendo atingir 
metros de comprimento além de ser distribuído em numerosos cromossomos (molécula de DNA + 
proteínas), os quais aparecem como estruturas lineares durante a divisão celular, transportando a 
informação genética da célula mãe para as células filhas. 
Analisando superficialmente uma micrografia eletrônica de uma célula eucariota observa-se 
que seu citoplasma é preenchido por uma diversidade de estruturas que constituem as organelas 
membranosas, as quais são ilustradas na figura 6. 
As mitocôndrias são as organelas mais notáveis no citoplasma e estão presentes 
essencialmente em todas as células realizando a respiração celular, onde a energia química na forma 
de ATP é produzida a partir da oxidação de moléculas orgânicas. Os plastídeos constituem outro 
grupo de organelas membranosas que estão presentes apenas em células eucariotas vegetais. É nos 
cloroplastos que ocorre a fotossíntese, processo no qual a energia solar é transformada em energia 
química através da fixação de carbono e liberação de oxigênio. Além dessas duas organelas 
membranosas o citoplasma de uma célula eucariota é constituído por uma rede de endomembranas 
da qual fazem parte o retículo endoplasmático (liso e rugoso), o complexo de Golgi, endossomos e 
lisossomos. Juntas, essas organelas são responsáveis pela produção, ordenação, modificação e 
transporte de moléculas biológicas a partir de em produto bruto. O destino final dessas moléculas 
pode ser organelas celulares, membrana plasmática, meio extracelular ou lisossomos. Os lisossomos 
constituem organelas amorfas cuja função é a digestão intracelular. 
 
 
Ribossomo 
Citoesqueleto 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 6 – Representaçãoesquemática de uma célula eucariota vegetal (esquerda) e animal (direita). 
Em termos de organização interna as células eucariotas são complexas, com dois compartimentos 
distintos, o núcleo, que armazena o DNA, delimitado por membrana, e o citoplasma revestido por 
membrana plasmática que delimita a célula separando-a do meio. No citoplasma, além dos 
ribossomos, estão distribuídas diversas organelas, sendo as principais, comum a todos os dos tipos 
de células eucariotas, as mitocôndrias, o retículo endoplasmático liso e rugoso, o complexo de Golgi, 
as vesículas membranosas e os peroxissomos, além de apresentarem uma rede de citoesqueleto. As 
células eucariotos vegetal (esquerda) apresentam parede celular celulósica externa a membrana 
plasmática, vacúolo e plastídeos, destacando os cloroplastos, não presentes na célula eucarioto 
animal (direita), as quais apresentam com exclusividade os centríolos e lisossomos. 
 
Além das organelas citadas até então uma célula eucariota possui em seu citoplasma 
inúmeras vesículas membranosas simples que possuem formas, tamanhos e funções variadas. Entre 
elas citam-se vesículas envolvidas no transporte de material de uma organela a outra e vesículas 
enzimáticas, como os peroxissomos, responsáveis pela degradação do peróxido de hidrogênio. Neste 
sentido as membranas presentes nas organelas das células eucariotas funcionam como divisórias no 
citoplasma permitindo a compartimentalização e especialização de atividades celulares. 
O citoplasma da célula eucariota se comporta como um gel aquoso onde está contido um 
gama de moléculas sendo o local de ocorrência de muitas reações químicas fundamentais a 
existência da célula. Ele contém ainda túbulos e filamentos que são ancorados em uma das 
extremidades das membranas que se irradiam por toda a célula, constituindo o citoesqueleto. A rede 
interna de filamentos do citoesqueleto é constituída por proteínas e auxiliam na estruturação, 
manutenção da forma da célula, na motilidade e mobilidade celular. 
A divisão das células eucariotas, denominada mitose, ocorre de forma coordenada e 
complexa, envolvendo intensa atividade de síntese e ação de filamentos do citoesqueleto e proteínas 
motoras. A célula eucariota antes de se dividir, duplica toda sua informação genética armazenada 
nas moléculas de DNA distribuídas pelos cromossomos. Na ocasião da divisão os cromossomos se 
compactam, possibilitando a divisão equitativa do material genético entre as células filhas. 
Peroxissomo 
As células eucariotas podem constituir organismos de vida livre, unicelulares, como leveduras, 
que são os eucariotos mais simples, e os protozoários; ou formarem organismos multicelulares, 
complexos, que se desenvolvem através de inúmeras divisões sequenciais de uma única célula, ou 
poucas células. Neste sentido as células eucariotas são diversas também em relação ao modo de 
reprodução, podendo reproduzir de forma assexuada, conforme as células procariotas, ou de forma 
sexuada. Neste último caso, que ocorre somente em seres multicelulares, células especializadas no 
corpo dos organismos passam por um processo de divisão celular especial, a meiose, o qual produz 
os gametas. A união dos gametas forma o ovo ou zigoto, células que através de sucessivas divisões 
mitóticas e do processo de diferenciação celular, forma um organismo complexo. 
Como pode ser observado na figura 4, células eucariotas certamente surgiram a partir de uma 
célula ancestral procariota. Em função da existência de um ancestral comum as células eucariotas 
compartilham semelhanças com células procariotas: o material genético é armazenado no DNA e o 
código genético é muito similar; possuem mecanismos de transcrição e tradução da informação 
genética e ribossomos similares; possuem maquinaria de conversão de energia química (ATP) em 
membranas biológicas; compartilham passos metabólicos como glicólise, ciclo do ácido tricarboxílico 
e fotossíntese similares; apresentam mecanismos fotossintéticos semelhantes; possuem um 
membrana plasmática com mesma constituição molecular, a qual delimita a célula constituindo uma 
barreira seletiva e permeável entre o seu interior e o meio. 
 
 
A Evolução das Células 
A figura 7 ilustra uma ideia a respeito dos principais eventos no processo de evolução da 
célula, em função de uma condição ambiental importante, a concentração de oxigênio na atmosfera. 
A Terra formou-se há 4,5 bilhões de anos e as primeiras formas de vida surgiram há cerca de 4 bilhões 
de anos. Os fósseis mais antigos de organismos unicelulares procariotos, encontrados na Austrália, 
foram datados em 3,5 bilhões de anos. Acredita-se que o ancestral comum aos três domínios atuais 
(Bacteria, Archaea e Eukarya) viveu há mais de 3 bilhões de anos, enquanto o ancestral comum de 
Archaea e Eukarya há mais de dois bilhões de anos. Interessante notar que Archaea é mais 
relacionado a Eukarya do que a Bacteria. As primeiras células existentes eram extremamente 
simples, consideradas “bolhas químicas” capazes de se reproduzirem. A fotossíntese foi um evento 
metabólico que surgiu logo após o aparecimento das primeiras eubactérias e foi um evento crucial 
na história evolutiva das células. As primeiras bactérias fotossintetizantes eram semelhantes às 
cianobactérias existentes e contribuíram para o aumento da concentração de gás oxigênio (O2) na 
atmosfera. Durante aproximadamente 1,5 bilhões de anos de liberação de O2 , este foi se acumulando 
na atmosfera possibilitando a formação, mais tarde, da camada de ozônio, a qual passou a proteger 
os organismos das irradiações do raio ultravioleta do sol, impedindo as mutações letais. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 7 – Diagrama representando os principais eventos no processo de evolução da célula desde 
sua origem até a consolidação das células modernas. 
 
Com o aumento substancial de oxigênio na atmosfera, os primeiros seres de respiração 
aeróbia foram surgindo no planeta. À medida que a respiração aeróbia se fixou entre os organismos 
e as células passaram a produzir mais energia, novos habitats foram sendo explorados e uma maior 
diversidade de organismos apareceu. As primeiras células eucariotas surgiram há 2,5 bilhões de anos, 
a partir de alterações morfológicas e bioquímicas que ocorreram em células procariotas ancestrais. 
Um modelo sugere uma sequência de eventos que levou à diferenciação desse grupo de células mais 
complexas: perda da parede celular e consequente aumento da flexibilidade da superfície celular, 
aumento da superfície de membrana por invaginações, aumento do volume de membranas internas 
destacadas da membrana plasmática, surgimento do citoesqueleto, individualização de 
compartimentos membranosos (núcleo, retículo, vesículas) e endossimbioses que deram origem a 
organelas como mitocôndria e cloroplasto e, talvez ao peroxissomo (Figura 8). 
A história evolutiva das células após o aparecimento das células eucariotas, caminhou para o 
surgimento dos primeiros seres multicelulares, seguido do aparecimento dos primeiros animais a 
plantas, há aproximadamente 1 bilhão de anos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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 
 
4,5 3,5 2,5 1,5 0,5 
Bilhões de anos 
10 
% O2 
Atmo
sfera 
20 
1 1 2 3 4 5 6 7 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
7Formação 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 
 
4,5 3,5 2,5 1,5 0,5 
Bilhões de anos 
10 
% O2 
Atmo
sfera 
20 
1 1 2 3 4 5 6 7 
1 
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6 
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Figura 8 – Um modelo de evolução da célula procariótica para a eucariótica. 
 
BIBLIOGRAFIA: 
ALBERTS, B. et al. Fundamentos de biologia celular. 3a ed. Porto Alegre: Artmed editora, 2011. 864p. 
SADAVA, David E. et al. Vida: a ciência da biologia. Porto Alegre, RS: Artmed, 2009. 3 v. 
DE ROBERTIS, E. D.P. e DE ROBERTIS, E. M. F. Bases da Biologia Celular e Molecular. 9ª ed. Rio de 
Janeiro: Guanabara Koogan, 2012, 376p. 
KARP, G. Biologia Celular e Molecular. 3 ed. Barueri: Manole, 2005. 
JUNQUEIRA, L. C.; CARNEIRO, J. Biologia Celular e Molecular. 9ª ed. Rio de Janeiro: Guanabara 
Koogan, 2012, 376p 
 
EXERCÍCIOS PROPOSTOS 
1. Qual a importância do estudo das células para a Biologia? 
2. Quais são as principais propriedades das células que determinam as características essenciais 
dos seres vivos? 
3. Faça uma comparação entre um vírus e uma célula procariótica. 
4. Quais são os domínios de organismos vivos formados pelas células procarióticas ou 
eucarióticas? Dê exemplos dentro de cada domínio. 
5. Quais são as diferenças básicas entre as células eucarióticas e procarióticas? 
6. Quais características são compartilhadas entre as células em função de apresentarem um 
ancestral comum? 
7. Faça um breve resumo dos eventos mais significativos da evolução celular.