Prévia do material em texto
Organização de um Organismo As estruturas biológicas organizam-se de um modo hierárquico, ou seja, desde o nível de organização mais baixo até ao mais complexo, desde o átomo à biosfera. Cada nível de organização biológica, ou hierarquia, é primariamente composto pelas unidades estruturais do nível que lhe é imediatamente inferior. Para além disso, cada nível representa uma complexidade organizacional crescente. Um conceito básico associado à organização biológica é o da emergência, que significa, o surgimento de características e funções novas nos níveis sucessivamente mais elevados, que não estão presentes nos níveis mais baixos. Níveis de organização (do mais simples para o mais complexo): • Átomo • Molécula (conjunto de átomos – aminoácidos, ácidos gordos, monossacarídeos, nucleótidos) e macromoléculas (proteínas, ácidos nucleicos, polissacarídeos, lípidos) • Organelos: grupo funcional de moléculas biológicas (núcleo, mitocôndria…) • Célula (conjunto de organelos) • Tecido (grupo funcional de células) • Órgão (grupo funcional composto por tecidos celulares) • Sistema de órgãos • Organismo, inclui pelo menos uma célula • População, grupo de organismos da mesma espécie • Comunidade, grupo interespecífico de populações • Ecossistema, grupo de organismos pertencentes a todos os domínios biológicos e do ambiente abiótico que partilham e com o qual interagem • Biosfera, conjunto completo de ecossistemas CÉLULA As Células (do latim cella, que significa pequeno compartimento) apareceram na Terra há cerca de 3.8 biliões de anos, mas só foram descobertas no século XIV, muito devido ao grande desenvolvimento do microscópio. Esta descoberta é largamente atribuída a Robert Hooke, que em 1665, observou pela primeira vez “células” mortas de cortiça, utilizando um microscópio e lhes atribuiu o nome pela sua semelhança às celas habitadas pelos monges num mosteiro. No entanto, Hooke não entendia a célula como uma entidade viva, visto não conseguir observar a existência de outro organelo interno à mesma, logo não conhecendo a sua real estrutura e função. 1839 – Matthias Schleiden e Theodor Schwann formulam a Teoria Celular, que postula que: - A célula é a unidade fundamental, estrutural e de organização da vida – todos os organismos vivos são constituídos por uma – unicelulares - ou mais células – multicelulares - Todas as atividades fundamentais celulares ocorrem no interior da célula, portanto estas são as unidades funcionais, ou fisiológicas, dos seres vivos - Todas as células têm origem em células pré-existentes 1858 – Rudolf Virchow postula que todas as células têm origem noutras células, por divisão. As células contêm toda a informação hereditária dos organismos e esta informação é passada da célula mãe para a célula filha. Assim, e considerando que as células são comuns a todos os seres vivos, o seu estudo permite conhecer informação sobre a vida, em sentido lato. Para além disso, como todas as células provêm de outras células pré-existentes, o seu estudo permite o conhecimento de processos de crescimento, reprodução e outras funções que caraterizam a vida. “Todos os seres vivos são formados por células, mas elas não são todas iguais.” De acordo com a sua organização estrutural, as células são divididas em: - Células Procarióticas - Células Eucarióticas Células Procarióticas Do grego pro, que significa antes e karyon, que significa núcleo, estas células são mais simples e de menor dimensão que as eucarióticas. Têm como principais características a ausência de um invólucro nuclear que individualize o núcleo, fazendo com que o DNA fique disperso no citoplasma, e a ausência de sistemas membranares intracelulares, logo, de organelos. O seu DNA é composto por um único cromossoma circular. A este grupo pertence organismos unicelulares ou coloniais como as bactérias e archaebacteria. Células Eucarióticas Do grego eu – bom ou verdadeiro – e karyon – núcleo, são células mais complexas e de maior dimensão que as procarióticas. A principal diferença entre os 2 tipos de células é a existência de compartimentos membranares intracelulares nas eucarióticas - endomembranas. Estes compartimentos denominam-se Organelos e desempenham funções distintas e especificas na célula. Exemplos de organelos são o núcleo, as mitocôndrias, cloroplastos (células vegetais), retículo endoplasmático (RE), os ribossomas, o complexo de Golgi, vacúolos e lisossomas. A membrana plasmática destas células é, no entanto, bastante semelhante à das células procarióticas, com pequenas diferenças químicas e estruturais, mas com idênticas funções. O núcleo celular encontra-se separado do citoplasma pelo invólucro nuclear, no interior do qual se encontra o material genético da célula, que forma cromossomas lineares. Este sistema possibilitou um maior crescimento celular; maior especialização, divisão de tarefas entre componentes celulares e eficiência metabólica; maior proteção do material hereditário; maior diversidade de rotas metabólicas e facilidade no contacto e na aglomeração intermolecular. Para desempenhar as suas funções, as células apresentam esta estrutura básica formada por Citoplasma, Membrana Plasmática e Núcleo. Neste grupo encontramos as células Vegetais, com cloroplastos (fotossíntese), parece celular e vacúolos, e as células Animais, sem cloroplastos nem parede celular, e com pequenos vacúolos, em maior quantidade. 1. Lisossoma 20. Vacúolo 2. Ribossoma 21. Cloroplasto 3. Cílio 4. Membrana Plasmática 5. Retículo Endoplasmático Liso 6. Poro Nuclear 7. Nucléolo 8. Nucleoplasma 9. Membrana Nuclear 10. Retículo Endoplasmático Rugoso 11. Mitocôndria 12. Citoplasma 13. Vesículas de secreção 14. Complexo de Golgi 15. Peroxissoma 16. Centrossoma 17. Centríolo 18. Parede Celular 19. Plasmodesmo Membrana Plasmática A identidade celular foi conseguida a partir do momento em que a primeira célula ganha uma Membrana Plasmática. É uma estrutura comum a todas as células vivas, que serve de proteção da célula e que estabelece a fronteira entre o meio intracelular com o meio extracelular. Funciona, então, como barreira, sendo também uma porta seletiva, permitindo que a célula capture, para o seu interior, apenas os elementos exteriores que lhe são necessários. Permite, também, que a célula liberte substâncias para o exterior. Esta capacidade da membrana chama-se Permeabilidade Seletiva, fundamental para manter intacta a composição química do interior da célula. A membrana permite a comunicação química entre células e com o meio exterior, reconhecendo substâncias pela interação com as proteínas que a constituem. Exemplo: quando o açúcar no sangue está elevado, as suas moléculas interagem com proteínas da membrana das células do pâncreas, desencadeando várias reações químicas no interior dessas células e levando à produção da insulina. A insulina é, então, libertada para o exterior da célula. A membrana é formada por duas camadas de fosfolípidos, com proteínas e hidratos de carbono (açúcares) inseridos nessas camadas; esta percentagem varia conforme o tipo de membrana. Exemplo: nas células nervosas temos 80% de lípidos (isolamento elétrico); mitocôndrias são mais ricas em proteínas. Citoplasma É todo o conteúdo compreendido entre a membrana plasmática e o núcleo. É formado pelo citosol e pelos organelos. Citosol: ocupa cerca de 70% do volume da célula e é composto por um conjunto de substâncias, como sais, proteína e açúcares, dispersos em meio aquoso.É aqui que ocorrem reações químicas importantes para a manutenção da célula. Organelos: o grande avanço adaptativo das células foi a formação de vesículas, compartimentos e retículos, originados a partir da membrana primordial e que desempenham funções específicas na célula. Núcleo Nas células eucarióticas, é este organelo que contém o material genético - DNA - da célula. É delimitado pela membrana nuclear e comunica com o citoplasma através dos poros nucleares. O seu diâmetro pode variar entre os 11 e os 22.25 µm. São duas as suas funções básicas: - Regular todas as funções e reações que acontecem dentro da célula - Armazenar a informação genética da célula e regular a sua expressão, mediando a replicação do DNA durante o ciclo celular – local da transcrição genética, separado pelo local da tradução, no citoplasma, o que permite um nível de regulação genética que não está disponível nos procariontes. Cromatina/Cromossomas: filamentos formados por DNA, proteínas e RNA. Forma um novelo – cromossoma - antes da divisão celular e está mergulhada no nucleoplasma - meio semifluido do núcleo com pH diferente do citosol. Pode-se diferenciar em heterocromatina (forma mais compacta, que contém DNA que não é frequentemente transcrito) e em eucromatina (forma menos compacta, que contém genes frequentemente expressos pela célula). Uma pequena fração do DNA da célula está, ainda, localizada na mitocôndria. Citoesqueleto Nuclear: nas células animais, dão suporte estrutural ao núcleo. Suporta o envelope nuclear e atua como ponto de ancoragem para os cromossomas e poros nucleares. Invólucro Nuclear/Poros Nucleares: o núcleo encontra-se separado do citoplasma através da membrana nuclear. A troca de substâncias entre o núcleo e o citoplasma é intermediada por um complexo sistema de poros. Estes poros nucleares providenciam canais aquosos através do envelope, sendo compostos por múltiplas proteínas, coletivamente denominadas de Nucleoporinas. Os poros possuem 100 nm de diâmetro total; no entanto, o espaço através do qual as substâncias difundem livremente tem apenas 9 nm de largura, devido à presença de sistemas de regulação existentes no centro do poro. Este tamanho permite a livre passagem de pequenas moléculas solúveis em água ao mesmo tempo que impede que moléculas de maiores dimensões, como os ácidos nucleicos e proteínas entrem ou saiam de maneira inapropriada. Estas moléculas maiores terão que ser transportadas para o interior do núcleo através de transporte ativo. Nucléolo: estrutura presente dentro do núcleo, rodeada por uma membrana. Muitas vezes é classificado como sub-organelo. O seu papel principal é o de sintetizar RNA ribossomal e formar os ribossomas. Mitocôndria Um dos mais importantes organelos celulares, é considerada a powerhouse (fábrica de energia) da célula, fundamental para a respiração celular. É abastecida pela célula de substâncias orgânicas, como oxigénio e glucose (açúcar), que processa e converte em energia sob a forma de ATP, que, por sua vez, devolve à célula. O seu número varia entre as células, sendo proporcional à atividade metabólica de cada uma (500 – 10 000 por célula). As mitocôndrias são organelos do tamanho de bactérias e formam cerca de 25% do volume celular. São formadas por duas membranas, uma lisa externa e uma interna fortemente dobrada – cristas, com uma grande área, e delimita a matriz mitocondrial, onde existem proteínas, ribossomas e DNA que codifica proteínas necessárias à respiração celular. A presença de material genético na mitocôndria fez emergir várias teorias sobre a sua origem, nomeadamente a Teoria da Endossimbiose. Esta teoria diz que as mitocôndrias tiveram origem, numa fase inicial da evolução, em bactérias aeróbias que desenvolveram, em conjunto com eucariontes anaeróbios, uma relação de simbiose. A prova mais evidente de que a mitocôndria é descendente de bactérias é o seu próprio DNA, que é muito semelhante com o bacteriano. Ribossomas São as estruturas nas quais são produzidas as proteínas das células e têm a sua origem no nucléolo. Podem ser encontrados espalhados no citoplasma, presos uns aos outros por mRNA – polissomas ou polirribossomas -, ou ancorados nas membranas do retículo endoplasmático - retículo endoplasmático rugoso. São constituídos por 2 subunidades, que só funcionam quando juntas para a tradução do RNA em proteína. Asseguram a síntese proteica através da informação genética que lhes chega do RNA transcrito no núcleo – mRNA (RNA mensageiro). As proteínas produzidas pelos polirribossomas permanecem geralmente dentro da célula para uso interno, já as enzimas, que serão expelidas, são produzidas pelos ribossomas que estão na parede do retículo endoplasmático. As enzimas são inseridas dentro dele, armazenadas em vesículas que são transportadas para o complexo de Golgi, onde serão "empacotadas" e enviadas para fora da célula. Retículo Endoplasmático Organelo exclusivo das células eucarióticas, formado a partir de dobras da membrana plasmáticas. É constituído por uma rede de túbulos e vesículas achatados e conectados, que comunicam com o invólucro nuclear. Pode ser considerado como uma rede de distribuição, levando material de que a célula necessita, de qualquer ponto até seu ponto de utilização. Reconhecem-se dois tipos de retículo endoplasmático, o liso e o rugoso. Retículo Endoplasmático Rugoso ou Ergastoplasma (RER): formado por ribossomas ancorados à membrana que lhe conferem um aspeto granular. A sua função é a biossíntese e armazenamento de proteínas, que serão enviadas para o exterior das células. Este retículo é muito desenvolvido em células com função secretora, como as células do pâncreas, que secretas enzimas digestivas. O RER aumenta a superfície interna da célula, ampliando o campo de atividade das enzimas e facilitando a ocorrência de reações químicas necessárias ao metabolismo celular; atua na produção de certas proteínas celulares, como o colagénio no fibroblasto. Retículo Endoplasmático Liso ou agranular (REL): formado por sistemas de túbulos cilíndricos e sem ribossomas ancorados à sua membrana. As suas principais funções são a síntese de esteroides, fosfolípidos e outros lípidos, e a desintoxicação do organismo atuando na degradação do etanol ingerido em bebidas alcoólicas e na degradação de medicamentos ingeridos pelo organismo como antibióticos e barbitúricos (substâncias anestésicas). Quando álcool ou drogas são consumidos com frequência, há proliferação deste retículo e das suas enzimas, causando um aumento da tolerância do organismo. Isto pode levar a uma resistência, que se pode estender a outros medicamentos necessários para cura. Este tipo de retículo é abundante principalmente em células do fígado e das gónadas. Complexo de Golgi Ou aparelho de Golgi, é formado por sacos achatados e ligeiramente curvos – dictiossomas - e por vesículas, que recebem e amadurem proteínas provenientes do RE. Funciona como central de distribuição da célula: as proteínas são separadas, diferenciadas e empacotadas para serem depois transportadas em vesículas para diferentes destinos: proteínas secretoras, como hormonas e enzimas digestivas, vão para vesículas secretoras; já enzimas hidrolíticas são incluídas em lisossomas. É um organelo proeminente nas células de órgãos secretores como o pâncreas e a tiroide. Também sintetiza polissacarídeos – anticoagulantes, entre outros -, e forma o acrossomo, durante o processo de fecundação. O acrossomo é uma vesícula que surge durante a maturação dos espermatozoides, quando o complexo de Golgi é acomodado nos 2/3 anteriores da cabeça do espermatozoide, envolvendo o núcleo.A sua função é permitir a entrada do material genético paterno no ovócito, usando as enzimas que se localizam na cabeça. Lisossomas Vesículas originadas nos dictiossomas, localizadas no citoplasma, e que contêm enzimas digestivas - hidrolases ácidas –, que degradam partículas (nucleótidos, proteínas, lípidos, fosfolípidos, hidratos de carbono), e removem grupos sulfato e fosfato das moléculas. Estes organelos têm como função a degradação de partículas ingeridas por endocitose – macrófagos – e defesa do organismo, assim como a reciclagem de organelos e componentes celulares envelhecidos - autofagia. Todas as enzimas presentes no lisossoma têm atividade ótima em pH ácido (aproximadamente 5,0), o qual é mantido com eficiência no interior do lisossoma. Em pH neutro, como o que predomina no citoplasma, as enzimas são pouco ativas. Este parece ser um mecanismo contra a autodigestão indesejada da célula. Os lisossomas são caracterizados, não só pelo seu conteúdo enzimático, como pela sua membrana envolvente única com proteínas transportadoras e bombas de H+, que, através da hidrólise de ATP, bombeiam iões H+ para o lúmen, mantendo assim o pH ácido, ideal para a ação enzimática. Peroxissomas Pequeno organelo esférico, envolvido por uma membrana vesicular, presente no citoplasma. São formados a partir de proteínas sintetizadas nos ribossomas livres e são responsáveis pelo armazenamento das enzimas diretamente relacionadas com o metabolismo do peróxido de hidrogénio (H2O2), substância altamente tóxica para a célula por ser uma fonte de radicais livres. A enzima responsável pela quebra do peróxido de hidrogénio é a catálase, que o parte em água e oxigénio. A falta de peroxissomas causa doenças graves, assim como defeitos nas suas enzimas levam a falhas metabólicas. Estes organelos possuem, pelo menos 50 enzimas diferentes envolvidas em vários metabolismos, que degradam diversos compostos - oxidação dos ácidos gordos, principal fonte energética metabólica. Estão também envolvidos na biossíntese de lípidos. Centríolo/Centrossoma Um centrossoma é constituído por 2 centríolos, estruturas com a forma de um cilindro, que por sua vez são constituídos por microtúbulos. O centríolo ajuda na divisão das células, atuando como organizador das estruturas celulares. Tecidos No corpo humano, os Tecidos são formados por conjuntos de células com estrutura semelhante, que são especializadas numa determinada função. Os órgãos são formados por estes tecidos. Os 4 principais tecidos do corpo humano são: - Tecido Epitelial - Tecido Muscular - Tecido Conjuntivo - Tecido Nervoso Tecido Epitelial Também conhecido como epitélio, pode ser subdividido em tecido epitelial de revestimento e tecido epitelial glandular. O tecido de revestimento cobre a superfície do corpo – pele - e reveste cavidades ou canais – intestino e ductos -, separando o meio externo do interno. O glandular faz parte da formação de glândulas, que produzem secreções, utilizadas em vários processos do corpo. É constituído por células mais ou menos poliédricas que se encontram adjacentes, isto é, em próximo contacto sem que exista, aparentemente, qualquer tipo de substância intersticial entre elas. As principais funções deste tecido são: proteção, revestimento, absorção de moléculas, secreção de substâncias, perceção de sensações e controlo da entrada e saída de moléculas no corpo. O tecido epitelial é classificado de acordo com o número de camadas de células e pelo seu formato: - Simples: uma camada de células - Estratificado: várias camadas de células - Pseudoestratificado: várias camadas de núcleos, mas todas as células contactam com a lâmina basal - Pavimentoso ou escamoso: células espalmadas - Cúbico: células poligonais, tão altas como largas - Colunar ou cilíndrico: poligonais, mais altas que largas - Transição: bexiga, as células variam de forma Exemplos: Cápsula de Bowman (rim) – simples, pavimentoso Túbulos coletores (rim) – simples, cúbico Vesícula biliar, trompa – simples, cilíndrico Uretra masculina, traqueia – Pseudoestratificado Córnea, epiderme, vagina – estratificado, pavimentoso Ductos das glândulas sudoríparas – estratificado cúbico Uretra masculina – estratificado, cilíndrico Bexiga – estratificado de transição Tecido Conjuntivo Este tecido caracteriza-se por células que não estão unidas entre si. Nos espaços entre as células existem a substância intercelular amorfa e fibras, sendo a matriz a reunião destes dois componentes. O tecido conjuntivo penetra quase todos os tecidos e órgãos, servindo uma função de suporte. Encontramo-lo como tecido de enchimento, sob a pele, entre os músculos e ao longo de nervos e vasos sanguíneos. Funciona, também, como depósito de substâncias de reserva, nomeadamente gordura. O tecido conjuntivo pode ser classificado em tecido conjuntivo propriamente dito ou em tecido conjuntivo especializado. Dentro deste último podemos ter: - Tecido cartilaginoso: de consistência firme, mas flexível, tem função de sustentação e revestimento (orelha, nariz, traqueia). - Tecido ósseo: tecido rígido, rico em sais minerais, cálcio e colagénio, o que torna os ossos rígidos e resistentes. É inervado e irrigado por vasos sanguíneos, sendo a sua principal função a sustentação do corpo. - Tecido sanguíneo: função de defesa do organismo e transporte de nutrientes. - Tecido adiposo: composto por adipócitos que acumulam a gordura, tem como função o isolamento térmico do corpo, sendo o maior depósito corporal de energia. Tecido Muscular Este tecido é formado por células alongadas que contêm filamentos citoplasmáticos, e que possuem a propriedade da contractilidade, provocando os movimentos e permitindo funções essenciais como respiração, contração do coração e movimentos viscerais. É o tecido mais abundante do corpo, utilizando a maior parte da energia corporal para realizar as suas funções. Destacam-se 3 tipos: - Tecido muscular estriado, movimento voluntário (músculo esquelético) - Tecido muscular cardíaco, com movimento involuntário (coração) - Tecido muscular liso, com movimento involuntário (tubo digestivo, vasos sanguíneos) Tecido Nervoso O tecido nervoso é responsável pelo processamento de informação no corpo humano. Apresenta células especializadas, os neurónios, que transmitem impulsos nervosos pelo organismo. Os neurónios apresentam, nas suas terminações, estruturas que agem como recetores para vários estímulos, desde mecânicos, químicos a térmicos. Estes estímulos são transformados em impulsos nervosos que são transmitidos ao cérebro, órgão formado por um conjunto de neurónios. O sistema nervoso é, assim, constituído por uma parte central, o cérebro e espinal medula, e outra periférica, que abrange nervos periféricos, terminações nervosas e parte dos órgãos dos sentidos. Órgãos e Sistemas Órgãos, como o coração, os pulmões, o estômago, os rins, a pele e o fígado, são estruturas compostas por diferentes tecidos organizados para servir uma função específica. A maioria dos órgãos contém todos os quatro tipos de tecido. Um bom exemplo são as camadas da parede do intestino delgado: o interior do intestino é revestido por células epiteliais, algumas das quais liberam hormonas ou enzimas digestivas, e absorvemnutrientes. Em volta desta camada, estão camadas de tecido conjuntivo e músculo liso, sendo intercaladas por glândulas, vasos sanguíneos e neurónios. O músculo liso contrai-se, movendo a comida pelo intestino. Os órgãos são, por sua vez, agrupados em sistemas de órgãos, dentro dos quais trabalham em conjunto para desempenhar uma determinada função para o organismo. Cada sistema é responsável por determinadas funções no nosso corpo, atuando em conjunto para o bom funcionamento do organismo. Os principais sistemas de órgãos são: - Sistema Tegumentar/sensorial: revestimento externo dos seres vivos. Órgãos – pele, unhas, cabelo, glândulas. Captação de informação através dos órgãos dos sentidos. - Sistema Digestivo: funções relacionadas com a digestão dos alimentos e a absorção de nutrientes, Órgãos – boca, esófago, fígado, estômago, intestino e pâncreas - Sistema Respiratório: realiza as trocas gasosas, captando oxigénio que será utilizado pelas células e eliminando o dióxido de carbono. Órgãos – nariz, faringe, laringe, tranqueia e pulmões. - Sistema Cardiovascular: transporte de nutrientes e oxigénio para todos os tecidos do organismo, através do sangue. É, também, responsável pelo transporte de resíduos das células para os sistemas responsáveis pela sua eliminação. Órgãos – coração, sangue e vasos sanguíneos. - Sistema Linfático: drenar fluidos que estão em excesso entre as células, transportar vitaminas, gorduras e proteínas provenientes da digestão, para o sangue. Órgãos – vasos linfáticos, tecido linfático e baço. - Sistema Endócrino: regulação de atividades corporais, por meio da libertação de hormonas que controlam e regulam órgãos e tecidos. Órgãos – glândulas. - Sistema Muscular: atua na execução de movimentos, manutenção da postura e produção de energia térmica. Órgãos – músculos esqueléticos. - Sistema Nervoso: produção e transmissão de informações pelo corpo por meio da emissão de impulsos nervoso. Órgãos – cérebro, espinal medula e nervos. - Sistema Reprodutor: atua na reprodução e na produção de hormonas sexuais. Apresenta uma constituição diferente na mulher e no homem. Órgãos – testículos, próstata, uretra e pénis; ovários, vagina e vulva. - Sistema Esquelético: sustenta o corpo e protege os órgãos internos. Atua também na movimentação do corpo e na proteção da medula óssea. Órgãos – ossos, cartilagens e articulações. - Sistema Urinário: filtra o sangue, elimina resíduos, atua na regulação da pressão arterial e na manutenção do equilíbrio do volume do sangue. Órgãos – rins, ureteres, bexiga e uretra. - Sistema Imunitário: responsável pela defesa do organismo contra a ação de agentes patogénicos. Órgãos – células de defesa (glóbulos brancos), órgãos linfáticos e linfa.