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CURSO PREPARATÓRO EUGÊNESIS PREPARAÇÃO PARA A FACULDADE 931653939 Márius Bartolomeu Sumário UNIDADE I – BIOLOGIA GERAL ................................................................................................................................ 1 A BIOLOGIA COMO CIÊNCIA ................................................................................................................................. 1 ORIGEM DA VIDA NA TERRA ................................................................................................................................ 7 EVOLUÇÃO .............................................................................................................................................................. 11 TEORIAS DA EVOLUÇÃO ...................................................................................................................................... 13 TAXONOMIA ............................................................................................................................................................ 14 UNIDADE II– CITOLOGIA .......................................................................................................................................... 16 TEORIA CELULAR .................................................................................................................................................. 18 BIOQUÍMICA CELUAR ........................................................................................................................................... 20 SUBSTÂNCIAS INORGÂNICAS ............................................................................................................................ 20 SUBSTÂNCIAS ORGÂNICAS ................................................................................................................................. 23 ESTUDO DA CÉLULA EUCARIOTA ..................................................................................................................... 34 CITOGENÉTICA ....................................................................................................................................................... 42 Ciclo celular ................................................................................................................................................................ 44 CICLO CELULAR E A DIVISÃO CELULAR ......................................................................................................... 45 UNIDADE III – BIOENERGETICA E METABOLISMO ............................................................................................ 52 FOTOSSÍNTESE ........................................................................................................................................................ 52 RESPIRAÇÃO CELULAR ........................................................................................................................................ 53 Glicólise ...................................................................................................................................................................... 54 Ciclo de krebs ............................................................................................................................................................. 54 Cadeira respiratória ..................................................................................................................................................... 55 Respiração celular anaeróbia ou fermentação ............................................................................................................ 55 Fermentação lática ...................................................................................................................................................... 55 Fermentação alcoólica ................................................................................................................................................ 56 UNIDADE IV – HISTOLOGIA ANIMAL .................................................................................................................... 57 TECIDO EPITELIAL ................................................................................................................................................. 57 TECIDO CONJUNTIVO ........................................................................................................................................... 59 TECIDO MUSCULAR .............................................................................................................................................. 61 TECIDO NERVOSO .................................................................................................................................................. 62 UNIDADE V – MICROBIOLOGIA .............................................................................................................................. 63 VIROLOGIA .............................................................................................................................................................. 63 BACTERIOLOGIA E PROTOZOLOGIA ................................................................................................................. 64 ESTUDO DAS BACTÉRIAS .................................................................................................................................... 64 ESTUDO DOS PROTOZOÁRIOS ............................................................................................................................ 66 MICOLOGIA ............................................................................................................................................................. 67 UNIDADE VI – GENÉTICA ......................................................................................................................................... 70 Introdução ................................................................................................................................................................... 70 GENÉTICA MOLECULAR ...................................................................................................................................... 70 GENÉTICA MENDELIANA ..................................................................................................................................... 73 Leis de Mendel ........................................................................................................................................................... 73 MECANISMOS DE HERANÇA. APLICAÇÃO PRÁTICA DAS LEIS DE MENDEL .......................................... 74 GENÉTICA NÃO MENDELIANA – EXCEPÇÕES ÀS LEIS DE MENDEL ......................................................... 74 FACTOR Rh e incompatibilidade materna-fetal ........................................................................................................ 76 UNIDADE VII – BOTÂNICA ....................................................................................................................................... 79 HISTOLOGIA VEGETAL ......................................................................................................................................... 79 TECIDOS MERISTEMÁTICOS ............................................................................................................................... 79 TECIDOS DEFINITIVOS......................................................................................................................................... 81 ANATOMIA E FISIOLOGIA VEGETAL ................................................................................................................ 83 FISIOLOGIA VEGETAL ..........................................................................................................................................85 CLASSIFICAÇÃO DAS PLANTAS ......................................................................................................................... 87 PLANTAS AVASCULARES – BRIÓFITAS ............................................................................................................ 87 PLANTAS VASCULARES SEM SEMENTES – PTERIDÓFITAS ........................................................................ 88 PLANTAS VASCULARES COM SEMENTES NUAS - GIMNOSPERMICAS ..................................................... 89 PLANTAS VASCULARES COM SEMENTES PROTEGIDAS ANGIOSPERMICAS. ......................................... 89 A Polinização .............................................................................................................................................................. 91 UNIDADE VIII – ZOOLOGIA ...................................................................................................................................... 92 Introdução ao Reino Animal ....................................................................................................................................... 92 Critérios de classificação dos metazoários ................................................................................................................. 92 FILO PORIFERA OU SPONGIARIA (Poríferos ou Espongiários) .......................................................................... 93 FILO CELENTERATA OU CNIDARIA (Celenterados ou Cnidários)..................................................................... 95 FILO PLATYHELMINTHES (Platelmintes) ............................................................................................................. 95 FILO ASQUELMINTHES OU NEMATHELMINTHES ......................................................................................... 95 FILO MOLLUSCA (Moluscos) ................................................................................................................................. 95 FILO ANNELIDA (Anelídeos) .................................................................................................................................. 96 FILO ARTHROPODA (Artrópodes) ......................................................................................................................... 96 FILO ECHINODERMATA (Equinodermes) ............................................................................................................. 96 FILO CHORDATA (Cordados) ................................................................................................................................. 96 UNIDADE IX – ANATOMIA E FISIOLOGIA HUMANA .......................................................................................... 98 APARELHO LOCOMOTOR ..................................................................................................................................... 98 ARTROLOGIA ........................................................................................................................................................ 100 MIOLOGIA .............................................................................................................................................................. 100 APARELHO DIGESTIVO ....................................................................................................................................... 101 SISTEMA CARDIOVASCULAR ........................................................................................................................... 102 SISTEMA RESPIRATÓRIO.................................................................................................................................... 103 TRANSPORTE DE GASES..................................................................................................................................... 103 SISTEMA URINÁRIO ............................................................................................................................................. 104 APARELHO REPRODUTOR ................................................................................................................................. 106 Aparelho Reprodutor Feminino ................................................................................................................................ 107 Aparelho Reprodutor Masculino .............................................................................................................................. 107 SISTEMA NERVOSO ............................................................................................................................................. 108 SISTEMA ENDÓCRINO ......................................................................................................................................... 109 UNIDADE X – ECOLOGIA ........................................................................................................................................ 114 INTRODUÇÃO ........................................................................................................................................................ 114 NÍVEIS DE ORGANIZAÇÃO EM ECOLOGIA .................................................................................................... 114 CONCEITOS BÁSICOS EM ECOLOGIA .............................................................................................................. 114 CADEIA ALIMENTAR ........................................................................................................................................... 115 RELAÇÕES ECOLÓGICAS ................................................................................................................................... 116 file:///C:/Users/BARTOLO/Documents/PROJECTO/CURSO%20PREPARATÓRO%20EUGÊNESIS.docx%23_Toc38382628 file:///C:/Users/BARTOLO/Documents/PROJECTO/CURSO%20PREPARATÓRO%20EUGÊNESIS.docx%23_Toc38382633 CURSO PREPARATÓRIO-EUGÊNESIS [DATA] POR. MÁRIO BARTOLOMEU 1 UNIDADE I – BIOLOGIA GERAL A BIOLOGIA COMO CIÊNCIA A palavra biologia deriva do grego (bios = vida, e logos = tratado). Foi introduzido pela primeira vez na Alemanha em 1800 e popularizado no mundo da ciência pelo naturalista francês Jean Baptiste Lamarck. Como ciência, estuda os seres vivos, sua relação com o meio e os princípios que regem seu desenvolvimento. Os ramos da Biologia Para cumprir com seus objetivos a biologia é dividida nos seguintes ramos: Citologia, histologia, anatomia, fisiologia, embriologia, genética, evolução, sistemática, botânica, zoologia, ecologia e outras. A vida é estudada à escala atómica e molecular pela biologia molecular, pela bioquímica e pela genética molecular, no que se refere à célula pela biologia celular e à escala multicelular pela fisiologia, pela anatomia e pela histologia. OS SERES VIVOS E SUAS CARACTERÍSTICAS Ciência Estuda o/a (os/as) Citologia Histologia Anatomia Fisiologia Embriologia Genética Evolução Sistemática Botânica Zoologia Células Tecidos Morfologia dos seres vivos Funcionamento dos seres vivos Desenvolvimento desde a fecundação até ao nascimento Transmissão das características hereditárias Alterações nas características dos seres vivos ao longo do tempo bem como o surgimento de novas espécies. Classifica, nomeia e agrupa os seres vivos de acordo as suas relações filogenéticas. Plantas Animais http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81tomo http://pt.wikipedia.org/wiki/Molecula http://pt.wikipedia.org/wiki/Biologia_molecular http://pt.wikipedia.org/wiki/Biologia_molecular http://pt.wikipedia.org/wiki/Biologia_molecular http://pt.wikipedia.org/wiki/Biologia_molecular http://pt.wikipedia.org/wiki/Bioqu%C3%ADmica http://pt.wikipedia.org/wiki/Bioqu%C3%ADmica http://pt.wikipedia.org/wiki/Bioqu%C3%ADmica http://pt.wikipedia.org/wiki/Gen%C3%A9tica_molecularhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Gen%C3%A9tica_molecular http://pt.wikipedia.org/wiki/C%C3%A9lula http://pt.wikipedia.org/wiki/Biologia_celular http://pt.wikipedia.org/wiki/Multicelular http://pt.wikipedia.org/wiki/Fisiologia http://pt.wikipedia.org/wiki/Anatomia http://pt.wikipedia.org/wiki/Anatomia http://pt.wikipedia.org/wiki/Histologia CURSO PREPARATÓRIO-EUGÊNESIS [DATA] POR. MÁRIO BARTOLOMEU 2 No passado os seres vivos eram definidos como aqueles constituídos por células, nascem, movimentam-se, têm reações aos estímulos físicos e químicos, crescem, desenvolvem-se, reproduzem-se e morrem. Mais tarde viu-se que tais características não eram aplicáveis a todos os seres vivos e que despertavam grandes debates linguísticos e filosóficos. Atualmente o conceito mais abrangente é o que diz que: “Ser vivo é tudo que apresenta material genético, que seja capaz de reproduzir-se por algum mecanismo e que responde a pressão evolutiva”. Os seres vivos possuem características peculiares que não são encontradas na matéria bruta ou inanimada, tais como: composição química complexa, organização celular, metabolismo, reprodução, crescimento, homeostase, material genético, mutação e evolução e adaptação. COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA MATÉRIA VIVA. Os seres vivos são formados principalmente por átomos de Carbono, Hidrogénio, Oxigénio e Nitrogénio (CHON), agrupados em compostos inorgânicos (água e sais minerais) e orgânicos (aminoácidos e proteínas, nucleotídeos e ácidos nucleicos, glícidos, lípidos e vitaminas). A composição química aproximada da matéria viva é de 75 a 85% de água; 1% de sais minerais; 1% de carboidratos; 2 a 3% de lípidos; 10 a 15% de proteínas e 1% de ácidos nucléicos. [Leia Bioquímica celular] Organização estrutural Com excepção dos vírus, todos os seres vivos são formados por células. Célula é a menor parte com forma definida que constitui um ser vivo. As células são as unidades estruturais e funcionais dos organismos vivos. As células, em geral, possuem tamanho tão pequeno que só podem ser vistas por meio de microscópio. Dentro delas ocorrem inúmeros processo que são fundamentais na manutenção da vida. [Leia Citologia]. Segundo o padrão evolutivo, existem dois tipos de células: procariota e eucariota. Célula procariota. É o tipo mais simples quanto à organização. O que caracteriza uma célula procariota é a ausência de um núcleo verdadeiro. Essas células possuem uma estrutura dispersa no citoplasma denominada nucleóide, que não é envolvido por uma membrana e constituído por único filamento da ADN. As únicas organelas presentes no citoplasma desse tipo celular são os ribossomos, responsáveis pela síntese proteica. O citoplasma das células procariotas não apresenta organelas delimitadas por membrana. Em algumas células procariotas, a membrana Ribossomos Núcleo Difuso ( Nucleóide ) Parede Celular Mesossomo Membrana Citoplasmática Citoplasma Célula Procariota Procariota CURSO PREPARATÓRIO-EUGÊNESIS [DATA] POR. MÁRIO BARTOLOMEU 3 citoplasmática sofre uma invaginação que penetra no citoplasma, formando o mesossoma. Acredita-se que o mesossoma seja a estrutura responsável pela respiração da célula procariota. A forma das células procariotas é mantida pela presença de uma parede externa em relação à membrana citoplasmática, denominada parede celular. As células procariotas caracterizam os representantes do Reino Monera. Célula eucariota: Apresenta um padrão de organização mais complexo em relação à célula procariota. O que caracteriza uma célula eucariota é a presença de um núcleo verdadeiro, isto é, o material genético é delimitado por uma membrana denominada membrana ou envoltório nuclear. Esse tipo celular apresenta grande quantidade de organelas delimitadas por membrana (organelas membranosas) e podem ser animal ou vegetal. As células eucariotas animais caracterizam todo o Reino Metazoa e alguns representantes do Reino Protista, enquanto as células eucariotas vegetais caracterizam todo o Reino Metaphyta e alguns representantes do Reino Protista. Organismos que apresentam células eucariotas são caracterizados como eucariontes. Diferença entre célula procariota e célula eucariota Alguns seres são formados por uma única célula, são os do reino Monera (bactérias e cianobactérias), Protista (protozoários e algas) e alguns fungos; conhecidos como unicelulares. Os animais, as plantas e os fungos em geral são formados por muitas células, sendo chamados de pluricelulares. Reprodução. COMPONENTES FUNÇÃO Parede celular Flagelos Membrana Celular Citoplasma Ribossomas Nucleóide Protege a bactéria contra danos mecânicos. Filamentos móveis que permitem a sua mobilidade Controla a entrada e saída de substâncias da célula Contem enzimas para a sua respiração (aeróbia e anaeróbia). Sintetizam proteínas Região onde se localiza o cromossoma bacteriano CURSO PREPARATÓRIO-EUGÊNESIS [DATA] POR. MÁRIO BARTOLOMEU 4 É a capacidade de gerar novos indivíduos da mesma espécie perpetuando a mesma. Há dois tipos fundamentais de reprodução: assexuada e sexuada. A reprodução assexuada ou agâmica, permite a formação de novos indivíduos a partir de um só progenitor, sem que haja a intervenção de células sexuais — os gâmetas. Deste modo, não há fecundação e, consequentemente, não ocorre formação do zigoto. Assim, a partir de um só indivíduo podem formar-se numerosos indivíduos geneticamente idênticos, designando-se este agregado por clone. Na reprodução sexuada ou gâmica acontece a formação de células especiais denominadas gâmetas. É necessário que o gâmeta masculino se una ao gâmeta feminino para acontecer a formação de um novo organismo. É comum nos seres pluricelulares. Metabolismo É o conjunto de reações químicas que ocorrem no interior dos seres vivos permitindo a transformação, utilização e troca de matéria e energia entre os seres vivos e o meio ambiente. Os seres vivos estão em Estruturas Procariotas Eucariotas Envoltório nuclear Ausente Presente DNA Sem combinação proteica Combinado com proteínas Cromossomas Únicos Múltiplos Nucléolos Ausentes Presentes Divisão Fissão binária Mitose ou meiose Endomembranas Ausentes Presentes Mitocôndrias Ausentes Presentes Cloroplastos Ausentes Presentes nas células vegetais Parede celular Não celulósica Celulósica nas células vegetais Exocitose e endocitose Ausente Presente Citoesqueleto Ausente Presente CURSO PREPARATÓRIO-EUGÊNESIS [DATA] POR. MÁRIO BARTOLOMEU 5 constante atividade e isso os obriga a um consumo permanente de energia. Para que isso aconteça, os seres vivos realizam a nutrição e a respiração. Quanto à forma de nutrição os organismos podem ser autotróficos ou heterotróficos. Os autotróficos utilizam a matéria inorgânica para sintetizar matéria orgânica, como os vegetais. Os heterotróficos capturam a matéria orgânica existente no ambiente, como os animais. Quanto à forma de respiração podem ser anaeróbios ou aeróbios. Os anaeróbios produzem energia na ausência de oxigénio molecular (O2) e os aeróbios utilizam o oxigénio molecular para obter energia. Homeostase Do grego "permanecer sem alteração", entende-se como o conjunto de mecanismos que permitem a constância do meio interno. Entre as condições que devem ser reguladas compreendem as seguintes: a temperatura corporal, o pH, o volume de água, a concentração de sais, etc. Grande parte da energia de um ser vivo se destina a manter o meio interno dentro de limites homeostáticos. Material Genético e Hereditariedade Podemos dizer que ser vivo é aquele que possui ácido nucléico (ADN ou ARN), de facto essa é a única característica encontrada em todos os seres vivos e exclusivamente neles. Mutação é uma alteração permanente naestrutura do ADN. Se essa alteração ocorrer nas células que vão formar os gâmetas, ela será transmitida aos descendentes. As mutações explicam, em parte, o aparecimento, ao longo do tempo, de muitas espécies novas a partir de outras já existentes, no processo conhecido como evolução das espécies. [Leia Origem das espécies] Adaptação É a capacidade que possuem os organismos vivos de se mostrarem sensíveis a variações ambientais e de se ajustarem às novas condições com vantagens para a sobrevivência e êxito reprodutivo. Crescimento É a capacidade de aumentar de tamanho físico quer seja por aumento do volume celular – nos unicelulares – ou por aumento do volume celular e do número de células – nos pluricelulares. Nos seres vivos ocorre devido à incorporação e transformação dos alimentos, como consequência da nutrição, do metabolismo e da multiplicação celular Movimento Os seres vivos são capazes de se movimentar. De forma geral, os animais possuem movimentos rápidos e ativos. Nos vegetais, os movimentos são mais lentos, podem ser observados quando giramos um vaso de flor que fica próximo à janela. As folhas se movem lentamente em direção a luz. CURSO PREPARATÓRIO-EUGÊNESIS [DATA] POR. MÁRIO BARTOLOMEU 6 Irritabilidade É capacidade que os organismos têm de responderem aos estímulos (tanto internos como externos). Entre os estímulos geralmente se contam: luz, pressão, temperatura, composição química do solo ou do ar circundante, etc. Os níveis de organização da matéria viva Existem sete níveis de complexidade na organização da matéria viva, nomeadamente: atómico, molecular, celular, tecido, órgão, aparelhos/sistemas e por último o organismo. O primeiro nível na organização da matéria é constituído por átomos que compõem os diferentes elementos químicos. Os átomos combinam-se para formar moléculas (dois ou mais átomos unidos) que correspondem ao segundo nível na organização da matéria. As moléculas encontradas na matéria viva são classificadas em orgânicas e inorgânicas que serão estudadas em bioquímica celular. As moléculas, por sua vez, combinam-se para formar o próximo nível de organização, o nível celular, as células são as unidades estruturais e funcionais básicas de um organismo. O quarto nível de organização é o nível tecidual, os tecidos são grupos de células semelhantes que, juntas, realizam uma função particular (comum). Os quatro tipos básicos de tecido são os seguintes: o epitelial, o conjuntivo, o muscular e o nervoso. Quando diferentes tipos de tecidos estão unidos, eles formam o próximo nível de organização: o nível orgânico (órgãos), Os Órgãos são compostos de dois ou mais tecidos diferentes, têm funções específicas e geralmente apresentam uma forma reconhecível. Como exemplos de órgãos temos os seguintes: o coração, o fígado, os pulmões, o cérebro e o estômago. O sexto nível de organização é o nível sistémico (aparelho ou sistemas). Um sistema representa um conjunto de órgãos inter-relacionados, que desempenham uma função comum. Temos exemplo, o sistema digestivo, que tem a função de digerir e absorver os alimentos, este referido sistema é composto pelos seguintes órgãos: boca, glândulas salivares, faringe, esófago, estômago, intestino delgado, intestino grosso, fígado, vesícula biliar e pâncreas. CURSO PREPARATÓRIO-EUGÊNESIS [DATA] POR. MÁRIO BARTOLOMEU 7 O mais alto nível de organização é o nível de organismo. Todos os sistemas do corpo funcionando como um todo, formando consequentemente o organismo – um indivíduo. Se relacionarmos os seres vivos entre si e estes com o meio ambiente surgem mais quatro níveis nomeadamente: população, comunidade, ecossistemas e biosfera. Os 4 últimos níveis são estudados em Ecologia, mais adiante. Figura: Níveis de organização dos seres vivos ORIGEM DA VIDA NA TERRA Há evidencias cientificas que a terra surgiu a aproximadamente 4,5 bilhões de anos, sabemos também, que nos primórdios da existência, a terra era um ambiente inóspito, sem a mínima condição para a existência de seres vivos. Os primeiros indícios da existência de seres vivos em eras geológicas passadas datam de 3,5 bilhões de anos. Um bilhão teriam se passado desde a origem de nosso planeta. Durante esse período, modificações importantes teriam surgido nas condições ambientas, possibilitando o aparecimento de vida. TEORIAS SOBRE A ORIGEM DA VIDA Criacionismo Essa é a mais antiga de todas as ideias sobre a origem da vida. Segundo esta hipótese, a vida surgiu na terra por acto divino. Essa corrente afirma que os seres vivos foram criados individualmente por uma divindade e que desde então permanecem com a mesma forma com que foram criados (imutabilidade das espécies). Elas não mudam ao longo do tempo, é o que se chama imutabilidade da espécie. Abiogênese O grande divulgador da abiogênese ou geração espontânea foi Aristóteles sábio e filósofo grego, há mais de 2.000 anos. Ela defendia que os seres vivos se formaram a partir de material orgânico em decomposição. Era como se a vida brotasse de materiais não vivos, daí o nome. Segundo essa teoria, “existiriam dois CURSO PREPARATÓRIO-EUGÊNESIS [DATA] POR. MÁRIO BARTOLOMEU 8 princípios, um passivo, que é a matéria, e outro ativo, que é a forma. No momento em que as condições fossem favoráveis, esses princípios se conjugariam, originando vida”. Essa teoria teve como base as observações feitas por cientistas da época que acreditavam ser essa a única explicação para o aparecimento de bichos dentro de frutas, por exemplo. Outro fato bastante citado é o do aparecimento de moscas num pedaço de carne exposto ao ar livre. Esta teoria perdurou até o século XIX. Biogênese Esta teoria diz que os seres vivos originam-se apenas de outro pré-existentes. Foram muitos os cientistas que apoiaram esta teoria com o intuito de derrubar a abiogénese; dentre os quais, citemos os seguintes: Experiências de Redi Durante muitos anos, vários experimentos foram feitos para tentar derrubar a ideia da geração espontânea. Em meados do século XVII, o biólogo e médico italiano Francesco Redi colocou pedaços de carne no interior de alguns frascos, deixando determinados frascos abertos e fechando outros com uma gaze. Nos frascos abertos, apareciam larvas de moscas, o que não acontecia nos frascos cobertos pela gaze. Redi afirmava, a partir do seu experimento, que as moscas não são geradas espontaneamente pela carne e sim por ovos depositados por outras moscas que só penetravam nos frascos abertos. Os resultados dos experimentos de Redi fortaleceram a biogênese, isto é, a teoria que admite a origem de um ser vivo somente a partir de outro ser vivo pré existente. Figura 14: Francesco Redi e modelo de seu experimento Experiências de Jonh Needham e Lázzaro Spallanzani No século XVIII, o biólogo inglês John Needham colocou sucos nutritivos, como caldo de galinha e sucos vegetais, em tubos de ensaio que foram aquecidos e, a seguir, fechados para impedir a entrada do ar. Alguns dias depois, Needham constatou que os sucos nutritivos continham microrganismos, fazendo vir novamente à tona a ideia da abiogênese. Alguns anos mais tarde, o padre italiano Lázzaro Spallanzani refez as experiências de Needham. No entanto, Spallanzani ferveu os sucos nutritivos contidos em tubos de ensaio, que foram posteriormente fechados. Analisando o conteúdo dos tubos, Spallanzani constatou, mesmo depois de vários dias, que os sucos nutritivos CURSO PREPARATÓRIO-EUGÊNESIS [DATA] POR. MÁRIO BARTOLOMEU 9 não apresentavam nenhuma forma de vida, descartando, assim, a ideia da abiogênese. Segundo Spallanzani, Needham não aqueceu suficientemente os tubos, permitindo a sobrevivência de alguns microrganismos que se reproduziram assim que os sucos nutritivos esfriaram. No entanto, Needham criticou Spallanzani afirmando que a fervurateria destruído o princípio ativo, isto é, a força capaz de gerar vida. A teoria da abiogênese ainda não havia sido derrubada. Figura: Lázzaro Spallanzani e o modelo de sua experiência Experiências de Pasteur Somente em meados do século XIX, o cientista francês Louis Pasteur elaborou de forma conclusiva experiências que inviabilizaram a geração espontânea. Pasteur realizou uma série de experimentos, entre os quais o experimento do frasco com “pescoço de cisne”. Através do trabalho, foi demonstrado que uma solução nutritiva, previamente esterilizada, mantém-se estéril indefinidamente mesmo na presença de ar, desde que a entrada de germes seja impedida. Com esta experiência Pasteur deixou por terra a teoria da geração espontânea segundo a qual os seres vivos originavam-se a partir de matéria bruta e prevaleceu a ideia da biogênese, segundo a qual os seres vivos provem de outro pré-existente. Figura: Loius Pasteur e modelo de sua experiência Panspermia cósmica CURSO PREPARATÓRIO-EUGÊNESIS [DATA] POR. MÁRIO BARTOLOMEU 10 Svante Arrhenius químico sueco em 1908 propôs que os primeiros seres vivos chegaram a Terra, provenientes de outros planetas, em fragmentos de meteoritos. Esta hipótese teve sérias rejeições devido às seguintes indagações: Nenhum esporo conhecido resiste às radiações cósmicas; no espaço não existe atmosfera; as temperaturas que se produzem ao entrar na atmosfera terrestre são tão elevadas que impossível que qualquer forma de vida conhecida a resista. Teoria quimio-sintética, evolução química ou síntese abiótica Esta teoria é conhecida como de Oparin-Haldane, porque foi publicada em 1924, por um investigador russo Alexander I. Oparin, cujos resultados coincidiram com os do biólogo inglês John D. S. Haldane, que publicou suas experiências quatro anos depois (1928). Esta teoria foi e tem sido amplamente aceite pelos cientistas modernos não só de área biológica, sino também por químicos, astrônomos, geólogos, etc. Oparin propôs que a vida na terra teria surgido de forma lenta e ocasional nos oceanos primitivos através dos seguintes mecanismos: Altas temperaturas, descargas elétricas constantes e radiação ultravioleta teriam agido sobre as substâncias existentes na atmosfera primitiva (CH4, NH3, H2O e H2), quebrando algumas ligações químicas e permitindo novas combinações atômicas... Dessa forma, substâncias orgânicas, como aminoácidos, foram formadas na atmosfera primitiva. Esses aminoácidos foram arrastados pelas chuvas para a crosta terrestre, formando proteínas que foram levadas para os oceanos primitivos. Na água, ocorreu a formação de COACERVADOS, isto é, aglomerados de proteínas envolvidos por uma película limitante. Nos oceanos primitivos, os coacervados reagiam com outras substâncias, formando substâncias ainda mais complexas. Experiências de Miller Em 1954, o cientista norte-americano Stanley Miller testou em laboratório a viabilidade da hipótese de Oparin. Miller construiu um aparelho onde reuniu metano, amônia, vapor de água e hidrogênio, fazendo circular tais substâncias. A mistura foi aquecida e submetida a descargas elétricas simulando as condições presentes na atmosfera primitiva. Ao final do experimento, a água analisada continha alguns aminoácidos e outras substâncias orgânicas. Assim, percebemos que o experimento de Miller reforçou as idéias de Oparin. Hipótese heterotrófica Segundo esta teoria, os primeiros organismos eram estruturalmente simples, sendo de supor que as reações químicas em suas células também eram simples. Eles viviam em ambientes rico em substâncias nutritivas, mas a atmosfera da terra era extremamente redutora (não havia oxigênio), nem dissolvido nas águas do mar. CURSO PREPARATÓRIO-EUGÊNESIS [DATA] POR. MÁRIO BARTOLOMEU 11 Nestas condições é possível supor que, tendo alimento abundante ao seu redor, estes primeiros seres vivos teriam utilizado esses alimentos como fonte de energia num processo denominado fermentação, já que não havia presença de oxigênio e liberavam o dióxido de carbono. Eles seriam portanto heterotróficos. Com o passar do tempo esses reproduziram-se e passaram a consumir maior parte destes nutriente, a escassez de alimento fez com que aparecesse seres que utilizavam o dióxido de carbono liberado e transformavam em substâncias orgânicas (fotossíntese), estes por sua vez liberavam o oxigênio na atmosfera transformando ela em oxidante. Com o passar do tempo apareceram os seres que usavam o oxigênio liberado para oxidação de matéria orgânica (respiração celular). FERMENTAÇÃO→FOTOSSINTESE→RESPIRAÇÃO Experiências de Fox Em 1957, o cientista norte-americano Sidney Fox aqueceu uma mistura de aminoácidos e observou a formação de moléculas muito semelhantes a proteínas, reforçando as ideias propostas por Oparin. Os aminoácidos trazidos pelas chuvas ao entrarem em contacto com as rochas ainda quentes da superfície terrestre teriam formado moléculas de proteínas que foram arrastadas aos oceanos primitivos pelas chuvas. EVOLUÇÃO Evolução é o processo através do qual ocorrem mudanças ou transformações nos seres vivos ao longo do tempo, dando origem a novas espécies. Origem das espécies e causa da diversidade das espécies Até o século XVIII, havia a consolidação da ideia que todos os seres vivos presentes no planeta Terra foram produto de criação divina e que as espécies não passavam por nenhum processo de transformação. Essa teoria que afirma que as espécies são fixas e imutáveis recebe o nome de Fixismo. A partir do século XVIII, uma nova ideia foi lançada, afirmando que as espécies se transformavam gradualmente ao longo do tempo e originavam novas espécies. Essa teoria que afirma que as espécies são mutáveis recebe o nome de transformismo e é a base da evolução. A teoria da evolução afirma que a linha evolutiva se desenvolve no sentido de tornar as espécies cada vez mais adaptadas ao ambiente em que vivem. As teorias evolutivas procuram explicar os mecanismos que determinam a grande variedade de seres vivos. Propõem também que os seres vivos são passíveis de modificações e que provavelmente sofrem alterações morfológicas e fisiológicas ao longo dos tempos. Propõem ainda que as espécies atuais tiveram origem em outras pré-existentes que sofreram modificações com a finalidade de se adaptar às constantes modificações ambientais ocorridas em nosso planeta. Provas ou evidências do processo evolutivo CURSO PREPARATÓRIO-EUGÊNESIS [DATA] POR. MÁRIO BARTOLOMEU 12 A evolução encontra argumentos muito fortes a seu favor no estudo comparativo dos organismos como a homologia e a analogia de certos órgãos, nos órgãos vestigiais, na embriologia e no estudo dos fósseis. Embriologia comparada: estudo da embriologia mostra a grande semelhança existente nos embriões de animais de classes diferentes quando nas etapas iniciais do seu desenvolvimento. Á medida que o embrião se desenvolve, surgem características individualizadas e as semelhanças diminuem. Figura: Embriões de vertebrados diversos. Note a grande semelhança nos primeiros estágios do desenvolvimento. Órgãos vestigiais: São estruturas pouco desenvolvidas em alguns grupos, geralmente sem função, mas em outros aparecem desenvolvidas e funcionais, revelando a existência de um parentesco evolutivo entre eles. Exemplos na espécie humana: O cóccix que é um vestígio da cauda observada em outros animais como o macaco. O apêndice vermiforme que é bem desenvolvido em alguns animais (coelho) e atrofiado no homem. Fosseis: Os fósseis são restos de seres vivos de épocas passadas ou qualquer vestígio deixado por eles. Os fósseis permitem que sejam feitas comparações entre seres que existiram há milhares de anos atrás e os seres vivos, actuais. Anatomia comparada: existem estruturas denominadas homólogas que apresentam amesma origem embriológica podendo ter ou não a mesma função, demonstrando parentesco entre algumas espécies (Figura 19). Porém, existem as estruturas denominadas análogas que apresentam a mesma função, mas têm origem embrilógica diferente, demonstrando espécies que resolveram de forma semelhante os problemas de adaptação ao mesmo tipo de ambiente (evolução convergente); por exemplo, as asas dos insectos e as das aves, o formato do corpo e outras adaptações à vida aquática de animais tão diversos como o golfinho, ictiossauro (réptil fóssil) e o tubarão. Figura . Estruturas homólogas em alguns animais CURSO PREPARATÓRIO-EUGÊNESIS [DATA] POR. MÁRIO BARTOLOMEU 13 TEORIAS DA EVOLUÇÃO Lamarckismo Segundo Jean Baptiste Lamarck, as modificações ambientais desencadeariam em uma espécie a necessidade de se modificar de modo a promover a sua adaptação às novas condições ambientais. Para Lamarck, a evolução estaria baseada em duas leis fundamentais: lei do uso e desuso e a lei da transmissão das características adquiridas. Lei do uso e desuso: órgãos muito usados iriam hipertrofiar, enquanto órgãos pouco usados iriam atrofiar Lei da transmissão dos caracteres adquiridos: as características adquiridas pelo uso ou perdidas pelo desuso seriam transmitidas aos descendentes. A teoria de Lamarck não é mais aceita atualmente por dois motivos: somente os órgãos de natureza muscular podem sofrer hipertrofia ou atrofia como resposta ao uso e desuso frequentes e as características adquiridas pelo uso ou perdidas pelo desuso não podem ser transmitidas aos descendentes. Somente uma modificação nos genes presentes nos gâmetas poderá ser transmitida às gerações seguintes. Darwinismo A teoria de Charles Darwin foi baseada na selecção natural. De acordo com essa teoria o ambiente seleciona os indivíduos portadores de característica "favoráveis". Esses tem chances de sobreviver e deixar descendentes férteis enquanto os portadores de características "desfavoráveis" tendem a ser eliminados, pois terão menos chances. Fica fácil perceber que a ação do meio ambiente é diferente para Lamarck e Darwin. Segundo Lamarck, o meio é o causador das variações, já que características novas são adquiridas por imposição do meio. Segundo Darwin, o meio apenas seleciona as características adaptativas mais importantes. Darwin não conseguiu explicar a origem das variações, já que somente a genética, surgida no século XX, contém subsídios para esclarecer as causas da variabilidade. Neodarwinismo Também denominado Teoria sintética da evolução, foi proposto no século XX por vários pesquisadores utilizando como base o Darwinismo, que foi acrescido dos conceitos modernos sobre variabilidade (mutação e recombinação génica) e genética de populações. O Neodarwinismo não corrige o Darwinismo e sim amplia suas ideias à medida que explica as causas das variações nos seres vivos que não foram explicadas por Darwin. As mutações e a recombinação génica são CURSO PREPARATÓRIO-EUGÊNESIS [DATA] POR. MÁRIO BARTOLOMEU 14 as principais causas da variabilidade genética presente nos seres vivos. A seleção natural apenas direciona o processo evolutivo, mantendo as variações favoráveis ou adaptativas a determinado meio. Enquanto as mutações e a recombinação génica aumentam a variabilidade genética, a seleção natural diminui, já que os indivíduos menos adaptados tendem a morrer e, com o tempo, permitir a extinção da espécie. TAXONOMIA A sistemática ou taxonomia é o ramo das ciências naturais que nomeia, classifica e agrupa os seres vivos de acordo suas relações filogenéticas. O sistema natural de classificação respeita um padrão hierárquico de organização, as categorias taxonómicas ou táxons que obedecem à seguinte sequência: Reino ― Filo ― Classe ― Ordem ― Família ― Género ― Espécie Os seres vivos são agrupados em 2 grandes domínios: Eukarya e Procarya NOÇÃO DE CLASSIFICAÇÃO E NOMENCLATURA Classificação, em biologia, corresponde à identificação, denominação e agrupamento de organismos com base sua relação filogenética. Carlos Lineu, naturalista sueco, desenvolveu a nomenclatura binominal para classificar os animais e plantas, razão pela qual é considerado o Pai da Sistemática. Uma qualidade da Taxonomia de Lineu é que ela pode ser usada para desenvolver um sistema simples e prático para organizar dos diferentes tipos de organismos vivos. O aspecto mais importante é o uso geral da nomenclatura binominal, a combinação de um nome genérico e de um nome específico (Homo sapiens, por exemplo). Nenhuma outra espécie de planta pode ter este binome. Deste modo, a todas as espécies pode se dar um único e estável nome. Em função do grande número de espécies existentes na Biosfera, foi necessário agrupar os seres vivos de acordo com suas semelhanças e diferença. UM POUCO DE HISTÓRIA SOBRE A CLASSIFICAÇÃO DOS SERES VIVOS EM REINOS No século IV a.C. Aristóteles e Teofrasto, seu discípulo, agruparam os seres vivos em dois grandes grupos: Animalia e Plantae. Esta classificação tinha por base a mobilidade e o tipo de nutrição: as plantas são imóveis e produzem o seu próprio alimento (autotrofia) e os animais apresentam capacidade de locomoção e capturam as suas presas dependendo por isso da matéria orgânica produzida por outros organismos (heterotrofia). Esta ideia é reforçada pela classificação de Carl Lineu no século XVIII. Os avanços tecnológicos, nomeadamente ao nível dos microscópios, permitiram observar organismos até então desconhecidos e excluídos dos sistemas de classificação. Organismos como as algas, fungos e as bactérias foram inicialmente incluídos no reino Plantae por apresentarem parede celular e organismos, como os protozoários, que eram móveis e ingeriam os alimentos foram colocados no reino Animalia. http://pt.wikipedia.org/wiki/Organismo http://pt.wikipedia.org/wiki/Taxonomia_de_Lineu CURSO PREPARATÓRIO-EUGÊNESIS [DATA] POR. MÁRIO BARTOLOMEU 15 O surgimento e aceitação no século XIX das emergentes teorias evolucionistas para os seres vivos levantava questões sobre a classificação de alguns organismos que não sendo nem animais nem plantas pudessem ser seus ancestrais. A ideia de um terceiro reino é fortemente influenciada pela Teoria da Selecção Natural de Darwin que postulava a existência de uma ancestral comum a todos os seres vivos. Em 1866, Ernst Haeckel (1834-1919), naturalista alemão, propôs a criação do Reino Protista que incluía os organismos unicelulares e os multicelulares que não apresentassem diferenciação celular, incluindo assim as bactérias os protozoários e os fungos. No século XX com o aparecimento do microscópio electrónico e com o avanço de algumas técnicas bioquímicas, foi possível compreender que as bactérias têm características muito distintas dos fungos e dos protozoários. E em 1956, Herbert Copeland (1902-1968), apresenta uma classificação que se aproxima mais da realidade natural. Separa num novo reino, Monera, os seres vivos procariontes – com células sem núcleo individualizado. Segundo Copeland, no reino Protista incluem-se todos os fungos e algas vermelhas e castanhas, no reino Plantae os organismos que possuíssem clorofila (pigmento fotossintético), que produzissem amido, celulose e sacarose e no reino Protista os organismos eucariontes que não eram animais nem plantas. Classificação em Cinco Reinos Foi proposto em 1969 por Whittaker (1924-1980) e propõe um sistema de classificação em cinco reinos, estabelecendo um reino independente para os fungos, o reino Fungi. O novo sistema apresentado tinha subjacente três critérios principais: Nível de organização celular – diferencia as células procarióticas das eucarióticas e a unicelularidade da multicelularidade Modo de nutrição – modo como o organismo obtém o alimento. Interacções nos ecossistemas – respeitanteàs relações alimentares que o organismo estabelece com os restantes organismos no ecossistema. Os organismos podem ser classificados em produtores, e consumidores (macro e microconsumidores). Whittaker viria a reformular os eu próprio sistema em 1979. O reino Protista passou a incluir as algas (uni e multicelulares). . Representação dos 5 reinos CURSO PREPARATÓRIO-EUGÊNESIS [DATA] POR. MÁRIO BARTOLOMEU 16 Na seguinte resumem-se as principais características dos reinos, tendo em conta os critérios estabelecidos por Whittaker na sua versão modificada de 1979. Reino Metazoa ou Animalia: composto por organismos pluricelulares e heterotróficos (não são capazes de produzir sua própria energia). Fazem parte deste grupo: animais invertebrados, vertebrados, aves, mamíferos, inclusive o homem. Reino Metaphyta ou Plantae: seres pluricelulares que possuem células revestidas por uma membrana de celulose e que são autotróficos (capazes de produzir sua própria energia). Fazem parte deste grupo: vegetais inferiores (algas verdes, vermelhas ou marrons), vegetais intermediários (ex. samambaia) e vegetais superiores (plantas). Reino Monera: composto por organismos unicelulares (formados por uma única célula) e procariontes (células que não possuem um núcleo organizado). Fazem parte deste reino: as bactérias e algas azuis ou cianobactérias (antigamente eram consideradas como vegetais inferiores). Reino Fungi: composto por seres eucariontes (núcleo organizado e individualizado) que podem ser uni ou pluricelulares. Fazem parte deste reino: os fungos elementares e os fungos superiores (antigamente eles eram classificados como vegetais inferiores). Reino Protista: formado por seres unicelulares e eucariontes. Estão presentes neste reino: protozoários (giárdias, amebas, tripanossomas) e algas inferiores ou eucariontes. UNIDADE II– CITOLOGIA A Citologia (gr: KYTOS = célula; LOGOS = estudo) é a parte da Biologia que estuda a célula em todos os seus aspectos: bioquímico, morfológico e funcional. A célula é considerada a unidade fundamental dos seres MONERA PROTISTA METAPHYTA METAZOA FUNGI ORGANIZAÇÃO CELULAR Procariota Eucariota Eucariota Eucariota Eucariota Nº DE CÉLULAS Unicelulares Unicelulares Pluricelulares Pluricelulares Pluricelulares Unicelulares Pluricelulares TECIDOS DIFERENCIADOS Ausentes Ausentes Presentes Presentes Ausentes CLOROFILA Ausente Presente Ausente Presente Presente Ausente Ausente NUTRIÇÃO Autótrofa Heterótrofa Autótrofa Heterótrofa Autótrofa Heterótrofa Heterótrofa MODO DE VIDA Vida livre Parasitas Vida livre Parasitas Vida livre Parasitas Vida livre Parasitas Vida livre Parasitas REPRESENTANTES Bactérias Cianofíceas Algas Liquens Protozoários Briófitas Pteridófitas Gimnospermas Angiospermas De Poríferos até Cordados Mofo Cogumelo Candida CURSO PREPARATÓRIO-EUGÊNESIS [DATA] POR. MÁRIO BARTOLOMEU 17 vivos, com exceção dos vírus, que são organismos acelulares, ou seja, não são constituídos por células, mas dependem delas para sua sobrevivência. Nos organismos unicelulares, a única célula presente realiza todas as funções necessárias à manutenção da vida, enquanto as várias células dos organismos pluricelulares apresentam diferentes formas adaptadas ao desempenho das mais variadas funções. Descoberta da célula O holandês Anton van Leeuwenhoek foi um comerciante de tecidos tinha notável habilidade para polir lentes e torná-las muito finas. Ele usava as lentes para examinar as fibras do tecido e atestar sua qualidade. Com suas lentes e técnicas de iluminação, Leeuwenhoek foi capaz de aumentar a imagem dos objetos até 270 vezes. Com isso, pôde observar microrganismos com apenas 0,003 mm de comprimento. Embora as imagens fossem ainda muito distorcidas na forma e na cor, isso já constituía um grande avanço, pois o ser humano não enxerga, a olho nu, objetos com menos de 0,1 mm de comprimento. Robert Hooke em 1665 observou pedaços de cortiça com o auxílio de um microscópio formado por duas ou mais lentes associadas dentro de um tubo de metal. Era o chamado microscópio composto, semelhante aos microscópios de hoje (o microscópio de Leeuwenhoek possuía apenas uma lente). Ele descreveu pequenas cavidades no interior daqueles pedaços e deu-lhes o nome de células (diminutivo latino de cella, ‘lugar fechado’, ‘pequeno cômodo’). Na década de 1820, o botânico escocês Robert Brown descobriu um pequeno corpo no interior de vários tipos de células e o chamou de núcleo. Em 1838, o botânico alemão Matthias Schleiden concluiu que a célula era a unidade básica de todas as plantas. Um ano mais tarde, o zoólogo alemão Theodor Schwann generalizou esse conceito para os animais. Surgia, assim, a teoria celular de Schwann e Schleiden: “Todos os seres vivos são formados por células”. Mas ainda havia uma questão: de onde vinham as células? Alguns achavam que elas podiam surgir de algum líquido do corpo. Em 1858, o médico alemão Rudolf Virchow afirmou que toda célula provém de outra, querendo dizer que uma célula é capaz de se reproduzir. Virchow fez mais uma afirmação ousada para a época: as doenças seriam consequência de problemas nas células. CURSO PREPARATÓRIO-EUGÊNESIS [DATA] POR. MÁRIO BARTOLOMEU 18 TEORIA CELULAR Com base nessas descobertas e em outras, elaborou-se a teoria celular. Como vimos, a elaboração da teoria foi resultado de várias pesquisas realizadas por diversos cientistas ao longo do tempo. Os princípios fundamentais da teoria celular são: Todos os seres vivos são formados por células. Alguns têm o corpo formado por uma única célula. Portanto, a célula é a unidade morfológica dos seres vivos. A célula é a menor unidade viva. As propriedades vitais de um organismo dependem das propriedades de suas células, nas quais ocorrem as reações do metabolismo. Portanto, a célula é a unidade fisiológica dos seres vivos. As células surgem sempre de outras células. Cada uma contém as informações hereditárias de todo o organismo. MÉTODO DE ESTUDO DA CÉLULA As células são organismos pequeninos, que para sua visualização e estudo é necessário o auxílio de um instrumento capaz de ampliar sua imagem – O microscópio. Microscópio Óptico A microscopia óptica ou de luz, como o próprio nome indica, possibilita o aumento de imagens através da luz que, após incidir sobre determinada amostra, passa por um conjunto de lentes. O avanço deste tipo de microscopia, portanto, ocorreu atrelado ao desenvolvimento da óptica, ou seja, o ramo da Física que estuda a luz e sua interacção com distintos meios e materiais. Além de ampliar a imagem de um objecto, de 1000 a 1500 vezes, o microscópio serve para aumentar o poder de resolução do olho humano. Poder de resolução é a capacidade de distinguir dois pontos muito próximos um do outro. Os microscópios ópticos têm um limite de resolução da ordem de 0,2 μm, ou seja, as lentes destes microscópios conseguem mostrar dois pontos distintos se estes estiverem separados por distâncias de pelo menos 0,2 μm. É importante lembrar que para uma estrutura ser observada através de um microscópio óptico, é necessário que ela seja suficientemente fina para deixar que os raios luminosos a atravessem, além de ter índices de refração ou coloração diferentes do meio que a circundam. Um microscópio óptico pode ser simples ou composto: o microscópio simples possui uma única lente e só fornece uma imagem moderadamente aumentada do objecto que se está estudando; o microscópio composto consiste de uma série de lentes e fornece um aumento muito maior. MICROSCÓPIO COMPOSTO CURSO PREPARATÓRIO-EUGÊNESIS [DATA] POR. MÁRIO BARTOLOMEU 19 Um microscópio composto consiste de partes mecânicas e ópticas. A parte mecânica tem uma base que estabiliza o microscópio, uma coluna ou canhão quese estende da base para cima, e uma platina na qual é colocado o objeto a ser examinado. As partes ópticas estão presas à coluna acima e abaixo da platina e são elas: condensador, objectivas e ocular. Condensador: de forma circular e situado entre a platina e a base, o condensador converge os raios luminosos provindos da lâmpada e projecta-os como um cone de luz sobre o material que está sendo examinado. Objectivas: são lentes que projectam uma imagem aumentada e invertida do objecto nas oculares e inserem-se ao revólver, através de rosca. Toda objectiva traz gravado o número do aumento que proporciona. A objectiva de 100x é também chamada objectiva de imersão e é somente utilizada com óleo especial, o qual permite maior refracção da luz para dentro da objectiva, corrigindo a pouca luminosidade nas observações feitas em grandes aumentos. Ocular: aumenta a imagem do objecto após o aumento já proporcionado pela objectiva. É através desta lente que o observador vê a imagem do objecto (daí o nome ocular, uma vez que o olho do observador está colocado à frente dela) como se ela estivesse situada a 25 cm da ocular. Toda ocular traz gravado o número de aumentos que proporciona. Par saber-se em que aumento se está observando um objecto ao microscópio, basta Figura 25 : Estrutura de um microscópio óptico Figura : Microscópio eletrônico. Esquema (esquerda) e Fotografia (a direita) CURSO PREPARATÓRIO-EUGÊNESIS [DATA] POR. MÁRIO BARTOLOMEU 20 multiplicar o número do aumento dado pela objectiva pelo número do aumento dado pela ocular. Por exemplo, se a objetiva usada aumenta 5 vezes e a ocular aumenta 10 vezes, o objeto está sendo observado com um aumento total de 50 vezes. Microscópio Electrónico O microscópio electrónico é um microscópio com potencial de aumento muito superior ao do óptico. As características que diferem o M.E do M.O são: Usam-se feixes de electrões para ampliar as imagens; capacidade de ampliação de 100. 000 X e poder de resolução até 0,005 nm. BIOQUÍMICA CELUAR É o estudo da composição química da célula. Os elementos químicos predominantes na matéria viva são carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio, que representam cerca de 95% dos elementos encontrados no interior da célula. Os outros 5% se distribuem entre elementos como sódio, potássio, cloro, cálcio, ferro, magnésio, enxofre, fósforo e outros. Os elementos citados formam as mais diversas substâncias, que reagem entre si através de um conjunto de processos químicos. Ao conjunto de reações químicas que ocorrem em um organismo vivo denominamos metabolismo. Composição química da célula As substâncias químicas presentes nas células podem ser divididas em dois grandes grupos: substâncias inorgânicas e substâncias orgânicas. SUBSTÂNCIAS INORGÂNICAS SUBSTÂNCIAS ORGÂNICAS Água Carboidratos Sais Minerais Proteínas Lípides Ácidos Nucléicos Vitaminas SUBSTÂNCIAS INORGÂNICAS ÁGUA É a substância mais abundante encontrada no interior das células. A taxa de água nos organismos vivos varia em função de três fatores: atividade metabólica, idade e espécie. Atividade Metabólica: Quanto maior a atividade metabólica de um tecido, maior o teor de água. Nos neurônios do córtex cerebral, a porcentagem de água é de cerca de 85%, enquanto nos adipócitos (células que armazenam gordura), cerca de 20% do conteúdo celular é formado por água. http://pt.wikipedia.org/wiki/Microsc%C3%B3pio http://pt.wikipedia.org/wiki/El%C3%A9tron CURSO PREPARATÓRIO-EUGÊNESIS [DATA] POR. MÁRIO BARTOLOMEU 21 Idade: Normalmente, o teor de água decresce com o aumento da idade. Um feto humano com três meses de idade apresenta cerca de 94% de água, enquanto que em um indivíduo adulto o teor médio é de 65 %. Espécie: O teor de água nos organismos vivos varia de espécie para espécie. Na espécie humana, a água representa cerca de 65% do peso, enquanto que nas águas-vivas o teor médio é de 98%. As principais funções biológicas da água É o principal solvente celular, dissolvendo grande parte de substâncias no interior do organismo. Por esse motivo, é considerada solvente universal. O estabelecimento de um meio aquoso é fundamental para o metabolismo, já que todas as reações químicas nos organismos vivos ocorrem em solução. Participa da reações de hidrólise, ou seja, reações de quebra de substâncias através da água. Atua como regulador térmico nos animais homeotermos, animais que mantêm a temperatura do corpo constante, independente da temperatura ambiental. A evaporação da água na superfície da pele retira o excesso de calor do corpo, favorecendo a manutenção da temperatura. Atua como regulador ácido-básico, mantendo o pH mais ou menos constante. A concentração hidrogeniônica [H+] varia muito pouco nas reações que ocorrem em meio aquoso, favorecendo, assim, a manutenção do pH. Atua como veículo de substâncias (oxigênio, gás carbônico, nutrientes, excretas, etc.) que atravessam as membranas celulares, mantendo um intercâmbio entre os meios intracelular e extracelular. O estado de equilíbrio estabelecido através da água é denominado equilíbrio osmótico. Atua como lubrificante, exercendo importantíssimo papel na diminuição do atrito nas articulações e entre os órgãos. Propriedades da água Adesão-Coesão: Chama-se adesão à atração que existe entre as moléculas de água. Essa atração garante a coesão entre as moléculas. Algo que aguça a nossa curiosidade é a observação de um inseto quando se desloca sobre uma lâmina d’água ou os contornos de uma gota que cai da torneira. Fenômenos como esses são possíveis graças à Alta Tensão Superficial da água. Capilaridade :Capilaridade é a capacidade que a água tem de subir em tubos muito finos (capilares) devido às forças de coesão e adesão. Considerando que cada molécula de água se liga com quatro outras, quando uma molécula se desloca, o grupo todo se desloca. Esta propriedade é de vital importância para os vegetais, porque permite a subida da água desde a raiz até a folha da planta. Elevado calor específico: As reações químicas acontecem em curtos intervalos de temperatura. Como a água mantém sua temperatura constante por mais tempo do que outras substâncias, ela atua impedindo bruscas CURSO PREPARATÓRIO-EUGÊNESIS [DATA] POR. MÁRIO BARTOLOMEU 22 variações de temperatura nos sistemas vivos. Portanto, a água mantém o equilíbrio da temperatura no interior da célula. SAIS MINERAIS Desempenham as mais variadas funções no interior das células, sendo muito importantes para o perfeito funcionamento celular. Os sais minerais são encontrados nos organismos vivos sob duas formas de ocorrência: insolúvel e solúvel. a) Forma Insolúvel: Nessa forma, os sais minerais se apresentam como componentes da estrutura esquelética. Os sais insolúveis são também denominados cristalinos e apresentam como importante representante o fosfato de cálcio, presente nos ossos e dentes. b) Forma Solúvel: Nessa forma, os sais minerais se apresentam dissolvidos em água e, assim, dissociados em íons. Os sais solúveis são também denominados íons minerais, exercendo importantes papéis no metabolismo. O quadro representado a seguir indica os principais íons minerais presentes nos organismos vivos e o seu papel biológico. SAIS MINERAIS FUNÇÕES BIOLÓGICA Sódio Potassio Manutenção do equilíbrio osmótico celular, relaciona-se também a condutibilidade de impulsos nervosos, a concentração de sódio é maior no meio extracelular, ao passo que o potássio é maior no meio intracelular. Calcio Faz parte da composição dos ossos e dentes, participa no processo da coagulação do sangue. Cloro Participa na formação do ácido clorídrico um dos componentes do suco gástrico Iodo Essencial para a produção de hormônios da tiroide Ferro Principal componente da hemoglobina, responsável pelo transportede oxigênio dentro das células e transporte de dióxido de carbono fora das células para os pulmões para serem eliminados. CURSO PREPARATÓRIO-EUGÊNESIS [DATA] POR. MÁRIO BARTOLOMEU 23 Magnesio Principal componente da composição da clorofila presente em células vegetais, participa no processo de fotossíntese. Cobalto Faz parte da composição da molécula de vitamina B12, essencial para o crescimento, formação e amadurecimento dos glóbulos vermelhos. Fosfato Faz parte da constituição dos nucleotídeos (unidade formadora dos ácidos nucleicos), faz parte do ATP, que se relaciona a transferência de energia nas células. SAIS MINERAIS E EQUILÍBRIO ÁCIDO-BÁSICO Alguns sais iônicos, como fosfatos e carbonatos, são importantes na manutenção do pH nas células, formando a solução tampão. Esses íons, denominados tampões, evitam variações do pH intracelular e favorecem a ocorrência das reações químicas. SUBSTÂNCIAS ORGÂNICAS CARBOIDRATOS Também conhecidos por açúcares, hidratos de carbono, glúcides, glícides e sacárides, representam as principais fontes de energia para o organismo. Observamos também que os carboidratos podem apresentar função estrutural quando fazem parte de estruturas celulares. São constituídos principalmente por carbono (C) hidrogênio (H) e oxigênio (O), podendo também aparecer o nitrogênio (N) ou o enxofre (S). Os carboidratos são divididos em três grandes grupos: Monossacarídeos, Dissacarídeos e Polissacarídeos. a) Monossacarídeos: São os açúcares mais simples que não podem ser hidrolisados. Possuem fórmula geral CnH2nOn, sendo que n varia de 3 a 7. Sua classificação é feita de acordo com o número de átomos de carbono. CURSO PREPARATÓRIO-EUGÊNESIS [DATA] POR. MÁRIO BARTOLOMEU 24 As pentoses e as hexoses são os monossacarídeos mais importantes para os organismos vivos. As principais pentoses são ribose e desoxirribose, que apresentam função estrutural por entrarem na constituição dos ácidos nucléicos, enquanto entre as hexoses destacamos glicose, frutose e galactose, que apresentam função energética, já que constituem importantes fontes de energia para as células. PENTOSE FÓRMULA MOLECULAR OCORRÊNCIA FUNÇÃO Ribose C5H10O5 RNA Estrutural Desoxirribose C5H10O4 DNA Estrutural HEXOSE FÓRMULA MOLECULAR OCORRÊNCIA FUNÇÃO Glicose C6H12O6 Sangue-Mel Energética Frutose C6H12O6 Frutas Energética Galactose C6H12O6 Leite Energética b) Dissacarídeos: São açúcares hidrolisáveis formados pela união de duas moléculas de monossacarídeos através de uma ligação denominada glicosídica, com liberação de molécula de água. Os principais dissacarídeos são: Maltose - Formada pela união de duas moléculas de glicose. Apresenta função energética, estando presente no pão e na batata. Sacarose - Formada pela união de uma molécula de glicose e uma de frutose. Apresenta função energética, estando presente na cana-de-açúcar e na beterraba. Lactose - Formada pela união de uma molécula de glicose e uma de galactose. Apresenta função energética, estando presente no leite. c) Polissacarídeos: São açúcares hidrolisáveis formados pela união de várias moléculas de monossacarídeos. Os principais polissacarídeos são: Amido - Formado pela união de várias moléculas de glicose, constitui a reserva energética dos vegetais. Encontra-se armazenado em grandes proporções em raízes tuberosas como a mandioca e caules tubérculos como a batata inglesa. A hidrólise total do amido forma moléculas de glicose, enquanto a hidrólise parcial produz moléculas de maltose. Glicogênio - Formado pela união de várias moléculas de glicose, constitui a reserva energética dos animais. Encontra-se armazenado sobretudo no fígado e nos músculos. A hidrólise total do glicogênio forma moléculas de glicose, enquanto a hidrólise parcial produz moléculas de maltose. CURSO PREPARATÓRIO-EUGÊNESIS [DATA] POR. MÁRIO BARTOLOMEU 25 Celulose - Formada pela união de várias moléculas de glicose, constitui um importante polissacarídeo com função estrutural. É o principal componente da parede celular dos vegetais. A hidrólise total da celulose forma moléculas de glicose, enquanto a hidrólise parcial produz moléculas de celobiose. Além dos três exemplos de polissacarídeos mencionados podemos citar: - Heparina - Substância de ação anti-coagulante produzida por células do tecido conjuntivo propriamente dito denominadas mastócitos. - Quitina - Substância nitrogenada com função estrutural, presente na parede celular dos fungos e no exoesqueleto dos artrópodos. - Ácido Hialurônico - Substância presente no material intercelular dos tecidos conjuntivos com função estrutural. CURSO PREPARATÓRIO-EUGÊNESIS [DATA] POR. MÁRIO BARTOLOMEU 26 PROTEÍNAS São as mais abundantes substâncias orgânicas dos seres vivos, sendo definidas como polímeros de aminoácidos, assim, os aminoácidos são as unidades formadoras das proteínas. Cadeias formadas por aminoácido denominamos de peptídeo. Assim falamos dipeptideo a união de dois aminoácidos por ligações peptídicas, tripeptídeo formada por três aminoácidos. Estrutura de um aminoácido O radical é a porção variável de um aminoácido. Existem aproximadamente 20 aminoácidos diferentes, que podem ser identificados pelo seu radical. Observe alguns tipos de aminoácidos: Os aminoácidos são classificados em naturais e essenciais. Aminoácidos naturais são aqueles que são sintetizados por animais. Aminoácidos essências são de origem vegetais e os animais precisam extrai-los na dieta. Ligação Peptídica É o tipo de ligação que une os aminoácidos. Ocorre entre o grupo ácido de um aminoácido e o grupo amina de outro aminoácido com liberação de uma molécula de água. CURSO PREPARATÓRIO-EUGÊNESIS [DATA] POR. MÁRIO BARTOLOMEU 27 Um maior número de aminoácidos unidos por ligações peptídicas forma um POLIPEPTÍDEO. O número de aminoácidos necessários à formação de uma proteína é muito divergente entre os autores. É certo que uma proteína é um polipeptídeo formado pela união de grande número de aminoácidos (alguns autores falam em mais de cinqüenta, outros em mais de cem aminoácidos). Assim, toda proteína é um polipeptídeo, mas nem todo polipeptídeo é uma proteína. O número de ligações peptídicas é sempre igual ao número de aminoácidos menos um, enquanto o número de moléculas de água liberadas durante a síntese é sempre igual ao número de ligações peptídicas. Quando uma proteína é submetida a altas temperaturas e a variações de pH, ocorre a sua desnaturação. A desnaturação é a perda total ou parcial das propriedades de uma proteína devido a modificações em sua estrutura. CLASSIFICAÇÃO DAS PROTEÍNAS Proteínas Simples Constituídas apenas por aminoácidos. Como exemplos temos insulina, queratina, albumina, colágeno, fibrinogênio, etc. Proteínas Conjugadas Constituídas por aminoácidos associados a uma outra substância de natureza não protéica denominada grupo prostético. Veja alguns exemplos. PROTEÍNA CONJUGADA GRUPO PROSTÉTICO Glicoproteína Glicose Hemoglobina Grupo heme (contém ferro) Nucleoproteína Ácido nucléico Clorofila Magnésio Papel biológico das proteínas As principais funções atribuídas às proteínas são: a) Função Estrutural Participam da estrutura dos tecidos. Como exemplos, podemos citar: QUERATINA: Presente na pele, cabelos e unhas. COLÁGENO: Presente nos tecidos conjuntivos. OSSEÍNA: Presente nos ossos. CURSO PREPARATÓRIO-EUGÊNESIS [DATA] POR. MÁRIO BARTOLOMEU 28 b) Função Nutritiva São utilizadas como fonte de aminoácidos. Os aminoácidos correspondem a terceira fonte de energia preferencial das células. c) Função Imunológica Os anticorpos são proteínas (gamaglobulinas) produzidas pelo organismo para combater a ação do antígeno. A reação antígeno-anticorpo é altamente específica,sendo que um certo anticorpo neutraliza somente o antígeno responsável pela sua formação. d) Função Hormonal Muitos hormônios são proteínas. Como exemplos, podemos citar a insulina produzida pelo pâncreas e os hormônios da tireóide. e) Função Contrátil Actina e miosina são proteínas que participam do processo de contração muscular. f) Função Respiratória A hemoglobina é uma proteína presente no interior das hemácias do sangue, responsável pelo transporte de gases. g) Função Coagulante A coagulação do sangue ocorre através de uma série de reações químicas envolvendo proteínas como o fibrinogênio, fibrina e os outros fatores de coagulação. h) Função Enzimática. As enzimas são proteínas catalisadoras das reações químicas. Como exemplos, podemos citar a maltase, a amilase e a tripsina. ENZIMAS São biocatalisadores orgânicos de natureza protéica. O papel básico de uma enzima é diminuir a energia de ativação, aumentando, assim, a velocidade das reações químicas. Entende-se por energia de ativação a energia necessária para produzir a colisão intermolecular necessária para desencadear uma reação química. Denomina-se substrato a substância que sofre ação da enzima, enquanto centro ativo ou sítio ativo é a parte da enzima que se liga ao substrato. Complexo Enzima Enzima-Substrato ( Complexo ativado) Substrato Enzima + + Produto CURSO PREPARATÓRIO-EUGÊNESIS [DATA] POR. MÁRIO BARTOLOMEU 29 Observe o mecanismo de ação enzimática representado ao lado. A partir dele podemos entender claramente algumas propriedades das enzimas. Propriedades das Enzimas a) As enzimas são específicas. Para cada tipo de substrato existe uma enzima específica. Assim, a sacarase é uma enzima que catalisa a quebra da sacarose em uma molécula de glicose e outra de frutose, enquanto a amilase é uma enzima que catalisa a quebra de amido em moléculas de maltose. b) As enzimas não são consumidas durante as reações químicas. c) As enzimas atuam em ambos os sentidos na reação química, até certo ponto (atuação reversível). d) As enzimas não modificam o produto das reações químicas. e) As enzimas exigem um valor ideal de temperatura para que a velocidade da reação seja máxima. As enzimas são termolábeis, isto é, sensíveis a valores muito elevados de temperatura. f) As enzimas exigem um valor ideal de pH para que a velocidade da reação seja máxima. Variações de pH levam à desnaturação da enzima, porém, ao contrário da desnaturação causada por altas temperaturas, apresenta caráter reversível, o que leva alguns autores a usarem o termo inativação enzimática. Fatores que influenciam na ação enzimática Para um bom desempenho da enzima, alguns fatores devem ser considerados: Concentração do Substrato Desde que haja enzima disponível, o aumento da concentração do substrato leva a um aumento da velocidade da reação. A partir do momento em que a enzima atinge a capacidade catalítica máxima, um aumento da concentração do substrato não promove aumento da velocidade da reação. Nesse caso, a enzima ficou saturada pelo substrato. Observa-se que a partir do ponto X, mesmo que a concentração do substrato seja aumentada, a velocidade da reação permanece constante. O ponto Y representa a concentração ótima de substrato, já que a velocidade da reação é máxima nesse ponto. No ponto Y, todas as moléculas de enzimas estão “ocupadas” pelo substrato, de nada adiantando aumentar ainda mais a concentração do mesmo. Concentração da Enzima Desde que haja substrato disponível, o aumento da concentração da enzima leva a um aumento da velocidade da reação. Observa-se que a partir do ponto X, mesmo que a concentração da enzima seja aumentada, a velocidade da reação permanece constante. O ponto Y representa a concentração ótima de enzima, já que a velocidade da CURSO PREPARATÓRIO-EUGÊNESIS [DATA] POR. MÁRIO BARTOLOMEU 30 reação é máxima nesse ponto. A partir do ponto X, é possível que não exista substrato suficiente para a grande concentração de enzima. Temperatura As enzimas exigem uma temperatura ótima, na qual a velocidade da reação seja máxima. Quando submetidas a valores de temperatura muito elevados, as enzimas sofrem desnaturação. Observa-se que no ponto X a velocidade da reação é máxima. Um aumento de temperatura leva a um aumento da velocidade da reação até determinado ponto (ponto Y), a partir do qual ocorre desnaturação da enzima, reduzindo a velocidade da reação. O ponto Y representa a temperatura ótima para a atuação da enzima. pH As enzimas exigem um pH ótimo, no qual a velocidade da reação seja máxima. Acima ou abaixo do seu pH ótimo, as enzimas diminuem gradativamente a sua atividade e tendem a desnaturar-se. Observa-se que no ponto X a velocidade da reação é máxima. O ponto Y representa o pH ótimo para a atuação da enzima. A amilase salivar, enzima que inicia a digestão do amido na boca, atinge o máximo de atividade em pH 7, enquanto a pepsina, enzima que inicia a digestão das proteínas no estômago, atinge o máximo de atividade em pH 2. LÍPIDOS Também conhecidos por lipídeos, são substâncias orgânicas insolúveis em água e solúveis em solventes orgânicos como clorofórmio, benzina e éter. Não existe um conceito unificado para os lípidos, mas a maioria são ésteres de ácido graxo e álcool. Os ésteres são substâncias resultantes da reação entre um ácido e um álcool. Classificação dos Lípidos a) Lípidos Simples Constituídos apenas por ácido graxo e álcool. Os lípidos se subdividem em glicérides e cérides. GLICÉRIDES - O álcool é o glicerol. Como exemplo, temos as gorduras e os óleos. CÉRIDES - O álcool não é o glicerol, e sim um álcool superior de cadeia mais longa. Como exemplo, temos as ceras. b) Lípidos Conjugados CURSO PREPARATÓRIO-EUGÊNESIS [DATA] POR. MÁRIO BARTOLOMEU 31 Constituídos por ácido graxo, álcool e uma outra substância. Os exemplos mais importantes são os fosfolípides, que apresentam radicais fosfato, e os esfingolípides, que apresentam nitrogênio. Os fosfolípides são importantes por entrarem na constituição das membranas celulares, enquanto os esfingolípides são abundantes no tecido nervoso, estando relacionados ao aumento da velocidade de condução do impulso nervoso. c) Lípides Esteróides Apresentam estrutura química muito diferente dos demais lípides, fato que exige uma classificação à parte para o seu caso. Os principais esteróides são o colesterol e os hormônios sexuais (testosterona no homem, e progesterona na mulher). O colesterol é o precursor dos demais esteróides e o seu excesso pode ser nocivo à saúde, em função do seu acúmulo nas paredes internas dos vasos sangüíneos, dificultando a circulação do sangue. Principais funções dos lípidos a) Reserva Energética Quando degradados, os lípides fornecem mais energia que os carboidratos. No entanto, os carboidratos representam as principais fontes de energia para o organismo, pelo fato de serem degradados antes dos lípides. b) Isolante Térmico Nas aves e nos mamíferos, as gorduras acumulam-se no tecido adiposo, sob a pele, formando uma camada que dificulta a perda excessiva de calor para o ambiente. Em animais que vivem em clima frio, essa camada é muito mais desenvolvida. c) Amortecedores A proteção mecânica contra choques é desempenhada pelos lípides. d) Estrutural Os lípides participam da formação das membranas celulares e dão forma ao corpo. e) Impermeabilizantes As ceras exercem papel impermeabilizante em superfícies sujeitas à desidratação. A camada de cera é muito desenvolvida em certas folhas e frutos e pode ser produzida por certos insetos, como as abelhas. ÁCIDOS NUCLÉICOS São definidos como polinucleotídeos ligados em cadeia. Por controlarem a atividade celular, são considerados as “moléculas mestras” dos seres vivos. Existem dois tipos de ácidos nucléicos: ácido desoxirribonucléico
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