Estrutura e organização celular

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Estrutura e organização celular
Profª. Dra. Déborah Praciano de Castro
UNIVERSIDADE ESTADUAL DO CEARÁ- UECE
FACULDADE DE FILOSOFIA DOM AURELIANO MATOS- FAFIDAM
CURSO: QUÍMICA
DISCIPLINA: BIOLOGIA GERAL
O tecido da vida
Ameba sp. 
Euglena sp. 
O tecido da vida
Ameba sp. 
Euglena sp. 
Qual a semelhança?
As formas vivas, de amebas e algas unicelulares a baleias e sequoias gigantes todas são constituídas por um único tipo de unidade de construção: as células. Todos os animais e plantas são compostos de células e produtos celulares. Novas células surgem da divisão de células preexistentes, e a atividade de um organismo multicelular como um todo é a soma das atividades e interações das células que os constituem. 
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Conceito de célula
Robert Hooke (1663)
Observação de cortiça ao microscópio
Pequenas caixas ou células
Conceito de célula
Células eram mais que recipientes simples preenchidos com sucos
Estruturas complexas que formam as unidades básicas de todos os organismos vivos.
Conceito de célula
Maioria pequenas e invisíveis a olho nu
Compreensão sobre as células acompanhou os avanços técnicos no poder de resolução de microscópios. 
Conceito de célula
Antoni van Leeuenhoek (1676) 
“ No ano de 1675 descobri seres vivos na água da chuva que tinha ficado alguns dias num pote de barro, vitrificado por dentro. Isto me levou a olhar esta água com grande atenção, especialmente aqueles animaizinhos que me pareciam dez mil vezes menores do que os que podem ser percebidos na água a olho nu.”
A primeira pessoa a visualizar bactérias, as menores cé-
lulas microbianas, foi o comerciante holandês e microscopista amador Antoni van Leeuwenhoek (1632-1723). Van
Leeuwenhoek construiu microscópios extremamente simples,
contendo uma única lente, para examinar o conteúdo microbiano de uma variedade de substâncias naturais (Figura 1.14).
Esses microscópios eram rudimentares quando comparados
aos padrões atuais, mas por meio da manipulação e focalização
precisas, van Leeuwenhoek foi capaz de visualizar bactérias.
Ele descobriu as bactérias em 1676 enquanto estudava infusões aquosas de pimenta, e relatou suas observações em uma
série de cartas enviadas à influente Royal Society of London,
que as publicou em 1684 em uma versão em inglês. Desenhos
de alguns dos “pequenos animálculos” de van Leeuwenhoek,
como ele se referia, estão ilustrados na Figura 1.14b, e uma
foto tirada por um microscópio de van Leeuwenhoek é mostrada na Figura 1.14c 
Mesmo a partir desses desenhos relativamente rudimentares, pode-se reconhecer vários tipos morfológicos de bactérias comuns: 
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Conceito de célula
Antoni van Leeuenhoek (1676) 
Visualização de bactérias em infusões aquosas de pimenta.
“Pequenos animálculos”
A primeira pessoa a visualizar bactérias, as menores cé-
lulas microbianas, foi o comerciante holandês e microscopista amador Antoni van Leeuwenhoek (1632-1723). Van
Leeuwenhoek construiu microscópios extremamente simples,
contendo uma única lente, para examinar o conteúdo microbiano de uma variedade de substâncias naturais (Figura 1.14).
Esses microscópios eram rudimentares quando comparados
aos padrões atuais, mas por meio da manipulação e focalização
precisas, van Leeuwenhoek foi capaz de visualizar bactérias.
Ele descobriu as bactérias em 1676 enquanto estudava infusões aquosas de pimenta, e relatou suas observações em uma
série de cartas enviadas à influente Royal Society of London,
que as publicou em 1684 em uma versão em inglês. Desenhos
de alguns dos “pequenos animálculos” de van Leeuwenhoek,
como ele se referia, estão ilustrados na Figura 1.14b, e uma
foto tirada por um microscópio de van Leeuwenhoek é mostrada na Figura 1.14c 
Mesmo a partir desses desenhos relativamente rudimentares, pode-se reconhecer vários tipos morfológicos de bactérias comuns: 
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Conceito de célula
Todos os tecidos vegetais são compostos por células
Conceito de célula
Células animais são semelhantes às células de plantas
Theodor Schwann (1839)
Compreensão atrasada por muito tempo porque as células animais são circundadas por uma membrana plasmática quase invisível em lugar de uma parede celular distinta, característica de células vegetais. 
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Conceito de célula
Credita-se a Schleiden & Schwann a teoria unificadora celular que guiou uma nova era de exploração produtiva em biologia celular. 
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Base para a teoria celular- Início do século XIX. 
“Todos os organismos vivos são compostos por células”
Conceito de célula
1858
Todas as células são provenientes de outras preexistentes. 
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Conceito de célula
Protoplasma
Conteúdo celular é formado por uma mistura granular similar a um gel com propriedades vitais especiais.
J. Purkinje (1840)
Células eram vistas como bolsas de uma sopa espessa contendo um núcleo. Depois, o interior das células ficou crescentemente mais visível conforme os microscópios, a técnica de cortes e a coloração dos tecidos foram sendo melhoradas. Em lugar de ser uma sopa granular uniforme, o interior de uma célula é composto de numerosas organelas celulares associadas a uma rede de membranas
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Conceito de célula
Interior de uma célula é composto de numerosas organelas celulares associadas a uma rede de membranas. 
Os componentes de uma célula são tão altamente organizados, estrutural e funcionalmente, que descrever seu conteúdo como “protoplasma” é o mesmo que descrever o conteúdo do motor de um automóvel como “autoplasma”. 
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Conceito de célula
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Como as células são estudadas?
Microscópio Óptico X Eletrônico
Para a observação dos organismos, é necessária a utilização de um microscópio de qualquer tipo, seja óptico ou eletrônico. 
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Óptico: observação de células em ampliação relativamente baixas
Eletrônico: Observação de células e estruturas celulares em ampliações relativamente altas. 
Microscópio Óptico X Eletrônico
A resolução comanda nossa capacidade de observar o muito pequeno. 
O microscópio óptico tem limites de resolução de 0.2 micrômetro. Eletrônico tem resolução consideravelmente maior. 
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Características dos microscópios
Amplitude: Todos os microscópios empregam lentes que ampliam a imagem original.
Resolução: Capacidade de distinguir dois objetos adjacentes como distintos e separados
Ampliação pode ser aumentada de maneira ilimitada.
Resolução é uma função determinada pelas propriedades físicas da luz. 
Microscópio Óptico Composto
Utiliza luz visível para iluminar as estruturas celulares. 
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Microscópio óptico
Campo claro
Contraste de fase
Contraste de inferência diferencial
Campo escuro
Fluorescência
Microscópio Óptico Composto
Campo claro
Espécimes são visualizados em razão de discretas diferenças de contraste entre eles e o meio circundante. 
Células absorvem ou dispersam luz em graus variáveis. 
O microscópio de campo claro possui duas lentes, a objetiva e a ocular, que funcionam em combinação para formar a imagem. A fonte luminosa é focalizada sobre o espécime por uma terceira lente, o condensador. As células bacterianas são normalmente de difícil visualização ao microscópio de campo claro devido à ausência de contraste em relação ao meio circundante. Células visualizadas sob uma forma de microscopia óptica chamada de contraste de fase superam estas limitações. 
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Microscópio Óptico Composto
Organismos pigmentados são visíveis no microscópio óptico de campo claro, pois a coloração do organismo gera o contraste.
Há alguma forma de aumentar o contraste?
O microscópio de campo claro possui duas lentes, a objetiva e a ocular, que funcionam em combinação para formar a imagem. A fonte luminosa é focalizada sobre o espécime por uma terceira lente, o condensador. As células bacterianas sãonormalmente de difícil visualização ao microscópio de campo claro devido à ausência de contraste em relação ao meio circundante. Células visualizadas sob uma forma de microscopia óptica chamada de contraste de fase superam estas limitações. 
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Microscópio Óptico Composto
Técnicas de coloração são uma forma simples e rápida de melhorar o contraste, embora existam outras formas de fazê-la.
Muito utilizados em microbiologia 
Vários corantes utilizados em microbiologia são carregados positivamente
Corantes Básicos 
Corantes podem ser utilizados para corar as células e aumentar o seu contraste, facilitando sua visualização ao microscópio de campo claro. Os corantes são compostos orgânicos, sendo que cada classe de corantes apresenta afinidade específica por determinados compostos celulares. 
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Microscópio Óptico Composto
Corantes Básicos
Epiderme corada com Azul de Metileno 
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Microscópio Óptico Composto
Corantes Básicos
Citoplasma e núcleo corados com Cristal Violeta
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Microscópio Óptico Composto
Corantes Básicos
Fibras colágenas coradas com Safranina.
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Microscópio Óptico Composto
Microscópio Óptico Composto
Corantes básicos
1. Ligam-se fortemente aos componentes celulares carregados negativamente;
2. Combinam-se com elevada afinidade à superfície das células. 
Excelentes corantes de uso geral. 
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Microscópio Óptico Composto
Coloração diferencial
Coloração de Gram
Bactérias Gram -positivas
Bactérias Gram -negativas
Corantes que conferem diferentes cores a diferentes células são chamados de corantes diferenciais. 
Após a coloração de Gram, as bactérias gram positivas coram-se em roxo-violeta, enquanto as bactérias gram-negativas, em cor-de rosa. Essa diferença de reação à coloração de Gram deve-se às diferenças na estrutura da parede celular das células gram-positivas e gram-negativas. 
Após a coloração com um corante básico, como o cristal violeta que confere às celulas uma coloração roxa, o tratamento com o etanol descora as células gram-negativas, mas não as gram-positivas. Após a coloração de contraste com um corante de cor diferente, normalmente a safranina, os dois tipos de células podem ser distinguidos microscopicamente por suas cores diferenciadas. 
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Microscópio Óptico Composto
Observação microscópica de bactérias gram-positivas (roxo)- Staphylococcus aureus e gram-negativas (rosa)- Escherichia coli.
Bacillus cereus (gram-positivas, em cor de laranja), submetidas a um método de coloração fluorescente de etapa única. Esse método permite a diferenciação de células gram-positivas e gram-negativas em uma única etapa de coloração. 
A coloração de gram é o procedimento de coloração mais utilizado na microbiologia, sendo frequentemente utilizado para iniciar a caracterização de uma bactéria recentemente isolada. Se houver a disponibilidade de um microscópio fluorescente, a coloração de gram pode ser reduzida a um procedimento de uma etapa; as células gram-positivas e gram-negativas fluorescem em diferentes cores quando tratadas com um produto químico especial. 
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Coloração mata as células e pode alterar suas características.
E se eu quiser observar células vivas?
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Microscopia de Contraste de Fase e Microscopia de Campo Escuro
Aumentam o contraste da imagem de células não coradas (vivas)
Microscopia de Contraste de Fase: Células diferem de seu meio circundante quanto ao índice de refração;
Microscopia de Campo Escuro: O espécime é atingido apenas lateralmente pela luz.
O microscópio de contraste de fase é amplamente utilizado em ensino e pesquisa para a observação de preparações vivas. 
Refração: Luz sofre um retardo ao atravessar um material. 
A luz que atravessa uma célula apresenta uma diferença na fase em relação à luz que atravessa o líquido circundante. Essa diferença sutil é amplificada por um dispositivo presente na lente objetiva do microscópio de contraste de fase, denominado anel de fase, resultando em uma imagem escura sobre um fundo claro. O anel consiste em uma placa de fase, que amplifica a variação de fase para produzir uma imagem de maior contraste. 
Microscopia de campo escuro: A única luz que atinge a lente corresponde àquela desviada pelo espécime e, dessa forma, o espécime aparece claro em um fundo escuro. A resolução na microscopia de campo escuro é muitas vezes melhor que aquela da microscopia óptica, frequentemente permitindo a resolução, por campo escuro, de objetos não distinguidos em microscópios de campo claro, ou mesmo de contraste de fase. Também é uma excelente forma de observar a motilidade microbiana, uma vez que os feixes de flagelos são frequentemente distinguidos por essa técnica. 
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Microscopia de Contraste de Fase e Microscopia de Campo Escuro
O microscópio de contraste de fase é amplamente utilizado em ensino e pesquisa para a observação de preparações vivas. 
Refração: Luz sofre um retardo ao atravessar um material. 
A luz que atravessa uma célula apresenta uma diferença na fase em relação à luz que atravessa o líquido circundante. Essa diferença sutil é amplificada por um dispositivo presente na lente objetiva do microscópio de contraste de fase, denominado anel de fase, resultando em uma imagem escura sobre um fundo claro. O anel consiste em uma placa de fase, que amplifica a variação de fase para produzir uma imagem de maior contraste. 
Microscopia de campo escuro: A única luz que atinge a lente corresponde àquela desviada pelo espécime e, dessa forma, o espécime aparece claro em um fundo escuro. A resolução na microscopia de campo escuro é muitas vezes melhor que aquela da microscopia óptica, frequentemente permitindo a resolução, por campo escuro, de objetos não distinguidos em microscópios de campo claro, ou mesmo de contraste de fase. Também é uma excelente forma de observar a motilidade microbiana, uma vez que os feixes de flagelos são frequentemente distinguidos por essa técnica. 
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Microscopia de Fluorescência
Utilizado para visualizar espécimes que florescem  Emitem luz de uma cor, após absorção de luz de outra cor. 
DAPI (4’,6-diamidino-2-fenilindol)
Amplamente utilizado na microbiologia diagnóstica clínica e ecologia microbiana para enumerar bactérias. 
As células fluorescem, seja porque contêm substâncias naturalmente fluorescentes, como a clorofila ou outros componentes fluorescentes (autofluorescência), ou porque as células foram tratadas com um corante fluorescente. 
DAPI cora as células em azul-brilhante, uma vez que forma complexos com o DNA da célula. O DAPI pode ser utilizado para a visualização de células em seus hábitats naturais, como solo, água, alimento ou um espécime clínico. A microscopia de fluorescência utilizando o DAPI é amplamente empregada na microbiologia diagnóstica clínica e ecologia microbiana para enumerar as bactérias presentes em um ambiente natural ou em uma suspensão celular. 
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Microscopia de Fluorescência
Células de Cianobactérias- Microscopia de campo claro
Células de Cianobactérias- Microscopia de fluorescência
Células de cianobactérias fluorescem em vermelho!
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Microscopia de Fluorescência
Escherichia coli fluorescentes pelo tratamento com DAPI
DAPI se liga ao DNA de E. coli tornando-as fluorescentes. 
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Imagens obtidas são bidimensionais
Como superar essa limitação? 
O microscópio eletrônico de varredura oferece uma solução para esse problema, porém outras formas de microscopia óptica podem ser capazes de melhorar a perspectiva tridimensional de uma imagem. 
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Microscopia de Contraste por Interferência Diferencial
Forma de microscopia óptica que emprega um polarizador no condensador que gera luz polarizada. 
Luz polarizada atravessa um prisma, que gera dois feixes distintos;
Feixes atravessam o espécime e penetram na lente objetiva, onde são recombinados em um único feixe. 
Luzpolarizada= em um único plano
Como os dois feixes atravessam substâncias que apresentam diferenças no índice de refração, os raios combinados não se encontram totalmente em fase, mas, em vez disso, interferem um com o outro, e esse efeito intensifica diferenças sutis na estrutura celular. 
Estruturas como o núcleo de células eucarióticas, assim como endósporos, vacúolos e inclusões de células bacterianas, adquirem um aspecto tridimensional. 
Usada na observação de células não coradas, por sua capacidade de revelar estruturas celulares internas, as quais são quase invisíveis pelo microscópio de campo claro sem a necessidade de coloração. 
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Microscopia de Fluorescência
Células de levedura- Saccharomyces cerevisiae – Microscópio de campo claro
Células de levedura- Saccharomyces cerevisiae- Microscópio de contraste de inferência diferencial. 
Células de cianobactérias fluorescem em vermelho!
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Microscopia de Laser de Varredura confocal (MLVC)
Microscópio computadorizado que acopla uma fonte de raio laser a um microscópio fluorescente. 
Laser gera uma imagem clara tridimensional e permite ao observador acessar vários planos de foco no espécime. 
O raio laser é ajustado precisamente, de modo que somente uma determinada camada do espécime esteja no foco perfeito de uma só vez. A iluminação precisa de somente um único plano de foco pelo MLVC elimina a luz difusa pelos outros planos focais. Desse modo, ao observar-se um espécime relativamente espesso, como um biofilme microbiano, não somente as células da superfície do biofilme tornam-se aparentes, como ocorreria no caso da microscopia óptica convencional, mas as células nas várias camadas também podem ser observadas ao ajustar-se o plano de foco do feixe de laser. 
O MLVC vem equipado com um computador que organiza as imagens digitais para posterior processamento. As imagens obtidas das diferentes camadas podem ser então digitalmente reconstruídas para uma imagem tridimensional do espécime completo. 
Amplamente utilizado em ecologia microbiana identificação de populações celulares específicas presentes em um hábitat microbiano, ou na resolução de diferentes componentes de uma comunidade microbiana estruturada, como um biofilme ou tapete microbiano. 
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Microscópio de Laser de Varredura Confocal (MLVC)
Comunidade microbiana de biofilme. Células bacilares verdes são Pseudomonas aeruginosa introduzidas experimentalmente no biofilme. 
Cianobactéria filamentosa crescendo em um lago rico em carbonato de sódio. 
Microscopia Eletrônica
Utilizam elétrons, em vez de luz visível (fotons), para a visualização de células e estruturas celulares. 
Equipados com câmera Micrografia eletrônica
Dois tipos: Transmissão e Varredura
No ME, eletroimãs atuam como lentes, e todo o sistema opera em vácuo. 
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Microscopia Eletrônica
Microscopia Eletrônica de Transmissão
Utilizado para observar células e estruturas celulares em um aumento e resolução muito elevados. 
Poder de resolução= 0,2 nanômetros, Aumento= 1000 vezes;
Visualização de proteínas individuais e ácidos nucléicos. 
Poder resolução de um MET é significativamente maior que aquele do MO, permitindo até a visualização de estruturas em nível molecular. 
Comprimento de onda dos elétrons é muito menor que o comprimento de onda da luz visível, e, como visto, o comprimento de onda afeta a resolução. 
Contrariamente aos fótons, os elétrons apresentam baixa penetrabilidade, mesmo uma única células é muito espessa para ser penetrada por um feixe de elétrons. Consequentemente, para a visualização de estruturas internas de uma células, cortes finos dessa células são necessários, e esses cortes precisam estar estabilizados e corados com vários químicos para torná-los visíveis. 
Uma única célula bacteriana, por exemplo, é cortada em várias seções muito finas (20 – 60 nm), as quais são então examinadas individualmente por MET.
Corantes- ácido cósmico, sais de permanganato, urânio, lantânio ou chumbo. 
Características externas secções finas são desnecessárias. Células intactas ou componentes celulares podem ser observados diretamente por MET, utilizando-se uma técnica denominada coloração negativa. 
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Microscopia Eletrônica de Transmissão
Micrografia eletrônica Célula bacteriana em divisão 
Microscopia Eletrônica de Transmissão
Micrografia eletrônica Moléculas de Hemoglobina coradas negativamente. 
Cada molécula hexagonal tem aproximadamente 25 nanômetros de diâmetro e consistem em dois anéis em forma de arruela com largura total de 15 nm. 
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Microscopia Eletrônica de Varredura
Imagens tridimensionais ótimas das células Espécime é recoberto por uma fina camada de metal pesado
Um feixe de elétrons realiza a varredura percorrendo o espécime para trás e para frente; 
Elétrons dispersos pela cobertura de metal são coletados e projetados em um monitor para gerar a imagem. 
Metal Normalmente ouro.
Até mesmo exemplares relativamente grandes podem ser observados. Profundidade do campo (porção da imagem que permanece focada bastante satisfatória);
Faixa de aumento de 15X até 100.000X- Apenas a superfície do objeto é normalmente visualizada. 
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Microscopia Eletrônica de Varredura
Micrografia eletrônica Células bacterianas 
Micrografias eletrônicas obtidas por MET ou MEV são originalmente imagens em preto e branco. Embora a imagem contenha o máximo de informação científica disponível, a cor é frequentemente adicionada à micrografia por manipulação digital da imagem. A colorização artificial não melhora a resolução da micrografia. Principal objetivo é aumentar o valor artístico da imagem para consumo público em meios de comunicação em massa. 
O conteúdo científico máximo que é detalhado em uma micrografia eletrônica é definido no momento da captura da imagem. 
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Organização celular
Procariontes X Eucariontes 
Organização celular
	Característica	Célula procariótica	Célula eucariótica
	Tamanho celular	Maioria pequena (1 a 10 μm)	Maioria grande (10 a 100 μm)
Organização celular
Organização celular
	Característica	Célula procariótica	Célula eucariótica
	Tamanho celular	Maioria pequena (1 a 10 μm)	Maioria grande (10 a 100 μm)
	Sistema genético	DNA com algumas proteínas associadas; Molécula de DNA simples e circular no nucleoide; nucleoide não é envolvido por membrana	
Organização celular
Organização celular
	Característica	Célula procariótica	Célula eucariótica
	Tamanho celular	Maioria pequena (1 a 10 μm)	Maioria grande (10 a 100 μm)
	Sistema genético	DNA com algumas proteínas associadas; Molécula de DNA simples e circular no nucleoide; nucleoide não é envolvido por membrana	DNA associado a proteínas em cromossomos lineares complexos dentro de núcleo envolvido por membrana. DNA mitocondrial circular e nos cloroplastos. 
Organização celular
Organização celular
	Característica	Célula procariótica	Célula eucariótica
	Tamanho celular	Maioria pequena (1 a 10 μm)	Maioria grande (10 a 100 μm)
	Sistema genético	DNA com algumas proteínas associadas; Molécula de DNA simples e circular no nucleoide; nucleoide não é envolvido por membrana	DNA associado a proteínas em cromossomos lineares complexos dentro de núcleo envolvido por membrana. DNA mitocondrial circular e nos cloroplastos. 
	Divisão celular	Direta por fissão binária ou brotamento; sem mitose.	
Organização celular
Organização celular
	Característica	Célula procariótica	Célula eucariótica
	Tamanho celular	Maioria pequena (1 a 10 μm)	Maioria grande (10 a 100 μm)
	Sistema genético	DNA com algumas proteínas associadas; Molécula de DNA simples e circular no nucleoide; nucleoide não é envolvido por membrana	DNA associado a proteínas em cromossomos lineares complexos dentro de núcleo envolvido por membrana. DNA mitocondrial circular e nos cloroplastos. 
	Divisãocelular	Direta por fissão binária ou brotamento; sem mitose.	Alguma forma de mitose; Muitas com centríolos; Fuso mitótico presente. 
Organização celular
Organização celular
	Característica	Célula procariótica	Célula eucariótica
	Sistema sexual	Ausente na maioria; Se presente, altamente modificado.	Presente na maioria; parceiros machos e fêmeas; gametas que se fundem formando zigotos. 
Organização celular
Organização celular
	Característica	Célula procariótica	Célula eucariótica
	Sistema sexual	Ausente na maioria; Se presente, altamente modificado.	Presente na maioria; parceiros machos e fêmeas; gametas que se fundem formando zigotos. 
	Nutrição	Maioria por absorção; alguns fotossintéticos	Absorção, ingestão, alguns fotossintéticos
	Metabolismo da energia	Sem mitocôndrias; enzimas oxidativas ligadas à membrana celular; não embaladas separadamente; grande variação no padrão metabólico	Mitocôndrias presentes; enzimas oxidativas no interior delas; padrão de metabolismo oxidativo mais unificado. 
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Organização celular
	Característica	Célula procariótica	Célula eucariótica
	Movimento intracelular	Nenhum	Correntes citoplasmáticas, fagocitose, pinocitose.
	Flagelos/Cílios	Se presentes, sem o padrão microtubular “9 + 2”	Com padrão microtubular “9 + 2”
	Parede celular	Contem cadeias dissacarídicas com peptídios em ligação cruzada em bactérias, mas não em arqueas. As arqueobactérias apresentam lipídios das membranas ligados a ésteres. 	Se presente, não se observam polímeros de dissacarídios ligados a peptídios. 
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AULA 08: Célula procarionte
Profª. Dra. Déborah Praciano de Castro
deborah.praciano@uece.br 
Novembro/2017
UNIVERSIDADE ESTADUAL DO CEARÁ- UECE
FACULDADE DE FILOSOFIA DOM AURELIANO MATOS- FAFIDAM
CURSO: QUÍMICA
DISCIPLINA: BIOLOGIA GERAL