aula 1 introducao biociências

CITOLOGIACITOLOGIA

O estudo das célulasO estudo das células

Curso de Ciências Curso de Ciências BiológicasBiológicas

O que é célula?“A célula é considerada a menor unidade de um organismo vivo, sendo capaz de auto-duplicação

independente” (Wikipedia)

O que é necessário para que uma estrutura seja considerada uma célula?

1) Um programa genético específico para controlar a auto-duplicação

2) Uma membrana que delimite o seu conteúdo

3) Vias metabólicas para obtenção de energia

4) Vias metabólicas para a síntese de proteínas

Os vírus não tem estrutura celular

Vírus da gripe Vírus da gripe humanahumana

Vírus do mosaico do tabaco

Bacteriófago

BaculovírusBaculovírusatacam insetosatacam insetos

São parasitas molecularesSão parasitas moleculares

Não tem membrana

celular

Tem DNA ou RNA, nunca os dois ao mesmo

tempo

Exemplos de doenças causadas por vírus• Hepatite• Gripe• Ebola• AIDS• Varíola• Herpes• Rubéola• Diarréias por rotavírus• Caxumba• Poliomielite• Dengue• Catapora• Febre amarela• Hepatites A, B e C• Sarampo• Meningite viral

• Animais– Gripe aviária– Diarréia bovina– Leucemia bovina– Artrite-encefalite dos caprinos– Raiva (Hidrofobia)

• Plantas - também são atacadas por vírus

Mosaico dourado do feijoeiro

Não são controladas

por antibióticos

Algumas podem ser prevenidas por vacinas

As bactériasBacilos Gram-Positivos Bacilos Gram-negativos

PneumococosEspiroquetas

As bactérias tem estrutura celularAs bactérias tem estrutura celular

REINO REINO MONERAMONERA

Células incompletas Rickettsias e Clamídeas

• Apresentam simultaneamente DNA e RNA na mesma célula

• Tem membrana celular

• Apresentam parte das vias metabólicas necessárias para reproduzir-se, mas o metabolismo é incompleto

• Multiplicam-se dentro de outras células

• Apresentam ribossomos

• A divisão celular é binária (similar às bactérias)

Clamídea na fase infectiva

Rickettisias

São consideradas bactériasSão consideradas bactérias

Doenças causadas por

• Rickettsias– Dermatite– Tifo– Febre das trincheiras– Febre maculosa

• Clamídeas– Linfogranuloma venéreo– Tracoma– Conjuntivites– Psitacose– Algumas Pneumonias

Vetor Carrapatos,

pulgas e piolhos

Vetor

Contato pessoal

São controladas por antibióticos

Cloranfenicol, ou tetraciclinas e macroleídeosCloranfenicol, ou tetraciclinas e macroleídeos

Micoplasmas• Não tem parede celular, mas tem

membrana, sua forma é variável • Colorem-se com orceína, mas não

com cristal violeta• São sensíveis a alguns antibióticos

(Kanamicina, tilocina), mas são insensíveis à penicilina e rifampicina

• Vários são patógenos, mas os hospedeiros podem estar assintomáticos

• São encontrados em grande variedade de organismos vivos

• Várias espécies fazem parte da microbiota orofaríngea humana

• Doenças causadas● Pleuropneumonia bovina

● Pneumonia atípica primária● Doenças articulares● Doença inflamatória pélvica feminina● Uretrites não gonocócocicas masculinas● Síndrome respiratória de recém-nascidos● Síndrome da fibromialgia

Micoplasmas 2• Podem contaminar cultivos

celulares• Atende aos 4 critérios para

ser classificado como célula• Estão no limite de resolução

do microscópio de luz• São geralmente parasitas da

superfície celular• Não há vacina disponível• O diagnóstico depende de

cultivo em laboratório

Quadro comparativoVírus Rickettsias Clamídeas Micoplasmas Bactérias

Ácidos nucléicos

DNA ou RNA

ambos ambos ambos ambos

Divisão binária - + + + +Metabolismo para

obtenção de energia

- + - + +

Ribossomos - + + + +Replicação em meio de cultura - - - + +

Tamanho (nm)

20-250 1000 300 250 700-10000

Membrana semi-permeável - + + + +

Escherichia coliEscherichia coli As bactérias são classificadas como As bactérias são classificadas como PROCARIONTESPROCARIONTES

São células pobres em membranasSão células pobres em membranas

O material genético não está localizado em um O material genético não está localizado em um compartimento separadocompartimento separado

Diversidade entre bactérias • As bactérias podem ser organismos de:

– Vida livre– Patógenos– Autotrófos

• Fotossintetizantes• Quimiolitotróficos

NitrosomonasNitrosomonas

São importantes para a decomposição da matéria

orgânica no solo

São utilizadas em diversos processos

industriaisLactobacilos acidófilosLactobacilos acidófilos

• As bactérias estão presentes em diferentes partes do corpo humano:– Boca– Mãos– Garganta– Intestino– Vagina

• Muitas convivem harmoniosamente com seus hospedeiros

• São responsáveis por grande parte das infecções hospitalares

Diversidade (II)

Bacterióides na Bacterióides na microbiota microbiota intestinalintestinal

As cianofíceas são bactérias fotossintetizantesAnabaenaAnabaena ao ao

microscópio de microscópio de luzluz

AnabaenaAnabaena ao ao microscópio microscópio eletrônico de eletrônico de

varreduravarredura

Também denominadas cianobactérias

Croococcus turgidus

Merismopedia glauca

Diversidade (III)

Bactérias - Taxonomia

• 25 filos, mais de 6000 espécies

• Filo Acidobacteria• Filo Actinobacteria• Filo Aquificae• Filo Bacteroidetes• Filo Chlamydiae• Filo Chlorobi• Filo Chloroflexi• Filo Chrysiogenetes• Filo Cyanobacteria• Filo Deferribacteres• Filo Deinococcus -Thermus

• Filo Dictyoglomi• Filo Fibrobacteres• Filo Firmicutes• Filo Fusobacteria• Filo Gemmatimonadetes• Filo Lentisphaerae• Filo Nitrospira• Filo Planctomycetes• Filo Proteobacteria• Filo Spirochaetes• Filo Thermodesulfobacteria• Filo Thermomicrobia• Filo Thermotogae• Filo Verrucomicrobia

Extremófilos• Algumas bactérias vivem em condições extremas de:

– Temperatura elevada ou muito baixa– Acidez– Alta pressão– Falta de oxigênio– Salinidade elevada

Bactérias termófilas esporulando

Fonte de águas termais

Eubactérias X Arqueobactérias

Ambos são procariontesAmbos são procariontes

Archaea• Supõe-se que os procariotos do grupos Archaea originaram-se

nas condições da Terra primitiva• Elas não são ancestrais das bactérias atuais• Tem características exclusivas do seu domínio

• Ainda não foram descobertas espécies patogênicas nesse grupo

• É bastante difícil cultivar essas espécies em laboratório

Lago quente e rico em enxofre onde encontra-se o Archaea Sulfolobus sp

Lago hipersalino rico em carbonato, com pH 10, nonde vive Halobacterium salinarumHalobacterium salinarum

Archaea - Ecologia• Termófilos :

– Vivem em ambiente com temperatura superior a 80oC

– Proteínas termoestáveis– Resistem a autoclaves– Membrana celular funcional alta

temperatura– DNA enrolado em sentido inverso

ao de outros organismos (é mais estável)

• Hipertermófilos: – vivem em temperaturas

extremamente altas (até 113oC), geralmente associadas a elevada pressão que evita a fervura da água

• Hipotermófilos: vivem em temperatura abaixo de 4oC, vários encontrados na Antártida, sobrevivem ao congelamento

• Halófilos: Vivem em ambiente de concentração salina muito alta (entre 9 e 35%), exemplo Mar Morto

• Metanogênicas– São extremamente sensíveis a

presença de oxigênio

• Acidófilos : meio ácido até pH 1,0

• Alcalinófilos: meio alcalino pH superior a 8,0

Archaea

• Duas espécies de Archaea isoladas de uma fenda vulcânica no fundo do oceano: Igniococcus (maiores) e de Nanoarchaeum equitans (menores).

Sulfolobus transforma enxofre em ácido sulfúrico

• Forma celular diversificada: – esféricas– bacilos, – espiraladas, – achatadas, – quadradas, – discóides – Forma irregular

• Tamanho: de 0,1 até 200 micrômetros (µm)

Archaea - características• Parede celular

presente em algumas espécies e ausente em outras

• Composição química da parede diversificada: – Polissacarídeos

incomuns– Proteínas em estado

cristalizado– Não contém

peptídeoglicanos (típicos de Bactéria)

• A membrana plasmática tem compostos incomuns:

ThermoplasmaThermoplasma, , hipertermófilo hipertermófilo sem parede sem parede celularcelular

Membrana Bacteria Archaea Eucarya

Conteúdo protéico

alto alto baixo

Composição lipídica

fosfolipídeos

Sulfolipídeos, glicolipídeos,

hidrocarbonetos ramificados, isoprenóides, fosfolipídeos

Fosfolipídeos

Estrutura dos lipídeos

cadeia linear cadeia ramificada cadeia linear

Ligação dos lipídeos

ésteréter (di e tetraeter)

éster

• Ligação química incomum nos componentes de membrana celular em Archaea

• Cadeias carbônicas ramificadas (estabilidade térmica??)

Archaea - características• O DNA em Archaea:

– Geralmente é circular (semelhate a Bactéria)

– Pode estar associado a proteínas do tipo histona (semelhante a eucariotos)

– Presença de íntrons• Produção de RNA:

– Assemelha-se a de células eucarióticas

• Produção de proteínas:– Ribossomos semelhantes aos de

bactérias (resistente a antibióticos)– Síntese protéica semelhante a de

eucariotos (inibida pela toxina da difteria)

• Mobilidade celular:– Podem apresentar

flagelos mesmo nas espécies sem parede

– Estrutura do flagelo incomum

Archaea - bioquímica

• Diversidade metabólica: – Quimiolitotróficas2 S + 3 O2 + 2 H2O 2 H2SO4

H2 + S H2S

– Metanogênicas– Fermentadores (raros)– Fotoautotróficas

• OrganotróficosCompostos orgânicos+ S H2S + CO2

(Thermoproteus, Desulfurococcus, Thermofilum, Pyrococcus)

Compostos orgânicos + O2 H2O + CO2 (Sulfolobus)

Compostos orgânicos CO2 + ácidos graxos

(Staphylothermus)

Domínio Archaea

– Número de total de espécies: ainda desconhecido

– Continuam sendo descobertas

– A primeira espécie foi descrita em 1977 sendo incluída no Reino Monera

– Pesquisas mostraram que pertencem a outro grupo taxonômico

– Criou-se o Domínio Archaea para distinguir de Bactéria

Domínio Archaea• Taxonomia: Quatro Reinos• Euryarchaeota

– Metanogênicos: Gram-negativos ou positivos

• Methanobacterium, Methanothrix, Methanobrevibacter, etc

– Halófilos: Gram negativos

• Halobacterium, Natronobacterium, Halococcus, Natronococcus, Haloferax, Haloarcula

– Termoacidófilos: Gram negativos ou sem parede

• Thermofilum, Thermococcus, Pyrococcus, Archaeoglobus, Thermoplasma

• Crenarchaeota – inclui as restantes

espécies, a maioria são hipertermófilos

– Thermoproteus, Thermodiscus, Sulfolobus, Staphylothermus, Pyrodictium

• Korarchaeota descoberta recente, forma de vida mias primitiva conhecida

• Nanoarchaeota extremamente pequenos, talvez parasitas de outros Archaea:

Sugestão de relações filogenéticas de Archaea em função das características da parede celular e outras

Relações filogenéticas

Domínio Eukarya• Inclui todos os seres

com células eucariontes

• Reinos– Protista– Plantae– Fungi – Animalia

Células eucariontes

• Tem maior complexidade do que as células Tem maior complexidade do que as células procariontesprocariontes

• São ricas em membranas que formam São ricas em membranas que formam diversos compartimentosdiversos compartimentos

• Diferentes vias metabólicas ficam separadas Diferentes vias metabólicas ficam separadas entre si em organelas com diferentes entre si em organelas com diferentes funçõesfunções

Célula do epitélio vaginal invadida por

bactérias

Núcleo celular

Citoplasma

Membrana plasmática

Célula vegetal

Organismos unicelulares - PROTISTA

Amoeba sp

Trypanosoma Trypanosoma spsp

Paramecium sp

Leishmania sp

ProtozoáriosEucariontes unicelulares heterótrofos

Foraminífero

Organismos unicelulares – PROTISTA II

Diatomáceas e dinoflageladosEuglena sp

Eucariontes unicelulares fotossintetizantes

Organismos coloniais e pluricelulares – PROTISTA III

Protista autótrofo Volvox sp

Protista heterótrofo Coanoflagelados

Ulva lactuca

Organismos pluricelulares

• Três reinos– Diferem entre si pela forma de obtenção de

energia• Fungos (adsorção)• Plantas (fotossíntese)• Animais (ingestão)

Quadro comparativoCaracterística Procariontes EucariontesExemplos bactérias amebaMembrana ao redor do material genético

não Sim, carioteca

Proteínas associadas ao DNA não Sim, histonasCromossomos Sim, circular váriosNucléolo não simDivisão celular binária Mitose e meiose

Tipo de ribossomo 70S 80SSistemas internos de membranas

Não, exceto cianofíceas

sim

Quadro comparativo IICaracterística Procariontes EucariontesMitocôndria Não SimCloroplasto Não Sim, em células

vegetais

Parede celular Sim, peptidoglicanos + lipoproteínas e

lipopolissacarídeos

Sim, em células vegetais e fúngicas

Exocitose Não SimEndocitose não SimLocomoção Em alguns casos,

atípicaSim, Em alguns casos

Citoesqueleto Não SimCorrentes citoplasmáticas ???? Sim

Um modelo de célula eucarionte heterotrófica

Célula eucarionte autotrófica

Estruturas sub-celulares

Organela Função principal

Mitocôndria Obtenção de energia

Ribossomos Síntese de proteínas

Complexo de Golgi Processamento de proteínas

Retículo endoplasmático Síntese de proteínas e lipídeos

Estruturas sub-celulares

Organela Função principal

Membrana plasmática Seleção da entrada e saída de substâncias

Cloroplastos Obtenção de energia a partir da luz

Lisossomos Digestão enzimática

Citoesqueleto Sustentação celular

Estruturas sub-celulares

Organela Função principal

Membrana nuclear Seleção da entrada e saída de substâncias

Cromossomos Contém informação genética

Nucléolo Síntese e processamento de ribossomos

Citossol Local de reações enzimáticas e de síntese de parte das proteínas

Quadro comparativo IIICaracterística Célula animal Célula vegetalExemplos Ameba Alga verdeMembrana ao redor do material genético

sim sim

Proteínas associadas ao DNA sim simMitocôndria sim SimCloroplastos não SimParede celular não simGlicocálice sim nãoPlasmodesmos não sim

Leituras recomendadas

• De Robertis, E. & Hib, J. Biologia Celular e Molecular. Cap 1

• De Robertis, E.; Hib, J.& Ponzio, R. Bases da Biologia Celular e Molecular. Cap 1

• Junqueira & Carneiro Biologia Celular e molecular. Cap 1

• Raven, P.H. et al. Biologia Vegetal. Cap 14.