aula 1 introducao biociências
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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.