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Introdução à Biologia Celular
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O que é uma célula?
Todos os seres vivos são constituídos de células.
Os mais simples: unicelularesOs mais complexos: têm “comunidades de células”
E os vírus?
Pequenas unidades envolvidas por membranas e preenchidas por uma solução aquosa contendo agentes químicos, dotadas da capacidade de criar cópias de si
mesma pelo crescimento e divisão.
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Óvulo humano (~200μm) e espermatozóides: a partir dessa união serão originados os 10 trilhões de células do corpo
humano.
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Como as células podem ser vistas?
Normalmente são pequenas, microscópicas.Século XVII, Robert Hooke vê as células pela 1a vez.
Células de cortiça observadas por Hooke
Microscópio de Hooke, 1665.
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Observações de Leeuwenhoek
Com uma lupa, Leeuwenhoek, contemporâneo de Hooke, descobriu um mundo de organismos
microscópicos, chegando a observar os organismos unicelulares (protozoários), os espermatozóides e
inclusive algumas bactérias.
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Tamanhos relativos das células e seus componentes
Microscópio luminoso
Microscópio eletrônico
0,2nm200nm
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Grãos de pólen por Microscopia eletrônica
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A biologia celular• O microscópio óptico tornou-se popular somente no
século XIX.
Duas publicações marcam o início da Biologia Celular:• Matthias Schleiden (1838, Botânico)• Theodor Schwann (1839, Zoólogo)
Mostram, juntamente com outros microscopistas, que as células eram as unidades fundamentais dos tecidos
vivos.
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Todas as células são procarióticas ou eucarióticasCél. procariótica (E. coli) Cél. eucariótica (plasmócito)
nucleóide
nucleóideMembrana interna (plasmática)
Membrana externa
Membrana externa
Membrana interna
Parede celular
periplasma
Núcleo
Complexo de Golgi
Lisossomo
Mitocôndria
Retículo endoplasmático
Complexo de Golgi
Membrana plasmática
Membrana nuclear
Mitocôndriaperoxissomo
Lisossomo
Vesícula secretora
Retículo endoplasmático
rugoso
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Os procariotos podem ser divididos em dois tipos distintos
PlantasFungos
Animais
Ciliados
Termotoga
Bactéria verde sulfurosa
Eucariotos
ArquebactériasEubactérias
Fungo aquático Diplomonadas
Progenitor comum presumido para todos os organismos existentes na atualidade
Progenitor comum presumido para aquebactérias e eucariotos
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A célula eucariótica
• O núcleo:Normalmente é a organela mais
proeminente;Incluso em duas membranas concêntricas (envelope nuclear)Contém moléculas de DNA
(cromossomos)
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Mitocôndrias• Tamanho de 1 a muitos μm, em
forma de “salsicha” vermiforme.
• Envolvida por duas membranas, com a interna projetando invaginações p/ interior (cristas).
• Contém DNA próprio e se reproduz por simples divisão;
• Gera energia química (ATP) pela oxidação de moléculas presentes nos alimentos = respiração celular
membrana interna
Espaço intermembranas
Grânulos Matriz da matriz
membrana externacrista
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Mitocôndria: origemPrimeiras células
eucarióticasCélulas ancestral
eucariótica
núcleoMembranas
internas
bactéria
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Cloroplastos• Encontrados apenas em
células de plantas e algas;• Estrutura mais complexa que
das mitocôndrias: além das duas membranas circundantes, há inúmeras membranas internas contendo clorofila;
• Realizam a fotossíntese;• Possuem seu próprio DNA e
reproduzem-se por simples divisão.
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Cloroplasto: origem
Célula eucariótica primitiva
Bactéria fotossintética
cloroplastos
Célula eucariótica primitiva capaz de
realizar fotossíntese
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Outras organelas delimitadas por membranas Proteína secretada
vesícula secretora
Vesículas de Golgi
Retículo endoplasmático
rugoso
• Retículo endoplasmático (RE): local onde os componentes de membrana e material destinado à exportação são “montados”
• Aparelho de Golgi recebe e modifica moléculas provenientes do RE e as redireciona;
• Lisossomos: organelas irregulares envolvidas na digestão intracelular (nutrição, reciclagem, excreção)
• Peroxissomas: vesículas que fornecem o ambiente de contenção p/ o Peróxido de Hidrogênio
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O Citosol• Contém grandes e pequenas
moléculas tão comprimidas que se comporta mais como um gel aquoso;
• É o local de muitas reações químicas fundamentais;
• Contém ribossomos: pequenas partículas responsáveis pela síntese de proteínas;
• Contém filamentos longos e delgados de proteínas (citoesqueleto)
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Citoesqueleto: responsável pelos movimentos celulares
• AF = filamentos de actina, presentes em todas as céls. eucarióticas, abundantes nas fibras musculares;
• MT= microtúbulos, filamentos mais espessos. Participam na divisão celular;
• IF = filamentos intermediários, que reforçam a mecânica da célula.
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filamentos intermediários microtúbulos
microfilamentos
Três vistas de um fibroblasto
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Estágios finais da mitose: microtúbulos corados em vermelho (através de anticorpos específicos para a tubulina) e DNA em preto (EtBr).
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As células recebem e emitem informações
Uma célula viva monitora continuamente sua vizinhança
Ajusta atividades e composição quando necessário
Comunicação através de sinais (moléculas químicas simples,
gases, proteínas, luz e movimentos mecânicos)
Receptores de superfície Sinal ligado
Enzima inativa Enzima ativa
Receptorcitosólico
Complexo hormônio-receptor
núcleoAumento na
transcrição de genes específicos
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As células variam muito em estrutura e função...
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As bactérias são as menores células e as mais simples
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Escherichia coli como modelo
• Bactéria gram negativa que écomumente presente nos intestinos de homens e animais.
• Facilidade de cultivo;
• Informação genética contida numa única molécula de DNA, codificando cerca de 4000 proteínas;
• A maioria dos nossos conhecimentos sobre mecanismos fundamentais da vida vieram de estudos com E. coli: replicação do DNA, decodificação das informações genéticas, etc.
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Giardia possivelmente representa um estágio intermediário na evolução das células eucarióticas
Apesar de possuir núcleo (2) e citoesqueleto, a análise de seu DNA revela uma relação mais próxima com bactérias que eucariotos, além de não ter muitas organelas (mt, p.e.)
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A levedura é uma boa alternativa para se estudar células eucarióticas
Microscopia eletrônica de Saccharomyces cerevisiae
Organização celular eucariota, mas unicelular!
Estudos sobre:
• o controle do ciclo e divisão celular;
• regulação gênica;
• estrutura dos cromossomos;
• envelhecimento;
• Funcionamento do citoesqueleto, etc.
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Outros organismos modelo
Arabidopsis thaliana
Estudos sobre:• Desenvolvimento de
padrões de tecidos;• Genética da biologia
celular;• Aplicações agronômicas;• Fisiologia vegetal;• Regulação gênica; etc.
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• Desenvolvimento dos tecidos de organismos vertebrados;
• Formação e funcionamento do cérebro e do sistema nervoso;
• Defeitos congênitos;
• Câncer
Paulistinha (“zebrafish”)
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Caenorhabditis elegans Drosophila melanogaster
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Mus muscullus - Camundongo Swiss