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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