1º Semestre

I – Capítulo I
Escola TécnicaVolume
Simonsen
ITS / CTA
Autor
Leonardo Moreira Romano
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Sumário
SUMÁRIO
Volume I – Capítulo I
ITS / CTA
Unidade I
Capítulo I
•
Origem da Vida
•
Os Primeiros Seres Vivos Na Terra
Capítulo II - Teoria da Evolução
Capítulo III - Evolução
Unidade II
Capítulo I - O que é Citologia ?
Capítulo II - Organização celular e transporte através da membrana
Capítulo III - Núcleo celular
Exercício de fixação
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Volume I – Capítulo I
Capítulo I – Unidade I
Origem da Vida
ORIGEM DA VIDA
O ser humano sempre buscou uma explicação para suas dúvidas em
relação à origem da vida, pois no passado o questionamento sobre esse assunto
intrigava muito as pessoas, por exemplo, como explicar como o seria a formação
de um ser humano? Como explicar o crescimento de uma árvore? Como
aconteceria o aparecimento de vermes no intestino? Seria o fato de eu comer
açúcar que estimularia esse aparecimento? Coisas que para a nossa sociedade
moderna é fácil a explicação. Porém com essa busca dos antepassados,
surgiram várias teorias tentando explicar esse surgimento. Cada pensador
estava expondo seu ponto de vista, aquilo que para ele seria a resposta de tal
questão (a origem da vida). Tiveram muitas hipóteses. A Biologia atual trabalha
com a seguinte tese “Todo ser vivo provém de outro ser vivo pré-existente”...
Porém até os cientistas chegarem a essa idéia atual e mais aceita, um longo
caminho foi percorrido. Muitas investigações, experiências foram feitas até ficar
provado que só a vida gera a vida.
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Volume I – Capítulo I
O Ambiente no Planeta Terra
O Planeta Terra, no início de sua formação (estima-se que tenha se
formado a 4,5 bilhões de anos) era como uma esfera de fogo, que aos poucos foi
se resfriando, criando uma superfície sólida (crosta terrestre) contendo no seu
interior (núcleo) um material com temperaturas elevadas e submetido a fortes
pressões, que forçavam esse material a ser expelido nos vulcões, sob a forma de
lavas, gases e vapor d’água, e este vapor d’água ao se condensar formavam
fortes chuvas que ao cair formavam os oceanos. Este era o panorama da Terra
primitiva, um ambiente totalmente desfavorável a vida, com altas temperaturas e
com uma atmosfera diferente da atual, sem oxigênio, que é importantíssimo para
a sobrevivência da maioria das formas de vida atuais.
Os principais gases que constituíam a atmosfera primitiva são: Vapor
d'água (H2O), Metano (CH4), Gás Carbônico (CO2), Hidrogênio (H2), Amônia
(NH3). Algumas provas da existência, na atmosfera primitiva, de água,
hidrogênio, metano e amoníaco são fornecidas pela análise espectroscópica
das estrelas; outras, pela observação de meteoritos provenientes do espaço
interestelar. A análise das estrelas revela também a existência, em vários
pontos do Universo, de pequenas moléculas orgânicas que estariam numa
etapa primitiva de formação da vida.
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Volume I – Capítulo I
As Primeiras Moléculas Orgânicas
Acredita-se que a formação das primeiras moléculas orgânicas como os
aminoácidos, e açúcares devem se ao fato de raios e trovões que são descargas
elétricas associados aos raios ultravioletas emitidos pelo sol, tenha destruído as
ligações químicas dos gases primitivos, e forneciam energia suficiente para que
outras substâncias fossem formadas a partir dessa reação de quebra de ligação
dos gases.
De Moléculas Orgânicas a Células
Continuando nossa caminhada, as moléculas orgânicas mais simples (ex
aminoácidos e açucares) eram carregadas pelas águas das chuvas até os mares,
e estas águas, que eram aquecidas foram encubando as moléculas até que elas
foram se unindo e formando moléculas maiores. Então, os aminoácidos
formaram
as
proteínas
polissacarídeos,
e
e
os
nucleotídeos
açucares
simples
constituíram
os
teriam
formado
ácidos
os
nucléicos
componentes estes do material genético.
Oparin, cientista que contribuiu para a hipótese moderna de formação das
primeiras células, para ele as proteínas sob certas condições se agrupam
formando o que denominamos Coacervados. Para ele os alguns destes
coacervados teriam englobado moléculas de ácido nucléico (responsável pela
hereditariedade) no seu interior e também proteínas enzimáticas e aderindo a
moléculas de gordura que formasse uma camada de proteção. Teríamos então
um ser vivo.
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Volume I – Capítulo I
Gotículas de coacervado obtidas artificialmente e fotografadas ao
microscópio sugerem como devem ter se organizado as substâncias orgâmicas
nos mares primitivos para o aparecimento das primeiras formas de vida.
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Volume I – Capítulo I
2 Os Primeiros Seres Vivos
Hipótese Heterotrófica
Os primeiros seres vivos da Terra viviam na água, eram unicelulares,
heterotróficos e alimentavam-se de substâncias existentes nos oceanos,
como os açucares. E para degradar o alimento a fim de obter a energia utilizavam
a FERMENTAÇÂO, que degrada o alimento sem a utilização do oxigênio,
que é também um processo ANAERÓBIO, pois é feito na ausência de oxigênio.
Hipótese Autotrófica
Com o passar do tempo, o número desses seres primitivos aumentou
muito. Os alimentos existentes nos oceanos foram lentamente se tornando
insuficiente para todos. Começou a haver competição pelo alimento, e alguns
destes seres vivos, por acaso desenvolveram mecanismos alternativos de
obtenção de nutrientes, tornando-os um pouco mais independente dos alimentos
que eram dissolvidos nos oceanos. Estes seres provavelmente conseguiram
sintetizar seu próprio alimento a partir de materiais simples e abundantes no
meio como água e gás carbônico. Para unir estas moléculas simples, não
orgânicas e formar moléculas mais complexas (orgânicas) devem ter utilizado a
luz do sol, e justamente por terem desenvolvidos mecanismos mais sofisticados
(pigmentos como a clorofila) e realizaram a fotossíntese. Surgiram, então os
primeiros seres autotróficos, que produziam o alimento necessário para manter a
vida na Terra.
Além da vantagem sobre os primeiros seres vivos, os seres autotróficos no
processo da fotossíntese produziram o gás oxigênio que se acumulou na
atmosfera.
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Volume I – Capítulo I
Com o oxigênio seres mais complexos surgiram, seres estes capazes de
degradar nutrientes a partir de enzimas, e com o oxigênio agora abundante na
atmosfera, pois o oxigênio é capaz de liberar muito mais energia dos compostos
orgânicos, seres com esta capacidade são chamados Aeróbios ou Aeróbicos
(usam o oxigênio) e usam a Respiração como mecanismo de obtenção de
energia. Com isso apareceram seres mais complexos e cada vez maiores
chamados de Pluricelulares. Esta é a hipótese Autotrófica
Ácido Nucléico - Os ácidos nucléicos organizam o material genético de
uma célula e comanda suas atividades diversas, inclusive a reprodução.
Assim, com o surgimento dessas moléculas muito especiais, os coacervados
puderam se transformar em seres unicelulares.
Heterótrofos - Os seres vivos, que buscam energia se alimentando de
outros seres vivos pois são incapazes de produzir energia sozinhos.
Autótrofos - São seres vivos, como plantas e as algas que realizam a sua
nutrição por meio da fotossínte.
Enzimas - As enzimas são proteínas especializadas em catálise celular, as
enzimas aceleram a velocidade de uma reação. consideradas as unidades
funcionais do metabolismo celular.
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Volume I – Capítulo I I
Capítulo II – Unidade I
Teorias da Evolução
Abiogênese (ou Geração Espontânea)
A teoria da Abiogênese ou geração espontânea baseava-se na ideia de
que os seres vivos poderiam surgir de uma “matéria bruta”, sem vida. Os
defensores dessa hipótese diziam que haveria um “princípio ativo” ou uma “força
vital” presentes em algumas matérias brutas, e esse “princípio” ou “força” seria
capaz de transformar uma matéria bruta (sem vida) em uma matéria viva.
Aristóteles era um grande defensor dessa teoria.
O princípio ativo estaria presente em determinadas coisas, por exemplo,
se tivesse presente em alimentos consumidos pelo homem, isso explicaria o
surgimento de vermes no homem ( a explicação seria que o AÇUCAR ingerido
seria o princípio ativo capaz de gerar os vermes no homem). Estaria presente
também nos restos de lixo e por isso apareceriam às larvas de insetos no lixo (Na
época que essa hipótese era aceita, não se sabia que esses pequenos animais
que eram vistos no lixo na verdade eram larvas de moscas).
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Volume I – Capítulo I I
Curiosidades
A crença que a vida poderia surgir através da matéria bruta era
tão grande que, muitos defensores da abiogênese apresentavam
experimentos para conseguir a geração expontânea de alguns seres
vivos. O médico belga Von Helmut (1577-1644) tinha uma receita
para a obtenção de ratos:
“ Enche se de trigo e fermento um vaso, que é fechado com uma camisa
suja, de preferência de mulher. Um fermento vindo da camisa,
transformado pelo odor dos grãos, transforma em ratos o próprio trigo”
(Sonia Lopes. BIO v.1. Ed Saraiva)
Biogênese
Insatisfeitos
com
a
teoria
da
abiogênese,
cientistas
realizaram
experiências que foram passo a passo, minando a teoria da abiogênese.
Veremos os principais cientistas e o que eles fizeram para provar que a vida não
era gerada espontaneamente. Francesco Redi (1626-1697) Cientista italiano
elaborou uma experiência a fim de derrubar a teoria da abiogênese. Esses foram
os passos da sua experiência:
•
Colocou pedaços de carne em vários frascos;
•
Alguns frascos foram deixados abertos e outros fechados.
Depois de vários dias, Redi observou que a carne que estava nos frascos
apodreceu, e isso atraiu as moscas, que entravam e saíam continuamente nos
frascos abertos, pois nos frascos fechados a mosca não tinha acesso.
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Volume I – Capítulo I I
Daí Redi observou que no frasco que as
moscas
tiveram
acesso
(abertos)
os
frascos
estavam cheios de vermes, enquanto nos frascos
fechados os vermes não apareciam. Redi descobriu
então que aqueles vermes na verdade eram larvas
das moscas que tiveram contato com o frasco
aberto com carne, e conseguiu comprovar sua
experiência que a carne apodrecia nã era capaz de
gerar vida, pois o que surgiu(vermes) eram
originados das moscas(que já existiam). Isso gerou um forte abalo na teoria da
abiogênese.
Needham X Spallanzani
Apesar da repercussão das experiências de Redi, a idéia de geração
espontânea ainda não havia morrido. O uso crescente do microscópio e a
descoberta dos microorganismos foram fatores que reforçaram a teoria da
abiogênese: tais seres pequeninos, argumentava-se, eram tão simples, que não
era concebível terem a capacidade de reprodução; como conclusão óbvia, só
podiam ser formados por geração espontânea.
John Needham cientista inglês realizou um experimento cujos resultados
pareciam comprovar as idéias da abiogênese. Vários caldos nutritivos, como
sucos de frutas e extrato de galinha, foram colocados em tubos de ensaio,
aquecidos durante um certo tempo e em seguida selados. A intenção de
Needham, ao aquecer, era de provocar a morte de organismos possivelmente
existentes nos caldos; o fechamento dos frascos destinava-se a impedir a
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Volume I – Capítulo I I
contaminação por micróbios externos. Apesar disso, os tubos de ensaio,
passados alguns dias, estavam turvos e cheios de microorganismos, o que
parecia demonstrar a verdade da geração espontânea.
Alguns anos mais tarde, o pesquisador italiano Lazzaro Spallanzani (17291799) repetiu a experiência de Needham. Só que a diferença foi que ele ferveu os
líquidos durante uma hora, não se limitando a aquecê-los; em seguida os tubos
foram fechados hermeticamente. Líquidos assim tratados mantiveram-se estéreis,
isto é, sem vida, indefinidamente. Desta forma, Spallanzani demonstrava que os
resultados de Needham não comprovavam a geração espontânea: pelo fato
de aquecer por pouco tempo, Needham não havia destruído todos os
micróbios existentes, dando-lhes a oportunidade de proliferar novamente.
Needham ainda retrucou e disse:
“...Spallanzani... selou hermeticamente dezenove frascos que continham
diversas substâncias vegetais e ferveu-os, fechados, por uma hora. Mas,
pelo método de tratamento pelo qual ele torturou suas dezenove infusões
vegetais, fica claro que enfraqueceu muito ou até destruiu a força
vegetativa das substâncias em infusão...”
Continuava assim a polêmica entre abiogênese e Biogênese.
Foi quando o cientista francês Louis Pasteur (1822-1895) decidido em
derrubar a teoria da abiogênese, realizou o seguinte experimento:
Ele ferveu caldo de carne em um balão de vidro aberto que possuía um
gargalo curvado em forma de S, conhecido como “pescoço de cisne”. O líquido
ficou por muito tempo.
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Volume I – Capítulo I I
Sem micróbios, apesar de entrar ar os micróbios que vinham juntamente
com o ar ficavam depositados junto à poeira na curvatura do gargalo.
A entrada do ar ocorre, então, mais vagarosamente e, quando o líquido se
resfriou suficientemente, a ponto de não mais ser capaz de tirar a vitalidade dos
germes, a entrada do ar será suficientemente lenta, de maneira a deixar nas
curvas úmidas do pescoço toda a poeira (e germes) capaz de agir nas infusões.
Depois de um ou vários meses no incubador, o pescoço do frasco foi
removido por golpe dado de tal modo que nada, a não ser as ferramentas, o
tocasse, e depois de 24, 36 ou 48 horas, bolores se tornavam visíveis,
exatamente como no frasco aberto ou como se o frasco tivesse sido inoculado
com poeira do ar.
Com esta experiência engenhosa, Pasteur também demonstrava que o
líquido não havia perdido pela fervura suas propriedades de abrigar vida, como
argumentaram alguns de seus opositores. Além disso, não se podia alegar a
ausência do ar, uma vez que este entrava e saía livremente (apenas estava
sendo filtrado).
As experiências de Pasteur e Redi fizeram com que a hipótese da
biogênese, fosse aceita pelos cientistas de todo o mundo.
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Volume I – Capítulo I I
Criacionismo (ou Fixismo)
“No princípio criou Deus os céus e a terra”...
Com essa frase começa o livro de
Gênesis
(que
criacionismo
significa
predominou
origem),
na
o
Europa
Medieval, por influência da Igreja Católica,
pois acreditavam que a criação da terra
aconteceu como estaria proposto na bíblia.
Porém com as descobertas de fósseis,
microorganismos, essa teoria foi caindo, pois não conseguiu explicar a variedade
de seres vivos do planeta.
PANSPERMIA CÓSMICA
Panspermia, proposta no fim do século XIX, é uma teoria que busca
explicar a origem da vida. Segundo ela, nosso planeta foi povoado por seres
vivos ou elementos precursores da vida oriundos de outros planetas; que se
propagaram
por
meteoritos
e
poeira
cósmica
até
a
Terra.
Essa teoria ganhou mais força com a descoberta da presença de substâncias
orgânicas oriundas de outros locais do espaço, como o formaldeído, álcool etílico
e alguns aminoácidos. A descoberta de um meteorito na Antártica, na década de
80, contendo um possível fóssil de bactéria também reforça a panspermia.
Para muitos, aceitá-la apenas responderia sobre o surgimento da vida na
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Volume I – Capítulo I I
Terra tornando, ainda, obscura a resposta acerca de como ela se formou,
realmente. Além disso, muitos cientistas argumentam sobre a possibilidade quase
negativa de seres extraterrestres atravessarem os raios cósmicos e ultravioletas
sem serem lesados.
Lamarckismo
No final do século XVIII, um naturalista francês
chamado Jean Baptiste Lamarck, se opôs ao fixismo
com uma teoria científica. A primeira se chamava Lei
Do Uso e Desuso, e a segunda é a Lei Dos
Caracteres Adquiridos.
Uso e Desuso
Para Lamarck, o ser humano teria a capacidade de desenvolver alguns
órgãos se fossem utilizados,e ao contrário, se esses órgãos não fossem
utilizados acabariam atrofiando e desaparecendo. Um exemplo seria o pescoço
de uma girafa. Para Lamarck as girafas teriam ancestrais de pescoço curto, e os
alimentos em árvores baixas tinham acabado. De tanto a girafa tentar pegar
folhas em árvores altas, ela foi esticando mais o seu pescoço. Outro exemplo
seria de um trabalhador braçal, de forma que ao exercer essa profissão
desenvolveria uma musculatura forte, e um digitador, por exemplo, teria essa
musculatura flácida por falta de uso.
Lei dos Caracteres Adquiridos
A história complica ainda mais a partir da segunda lei, quando Lamarck
afirma que essas características adquiridas (desenvolvimento ou atrofia do órgão)
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Volume I – Capítulo I I
seria transmitidas aos descendentes do ser vivo, teríamos então ao longo das
gerações espécies cada vez mais diferentes das originais.
Atualmente sabemos que as modificações que ocorrem no corpo humano
não são passadas aos descendentes, pois as características que herdamos dos
pais provêm dos 23 pares de genes do pai e da mãe, formando a célula
diplóide com 46 cromossomos.
Um cientista alemão, chamado Weissman, cortou a cauda de ratos
durante várias gerações, fazendo-os cruzar entre si. Observando sua prole,
Weissman observou que todos os ratos nasciam com cauda. Ficou provado
assim que as características adquiridas a partir da adaptação dos seres vivos no
meio não eram passadas aos seus descendentes.
Darwin
Charles Darwin, naturalista que contribuiu
muito para que hoje pudéssemos estudar a
evolução dos seres vivos. Viajou o mundo, mas foi
nas Ilhas Galápagos, um arquipélago próximo ao
Equador, que Darwin observou que cada ilha tinha
animais e vegetais que não eram encontradas nas
outras ilhas e em nenhuma parte do mundo; Então
começou a achar que a evolução dos seres vivos
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Volume I – Capítulo I I
poderia acontecer pela seleção dos organismos mais bem adaptados ao
ambiente. Daí Darwin formulou a sua teoria da evolução que se baseava nos
seguintes aspectos:
• Os indivíduos de uma mesma espécie são bastante semelhantes, porém com algumas variações.
• Os seres vivos se reproduzem, gerando uma quantidade grande de descendentes.
• Ao longo das gerações, porém o número de indivíduos de uma espécie é sempre
constante, não tende a aumentar.
• Deve haver a competição, luta pela sobrevivência, já que a quantidade de alimento não é
suficiente para todos.
• Os organismos que tiverem adaptações favoráveis as condições ambientais sobreviverão,
e os que não forem bem adaptados morrerão.
Essa é a base da teoria a qual Darwin chamou de Seleção Natural.
Nem tudo foi esclarecido pela teoria de Darwin. Ele não conseguiu explicar
como as variações de um certo indivíduo de uma espécie poderia ser
transmitidas aos descendentes e como isso ocorria. Estas respostas apareceram
com a descoberta e os avanços da Genética, caracterizando assim a Teoria
Sintética Da Evolução, a mais aceita atualmente.
Estudos posteriores esclareceram os mecanismos de transmissão da
hereditariedade, ligando esses eventos as seqüências de ácidos nucléicos
localizados no núcleo celular, e que pedaços dessas moléculas, os GENES eram
responsáveis pelas características de cada ser vivo, e uma falha na formação
deste material, o código genético foi chamada de Mutação, que acontece por
acaso, independente qualquer pressão do meio ambiente (ao contrário que
pensava Lamarck). Se as mutações ocorrerem em células somáticas (células do
corpo do indivíduo) essas modificações não são passadas aos indivíduos, porém
se essas mutações ocorrerem nas células germinativas (que geram os
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Volume I – Capítulo I I
descendentes) essa modificação vai ser transmitida aos descendentes. Caso
essa mudança proporcione a esse indivíduo uma melhor adaptação ao meio em
que ele vive, a seleção natural favorece a esse indivíduo, que terá a mais
chances de sobreviver e se reproduzir, transmitindo então essas novas
características aos novos descendentes. Sendo assim, as espécies vão se
modificando com o passar do tempo, e se as mudanças forem desfavoráveis a
ponto de inviabilizar a sobrevivência do indivíduo mutante ele morrerá antes de
se reproduzir.
Este é um resumo da teoria sintética da evolução, pois leva em
consideração o conceito de seleção de Darwin, que também pode ser chamada
de Neodarwinismo pois
acrescentando conhecimentos da genética, como a
mutação, e outros fatores que explicam o aparecimento de uma nova espécie
(isolamento reprodutivo e isolamento geográfico).
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Volume I – Capítulo I II
Capítulo III – Unidade I
Evolução
Fatores que comprovam a Evolução - Baseando-se nos estudos das
Unidades anteriores, podemos afirmar que realmente a evolução da vida ocorreu
e continua ocorrendo até hoje. Porém todo evento científico precisa de provas, e
ao longo do tempo, os cientistas foram encontrando na natureza evidencias da
evolução dos seres vivos. Estudaremos nesta unidade as principais evidências da
evolução humana.
Os Fósseis
São restos ou vestígios dos seres vivos extintos.
Embora a história da vida possa ser comparada a um
longo filme do qual a ciência só tem conhecimento de
alguns flashes, os fósseis são importantes para a
comparação das contínuas modificações sofridas pelas
espécies ao longo do tempo.
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Volume I – Capítulo I II
O cavalo é um dos seres que tem sua história evolutiva mais bem
conhecida, pois já foram encontrados mais de 200 tipos de fósseis diferentes
Paleontologia
(do grego palaios= antigo; onto=ser; logos= estudo) é a
Ciência que estuda os fósseis, seres antigos
Com o estudo dos fósseis, percebese que os seres vivos não são sempre
iguais, pois sofrem mudanças ao longo do
tempo.
Portanto o processo de evolução é o
grande
responsável
pela
incrível
diversidade de vida no planeta. Se novas
espécies surgem através de modificações
de espécies mais antigas, podemos dizer
que entre os seres vivos há certo grau de
parentesco. E a biologia pode explicar essa
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Volume I – Capítulo I II
semelhança entre os seres, pois quanto mais próximo os parentescos maiores
serão as semelhanças.
Semelhanças Entre Os Seres
(Anatomia Comparada)
Estudar morfologia e anatomia significa analisar as formas e partes que
compõem o corpo dos seres vivos. Ao longo do tempo foram observadas
semelhanças entre os seres que eram diferentes em sua anatomia, e os
cientistas então, observaram que essas coincidências eram uma evidência que
os seres realmente evoluíram de ancestrais comuns.
Entre os vertebrados, por exemplo, podem ser encontradas várias
semelhanças anatômicas uma delas está nos membros locomotores: Exemplo a
pata de crocodilo, asa da ave, nadadeira da baleia, o braço do homem, servem
para diferentes funções (andar, nadar...), mas mostram a mesma estrutura
básica. Isso revela que:
A origem evolutiva comum desses órgãos;
•
A relação da evolução com a adaptação dos seres a diferentes
ambientes e formas de vida.
•
Órgãos que têm a mesma origem embrionária, mas funções diferentes são
chamados de órgãos homólogos.
21
Volume I – Capítulo I II
Órgãos análogos por sua vez, são aqueles que desempenham funções
semelhantes, embora origem embrionária ser diferente. Um exemplo São as
asas dos insetos ou as nadadeiras dos tubarões e golfinhos, que são mamíferos
adaptados á natação, com membros parecidos com os dos peixes (nadadeiras),
isso o possibilitou sobreviver no ambiente marinho.
22
Volume I – Capítulo I II
Órgãos Vestigiais são órgãos que em
algumas espécies aparecem desenvolvidos e em
outras aparece atrofiados ou sem função, revelando
assim a existência de um grau de parentesco
evolutivo. Na espécie humana por exemplo, na
espécie humana e nos mamíferos carnívoros o
apêndice vermiforme é bastante reduzido, não tendo
nenhuma função específica, porém nos herbívoros
essa estrutura aparece de forma bastante
desenvolvida, pois abriga microorganismos que
promovem a digestão da celulose. Outro exemplo
são os dentes caninos, que são muito desenvolvidos
nos carnívoros, e nos herbívoros não.
Embriologia Comparada
O estudo dos embriões de espécies diferentes revela grande semelhança
no desenvolvimento embrionário, principalmente nos primeiros estágios,
indicando um parentesco comum entre as espécies.
23
Volume I – Capítulo I
Capítulo I – Unidade II
O que é citologia?
É possível que você já tenha ouvido falar que a célula é a unidade
fundamental da vida. Isso significa dizer que para um "ser vivo" possuir vida, no
mínimo, ele deverá ser formado por uma célula.
As células são geralmente muito pequenas e,
dificilmente, visíveis a olho nu. Por isso, apenas
depois da invenção do microscópio é que foi possível
observar uma célula pela primeira vez. Sabe quando
isso aconteceu? No ano de 1665, pelo inglês Robert
Hooke, utilizando um microscópio muito simples. Ele
fez cortes bem finos na casca de uma árvore e
descobriu que estas estruturas eram formadas por pequenas unidades
semelhantes a favo de mel.
O nome "célula" foi empregado pela primeira vez por ele como diminutivo
da palavra "cella", que em latim significa espaço cercado por paredes.
Uma célula viva é um compartimento microscópico, isolado do ambiente
por pelo menos uma barreira: a membrana plasmática. Está é uma película
extremamente fina e delicada, que exerce severa “fiscalização” sobre todas as
substâncias e partículas que entram e saem da célula.
24
Volume I – Capítulo I
Dada a relativa fragilidade da membrana plasmática, a maioria das células
apresenta algum tipo de envoltório que dá proteção e suporte físico à membrana.
Entre esses envoltórios destacam-se o glicocálix, presente na maioria das células
animais, e a parede celulósica, presente em células de plantas e de algumas
algas.
Glicocálix
Se isolássemos uma célula de nosso corpo,
notaríamos que ela esta envolta por uma espécie de
malha feita de moléculas de glicídios (carboidratos)
frouxamente entrelaçadas. Esta malha protege a célula
como uma vestimenta: trata-se do glicocálix (do grego
glykys, doce, açúcar, e do latim calyx, casca envoltório).
Diversas funções têm sido sugeridas para o glicocálix. Acredita-se que,
além de ser uma proteção contra agressões físicas e químicas do ambiente
externo, ele funcione como uma malha de retenção de nutrientes e enzimas,
mantendo um microambiente adequado ao redor de cada célula. Confere às
células a capacidade de se reconhecerem, uma vez que células diferentes têm
glicocálix formado por glicídios diferentes e células iguais têm glicocálix formado
por glicídios iguais.
25
Volume I – Capítulo I
O modelo do mosaico fluído
A disposição das moléculas na membrana plasmática foi elucidada
recentemente, sendo que os lipídios formam uma camada dupla e contínua, no
meio da qual se encaixam moléculas de proteína. A dupla camada de
fosfolipídios é fluida, de consistência oleosa, e as proteínas mudam de posição
continuamente, como se fossem peças de um mosaico. Esse modelo foi sugerido
por dois pesquisadores, Singer e Nicholson, e recebeu o nome de Modelo
Mosaico Fluido.
Os fosfolipídios têm a função de manter a estrutura da membrana e as
proteínas têm diversas funções. As membranas plasmáticas de um eucariócitos
contêm
quantidades
particularmente
colesterol.
As
grande
de
moléculas
de
colesterol
aumentam
as
propriedades
da
da
barreira
bicamada lipídica e devido a
seus rígidos anéis planos de
esteróides
diminuem
a
mobilidade e torna a bicamada
lipídica menos fluida.
26
Volume I – Capítulo I I
Capítulo II – Unidade II
Organização celular e transporte
através da membrana
As células possuem dois tipos principais: as células procariontes e
eucariontes.
Células Procariontes
As
apresentam
células
procarióticas
organização
mais
simples, sem núcleo organizado e
sem organelas membranosas, como
retículo endoplasmático, complexo de
27
Volume I – Capítulo I I
Golgi, mitocôndria, entre outras. Possuem célula procariótica os organismos do
Reino Monera (bactérias e cianobactérias)
Célula Eucarionte
As células eucariontes possuem uma organização mais complexa,
apresentam núcleo organizado devido a presença de uma estrutura denominada
carioteca – que é uma membrana que envolve o núcleo celular . É presente nas
células animais e vegetais.
Citoplasma
O citoplasma é constituído por um material mais ou menos viscoso ,
chamado hialoplasma que preenche o citossomo (espaço interno da célula
compreendido entre a membrana plasmática e a carioteca (ou cario membrana) .
Nele estão mergulhadas estruturas consideradas vivas, os orgânulos do
citoplasma ou organelas citoplasmáticas, com funções específicas e que
desempenham papéis importantes na vida da célula.
28
Volume I – Capítulo I I
Organelas Citoplasmáticas
Retículo Endoplasmático (RE)
Sistema de endo-membranas que delimitam
canais e vesículas. Pode ser considerado uma rede
de distribuição, levando material de que a célula
necessita de um ponto qualquer até o ponto de
utilização. Tem por função transporte.
•
RE rugoso - retículo endoplasmático
associado a ribossomos; local de síntese de proteínas; também denominado RE
granular ou ergastoplasma..
•
RE liso - retículo endoplasmático sem ribossomos; local de síntese de
lipídios e de carboidratos complexos; também denominado RE agranular.
Ribossomos
Grânulos de 15 a 25 nm de diâmetro, formados por
duas subunidades; associam-se ao RE ou encontram-se
livres no hialoplasma; são constituídos por proteínas e RNA
ribossômico;
ligam-se
ao
RNA
mensageiro
formando
polirribossomos. Tem a função de síntese de proteínas.
29
Volume I – Capítulo I I
Complexo de Golgi
Sistema de bolsas achatadas e empilhadas, de
onde destacam-se as vesículas; pequenos conjuntos
que são denominados dictiossomos.
Armazena
substâncias produzidas na célula e a sua função mais
importante do é a secreção das proteínas produzidas
no retículo endoplasmático rugoso. Durante este
processo, as membranas das vesículas se juntam com a membrana plasmática
de tal maneira, que esta se regenera.
Lisossomos
São pequenas vesículas que contêm enzimas digestivas;
destacam-se do complexo de Golgi e juntam-se aos vacúolos
digestivos. Fazem a digestão intracelular; em alguns casos,
extracelular.
Peroxissomos
São pequenas vesículas que contêm peroxidase e
funciona na oxidação de ácidos graxos na célula Tem a função
de decomposição de peróxido de hidrogênio (água oxigenada
H2O2), subproduto de reações bioquímicas, altamente tóxico
para a célula.
30
Volume I – Capítulo I I
Vacúolos
São cavidades limitadas por membrana lipoprotéica. Os
vacúolos podem ser digestivos, autofágicos ou pulsáteis.
Vacúolo Digestivo - As partículas englobadas são
atacadas pelas enzimas lisossômicas, formando um
fagossomo.
Vacúolo Autofágico - Digere partes da própria célula.
Vacúolo Pulsátil - Controla o excesso de água da célula; comum nos
protozoários de água doce.
Centríolos
São responsáveis pela organização de dois tipos de
estruturas celulares: Os cílios e flegelos.
Cílios e Flagelos
São expansões filiformes da superfície da célula; os cílios são curtos e
geralmente numerosos; os flagelos são longos e em pequeno número. São
formados por nove pares periféricos de microtúbulos e um par central; o
corpúsculo basal, inserido no citoplasma, é idêntico aos centríolos. Tem a função
de movimentação da célula ou do meio líquido.
31
Volume I – Capítulo I I
Citoesqueleto
Quando se diz que o hialoplasma é um fluido viscoso,
fica-se com a impressão de que a célula animal tem uma
consistência amolecida e que se deforma a todo o momento.
Não é assim.
Um verdadeiro “esqueleto” formado por vários tipos de fibras de
proteínas cruza a célula em diversas direções, dando-lhe consistência e firmeza.
Essa “armação” é importante se lembrarmos que a célula animal é
desprovida de uma membrana rígida, como acontece com a membrana celulósica
dos vegetais.
Entre as fibras protéicas componentes desse “citoesqueleto” podem
ser citados os microfilamentos de actina, os microtúbulos e os filamentos
intermediários.
Mitocôndrias
São as organelas responsáveis pela respiração celular
aeróbia. Para obter energia, a célula obrigatoriamente
precisa de glicose. A mitocôndria tem a função de quebrar a
glicose introduzindo oxigênio no carbono, o que resta é o
gás carbônico, que sairá através da expiração. Quanto mais
a célula necessitar de energia para realizar suas funções vitais, mais
mitocôndrias
ela
terá.
Com relação a sua estrutura, de forma simplificada podemos dizer que a
mitocôndria possui duas membranas (uma externa e outra interna). Muitas das
32
Volume I – Capítulo I I
reações químicas ocorrem em sua membrana interna. A membrana externa tem a
função de revestir e sustentar suas organelas
Núcleo
O núcleo é responsável por todas as funções
celulares. Principalmente o controle das reações químicas
celulares.
É no núcleo das célula. que está localizado o DNA. E o
núcleo tem a função de armazenar todas as informações genéticas.
Célula Vegetal
A organização eucariótica da célula
vegetal é muito parecida com a da célula
animal, apresentando muitas organelas
comuns,
como
endoplasmático,
mitocôndrias,
complexo
de
retículo
Golgi,
ribossomos, entre outras.
A célula vegetal apresenta estruturas
típicas, como a membrana celulósica que
reveste externamente a célula vegetal, sendo constituída basicamente de
celulose.
Uma outra estrutura que caracteriza a célula vegetal é o cloroplasto,
organela na qual ocorre a fotossíntese.
Na verdade, os cloroplastos são, entre outras, organelas que podem ser
classificadas como cromoplastos, pois são organelas que possuem pigmentos
(substâncias coloridas) que absorvem energia luminosa para a realização da
fotossíntese.
33
Volume I – Capítulo I I
Entre os cromoplastos, além do cloroplasto que contém:
clorofila (pigmento verde)
xantoplastos, que contém xantofila (pigmento amarelo)
eritroplastos, que contém a licopeno (pigmento vermelho) e assim por
diante.
Quando os plastos não possuem pigmentos coloridos, são chamados de
leucoplastos, como os amiloplastos que armazenam amido.
Observe, no esquema da célula vegetal, que o vacúolo é uma organela
com dimensões maiores que na célula animal e ocupa grande parte do
hialoplasma da célula.
Podemos diferenciar a célula vegetal da célula animal também pela
ausência dos centríolos nos vegetais superiores.
Vacúolo
É uma cavidade delimitada por uma membrana (tonoplasto) e contém o
suco celular que é composto de substâncias ergástricas e algumas em células
podem conter pigmentos como as flavonas e antocianinas. Células jovens
geralmente têm vários vacúolos pequenos que ao longo de seu desenvolvimento
34
Volume I – Capítulo I I
se fundem em um mega vacúolo. Eles atuam na regulação osmótica expulsando
água da célula ou podem se fundir aos lisossomos e participar do processo de
digestão intracelular. Origina-se do complexo de golgi.
Substâncias ergástricas
São substâncias de reserva ou resíduos, produtos, do metabolismo
celular.
•
Amido: são partículas sólidas com formas variadas, pode ser encontrado
no cloroplasto ou no leucoplasto. Formam grãos com muitas camadas
centradas em um ponto chamado hilo.
•
Proteína: as proteínas ergástricas são material de reserva e se apresentam
no endosperma de muitas sementes em forma de grãos de aleurona.
•
Lipídios: pode ocorrer em forma de óleo ou gordura se for para
armazenamento ou em forma de terpenos que são produtos finais como
óleos essenciais e resinas.
•
Taninos: um grupo de compostos fenólicos que podem ficar em vários
órgãos vegetais (se acumulam no vacúolos) e podem impregnar a parede
celular
35
Volume I – Capítulo I I
Transporte através da membrana
A Membrana Plasmática
Tudo que existe, e que é individualizado, precisa se separar do seu meio
exterior por algum envoltório. Por exemplo, uma casa é separada do meio
externo por paredes, pelo piso e pelo teto.
Imagine agora uma célula sem envoltório. Como seria sua composição?
Certamente, semelhante àquela encontrada ao seu redor. Sem esse envoltório,
provavelmente a célula nem existiria.
36
Volume I – Capítulo I I
Processos de Troca Entre a Célula e o Meio Externo
Os processos de troca entre a célula e o meio externo podem ser
agrupadas em grupos:
Processos Passivos - ocorrem através da membrana plasmática, sem
gasto de energia para a célula, de modo a igualar a concentração da célula com
meio externo. São exemplos destes processos a difusão, difusão faciitada e
osmose.
Processos ativos - ocorrem através da membrana plasmática, com gasto
de energia, mantendo a diferença de concentração entre a célula e o meio
externo. Por exemplo, bomba de sódio e potássio.
Difusão
Na difusão, as partículas se locomovem do
meio de maior concentração para o meio de
menor
concentração,
para
que
possa
ser
distribuído por todo o meio. Por isso a difusão é
um processo chamado de transporte passivo.
37
Volume I – Capítulo I I
Na medida que a célula realiza a respiração, vai consumir o gás oxigênio
que está dentro dela e liberar gás carbônico. Com isso a concentração de O 2
dentro da célula diminui e aumenta a de CO 2, estabelecendo a diferença entre os
gases. No entanto o O2 está maior fora da célula e ele entra na célula por
difusão. O mesmo ocorre com o CO2 que dentro da célula está em maior
concentração, e por difusão é retirado da célula.
Difusão Facilitada
A difusão facilitada é o transporte passivo de substâncias pela membrana
plasmática, sem gasto de energia metabólica da célula, permitindo a passagem
de substratos (moléculas ou íons) de um meio mais concentrado para um menos
concentrado, através da específica mediação de proteínas transportadoras,
enzimas carreadoras ou permeases, existentes ao longo da membrana
plasmática.
Esse processo é utilizado principalmente no transporte de carboidratos,
aminoácidos, vitaminas e alguns íons: sódio, potássio, cálcio.
38
Volume I – Capítulo I I
Osmose
A osmose é o nome dado ao movimento da água entre meios com
concentrações
diferentes
de
solutos
separados
por
uma
membrana
semipermeável. É um processo físico-químico
importante na sobrevivência das células.
A água se movimenta livremente através da membrana, sempre do local
de menor concentração de soluto para o de maior concentração.
Transporte Ativo
O transporte ativo caracteriza-se por ser o movimento de substâncias e
íons contra o gradiente de concentração, ou seja, ocorre sempre de locais onde
estão menos concentradas para os locais onde encontram-se mais concentradas.
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Volume I – Capítulo I I
A bomba de sódio e potássio é um exemplo de transporte ativo. A
concentração do sódio é maior no meio extracelular enquanto a de potássio é
maior no meio intracelular. É importante salientar, que a energia necessária a
esta mudança é proveniente da quebra da molécula de ATP (adenosina trifosfato)
em ADP (adenosina difosfato) e fosfato. O íon Sódio ( Na +) no citoplasma é
bombeado para fora da célula. No meio extracelular, o
íon potássio (K +) é
bombeado para o meio interno. Se não houvesse um transporte ativo eficiente, a
concentração destes íons iria se igualar. Desse modo, a bomba de sódio e
potássio é importante uma vez que estabelece a diferença de carga elétrica entre
os dois lados da membrana que é fundamental para as células musculares e
nervosas e promove a facilitação da penetração de aminoácidos e açúcares.
Além disso, a manutenção de alta concentração de potássio dentro da célula é
importante para síntese de proteína e respiração e o bombeamento de sódio para
o meio extracelular permite a manutenção do equilíbrio osmótico.
Endocitose e exocitose
Enquanto que a difusão simples e facilitada e o transporte ativo são
mecanismos de entrada ou saída para moléculas e ions de pequenas dimensões,
as grandes moléculas ou até partículas constituídas por agregados moleculares
são transportadas através de outros processos.
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Volume I – Capítulo I I
Endocitose
Este processo permite o transporte de substâncias do meio extra- para o
intracelular, através de vesículas limitadas por membranas, a que se dá o nome
de vesículas de endocitose ou endocíticas. Estas são formadas por invaginação
da membrana plasmática, seguida de fusão e separação de um segmento da
mesma.
Há três tipos de endocitose: pinocitose, fagocitose e endocitose
mediada.
Pinocitose
Neste caso, as vesículas são de pequenas dimensões e a célula ingere
moléculas solúveis que, de outro modo, teriam dificuldades em penetrar a
membrana.
O mecanismo pinocítico envolve gasto de energia e é muito seletivo para
certas substâncias, como os sais, aminoácidos e certas proteínas, todas elas
solúveis em água.
Fagocitose
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Volume I – Capítulo I I
Este processo é muito semelhante à pinocitose, sendo a única diferença o
fato de o material envolvido pela membrana não estar diluído.
Enquanto que a pinocitose é um processo comum a quase todas as
células eucarióticas, muitas das células pertencentes a organismos multicelulares
não efetuam fagocitose, sendo esta efetuada por células específicas. Nos
protistas a fagocitose é freqüentemente uma das formas de ingestão de
alimentos.
Os glóbulos brancos utilizam este processo para envolver materiais
estranhos como bactérias ou até células danificadas. Dentro da célula fagocítica,
enzimas citoplasmáticas são secretadas para a vesícula e degradam o material
até este ficar com uma forma inofensiva.
Exocitose
Enquanto que na endocitose as substâncias entram nas células, existe um
processo inverso: a exocitose.
Depois de endocitado, o material sofre transformações sendo os produtos
resultantes absorvidos através da membrana do organito e permanecendo o que
resta na vesícula de onde será posteriormente exocitado.
A exocitose permite, assim, a excreção e secreção de substâncias e dá-se
em três fases: migração, fusão e lançamento. Na primeira, as vesículas de
42
Volume I – Capítulo I II
exocitose deslocam-se através do citoplasma. Na segunda, dá-se a fusão da
vesícula com a membrana celular. Por último, lança-se o conteúdo da vesícula no
meio extracelular.
43
Volume I – Capítulo I II
Capítulo III – Unidade II
Núcleo Celular
Núcleo Celular
sabemos que o núcleo é o centro de controle das atividades celulares e o
“arquivo” das informações hereditárias, que a célula transmite às suas filhas ao
se reproduzir.
Células eucariontes e procariontes
A membrana celular está presente nas células eucariontes, mas ausente
nas procariontes. Na célula eucarionte, o material hereditário está separado do
citoplasma por uma membrana – a carioteca – enquanto na célula procarionte o
material
hereditário
se
encontra
mergulhado
diretamente
no
líquido
citoplasmático.
44
Volume I – Capítulo I II
Os componentes do núcleo
O núcleo das célula que não estão em
processo de divisão apresenta um limite bem
definido, devido à presença da carioteca ou
membrana
nuclear,
visível
apenas
ao
microscópio eletrônico.
A maior parte do volume nuclear é
ocupada
por
uma
massa
filamentosa
denominada cromatina. Existem ainda um ou mais corpos densos (nucléolos) e
um líquido viscoso (cariolinfa ou nucleoplasma).
carioteca
45
Volume I – Capítulo I II
A carioteca (do grego karyon, núcleo e theke, invólucro, caixa) é um
envoltório formado por duas membranas lipoprotéicas cuja organização molecular
é semelhante as demais membranas celulares. Entre essas duas membranas
existe um estreito espaço, chamado cavidade perinuclear.
A face externa da carioteca, em algumas partes, se comunica com o
retículo endoplasmático e, muitas vezes, apresenta ribossomos aderidos à sua
superfície. Neste caso, o espaço entre as duas membranas nucleares é uma
continuação do espaço interno do retículoA carioteca é perfurada por milhares de
poros, através das quais determinadas substâncias entram e saem do núcleo. Os
poros nucleares são mais do que simples aberturas. Em cada poro existe uma
complexa estrutura protéica que funciona como uma válvula, abrindo-se para dar
passagem a determinadas moléculas e fechando-se em seguida. Dessa forma, a
carioteca pode controlar a entrada e a saída de substâncias.
A cromatina
A cromatina (do grego chromatos, cor) é um conjunto de fios, cada um
deles formado por uma longa molécula de DNA associada a moléculas de
histonas, um tipo especial de proteína. Esses fios são os cromossomos.
Quando se observam núcleos corados ao microscópio óptico, nota-se que
certas regiões da cromatina se coram mais intensamente do que outras. Os
antigos citologistas já haviam observados esse fato e imaginado, acertadamente,
que as regiões mais coradas correspondiam a porções dos cromossomos mais
enroladas, ou mais condensadas, do que outras.
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Volume I – Capítulo I II
Os nucléolos
Na fase que a célula eucariótica não se encontra em divisão é possível
visualizas vários nucléolos, associados a algumas regiões específicas da
cromatina. Cada nucléolo é um corpúsculo esférico, não membranoso, de
aspecto esponjoso quando visto ao microscópio eletrônico, rico em RNA
ribossômico (a sigla RNA provém do inglês RiboNucleic Acid). Este RNA é um
ácido nucléico produzido a partir o DNA das regiões específicas da cromatina e
se constituirá um dos principais componentes dos ribossomos presentes no
citoplasma.
Cromossomos
O período de vida da célula em que ela não está em processo de divisão é
denominado interfase. A cromatina da célula interfásica, como já foi mencionada,
é uma massa de filamentos chamados de cromossomos. Se pudéssemos
separar, um por um, os cromossomos de uma célula interfásica humana,
obteríamos 46 filamentos, logos e finos. Colocado em linha, os cromossomos
humanos formariam um fio de 5 cm de comprimento, invisível ao microscópio
óptico, uma vez que sua espessura não ultrapassa 30 nm.
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Volume I – Capítulo I II
Centrômero e cromátides
Na célula que está em processo de divisão, cada
cromossomo condensado aparece como um par de bastões
unidos em um determinado ponto, o centrômero. Essas duas
“metades” cromossômicas, denominadas cromátides-irmãs
são idênticas e surgem da duplicação do filamento cromossômico original, que
ocorre na interfase, pouco antes de a divisão celular se iniciar.
Durante o processo de divisão celular, as cromátides-irmãs se separam:
cada cromátide migra para uma das células-filhas que se formam.
O centrômero fica localizado em uma região heterocromática, portanto em
uma constrição que contém o centrômero é chamada constrição primária, e todas
as outras que porventura existam são chamadas constrições secundárias.
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Volume I – Capítulo I
Centrômero e cromátides
Na célula que está em processo de divisão, cada cromossomo
condensado aparece como um par de bastões unidos em um determinado ponto,
o centrômero. Essas duas “metades” cromossômicas, denominadas cromátidesirmãs são idênticas e surgem da duplicação do filamento cromossômico original,
que ocorre na interfase, pouco antes de a divisão celular se iniciar.
Durante o processo de divisão celular, as cromátides-irmãs se separam:
cada cromátide migra para uma das células-filhas que se formam.
O centrômero fica localizado em uma região heterocromática, portanto em
uma constrição que contém o centrômero é chamada constrição primária, e todas
as outras que porventura existam são chamadas constrições secundárias.
As partes de um cromossomo separadas pelo centrômero são chamadas
braços cromossômicos. A relação de tamanho entre os braços cromossômicos,
determinada pela posição do centrômero, permite classificar os cromossomos em
quatro tipos:
•
metacêntrico: possuem o centrômero no meio, formando dois braços de
mesmo tamanho;
•
submetacêntricos: possuem o centrômero um pouco deslocado da região
mediana, formando dois braços de tamanhos desiguais;
•
acrocêntricos: possuem o centrômero bem próximo a uma das
extremidades, formando um braço grande e outro muito pequeno;
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Volume I – Capítulo I
•
telocêntricos: possuem o centrômero em um das extremidades, tendo
apenas um braço.
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